1-13. 취출구의 확산반경에 대하여 설명하시오.

공기조화 설비에서 취출구의 확산반경(Diffusion Radius)이란, 취출구(디퓨저, 그릴 등)에서 공급된 공기(기류)가 실내 공간으로 퍼져나가면서 속도가 점차 감쇠하여 특정 종단 속도(Terminal Velocity)에 도달하는 지점까지의 거리를 의미합니다. 영어로는 주로 "Throw"라고 표현하며, '도달 거리' 또는 단순히 '기류 도달 거리'라고도 합니다.

'확산 반경'이라는 용어는 특히 천장에 설치되는 원형 또는 사각형 디퓨저가 공기를 방사형(반경 방향)으로 토출할 때, 그 기류가 미치는 영향 범위를 나타내는 뉘앙스로 사용될 수 있으나, 기술적으로는 'Throw (도달 거리)'의 개념으로 이해하는 것이 더 정확합니다.

1. 중요성:

• 공기 분포 균일성: 취출구의 확산반경은 실내 전체에 조화된 공기를 효과적으로 분배하고, 공기 정체 구역(stagnant zone) 발생을 방지하는 데 중요합니다.
• 쾌적성 확보: 확산반경이 너무 짧으면 공조 효과가 일부 구역에만 미치고, 너무 길거나 기류 속도가 높으면 재실자가 불쾌한 바람(드래프트, Draft)을 느낄 수 있습니다. 적절한 확산반경은 쾌적한 실내 환경 조성에 필수적입니다.
• 취출구 선정 및 배치: 실의 크기와 형태, 천장 높이 등을 고려하여 적절한 확산반경을 가진 취출구를 선정하고, 취출구 간의 간격과 배치를 결정하는 데 핵심적인 지표가 됩니다.

2. 정의 및 측정:

• 확산반경(Throw)은 일반적으로 취출구 면으로부터 기류의 중심선(centerline)을 따라 측정합니다.
• 종단 속도(Terminal Velocity, Vt): 확산반경을 정의하는 기준 속도로, 기류가 이 속도 이하로 떨어지면 실내 공기와 충분히 혼합되어 재실자에게 드래프트를 유발하지 않는다고 간주되는 낮은 속도입니다. 일반적으로 0.75 m/s (150 fpm), 0.50 m/s (100 fpm), 0.25 m/s (50 fpm) 등의 값을 기준으로 사용하며, 특히 0.25 m/s는 거주 구역(occupied zone)에서의 쾌적성 평가 기준으로 자주 사용됩니다.
• 제조업체는 특정 취출구 모델에 대해 다양한 풍량 조건에서의 각 종단 속도별 확산반경(Throw) 데이터를 제공합니다.

3. 확산반경(Throw)에 영향을 미치는 요소:

• 취출 속도 및 풍량: 취출구에서 나오는 공기의 초기 속도가 빠르고 풍량이 많을수록 확산반경은 길어집니다.
• 취출구의 종류 및 형상: 디퓨저(원형, 사각, 슬롯형), 그릴, 노즐 등 취출구의 형태와 내부 베인(vane) 또는 루버(louver)의 각도 등에 따라 공기의 확산 패턴과 도달 거리가 크게 달라집니다.
• 취출 공기와 실내 공기의 온도차:
  • 냉방 시: 차가운 공기는 무거워 아래로 가라앉는 경향(Drop)이 있어 수평 도달 거리가 짧아질 수 있습니다.
  • 난방 시: 따뜻한 공기는 가벼워 위로 상승하는 경향이 있어 천장면을 따라 더 멀리 도달할 수 있으나, 속도가 너무 낮으면 성층화(stratification)될 수 있습니다.
• 천장 효과 (Coandă Effect): 취출 기류가 천장과 같은 표면에 가깝게 평행하게 흐를 때, 기류가 표면에 붙어서 흐르려는 경향(코안다 효과)이 나타나 확산반경이 길어집니다. 대부분의 천장형 디퓨저는 이 효과를 활용합니다.
• 실내 장애물: 가구나 칸막이, 조명 기구 등 기류 경로상의 장애물은 공기 흐름을 방해하여 유효 확산반경을 감소시킵니다.
• 주변 공기 유인 (Entrainment): 취출된 기류는 주변의 실내 공기를 끌어들여 혼합하면서 속도가 감소합니다. 유인 성능도 확산반경에 영향을 줍니다.

4. 설계 시 활용:

설계자는 실의 용도, 크기, 천장 높이, 필요 환기량 등을 고려하여 적절한 확산반경(Throw)을 갖는 취출구를 선택하고 배치합니다. 일반적으로 확산반경은 취출구에서 가장 먼 벽면까지 도달하거나, 여러 개의 취출구를 배치할 경우 인접한 취출구의 확산반경과 만나는 지점(보통 취출구 간격의 1/2 지점)까지 도달하도록 계획하여 실내 전체에 균일한 공기 분포가 이루어지도록 합니다.

 

결론적으로, 취출구의 확산반경(Throw)은 공조 설비 설계 시 실내 공기 분포 성능과 재실자의 쾌적성을 결정하는 중요한 성능 지표이며, 제조업체의 데이터를 바탕으로 신중하게 검토되어야 합니다.