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설계기술부
대부분의 건물은 환기를 위하여 외부공기를 급기하고, 급기한 외부 공기의 양 만큼 외부로 공기를 배기합니다. 예 를 들어, 일반 상업용 빌딩의 공조 시스템 SA용량이 1,000CMH이고 RA양이 1,000CMH, OA가 300CMH이면 EA도 300CMH입니다. 하지만, 흄후드를 설치한 실험실은 위험물질을 다루는 실험실 내 작업자의 안전을 위해 EA양이 1,000CMH이면 OA 및 SA도 1,000CMH이어야 합니다.
급기공기(SA)는 공조기를 이용한 공조공기(Conditioned Air)로 이를 급기하기 위해 냉동기, 냉수 / 냉각수펌프, 냉각탑, 공조기 팬 등 다양한 기기가 많은 양의 에너지를 사용합니다. 따라서 실험실에서 배기하는 공기를 안전기준에 맞추어 변풍량(VAV)제어하는 것으로 많은 양의 에너지를 절감 할 수 있습니다.
ANSI Z9.5 – 2012 섹션 6.5.3.2
– VAV 반응은 흄후드 내 물질의 유출 가능성을 증가시키지 않는 방식으로 목표풍량 또는 면 속도의 90% 이내에서 풍량을 증가 또는 감소시키기에 충분해야 합니다.
– 새시 이동이 완료된 후 3 초 미만의 (VAV장치) 반응 시간은 대부분의 흄후드 운전에서 이루어져야 합니다. 응답시간이 빨라지면 새시 작동 후에 후드 밀폐가 개선 될 수 있습니다.
ASHRAE 110 – 1995 섹션 6.4
– 새시 움직임이 시작되고 새시가 최고 위치에 도달할 때까지 걸리는 시간과, 새시의 이동 후 설계 면 풍속의 10% 오차범위 이내에 도달하고 유지하는 시간을 기록해야 합니다.
NEBB Fume Hood performance Testing – 섹션 9.3
– VAV후드 또한 새시 위치가 변경 된 후 거의 안정된 상태로 되는 시간을 측정하여야 합니다.
[그림3]은 새시 이동이 끝난 후 설정한 면풍속을 맞추기 위한 풍량의 90%에 도달하는 속도를 테스트 한 그래프입니다. 새시 이동이 끝난 후 0.8 초 후 설정풍량의 90%에 도달한 것을 보여주고 있습니다.
[그림4]는 새시이동 후 3 초이내에 목표풍량의 90% 수준에 도달한 것을 보여주고 있습니다.(ANSI Z9.5 – 2012 섹션 6.5.3.2 기준 충족)
Where attempting to save energy in typically higher hood density installations, minimum fume hood flow rates in the range of 150 to 375 hood air changes per hour (ACH) have been used to control vapor concentrations inside hood interiors.
ANSI Z9.5 – 2012는 흄후드 환기횟수를 시간당 최소 150 회에서 최대 375 회를 기준으로 정했습니다. 흄후드 작업공간의 깊이가 630 mm(D), 높이가 1,200 mm(H), 폭이 1,000 mm(W)의 흄후드에서 환기횟수 150 회/h 기준의 풍량은 아래 계산과 같습니다.
0.63 m(깊이) x 1.2 m(높이) x 1.0 m(폭) x 150 회/h(환기횟수) = 113 CMH
흄후드 작업공간 폭이 1,500 mm일 때 최소풍량은 113 CMH/m x 1.5 m = 170 CMH입니다. 170 CMH일 때 최소 개방높이가 60 mm이면 면속도 0.5 m/s로 면속도 제어에 영향이 없습니다. 흄후드 면속도 제어기준은 0.5 m/s이며 제어범위는 0.4 ~ 0.6 m/s입니다. 새시 개방높이가 700 mm이면 최대 풍량은 0.7 m x 1.5 m x 0.5 m/s = 0.525 ㎥/s = 1,890 CMH입니다.
제어장치의 선정과 설계 기준은 안전과 운전비용 절감입니다.
안전 : 풍량 제어장치의 반응속도
운전비용절감 : 풍량 제어 능력, 최소 / 최대 풍량 운전 비율 (Turndown Ratio)
외부공기를 실험실로 급기하는 이유는, 흄후드 배기풍량 공급, 냉방부하, 환기횟수를 충족하기 위해서 입니다. 이러한 이유로 실험실 내에 여러 개의 흄후드가 있을 경우 메이크업 에어(Makeup air)의 부하가 큽니다. 따라서, 실험실에 VAV시스템을 적용할 경우 최소 후드 배기풍량의 면풍속 제어에 의하여 많은 운전비용절감을 이룰 수 있습니다.
풍량 제어장치 선정 시 고려사항은 다음과 같습니다.
– 흄후드 풍량 조절장치는 최대 / 최소 풍량 운전에 적합해야 합니다.
– 공급풍량은 실험실 배기풍량 설계를 기본으로 합니다.
– 일반배기 VAV 유닛은 냉방과 효율이 충족되도록 선정하여야 합니다.
앞의 기준으로 풍량 제어장치를 선정 할 경우, 최소 풍량이 170 CMH이고, 최대 풍량이 1,890 CMH이기 때문에 최소/최대 풍량비(Turndown Ratio)가 11이상인 풍량 조절장치를 선정 하여야 합니다. 저압용 기계식 벤추리 에어밸브 300 mm사이즈의 풍량 운전범위는 153-2,040 CMH이고 최대 / 최소 풍량비는 13:1이므로 앞의 기준에 적합한 풍량 제어장치라고 할 수 있습니다.
