Darcy–Weisbach부터 동시사용 효과까지, 수압의 공학적 비밀
압력(P)과 유량(Q), 그리고 손실
수도관 유동은 하나의 배관 시스템입니다. 유량이 커질수록 마찰손실이 커지고 압력은 떨어집니다. 화공 설계에서 쓰는 식으로 표현하면 다음과 같습니다.
ΔP = f · (L/D) · (ρ v^2 / 2)- f: 마찰계수(거칠기/레지임 영향)
- L/D: 길이 대비 직경
- v: 유속 (유량↑ → v↑ → 손실은 v²에 비례)
층마다 다른 수압의 세 가지 원인
- 정수압(ρgh): 높이 차 10 m마다 약 1 bar 추가 필요
- 배관 마찰손실: 곡관/밸브/계량기/스케일 누적
- 동시사용 효과: 피크 시간대 유량 급증 → 압력 급강하
결국 고층일수록 정수압 손실 + 마찰손실이 커져 수압이 약하게 느껴집니다.
화공 플랜트와의 1:1 대응
- 유량을 무리하게 올리면 손실은 비선형으로 증가
- 직경을 키우면 손실 급감, 적정 유속(물 1~3 m/s) 유지가 설계 포인트
- 노후 배관은 f 상승으로 체감 수압 저하
현장 시나리오
- 저층: 정수압 충분 → 과압 방지 위해 PRV(감압밸브) 필요할 수 있음
- 중간층: 위·아래 동시사용 영향으로 유동 변동성 큼
- 고층: 샤워 수압 약함, 보일러 점화 실패 등 발생
이 때문에 공동주택은 부스터 펌프, PRV, 라인 분리 등으로 조건을 보정합니다.
FAQ
Q. 윗집은 센데 우리 집만 약한 이유?
A. 라인 구성/길이/국부손실(밸브, 계량기)과 동시사용 시점 차이가 누적되어 ΔP가 더 큽니다.
Q. 해결책은?
A. 세대 내 소형 부스터펌프, 노후 배관 교체, 공용 부스터 증설·구간 분리 등 단계적으로 접근합니다.
핵심 요약
- 수압 = 정수압 − 마찰손실 − 국부손실
- 고층일수록 불리, 피크타임 동시사용이 압력 강하를 가속
- 플랜트 설계와 동일한 로직으로 직경·유속·손실을 관리