Z30Haus의 급수 배관 시스템에 희망사항은 다음과 같습니다.
. 누수확률이 최소화되고 수명이 긴 급수 시스템
. 2욕실 동시 샤워 가능한 충분한 수량
. 트는 즉시 나오는 온수

이 요구사항은 급수배관 자재만 선정해서는 달성될 수 없고, 파이프+연결피팅+배관토폴로지의 3가지가 서로 영향을 주는 시스템으로 접근해야 달성이 가능합니다.

 

[배관자재의 발전 히스토리]
배관시스템은 의외로 소재기술의 발전에 따라 세계적으로 지난 50여년간 대략 15년 주기로 계속 바뀌고 발전해 오고 있는데요..
지난 70년간의 댁내 수도배관은 2차 대전 이후 납관/강관의 사용에서 70년대까지 구리관이 널리 사용되었고,
70년대부터 PB, PP, cPVC, PEX 등의 플라스틱 배관이 본격적으로 사용되기 시작하였습니다.
그런데 이들 플라스틱 배관 중
cPVC 배관은 진동과 열에 취약한 문제로 2000년 경까지 시장에서 퇴출되었고,
PB 배관도 95년 Shell 사와 Dupont사가 생산, 공급해 온 PB배관의 누수 문제로 집단소송에서 10억달러에 이르는 손해배상과 함께 북미시장에서 퇴출되었습니다.
PB배관의 퇴출 이후 북미, 유럽에서 가장 높은 점유율을 가지는 배관은 PEX 배관이며, PE-RT 배관이 시장점유율을 높이고 있고, MLC(복합관), 구리배관과 스테인리스배관이 고급주택과 병원 등 니치마켓에서 사용되고 있습니다.

현재 시점에서 PEX배관은 약 30년간 검증된 배관이라고 할 수 있겠고, 이 분야 글로벌 1위는 핀란드 Uponor사의 PEX-A 파이프 제품군 입니다.

이 Uponor사의 PEX-A 의 배관 연결 피팅은 연결부 금속재질이 없는 전체가 PPSU재질의 엔지니어링 플라스틱으로 제조되어 파이프와 연결 피팅과의 체결성과 신축성 변화를 최소화 하고, 연결부의 내경이 거의 줄어들지 않아 같은 직경 파이프에서 가장 유속과 유량이 높게 급수가 가능합니다.
이렇게 현 시점에서 가장 이상적이고 안전한 선택이라고 판단되는 Uponor ProPEX 시스템을 사용하고 싶었으나 Uponor Korea가 몇년 전 한국 지사 철수했네요. ㅠㅠ

한편, 우리나라는 80년대 까지 철관,동관이 사용었고, 90년대 PVC, 메타폴(복합관) 등 여러종류의 배관이 경쟁하다 2000년 이후로 PB배관으로 시장이 통일되었습니다.

왜 PB 배관을 피하려고 하는가?
현재 국내 주택에서 99% 사용되고 있는 PB배관은 미국에서 전면 사용금지된 배관이라는 점과 PB배관과 함께 사용되는 Pushfit 피팅시스템의 신뢰성에 의문이 들었기 때문입니다. 또한 PB배관과 피팅이 한 제조사에서 시스템으로 공급+인증되고 보증되지 않고 제각각 공급되고 있다는 점도 신뢰성을 낮추는 요인이라고 봤습니다.

PB배관의 연결피팅자재 - 푸시핏, 원터치피팅, 에이콘 등으로 불리며 배관을 피팅에 눌러끼우기만 하면 되기 때문에 매우 간편합니다.

다만, 현재 국내 사용중인 PB배관과 피팅모두 KS 인증으로 95도 10BAR 환경에서 50년의 수명을 인증받았고, 미국에서 사용금지된 PB에서 성능을 개선한 PB-1 배관으로 영국 등에서는 현재도 많이 사용되고 있어 앞으로 치명적 결함이 발견될 확률은 낮을 것으로 생각합니다.

배관과 피팅이 한 회사에서 시스템으로 공급되는 제품으로 국내에서 소량 수급이 가능한 시스템으로 Geberit 사의 MEPLA (PE-AL-PE복합관)과 MPRESS 스테인리스 배관과 전용 press-fit 피팅시스템이 있습니다.

Geberit MEPLA는 안쪽 PE-RT 외부 PE-RT 배관에 중앙엔 알루미늄층이 있는 복합관으로서 매우 높은 내구성과 낮은 선팽창계수, 알루미늄층에 의한 산소투과 차단성능을 가지고 있습니다. 단점은, 가격이 고가이고 유연성이 PB나 PEX보다 떨어진다는 점.

Geberit 처럼 배관과 전용 피팅을 시스템으로 공급하는 국내업체로 (주)미성이 있고 PE-RT Type2 배관, MLP(복합관)과 전용 프레스핏 피팅시스템을 공급하고 있더군요!

PEX-A, PE-RT TYPE 2, PB-1, MLC 모두 생산하는데, 그중 프레스핏 피팅이 제공되는 배관은 PE-RT Type2배관과 MLC(복합관) 두종류였습니다. 이중 1.가격이 저렴하고 2.플라스틱단일재두께가 두껍고, 3. 최소굽힘 각도가 더 작아 유연성이 높은 PE-RT Type 2 배관과 전용 프레스피팅 제품으로 선택하였습니다.

PE-RT Type 2 배관은 가장 늦게 상용화되어 현 시점에서 계속 점유율확대중인 배관으로서 PEX-A 배관과 거의 같은 내구성과 비가교구조로 재활용이 가능한 친환경 배관입니다.

[Piping Topology]
냉온수 배관을 각 수전까지 연결하는 방법은 두가지 구성이 있습니다.

Home-run manifold 시스템 (Star형 1:1 연결구성)
메인 수도라인이 분배기에서 각 수전으로 병렬 연결되는 방식입니다.

현재 대부분의 주택이 이 방식으로 냉온수배관을 시공하고 있습니다.
장점은 균일수압, 국소적 차단가능, 유지보수용이, 누수리스크 최소화 => Push fit 배관과 궁합 적절
단점은 배관총길이 증가, 매니폴드(분배기)공간 필요, 분배함 하자 리스크(결로,동파등)

CD관에 PB관을 넣어 시공하는 이중배관시공도 요즘 많이 하는 편입니다만, Zero30Haus는 매립하는 배관이 없고 이중배관 내 파이프 누수가 발생한다면 어짜피 피해와 복구비용은 별차이가 없으며, 이중배관은 배관단열하기가 어렵다는 생각으로 이중배관은 하지 않았습니다.

Trunk-and-branch system (Tree형 구성)

입입된 댁내 25A 급수관을 Trunk라인으로 구성하고 가까운 수전에 15A배관으로 가지치기하듯 분배하는 방식 입니다.
장점은 총 배관길이 짧음, 분배기 불필요
단점은 수압 불균형, 온수지연, 여러곳의 T피팅 증가로 누수위험, 유지보수시 전체 트렁크 잠궈야 함
입니다.

Z30Haus는 Trunk & Branch 방식으로 시공키로 결정했는데, 이유는 이 방식의 단점들이 대부분 해소된다고 보았기 때문입니다.
수압불균형: 트렁크배관사이즈를 키워 25A 트렁크, 15A, 12A 브랜칭으로 트렁크 용량을 키워서 동시 동시 2샤워+세탁기 사용에도 유량과 수압이 유지되도록 하였습니다.
배관 누수 리스크: (중요) 더 견고하고 안전한 Pressfit 피팅시스템의 사용과 전체 배관이 콘크리트에 묻히지 않고 벽과 천장에 매립되어 있어 분산된 연결배관들이라도 누수리스크가 적다고 보았습니다.
온수 출수 지연문제: Trunk & Branch 방식을 선택한 가장 큰 이유로 온수 라인을 루프 구성할 수 있어 모든 수전(특히 샤워수전)온수 출수시 온수가 즉시 나올 수 있도록 구성할 수 있습니다.

Hot water recirculation 시스템은 온수라인이 연결된 가장 먼 수전쪽에서 다시 온수탱크의 입수구쪽으로 연결하고 순환펌프를 연결하여 온수를 배출하지 않더라도 펌프로 온수라인을 순환시켜 온수 파이프 내에 식은물을 뜨거운 온수로 채워주어 수도꼭지를 틀면 즉시 온수가 나올 수 있게 하여 줍니다. 순환펌프는 타이머로 일정시간마다 작동하게 할 수도 있고, 욕실에 작동버튼을 두어 버튼을 누르면 30초간 순환시켜 온수를 채우거나 IoT센서와 연동시켜 샤워실 진입하면 자동으로 순환펌프를 작동시키는 등으로 제어할 수 있습니다.

펌프는 아마존에서 50~100 달러 정도에 구입 가능합니다.

미성 PE-RT 배관, 프레스핏 피팅과 전용 전동 압착공구. 단독주택 1채 시공하는 소규모 현장임에도 미성 본사에서 직접 자재공급과 설명을 해 주셨습니다.

프레스핏 엘보와 푸시핏 엘보. 프레스핏 피팅이 훨씬 견고하고 누수확률이 적을 것으로 예상합니다. 피팅의 유속 감소량도 푸시핏보다 적습니다. 푸시핏 엘보는 배관 유지보수시 접근 가능한 공간에만 제한적으로 사용

프레스핏 피팅 시스템은 체결시 플라스틱 홈을 통해 배관이 끝까지 다 들어갔는지를 육안으로 확인할 수 있고, 전용 압착공구로 일정한 압력으로 균일하게 피팅압착을 하기에 작업자의 시공오류로 인한 하자 확률을 크게 낮출 수 있습니다.

미성 PE-RT TYPE 2 배관. 우리나라도 유럽과 비슷하게 기존 PB, PEX-A배관의 점유율이 낮아지고 PE-RT배관의 점유율이 높아지고 있는 상황이라고 합니다. 6M 직관은 보온재가 감싸진 제품도 공급합니다. 25A 트렁크라인은 보온직관을 사용하였습니다.외부수전은 모두 실내 단열구역안에 자동온도조절 믹싱밸브를 연결시키고 Aquor 사의 자동퇴수 부동수전을 시공하여 외부 수전의 동파나 부식누수를 원천차단하였습니다.

장기 유지보수와 교체를 쉽게 하기 위해 모든 수전은 냉온수 150mm 간격의 15A 노출배관으로 통일하였습니다. 딱 한곳 욕실세면수전만 매립수전 시공. 하지만, 목조주택은 매립수전도 벽체 스터드 안에 정밀하고 견고하게 매립이 가능하고 향 후 교체나 수리도 용이합니다.

수전 연결구가 우리나라에서 판매중인 제품들은 대부분 12A PB 배관이 연결되어 15A 연결구로 출수되도록 되어 있습니다. 그런 수전연결구를 사용하면 대부분의 세면수전, 주방수전등은 12A로도 충분한 수량이 나오지만 샤워수전, 욕조수전에는 수량이 조금 모자랄 수 있습니다. 그래서 샤워수전과 욕조수전엔 20mm 배관(15A) 직결이 되는 엘보부속을 구해 시공하였습니다.

PE-RT 배관은 유연하여 엘보없이 배관을 90도 꺾어 시공이 가능합니다.

대부분의 급수배관은 1층 천장에 25A 트렁크라인이 가고 여기에서 가지치기로 2층 욕실로 올라가고 1층 주방으로 내려오는 구성으로 시공하였습니다.

여기에서 간과하면 안되는 중요한 포인트가 있는데요, 배관의 선팽창계수 입니다.
온도변화에 따라 배관길이가 늘거나 줄어드는 선팽창량이 우리 상식과 달리 구리관 같은 금속관보다 플라스틱관의 선팽창량이 10배 가량 높다는 점입니다. 그중에서도 PE-RT Type II 배관의 선팽창량이 가장 높습니다.

각 10m 배관이 온도변화 60도일 때의 배관 길이 변화 수준
PB 배관 78mm
PE-RT II 배관 96mm
PEX-A (액셀배관) 90mm
구리배관 10mm

그러므로 PB나 PE-RT 배관은 시공시 타이트하게 배관을 고정해서는 안되며, 길이가 긴 배관은 슬라이딩이 가능하도록 느슨하게, 그리고 움직일 수 있는 여유를 줄 수 있도록 직선으로 쫙 펴지 말고 어느정도 자연스럽게 벤딩이 되도록 시공하는 것이 좋겠습니다.

또한 이러한 선팽창 특성 때문에 콘크리트 슬라브 등에 매립 시공시 장기적으로 선팽창에 의한 배관 스트레스와 손상리스크가 있습니다.

세탁실의 세탁기 급수구 시공 사진입니다. 급수수전위에 은색 실린더가 달려 있는데 Water Hammer Arrestor라는 장치입니다. 급수용 솔레노이드밸브가 달려 있는 세탁기나 식기세척기의 사용시 세탁기 급수밸브가 닫길 때 급격한 압력변화로 배관에 "땅~" 하고 수압 충격이 발생합니다. 이 현상을 수격(Water Hammer) 현상이라고 하는데, 금속실린더안에 밀폐된 스프링이 수격충격을 흡수하여 배관을 수격 스트레스로 부터 보호해 주는 기능을 합니다. 국내 시공에서는 의무사항이 아닌데, 미국에서는 설치가 의무화 되었습니다. 한국이나 미국이나 세탁기는 동일하므로 가급적 워터헤머어레스터를 달아 주어야 장기적 배관 하자율을 줄이고 수명을 늘릴 수가 있겠습니다.

Hot water recirculation 배관시공모습. 온수트렁크라인의 가장 먼 쪽에서 25A 배관을 15A로 줄여 온수탱크로 다시 보내는 라인을 추가합니다. 리턴배관을 15A로 줄이는 이유는, 리턴라인을 좁게 시공하면 배관속 온수가 식으면서 부피가 줄어들면서 펌프를 통한 강제순환을 안시켜도 천천히 온수가 순환될 수 있기 때문입니다. (써모사이폰현상)
그런데 실제로 유용한 수준으로 충분히 순환될지는 모르기에 일단 순환펌프도 시공을 준비해놓음.

급수라인 시공 후 압력 테스트. 10bar로 테스트하려고 하였으나 콤프레셔 과부하로 7bar로 테스트하였습니다.

7bar 압력이 1시간 후에 0.2bar 줄어듦을 확인. 미세하게 샌다는 것이죠.
직구한 NPT 규격 황동 연결구 모두에서 누기 발생. 배관나사규격이 우리나라(유럽규격)인 BSPP, BSPF(tapered), 그리고 미국식 NPT(Tapered) 규격은 상호 호환이 안됩니다. 그러므로 이 3규격을 엄격히 구분해서 맞는 규격을 사용해야만 하며, 불가피하게 다른규격끼리 연결해야 할 경우에는 테플론 테이프와 스트링을 충분히 사용해서 단단히 체결해야 합니다.

이렇게 댁내 급수공사를 마무리하였습니다.
안해본 것들을 시도하다 보니 겁이 많이 났지만 결과적으로는 시공비용, 배관성능(유량,압력), 시공속도, 그리고 편의성(온수틀면 바로나온다!) 면에서 장점이 있다고 생각합니다.