개념 한 쪽
산업위생관리기사 환기의 기본 원리 — 공기를 움직이는 두 가지 힘
환기의 기본 원리는 유체역학 가정과 덕트 계산으로 이어진다. 공기는 비압축성 유체로 가정하고, 필요환기량은 발생량을 실내외 농도차로 나눈다. 레이놀즈 수와 압력손실, 송풍기 형식의 성질을 바꾼 선지가 오답이 된다.
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뜻
유체역학의 전제가 첫째 축이다. 환기시설 내 기류는 공기를 비압축성 유체로 가정해 해석한다. 유해물질의 무게와 용량을 함께 고려하는 것은 이 기본 가정과 거리가 멀다.
필요환기량이 둘째 축이다. 실내 공기 중 이산화탄소 농도를 지표로 쓸 때 필요환기량은 Q = M ÷ (Cs − Co) × 100이다. M은 시간당 이산화탄소 발생량, Cs는 실내 기준농도, Co는 실외 농도다.
점성계수의 단위가 셋째 축이다. 점성계수의 단위는 poise, kg/m·s, kgf·s/m²이고, stokes는 동점성계수의 단위다.
레이놀즈 수가 넷째 축이다. 각관에서는 등가직경 2ab÷(a+b)를 쓰고 유속은 유량을 단면적으로 나눠 구한다. 원형 덕트에서는 직경이 √(4A÷π)이므로 Re = vD÷ν로 계산한다. 관경 200mm, 동점성계수 1.5×10⁻⁵m²/s, 레이놀즈수 40,000이면 유속은 3m/s이고 풍량은 약 5.65m³/분이 된다.
압력손실이 다섯째 축이다. 난류에서 유량이 같고 내경이 두 배가 되면 유속은 1/4이 되고, 손실은 유속의 제곱에 반비례하고 직경에 반비례하므로 1/32로 줄어든다. 장방형 덕트는 등가직경 2ab÷(a+b)를 구해 ΔP = λ × (L÷D) × 속도압으로 계산한다. 단경 0.13m, 장경 0.26m이면 등가직경은 0.173m이고 압력손실은 약 6.9mmH₂O다. 총 압력손실은 길이와 유속의 제곱과 밀도에 비례하고 직경에 반비례한다.
송풍기 형식이 여섯째 축이다. 전향 날개형은 같은 풍량을 낮은 회전수로 얻는 구조이므로 고속 회전이 필요하다고 적은 선지는 반대다.
예제
출제 패턴은 ① 유체역학 전제와 거리가 먼 것(유해물질의 무게·용량 고려), ② 이산화탄소 필요환기량(Q=M÷(Cs−Co)×100), ③ 점성계수 단위가 아닌 것(stokes), ④ 각관의 레이놀즈 수(등가직경 2ab÷(a+b)), ⑤ 내경 2배일 때 압력손실(1/32), ⑥ 전향 날개형의 성질(낮은 회전수), ⑦ 장방형 덕트의 압력손실(약 6.9mmH₂O), ⑧ 원형 덕트의 레이놀즈 수(√(4A÷π)), ⑨ 총 압력손실과 밀도의 관계(비례), ⑩ 관경 200mm·Re 40,000일 때 풍량(약 5.65m³/분)이다. 「공기는 비압축성, 손실은 v²·L·ρ÷D, 내경 2배면 1/32」가 이 세트의 기준선이다.
자주 묻는 물음
- 이산화탄소를 지표로 한 필요환기량은 어떻게 구하나요?
- Q = M ÷ (Cs − Co) × 100입니다. M은 시간당 발생량, Cs는 실내 기준농도, Co는 실외 농도입니다.
- 난류에서 덕트 내경이 두 배가 되면 압력손실은 어떻게 되나요?
- 유량이 같으면 유속이 1/4이 되고, 손실은 유속의 제곱에 비례하므로 1/32로 줄어듭니다.
- 점성계수와 동점성계수의 단위는 어떻게 다른가요?
- 점성계수는 poise, kg/m·s, kgf·s/m²를 쓰고, 동점성계수는 stokes를 씁니다.
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