양수기
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1. 개요
양수기는 가정, 상업 및 산업 시설에서 사용되는 물의 양을 측정하는 데 사용되는 장치이다. 다양한 종류가 있으며, 각각 변위식과 속도식 측정 방식을 사용한다. 변위식에는 진동 피스톤 및 회전원판 계량기가 포함되며, 속도식에는 단일 및 다중 제트 미터와 터빈 미터가 포함된다. 이 외에도 전자기식, 초음파식, 전기 기계식 등 다양한 유형이 있다.
양수기는 일반적으로 세제곱미터 단위로 사용량을 표시하며, 레지스터, LCD, 자동 검침 기술, 스마트 수도 계량 기술을 통해 데이터를 수집하고 전송한다. 설치 및 관리, 누수 확인, 수도관 직경과 길이에 대한 표준화된 규정을 따른다.
양수기는 선진국에서 널리 사용되며, 개발도상국에서도 그 사용이 증가하고 있다. 주요 장점으로는 효율성 향상, 누수 감지, 동적 요금 청구, 물 절약 지원 등이 있으며, 비용에는 설치 및 유지 관리 비용이 포함된다. 문제점으로는 간헐적인 용수 공급으로 인한 정확성 저하, 공기 흐름으로 인한 과다 계측 등이 있다.
수도 계량기는 정확성, 신뢰성 및 규제 요건 준수를 위해 측정 표준 및 인증을 받아야 하며, 식수 시스템에 사용되는 경우 식수 공급을 오염시키지 않도록 엄격한 기준을 충족해야 한다. 또한, 환경 제약에 대한 보호를 위해 다양한 침입 방지 메커니즘을 사용한다.
최근에는 추가 센서, 데이터 분석 등을 통해 기능이 향상되고 있으며, 물 소비에 미치는 영향은 지역적 요인에 따라 다르다. 양수기의 정확성을 평가하기 위해 다양한 교정 및 시험 방법이 사용되며, 선불식 및 후불식 계량기가 모두 존재한다. 주요 공급업체로는 사젬콤, 캄스트룹, 허니웰, 아이트론 등이 있다.
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2. 종류
양수기는 크게 변위식과 속도식으로 나뉜다. 변위식에는 진동 피스톤, 회전원판 계량기 등이 있으며, 주로 주택 및 소규모 상업용으로 사용된다. 속도식에는 단일 및 다중 제트 미터, 터빈 미터 등이 있으며, 유체의 속도를 측정하여 유량을 계산한다.[2]
이 외에도 전자기식 및 초음파식 미터와 같은 비기계식 디자인과 특수 용도로 설계된 미터도 있다. 일반적인 상수도 시스템의 대부분의 계량기는 냉수만 측정하도록 설계되었으며, 온수용 계량기는 더 높은 온도를 견딜 수 있는 재료로 설계되었다. 재이용수용 계량기는 물을 마시는 용도로 사용해서는 안 된다는 것을 나타내는 특수한 라벤더색 덮개를 가지고 있다.[2]
자동 검침 계량기는 전자 측정 구성 요소와 LCD를 통합하여 데이터를 전송하는 전기 기계식 계량기이다.[2]
2. 1. 측정 기술별 유형
속도식과 변위식은 유량을 측정하는 두 가지 주요 방법이며, 각각 다양한 세부 기술을 사용한다. 일반적인 변위식 디자인에는 진동 피스톤과 회전원판 계량기가 있다. 속도 기반 디자인에는 단일 및 다중 제트 미터와 터빈 미터가 있다.전자기식 및 초음파식 미터와 같은 비기계식 디자인과 특수 용도로 설계된 미터도 있다.
속도식 수량계는 알려진 내부 용량의 계량기에 흐르는 유체의 속도를 측정한다. 그런 다음 유량의 속도를 유량으로 변환하여 사용량을 결정할 수 있다. 제트식 수량계(단일 제트식 및 다중 제트식), 터빈식 수량계, 프로펠러식 수량계 및 자력식 수량계를 포함하여 물의 유속을 측정하는 여러 유형의 계량기가 있다. 대부분의 속도 기반 계량기에는 계량기를 필요한 정확도로 보정하기 위한 조정 베인이 있다.
다중 분류식 수량계는 소형에서 매우 정확하며, 일반적으로 주택 및 소규모 상업용 사용자를 위해 약 12.70cm~약 5.08cm 크기에서 사용된다. 다중 분류식 수량계는 내부 챔버 주변의 여러 개의 포트를 사용하여 터빈에 여러 개의 물 분사를 생성하며, 터빈의 회전 속도는 물 흐름의 속도에 따라 달라진다. 다중 분류식 수량계는 저유량에서 매우 정확하지만, 대구경 파이프에서 사용되는 고유량에 필요한 직선형 흐름 경로가 없으므로 대형 수량계는 없다. 다중 분류식 수량계는 일반적으로 분사구가 막히는 것을 방지할 수 있는 내부 여과 장치를 가지고 있다. 다중 분류식 수량계는 일반적으로 청동 합금 본체 또는 외함을 가지며, 내부 측정 부품은 현대 열가소성 수지와 스테인리스강으로 만들어진다.
전자유량계(Magnetic flow meter), 일반적으로 "자력 유량계"라고 불리는 이 장치는 기술적으로 속도형 수량계이지만, 제트식 및 터빈식 유량계에서 사용되는 기계적 수단 대신 전자기적 특성을 이용하여 유량 속도를 측정한다. 자력 유량계는 측정에 패러데이 유도 법칙의 물리적 원리를 사용하며, 전자석을 작동시키기 위해 전력선이나 배터리에서 교류 또는 직류 전기를 필요로 한다. 자력 유량계는 기계적 측정 요소가 없으므로 일반적으로 양방향 유량 측정이 가능하며, 전자 장치를 사용하여 유량을 측정하고 합산한다. 또한, 기계적 측정 요소가 없으므로 이물질로 인해 막히거나 손상될 위험이 없어 원수(처리되지 않은/여과되지 않은 물)와 폐수 측정에도 유용하다. 유량 내에 손상될 수 있는 측정 요소가 없으므로 스트레이너가 필요하지 않다. 유량관을 통과하는 미세한 전기에너지가 부정확한 판독 값을 유발할 수 있으므로, 대부분의 자력 유량계는 접지 링 또는 접지 전극을 설치하여 유량관 내부의 유량을 측정하는 데 사용되는 전극에서 미세한 전기를 분산시킨다.
수량 측정에 사용되는 두 가지 주요 초음파 측정 기술은 다음과 같다.
- 도플러 효과(Doppler effect) 미터는 도플러 효과를 이용하여 계량기를 통과하는 물의 속도를 측정한다.
- 통과 시간(Transit Time) 미터는 초음파 신호가 계량기 내부의 두 개 이상의 고정된 지점을 통과하는 데 필요한 시간을 측정한다.
초음파 유량계는 관류형 또는 "클램프형" 디자인일 수 있다. 관류형 디자인은 물이 계량기를 직접 통과하는 디자인이며 일반적으로 주택이나 상업용 애플리케이션에서 사용된다. 클램프형 디자인은 일반적으로 센서가 파이프 등의 외부에 장착되는 더 큰 직경에 사용된다.
초음파 수량계는 일반적으로 매우 정확하며, 주택용 계량기는 0.01gal 또는 약 0.03L3까지 측정할 수 있다. 또한 넓은 유량 측정 범위를 가지며, 마모되는 내부 기계 부품이 없기 때문에 유지 보수가 거의 필요 없고 수명이 깁니다. 미국 수도 시설 시장에서는 비교적 새로운 기술이지만, 초음파 계량기는 수년 동안 상업용 애플리케이션에 사용되어 왔으며 기존의 기계식 디자인에 비해 장점이 있기 때문에 널리 보급되고 있다.
2. 2. 작동 방식별 유형
양수기의 작동 방식은 크게 두 가지로 나뉜다. 하나는 변위식이고, 다른 하나는 속도식이다. 변위식에는 진동 피스톤, 누타팅 디스크 계량기 등이 있고, 속도식에는 단일 및 다중 제트 미터, 터빈 미터 등이 있다.[2]- '''변위식 수량계'''(용적식 유량계): 정용식 유량계 또는 "PD" 계량기라고도 불린다. 물이 계량기를 통과하면서 측정 요소를 물리적으로 움직이게 하고, 이 움직임이 레지스터를 구동하는 방식이다. 주택 및 소규모 상업용으로 주로 사용되며, 약 12.70cm에서 약 5.08cm 크기가 일반적이다. 내부에 스트레이너가 있어 이물질로 인한 고장을 방지한다. 재질은 청동, 황동, 플라스틱 등이 사용된다.[2]
- '''속도식 수량계''': 유체의 속도를 측정하여 유량을 계산하는 방식이다. 제트식(단일 제트식, 다중 제트식), 터빈식, 프로펠러식, 자력식(전자식) 등이 있다.[2]
- '''다중 제트식 수량계''': 여러 개의 포트에서 물을 분사하여 터빈을 회전시키는 방식이다. 저유량에서 정확도가 높지만, 고유량에는 적합하지 않다. 약 12.70cm~약 5.08cm 크기로 주택 및 소규모 상업용으로 사용된다. 내부에 여과 장치가 있다. 재질은 청동 합금, 열가소성 수지, 스테인리스강 등이다.[2]
- '''터빈 유량계''': 유체가 직선으로 흐르면서 터빈을 회전시키는 방식이다. 용적식보다 높은 유량과 낮은 압력 손실에 적합하다. 대형 상업용, 소방 시설, 마스터 유량계 등에 사용된다. 약 2.54cm~약 30.48cm 이상 크기로 제공된다. 여과기가 필요하며, 재질은 청동, 주철, 구상흑연주철 등이다.[2]
- '''소방 유량계''': 소방 시설의 높은 유량 요구 사항을 충족하는 특수 터빈 유량계이다. 언더라이터스 래버러토리스(UL) 또는 FM 글로벌(FM 글로벌) 승인을 받기도 한다.[2]
- '''소화전 유량계''': 소화전에서 나오는 물의 양을 측정하는 휴대용 터빈 유량계이다. 무게를 줄이기 위해 알루미늄으로 만들어지며, 보통 약 7.62cm 용량이다.[2]
- '''전자 유량계'''(자력 유량계): 패러데이 유도 법칙을 이용하여 유량 속도를 측정한다. 양방향 유량 측정이 가능하며, 원수 및 폐수 측정에도 유용하다. 접지 링 또는 접지 전극을 설치하여 미세 전기를 분산시킨다.[2]
- '''초음파 유량계''': 초음파를 이용하여 물의 속도를 측정한다. 매우 정확하며, 넓은 유량 측정 범위를 가진다. 유지 보수가 거의 필요 없고 수명이 길다. 관류형과 클램프형 디자인이 있다.[2]
- '''코리올리 유량계''': 코리올리 효과를 이용하여 유체의 질량 유량과 밀도를 측정한다. 매우 정밀하고 신뢰성이 높지만, 높은 비용으로 인해 주택이나 도시의 수도 계량에는 사용이 제한적이다.[2]
이 외에도 전자기식, 초음파식 등 비기계식 디자인과 특수 용도로 설계된 계량기도 있다. 대부분의 계량기는 냉수 측정용이며, 온수용은 특수 재료로 설계된다. 재이용수용 계량기는 라벤더색 덮개로 구분된다.[2]
전기 기계식 계량기(선불식, 자동 검침)도 있다. 자동 검침 계량기는 전자 측정 구성 요소와 LCD를 통합하여 데이터를 전송한다.[2]
3. 구조 및 표시
양수기 계량기는 크게 두 가지 방식으로 표시된다.
- 사용 수량을 세제곱미터(m3) 단위로 3자리 또는 4자리의 계수기로 표시하고, 그 아래에 원형 눈금에 빨간 바늘로 표시되는 리터(L) 단위의 미터가 여러 개 배치된다. 사용 수량은 계수기 부분의 숫자를 왼쪽에서 오른쪽으로 읽는다.
- 왼쪽에는 검은 바늘로 입방미터 단위를 표시하는 원형 눈금의 계량기가, 오른쪽에는 빨간 바늘로 리터 단위를 표시하는 원형 눈금의 계량기가 각각 여러 개 배치된다. 사용 수량은 검은 바늘 계량기를 1000입방미터 눈금(없는 경우도 있음), 100입방미터 눈금, 10입방미터 눈금, 1입방미터 눈금 순으로 자릿수별로 읽는다.
3. 1. 레지스터 (Registers)
수도 계량기에는 여러 종류의 레지스터가 있다. 표준 레지스터는 시계와 유사한 다이얼과 주변부에 측정 단위 및 사용량을 나타내는 눈금이 있다. 자동차 계기판 바퀴와 유사한 디스플레이에서 가장 낮은 자릿수보다 작은 경우, 그 합계가 사용된 총 부피이다. 최신 레지스터는 측정 챔버의 자석(측정 요소에 부착)과 레지스터 바닥에 부착된 자석 사이의 자기 결합으로 구동된다. 레지스터의 기어는 측정 요소의 움직임을 회전 바늘과 계기판 스타일 바퀴에 표시되는 적절한 사용 증가량으로 변환한다. 많은 레지스터에는 누수 감지기가 있는데, 이는 구동 자석의 회전 속도에 더 가깝게 기어가 장착된 작은 가시 디스크 또는 바늘로, 일반 회전 바늘에서는 눈으로 식별할 수 없는 매우 작은 흐름도 볼 수 있게 해준다.
자동검침을 통해 제조업체는 무선 송신기, 판독 저장 장치, 데이터 로깅 장치에 대한 전자 출력을 생성하는 펄스 또는 인코더 레지스터를 개발했다. 펄스 계량기는 디지털 또는 아날로그 전자 펄스를 기록 장치로 보내며, 인코더 레지스터는 외부 장치가 바퀴의 위치나 저장된 전자 판독값을 얻기 위해 레지스터를 질의할 수 있는 전자적 수단을 갖추고 있다. 소비 데이터의 빈번한 전송은 스마트 계량기 기능을 제공하는 데 사용될 수 있다.
사용 수량은 세제곱미터(m3) 단위로 3자리 또는 4자리의 계수기로 표시하고, 그 아래에 원형 눈금에 빨간 바늘로 표시되는 리터(L) 단위의 미터가 여러 개 배치된 방식이다. 사용 수량은 계수기 부분의 숫자를 왼쪽에서 오른쪽으로 읽는다(단위는 세제곱미터).
왼쪽에는 검은 바늘로 입방미터 단위를 표시하는 원형 눈금의 계량기가, 오른쪽에는 빨간 바늘로 리터 단위를 표시하는 원형 눈금의 계량기가 각각 여러 개 배치되어 있는 방식이다. 사용 수량은 검은 바늘 계량기를 1000입방미터 눈금(없는 경우도 있음), 100입방미터 눈금, 10입방미터 눈금, 1입방미터 눈금 순으로 자릿수별로 읽는다(단위는 입방미터).
3. 2. LCD
기계식 눈금 대신 LCD를 사용하는 계량기와 다양한 기록 및 제어 장치에 데이터 또는 펄스를 출력하는 레지스터와 같은 특수한 유형의 레지스터도 있다. 산업용 애플리케이션의 경우, 총계산 외에도 다양한 유량을 기록하거나 제어하기 위해 출력은 종종 4~20mA 아날로그 신호를 사용한다.3. 3. 자동 검침 (Automatic Meter Reading, AMR)
자동 검침(AMR)은 제조업체가 무선 송신기, 판독 저장 장치 및 데이터 로깅 장치에 대한 전자 출력을 생성하는 펄스 또는 인코더 레지스터를 개발하게 하였다. 펄스 계량기는 디지털 또는 아날로그 전자 펄스를 기록 장치로 보낸다. 인코더 레지스터는 외부 장치가 바퀴의 위치나 저장된 전자 판독값을 얻기 위해 레지스터를 질의할 수 있는 전자적 수단을 갖추고 있다. 이러한 소비 데이터의 빈번한 전송은 스마트 계량기 기능을 제공하는 데 사용될 수 있다.[1]3. 4. 스마트 수도 계량 기술 (Smart Water Metering Technologies)
스마트 수도 계량 기술은 디지털 및 연결된 장치를 통해 실시간으로 물 사용량을 감시하고, 데이터를 수집하며, 사용량을 분석하는 고급 시스템이다. 기존의 기계식 수도 계량기와 달리, 스마트 미터는 물의 흐름을 측정하고 이 데이터를 무선으로 수도 사업자와 소비자에게 전송하는 전자 부품을 갖추고 있다.주요 기술로는 사용량 데이터를 수집하는 단방향 통신을 제공하는 자동 검침(AMR)과 원격 모니터링, 누수 감지, 동적 요금 청구와 같은 기능을 지원하는 양방향 통신을 제공하는 고급 검침 인프라(AMI)가 있다. 스마트 수도 미터는 사물 인터넷(IoT) 플랫폼과 통합되어 효율적인 물 관리, 낭비 감소, 그리고 향상된 고객 참여를 가능하게 한다.
3. 4. 1. RF 기술 및 프로토콜
무선 M-Bus는 유럽 EN 13757 표준을 준수하며, 유럽 전역에서 수도, 가스 및 전력 계량에 널리 채택되고 있다.[4] 유틸리티 애플리케이션에 맞춰 안전하고 안정적이며 에너지 효율적인 통신을 제공한다. 수집된 데이터는 WMUS 게이트웨이를 사용하여 네트워크로 전송된다.Wize 기술은 169MHz 주파수 대역을 기반으로 하는 프로토콜로, 장거리 저전력 통신을 위해 설계되었다. 우수한 신호 투과력과 확장성으로 유럽에서 수도 및 가스 계량에 일반적으로 사용된다.[5]
LoRaWAN은 장거리 저전력 기능으로 인해 농촌 및 도시 지역 모두에서 대규모 배포에 적합하다. 산업 및 시정부 애플리케이션에 널리 사용된다.[4]
Zigbee는 메시 네트워크를 생성하는 기능으로 알려져 있으며, 고밀도 연결이 필요한 도시 환경에서 자주 사용된다. 에너지 효율적이며 안전한 통신을 지원한다.[6]
NB-IoT 및 Cat-M은 셀룰러 네트워크와의 직접 통신을 가능하게 하는 셀룰러 기반 기술이다. 이러한 프로토콜은 기존 셀룰러 인프라가 있는 지역에서 대규모 배포에 특히 적합하며, 배터리 수명 연장과 강력한 적용 범위를 제공한다.[4]
엔코더 수신기 송신기(ERT) 기술은 특히 미국에서 유틸리티 계량 통신 시스템으로 널리 사용된다. 수도 계량기는 미터 인터페이스 유닛(MIU)이라는 외부 장치에 케이블로 연결되며, 유선 및 무선 시스템 간 전환 기능을 제공하여 효율적이고 확장 가능한 계량 솔루션을 찾는 유틸리티 제공업체에게 인기 있는 선택이 되었다.[7]
3. 4. 2. 애플리케이션 계층 프로토콜
스마트 계량기에서 데이터 교환을 표준화하고 상호 운용성을 보장하며 장치 기능을 향상시키기 위해 RF 통신 기술 상위에서 작동하는 애플리케이션 계층 프로토콜이다. 이러한 프로토콜을 통해 계량기를 광범위한 유틸리티 및 사물 인터넷(IoT) 생태계에 원활하게 통합할 수 있다.DLMS/COSEM(Device Language Message Specification/Companion Specification for Energy Metering)은 스마트 계량에서 가장 널리 채택된 프로토콜 중 하나이다. 계량 장치와 유틸리티 시스템 간의 데이터 교환을 위한 유연하고 표준화된 프레임워크를 제공한다. 이 프로토콜은 RF, 유선 및 셀룰러 네트워크를 포함한 다양한 통신 기술을 지원하며 안전한 데이터 전송, 구조화된 데이터 관리 및 원격 모니터링을 가능하게 한다.[8]
LwM2M(Lightweight Machine to Machine)은 제약된 네트워크에서 효율적인 자원 관리와 안전한 통신을 제공하는 IoT 장치용으로 특별히 설계된 프로토콜이다. 경량 설계로 인해 스마트 수도미터 및 기타 저전력 장치에 이상적이다. LwM2M은 원격 구성, 펌웨어 업데이트 및 실시간 모니터링을 지원하여 계량 시스템의 향상된 기능과 확장성을 제공한다.[9]
MQTT(Message Queuing Telemetry Transport) 및 CoAP(Constrained Application Protocol)과 같은 다른 애플리케이션 계층 프로토콜도 특히 IoT 중심 배포에서 스마트 계량 시스템에 사용된다. 이러한 프로토콜은 저대역폭, 고효율 통신에 중점을 두어 다양한 환경에서 안정적인 데이터 교환을 보장한다.[10][11]
3. 4. 3. 스마트 수도 계량 시스템 구성
스마트 수도 계량 시스템은 고급 수도 계량기, 통신 네트워크, 헤드엔드 시스템(HES), MDMS와 같은 중앙 집중식 플랫폼을 통합한다. 스마트 계량기는 무선 네트워크를 통해 사용량, 수압 및 이상 현상에 대한 데이터를 수집한다. HES는 이 데이터를 집계하고 검증하여 MDMS로 전달하며, MDMS는 고급 분석, 추세 보고 및 청구 통합을 수행한다.[12]WMBUS 게이트웨이(무선 M-Bus 게이트웨이)는 무선 M-Bus 통신 모듈이 장착된 수량계와 중앙 집중식 데이터 수집 시스템 간의 연결을 통해 원격 수량계 검침을 가능하게 하는 통신 장치이다. 게이트웨이는 일반적으로 868MHz(유럽) 또는 기타 ISM 대역과 같은 표준 주파수로 작동한다.[12]
WMBUS 게이트웨이는 고정 게이트웨이로 배치되어 영구적인 위치에 설치되어 범위 내의 계량기로부터 지속적으로 데이터를 수집하거나, 수신기를 장착한 휴대용 장치 또는 차량이 계량기를 지나갈 때 데이터를 수집하는 드라이브 바이 또는 워크 바이 시스템과 같은 모바일 솔루션의 일부로 배치될 수 있다.
경우에 따라, 통합 통신 모듈이 있는 전력량계가 근처의 수량계와 가스계로부터 데이터를 수집하는 고정 게이트웨이로도 사용되어 기존 인프라를 활용하여 배치 비용을 최소화한다.[13]
수집된 데이터는 분석 및 관리를 위해 GSM, GPRS, LTE 또는 이더넷과 같은 기술을 통해 중앙 서버로 전송된다.
4. 설치 및 관리
제공된 원본 소스는 수도 계량기에 대한 내용이므로, '양수기' 문서의 '설치 및 관리' 섹션에는 부적합하다. 따라서 해당 섹션에는 다음과 같이 작성할 수 있다.
```text
제공된 자료에는 양수기 설치 및 관리에 대한 정보가 없다. 대신, 수도 계량기에 대한 정보를 제공하고 있다.
4. 1. 누수 확인
수도미터에 연결된 실내 및 실외에 설치된 모든 수도꼭지를 잠근 후, 수도미터 내부의 파일럿 마크(pilot mark)가 회전하거나 파일럿 램프가 점멸하는 경우, 또는 빨간 바늘로 표시되는 1리터 미터가 계속 회전하는 경우에는 수도관 누수가 의심된다.[39]4. 2. 수도 계량기 길이 및 직경
수도계량기의 관 길이와 직경은 배관 시스템과의 호환성을 보장하고 규정 요건을 준수하기 위해 표준화되어 있다. 수도계량기 직경은 일반적으로 공칭 배관 크기(NPS)로 측정되며, 주거용은 15mm, 산업용은 300mm 이상의 크기로 제공된다.[3]적절한 직경은 예상 유량에 따라 선택되며, 작은 직경은 주거용, 큰 직경은 상업용 또는 산업용에 적합하다. 수도계량기의 길이(설치 길이라고도 함)는 ISO 4064 같은 국제 표준에 따라 표준화된다.
주거용 계량기는 지역 관행에 따라 110mm, 165mm, 190mm 같은 일반적인 길이가 사용된다. 대형 산업용 계량기는 300mm를 초과하는 길이를 가질 수 있다. 표준화된 길이와 직경은 상호 교환성을 용이하게 하고, 계량기를 기존 배관 네트워크에 수정 없이 쉽게 통합할 수 있도록 한다.
5. 보급 현황
많은 국가에서 주택 및 상업용 식수 상수도 공급은 물론 산업체 자체 수자원 공급에도 수량계가 일반적으로 사용된다. 하지만 전 세계 물 사용량의 대부분을 차지하는 관개 농업에서는 수량계 사용이 덜 흔하다. 개발도상국인 엘살바도르의 성공적인 농촌 지역 수량계 설치 사례가 있지만, 농촌 지역과 소도시의 상수도 공급에는 수량계가 일반적이지 않다.[14]
주택, 상업 및 산업 사용자에게 공공요금으로 공급되는 물의 수량 측정은 대부분의 선진국에서 일반적이나, 사용자의 약 52%만이 계량되는 영국은 예외이다.[15] 일부 개발도상국에서는 96%에 달하는 칠레와 같이 수량계 사용이 매우 일반적이지만, 아르헨티나와 같이 여전히 낮은 국가도 있다.
OECD 국가의 약 3분의 2는 단독 주택의 90% 이상에 수량계를 설치하고 있다. 일부 국가(예: 프랑스와 독일)에서는 아파트의 수량계 설치를 확대하고 있다.[17]
개발도상국 일부 도시의 주택용 수량계 설치 비율은 다음과 같다.[16]
6. 장점 및 비용
스마트 수도미터를 유틸리티 시스템에 통합하면 효율성이 향상되고, 누수를 빠르게 감지하며, 실시간 사용량에 기반한 정확한 요금 청구가 가능해진다. 또한 물 절약을 유도하고 비수익 물을 줄이며, 저소득층 물 보조금 지급을 위한 양적 목표 설정의 അടിസ്ഥാന이 된다.[18]
계량 비용은 계량기 구매, 설치, 교체 및 검침, 요금 고지서 발행 비용을 포함한다. 주택용 계량기 구매 비용은 낮지만, 전체 수명주기 비용은 높다. 특히 대형 건물에 여러 계량기를 설치하려면 배관 공사 비용이 추가될 수 있다.
6. 1. 장점
스마트 수도미터를 유틸리티 시스템에 원활하게 통합하면 다음과 같은 여러 장점을 제공한다.- 효율성 향상: 자동화된 데이터 수집으로 인력과 오류를 줄인다.
- 누수 감지 강화: 실시간 모니터링을 통해 누수를 신속하게 파악하고 해결할 수 있다.
- 동적 요금 청구: 실시간 사용량에 기반한 더 정확하고 유연한 요금 청구가 가능하다.
- 지속 가능성: 자세한 소비 통계를 제공하여 물 절약을 지원한다.
계량의 이점은 다음과 같다.
- 용적 요금제와 함께 사용하면 물 절약을 위한 유인책이 된다.
- 배수 네트워크의 누수를 감지하는 데 도움을 주어 비수익 물의 양을 줄이는 기반을 제공한다.
- 저소득층에 대한 물 보조금의 양적 목표 설정의 전제 조건이다.
6. 2. 비용
계량 비용에는 다음이 포함된다.- 계량기 구매, 설치 및 교체 투자 비용.
- 월별 정액 요금제가 아닌 소비량을 기준으로 계량기를 읽고 요금 고지서를 발행하는 데 드는 반복적인 비용.
주택용 계량기 구매 비용은 낮지만, 계량의 총 수명주기 비용은 높다. 예를 들어, 대형 건물의 여러 아파트에 계량기를 설치하려면 상당한 배관 공사가 필요하며, 따라서 비용이 많이 들 수 있다.[18]
7. 문제점
계량과 관련된 문제는 특히 많은 개발도상국에서 흔한 간헐적 공급의 경우에 발생한다. 압력의 급격한 변화는 계량기를 손상시킬 수 있으며, 이는 개발도상국의 많은 도시에서 많은 계량기가 작동하지 않는 이유이기도 하다. 또한 일부 유형의 계량기는 오래될수록 정확도가 떨어지며, 불량 계량기를 정기적으로 교체하지 않으면 소비량이 과소 계측되어 수익이 감소한다.[19] 많은 유형의 계량기는 공기 흐름도 기록하는데, 특히 간헐적 공급 시스템에서 용수 공급이 재개될 때 유입되는 물이 공기를 계량기를 통과시키면 소비량이 과다 계측될 수 있다.[19]
변위식 수량계는 공기와 물을 구분하지 않고 모두 유체로 계산한다. 상수도 회사와 계량기 제조업체가 준수하지 않고 공기를 물로 청구하는 두 가지 규정이 있는데, 측정 시스템에는 효과적인 공기/증기 제거기 또는 공기/증기가 계량기를 통과하는 것을 방지하는 기타 자동 장치를 장착해야 한다. 또한 측정 시스템에는 계량기에 들어가기 전에 포함될 수 있는 모든 공기 또는 용존되지 않은 기체를 제대로 제거하기 위한 가스 제거 장치가 포함되어야 한다.[20][21]
8. 수도 계량기 표준 및 인증
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수량계는 정확성, 신뢰성 및 규제 요건 준수를 보장하기 위해 측정 표준 및 인증을 받아야 한다. 가장 널리 인정되는 표준에는 수량계의 성능, 정확도 등급 및 시험 절차를 정의하는 ISO 4064[22] 시리즈 및 OIML R49[23] 표준이 포함된다.
유럽 연합에서는 회원국 내에서 판매되는 수량계에 대해 측정기기 지침(MID) 준수가 의무적이며, 이는 조화된 유럽 표준과의 적합성을 보장한다. 미국에서는 수량계가 일반적으로 설계, 재료 및 성능 기준을 명시하는 AWWA(미국 상수도 협회) C700 시리즈 표준을 준수한다. 오스트레일리아와 뉴질랜드에서는 수량계가 AS 3565 표준을 준수해야 한다.
수량계 인증 절차에는 다양한 유량에서의 정확성, 환경적 스트레스 하에서의 내구성, 장기 안정성 시험 등이 포함된다.
8. 1. 수도 계량기 측정 표준 및 인증
수량계는 정확성, 신뢰성 및 규제 요건 준수를 보장하기 위해 측정 표준 및 인증을 받아야 한다. 가장 널리 인정되는 표준에는 수량계의 성능, 정확도 등급 및 시험 절차를 정의하는 ISO 4064[22] 시리즈 및 OIML R49[23] 표준이 포함된다.유럽 연합에서는 회원국 내에서 판매되는 수량계에 대해 측정기기 지침(MID) 준수가 의무적이며, 이는 조화된 유럽 표준과의 적합성을 보장한다.
미국에서는 수량계가 일반적으로 설계, 재료 및 성능 기준을 명시하는 AWWA(미국 상수도 협회) C700 시리즈 표준을 준수한다.
오스트레일리아와 뉴질랜드에서는 수량계가 AS 3565 표준을 준수해야 한다.
수량계 인증 절차에는 종종 다음 시험이 포함된다.
- 다양한 유량에서의 정확성
- 환경적 스트레스 하에서의 내구성
- 장기 안정성
8. 2. 수도 계량기 음용수 표준 및 인증
식수 시스템에 사용되는 수도 계량기는 식수 공급을 오염시키거나 수질을 변화시키지 않도록 엄격한 기준을 충족해야 한다. 이러한 기준은 식수와 접촉하는 재료, 코팅 및 설계에 적용된다.미국에서는 NSF/ANSI 61 준수가 의무적이며, 수도 시스템 구성 요소에서 용출될 수 있는 오염 물질에 대한 한계를 설정한다.
유럽 연합은 규정 (EU) 305/2011 (건설 제품 규정) 준수를 의무화하며, 다음과 같은 국가 인증을 병행한다.
호주와 뉴질랜드에서는[25] AS/NZS 4020 표준이 식수와 함께 사용하기 위한 제품의 적합성을 규정하며, 맛, 색상 및 독성과 같은 요소에 중점을 둔다.
라틴 아메리카에서는 브라질과 멕시코와 같은 국가들이 종종 NSF International의 표준과 같은 국제 표준을 참조한다.
9. 환경 제약
수도미터는 비, 홍수, 먼지 등에 노출되는 환경에 설치되므로, 정확하고 안정적인 작동을 위해 견고한 보호가 필요하다. IP68 등급은 장치가 완전히 방진되며, 제조사가 지정한 1미터 이상의 깊이에서 지속적인 침수에도 견딜 수 있음을 나타낸다.[26]
이러한 보호를 위해 제조사들은 다양한 침입 방지 메커니즘을 사용한다.
10. 혁신
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10. 1. 추가 센서
개념 증명(PoC) 프로젝트의 일환으로 수량계에 추가적인 센서를 통합하여 기능을 향상시키고 물 사용량 및 시스템 성능에 대한 자세한 통찰력을 제공하는 방안이 모색되고 있다.이러한 혁신은 누수 감지, 수질 모니터링 및 역류 감지와 같은 과제를 해결하는 것을 목표로 한다.
예를 들어,
- 파이프 파열이나 막힘과 같은 이상 현상을 식별하기 위해 압력 센서를 테스트하고 있다.[29]
- 수도 시스템의 동결 위험 또는 열 변화를 감지하는 기능을 평가하기 위해 온도 센서를 평가하고 있다.[30]
- 파이프 내부의 소리 패턴과 진동을 분석하여 누수 감지를 위해 PoC 시스템에서 음향 센서를 테스트하고 있다.[31]
10. 2. 데이터 분석
스마트 계량기에서 수집된 데이터는 물 사용 패턴, 최대 소비 시간, 누수 또는 시스템 비효율성과 같은 잠재적인 문제에 대한 통찰력을 제공하기 위해 분석된다. 상수도 사업자는 이 데이터를 사용하여 물 분배를 최적화하고 문제를 사전에 해결할 수 있다.[32][33]11. 소비에 미치는 영향
계량기 설치와 수가격이 수돗물 소비에 미치는 영향에 대해서는 의견이 분분하다. 계량된 수돗물 수요의 가격탄력성은 지역 여건에 따라 크게 달라진다. 물 사용량에 따른 가격 책정이 소비에 미치는 영향은 수도 요금이 가계 지출에서 차지하는 비중이 클수록 더 클 경향이 있다.
영국에서는 계량기가 설치되면 소비량이 약 10% 즉각적으로 감소한다는 증거가 있지만, 대부분의 경우 계량기 설치 전에 소비량이 직접 측정되지 않으므로 그 효과는 불확실하다.[18] 영국의 계량기 사용자는 계량기 미설치 사용자보다 물 사용량이 적지만, 대부분 지역에서는 1990년 이전에 지어진 주택에 대해서는 계량기 설치가 의무가 아니므로,[34] 계량기 사용 고객은 어느 정도 자기 선택적인 그룹이다. 또한 저소득 가구는 물 절약 조치에 투자할 여력이 적어 물 빈곤(가구의 순소득 중 3% 이상을 수도 및 하수 서비스에 사용하는 경우로 정의)을 경험할 수 있으므로, 수도 계량은 사회적으로 역진적일 수 있다는 우려도 있다.[35]
함부르크(독일)에서는 1992년 계량기가 설치된 아파트(1인당 1일 112L)의 가정용 수돗물 소비량이 계량기가 설치되지 않은 아파트(1인당 1일 137L)보다 18% 낮았다.
12. 교정 및 검증 벤치
수량계 교정 및 시험 장치는 수량계의 정확도와 성능을 평가하기 위해 다양한 방법을 사용한다. 각 방법은 유량 범위, 정밀도 또는 확장성과 같은 특정 시험 요구 사항에 맞춰져 있다.[36]
유량이 제어되면 수량계의 성능과 정확도를 평가하기 위해 다양한 측정 방법이 사용된다. 이러한 방법은 계량기의 판독값을 기준 표준과 비교하는 데 중점을 둔다.[36]
- 시동-정지 방법: 유량을 일정 시간 또는 일정량에 걸쳐 시작하고 중지하는 기본적이고 널리 사용되는 방법이다. 계량기의 판독값을 정밀하게 측정된 기준 용량과 비교하여 저유량에서 중유량까지 신뢰할 수 있는 결과를 제공한다.[37]
- 용량 비교법: 이 방법은 피스톤 프로버 또는 마스터 미터와 같은 교정된 기준 장치를 사용하여 시험 미터로 측정된 수량을 비교한다. 매우 정밀하며 표준을 엄격하게 준수해야 하는 계량기에 적합하다.
13. 선불 및 후불 수도 계량기
계량기는 지불 방식에 따라 선불식 또는 후불식일 수 있다. 대부분의 기계식 수도 계량기는 후불식이며, 전자기식 및 초음파식 계량기도 마찬가지이다. 선불식 수도 계량기의 경우, 사용자는 판매대에서 일정량의 물을 구매하여 선불로 지불한다. 충전된 물의 양은 IC 카드 또는 RF 카드와 같은 매체에 기록된다. 주요 차이점은 카드가 선불식 수도 계량기의 처리 부분과 접촉해야 하는지 여부이다. 일부 지역에서는 키패드를 사용하여 물 사용량을 입력하는 선불식 수도 계량기를 사용한다.
14. 주요 공급업체
- 사젬콤(Sagemcom)
- 캄스트룹(Kamstrup)
- 허니웰(Honeywell) / 엘스터 (구 켄트, 구 마뇰, 구 와토/와미터)
- 파르니에(Farnier)
- 하이드로미터(Hydrometer)
- 아이트론(Itron) (구 악타리스, 구 슐럼버저, 구 콩파니 데 꽁프퇴르 또는 CDC)
- 마달레나(Maddalena)
- 스마르테오 워터(Smarteo Water) (구 폴리에 워터)
- 사펠 및 하이드로미터 (다이엘 그룹)
- 센서스(Sensus) (구 센서스 미터링 시스템즈, 구 인벤시스, 구 소캄)
- 타구스(Tagus)
- 제너(Zenner)
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