개념 한 쪽
전체환기는 작업장 전체의 공기를 희석하여 오염물질 농도를 낮추는 방법이다. 적용 조건과 한계를 파악하고, 오염물질 발생량·열부하로부터 필요환기량을 계산하는 방법을 숙지해야 한다. 단위 변환과 안전계수 적용 순서를 정확히 따르는 것이 핵심이다.
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출제기준 단원 「환기량 평가」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 유해물질 희석 환기량 계산 | 1 | 액체 발산량을 ppm 기준으로 환산해 필요 환기량을 구하는 방법 |
| 전체환기 적용조건 판별 | 1 | 전체환기가 적용되기 적합한 조건과 거리를 묻는 문항 |
| 열부하 기반 환기량 계산 | 1 | 열부하와 온도차로부터 시간당 또는 분당 필요환기량을 계산하는 방법 |
전체환기는 작업장 전역의 공기를 교환하여 오염물질을 희석시키는 방법이다. 이 방법은 오염물질의 독성이 비교적 낮고 발생량이 적으며 배출원이 넓게 분산되어 있을 때 적합하다. 반대로 배출원이 한 곳에 집중되거나 발생량이 갑자기 크게 변동하면 전체환기는 적절하지 않다.
필요환기량 산정은 목적에 따라 기본 원리가 달라진다. 유해물질 희석을 위한 경우에는 발생량을 허용농도(TLV)로 희석시키는 원리를 사용한다. 대표 공식은 Q = (V × 10^6 × S) / TLV 형태로, 발생량(V)을 ppm 단위로 맞추기 위해 10^6 계수를 사용하고 안전계수(S)를 적용한다.
열부하를 제거하기 위한 환기량 산정은 열평형 원리를 따른다. 기본 공식은 Q = H / (Cp × ρ × ΔT) 또는 단순화한 형태 Q = H / (상수 × ΔT)로 표현한다. 문제 자료에서는 공기 비열과 밀도를 결합한 상수(예: 0.29 또는 0.288)를 사용하여 계산하는 방식이 제시된다.
단위 일치와 변환을 엄격히 확인해야 한다. 시간 단위 변환(분↔시간), 부피 단위 변환(L→m³ 또는 g/min 환산) 및 안전계수 적용 시점(계산 후 곱함 또는 공식을 통해 반영)을 실수 없이 처리해야 정답을 얻을 수 있다.
대표 계산 1 — 공기교환횟수 계산: 작업장 부피가 20×10×6=1,200m³이고 분당 60m³의 환기량이 요구되는 경우 시간당 환기량은 60×60=3,600m³/h이다. 1,200m³ 부피에서 시간당 환기량 3,600m³/h이면 시간당 공기교환횟수는 3으로 계산된다. 단위 변환(분→시간)을 잊지 않도록 주의한다.
대표 계산 2 — 열부하에 의한 필요환기량: 열부하가 15,000kcal/h이고 외기 22℃, 실내 32℃로 ΔT=10℃일 때 분모에 공기 관련 상수 0.29를 사용하면 시간당 필요환기량은 Q=15,000/(0.29×10)≈5,172m³/h가 된다. 보기에 근사값이 있으면 가장 가까운 값을 선택한다.
대표 계산 3 — 유해물질 희석에 의한 필요환기량(개념 설명): 발산량이 5L/h인 액체 유출을 가정하면 분단위 발산량으로 바꾸고 ppm 변환 계수(10^6)를 적용하여 기본 환기량을 구한 후 안전계수 2를 곱하여 최종 필요환기량을 구한다. 발산량의 단위 환산과 안전계수 적용 순서를 확인하는 것이 중요하다.
메틸에틸케톤이 5L/h 로 발산되는 작업장에 대해 전체 환기를 시키고자 할 경우 필요 환기량(m³/min)은? (단, 메틸에틸케톤 분자량은 72.06, 비중은 0.805, 21℃, 1기압 기준, 안전계수 2, TLV는 200ppm 임)
정답 ① · 메틸에틸케톤(MEK)의 발산량을 이용한 필요 환기량 산출 공식은 Q = (수증기 발생량(m³/min) × 10⁶ × 안전계수) / 허용농도(ppm) 입니다. 먼저 발산량 5L/h를 단위 환산하면 0.0833L/min(0.0000833m³/min)입니다.
발산량을 표준상태 기체량으로 환산한 후 안전계수를 곱하고 TLV로 나누어 필요 환기량을 계산한다.
다음 중 전체환기의 적용조건으로 가장 거리가 먼 것은?
정답 ④ · 문항은 전체환기 적용 조건과 거리가 먼 상황을 묻고 있다. 전체환기는 오염원이 넓게 분산되어 있고 독성·발생량이 낮으며 시간적으로 균일하게 발생하는 경우에 적합하다.
전체환기는 배출원이 한 곳에 집중되어 있지 않고 넓은 면적에 분산되어 있을 때 적용된다.
작업장내 열부하량이 15000kcal/h이며, 외기온도는 22℃, 작업장 내의 온도는 32℃이다. 이때 전체환기를 위한 필요환기량은 얼마인가?
정답 ④ · 열부하에 의한 필요환기량을 계산하기 위해서는 공식을 사용합니다. 공기의 비중 는 약 1.2 kg/m³, 비열 는 약 0.24 kcal/kg℃입니다.
필요환기량 Q는 열부하를 공기 비열과 밀도, 온도차의 곱으로 나누어 계산한다.
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