개념 한 쪽
환기 설계는 환기 방식의 선택, 실내 압력 제어, 오염원 특성에 따른 급배기 방향 그리고 열부하를 제거하기 위한 필요 환기량 산정이 핵심이다. 배연덕트와 방화댐퍼의 온도 기준도 환기 및 배연 설계에서 중요한 판단 기준이 된다.
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출제기준 단원 「열교환기기」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 용도에 따른 1인당 외기량 판정 | 1 | 건물 용도별로 외기량 우선순위를 판별하는 능력 |
| 오염원 밀도에 따른 급배기 방향 | 1 | 오염물질의 밀도 특성에 따라 급·배기 위치를 결정하는 능력 |
| 배연덕트 설계 기준 값 확인 | 1 | 배연댐퍼의 퓨즈 용해온도 등 배연덕트 기준을 검토하는 능력 |
환기 방식은 급기와 배기의 방법에 따라 구분되며, 자연급기와 기계배기를 병용하는 제2종 환기방식은 실내를 음압으로 유지하여 오염 공기의 유출을 차단하는 목적에 적합하다. 이 방식은 화장실, 탈의실, 흡연실처럼 냄새나 오염물질 확산을 막아야 하는 공간에 주로 적용된다.
대형 차고나 주차장과 같이 자동차 배기가스가 주요 오염원인 공간에서는 오염가스의 밀도 특성을 고려해야 한다. 배기가스 중 일산화탄소(CO)는 공기보다 무거워 하부에 축적되는 경향이 있으므로 상부에서 급기하고 하부에서 배기하는 조합이 효율적이다. 무거운 가스는 하부배기, 가벼운 가스는 상부배기가 원칙이다.
실내압은 공기 흐름의 방향을 결정하므로 용도에 따라 정압 또는 부압을 유지해야 한다. 외부 오염 공기의 침입을 막으려면 실내를 외부보다 높은 정압으로 유지하고, 악취나 유해가 다른 구역으로 유출되는 것을 막으려면 실내를 낮은 부압으로 유지한다. 강제배기는 부압을 만들고, 정압은 주로 오염 침입 방지를 위해 사용한다.
환기에 의해 제거해야 할 열부하가 주어지면 필요 환기량은 공기의 정압비열과 밀도, 실내외 온도차를 이용해 산정한다. 기본식은 Q(열량)=c·ρ·V·ΔT를 변형한 V = Q/(c·ρ·ΔT) 또는 전력 단위일 경우 Q[kW]를 kJ/h로 환산하기 위해 3600을 곱해 사용한다. 배연덕트 설계 시 방화댐퍼의 퓨즈 용해온도처럼 고정된 기준값도 설계 판단에 직접적인 영향을 준다.
예 1 — 열부하로부터 환기량 계산 사례: 복사기의 방열량이 9000kJ/시간이며, 외기온도와 실내온도 차이가 10℃이고 공기의 밀도 1.2kg/m³, 정압비열 1.01kJ/kg·K일 때 필요 환기량 V는 V = Q/(c·ρ·ΔT) 공식을 적용하여 V = 9000 / (1.01 × 1.2 × 10) ≈ 742.6m³/h로 계산한다.
예 2 — kW 단위 열부하 계산 사례: 기기의 열방출이 9kW이고 실내외 온도차가 5℃일 때 필요 환기량 V는 Q[kW]를 kJ/h로 변환하기 위해 3600을 곱하여 V = 3600·H/(c·ρ·ΔT) 공식을 사용한다. 여기서는 V = 3600×9 / (1.01×1.2×5) ≈ 5347m³/h로 계산한다.
배연덕트 관련 설계 판단 예: 배연댐퍼의 퓨즈 용해온도는 배연덕트용으로 280℃를 기준으로 사용하므로 100℃ 이하라는 설명은 배연덕트 설계 기준에 부적합하다고 본다.
건물의 환기부하 계산시 1인당 필요한 외기량을 가장 많게 적용해야 하는 건물은?
정답 ③ · ASHRAE 등 환기 기준에 따르면 1인당 필요 외기량은 실내에서의 활동과 발생하는 오염물질 양에 따라 다르게 적용됩니다. 식당, 은행, 극장보다도 병원(특히 수술실이나 환자실)은 감염 방지와 환자의 쾌적한 공기 질 확보가 매우 중요하므로 환기 횟수와 1인당 외기량 기준이 가장 높게 책정되어 적용됩니다.
1인당 필요한 외기량은 실내 오염물질 발생량과 활동 수준에 비례하며, 병원이 가장 높게 적용된다.
대형 차고에 환기를 시킬 경우 환기의 방향이 옳은 것은?
정답 ② · 대형 차고의 경우 자동차 배기가스에 포함된 일산화탄소 등 유해 가스가 공기보다 무거워 차고 하부에 머무는 경향이 있습니다. 따라서 신선한 외기를 상부에서 급기하고, 오염된 공기를 하부에서 배출하는 '상부급기와 하부배기' 방식을 채택하는 것이 환기 효율을 극대화할 수 있는 가장 올바른 방법입니다.
일산화탄소는 공기보다 무거워 하부에 머무르므로 하부배기가 필수이다.
배연덕트의 설계시 고려할 사항으로 적합하지 않은 것은?
정답 ④ · 배연덕트가 방화구획을 관통할 때는 일반적인 방화댐퍼(280℃ 작동)가 아닌 화재 시 연기가 이동하지 않도록 특별히 제작된 배연댐퍼를 설치해야 합니다. 따라서 용해온도가 100℃ 이하인 일반 방화댐퍼를 설치한다는 내용은 배연덕트 시공 기준에 부적합합니다.
배연댐퍼의 퓨즈 용해온도는 280℃이므로 100℃ 이하라는 설명은 틀리다.
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