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스프링클러

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목차

1. 개요

스프링클러는 관개, 방진, 냉각, 제설 등 다양한 목적으로 사용되는 장치이다. 설치 방식에 따라 지하 스프링클러, 지상형 및 이동식 스프링클러 등으로 나뉘며, 작동 원리는 전기 및 유압 기술을 통해 솔레노이드 밸브를 작동시키는 방식이 일반적이다. 농업 분야에서는 중앙 피벗 관개 시스템과 이동식 파이프 관개 시스템이 널리 사용되며, 운동장, 지붕, 해체 공사, 어업 등 다양한 분야에서 활용된다. 또한, 정원 호스와 분무 노즐을 함께 사용할 경우 레지오넬라균과 같은 유해 물질의 흡입 위험이 존재할 수 있다.

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스프링클러
개요
채소밭에서 작동 중인 관개 스프링클러
채소밭에서 작동 중인 관개 스프링클러
설명잔디와 작물에 물을 주는 방법
기능
용도잔디 관개
농작물 관개
먼지 제어
작동 원리물을 공중으로 분사하여 물방울 형태로 분산
유형
고정식 스프링클러지정된 위치에 고정되어 물을 분사
회전식 스프링클러회전하면서 넓은 영역에 물을 분사
임팩트 스프링클러충격 메커니즘을 사용하여 회전 및 물 분사
미니 스프링클러작은 물방울로 부드럽게 물을 분사
역사 및 발전
초기 형태수동으로 작동하는 간단한 장치
현대적 발전자동화 시스템 도입
다양한 노즐 및 작동 방식 개발
효율성 및 고려 사항
장점넓은 지역에 균일한 관수 가능
설치 및 관리가 비교적 용이
단점바람에 의해 물 손실 발생 가능
증발로 인한 물 손실
과도한 관수로 인한 피해
효율성 향상타이머 및 센서 사용
적절한 노즐 선택 및 배치
기타
관련 기술점적 관수
표면 관개
주의 사항적절한 수압 유지
정기적인 유지보수
수자원 보호 노력 병행
추가 정보
참고자료FAO 스프링클러 관개

2. 종류

스프링클러는 작동 방식, 설치 위치, 용도 등에 따라 다양한 종류로 나뉜다.
작동 방식에 따른 분류


  • 회전식 스프링클러: 고압 분무에 사용되며, 볼 드라이브, 기어 드라이브, 임팩트 메커니즘으로 구동된다. 원형 또는 부분 원형으로 회전하며 물을 뿌린다.
  • 레인건: 임팩트 스프링클러와 유사하지만, 40lbf/in2에서 130lbf/in2의 매우 높은 압력과 50USgal/min에서 1200USgal/min의 유량으로 작동한다. 노즐 직경은 약 1.27cm에서 약 4.83cm 범위이다. 관개 외에도 먼지 억제, 벌목 등 산업용으로 사용된다.

설치 위치에 따른 분류

  • 지하 매설형: 대부분의 관개용 스프링클러는 지지 배관과 함께 지면에 매설된다.
  • 지상형/이동식: 지상형 및 이동식 스프링클러도 일반적으로 사용된다.

주거용 스프링클러
진동형 스프링클러는 주택의 잔디밭에 물을 주는 데 일반적으로 사용되며 필요에 따라 이동된다.


주거용 잔디 스프링클러는 크기, 비용, 복잡성이 다양하다.

  • 종류: 임팩트 스프링클러, 진동형 스프링클러, 드립 스프링클러, 지하 스프링클러 시스템, 휴대용 스프링클러 등
  • 자동화: 영구 설치된 시스템은 타이머나 자동화 프로세스로 작동하며, 회수 가능한 헤드를 설치하여 잔디 깎기 중 손상을 줄이기도 한다.
  • 휴대용: 소형 휴대용 스프링클러는 야외 수도꼭지에 연결하여 일시적으로 사용 가능하다.
  • 골동품: 1950년대 호주에서는 '설정 후 잊어버리는 트랙터 스프링클러'(Nomad 개발)가 사용되었는데, 수압으로 잔디밭을 천천히 이동했다.[2]

농업용 스프링클러
목화 농장의 관개

  • 초기 형태: 가정용 및 골프장용 스프링클러와 유사했으나, 경작 방해 및 유지 관리 비용 문제가 있었다.
  • 중앙 피벗 관개: 1940년 콜로라도주 스트라스버그의 농부 프랭크 자이바흐가 발명했다.[3]
  • 이동식 파이프 관개 시스템: 1950년대 오레곤주 포틀랜드의 Stout-Wyss 관개 시스템이 개발하여 널리 사용되었다. 스프링클러 헤드가 장착된 큰 파이프에 부착된 큰 바퀴가 들판을 천천히 이동하는 방식이다.[4]

2. 1. 설치 방식

지하 스프링클러는 기본적인 전자 및 수압 기술을 통해 작동한다. 밸브와 이 밸브에 의해 작동되는 모든 스프링클러를 하나의 구역(zone)이라고 한다. 작동 시, 밸브 상단에 있는 솔레노이드가 자화되어 중앙에 있는 작은 스테인리스 스틸 플런저를 들어 올린다. 이렇게 하면 작동(또는 상승)된 플런저가 밸브 중앙에 있는 고무 다이어프램 상단에서 물이 빠져나가도록 한다. 이 다이어프램 하단에서 대기하고 있던 압력이 가해진 물은 이제 더 높은 압력을 가지게 되고 다이어프램을 들어 올린다. 그러면 이 압력이 가해진 물은 일반적으로 PVC 파이프(고압 상업 시스템) 또는 폴리에틸렌 파이프(일반적으로 저압 주거 시스템)로 만들어진 일련의 파이프를 통해 밸브 하류로 빠져나간다. 이 파이프의 끝에는 지면과 같은 높이(일반적으로)에 미리 측정되고 간격을 두고 배치된 스프링클러가 있다. 이러한 스프링클러는 설정된 패턴을 가진 고정 분무 헤드(일반적으로 약 0.46m에서 2m 사이를 분무)일 수도 있고, 6m에서 12m의 범위로 물을 분무하는 완전 회전형 스프링클러일 수도 있으며, 꽃과 관목과 같은 섬세한 식물에 느리고 꾸준한 물방울을 방출하는 작은 점적 관수기일 수도 있다. 현지 재료의 사용도 권장된다.[5]

2. 2. 작동 원리

지하 스프링클러는 기본적인 전자 및 수압 기술을 통해 작동한다. 밸브와 이 밸브에 의해 작동되는 모든 스프링클러를 하나의 구역(zone)이라고 한다. 작동 시, 밸브 상단에 있는 솔레노이드가 자화되어 중앙에 있는 작은 스테인리스 스틸 플런저를 들어 올린다. 이렇게 하면 작동(또는 상승)된 플런저가 밸브 중앙에 있는 고무 다이어프램 상단에서 물이 빠져나가도록 한다. 이 다이어프램 하단에서 대기하고 있던 압력이 가해진 물은 이제 더 높은 압력을 가지게 되고 다이어프램을 들어 올린다. 그러면 이 압력이 가해진 물은 일반적으로 PVC 파이프(고압 상업 시스템) 또는 폴리에틸렌 파이프(일반적으로 저압 주거 시스템)로 만들어진 일련의 파이프를 통해 밸브 하류로 빠져나간다. 이 파이프의 끝에는 지면과 같은 높이(일반적으로)에 미리 측정되고 간격을 두고 배치된 스프링클러가 있다. 이러한 스프링클러는 설정된 패턴을 가진 고정 분무 헤드(일반적으로 1.5m에서 2m 사이를 분무)일 수도 있고, 6m에서 12m 범위로 물을 분무하는 완전 회전형 스프링클러일 수도 있으며, 꽃과 관목과 같은 섬세한 식물에 느리고 꾸준한 물방울을 방출하는 작은 점적 관수기일 수도 있다. 현지 재료의 사용도 권장된다.[5]

2. 3. 용도

스프링클러는 관개 목적으로 널리 사용된다. 밭, 목장과 같은 농지뿐만 아니라 주택의 정원이나 골프장의 잔디에도 자주 설치된다. 대부분 지면에 설치되며, 수도관을 지면 바로 위에 놓거나 노즐 부분을 제외하고 매립하는 경우가 많다. 물은 비스듬히 위쪽의 한 방향 또는 여러 방향으로 간헐적으로 살수되며, 노즐을 회전(일부는 앙각도 변화)시켜 전방위로 살수한다. 수압은 2기압 정도이다. 타이머 등에 따라 자동으로 살수를 시작하는 경우가 많지만, 수동식 스프링클러도 있다.

러시아 등에서 미국산 자주식 스프링클러를 라이선스 생산한


센터 피봇 방식 스프링클러는 한 개의 살수관에 많은 노즐이 부착된 대형 스프링클러로, 한쪽을 고정단으로 하여 자동으로 회전하여 광대한 원형 범위를 관개한다. 자동으로 이동하면서 살수하는 장치인 자주식 스프링클러(별명: 롤 카)도 있다.[7]

야외 운동장의 먼지를 가라앉히고 여름철 더위를 식히기 위해 사용되기도 한다. 최근에는 분진이 주변 주거 환경에 미치는 악영향(건강 피해, 빨랫감 오염 등) 때문에 스프링클러 설치가 증가하는 추세이다. 소규모 시설이나 오래된 시설에 추가로 설치되는 경우에는 이동이 가능하고 호스로 급수하는 간편한 스프링클러도 있다.

스프링클러로 지붕 등에 물을 뿌려 기화열을 이용해 건물 내부를 냉방하는 방식도 활용된다. 빗물받이의 물(빗물이나 증발하지 않고 흘러내린 물)을 이용하여 물 사용량을 줄이는 시스템도 있다.

콘크리트 건축물 등의 철거 공사나 공장에서는 스프링클러를 사용하여 분진 발생을 억제한다.

어업에서는 어선에서 해면에 물을 뿌려 작은 물고기 떼를 연출하고, 이를 포식하려는 어획 대상 어류를 유인하는 데 스프링클러가 사용된다. 가다랑어 낚시(一本釣り) 어업이 대표적인 예로, 매우 저렴한 미끼 역할을 한다.

스프링클러를 장착한 자동차나 철도차량은 청소, 비포장도로의 먼지 방지 등에 사용된다. 영어에서는 차량 자체를 스프링클러라고 부르기도 한다.

지하수를 끌어올려 눈 위에 살포하여 녹이는 방식이다. 폭설 지역의 도로나 철도 선로 옆에 설치되는 경우가 많다.

폭설 지대를 달리는 조에츠 신칸센의 융설용 스프링클러는 와세다대학의 쓰치야 기이치와 철도기술연구소의 공동 연구로 개발된 유체소자를 채택하여 가동부가 없어 동결로 인한 작동 불량의 우려가 없다.[8][9][10]

3. 농업

스프링클러는 밭, 목장과 같은 농지 외에도 주택의 정원이나 골프장의 잔디에 자주 사용된다. 대부분 지면에 설치되며, 수도관을 지면 바로 위에 놓거나 노즐 부분을 제외하고 매립하는 경우가 많다. 물은 비스듬히 위쪽의 한 방향 또는 여러 방향으로 간헐적으로 살수되며, 노즐을 회전(일부는 앙각도 변화)시켜 전방위로 살수한다. 수압은 2기압 정도이다. 타이머 등에 따라 자동으로 살수를 시작하는 것이 많지만, 수동인 것도 있다.

3. 1. 역사

농부들이 처음으로 사용한 스프링클러는 가정용 및 골프장용 스프링클러와 유사한 형태였다. 매설된 파이프와 고정식 스프링클러 헤드의 역할을 수행했지만, 이러한 임시변통 시스템은 경작을 방해하고 유지 관리 비용이 많이 들었다.

중앙 피벗 관개는 1940년 콜로라도주 스트라스버그에 살았던 농부 프랭크 자이바흐가 발명했다.[3] 1950년대에는 오레곤주 포틀랜드에 본사를 둔 Stout-Wyss 관개 시스템이라는 회사가 이동식 파이프 관개 시스템을 개발했는데, 이는 농부들이 넓은 들판에 관개하는 데 가장 인기 있는 유형이 되었다. 이 시스템을 사용하면 스프링클러 헤드가 장착된 큰 파이프에 부착된 큰 바퀴가 들판을 천천히 이동한다.[4]

3. 2. 중앙 피벗 관개

중앙 피벗 관개는 1940년 콜로라도주 스트라스버그에 살았던 농부 프랭크 자이바흐가 발명했다.[3] 센터 피봇 방식 스프링클러는 한 개의 살수관에 많은 노즐이 부착된 대형 스프링클러로, 한쪽을 고정단으로 하여 자동으로 회전하여 광대한 원형 범위를 관개한다.

3. 3. 이동식 관개 시스템

중앙 피벗 관개는 콜로라도주 스트라스버그에 살았던 농부 프랭크 자이바흐가 1940년에 발명했습니다.[3] 1950년대에 오레곤주 포틀랜드에 본사를 둔 Stout-Wyss 관개 시스템이라는 회사는 이동식 파이프 관개 시스템을 개발했는데, 이는 농부들이 넓은 들판에 물을 대는 데 가장 많이 사용되는 방식이 되었습니다. 이 시스템에서는 스프링클러 헤드가 장착된 큰 파이프에 부착된 큰 바퀴가 들판을 천천히 이동합니다.[4]

자동으로 이동하면서 살수하는 장치인 자주식 스프링클러(별명: 롤 카)도 있습니다.[7]

4. 운동장

야외 운동장에 먼지가 날리는 것을 막고 여름철 더위를 식히기 위해 스프링클러가 사용된다.

최근 운동장 먼지가 주변 주거 환경에 미치는 악영향(건강 문제, 빨랫감 오염 등)이 문제로 떠오르면서 스프링클러 설치가 늘고 있다. 소규모 시설이나 오래된 시설에 추가로 설치할 때는 이동이 가능하고 호스로 물을 공급하는 간편한 스프링클러를 사용하기도 한다.

5. 지붕 냉각

스프링클러로 지붕 등에 물을 뿌려 기화열을 이용해 건물 내부를 냉방하는 방식이다. 빗물받이의 물(빗물이나 증발하지 않고 흘러내린 물)을 이용하여 물 사용량을 줄이는 시스템도 있다.

6. 해체 공사

콘크리트 건축물 등의 철거 공사나 공장에서는 스프링클러로 분진 발생을 방지한다.

7. 어업

어업에 사용되는 스프링클러는 어선에서 해면에 물을 뿌려 작은 물고기 떼를 연출하고, 이를 먹으려는 어획 대상 어류를 유인하는 방식이다. 가다랑어 낚시 어업이 대표적인 예로, 매우 저렴한 미끼라고 할 수 있다.

8. 제설

지하수를 끌어올려 눈 위에 뿌려 녹이는 방식이다. 폭설 지역의 도로나 철도 선로 옆에 설치되어 있는 경우가 있다.

8. 1. 소설 파이프

지하수를 끌어올려 눈 위에 살포하여 녹이는 방식으로, 폭설 지역의 도로나 철도 선로 옆에 주로 설치된다.

조에츠 신칸센의 융설용 스프링클러는 와세다대학의 쓰치야 기이치와 철도기술연구소의 공동 연구로 개발되었다. 이 스프링클러는 유체소자를 채용하여 가동부가 없어 동결로 인한 작동 불량의 우려가 없다.[8][9][10]

9. 건강 위험

2017년 보고에 따르면, 일반적인 정원 호스와 분무 노즐을 함께 사용하면 10µm보다 작은 물방울을 포함하는 에어로졸이 발생하여 근처 사람들이 흡입할 수 있다. 특히 햇볕에 의해 가열될 경우, 사용하지 않을 때 호스에 고여 있는 물은 호스 내부 표면에 생물막으로 레지오넬라균과 자유생활 아메바(FLA)의 성장과 상호 작용을 촉진할 수 있다. 레지오넬라증이나 폰티악열의 임상 사례는 레지오넬라균을 포함하는 정원 호스 에어로졸 흡입과 관련이 있는 것으로 밝혀졌다.[6] 이 보고서는 인간 건강 위험을 정량화하기 위해 통제된 호스 조건에서 측정된 미생물 밀도를 제공한다. 두 가지 유형의 호스에서 확인된 레지오넬라균(Legionella spp.)의 밀도는 다른 원인으로 인한 레지오넬라증 발병 시 보고된 밀도와 유사한 것으로 나타났다. 사용 후 호스의 물을 빼는 것이 위험을 줄이는 방법으로 제안되었다.[6]

참조

[1] 웹사이트 CHAPTER 5. SPRINKLER IRRIGATION http://www.fao.org/d[...] 2016-08-26
[2] 웹사이트 The Ride family's 'Nomad' brand tractor lawn sprinkler, National Museum of Australia http://collectionsea[...]
[3] 서적 Water and the Land Adams Publishing Corp.
[4] 잡지 Irrigation Pipe on Wheels Move Across Fields https://books.google[...] 1950-07-00
[5] 웹사이트 Rainbird – California's Gold (12002) http://blogs.chapman[...] Chapman University Huell Howser Archive 2010-11-08
[6] 논문 Your Garden Hose: A Potential Health Risk Due toLegionellaspp. Growth Facilitated by Free-Living Amoebae
[7] 웹사이트 畑かんロールカーを紹介します - 宮崎県都城市ホームページ https://www.city.miy[...] 2024-12-06
[8] 웹사이트 散水素子 http://www.yasuhisa.[...]
[9] 웹사이트 ＴＷＩｎｓが医理工の融合を変える http://www.waseda.jp[...]
[10] 논문 流体素子内3次元流れの数値実験 : 噴流の挙動に及ぼすノズルの影響 http://id.nii.ac.jp/[...] 岡山理科大学
[11] 웹인용 CHAPTER 5. SPRINKLER IRRIGATION http://www.fao.org/d[...] 2016-08-26


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