실험실 특히 LAB, 설비에 Utility를 공급하는 배관의 계획은 실험실의 종류, 실험실의 목적, 필요성, 예산 등의 조건에 따라 그 계획이 정해진다. 공급 Utility와 배관의 문제는 연구소의 건축설계와 LAB, 설비를 연결하는 매우 중요한 사항을 내포할 뿐 아니라 나중에 두 번 다시 고칠 수 없는 경우도 생길수가 있다.
공급배관의 종류
실험실에 공급되는 공급 Utility의 종류에는 다음과 같은 것이 있다.
각종 Utility 중의 어떤 종류가 실험실의 목적에 맞게 사용되지만 이것들 중에는 필요해도 소량이기 때문에 배관하지 않고 실험실내에 봄베를 가지고 들어와서 사용하는 일도 있다.
그러나 이 문제는 매우 신중히 검토하지 않으면 실험대와 흄후드의 근처에 봄베가 늘어서서 위험할 뿐만 아니라 고압가스관리법에도 위반된다. 또, 실험실의 기능 그 자체에도 지장을 초래하고 일상의 실험도 충분히 할 수 없게 되므로 각종 Utility의 사용목적, 사용방법, 사용량 등을 충분히 검토하고 쾌적함과 동시에 기능적인 실험실을 계획해야 한다.
고압가스관리법에 의하면, 연구시설의 1건물 당 상압환산으로 300m²(40리터봄베로 50통)이내의 봄베밖에 둘 수 없기 때문에 이 경우는 사용하는 고압가스의 고압을 10기압 이하로 내리고 건물 내에 특수가스 Piping Plan이 바람직 하다
결론으로서 고도의 기능을 가진 실험실을 계획하려면 건설계획의 초기단계부터 공급 Utility의 배관계획을 검토해서 합리적인 배관방법을 입안해 두어야 한다.
공급Utility의 토출구
실험대, 후드, 씽크대 등의 LAB. 설비에 설치하는 공급 Utility의 토출구 즉, 급수 수전, Gas Cock, 각종 Utility용 Needle Valve는 일반용과 다른 것이 많고, 종류도 여러 가지이므로 전용메이커와 협의하는 것이 좋은 방법이지만 연구소 계획 때에 조사하여 그 방침을 정해두어야 한다.
수전은 사용목적과 설치장소에 따라 토수구의 수량과 모양, 머리와 핸들의 모양, 머리가 고정인가 움직이는가 등 많은 종류로 나뉘어져 있다. 실험실의 수전으로서는 비닐호스를 직접 연결해서 사용하는 데에 편리한 화학수전이 일반적이지만 이것은 토수구가 좁기 때문에 물 흐름이 강하여 세척하기에는 적합하지 않다. 세정용으로서는 별도로 그 용도에 맞는 수전(혼합수전)을 설치해야한다. 순수용으로는 전용의 PVC 또는 Stainless 순수수전이 사용되고 있다.
여기에는 LNG용과 LPG용이 있고 도시가스의 경우는 사용하는 지역의 가스회사와 Gas Cock의 종류를 협의하여 결정할 필요가 있다. Gas Cock의 종류에는 설치하는 장소에 따라 탁상형과 벽부형이 있고 각각 1구형과 2구형이 있다. 사용하는 가스기구와의 연결방식에는 호스를 직접 Gas Cock에 연결하는 것과 Quick Connector로 착탈을 확실하고도 용이하게 하는 것이 있어 각각 전용의 Gas Cock를 선정해야 한다. 또, 2구형의 한쪽을 호스형으로 다른 한쪽을 Quick Connector용으로 하는 2조형 Cock도 있어 복수의 가스기구를 사용할 경우에는 편리하다. LPG용의 Gas Cock의 종류도 ING에 준하고 있지만 안전성을 중시해서 Quick Connector의 Gas Cock의 사용을 권장하고 있다. 또, Gas Cock 또는 가스기구에서 고무관이 빠진 경우와 불량의 고무관을 연결하지 않은 Hose Cock를 열은 경우에 가스의 유출을 차단해 사고를 방지하기 위하여 Gas Cock는 LNG 및 LPG 공히 Fuse Cock Type으로 되어있다. Fuse Cock Type의 기구를 움직이게 하기 위해서는 Gas Cock는 반드시 손잡이가 상부로 되도록 설치하고 Codk는 전부 열고 사용해야 한다.
Gas Cock의 설치장소
Gas Cock의 설치장소는 사용되는 소비기기의 근처로 도어 개폐 등의 장해가 되지 않고 설치와 조작 및 유지관리가 용이한 장소로 하는 외에
○ 가스 기구 등의 불꽃이 접촉하지 않고 증기의 현저한 영향을 받지 않는 장소로 할 것.
○ 두 개 이상의 Gas Cock를 설치할 경우에는 10cm 이상 떨어뜨릴 것.
○ 전기콘센트로부터 10cm이상 떨어뜨릴 것을 권장하고 있다.
압축공기, 진공, 수소, 산소, 질소, 아르곤, 헬륨, 아세틸렌용의 토출구는 사용하기 쉽게 디자인되고 검사된 Needle Valve가 있으므로 이것을 사용하는 것이 좋다. 핸들에는 각각의 Gas 명칭을 명기하여 색에 따라 식별하는 것이 바람직하다.
통상, 배관의 식별은 배관식별로 행해지므로 토출구의 식별도 이 색채를 응용해서 토출구 핸들 등에 표시하는 것이 편리하다. 그러나 특수가스에 대해서는 규정이 없으므로 연구소 건설의 계획 때에 방침을 세워서 결정해두어야 한다. 한국에서는 봄베의 색이 가스에 의해 정해지므로 배관과 토출구색도 통일하는 것이 좋다.
실험용 특수 Gas Piping
최근 연구소의 생명은 그 설비와 안정성에 있다. 특히 화학연구소에 배치된 Utility. Gas류는 연구의 효율화에 크게 도움이 되지만 동시에 매우 곤란한 문제를 가지고 있다. 화학연구소에서는 화학반응. 합성화학, 분석 등의 연구에 수소, 산소, 질소, 이산화탄소 아세틸렌, 헬륨 등의 고압가스를 다량으로 사용한다. 특히 최근 가스크로마트그래프, 액체크로마트그래프, 원자 및 빛 등 고압가스를 필요로 하는 기기 류가 급증하여 연구소 전체에 매우 많은 수의 봄베를 필요로 하고 있다. 최근 건설된 신연구소에서는 고압가스에 관해서 지방자치체 소방서 등으로부터 매우 엄격한 규제를 받고 있는 예가 많다. 고압가스를 취급하는 경우에 규제를 받는 법규는 고압가스관리법. 소방법. 건축법이다. 건축법에서는 일정량 이상의 고압가스 취급이 금지되고 소방법에서는 가연성가스가 규제의 대상이 된다. Gas Piping은 각종 규제에 대비하여 만들어진 계획으로 다음과 같은 사항을 고려해야 한다.
예를 들면 컴퓨터에 의한 누설감지시스템, 전자밸브, 역화방지장치, 가스누설감지경보기, 말단밸브 개폐장치 등이 바람직하다.
Utility의 배관방법
실험실로의 배관의 도입과 연결은 통상의 배관과 달리 복잡하므로 배관작업이 쉽고 보수점검도 쉬운 방식이어야 한다. 통상 이러한 배관을 연결하는 실험대, Hood 등의 LAB. 설비는 전문메이커의 것이 배관, 보수점검이 간단한구조로 설계되므로 다소 비싸더라도 이러한 제품을 사용해야 한다.
실험실로의 배관의 인입에는 다음의 다섯 가지 방식이 있다. 어떠한 실험실에서도 여기서 말하는 방식중의 한 가지를 사용하므로 그 득실 및 연구소 전체를 고려해서 인입의 방법을 정해야 한다.
천장으로부터의 Piping (그림 16)
이 방법은 노출배관이라고 하는 방법으로 예부터 사용되고 있고 최근에도 비교적 많다. 보수점검에는 매우 편리하지만 배관위에 먼지가 쌓이는 단점이 있고 항상 청소하고 각 배관을 배관 식별 색으로 식별되어야 한다. 또, 배수계통은 아래층이나 아래방향으로 해야 하므로 배수용의 바닥 슬리브를 이용하면 좋다.
아래층으로부터의 Piping (그림 17)
이 방법은 아래층의 천장위에 배관되는 분기 관에서 도입하므로 바닥면에 각각의 배관을 하는 방식이다. 연결 장소는 지정된 위치에 미리 배관이 되어 있어야 한다. 이것은 손쉬운 방법이지만 고장 혹은 누수의 경우 및 보수점검의 경우에는 아래층의 실험실에 영향을 주게 된다. 실험실내에서 배관은 노출되지 않는다.
아래층으로부터 배관을 위한 바닥 슬리브를 통해서 인입. (그림 18)
아래층에 배관되어 있는 분기점에서 바닥 슬리브를 통해서 인입하는 방식이다. 바닥 슬리브는 Floor, 배관 공간, 실험대간의 유연성을 자유롭게 하는 이점이 있고 특히 장래 LAB. 설비를 예정하는 방에는 미리 바닥슬리브를 설치해서 예비배관을 해두면 좋으므로 바닥 슬리브 방식의 채택이 바람직하다.
평행 피트로부터의 인입 (그림 19) 교차 피트로부터의 인입 (그림 20)
이 두 Type의 방법은 비교적 많이 사용되는 방식으로 보수점검도 배관피트의 뚜껑을 열어서 할 수 있는 편리함이 있고 배관도 노출되지 않는다.
최근 전문메이커의 실험대는 모두 서비스 스페이스(배관용 스페이스)를 두고 있다. 벽, 창측 및 중앙실험대는 모두 용이하게 배관할 수 있도록 설계되어 있으므로 사용자는 구체적으로 배관방법을 생각하기보다도 실험대 그 외의 LAB.설비에 대해서 어떠한 방식의 것을 사용하는가를 검토하는 편이 중요하다. 벽 측, 창 측에 있어서는 실험대로의 배관도입의 방법은 벽측이나 바닥면에 배관을 설치하는 방법으로 배관 접속이 되어야 한다. 실험대 내부의 안은 Box Type으로 되어있으므로 간단한 점검은 여기에서 할 수 있다. 중앙실험대에 있어서도 배관을 하기 위하여 몇 개로 분할해서 배관 종료 후에 조립하는 것이 좋다. 씽크대 또는 조립해야 할 실험대의 안은 Box Type으로 해체가 가능하게 해두는 것이 이상적이며 Hood로의 배관연결은 모두 Hood 하부 내에서 하는 것이 보통이다.
배수
실험실의 배수로서는 실험을 마친 후의 폐액, 기구장치의 세정 배수 및 냉각수가 있다. 실험을 마친 후의 폐액은 많은 경우 산폐액, 알칼리폐액, 유기용제의 폐액 등이다. 이것들은 농후하고 부식성도 크기 때문에 배수관에는 흐르게 하지 않고 수거해서 처리장으로 가지고 가든가 폐액처리장치로 처리한 후에 배수해야 한다. 세정수 및 냉각수는 각각의 트랩을 통해서 배수된다. 또, 배수는 공공용수역의 수질오염방지를 위한 배수규제 [PH (수소이온농도), SS(부유물질), BOD(미생물산소요구량), COD (화학적산 소소비량) 및 유해물질에 관하여]에 따라 적절히 처리한 후 장외로 방출하는 것이 원칙이다.
배수관에는 P.P관, PVC관 강관 등이 있다. P.P관은 내약품성이 뛰어나 연구소의 실험실배수관으로 많이 사용되지만 온도의 한계는 80°C이다. PVC(경질폴리염화비닐)관은 산, 알칼리, 초산, 가솔린, 에탄올 등에는 무난하지만 벤젠계 등의 유기용제에는 현저히 약해서 이것들이 조금이라도 섞여 들어오면 배수로는 사용할 수 없다. 또, 내열성도 낮아 온도가 오르면 내약품성이 저하되므로 이배수관은 연구동에서의 사용에는 적합하지 않다. 유럽에서는 도기관, 글라스제 배수관이 있어 내약품성, 내열성이 우수하지만 우리나라에는 아직 보급되지 않았다. 강관은 내열성은 완전하고 내약품성도 우수해 실용적이지만 내산성에는 약간 문제가 있다.
배수관에는 반드시 배수트랩을 설치할 필요가 있다. 배수트랩의 형식에는 드럼트랩과 벨트랩이 있다. 드럼트랩은 도기 재질이고 대개의 경우 바닥에 두고 복수의 배수구멍에서 파이프로 연결한다. 그러나, 종종 실험대의 내부와 배관공간의 속에 설치되는 수가 있어 그 경우는 보수점검이 불편해진다. 벨트랩은 배수구멍에 공기모양의 뚜껑을 씌운 모양을 하고 있고 도기재질과 스텐리스 재질이 있다. 도기재질은 도기 씽크 구조의 하나이고 사용자가 스스로 점검할 수 있는 편리함이 있다. 스텐리스 재질의 트랩은 스텐리스 재질의 씽크에 설치할 수 있지만 스텐리스 배수구멍, 그 자체가 트랩이 되기 때문에 이것을 사용하는 데에 바로 옆에서 점검할 수 있어 편리하다. 기구세정 씽크로 모래를 많이 사용하는 경우에는 때론 관을 막히게 하는 수가 있다. 그 때문에 기구 세정용 씽크에는 적당한 트랩을 설치할 필요가 있다.