대기환경기사 통풍장치 — 송풍기 용량과 덕트 저항의 계산

송풍기의 소요동력은 풍량과 정압의 곱을 효율로 나누어 구한다. 연소배출가스가 3600Sm³/h이고 굴뚝 정압이 20mmH2O라면, 여유율 25%를 먼저 적용해 풍량을 4500Sm³/h, 곧 1.25Sm³/s로 잡는다. 정압 20mmH2O는 1mmH2O가 9.8Pa이므로 196Pa이 된다. 두 값을 곱하면 약 245W가 되고, 여기에 송풍기 정압효율 80%와 전동기 효율 70%를 곱한 0.56을 나누면 약 0.44kW가 된다. 여유율을 빼먹거나 효율을 곱하는 자리와 나누는 자리를 바꾸면 값이 어긋나므로, 적용 순서가 계산의 갈림길이다.

덕트 안의 동압은 공기가 가진 운동 에너지를 압력으로 나타낸 값이다. 동압은 공기 밀도에 비례하고 유속의 제곱에 비례하며, 속도압과 같은 개념으로 쓰이고 액체 기둥의 높이로 환산해 표시할 수 있다. 그래서 유속의 제곱에 반비례한다거나 밀도와 무관하다고 적은 선지가 거리 먼 보기가 된다.

덕트의 압력손실은 유량에서 유속을 거쳐 구한다. 직경 40cm 원형 덕트에 유량 2m³/sec가 흐르면 단면적은 약 0.1256m²이고 유속은 약 15.92m/s가 된다. 마찰계수 0.012와 배기가스 비중량 1.25kgf/m³를 넣으면 덕트 10m당 압력손실이 약 4.83mmH2O가 된다. 유속을 건너뛰거나 단위를 m와 초로 맞추지 않으면 값이 어긋난다.

굴뚝의 마찰손실도 같은 방식으로 다루되 온도 보정이 앞에 붙는다. 높이 100m, 직경 1m인 굴뚝에서 260℃의 배출가스가 12000m³/hr로 나오면, 표준상태 공기밀도 1.3kg/m³를 절대온도 비로 보정해 약 0.666kg/m³로 낮춘 뒤 유속 약 4.24m/s를 얻는다. 마찰계수 0.06을 넣어 계산한 굴뚝의 마찰손실은 약 3.68mmH2O이다. 온도 보정을 건너뛰면 값이 크게 달라진다.

장치의 흐름은 조절 기구로 다스린다. 오염원이 많아 가지 덕트가 여럿 연결된 복합 국소배기장치에서는 가지마다 댐퍼를 달아 국부 저항을 조절해 풍량 균형을 맞추는 댐퍼조절평형법을 쓰며, 덕트의 압력손실이 큰 경우에 알맞고 설치 후에도 송풍량을 바꿀 수 있다. 후드가 오염물질을 잡아당기는 세기는 작업 조건에 따라 달라지는데, 스프레이 도장이나 용접, 도금처럼 약간의 공기 움직임이 있고 낮은 속도로 배출되는 조건에서는 0.5~1.0m/sec로 잡는다.