1-7. 공기조화용 덕트설계에서 종횡비를 설명하시오.

공기조화용 덕트 설계에서 종횡비(Aspect Ratio)는 직사각형 덕트의 단면 형상을 나타내는 중요한 지표입니다. 이는 덕트 단면의 긴 변 길이 대 짧은 변 길이의 비율로 정의됩니다.

 

종횡비 = 긴 변 길이 / 짧은 변 길이

 

예를 들어, 폭 800mm, 높이 200mm인 직사각형 덕트의 종횡비는 800mm / 200mm = 4:1 이 됩니다. 정사각형 덕트는 종횡비가 1:1이며, 원형 덕트는 종횡비 개념이 적용되지 않습니다.

 

종횡비가 덕트 설계에 미치는 영향

종횡비는 덕트 시스템의 성능, 자재 소요량, 시공성 및 구조적 안정성에 여러 가지 영향을 미칩니다.

1. 마찰 손실 (압력 강하) 증가:
   • 동일한 단면적을 가지는 덕트라 할지라도, 종횡비가 클수록(길고 납작한 형태일수록) 공기와 접촉하는 덕트 내면의 둘레 길이(습윤 둘레)가 길어집니다.
   • 덕트 내면과의 마찰은 이 둘레 길이에 비례하므로, 종횡비가 클수록 덕트 길이당 마찰 손실(압력 강하)이 증가하게 됩니다. 이는 송풍기의 동력 손실을 야기하고 시스템 효율을 저하시킵니다. 이상적으로는 원형 덕트나 정사각형 덕트(종횡비 1:1)가 동일 면적에서 습윤 둘레가 가장 짧아 마찰 손실이 최소화됩니다.
2. 자재 사용량 증가:
   • 동일한 단면적을 확보하기 위해 종횡비가 커질수록 덕트 제작에 필요한 강판의 둘레가 길어집니다.
   • 결과적으로 덕트 제작에 소요되는 강판의 양이 증가하게 되어 자재 비용과 무게가 늘어납니다.
3. 구조적 강성 저하 및 보강 필요:
   • 종횡비가 큰 덕트는 종횡비가 작은 덕트에 비해 단면의 변형(배부름 현상 등)이 발생하기 쉽고 구조적인 안정성이 떨어집니다.
   • 이를 방지하기 위해 더 많은 수의 **중간 보강재(Stiffener)**를 설치해야 하므로, 제작 및 설치에 품이 더 들고 비용이 증가합니다.
4. 시공 공간 확보의 용이성:
   • 앞서 언급한 단점들에도 불구하고, 종횡비가 큰 덕트가 사용되는 주된 이유는 건축적인 공간 제약 때문입니다.
   • 특히 천장 속 공간(Ceiling Plenum) 등 높이 방향으로의 여유 공간이 제한적인 경우, 필요한 단면적을 확보하기 위해 폭을 넓히고 높이를 줄여 종횡비가 큰 덕트를 사용해야 하는 경우가 많습니다.

추천 종횡비

종횡비가 커질수록 성능 및 비용 면에서 불리해지므로, 덕트 설계 시에는 가능한 한 종횡비를 작게 하는 것이 좋습니다. 일반적으로 설계 지침 등에서는 덕트의 종횡비가 4:1 또는 6:1을 넘지 않도록 권장하고 있습니다. 공간 제약이 심한 경우 불가피하게 높은 종횡비를 적용할 수 있지만, 이때는 마찰 손실 증가, 자재 증가, 보강 강화 등을 충분히 고려해야 합니다.

결론적으로, 덕트의 종횡비는 마찰 손실, 자재량, 구조적 안정성에 직접적인 영향을 미치며, 가능한 작게 설계하는 것이 유리합니다. 하지만 건축적인 공간 제약으로 인해 종횡비가 큰 덕트가 사용되기도 하며, 이 경우 성능 저하 및 비용 증가 요인을 충분히 검토해야 합니다.