동파 방지용 ‘수도계량기 보호통’·‘수도전’ 개발

국가예산 연간 30억원 절감 효과·안전한 수돗물 공급 기여…환경부장관 표창
특허 2개 보유…정수시설 운영관리사 등 상수도 업무 관련 자격증도 4개 취득

경북 청송군 진보면사무소 김영철 주무관(46·지방기계장)은 24년간 마을상수도·소규모 급수시설 관리·정수장 운영을 담당해 온 물관리 전문가로, 지난 5월30일 ‘2011년 전국 상수도운영관리 평가’에서 맑은 물 공급 운영 관리에 공헌한 공로를 인정받아 환경부 장관상을 수상했다.

그가 개발한 ‘동파 방지용 수도계량기 보호통(특허등록번호 제0513311호, 실용신안등록번호 제0364584호)’은 섭씨 영하 30도의 혹한에서도 수도계량기의 동파를 방지해 겨울철 동파 문제를 획기적으로 해결할 수 있다.

이는 땅 속의 열기를 이용해 수도계량기 주변을 데우는 원리를 활용한 것으로, 동파 방지를 위해 계량기 함에 스티로폼이나 옷가지 등을 넣어 이중삼중으로 보온처리 하는 번거로움을 없앴다.

특허 사용료로 지자체 수입 증대

뿐만 아니라 상하수도 부품 생산업체인 신성산업(주)(대표이사 신윤성)와 특허 사용에 관한 계약을 체결, 특허 사용료로 매출액의 3%를 청송군에서 받도록 되어 있어 지방자치단체 수입 증대에도 기여하고 있다.

24년간 마을상수도·소규모 급수시설 관리·정수장 운영을 담당해 온 김영철 주무관은 꾸준한 자기 개발을 통해 직무능력을 향상시켰다. 지난 2007년 정수시설 운영관리사에 합격하는 등 상수도 업무와 관련된 자격증을 4개나 취득했고, 특허 2개를 보유하는 등 상수도 관리 운영 분야에서 전국 최고의 기술을 보유하고 있다.

최근 ‘동파 방지용 수도계량기 보호통 및 수도전(부동전)’은 환경부 심사평가에서 최우수 점수를 받았으며, 그는‘2011년 전국 상수도운영관리 평가’에서 맑은 물 공급 운영 관리에 공헌한 공로로 환경부 장관상을 수상했다.

김영철 주무관은 “사명감을 갖고 업무에 최선을 다해 좋은 결과를 얻었다”며 “정수장 운영관리 기술과 방법을 인근 지자체에 알려 누구나 맑은 물을 먹을 수 있도록 하겠다”고 밝혔다.

수도계량기 보호통은 땅 속에 매설되어 기온이 낮은 동절기에 수도계량기가 동파되거나 외부 충격에 의해 파손되는 것을 방지하는 장치이다. 종래의 일반 수도계량기 보호통은 별도의 열 공급원이 없거나 단열재가 구비된 경우라도 보호통과 단열재가 연접되어 혹한기에 동파되는 문제가 빈번했다.

또, 단열재를 보호통 내부에 별도로 투입해야 하는 불편함이 있었다. 실제로 국내 대부분의 수도계량기는 섭씨 영하 9도의 날씨에 2시간 이상 노출될 경우 동파로 인한 누수로 주민 불편과 경제적인 손실이 발생했다.

지난 2001년 환경부 조사에 따르면 혹한기인 1월13일부터 2월21일까지 9만4천 건의 수도계량기 동파사고가 발생했고, 2004년 1월21일부터 6일 동안에는 무려 3만9천 개가 동파됐다.   
최근 자료에 따르면 2010년부터 올해까지 서울시에서는 1만1천300건, 경상북도에서는 1만9천 건의 수도계량기 동파사고가 발생했다. 이처럼 수도용 계량기의 잦은 동파로 인해 예산절감 및 안전한 수돗물 공급을 위한 보호통 개발이 절실했다.

지열 수집해 계량기 동파 방지

이는 땅 속의 열기가 올라와 수도계량기 주변을 데우는 원리를 활용한 것으로, 지열을 모으는 지열 수집판을 이용해 입수와 출수 파이프를 따라 대류 현상을 일으켜 계량기 동파를 방지하는 기술이다.

통상 지하 1m 이하의 지층에는 지열이 존재해 지상이 영하의 온도라도 땅 속은 평균적으로 섭씨 7도의 온도를 유지하는 것으로 알려져 있다. 기존의 기술은 자연적으로 존재하는 지중의 지열 에너지를 충분히 활용하지 못했다.

특히 유도관이 바닥판과 보호통 몸체에 고정되거나 일체로 결합되어 있어 보호통 내에 입수관 및 출수관을 설치할 때, 시공자는 유도관을 보호통 몸체와 바닥 판에서 분리하고 입수관과 출수관을 각각 설치한 후 다시 조립해야 하는 등 어려움을 겪었다.

이에 따라 설치 시 시공성을 향상시키도록 입수 및 출수 유도관을 바닥판과 보호통 몸체사이에 끼우는 방식으로 조립했다. 특히, 기존 보호통 몸체 내부에 사용된 단열재보다 더 두꺼운 단열재를 사용해 단열 수단을 대폭 개선함으로써 스티로폼 등 별도의 단열부재를 사용하지 않도록 했다.

-30℃에서도 내부온도 0.5℃ 유지

이렇게 지열 수집판과 수집 파이프로 수집된 지열이나 수증기는 바닥판에 형성된 각각의 관통공을 통해 보호통으로 전달되며, 지열 수집판 및 수집 파이프는 열전도성과 내부식성이 우수한 스테인리스 등의 금속성 재질로 제작했다.

뚜껑은 보호통 몸체에 열기나 수증기 등으로 인해 내압이 발생되더라도 충진재로 충진된 중량으로 인해 들리지 않아, 지상의 차가운 공기를 효율적으로 차단하는 역할을 한다.

김영철 주무관은 이 기술 개발을 위해 냉동기 내부에 시험 장치를 구성해 연구를 진행했으며, 시험 장치는 지열 수집판, 단열재, 보호통, 온도계측센서로 구성됐다. 비교를 위해 시험구와 대조구를 설정하고 시험구 내부 온도, 대조구 내부 온도, 지열 온도, 냉동기안 내부 온도 등을 측정했다.

80시간의 실험결과 섭씨 영하 30도의 외부 온도에도 보호통 내부의 온도는 평균 섭씨 0.5도 이상을 유지하는 것으로 나타나 동파뿐만 아니라 수도관 동결을 예방했다. 특히, 기존의 수도 계량기 보호통을 열 회수판 및 회수관이 부착된 보호통으로 교체할 수 있어 설치가 간편하고 실용성이 뛰어나다.

‘동파 방지용 수도계량기 보호통’은 대구광역시를 비롯해 충북 제천시·영동군, 강원도 태백시 및 영월·인제군, 경북 경산시와 청송·봉화·예천·울진군, 경남 거창군 등 전국 관공서에 3천 개 이상이 납품됐다.

부동전 개발 연간 10억원 절감

해빙작업은 1개소 당 5만 원의 비용이 소요되며 교체로 인한 비용 지출도 컸다. 이에 부동전 개발로 연간 10억 원 이상의 예산을 절감할 수 있을 것으로 예상된다. 현재 부동전은 시험 및 보급 단계에 있으며, 신성산업(주)에서 시험 제품을 생산하고 있다.

이 제품은 대구광역시 상수도사업본부, 경북 경산, 경남 창원시와 거창군, 충북 음성군 등 10개 지역에 2천여 개를 보급했으며, 특히 ‘동파방지용 수도계량기 보호통 및 수도전(부동전)’을 광역시에도 납품하기 위해 서류 및 실험확인서를 해당 광역시와 교환 중에 있다.

시험 제품 보급 결과 지역에 따라 차등은 있지만, 동결 심도가 80㎝ 미만인 지역은 매설 깊이를 90㎝로 매설해야 하며 주변의 모래 또는 자갈 2.5㎝ 미만, 자재 30㎝ 이상 되 메우기를 실시해야만 효과가 있는 것으로 나타났다.

이에 따라 향후 지역 편차에 따른 동결 심도 및 내구성 분석을 통해 최적의 표준 모델을 개발할 필요가 있다. 또한 수도전 관리 및 사용 방법에 대한 홍보와 교육도 이뤄져야 할 것이다.   <이지희 기자>

[『워터저널』 2011. 8월호에 게재]