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국부 환기 시스템(Local Exhaust Ventilation System, LEV)은 실내 전체의 공기를 희석하여 오염 물질 농도를 낮추는 일반적인 희석 환기 방식과 달리, 오염 물질이 발생하는 발생원(Source)의 아주 가깝거나 바로 위/아래에서 오염 물질을 포집하여 외부로 배출하는 방식입니다. 주방의 레인지 후드, 실험실의 흄 후드, 산업 현장의 집진 장치 등이 국부 환기 시스템의 대표적인 예입니다.
국부 환기 시스템 설계의 주요 목적은 다음과 같습니다.
- 오염 물질이 실내 공간으로 퍼지기 전에 효과적으로 제거하여 거주자 또는 작업자의 건강을 보호합니다.
- 필요한 환기량(처리 풍량)을 줄여 에너지 소비를 절감합니다. (실내 전체를 환기하는 것보다 훨씬 적은 양의 공기만 처리하면 됨)
- 특정 오염 물질에 대한 집중적인 제어가 가능합니다.
국부 환기 시스템 설계 절차 및 주요 고려 사항
국부 환기 시스템은 각 요소가 유기적으로 연결되어 작동하므로, 시스템 전체를 고려한 체계적인 설계가 중요합니다. 주요 설계 절차 및 고려사항은 다음과 같습니다.
- 오염 발생원 파악 및 특성 분석:
- 오염 물질이 어디서, 어떻게 발생하는지 정확한 위치를 파악합니다.
- 오염 물질의 종류(입자, 가스, 증기), 물리적 성상(온도, 밀도, 입자 크기), 발생량 등을 파악합니다. (예: 뜨거운 증기는 위로 상승, 무거운 분진은 아래로 낙하)
- 오염 물질이 주변 공기 흐름(대류, 난류)에 의해 어떻게 확산되는지 관찰합니다.
- 후드(Hood) 또는 포집 장치 설계/선정:
- 설계에서 가장 중요하며, 오염 물질의 포집 효율을 좌우합니다. 오염원 특성, 발생 형태, 작업 방식 등을 고려하여 적절한 형태와 크기의 후드를 선정하거나 설계합니다.
- 후드 종류:
- 캐노피 후드(Canopy Hood): 주방 레인지 후드와 같이 발생원 위에 설치하여 상승하는 뜨거운 오염 물질 포집.
- 포위식 후드(Enclosing Hood): 흄 후드와 같이 발생원을 완전히 또는 부분적으로 감싸 오염 물질 확산을 최소화. 가장 효율적입니다.
- 외부식 후드(External Hood): 슬롯 후드, 캡처 암 등 발생원 근처에 설치하여 흡입력으로 오염 물질을 끌어당기는 방식.
- 수취식 후드(Receiving Hood): 그라인딩 등 운동 에너지가 있는 분진을 받아내는 방식.
- 포집 속도(Capture Velocity) 결정: 후드 면이 아닌 오염 발생원에서 후드 방향으로 오염 물질을 효과적으로 끌어당기기 위해 필요한 공기 속도입니다. 오염원 특성, 주변 기류 등에 따라 요구 속도가 크게 달라지며, 정확한 포집 속도 결정이 시스템 성능에 핵심적입니다.
- 후드 배치 및 크기: 오염원에서 최대한 가깝게 배치하고, 오염 물질 확산 범위를 고려하여 적절한 크기로 설계해야 합니다. 후드 면적이 클수록 포집 속도 유지를 위해 필요한 풍량이 급격히 증가합니다.
- 덕트(Duct) 시스템 설계:
- 풍량 산정: 후드의 종류, 크기, 포집 속도 등을 고려하여 필요한 공기 처리량(풍량)을 산정합니다.
- 이송 속도(Transport Velocity) 결정: 덕트 내에서 포집된 입자상 오염 물질이 가라앉지 않고 송풍기까지 운반되도록 충분한 공기 속도(이송 속도)를 확보해야 합니다. 오염 물질의 종류, 크기, 밀도에 따라 요구되는 이송 속도가 다릅니다.
- 덕트 관경 선정: 필요한 풍량과 이송 속도를 기준으로 덕트의 지름이나 단면적을 결정합니다.
- 덕트 경로 및 형태: 압력 손실을 최소화하도록 최대한 직선으로 짧게 배관하고, 급격한 곡관이나 단면적 변화를 피합니다. 분진 등이 쌓이지 않도록 수평 배관을 최소화하고 필요한 경우 점검구 및 청소구를 설치합니다.
- 재질 선정: 이송되는 오염 물질의 부식성, 마모성, 온도 등을 고려하여 적절한 재질(아연도 강판, 스테인리스강, PVC 등)을 선정합니다.
- 공기 정화 장치(Air Cleaning Device) 선정/설계 (필요시):
- 배출되는 오염 물질이 환경 규제 기준을 초과하거나 주변 환경에 유해한 경우, 송풍기 전에 오염 물질을 제거하는 장치를 설치합니다.
- 종류: 집진기(필터식, 전기식, 습식 등), 스크러버(가스 흡수), 활성탄 흡착 장치 등 오염 물질의 종류와 요구 제거 효율에 따라 선정합니다.
- 송풍기(Fan) 선정:
- 시스템 내의 모든 압력 손실(후드 흡입 손실, 덕트 마찰 손실, 밸브/엘보 등 형상 손실, 공기 정화 장치 압력 강하, 배기구 토출 손실 등)을 극복하고 필요한 풍량을 공급할 수 있는 적절한 종류(원심식, 축류식 등)와 용량, 정압의 송풍기를 선정합니다.
- 오염 물질이 송풍기를 통과하는 경우, 부식이나 마모에 강한 재질의 송풍기를 고려하거나 송풍기 전에 정화 장치를 배치합니다.
- 배기구(Exhaust Point) 설계:
- 배출되는 공기가 인접한 건물이나 외기 흡입구로 재유입되지 않도록 위치와 높이를 선정합니다.
- 주변 환경 영향(악취, 유해 물질)을 최소화하도록 배출 속도 등을 고려합니다.
- 보충 공기(Makeup Air) 공급 고려:
- 국부 환기 시스템으로 실내 공기를 외부로 배출하는 만큼, 외부 공기가 실내로 유입되어야 합니다. 보충 공기가 원활히 공급되지 않으면 실내에 부압이 형성되어 문이 잘 안 열리거나, 다른 환기 시스템(예: 연소 기구 배기)의 성능을 저해하거나, 국부 환기 시스템 자체의 포집 성능이 저하될 수 있습니다.
- 보충 공기는 필요한 경우 가열, 냉각, 가습, 제습 등의 공조 처리를 거쳐 공급하여 실내 환경 쾌적성을 유지해야 합니다.
국부 환기 시스템 설계는 오염 물질의 성공적인 포집과 제거를 통해 작업 환경을 개선하고 에너지 효율을 높이는 중요한 과정입니다. 각 구성 요소의 상호 작용을 이해하고 오염원의 특성을 정확히 파악하는 것이 효율적인 시스템 설계를 위한 핵심입니다. 관련 법규(산업안전보건법, 대기환경보전법 등)에서 요구하는 배출 기준 및 설치 기준을 준수해야 합니다.
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