국소배기장치 설계 방법

 

안녕하세요? 수박공입니다.

PSM 및 유해위험방지계획서 업무시 국소배기장치 설계에 대한 내용을 많이 접하게 됩니다.

사업장의 안전관리자나 환경담당자가 해당 내용을 이해하기도 쉽지 않고, 

설계사에서 제출한 국소배기장치 자료를 확인하면, 도데체 무슨 말인지 이해가 되지 않는 경우도 참 많은데요.

그래서 하나씩 단계별로 국소배기장치 설계 방법에 대해 이해하는 시간을 가져보고자 합니다.

오늘은 먼저 국소배기장치를 설계하는 전반적인 Flow에 대해 알아보겠습니다.

 

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1. 배풍량 계산

배풍량(m3/sec)은 후드(Hood)의 형식에 따라 결정됩니다.

대표적인 예는 아래와 같습니다.

후드 형식	배풍량 Q(m3/min)
포위식	Q = A × Vo
외부식 (자유공간에 설치한 플랜지가 붙은 원형 또는 장방형 후드)	Q = 0.75 × Vc × ( 10X^2 + A )
외부식 (바닥, 작업대, 벽 등에 접하게 설치한 플랜지가 붙은 장방형 후드)	Q = 0.5 × Vc × ( 10X^2 + A )

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참고. 합류 후 배풍량은 합류 배관(전체 배관) 배풍량 합으로 계산해야 함

 

여기서,

  -  A  :  후드면적(m2)

  -  Vo  :  개구부의 평균풍속(m/sec)

  -  Vc  :  제어풍속(m/sec)

  -  X  :  제어거리(m)

 

2. 최소 반송속도 결정

유해물질의 종류에 따라 최소 반송속도(m/sec)를 결정합니다.

일반적으로 반송속도 범위는 아래와 같습니다.

유해물질	예 시	반송속도(m/sec)
증기, 가스, 연기	모든 증기, 가스, 연기	특별한 규정은 없으나 경제적인 면으로 보아 5.0~10.0
흄	용 접	10~12.5
매우 작고 가벼운 분진	나무가루	12.5~15
건조한 분진 또는 분말	면분진, 미세한 고무분진, 베이크 라이트분진, 비누분진	15~20
산업장의 일반분진	연마분진, 주물분진, 석면방직의 석면분진	18~20
무거운 분진	무겁고 습기찬 톱밥분진, 샌드블라스트, 납	20~23
무겁고 젖은 분진	젖은 시멘트	23

 

3. 덕트직경 계산

상기 1.에서 산정된 배풍량(m3/sec)과 상기 2.에서 결정된 최소 반송속도(m/sec)를 이용해 덕트(Duct)의 직경(mm)을 계산합니다.

  

4. 덕트직경 결정

상기 3.에서 계산된 덕트직경(mm)을 기준으로, 실제 제작될 덕트직경(mm)을 결정합니다.

(예. 계산된 덕트직경이 193mm인 경우, 200mm로 선정)

 

5. 덕트 단면적 계산

상기 4.에서 계산된 덕트직경(mm)으로 덕트 단면적(m2)을 계산합니다.

 

 

6. 실제 반송속도 계산

상기 1.에서 계산된 배풍량(m3/sec)과 상기 5.에서 계산된 덕트 단면적(m2)으로 실제 반송속도(m/sec)를 계산합니다.

 

7. 속도압 계산

상기 6.에 계산된 실제 반송속도(m/sec)를 활용하여 속도압(mmH2O)을 계산합니다.

여기서,

  -  ρ  :  공기 밀도(1.2014kg/m3)

  -  V  :  실제 반송속도(m/sec)

  -  g  :  중력가속도(9.8m/sec)

 

8. 후드 압력손실 계산

후드 개구형에 따른 압력손실계수(F)와 상기 7.에서 계산된 속도압(mmH2O)를 활용하여 후드 압력손실(mmH2O)을 계산합니다.

 

1) 후드 유입손실계수(F)

후드개구형에 따라 결정되며, 대표적인 예는 아래와 같습니다.

후드 개구형	압손계수(F)
플랜지 부착 덕트	0.49
원형 또는 각형후드 (플랜지가 붙은것도 같음)	θ	원형	각형
	30°	0.09	0.17
	45°	0.06	0.16
	60°	0.09	0.17
	90°	0.16	0.25
	120°	0.26	0.35
부스 (데이퍼덕트부착)	θ	원형	각형
	15°	0.15	0.25
	30°	0.08	0.16
	45°	0.06	0.15
	60°	0.08	0.17
	90°	0.15	0.25
	120°	0.26	0.35
	150°	0.40	0.48

 

2) 후드 가속손실계수

1로 적용합니다.

 

9. 직관 압력손실 계산

덕트 마찰손실과 상기 7.에서 계산된 속도압(mmH2O)을 활용하여 직관 압력손실(mmH2O)을 계산합니다.

 

 

1) 덕트 재료별 마찰손실지수

덕트 재료별 마찰손실지수(Hf)는 아래의 식으로 계산합니다.

 

여기서, 덕트 재료별 상수 a, b, c 값은 아래와 같습니다.

덕 트 재 료	a	b	c
Aluminum, Black Iron, PVC, Stainless Steel	0.0162	0.465	0.602
Galvanized Sheet Duct (아연도강판)	0.0155	0.533	0.612
Flexible Duct, Fabric Wires Coverd	0.0186	0.604	0.639

 

2) 길 이

직관의 길이를 확인하여 적용합니다.

 

10. 곡관 압력손실 결정

곡관 압손계수와 상기 7.에서 계산된 속도압(mmH2O)을 활용하여 곡관 압력손실(mmH2O)을 계산합니다.

 

곡관 압손계수는 곡률반경(R/D) 및 덕트모양에 따라 결정되며, 대표적인 예는 아래와 같습니다.

 

1) 원형곡관 압손계수

덕 트 모 양	곡 률 반 경 (R/D)
	0.5	0.75	1.00	1.50	2.00	2.50
이음새 없는 곡관, 6조각 이상으로 접합된 곡관	0.71	0.33	0.22	0.15	0.13	0.12
5조각으로 접합된 곡관	-	0.46	0.33	0.24	0.19	0.17
4조각으로 접합된 곡관	-	0.50	0.37	0.27	0.24	0.23
3조각으로 접합된 곡관	0.9	0.54	0.42	0.34	0.33	0.33

 

2) 각형곡관 압손계수

R/D	종 횡 비 (W/D)
	0.25	0.5	1.0	2.0	3.0	4.0
0.0	1.50	1.32	1.15	1.04	0.92	0.86
0.5	1.35	1.21	1.05	0.95	0.84	0.79
1.0	0.45	0.28	0.21	0.21	0.20	0.19
1.5	0.28	0.18	0.13	0.13	0.12	0.12
2.0	0.24	0.15	0.11	0.11	0.10	0.10
3.0	0.24	0.15	0.11	0.11	0.10	0.10

 

 

11. 합류관 압력손실 결정

합류관 압손계수와 상기 7.에서 계산된 속도압(mmH2O)을 활용하여 합류관 압력손실(mmH2O)을 계산합니다.

 

원형합류덕트의 압손계수 예시는 아래와 같습니다.

합류각도 (θ°)	압손계수 (가지덕트측)
10	0.06
15	0.09
20	0.12
25	0.15
33	0.18
35	0.21
40	0.25
45	0.28
50	0.32
60	0.44
90	1.00

 

※ 참고. 합류관의 경우, 대부분 곡관으로 설치되어 합류되므로, 곡관 압력손실과 합류관 압력손실을 2가지를 모두 계산해서 합산해야 함

 

12. 공기정화장치 압력손실 결정

공기정화장치 종류별 압력손실(mmH2O)을 결정합니다.

이는 명확한 값이 정해진 것이 없으므로, 공기정화장치 설계사와 협의하여 결정합니다.

 

13. 송풍기 출구측 압력손실 계산

송풍기 출구측은 직관, 곡관 및 배기구로 구성됩니다.

여기서 직관, 곡관은 상기 9. 10.과 동일한 방법으로 계산하며, 배기구는 아래의 방법으로 계산합니다.

 

배기구 형태에 따른 압손계수 예시는 아래와 같습니다.

배기구 형태	압손계수
직관형 (테이퍼형도 같음)	1.0
비마개 부착형	1.10~2.00 (h/D 비율(1.0~0.45)에 따라 결정)
엘보형	1 + 곡관의 압손계수
Louver형	1.05~1.25 (a/A 비율(0.7~0.9)에 따라 결정)

 

14. 송풍기 결정

1) 송풍기 정압

송풍기 정압은 상기 7~13.에서 계산한 내용을 기준으로 결정합니다.

송풍기 정압은 Fan 입구측 압력손실(SPin)과 출구측 압력손실(SPout)을 절대값으로 더하고, 거기에서 속도압(Vp)을 빼주어 계산합니다.

여기에 추가로 여유율을 반영하여 최종 결정합니다.

 

2) 전동기 용량

송풍기의 전동기 용량은 아래의 식으로 계산합니다.

여기서,

  -  Q  :  유량(m3/sec)

  -  Pt  :  송풍기 정압(mmH2O)

  -  η  :  송풍기 효율(%)

  -  α  :  여유율(%)

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국소배기장치를 설계하는 전반적인 Flow에 대해 알아보았습니다.

다음시간에는 상기 14가지 내용에 대한 세부적인 내용에 대해 알아보겠습니다.

참고하시기 바랍니다. 감사합니다.