공조 취출구·흡입구

왜 배우는가: 공조 취출구와 흡입구는 실내 기류분포, 온열환경, 소음을 직접 결정하는 말단 장치다. 공조설계에서 취출구 형식과 위치를 잘못 고르면 설계풍량과 열부하 계산이 아무리 정확해도 거주역 쾌적성을 확보하지 못한다. 기술사 시험에서는 사각형·원형 취출구의 선정 기준과 설계 고려사항을 묻는 문항이 반복해서 나온다.

출제 이력: 제122회 1교시 8번, 제103회 1교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

공조 취출구는 공조기에서 보낸 공기를 실내에 분포시키는 말단 장치이고, 흡입구는 실내 공기를 회수하는 장치다.

핵심 키워드

• 취출구(Supply Air Outlet)
• 흡입구(Return/Exhaust Air Inlet)
• 도달거리(Throw)
• 확산 반경(Spread)
• 유인비(Induction Ratio)
• 실내 기류분포
• 콜드드래프트
• 공기 분포 효율

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 취출구는 덕트 끝에서 공기를 방에 뿌리는 출구이고, 흡입구는 방의 공기를 다시 빨아들이는 입구다. 두 장치의 위치와 형식이 맞으면 실내 온도와 풍속이 고르게 되고, 맞지 않으면 한쪽은 춥고 다른 쪽은 덥거나 풍속이 과해 사람이 불쾌감을 느낀다.

정식 정의로는, 취출구는 공조기 또는 송풍기에서 공급된 공기를 실내 거주역에 설계된 도달거리와 확산 반경을 갖고 분포시키는 공기 분배 장치다. 흡입구는 실내 공기를 덕트로 회수하여 공기순환을 완성하는 장치다.

도달거리는 취출 공기 속도가 실내 기준 풍속(통상 0.25m/s 전후)에 이를 때까지의 거리를 말한다. 확산 반경은 취출구 중심에서 옆으로 퍼지는 범위를 말한다. 유인비는 취출 주류가 주변의 실내 공기를 끌어들이는 비율로, 취출 공기의 온도를 빠르게 실내 온도에 가깝게 만든다. 콜드드래프트는 찬 공기가 사람의 머리나 목 주변을 지나 생기는 국소 불쾌감이다.

취출 공기가 주류로서 실내를 흐르는 방식은 취출구 형식에 따라 달라진다. 천장형 취출구는 공기를 아래로 뿌려 거주역에 찬 공기가 닿기 쉽고, 측벽형 취출구는 수평에 가까운 주류를 만들어 대공간에 적합하다. 따라서 취출구 선정은 형식의 종류보다 실의 높이, 부하 방향, 허용 풍속을 함께 보고 정한다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 공조설비는 천장 중앙에 몇 개의 취출구를 두는 단순한 방식이었다. 실내 면적과 천장 높이가 커지고 사무실과 공연장처럼 사람이 밀집하는 공간이 늘면서, 한 점에서 공기를 뿌리는 방식으로는 온도와 풍속의 불균일이 커졌다. 이에 따라 취출구의 형식, 개수, 위치를 실의 부하와 기류 조건에 맞춰 정하는 설계 절차가 필요해졌다.

또한 에너지 절약 요구가 커지면서 실내 온도차를 줄이고 불필요한 과냉방을 막는 방향으로 공기분배가 중요해졌다. 공기 분포가 좋으면 같은 쾌적성을 더 적은 풍량과 낮은 송풍 동력으로 얻을 수 있다. 이것이 취출구 선정이 공조기 용량 계산과 함께 다뤄지는 이유다.

취출 풍속은 거주역 기준 풍속을 넘지 않도록 설계한다는 원칙은 쾌적성 확보의 기본 조건이다.

4. 구성요소·원리·절차

취출구와 흡입구는 공조기에서 만든 조화공기를 실내에 공급하고 실내공기를 회수하는 말단 장치다. 취출구는 공기를 실내로 불어내어 실내 공기와 섞이게 하고, 흡입구는 실내 공기를 덕트로 빨아들인다. 두 장치의 위치와 형식이 실내 온도·기류 분포를 결정하므로 설계의 마지막 단계에서 함께 정해진다.

취출구 설계의 원리는 도달거리와 실내 기류 확산이다. 취출 공기는 노즐 제트처럼 주위 공기를 끌어들이며 감속하고, 그 과정에서 실내 공기와 혼합된다. 취출 풍속이 높으면 도달거리는 길어지지만 드래프트와 소음이 커진다. 반대로 풍속이 낮으면 공기가 천장 근처에 머물러 거주역의 온도가 고르지 않다. 따라서 거주역 풍속과 온도차를 동시에 만족하도록 취출 조건을 정한다.

취출구 선정은 도달거리, 확산 폭, 거주역 풍속을 함께 만족시키는 형식과 크기를 정하는 일이다.

흡입구는 취출 기류가 흡입구로 바로 빠져나가는 단락을 피하도록 위치를 정한다. 흡입 풍속이 높으면 소음이 생기고 먼지가 많이 끌려 들어오므로 낮게 잡는다.

절차는 다음 순서로 진행한다.

• 실별 송풍량을 현열부하와 공급 온도차로 정한다.
• 실의 용도와 천장 높이에 맞게 취출구 형식을 고른다.
• 취출 풍속과 도달거리를 계산하여 거주역 풍속을 확인한다.
• 흡입구를 취출 기류가 직접 닿지 않는 위치에 배치한다.
• 목부 풍속과 소음을 확인하고, 기준을 넘으면 형식이나 수량을 바꾼다.
• 덕트 경로와 직관부를 확보하여 설계도에 반영한다.

도달거리 계산에는 취출구 형식별 도달거리 계수를 쓴다. 취출 풍속 v_0(m/s), 도달거리 L(m), 계수 K로 나타내면 L = K \cdot v_0 형태의 식으로 개략 계산한다. 계수는 제조사 선정표를 따른다.

5. 관련 법령·기준·표준

취출구와 흡입구의 기준은 법령보다 설계 기준과 제조사 선정표에 주로 있다. 실내 공기질은 관련 법령이 정하고, 기계환기설비는 기계환기설비 설치기준에 따른다. 아래 표는 설계에 자주 쓰는 기준값이다.

표의 풍속과 온도차는 설계 편람에서 널리 쓰는 값이며 프로젝트 조건에 따라 조정한다. 공기 분배의 세부 계산은 덕트 설계 절을 참고한다.

거주역은 사람이 머무는 바닥에서 약 1.8m 높이까지의 공간이다. 취출 기류는 이 영역의 풍속이 기준 이하가 되도록 조정한다.

도달거리는 취출구 중심에서 기류 풍속이 설정 값에 이를 때까지의 거리다. 설계 시 방 길이와 비교하여 공기가 벽에 닿기 전 감속되도록 한다.

단락은 취출 공기가 흡입구로 곧바로 되돌아가는 현상이다. 흡입구를 취출구 바로 옆에 두면 발생하므로 피한다.

6. 유형과 비교

취출구와 흡입구는 형상과 기류 특성에 따라 여러 종류로 나뉜다. 사각형 취출구(아네모스탯형 등 사각 디퓨저 포함)와 원형 취출구(원형 노즐형 디퓨저)는 같은 풍량을 처리해도 도달거리, 확산 각도, 소음 특성이 다르므로 설계 목적에 맞게 골라 쓴다.