한국강구조학회 논문집 제23권 5호(통권 114호)2011년 10월 569

실데이터 분석을 통한 지역난방 열배 의 피로안 성 평가

FatigueEvaluationofDistrictHeatPipesbasedontheMeasuredData

박 진 은1) ․ 경 갑 수2)† ․ 안 용 모3) ․ 권 순 철4)

Park,JinEun Kyung,KabSoo An,YongMo Kwon,SoonCheol

요 약：지역난방 시스템의 주요 구성요소의 하나인 열배 은 크게 공 과 회수 으로 구분되며,지역난방에서의 열수송 배 은 난방수의

온도변화에 따른 열응력을 받게 되므로 공용년수 증가에 따라 열응력에 의한 피로 상이 발생하게 된다.한편 지역난방 열배 은 사용자배 의 공

용조건에 따라 다양한 특성을 나타내며 이러한 불규칙한 온도변화는 열배 의 피로에 악 향을 미치게 된다.따라서 본 연구에서는 기 매설된 공

용 인 지역별 열배 에 해 장계측을 실시하고 각 지역의 데이터를 분석하 다. 한 사이클기반 피로평가법 응력기반 피로평가법을 통하

여 지역난방 열배 의 피로안 성을 평가하 다.

ABSTRACT： Heatingpipes,whichareamongthemainequipmentindistrictheatingsystems,canbeclassifiedinto

supplyandreturnpipes.Becausewhenthedistrictheatingtransmissionpipe,whichischargedwithdistrictheatingin

smalltomedium-sizecities,isunderthermalstressduringtemperaturevariancesinheatingwater,itsuffersfrom the

fatiguephenomenoncausedbythethermalstress,accordingtothenumberofitsserviceyears.Districtheatingpipeshave

shown various characteristics according to the operating condition ofthe service connections,and the irregular

temperaturevariancehashadabadinfluenceonfatigueheatingpipes.Therefore,inthisstudy,afieldtestonlaid

heatingpipeswasperformed,andthedataforeachregionwereanalyzed.Also,thefatiguesafetyofdistrictheatingpipes

wasevaluatedviacycle-basedevaluationandstress-basedevaluation.

핵 심 용 어 :열배 ,사이클기반 평가법,응력기반 평가법,피로평가

KEYWORDS:districtheatpipes,cycle-basedevaluation,stress-basedevaluation,fatigueevaluation

1.서 론

지역난방 냉방시스템(DistrictHeatingandCooling

System)은 많은 국가에서 온실효과(GreenEffect) 에

지 사용에 의해 발생하는 오염원을 감소시키는데 상당한 공헌

을 하고 있다. 한 에 지의 효율 사용과 약이라는 측면

에서도 지역난방에 한 사회 수요가 증 되고 있다.한편

지역난방 시스템을 구성하는 설비의 복잡화 문화 등에 의

해 설비 고유의 기능을 유지하기 한 보 비용도 증가하고 있

는 추세이다.

지역난방 시스템의 주요 구성요소의 하나인 열배 은 주배

,분배 ,사용자배 으로 분류되며,이들 배 은 다시 각각

공 (SupplyPipe)과 회수 (Return Pipe)으로 구분할

1)나고야 학 사회기반공학과 박사과정 (pje1101@naver.com)

2)교신 자.한국해양 학교 토목공학과 교수,공학박사

(Tel:051-410-4464,Fax:051-403-3762,E-mail:kyungks@hhu.ac.kr)

3)한국지역난방공사 감사실 감사실장 (anyongmo@kdhc.co.kr)

4)삼부토건 기술연구소 리(almight75@naver.com)

수 있다.주배 으로 공 되는 난방수는 100℃ 내외의 온도와

1MPa내외의 압력을 받는 상태에서 공 을 거쳐 각 지역별

최종 사용자에게 공 되고 회수 을 거쳐 회수된다(한국지역난

방공사,2008).이와 같이 지역난방에서의 열수송 배 은 공

에서 회수 을 거치는 사이 난방수 온도변화에 따른 열응

력을 받게 된다.이들 열배 은 공용년수 증가에 따라 열응력

반복횟수가 지속 으로 증가되므로 열응력에 의한 피로 상이

발생하게 된다.그러므로 열배 에 측하지 못한 피로 손이

발생하는 경우,최종 사용자에게 난방수 공 단이라는 피해

를 주게 되며, 한 지역난방에 한 사회 이미지 추락

경제 손실 등과 같은 부정 향을 래할 수 있다.5)

열공 규정(한국지역난방공사,2008)에 의하면 지역난방 열

배 은 지역난방의 효율성 향상 경제성 향상 등을 목 으로

본 논문에 한 토의를 2012년 4월 30일까지 학회로 보내주시면 토의 회답을 게재하

겠습니다.

박진은․경갑수․안용모․권순철

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열배 의 사용조건을 선정하고 있다.표 1에 나타낸 열배

설치온도 기 과 같이 2003년도 이 에는 열온도 80℃를

기 으로 △T=40℃를 설정하여 열배 온도범 가 120℃～

40℃에서 거동하도록 하 으며,2003년 이후에는 기 열

도입과 함께 열온도 65℃를 기 으로 △T=55℃를 설정하

여 열배 온도범 가 120℃～10℃에서 거동하도록 하여 열

효율 등의 향상을 도모하고 있다.

표 1.열배 설치온도기

구 분 열온도 온도범 △T 재열여부

2003년

이80℃ 120℃～40℃ 40℃ 필요

2003년

이후65℃ 120℃～10℃ 55℃ 불필요

한편,지역난방의 확 보 수요증가로 인하여 열수요가

증가하고 있으므로 재 공용 인 열배 의 열공 량 증 를

해 다양한 책이 강구되고 있다.이러한 방안의 하나로 회

수온도 하강에 의한 열용량 확보가 유력한 방안으로 검토되고

있다.

따라서 본 연구에서는 지역난방수 온도변화가 지역난방 열배

피로수명에 미치는 향을 평가하기 해 공용 인 열배

에 한 장계측 된 온도이력데이터를 분석하 다. 한 분석

자료를 기 로 사이클기반 피로평가법 응력기반 피로평가법

에 의한 열배 피로안 성을 평가하여 회수온도 하강에 따른

지역난방 열배 안 성 평가의 기 자료를 제공하고자 한다.

2.측정데이터 수집 분석

2.1열배 온도측정에 한선행연구

열배 피로안 성 평가를 하여 먼 선행유사연구의 자료

수집 분석을 실시하 다.IEA보고서(1996,1999)에서는

1995년과 1997년에 한국지역난방공사의 체 인 열배 안

성 확보 주기피로 안 성을 평가하기 해 각기 다른

상지구를 선정하여 온도데이터를 측정하고 분석하 다.

1995년 데이터에서는 열원공 단지의 주배 사용자배

의 공 에 계측센서를 부착하여 온도계측을 실시하 다.주

배 사용자배 에 한 측정데이터(1995년)의 일례를 그

림 1에 나타내었다.주배 의 경우,공 은 하 기에 평균온

도를 약간 하회하는 경향을 나타내었으며,회수 은 온도변화

없이 거의 일정한 것으로 나타났다. 한 공 이 회수 보다

온도변화가 약간 크게 발생하는 것으로 나타나 온도변화에 따

른 피로 향이 더 크게 나타날 것으로 단되었다.

3월 6월 9월 12월 3월 6월 9월 12월

(a)주배 공 (b)주배 회수

3월 6월 9월 12월 3월 6월 9월 12월

(c)사용자배 공 (d)사용자배 회수

그림 1.온도측정데이터의 일례 (1995년)

사용자배 의 경우,공 은 주배 공 에 비하여 각 측

정일에서 평균온도 폭의 변화가 게 나타났으며,회수 은 주

배 회수 에 비하여 각 측정일에서 평균온도와 온도 폭의 변

화가 크고 체 으로 주배 에 비하여 달 열공 수의 열

달작용에 의해 온도가 약간 낮은 경향을 나타내었다.

6월 9월 12월 6월 9월 12월

(a)사용자배 공 (A아 트) (b)사용자배 회수 (A아 트)

6월 9월 12월 6월 9월 12월

(c)사용자배 공 (B아 트) (d)사용자배 회수 (B아 트)

그림 2.온도측정데이터의 일례 (1997년)

그림 2에 온도측정데이터(1997년)의 일례를 나타내었다.

1997년 데이터는 온도측정지역을 달리하여 사용자배 에

해서만 측정을 실시하 다.공 보다 회수 에서 각 측정일

에서 평균온도 온도 변화의 폭이 크게 나타났으며,일정기

간 열원 공 이 단되는 휴지기에 한 경향이 없는 것으로

나타났다.

한 다른 기존연구(Chang,2003;장윤석 등,2005)에서