개념 한 쪽
환기는 오염된 공기를 내보내고 새 공기를 들이는 일이지만, 열을 함께 빼앗거나 들여오는 일이기도 하다. 사람이 내는 열을 빼내려면 얼마의 공기가 필요한지, 환기로 잃는 열량이 얼마인지를 계산해 설비를 정한다. 공기질 기준과 송풍기 선택도 설계의 일부다.
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출제기준 단원 「환기설비 설계조건」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 오염 척도 이해 | 1 | 이산화탄소 농도를 쓰는 까닭 고르기 |
| 손실열량 계산 | 1 | 환기로 인한 현열손실 구하기 |
| 필요환기량 계산 | 1 | 발열량으로 필요환기량 구하기 |
사람의 발열을 빼내는 환기량은 총 발열량을 공기의 밀도, 정압비열, 실내외 온도차의 곱으로 나누어 구한다. 500명이 각각 60W를 내면 총 30,000W이고, 이를 시간당 열량 108,000kJ로 바꾼 뒤 밀도 1.2kg/m³, 비열 1.01kJ/kg·K, 온도차 10℃의 곱 12.12로 나누면 약 8,910m³/h가 된다. 2,000명이면 같은 방식으로 약 35,644m³/h가 된다.
기기 발열을 처리할 때도 계산 구조는 같다. 4,500W를 내는 기기가 있고 밀도 1.2kg/m³, 비열 1.01kJ/kg·K, 실내 20℃와 외기 0℃의 차 20℃이면 약 668m³/h의 환기가 필요하다. 와트를 시간당 열량으로 바꾸는 단계를 빠뜨리면 결과가 크게 어긋난다.
환기로 인한 현열손실은 체적에 비열, 환기횟수, 온도차를 곱해 구한다. 가로 9m, 세로 7m, 높이 3m인 교실은 체적 189m³이고, 시간당 1회 환기하며 실내 20℃, 외기 -5℃이면 온도차는 25℃다. 비열 1.2kJ/m³·K를 쓰면 5,670kJ/h가 되고, 0.29kcal/m³·℃를 쓰면 1,370kcal/h가 된다.
이산화탄소는 사람이 호흡으로 배출해 실내 오염도와 비례하므로 공기오염의 척도로 쓴다. 부유하는 지름 10㎛ 이하의 먼지는 PM10이라 한다. 다중이용시설 중 실내주차장의 이산화탄소 유지기준은 1,000ppm 이하로 본다.
송풍기는 압력 특성에 맞추어 고른다. 다익형은 저압용이므로 정압 3,000Pa을 넘는 고압에는 쓰지 않고, 후익형은 고압용, 축류형은 내식성이 필요한 곳에 쓴다.
학습목표: 기계 환기설비 설치 대상 시설과 필요 환기량 기준을 구분할 수 있다.
기계 환기설비를 설치해야 하는 다중 이용시설에 대하여 필요 환기량이 정해져 있다.
NCS 학습모듈 1403030102 설비시스템 검토 · 3-1. 필요 환기량 계산
환기 설계 문제는 와트를 시간당 열량으로 바꾸는 단계를 빼거나, 온도차를 잘못 잡게 만든다. 실외가 영하일 때 온도차를 빼서 계산하거나, 체적에 환기횟수를 곱하지 않는 선지가 함정이다. 다익형 송풍기를 고압용으로 소개하거나, PM10을 10㎛보다 큰 입자로 설명하는 것도 어긋난다.
다음 중 사람이 거주하는 실내 공기오염의 척도로서 이산화탄소 농도가 사용되는 가장 주된 이유는?
정답 ③ · 실내 공기오염의 척도로 이산화탄소 농도를 사용하는 이유를 묻는 문제이다. 이산화탄소는 사람의 호흡 활동에 의해 직접 배출되므로, 실내 농도가 높다는 것은 환기가 부족하고 다른 오염물질도 함께 축적되었음을 의미한다.
이산화탄소는 호흡으로 배출되므로 실내 오염도와 비례하며, 악취나 온도 변화와는 직접적 연관이 없다.
실의 크기가 9m×7m×3m인 교실에서, 환기를 시간당 1회행할 때 환기로 인한 손실열량(현열량)은? (단, 공기의 비열 1.2kJ/m³ㆍK, 실내온도는 20℃ 외기온도는 -5℃ 이다.)
정답 ③ · 이 문제는 교실의 환기로 인한 현열 손실량을 계산하는 문제이다. 실의 부피는 9 x 7 x 3 = 189m³이고, 환기를 시간당 1회 하므로 환기량은 189m³/h이다.
2000명을 수용하는 극장에서 실온을 20℃로 유지하기 위한 필요환기량은? (단, 외기온도 10℃, 1인당 발열량(현열) = 60W, 공기의 정압비열 = 1.01kJ/kgㆍ 공기의 밀도 = 1.2kg/m³, 전등 및 기타 부하는 무시한다.)
정답 ④ · 수용 인원의 현열 발열량을 제거하여 실내 온도를 일정하게 유지하는 데 필요한 환기량을 산출하는 공식은 V = Q / (ρ × Cp × ΔT)를 이용합니다. 총 발열량 Q = 2000명 × 60W = 120,000W이며, 밀도 ρ=1.2, 비열 Cp=1.01, 온도차 ΔT=10℃를 대입하면 초당 필요 유량이 약 9.92kg/s로 계산됩니다.
필요 환기량 V=Q/(ρCpΔT) 공식에 총 발열량과 공기 물성치를 대입하여 시간당 부피로 환산하면 정답을 구할 수 있다.
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