개념 한 쪽
대기환경기사 국소환기 — 후드의 분류와 풍량 평형
국소환기 세트는 후드가 잡아당기는 세기와 덕트·송풍기의 압력, 환기량과 환기 시간을 계산으로 묻는다. 용접·도금 같은 저속 비산 작업의 제어속도, 정압과 속도압의 성질, 이산화탄소 발생량에서 환기량을 구하는 식, 덕트 설치 원칙, 흡입관이 없을 때 송풍기 정압, 레이놀즈 수로 구하는 풍속, 암모니아 농도를 낮추는 시간이 한 묶음으로 나온다. 압력의 정의와 농도식의 분모를 먼저 잡아야 한다.
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뜻
후드의 제어속도는 작업 조건에 따라 달라진다. 용접이나 도금처럼 비교적 조용한 대기 중에서 오염물질이 낮은 속도로 비산하는 경우에는 0.5~1.0m/sec로 잡는다. 빠르게 비산하거나 공기 흐름이 강한 작업에서는 더 높은 속도가 필요하다.
덕트의 압력은 두 가지로 나뉜다. 정압은 기류가 진행하는 방향과 무관하게 모든 방향으로 동일하게 작용하는 압력이고, 속도압은 공기가 가진 운동 에너지를 압력으로 나타낸 값이다. 정압이 진행 방향으로만 작용한다고 적거나 모든 방향의 압력이 같다고 적으면 두 압력의 성질을 뒤집은 것이다.
환기량은 발생량을 농도 차이로 나누어 구한다. 실내 발생량 G를 허용농도 A와 외기농도 Ao의 차이로 나눈 값이 필요 환기량이다. 이산화탄소가 시간당 0.3m³ 발생하고 허용농도 0.1%, 외기농도 0.03%라면 0.3을 0.0007로 나눈 약 430m³/h가 된다. 발생량 0.5m³라면 같은 식으로 약 714m³/h가 된다. 두 농도의 차이를 분모로 잡는 것이 핵심이다.
덕트는 저항을 줄이는 방향으로 설치한다. 경로를 짧게 하고 굽힘을 적게 하며, 90도 급격한 굴곡을 피한다. 굴곡이 많을수록 압력손실이 커져 같은 풍량을 보내는 데 더 큰 힘이 든다.
송풍기의 정압은 흡입관과 송출관의 압력으로 정해진다. 흡입관이 없으면 흡입구의 정압을 0으로 보므로, 송풍기의 정압은 송출구의 정압과 같아진다. 흡입구 정압을 임의의 값으로 넣으면 계산이 어긋난다.
관로의 풍속은 레이놀즈 수에서 되짚는다. Re = v·d/ν를 풍속에 대해 정리하면 v = Re·ν/d가 된다. 동점성계수 1.5×10⁻⁵m²/sec, 관 지름 50mm, 레이놀즈 수 3.5×10⁴를 넣으면 약 10.5m/sec가 된다. 지름을 m로 바꾸지 않고 mm 그대로 넣으면 값이 천 배 달라진다.
환기로 농도를 낮추는 시간은 지수함수를 따른다. 완전 혼합을 가정하면 C = C0·exp(−Qt/V)이고, 이것을 시간에 대해 풀면 t = (V/Q)·ln(C0/C)가 된다. 실내용적 4,000m³, 송풍량 100m³/min, 200ppm을 20ppm으로 낮추는 경우라면 40에 ln(10)을 곱한 약 92분이 된다. 로그 비율을 쓰지 않고 농도 차이를 그대로 나눈 값이 보기에 놓인다.
예제
출제 패턴은 네 가지다. ① 압력의 성질 뒤집기 — 정압이 진행 방향으로만 작용한다거나 속도압을 정압과 같은 것으로 적은 선지가 틀린다. ② 환기량 분모 바꾸기 — 허용농도와 외기농도의 차이가 아니라 허용농도만으로 나눈 값이 오답이다. ③ 송풍기 정압 흔들기 — 흡입관이 없는데 흡입구 정압을 0이 아닌 값으로 넣은 선지를 소거한다. ④ 환기 시간 계산 — 지수함수 대신 농도 차이를 송풍량으로 나눈 값이 보기에 놓인다.
자주 묻는 물음
- 저속 비산 작업의 제어속도와 덕트 압력의 성질은 무엇인가요?
- 용접이나 도금처럼 낮은 속도로 비산하는 작업에서는 0.5~1.0m/sec로 잡습니다. 정압은 기류의 진행 방향과 무관하게 모든 방향으로 동일하게 작용하고, 속도압은 공기의 운동 에너지를 압력으로 나타낸 값입니다. 덕트는 경로를 짧게 하고 굽힘과 90도 급곡을 피해 설치합니다.
- 필요 환기량과 송풍기 정압은 어떻게 구하나요?
- 환기량은 발생량을 허용농도와 외기농도의 차이로 나눕니다. 이산화탄소가 시간당 0.3m³이고 허용 0.1%, 외기 0.03%라면 약 430m³/h, 0.5m³라면 약 714m³/h입니다. 흡입관이 없으면 흡입구 정압을 0으로 보므로 송풍기 정압은 송출구 정압과 같아집니다.
- 풍속과 환기 시간은 어떻게 계산하나요?
- 풍속은 레이놀즈 수에서 v = Re·ν/d로 구합니다. 동점성계수 1.5×10⁻⁵m²/sec, 지름 50mm, Re 3.5×10⁴이면 약 10.5m/sec입니다. 환기 시간은 t = (V/Q)·ln(C0/C)로, 실내용적 4,000m³, 송풍량 100m³/min, 200ppm을 20ppm으로 낮추면 약 92분입니다.
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