차압유량조절밸브(PDCV)

안녕하세요? 오늘은 지역난방에서 사용하는 차압유량조절밸브(Pressure Differential Control Valve)에 대해서 포스팅하겠습니다. 차압유량조절밸브(PDCV)의 핵심적인 역할은 중온수 공급측과 환수측의 압력차이를 일정하게 유지해주는 역할을 하는 것입니다.

1. 차압유량조절밸브 설치 위치

지역난방계통도(출처:칸 저널)

위 계통도에서 보시면 지역난방공사에서 중온수(District Heating Water)가 해당 건물로 들어오는 초입에 설치되어 있는 것을 볼 수 있습니다. 

2. 차압유량조절밸브 외형

앞쪽 배관이 지역난방공사에서 중온수를 공급해주는 배관이고, 뒤쪽 배관은 지역난방공사로 환수되는 배관입니다. 지역난방공사에서 공급해주는 배관에 달린 이 파란색 밸브가 차압유량조절밸브입니다. 

3. 차압유량조절밸브 작동원리

차압유량조절밸브의 내부는 대략 위와 같이 되어 있습니다. 붉은색 다이어프램을 경계로 상부에는 공급측의 물이 들어와서 공급측 압력이 되며 하부에는 환수측 물이 들어와서 환수측 압력이 됩니다. 여기서 통상적으로 공급측의 압력이 높기 때문에 다이어프램이 아래로 내려갈 수밖에 없는데 스프링의 장력으로 이를 보정해주어서 위아래의 압력이 평형을 이루게 됩니다. 즉 위쪽은 공급측 물의 압력이 되고, 아래쪽은 환수측 물의 압력+스프링의 장력이 됩니다. 

어떤 사유로 인해 환수측의 압력이 하강하게 되면 다이어프램에 걸려 있던 압력의 균형이 깨지면서 다이어프램은 아래쪽으로 내려오게 되고 밸브는 닫히게 됩니다. 통상적으로는 아예 닫히는 정도가 아니라 차압을 일정하게 유지하는 수준에서 중온수가 흐를수 있을 정도로 밸브가 내려갈 것입니다. 

4. 차압유량조절밸브의 필요성

그렇다면 왜 차압유량조절밸브가 필요한 것일까요? 우리가 사용하는 난방수는 위 도면 가운데의 열교환기에서 만들어집니다. 즉 우리는 지역난방공사의 중온수를 그대로 사용하는 것이 아니라 열교환기를 통해서 난방수를 만들어 사용하는 것입니다.

이때 우리가 사용하는 난방수의 양이 일정하지 않고 변화가 많기 때문에 일정한 온도의 난방수를 만들기 위해서는 중온수의 양도 같이 따라가야 합니다. 즉 난방수의 사용량이 줄면 중온수의 사용량이 줄어야 동일한 온도의 난방수를 만들 수 있습니다. 그래서열교환기 아래 TCV가 이것을 조절해 줍니다. 

만약 우리가 난방 사용량을 줄이면 TCV는 열교환기에 들어가는 중온수의 양을 줄이게 됩니다. 그러면 지역난방공사로 가는 환수의 양이 줄어들게 되면서 압력이 낮아집니다. 그래서 환수쪽의 압력이 줄어드는 원인이 되고 차압유량조절밸브는 이것을 감지하여 공급측의 압력을 낮게 만들어 주게 됩니다. 

차압유량조절밸브가 없다면 TCV가 유량을 줄이려고 밸브를 닫을수록 배관 안의 유속이 빨라지게 되어 과유량이 되게 됩니다. 이런 경우 열교환 효율도 떨어지게 되죠. 수돗물을 틀은 상태에서 호스 끝을 손으로 누르게 되면 물이 강하게 나가는 것과 같은 이치입니다. 이렇게 되면 TCV도 정확한 난방수의 온도를 제어하기 힘들어 집니다.     

5. 차압유량밸브의 고장 부위

위의 차압유량조절밸브의 내부를 보시면 가장 약한 부분은 단연코 다이어프램입니다. 다른 부분은 모두 철로 되어 있지만, 다이어프램은 고무로 되어 있어서 다른 부분보다 약하기 때문에 다이어프램이 찢어지는 경우가 대부분입니다. 차압유량조절밸브 위아래로 두 개의 압력계가 설치되어 있는데 만약 이 두개의 압력이 동일하다면 다이어프램이 파손을 의심해볼 수 있겠습니다. 

오늘은 차압유량조절밸브에 대해 말씀드렸습니다. 필자가 처음 시설관리에 입문할 때 이것의 용도에 관해 물어보니 정확하게 아시는 분이 없어 이해하는 데 한참 걸렸습니다. 그래서 초보 시설관리분들께 오늘의 글이 조금이나마 도움이 되고자 제가 이해한 내용은 포스팅하게 되었습니다. 감사합니다.