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실험실 공조시스템

<b>이정훈 이사

이정훈 이사

프라이스사업부

실험실 공조시스템

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1.개요 

1990년 미국 산업안전보건청(OSHA)에서는 실험실 연구원의 평균수명이 일반인보다 10년 이상 단축된다는 보고서를 발표하면서 연구원의 수명단축 원인이 실험실에서 화학물질에 노출되었기 때문이라고 언급하였다. 이후 실험실 성능표준에서 일반 유해물질의 허용 농도를 0.5ppm에서 0.05ppm으로 낮춰 실험실 실내 안전기준을 강화하여 적용하고 있다.

국내에서는 실험실 및 위험물질을 배출하는 사업장의 경우 산업안전보건공단에 유해위험방지 계획서를 제출하여 심사결과 적합한 평가를 받은 경우에만 사업 승인을 받을 수 있다.

유해물질로부터 노출되어 있는 실험실의 경우 안전이 확보되는 것이 무엇보다 중요하다고 할 수 있는데 실험실 계획시 고려사항은 다음과 같다.

2. 실험실 계획시 고려사항

가. 안전성

실험실을 계획할 경우 일반 사무실과 달리 실험활동에 의해 발생하는 화학가스 및 생화학적 위험물 등 유해 오염물질을 제거 하면서 재실자가 안전하고 쾌적한 분위기에서 근무할 수 있는 공조 시스템을 고려해야 한다.

실험실 내에서 오염물질의 제거(세척,배출 등) 작업이나 실험으로 인해 발생하는 유독성 물질은 대부분 후드장치로 배기되고, 장비 및 기기에서 국부적으로 필요한 배기는 스노클로 처리하며 기타 오염물질은 캐노피 후드에서 배기될 수 있도록 하여야 한다.

산업안전보건법(산업안전보건 기준에 관한 규칙 제429조)에 의한 장비배기의 기준에 보면 후드의 경우 샷시 입구의 풍속이 0.4~0.7m/s 이상, 국소배기장치의 1m/s 이상의 풍속으로 유지되어야 하는 것으로 규정되어 있으며 이를 충족하는 배기 장치의 적정 풍량 계산 예는 다음 표와 같다.

실험실의 공조설계는 후드 내부의 오염물질이 외부로 유출되지 않게 안정적으로 유지되어야 하나, 일반적인 공조 디퓨저로 설계시 기류의 혼합을 조장하게 되고  특히, 거주역 상단인 1.8m 높이에서 약 0.25m/s의 기류속도를 가지게 됨에 따라 면속도 0.4~0.7m/s를 유지하는 후드의 흐름을 불안정하게 하여 누출된 유해물질이 연구원의 얼굴에 접촉되거나 호흡기로 흡입되는 문제를 일으킬 수 있다. 

따라서, 실험실의 급기 기구 설계는 기류가 확산되는 일반공조와는 다르게 기류가 확산되지 않고 후드 샷시의 개구부에 영향을 주지 않도록 층류(Laminar flow) 또는 방사기류(Radial flow)를 형성하는 디퓨저가 선정되어야 한다.

또한 실험실은 음압이 유지되도록 하여 실험실 내부는 인접된 복도나 사무실보다 음압이 되도록하여 실험실 내부의 오염된 공기가 유출되는 것을 방지하여야 한다.

실험실 압력 유지는 흄후드, 국소배기장치 등에서 배출되는 풍량의 전체량을 감지하여 급기량이 배기량의 총합계보다 작게 급기시켜 실내 음압을 유지시키거나(예: 배기총풍량 – 급기량 X 0.95 : 음압비율) 실내 압력계를 설치하여 배기량의 변동에 상관없이 항상 음압이 유지되도록 하여야 한다.

나. 시스템의 유연성

실험실은 연구목적, 용도변경, 연구과제 등의 변동에 따라 내부시설의 변경 및 개보수가 필요한 경우에 대응하여 공조시스템이 유연성 있게 대처가 가능하도록 해야 한다.

실험실의 실험목적이 변경될 시 실별 총배기(후드,국소배기 장치 포함)의 변동이 커지므로 기본 설계시 덕트는 아래 그림에서 보는 바와 같이 실별 배기 풍량의 최대치로 설계1)되어야 하고, 배기 VAV 유닛은 급기 VAV 유닛과 연동되어야 한다.2) 또한 변경과 이동이 원할하도록 챔버형태로 시공3)되어야 하는데 이때 흄후드 이동 설치시 VAV 댐퍼는 닫혀야4) 한다.

다. 에너지절약

과학기술 분야가 다양화 됨에 따라 용도와 목적에 부합되는 여러가지 실험실이 설치 및 운용되고 있어 안전하면서도 에너지를 절약할 수 있는 시설이 요구된다. 

특히, 후드 및 이와 관련된 에너지절약형 배기 시설을 포함하는 실험실의 공조제어 시스템을 적용하면 급배기 풍량을 제어하여 높은 에너지 절감효과와 운전 안정성을 동시에 얻을 수 있다.

설험실 설계시 후드등 국소 배기장치는 오염물질로부터 연구원을 보호하기 위해 높은 배기 풍량을 필요로 하는데 배기장치가 많은 실험실은 일반 사무실보다 최대 10배 이상의 많은 급배기를 필요로 한다.

실험실의 청정도를 유지하기 위하여 열원장치 및 공조설비등의 초기 설치비용과 유지관리에 많은 비용이 증가하게 되는데 다음 그림에서 보는 바와 같이 후드 배기구에 정풍량(CAV) 대신 변풍량(VAV) 유닛을 설치하여 후드 샷시가 닫힐 때 사이드월 센서와 흄후드 컨트롤러에 의한 일정한 풍속을 유지하고 풍량을 감소시킴으로써 에너지를 절감할 수 있다. (2400MH~150CMH 범위 내에 운전할 경우 90% 이상의 에너지 절감효과를 볼 수 있다.)

실험실 공조시스템 중 흄후드 제어는 VAV 벤츄리 밸브, 흄후드 컨트롤러, 사이드월 센서, 흄후드 인터페이스로 구성되며 유원엔지니어링(주)에서는 흄후드 제어 구성품 전체를 제공(단, 흄후드 본체는 제외)

3. 결론

이상에서 살펴본 바와 같이 실험실 계획시에는 안정성, 시스템 유연성, 에너지 절약이 고려되어야 하며, 실험실 공조시스템에 특화된 공조기구와 풍량 조절장치 및 제어기구를 통해서 안전하고 쾌적한 실험환경을 보장받을 수 있다.

*당사에서는 공조분야에서 미국 및 캐나다 시장 점유율 1위이며 북미지역에서500개 이상의 시설에 성공적인 급배기 및 흄후드 배기 제어시스템을 적용한 Price Industry의 기술, 시스템, 엔지니어링, 시공, 유지관리 등 계획에서 운영관리와 성능까지 종합적인 솔루션을 제공하고 있습니다.

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