국소배기장치 배풍량 및 압력손실 설계

공기정화장치 유무 및 흡인된 물질의 특성에 따라 배풍기 설치 위치가 결정되는데 일반적으로 국소배기장치는 후드, 덕트, 공기정화장치, 배풍기 및 배기구의 순으로 설치하는 것을 원칙으로 한다.

금번 국소배기장치 배풍량 및 압력손실 설계에 대해 알아 보고자 한다.

 

 

 

국소배기장치 배풍량 및 압력손실 설계

 

가. 설계기준

1) 각 후드에서의 배풍량은 유해물질의 종류에 따라 법정 제어풍속 이상을 유지하여야 한다.

2) 설계 조건은 21℃, 1기압을 기준으로 하여야 한다.

3) 기타 설계기준은 미국 ACGHI에서 권고하는 설계기준에 따른다.

 

나. 설계 요령

국소배기장치는 후드, 덕트, 공기정화장치, 배풍기 및 배기구의 순으로 설치하는 것을 원칙으로 한다. 다만, 배풍기의 케이싱이나 임펠러가 유해물질에 의하여 부식, 마모, 폭발 등이 발생하지 아니한다고 인정되는 경우에는 배풍기의 설치위치를 공기정화장치의 전단에 둘 수 있다. 국소배기장치의 설치과정은 다음과 같다.

1) 후드의 형식선정

2) 제어풍속 결정

3) 설계환기량 계산

4) 이송속도 결정

5) 덕트 직경 산출

6) 덕트의 배치와 설치장소 선정

7) 공기정화장치 선정

8) 총압력손실 계산

9) 배풍기 선정

 

 

다. 후드 배풍량 계산

1) 설비명(작업명), 후드형식, 후드규격, 수량, 제어풍속, 포착거리, 배풍량 산출 근거 등을 기재

2) 후드형태별 배풍량 산정방법

후드의 형태	개요	종횡비율 (W/L)	배풍량 산정
	slot (슬롯트 형)	0.2 or less	Q=3.7LVX
	flanged slot (프랜지 슬롯트형)	0.2 or less	Q=2.6LVX
	plain opening (편평개구형)	0.2 or greater and round	Q=V(10X^2+A)
	flanged opening (프랜지 개구형)	0.2 or greater and round	Q=0.75V(10X^2+A)
	booth (밀폐형)	to suit work	Q=VA=VWH
	canopy (천정형)	to suit work	Q=1.4PVD P=perimeter (오염원둘레) D=height above work(포집거리
	plain multiple slot opening 2 or more slots (복수스롯트형)	0.2 or greater	Q=V(10X^2+A)
	flanged multiple slot opening 2 or more slots (프랜지복수개구형)	0.2 or greater	Q=0.75V(10X^2+A)

 

라. 압력손실 설계 계산

1) 각 부분별 압력손실을 계산하여 나열하거나 ACGIH 설계 계산용지를 이용하여 작성

○ 후드유입손실(후드정압)의 설계

○ 덕트마찰손실의 설계(합류점에서는 정압평형유지법으로 설계)

○ 곡관손실의 설계

○ 공기정화장치의 압력손실(설정값)

○ 배풍기 앞까지의 총 압력손실(SPin) 설계: 후드유입손실, 가속손실, 덕트마찰손실, 곡관손실, 공기정화장치 압력손실의 합

○ 배풍기 뒷부분의 압력손실(SPout) 설계: 배풍기-최종배기구

 

 

2) ACGIH 설계 계산용지

덕트 구분			단위 등
송풍량			(㎥/sec)
최소반송속도			(m/sec)
덕트 직경			(mm)
덕트 면적
실제 덕트속도			(m/sec)
덕트 속도압			(mmH2O)
후드흡인	슬롯	슬롯면적	(㎡)
		슬롯속도	(m/sec)
		슬롯속도압	(mmH2O)
		슬롯 손실계수
		가속계수	0 또는 1
		충만실 손실(/속도압)	11+12
		충만실 정압	10×13
	덕트 유입손실계수
	가속계수		1 또는 0
	덕트 유입손실(/속도압)		15+16
	덕트 유입손실		7×17
	기타 손실		(mmH2O)
	후드 정압		14+18+19
직선 덕트의 길이			(m)
마찰계수
마찰 손실(/속도압)			21×22
90o 곡관의 개수
곡관 손실(/속도압)			24×손실계수
유입 덕트의 개수
유입손실 (/속도압)			26×손실계수
특수 접속부 손실계수
덕트손실 (/속도압)			23+25+27+28
덕트 손실			7×29 (mmH2O)
덕트 정압손실			20+30
누적 정압			(mmH2O)
지배 정압			(mmH2O)
교정된 송풍량			(㎥/sec)
합성동압			(mmH2O)

 

 

3) 압력손실 계산 요령

압력손실은 후드에서 흡입된 배기가스가 방지시설을 통하여 외부로 방출되는 동안에 기류가 가지고 있는 기계적 에너지가 덕트 내벽면의 마찰 또는 덕트 내벽면의 상태와 관의 모양(곡관, 관수축, 관확대 등)에 의해 발생되는 손실을 총칭한다.

방지시설에서 다루는 송풍관 내의 기류는 일반적으로 난류로서 압력손실은 속도의 제곱 에 비례한다. 즉, 속도압에 비례한다. 속도압은 다음과 같이 정의된다.

가) 원형 직관의 압력손실(식에 의한 방법)

 

마찰계수는 Reynold수의 함수로 나타낸다<그림 1>.

<그림 1> Reynold수와 마찰계수와의 관계

 

 

<표 1> 공기의 성질

나) 장방형 직관의 압력손실

덕트가 원형관이 아닐 때는 상당직경을 구하여 원형관의 계산법을 사용한다. 이 상당 직경은 동일 유량, 동일 관길이에 대해 같은 압력손실을 표시하는 원형관의 직경이다. 장방형 직관의 압력손실은 장방형관의 상당직경을 구한 다음, 원형직관 압력 손실 계산과 같은 방법으로 압력손실을 계산한다.

다음식은 상당직경을 구하는 공식이다.

다) 곡관의 압력손실

곡관의 압력손실은 덕트의 크기, 모양, 속도, 관경과 곡률반경의 비(R/D), 그리고 곡관에 연결된 송풍관의 상태에 따라 달라지며, 원형곡관과 장방형곡관으로 나눌 수 있다.

(a) 원형곡관의 압력손실

원형곡관의 압력손실은 곡관의 반경비에 따른 압력손실계수를 <표 2>에서 구하여, 여기에 속도압을 곱하여 압력손실을 구하거나, 곡관에 대한 상당길이 (equvalent length)를 구하여 원형직관의 압력손실로 구한다.

① 곡관의 반경비와 압력손실계수에 의한 압력손실 계산

압력손실 ΔP와 압력손실계수ζ는 다음과 같은 관계가 있다. 곡관각 θ가 90°가 아니고 45°, 60°등일 때에는 90°곡관의 압력손실 ΔP에 θ/ 90 을 곱하면 구할 수 있다. 장방형 곡관의 압력손실 ΔP는 다음 식에 의해 구해진다.

<표 2> 관의 반경비와 압력손실계수

② 상당 길이에 의한 압력손실

곡관에서 관경과 중심반경에 따른 상당길이(equvalent length)를 구하고, 이 길이에 대한 원형직관의 압력손실을 구하여 이 값을 원형곡관의 압력손실로 한다.

 

<표 3> 관경과 중심반경에 따른 상당길이(feet)

(b) 장방형 곡관의 압력손실

장방형 곡관의 압력손실은 면비(W/D)와 반경비(R/D)에 따른 압력손실계수를 <표 4> 의해 구하고 여기에 속도압을 곱하여 압력손실을 구한다.

<표 4> 장단면비와 반경비에 따른 압력손실 계수

라) 합류관의 압력손실

합류관에서 합류점 P부분의 압력손실은 다음 <표 5>에서 주관과 자관의 압력손실계수를 구하고 ,이 계수에 속도압(PV)을 곱하여 주관과 지관의 압력 손실(ΔP)을 구해 두 값을 합산한다.

<표 5> 원형합류관의 압력손실계수

마) 확대․축소관의 압력손실

① 확대관의 압력손실

아래 그림과 같은 원형확대관의 압력손실(ΔP)과 정압회복량(PS2-PS1)은 다음 <표 6>에 의하여 구한다.

속도압차(PV1-PV2)중의 일부는 압력손실이 되고 그 밖에는 정압회복량이 된다. 이를 수식화하면 다음과 같다.

<표 6> 원형확대관의 압력손실계수

② 축소관의 압력손실

아래 그림과 같은 원형축소판의 압력손실(ΔP)은 다음 <표 7>에서 구한 압력 손실 계수에 속도압(PV)를 곱하여 구한다.

<표 7> 원형축소관의 압력손실계수

바) Weather cap(비마개)의 압력손실

Weather cap이 붙은 원형배기구의 압력손실 ΔP는 <표 8> 에서 구한다. <표 8>의 ζ에서 1을 뺀 것에 PV를 곱하여 얻은 값은 배출구에 있어서의 정압과 비슷하다.

 

<표 8> Weather cap의  (h/d)와 압력 손실계수

 

마. 공기정화장치 선정

1) 처리하고자 하는 유해물질에 적합한 공기정화장치 선정

2) 여과재의 수량, 형식, 교체주기 등의 기재

3) 여과 압력손실의 계산

 

바. 배풍기 사양 결정

1) 국소배기장치에 총압력손실과 배풍량을 이용한 배풍기 사양 결정

○ 배풍량 : 모든 후드 필요배풍량의 합

○ 배풍기 정압(FSP)= SPout-SPin-VPin(배풍기직전 동압)