개념 한 쪽
국소배기 후드의 필요 환기량은 후드와 오염원 사이의 거리, 후드 개구면적, 제어속도 등 설계 변수에 의해 크게 달라지며, 거리 변수는 특히 지수적으로 환기량에 영향을 준다.
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출제기준 단원 「후드의 필요 환기량」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 적용 한계 판단 | 1 | Dalla Valle 공식의 거리 적용 범위를 가리기 |
| 송풍량 계산 해석 | 1 | V×A×60 계산 후 거리 보정 필요성을 판정하기 |
| 환기량 감소 방법 판단 | 1 | 후드 설계·운영으로 필요 환기량을 줄이는 조건을 찾기 |
후드의 필요 환기량 산정에는 여러 경험적·이론적 공식이 사용된다. 원형·정사각형 후드에 대해 제시된 Dalla Valle의 공식 Q = V(10x² + A)는 오염원과 후드 사이의 간격이 덕트의 지름을 기준으로 약 1.5배를 넘지 않을 때만 적용할 수 있으므로 적용 범위를 확인해야 한다.
다른 유도식에서는 거리 X와 개구면적 A가 각각 분자와 분모에 제곱항으로 등장하여 거리의 변화가 환기량에 훨씬 큰 영향을 준다. Della Valle 계열의 식 Q = V·X·(10X² + A²)/(3X² + A²)처럼 거리 항이 지배적인 경우가 많으므로, 오염원과 후드를 가깝게 배치하는 것이 포집 효율을 높이는 핵심 원칙이다.
송풍량의 기본 근사식은 Q = V × A × 60으로 초속 단위의 제어속도 V와 면적 A로부터 분당 환기량을 구할 수 있다. 이 값은 이론적 최소치이며 실제 설계에서는 거리 보정이나 안전율을 적용하여 더 큰 설계풍량을 채택하는 경우가 흔하다.
후드의 필요 환기량을 줄이려면 후드의 개구면적을 가능한 한 작게 하고, 오염원을 후드 가까이에 유지하며, 방해기류를 최소화하고 제어속도를 적정 수준으로 설정하는 것이 효과적이다. 반대로 포위 범위가 작거나 후드가 오염원에서 멀리 떨어져 있으면 포집 효율이 저하되어 더 많은 환기량이 필요하다.
용접 흄을 포집하기 위해 제어속도 V = 0.5 m/s, 후드 개구면적 A = 0.5 m²를 주면 기본 근사값은 Q = V × A × 60 = 15 m³/min이 된다. 실제 문제에서는 후드와 흄 발생지점 사이의 간격(예: 0.25 m)에 따른 확산과 유입 저하를 보정하여 15 m³/min보다 큰 값(예: 34 m³/min)을 설계풍량으로 채택하는 사례가 있으므로 단순 계산값을 그대로 쓰지 않고 거리 보정을 검토해야 한다.
또한 Dalla Valle의 Q = V(10x² + A) 공식을 적용할 때에는 오염원과 덕트 지름의 비가 약 1.5배 이내인지 확인해야 하며, 이 한계를 벗어나면 해당 공식으로 산정한 환기량은 신뢰하기 어렵다판단해야 한다.
원형이나 정사각형 후드의 필요환기량 공식인 "Q=V(10x2 + A)"는 Dalla Valle이 제시하였다. 이 공식은 오염원에서 후드까지의 거리가 덕트 직경의 몇 배 이내일 때에만 유효한가?
정답 ② · 문제는 Dalla Valle가 제시한 후드 필요환기량 공식이 적용 가능한 오염원-후드 거리 범위를 묻고 있다. 이 공식은 오염원과 후드 입구 사이 거리가 덕트 직경의 1.5배 이내일 때의 경험식으로 제시되어 있어, 거리가 너무 멀면 유입 공기 흐름 패턴이 달라져 공식 적용이 부적절하다.
Dalla Valle의 후드 필요환기량 공식은 오염원에서 후드까지의 거리가 덕트 직경의 1.5배 이내일 때만 유효하다.
용접작업시 발생되는 흄(Fume)을 제거하기 위해서 외부식 후드를 설치하려고 한다. 후드 개구면에서 흄 발생지점까지의 거리가 0.25m, 제어속도는 0.5m/sec, 후드개구 면적이 0.5m²일 때 필요한 송풍량(m³/min)은? (단, 기타 조건은 고려하지 않음)
정답 ② · 문제는 후드 개구 면적과 제어속도 등이 주어졌을 때 필요한 송풍량을 계산하는 문제로 기본 공식을 적용하되 거리 보정이 반영되어야 한다. 기본적으로 Q = V × A × 60을 적용하면 0.5 m/s × 0.5 m² × 60 = 15 m³/min가 나오지만, 발생지와 후드 개구 사이 거리가 있어 공기 유입 손실과 확산을 고려하면 설계상 안전율을 적용하여 더 큰 풍량을 요구한다.
송풍량 Q=V×A×60 공식을 사용하여, 제어속도 0.5m/s와 면적 0.5㎡를 곱한 후 분 단위로 변환하면 15m³/min이 나오지만, 문제 조건상 0.25m 거리 고려 시 추가 유입을 고려한 34m³/min이 정답이다.
국소배기시설의 투자비와 운전비를 적게하고자 한다면 어떤 조건을 갖추어야 하는가?
정답 ③ · 문항은 국소배기시설의 투자비·운전비를 줄이려면 어떤 조건을 갖추어야 하는지를 묻는 문제이다. 운전비는 주로 송풍량에 비례하므로 필요한 송풍량을 줄이는 것이 비용 절감의 핵심이다.
후드의 개구면적을 줄이고 제어 속도를 낮추며 포촉점을 가깝게 유지하면 송풍량과 운전비가 절감된다.
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