개념 한 쪽
환기 시스템에서는 여러 종류의 압력이 존재하며 이들 사이의 관계와 단위 환산이 설계와 해석의 핵심 요소인다고 본다.
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출제기준 단원 「압력의 영향」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 단면적·유속으로 유량계산 | 1 | 원형 덕트 단면적과 유속으로 분당 유량을 구하는 능력을 묻는다 |
| 정압·속도압 부호와 정의 | 1 | 정압·속도압·전압의 정의와 속도압의 부호 성질을 구분하는 능력을 묻는다 |
| 풍량 변화에 따른 압력손실 | 1 | 풍량 변화비로부터 압력손실의 변화를 제곱 법칙으로 계산하는 능력을 묻는다 |
관 내 공기압력은 정압, 속도압, 전압으로 구분된다고 설명한다. 정압은 관벽에 수직으로 작용하는 압력으로 기준 압력에 대해 양수 또는 음수일 수 있다고 설명한다. 속도압은 공기의 운동에너지에 기인하는 압력 성분으로 속도가 있을 때만 존재하며 본질적으로 양수 값을 가진다고 설명한다. 전압은 정압과 속도압의 합으로 정의된다고 정리한다.
덕트 흐름 해석에서는 단면적과 유속의 곱으로 공기유량을 구한다고 안내한다. 원형 덕트의 단면적은 πr²로 계산하며, 유량은 단면적에 유속을 곱하고 필요하면 단위 환산을 적용한다고 기술한다. 또한 일정 덕트에서 압력손실은 풍량의 제곱에 비례하므로 풍량 변화 시 손실은 풍량비의 제곱만큼 변한다고 설명한다.
압력 단위의 상호 환산에도 주의해야 한다고 권고한다. 수은봉 고도인 mmHg를 물기둥 높이인 mmH2O로 환산할 때는 밀도비를 적용하며 표준적으로 760mmHg는 약 10,336mmH2O에 해당한다고 제시한다. 혼합가스의 유효비중은 각 성분의 부피분율에 비중을 가중평균하여 구한다고 안내한다.
계산 문제에서는 속도압에서 유속을 구하거나 전압·정압으로부터 동압을 구하는 등 기본 공식의 단계적 적용이 핵심이라고 강조한다.
원형 덕트 직경이 1.96m이고 유속이 1m/s이면 반지름은 0.98m이고 단면적은 π×0.98²로 약 3.01m²가 된다. 초당 유량은 3.01m³/s이고 분당 단위로 환산하면 3.01×60≈180.6m³/min이므로 약 180m³/min이 된다.
덕트에서 풍량이 20m³/min일 때 압력손실이 15mmH2O였는데 풍량을 30m³/min으로 늘리면 풍량비는 1.5배이고 손실은 그 제곱인 2.25배가 된다. 따라서 새로운 압력손실은 15×2.25=33.75mmH2O가 된다.
혼합기체 유효비중 예로, 사염화에틸렌이 공기 중에 2만 ppm 농도로 존재할 때 부피분율은 0.02이고 공기는 0.98이므로 유효비중은 0.98×1.0 + 0.02×5.7 = 1.094가 된다. 아세톤이 10,000ppm일 때 혼합의 유효비중은 0.99×1.0 + 0.01×2.0 = 1.01이 된다.
속도압이 주어졌을 때 유속은 속도압에 비례하는 제곱근 형태의 공식을 적용하여 구한다고 한다.
국소배기시스템에 설치된 원형 닥트의 직경이 1.96m 이고 흐름공기의 유속이 1m/sec이라면 공기유량은?
정답 ③ · 원형 덕트의 공기유량은 단면적과 유속을 곱하여 구합니다. 먼저 단면적은 π × (d/2)² 이므로 3.14 × (1.96/2)² = 3.014㎡입니다.
원형 덕트 공기유량은 단면적(πr²)에 유속을 곱한 후 60을 곱해 분당 단위로 환산한다.
정압과 속도압에 관한 설명중 맞지 아니한 것은?
정답 ③ · 질문은 정압과 속도압의 성질에 대해 옳지 않은 서술을 찾는 것이다. 속도압은 유체의 운동에너지에 해당하므로 항상 양수 값을 가지며 음수가 될 수 없다는 점이 중요하다.
속도압은 유체의 운동 에너지에 기인하므로 항상 양(+)의 값을 가지며, 음수일 수 없다.
덕트내를 흐르는 기체의 양이 20m³/min 일때 덕트의 압력손실이 15㎜H2O 였다면 동일한 덕트내를 30m³/min의 기체량을 흐르게 할때 압력손실(㎜H2O)은?
정답 ③ · 덕트 내 압력손실은 풍량의 2제곱에 비례합니다. 공식은 ΔP2 = ΔP1 × (Q2/Q1)² 입니다.
덕트 압력손실은 풍량의 제곱에 비례하므로, 풍량이 1.5배 증가하면 손실은 2.25배 증가한다.
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