덕트 기초 이론
공기가 흐르는 원리부터 자재와 설비를 고르는 기준까지.
덕트의 역할과 시스템
급기·배기·환기·공조의 차이와 공간별 덕트의 역할.
SA·EA·OA·RA: 공기의 출발점과 도착점으로 읽기
급기(SA)는 실내로 공급하는 공기, 배기(EA)는 실내에서 밖으로 내보내는 공기다. 외기(OA)는 외부에서 들여오는 공기이며, 환기(RA, return air)는 공조기로 되돌아오는 공기를 가리키기도 한다. 한국어의 환기는 공기를 교환한다는 ventilation의 뜻으로도 쓰
냉난방이 된다고 환기가 되는 것은 아니다
공조는 온도와 습도, 청정도 등 실내 조건을 조절하는 개념이며, 환기는 외부 공기를 들이고 실내 공기를 배출하는 과정이다. 실내 공기만 순환시키는 냉난방 장비는 온도를 낮출 수 있어도 외기 도입을 자동으로 보장하지 않는다. 에어컨이 켜져 있다는 사실만으로 사람에게 필요한 환기가
전체 환기와 국소배기의 목적은 다르다
전체 환기는 공간에 들어온 오염물질을 공기 교환으로 희석하는 방식이다. 국소배기는 오염물질이 넓게 퍼지기 전에 발생 지점 가까이에서 포집한다. 용접 흄, 분진, 조리 연기처럼 발생 위치가 비교적 뚜렷한 경우에는 발생원과 후드의 관계가 중요하다.
열회수 환기장치는 공기를 섞어서 열을 회수하는 장치가 아니다
열회수 환기에서는 나가는 공기와 들어오는 공기 사이에 열교환부를 두어 에너지를 전달한다. 정상적인 설계 목적은 오염된 배기를 그대로 급기에 섞는 것이 아니다. 현열 교환은 주로 온도 차를 이용하고, 전열 교환은 제품 방식에 따라 수분 전달까지 포함한다. 제품별 누설과 오염물질
정풍량과 변풍량 시스템을 같은 방식으로 점검하면 안 된다
정풍량 시스템은 정해진 운전 조건에서 비교적 일정한 풍량을 유지하도록 구성한다. 변풍량(VAV) 시스템은 구역의 부하나 제어 신호에 따라 공급 풍량을 바꾼다. VAV 박스의 댐퍼가 일부 닫혀 있다는 이유만으로 고장으로 판단할 수 없으며 당시 요구 풍량과 제어 상태를 함께 보아야
풍량과 환기
풍량, 풍속, 환기횟수와 오염원에 따른 공기량의 기초.
풍량은 풍속에 단면적을 곱한 값이다
풍량 Q는 단위 시간에 통과하는 공기의 부피이며, 평균 풍속 v와 유효 단면적 A를 이용해 Q=A×v로 계산한다. A가 ㎡이고 v가 m/s이면 Q는 ㎥/s다. 시간당 풍량으로 바꾸려면 3,600을 곱한다. 풍속의 한 지점 측정값을 평균값으로 대신할 수 있는지는 유동 상태와 측정
환기횟수는 공기가 한 번에 모두 교체된다는 뜻이 아니다
시간당 환기횟수 ACH는 시간당 공기량을 실의 체적으로 나눈 값이다. 예를 들어 체적 300㎥의 방에 외기 900㎥/h가 들어오면 외기 기준 ACH는 3h⁻¹이다. 면적만으로 계산하려면 높이가 추가로 필요하고, 공간의 어느 부분을 체적에 포함했는지도 명시해야 한다.
CMH·CMM·CFM을 혼동하면 풍량이 수십 배 달라진다
CMH는 보통 시간당 세제곱미터(㎥/h), CMM은 분당 세제곱미터(㎥/min), CFM은 분당 세제곱피트(ft³/min)를 뜻한다. 1CMM은 60CMH이고, 1CFM은 약 1.699CMH다. 장비 사양을 비교할 때 숫자만 옮기지 말고 단위를 같이 기록한다.
CO2 수치 하나로 실내 공기질 전체를 판단할 수 없다
사람이 주된 이산화탄소 발생원인 공간에서 CO2 농도는 재실 인원 대비 외기 공급 상태를 살펴보는 참고 지표다. 그러나 먼지, 유증기, 일산화탄소, 유기용제 등의 농도를 대신하지 않는다. CO2가 낮다고 해서 다른 유해물질이 없다고 결론 내릴 수 없다.
총풍량이 충분해도 특정 자리가 답답할 수 있다
전체 급기량이 설계값에 맞아도 각 구역으로 공기가 적절히 분배되지 않으면 일부 공간의 환기가 부족할 수 있다. 가까운 분기로 공기가 몰리거나 급기구와 배기구가 너무 가깝게 작용하면 필요한 구역을 거치지 않는 흐름이 생긴다. 설비 총량과 공간별 전달 성능은 같은 항목이 아니다.
압력과 송풍기
정압, 압력 손실, 팬 성능곡선과 급배기 균형.
정압·동압·전압은 서로 다른 압력이다
저속 공기 흐름에서 전압은 정압과 동압의 합으로 표현한다. 여기서 전압은 total pressure이며 전기의 전압과 다른 말이다. 동압은 공기의 운동과 관련되고 약 ρv²/2로 계산한다. ρ는 밀도, v는 풍속이며 단위를 맞추면 압력은 Pa가 된다.
팬은 최대 풍량이 아니라 운전점으로 고른다
팬 성능곡선은 일정한 회전수와 공기 상태에서 풍량에 따라 발생시킬 수 있는 압력을 보여준다. 시스템 저항곡선은 해당 풍량을 통과시키는 데 필요한 압력을 나타낸다. 설치 후 운전점은 두 관계가 만나는 지점에서 정해지므로 팬의 최대 풍량만 읽어서는 실제 풍량을 알 수 없다.
팬 회전수를 올릴 때 동력은 더 빠르게 증가할 수 있다
기하학적 형상이 같고 공기 밀도가 일정하며 상사 조건이 성립하는 팬에서는 풍량이 회전수에, 압력이 회전수의 제곱에, 축동력이 회전수의 세제곱에 비례하는 관계를 사용한다. 흔히 팬 상사법칙이라고 부른다. 전기 입력동력은 모터와 인버터의 효율까지 영향을 받는다.
팬 바로 앞뒤의 굴곡이 성능을 바꾼다
카탈로그 성능은 정해진 시험 조건에서 측정된다. 실제 설치에서 팬 입구 가까이에 급격한 굴곡이나 장애물이 있으면 공기가 한쪽으로 몰리거나 회전하며 들어갈 수 있다. 출구에서도 흐름이 충분히 정리되지 않으면 기대한 성능이 나오지 않을 수 있다. 이런 설치 영향은 시스템 효과로 설
댐퍼 조절과 회전수 제어는 에너지 사용 방식이 다르다
댐퍼를 닫아 풍량을 줄이는 방식은 공기 흐름에 저항을 추가한다. 회전수 제어는 팬이 만드는 풍량·압력 특성을 바꾼다. 두 방식의 실제 전력 차이는 팬 특성, 운전점, 모터와 제어장치 효율에 따라 달라지므로 일정한 절감률을 모든 설비에 적용할 수 없다.
자재와 덕트 형태
사각·원형·플렉시블 덕트와 아연도금강판·스테인리스의 특성.
원형과 사각 덕트는 어느 한쪽이 항상 우수하지 않다
원형 덕트는 같은 단면적에서 둘레가 가장 짧은 도형이며, 사각 덕트는 설치 높이와 폭에 맞춰 형태를 조절하기 쉽다. 이 기하학적 차이는 재료 사용과 마찰, 공간 배치의 검토에 영향을 준다. 그러나 실제 성능은 표면, 접합부, 굴곡과 분기, 시공 상태까지 포함해 결정된다.
아연도금강판과 스테인리스는 사용 환경으로 비교한다
덕트 재료는 공기의 온도, 습기, 화학 성분, 세척 방법과 설치 환경에 맞춰 선택한다. 일반 환기에서 널리 쓰이는 아연도금강판이 모든 부식 환경에 적합한 것은 아니며, 스테인리스도 강종과 표면 상태, 염분이나 약품 노출 조건에 따라 부식될 수 있다. 재료 이름만으로 수명을 보장
플렉시블 덕트의 편리함과 적용 한계
플렉시블 덕트는 연결 위치의 작은 차이를 흡수하기 쉽지만, 압축되거나 급하게 꺾이면 공기 흐름이 크게 방해받을 수 있다. 같은 표시 지름이라도 실제 설치 상태가 다르면 압력 손실이 달라진다. 남는 길이를 천장 속에 둥글게 감아 두는 방식은 설계된 길이와 형상을 바꾼다.
판 두께는 덕트 크기와 압력·보강 조건을 함께 봐야 한다
덕트의 판 두께는 단면 치수만으로 결정되는 단일 숫자가 아니다. 운전 압력과 음압, 접합 간격, 보강 방식, 지지 조건, 재료의 특성, 적용 시방이 함께 작용한다. 특히 넓은 사각 면은 압력 변화에 따라 변형되거나 소음을 낼 수 있어 판과 보강을 하나의 구조로 검토한다.
접합재와 실링재도 덕트의 사용 조건에 맞아야 한다
덕트의 기밀은 강판 자체보다 이음부와 장비 접속부, 점검구에서 좌우되는 경우가 많다. 그러나 틈을 아무 테이프나 실리콘으로 막는다고 적합한 시공이 되지는 않는다. 온도, 압력, 습기, 기름·약품 접촉, 화재 성능과 바탕면의 상태에 맞는 접합재가 필요하다.
규격과 배관 계획
단면적, 경로, 분기, 굴곡, 연결부와 누설을 이해하는 기준.
필요 풍량에서 단면을 계산하되 풍속 기준을 먼저 정한다
풍량이 정해졌다면 A=Q/v로 필요한 단면적을 가늠할 수 있다. 다만 허용 풍속을 임의로 정하면 소음, 마찰 손실 또는 분진 퇴적 문제를 놓칠 수 있다. 일반 공조, 주방 배기, 산업 분진 이송은 목적이 다르므로 같은 풍속을 공통으로 적용하지 않는다.
수력직경과 등가직경은 같은 말이 아니다
수력직경은 유로 단면적 A와 젖은 둘레 P로부터 Dh=4A/P로 정의한다. 공기가 가득 흐르는 사각 덕트의 가로·세로가 a, b이면 Dh=2ab/(a+b)다. 원형에서는 실제 지름과 같아진다. 이는 비원형 유로의 유동 계산에 쓰는 기하학적 길이 척도다.
덕트 길이가 같아도 굴곡과 분기에 따라 손실이 달라진다
직선 덕트에서는 벽면 마찰로 압력이 손실되고, 굴곡·분기·전이부에서는 흐름 방향과 속도 분포의 변화에 따른 손실이 추가된다. 직관 손실은 길이만 아니라 풍속, 단면, 표면 상태와 밀도에 영향을 받는다. 부속의 손실계수도 형상과 유량 분배 조건에 따라 달라진다.
분기 덕트는 면적 비율대로 풍량이 자동 배분되지 않는다
공기는 각 경로의 저항과 압력 조건에 따라 분배된다. 분기관 단면적의 비가 1:1이라고 해서 두 끝단의 풍량도 항상 1:1이 되는 것은 아니다. 길이, 굴곡, 후드와 필터, 댐퍼 상태가 다르면 저항이 달라진다. 가까운 지점에 공기가 몰리는 현상은 이러한 차이와 관련될 수 있다.
배출구를 멀리 둬도 재유입 검토는 필요하다
배출된 공기는 풍향, 풍속, 건물 형상과 토출 조건에 따라 이동한다. 취입구와 배출구 사이의 직선 거리만으로 재유입 가능성을 완전히 설명할 수 없다. 가까운 창문, 상층부 개구부, 이웃 건물과 옥상 구조물도 함께 확인해야 한다.
후드와 오염원 포집
주방 후드, 로스터, 국소배기와 보충 공기의 관계.
후드 입구의 바람이 세다고 발생원 포집이 충분한 것은 아니다
외부식 후드는 오염원이 후드 밖에 있으므로 발생 지점까지 영향을 미치는 흡인 흐름이 필요하다. 후드 입구에서 측정한 면풍속과 발생원 위치의 포집속도는 같은 값이 아니다. 일반적으로 발생원이 멀어질수록 후드의 흡인 영향은 약해지며 주변 기류의 영향을 더 받는다.
주방 후드는 연기 발생과 주변 기류를 함께 고려한다
조리기구 위에서는 열과 함께 오염공기가 상승하는 흐름이 생긴다. 후드는 이 흐름을 받아 포집하고 외부로 새어 나오지 않도록 해야 한다. 조리기구의 배치, 후드 돌출 범위, 설치 높이와 벽면 유무가 성능에 영향을 준다. 매장 면적만으로 후드 배기량을 결정하기 어렵다.
배기한 공기만큼 들어올 경로가 필요하다
배기팬이 공기를 외부로 내보내면 그 공기를 보충할 유입 경로가 필요하다. 보충 공기가 부족하면 실내 음압이 커지고 팬의 실제 배기량이 달라지거나 문 개폐가 어려워질 수 있다. 다른 공간의 냄새가 유입되는 현상도 압력 관계와 연결될 수 있다.
테이블별 배기는 동시 사용 조건에서 확인한다
여러 테이블의 배기가 한 팬에 연결되면 각 분기의 길이와 저항이 전체 풍량 분배에 영향을 준다. 한 테이블에서 잘 빨려 들어간다는 사실만으로 모든 테이블의 성능이 확인된 것은 아니다. 실제로 동시에 사용하는 테이블 수와 후드 위치를 정해 시험해야 한다.
기름·수증기·가스는 같은 배기 처리 대상이 아니다
주방 배출에는 기름 입자, 수증기, 냄새 성분과 연소 생성물 등이 섞일 수 있다. 기름 분리 필터는 기름 입자를 줄이는 장치이며 모든 기체 냄새를 제거하는 장치가 아니다. 수증기가 주된 설비와 기름이 많이 발생하는 조리기구를 같은 조건으로 취급해서는 안 된다.
필터와 집진·탈취
먼지·유증기·냄새의 차이, 필터와 집진·탈취 설비의 역할.
먼지를 거르는 필터와 냄새를 처리하는 장치는 다르다
공기 중 오염물질은 입자와 기체로 구분해 생각해야 한다. 먼지나 기름 미스트는 입자이며, 일부 냄새 성분과 휘발성 유기화합물은 기체 상태로 존재한다. 입자 필터의 효율이 높다고 해서 기체 오염물질까지 같은 비율로 제거되는 것은 아니다.
MERV와 HEPA는 제품 이름이 아니라 시험 성능의 표현이다
MERV는 정해진 입자 크기 범위에서 필터의 포집 성능을 표현하는 등급이다. HEPA 역시 정해진 시험 조건에 따른 고효율 입자 여과를 뜻한다. 서로 다른 규격과 시험법의 표기를 숫자만으로 직접 환산해서는 안 되며, 시험 표준과 성적서를 함께 확인해야 한다.
필터 차압은 막힘을 판단하는 자료지만 단독 판정값은 아니다
필터 앞뒤 압력 차는 공기가 필터를 통과하면서 겪는 저항을 보여준다. 운전 조건이 같다면 분진 축적에 따른 차압 변화가 점검 자료가 될 수 있다. 그러나 풍량 자체가 달라져도 차압이 변하므로 높은 차압을 무조건 막힘으로, 낮은 차압을 무조건 깨끗한 상태로 해석하면 안 된다.
사이클론과 여과집진기는 잘 잡는 입자 범위가 다르다
사이클론은 회전 흐름에서 입자의 관성을 이용해 공기와 입자를 분리한다. 같은 장치에서도 입자 크기와 밀도, 유량 등에 따라 분리 성능이 달라진다. 일반적으로 큰 입자를 전처리하는 용도로 검토할 수 있지만 미세입자를 모두 제거하는 만능 장치는 아니다.
활성탄은 무한히 쓰는 필터가 아니며 오존은 안전한 대체재가 아니다
활성탄은 표면에 특정 기체 성분을 흡착하지만 용량이 한정되어 있다. 처리 대상과 농도, 공기량, 온도·습도에 따라 사용할 수 있는 기간이 달라진다. 흡착이 진행되어 출구 농도가 올라가는 파과는 외관만으로 확인하기 어렵다.
소음과 진동
팬 소음, 풍절음, 진동 전달과 소음기·방진의 기초.
팬 카탈로그의 소음값과 현장의 소음값이 다른 이유
음향파워는 소음원이 방출하는 음향 에너지의 크기를 나타내고, 음압은 특정 위치에서 마이크나 귀가 받는 압력 변동을 나타낸다. 둘 다 dB로 표시할 수 있지만 기준과 의미가 다르다. 카탈로그 음향파워를 그대로 실내에서 측정할 음압으로 읽으면 안 된다.
소음 50dB 두 개를 더하면 100dB가 아니다
데시벨은 로그 척도이므로 일반적인 숫자처럼 더할 수 없다. 서로 상관없는 두 소음원이 같은 측정 위치에서 각각 50dB의 동일한 종류의 레벨을 만들면 합은 약 53dB다. 두 소음원의 위상 관계와 측정 조건이 다르면 단순한 에너지 합산 가정의 적용성을 확인해야 한다.
소음기는 감쇠량뿐 아니라 압력 손실도 확인한다
덕트 소음기는 공기 통로를 유지하면서 전달 소음을 줄이는 장치다. 성능표의 삽입손실은 정해진 조건에서 장치를 넣었을 때 줄어드는 소음을 대역별로 나타낸다. 하나의 최대 감쇠 숫자를 모든 주파수와 운전 풍량에 적용해서는 안 된다.
방진 장치를 달아도 단단한 연결부로 진동이 전달될 수 있다
팬의 진동은 지지 구조와 덕트, 배관 등을 통해 건물로 전달될 수 있다. 방진 고무나 스프링을 설치하더라도 다른 단단한 접촉부가 남아 있으면 진동이 우회 전달된다. 팬 주변에서 크게 들리는 공기 전달음과 벽·슬래브를 통해 전달되는 구조 전달음은 대책이 다르다.
저주파와 특정 음은 전체 dBA만으로 설명하기 어렵다
팬 소음에는 넓은 주파수에 퍼진 성분과 특정 주파수에 두드러진 성분이 함께 있을 수 있다. A가중 전체 레벨 하나는 비교에 편리하지만 저주파나 순음의 특성을 충분히 드러내지 못할 수 있다. 같은 dBA라도 사람이 느끼는 불편은 달라질 수 있다.
보온과 결로
온도·습도·노점의 관계, 단열과 방습, 결로가 생기는 조건.
덕트 표면이 차가워도 항상 결로가 생기는 것은 아니다
결로는 표면 온도가 주변 공기의 노점 조건에 도달하면서 수증기가 액체로 변하는 현상이다. 표면이 차갑다는 사실만으로 결로를 판단할 수 없고, 주변 공기의 온도와 수분 상태가 함께 필요하다. 같은 덕트 온도라도 습한 날에는 결로가 생기고 건조한 날에는 생기지 않을 수 있다.
단열과 방습은 서로 다른 기능이다
단열은 열 이동을 줄이고 방습은 수증기 이동을 제한한다. 차가운 덕트를 감싼 단열재가 충분한 두께여도 이음부나 절개 부위로 습기가 들어오면 내부에서 물이 생길 수 있다. 반대로 방습층만 있고 열저항이 부족하면 외부 표면의 결로 조건을 피하지 못할 수 있다.
지지대와 눌린 단열재에서 물방울이 생기는 이유
금속 지지부나 단열이 끊긴 연결부는 주변보다 열이 잘 전달되는 경로가 될 수 있다. 단열재가 과도하게 눌리면 해당 구간의 두께와 열저항이 줄어든다. 이런 국부적인 차이 때문에 전체가 단열되어 보여도 특정 지점에만 결로가 나타날 수 있다.
천장 얼룩을 보고 덕트 결로라고 바로 결론 내리지 않는다
천장 물 얼룩은 덕트 결로뿐 아니라 옥상 누수, 배관 누수, 공조기 응축수 배수 문제 등 여러 원인으로 생길 수 있다. 물은 구조물과 단열재를 따라 이동하므로 얼룩이 생긴 바로 위가 발생 지점이라는 보장도 없다. 현상을 먼저 기록하고 원인을 나누어 확인해야 한다.
단열 두께에는 온도·습도·재료와 외부 조건이 들어간다
덕트 단열 두께는 내부와 외부의 온도, 외부 습도, 단열재 열전도율, 표면의 열교환 조건과 목표 성능을 바탕으로 검토한다. 열손실 절감 목적과 결로 방지 목적은 같지 않으며 둘 다 충족해야 하는 경우가 있다. 재료의 열전도율은 적용 온도 범위와 함께 확인한다.
안전과 유지관리
제연과 일반 환기의 구분, 방화·청소·점검과 관련 기준 확인.
평상시 환기와 화재 시 제연은 목적과 검증 방법이 다르다
일반 환기는 평상시 오염물질과 열·습기를 관리하고, 제연은 화재 시 연기 이동을 제어해 피난과 소방활동을 지원한다. 특별피난계단의 계단실·부속실은 급기가압으로 연기 유입을 억제하는 방식이 사용될 수 있다. 연기를 밖으로 빼는 배출 방식과 동일한 계통으로 이해해서는 안 된다.
풍량조절·역류방지·방화·방연 댐퍼를 구별한다
풍량조절 댐퍼는 공기량을 조정하고, 역류방지 댐퍼는 의도하지 않은 역방향 흐름을 제한하는 데 사용한다. 방화와 방연 댐퍼는 화재·연기 제어를 위한 별도의 성능과 작동 조건을 갖는다. 외형이 비슷하거나 날개가 닫힌다고 해서 서로 대체할 수 있는 장치는 아니다.
덕트 청소 주기는 오염 상태와 용도에 따라 정한다
주택 공조 덕트, 주방 기름 덕트, 산업 분진 덕트는 오염의 성질과 위험이 다르다. 모든 덕트를 몇 개월마다 청소해야 한다는 단일 주기를 제시하는 것은 적절하지 않다. 사용 시간, 발생량, 필터 상태, 내부 축적과 관련 기준을 바탕으로 점검·청소 계획을 정한다.
팬을 끈 것과 정비가 안전한 상태는 다르다
운전 스위치를 끈 상태에서도 자동 제어, 원격 명령이나 다른 사람이 조작해 팬이 재가동될 수 있다. 정비 전에는 해당 설비의 에너지 차단 절차에 따라 전원과 잔류 위험을 관리해야 한다. 관성으로 계속 도는 회전체와 주변의 다른 설비도 고려한다.
분진을 모으면 폭발 위험도 함께 검토해야 한다
일부 목재·식품·금속 등의 분진은 조건에 따라 가연성일 수 있다. 공기 중에 분산된 가연성 분진에 점화원이 있고 밀폐 조건이 형성되면 심각한 사고로 이어질 수 있다. 원재료 덩어리가 잘 타지 않는다는 인상만으로 미세 분진의 위험을 판단하지 않는다.