대기환경기사 자연환기 — 보충 공기와 덕트 압력의 계산

환기 계통은 빼낸 만큼 공기를 채워 넣어야 돌아간다. 그 공급분을 보충용 공기라고 하며, 배기된 공기 양만큼 공급하는 것이 기본이다. 실내를 약간 양압으로 유지하면 유해한 가스가 밖으로 새어나가는 것을 막을 수 있어, 배기량보다 10~15% 더 공급하는 방식이 쓰인다. 공급 위치도 조건이 붙는다. 보충용 공기의 유입구는 배기구와 충분히 떨어뜨려야 배기된 유해물질이 다시 실내로 들어오지 않고, 배기구보다 높은 위치(보통 3m 이상)에 두는 것이 일반적이다. 바닥에서 1~1.5m 높이는 배기구에서 나온 가스가 쉽게 유입될 수 있는 자리이므로 피한다. 여름철에는 열부하가 클 때 냉각하여 공급하기도 한다.

덕트 안의 동압은 공기가 가진 운동 에너지를 압력으로 나타낸 값이다. 동압은 공기 밀도에 비례하고 유속의 제곱에 비례하므로, 유속이 2배가 되면 동압은 4배가 된다. 동압은 속도압과 같은 개념으로 쓰이고, 에너지의 한 형태이므로 물이나 수은 기둥의 높이로 환산해 표시할 수 있다. 그래서 유속의 제곱에 반비례한다거나 속도압과 관계없다는 선지, 액체 높이로 표시할 수 없다는 선지가 모두 거리 먼 보기가 된다.

덕트의 압력손실은 수두로 구한 뒤 단위를 바꾸는 단계에서 갈린다. 직경이 1.2m인 직선 덕트에서 가스를 15m/s로 보내면, 마찰계수 0.005와 길이 100m, 중력가속도를 넣어 마찰손실수 약 0.966m를 얻는다. 이 값을 그대로 두면 답이 되지 않고, 공기 밀도 1.3kg/m³와 수은 밀도의 비를 써서 수은주로 환산하면 약 19.1mmHg가 된다. 단위 환산을 빼먹은 값이 보기에 함께 놓인다.

레이놀즈수는 나머지 물리량을 되짚는 데도 쓰인다. 레이놀즈수는 밀도와 유속, 직경을 곱한 값을 점도로 나눈 값이므로, 밀도에 대해 정리하면 점도와 레이놀즈수를 곱한 값을 유속과 직경의 곱으로 나눈 꼴이 된다. 레이놀즈수가 1950이고 유속이 1.5m/s, 덕트 직경이 75mm, 점도가 0.0187cP라면 밀도는 약 0.32kg/m³가 된다. 점도를 파스칼초 단위로 바꾸는 자리가 계산의 관문이다. 송풍기 쪽에서는 풍량이 회전수에 비례한다는 관계가 그대로 쓰인다. 풍량이 20에서 30m³/min으로 늘면 1.5배이고, 회전수도 1000rpm에서 1500rpm으로 1.5배가 된다.