덕트 설치 기준

왜 배우는가: 덕트 설치 기준은 국소배기장치의 성능을 현장에서 그대로 구현하는 조건이므로 설계와 점검에서 가장 먼저 확인하는 항목이다. 시험에서는 법령이 정한 설치 항목을 묻는 문제와 현장 설치 사례의 문제점을 찾는 문제 형태로 출제된다.

출제 이력: 제131회 2교시 6번, 제93회 1교시 13번, 제89회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

덕트 설치 기준은 후드가 포집한 오염공기를 배기구까지 손실 없이 이송하도록 덕트의 구조와 설치 방법을 정한 기준이다.

핵심 키워드는 다음 여덟 가지이다.

• 덕트(Duct): 후드, 공기정화장치, 송풍기, 배기구를 잇는 공기 이송 관로이다.
• 국소배기장치: 발생원 가까이에서 유해물질을 포집하여 밖으로 내보내는 설비이다.
• 반송속도: 분진이 덕트 바닥에 쌓이지 않고 기류에 실려 이동하는 데 필요한 최소 풍속이다.
• 정압: 흐름과 직각 방향으로 작용하는 압력으로, 덕트 설계의 기본 값이다.
• 압력평형: 여러 분기 덕트의 압력손실을 맞추어 각 후드의 풍량을 설계대로 배분하는 상태이다.
• 접속부: 덕트 조각끼리, 그리고 덕트와 후드·송풍기가 이어지는 부분이다.
• 청소구: 덕트 안에 쌓인 분진을 제거할 수 있도록 설치하는 개구부이다.
• 굴곡부: 덕트의 방향이 바뀌는 곳으로, 압력손실이 크게 생기는 위치이다.

2. 개념 풀이

덕트 설치 기준은 국소배기장치의 덕트가 갖추어야 할 구조, 재질, 접속, 경로, 이송속도에 관한 요구 조건을 묶어 이르는 말이다. 국소배기장치에서 덕트는 후드가 포집한 오염물질을 공기정화장치를 거쳐 배기구까지 보내는 통로이므로, 덕트가 바르게 설치되지 않으면 후드의 설계 성능이 현장에서 재현되지 않는다.

덕트 안의 공기는 관벽과의 마찰, 굴곡부에서의 방향 전환, 단면 변화, 접속부의 누설에 의해 압력을 잃는다. 국소배기장치의 덕트는 가능하면 길이를 짧게 하고 굴곡부의 수를 적게 해야 한다. 굴곡부는 방향 전환마다 손실이 누적되므로 굴곡부 최소화가 경로 설계의 기본 원칙이다.

반송속도는 분진이 덕트 바닥에 쌓이지 않고 기류에 실려 이동하는 데 필요한 최소 속도이다. 반송속도가 부족하면 입자가 침강하여 덕트가 막히고 풍량이 줄어든다. 반대로 과도하게 높이면 송풍기 동력과 소음이 커지므로, 분진의 종류와 입경에 맞는 값을 선택한다. 덕트 단면의 평균 풍속과 풍량의 관계는 다음 식으로 나타낸다.

$Q = A × V$

여기서 Q는 풍량(㎥/s), A는 덕트 단면적(㎡), V는 덕트 내 평균 풍속(m/s)이다. 같은 풍량이라도 단면적을 줄이면 풍속이 올라가므로, 덕트 직경은 반송속도와 풍량을 함께 놓고 정한다.

덕트의 관경은 일반적으로 등마찰저항법으로 정한다. 이 방법은 단위 길이당 마찰저항을 일정하게 두고 구간별 직경을 정하는 방식이며, 송풍기는 덕트 전체의 마찰저항과 필요한 풍량에 맞추어 선정된다.

덕트 설계에서는 정압, 동압, 전압의 관계로 각 구간의 압력을 계산한다. 전압은 정압과 동압의 합이며, 덕트 안에서 유량이 일정하다는 연속 조건을 전제로 압력 변화를 따진다. 여러 후드가 하나의 주덕트에 합류하는 구조에서는 합류점의 양쪽 정압이 같아야 풍량이 설계대로 나뉜다. 이 상태를 압력평형이라 하며, 분기관의 직경과 길이를 조정하여 맞춘다.

덕트의 재질은 배기되는 물질의 부식성, 온도, 화재와 폭발 위험을 기준으로 정한다. 재질은 설치 장소의 환경과 배기물질의 성질을 함께 고려해야 한다. 덕트 접속부의 안쪽은 돌출된 부분이 없도록 해야 한다. 돌출부는 공기 흐름을 흩뜨리고 분진이 걸려 쌓이는 지점이 되기 때문이다.

연결부위 등은 외부 공기가 들어오지 않도록 해야 한다. 누설이 생기면 덕트 내부의 정압이 흩어져 후드 입구의 흡인력이 떨어지고, 설계 풍량이 확보되지 않는다.

덕트 내부에 오염물질이 쌓이지 않도록 이송속도를 유지해야 한다. 청소구는 쌓인 분진을 제거할 수 있는 위치에 설치하여 청소하기 쉬운 구조로 만든다.

덕트 설치 기준의 핵심은 압력손실을 줄이고 오염물질이 쌓이지 않도록 이송속도를 유지하는 데 있다.

3. 등장 배경과 필요성

작업장의 유해물질과 분진은 전체환기만으로는 근로자의 호흡 영역에서 충분히 제거하기 어렵다. 그래서 발생원 가까이에서 포집하는 국소배기가 기본 대책으로 쓰인다. 이때 덕트는 포집한 오염물질을 실제로 밖으로 내보내는 통로가 되므로, 설치 기준은 설비의 성능을 결정하는 조건이 된다.