배기시스템(fan, blower and duct system)

배기시스템은 배풍기라고 불리우는 팬(fan) 또는 블로아(blower)와 배기덕트로 나누어집니다.
간단하게 표현해서 작은 날개와 전동기는 fan 이라고하며 보다 큰 용량은 blower라고 하는데 경계는 명확하지 않으며 일반적으로 후드위에 장착하는 내장형팬은 작아서 fan이라고 부르고 옥상에 설치하는 외장형은 blower라고 합니다.

흄후드 상부와 건물 외부의 벽에 설치하는 덕트는 직관(直管)으로 하며 재질에따라 경질PVC pipe, 원형 스텐레스덕트, 사각형 스텐레스덕트로 나누며 건물내부의 천정위(택스위)에는 직관의 설치가 어려우므로 구부림이 가능한 연질PVC flexible pipe(hose) 또는 잡아 늘릴수있는 자바라식의 타폴린 덕트호스가 사용됩니다.
덕트의 직경은 후드의 크기에따라 차이가 있지만 적어도 200mm 이상이어야 합니다.
배기효율은 면풍속(face velocity)으로 측정되며 법규에 의하면 0.4-0.5m/sec을 만족시켜야 합니다.

1. 내장형 팬(fan)

저소음, 저진동의 시로코타입(sirocco type) 팬으로 후드 상부에 장착하며 후드의 크기와 덕트 환경에따라 1/4마력부터 1/2마력까지 사용됩니다.
용량이 크면 배기효율이 좋지만 소음과 진동이 같이 커지므로 우리회사에서는 일반적으로 1/3마력의 fan을 장착합니다.
내장형fan을 장착하면 면풍속 0.4-0.5m/sec을 달성하기가 쉽지 않지만 배기덕트의 설치가 쉽고 경제적인 면에서 일반적입니다.
내장형 fan의 단점은 날개가 철제이므로 강산을 많이 사용하는 후드에서는 fan의 수명이 단축되며 아무래도 fan의 소음이 실험실내에 남게되어 큰용량의 선택이 어렵습니다.
풍량은 20-25CMM(입방메타/분)이며 정압은 약20mmAq, 소음은 56dB입니다.
세부적인 내용은 공급업체의 홈페이지 www.fanzic.com 에서 보실 수 있습니다.
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2. 외장형 블로아(blower)

일반적으로 옥상에 설치하며 진동방지용 방진좌대를 먼저 설치하고 그위에 견고하게 블로아를 장착하는데 흄후드에는 일반적으로 2마력의 모타가 사용됩니다.
fan(날개의 모양)은 소음과 풍량에서 유리한 다익송풍기(多翼送風機)라고 불리우는 시로코타입(sirocco type)입니다.
옥상의 블로아는 후드로부터 설치위치가 멀어서 운전상태를 연구원이 확인하기 어렵고 모타의 용량이 크므로 안전장치로 과부하방지용 차단기(braker)와 마그네틱스위치를 갖춘 컨트롤판넬(control panel)을 꼭 설치 해야합니다.
블로아 용량이 큰경우에는 블로아를 견고하게 지지하기위하여 콘크리트로 기초공사(foundation)를 하기도 합니다.
재질면에서는 블로아의 날개(fan, blade) 및 케이스를 내산성의 PVC로 제작하거나 stainless steel로 제작합니다.
2마력 외장형 블로아의 풍량은 40-45CMM(입방메타/분), 정압은 60-65mmAq 정도로 내장형fan에 비하여 매우 크므로 면풍속 0.5m/sec의 달성은 충분합니다.
블로아의 가격, 컨트롤판넬 및 외부덕트공사의 비용이 더하여져서 내장형에 비하여 고가입니다.
챔버형후드는 배기대상이 크므로 큰용량의 블로아를 선정합니다.
또한 배기대상이나 환경에따라 시로코팬 대신에 air foil fan을 선정하기도 합니다.

▶다양한 모델의 외장형 블로아 사진보기

블로아 15마력	블로아용 철근 콘크리트 화운데이션준비	콘크리트 타설	블로아설치, 5마력 PVC
블로아 5마력, 철제	PP 또는 PVC 블로아 2마력	블로아 5마력, 철제, 소음챔버(스텐)

3. 덕트(duct)

일반적으로 후드상부에서 천정까지와 건물의 외벽에는 직경 200mm의 직관, 경질PVC pipe가 사용되며 필요시 stainless steel의 원형덕트를 사용하기도 합니다.
덕트의 사이즈는 최소한 직경 200mm 이상이어야 하며 흄후드의 크기가 커지면 이도 커져야 합니다.
우리의 경험에 비추어보면 배기효율은 블로아의 용량보다도 덕트사이즈가 더욱 중요한 요소라고 생각합니다.
쉽게 예를 든다면 개울의 폭이 넓으면 물흐름이 완만하면서도 좋지만 폭이 좁아지면 소리는 요란하면서 물흐름이 원만하지 못합니다.
또한 덕트의 내면이 매끄러운 경질PVC pipe, 연질PVC duct hose 및 stainless steel duct는 고속도로에 비한다면 자바라식의 잡아늘리는 덕트호스는 비포장도로라고 표현합니다.
물론 덕트의 길이와 엘보(elbow)를 사용한 구부림이 많으면 배기효율은 저하됩니다.

▶여러덕트사진

알미늄 덕트후드	경질PVC파이프, 350mm	옥상위의 덕트와 블로아	벤처빌딩 경질 PVC pipe duct
옥상위의 덕트와 블로아	천정에서부터 창문 통해 외부로 배관	후렉시블 덕트호스 를 연질PVC호스 로 교체	대형블로아와 스텐레스 사각덕트
스텐레스 사각덕트	스텐레스 사각덕트	스텐레스 사각덕트 자세히보기	후드뒷면에서 환기창으로 배관
천정위에서 PVC 사각덕트 용접작업	스텐레스 또는 함석 덕트, 후렉시블 덕트 호스, 연질PVC호스 , 경질PVC파이프.	천정위에서 덕트 작업	천정위의 PVC pipe duct

3.1. PVC 덕트

흔히 말하는 PVC파이프이며 직관인 경질PVC 파이프(pipe)와 구부림이 가능한 연질PVC
호스(hose)로 나누입니다.
경제적이며 설치작업이 용이한 장점에 산(acid)증기에 강하다는 이점으로 가장 일반적인 후드용 덕트입니다.

3.2. 스텐레스덕트(stainless steel duct)

스텐레스덕트는 원형의 스파이럴덕트(spiral duct)와 사각형의 덕트로 나누어 집니다.
일반적으로 유기용매에 강하다는 장점외에 미관을 고려하여 선택 됩니다.
건물외벽에 회색의 PVC pipe 덕트가 매달려있는 모양이 마음에 들지않는 경우에 미관을 고려하여 스텐레스덕트를 검토하는데 원형보다는 각형이 더 보기에 좋으므로 스텐레스 덕트를 선정하는 경우에는 보편적으로 각형을 선호합니다.
물론 비용이 큽니다.

3.3. 후렉시블덕트호스(flexible duct hose)

잡아늘리고 마음대로 구부릴수있는 장점과 경제적인 이점으로 천정, 택스위의 덕트배관에 사용됩니다.
스프링식강선(spring steel wire)과 난연코팅된 타폴린PVC(tarpaulin PVC)로 이루어져 있으며 실내에서는 사용 할수있지만 실외에서는 햇볕과 습기, 온도의 변화로 인해 쉽게 찢어지거나 터지게 됩니다.
실외에서의 사용은 불능이며 산(acid)증기 와 화기에 취약하다는 단점이 있습니다.
아래의 사진은 옥상에 설치되는 블로아 앞단에 flexible duct로 연결하여 시간경과로 터진 상태이며 또 하나는 터지기전에 연질 PVC호스로 교체하였습니다.
옥상에 올라가셔서 한번쯤 점검하여 보십시오.

▶ 부끄러운 후렉시블 덕트호스연결 사진보기

후렉시블 덕트호스로 옥외(屋外)공사는 금물임	후렉시블 덕트호스를 연질PVC호스로 교체

4. 화염확산 차단댐퍼 (화염전파 차단용댐퍼, 덕트용 방화댐퍼, fire damper)

후드내부에서 화재가 발생 한다면 배기시스템을 구성하고있는 덕트와 배기팬(fan)은 화재의 빠른 이동과 확산에 최적의 조건을 제공하게 됩니다.
특히 중앙집중식 배기시스템을 갖추고 있거나 다수의 후드가 밀집되어 설치, 운용되는 경우에는 화염확산을 차단 할수있는 댐퍼를 검토할만 합니다.
스프링과 작은 납편(lead tag)으로 구성되어 일정온도에 도달하면 납편이 녹으면서 스프링의 힘으로 댐퍼가 닫혀서 덕트의 통로를 막으면서 배기를 차단하게끔 설계되어 있습니다.
법규에 의하면 납편(댐퍼휴즈)가 녹는 온도는 섭씨 75도 이하이며 사진에있는 제품의 tag에는 72도로 표기되어 있습니다.

화염확산을 차단하는 덕트용 방화댐퍼는 원래 소방법과 건축법(시행규칙 28조의 2)에 기술되어 있으며 우리와 관련있는 부분은 ‘3층 이상의 건물은 층마다 방화구획을 설치하고 방화구획을 관통하는 덕트(풍도)에는 적합한 방화 댐퍼를 설치해야한다.” 입니다.
외장형 배기시스템의 덕트는 흄후드가 설치된 실험실의 창문(또는 벽)을 관통하여 옥상의 블로아까지 덕트를 연결해야 하므로 우리도 이 방화댐퍼를 적극적으로 검토할 필요가 있다고 생각됩니다.
우리회사는 외장형 블로아를 사용하는 배기시스템에는 기본적(표준사양)으로 화염확산 차단댐퍼(방화댐퍼)를 장착하고자 합니다.

▶화염확산 차단댐퍼 사진보기

화염차단댐퍼 닫힘과 열림상태	납편(tag)에 녹는온도 72℃로 새겨져있음

5. 블로아 컨트롤러, 컨트롤판넬(control panel)

블로아 컨트롤라는 일반적으로 한 대의 블로아에 한 대의 컨트롤라를 일대일로 운용하며 크게 차단기(braker)와 마그네틱스위치(magnetic switch)로 구성되며 세부적으로 살펴보면 다음과 같습니다.
-배선용차단기: 전기적인 부하가 용량을 넘으면(과부하시) 차단기가 작동하여 불로아에 도달하는 전원을 차단하여 줍니다.
-교류전자개폐기(접촉기): 보통 마그네틱스위치라고 불리웁니다.
후드몸체에 장착된 블로아스위치에서 블로아를 운전하면(on/off) 그 신호가 이 마그네 틱스위치로 전달되어 블로아를 켜고, 끄는 작동을 이 마그네틱스위치가 합니다.
-열동형 과부하계전기(Thermal Overload Relay)
배선용차단기는 용량이 충분히 커서 예민하지 않으므로 보다 더 예민하게 작동하는 차 단기의 개념과 누전차단기의 기능도 갖추고 있습니다.
암페아(Ampere)를 Blower의 전동기용량에 맞추어 설정 할 수 있도록 셋팅 기능이 있으 며 릴레이가 떨어지면 간단히 복구 할 수 있습니다.

블로아 컨트롤판넬은 보편적으로 블로아 수량이 많은경우에 이들의 컨트롤라를 모아서 한 대의 컨트롤판넬로 제작합니다.
Main switch, Amper meter, Volt meter가 추가되며 비용이 상승됩니다.

▶블로아컨트롤라와 컨트롤판넬 사진보기

컨트롤판넬(타사제 작품)	컨트롤판넬 내부 (8대의 블로아)	실험실 배기 fan MCC
MCC (Motor Control Center) panel , 7대의 블로아	기본적인 블로아컨 트롤판넬	차단기, 마그네틱스 위치, 오버로드.

6. 면풍속(face velocity)

흄후드에서의 면풍속은 문(sash)을 열었을때 그 면의 풍속을 말하며 “제어풍속” 이라고도 표현 되는데 후드를 제작하여 설치하는 우리로서는 굳이 이 내용을 설명하기가 좀 난감합니다.
법으로도 규정되어 있으므로 당연히 규정된 면풍속을 만족시켜야 하는데 fan(blower)의 소음과 진동이 문제가 되기도하고 때로는 과도하게 배기되어 냉, 난방에 어려움을 겪기도 합니다.
물론 이를 극복할수있는 다양한 방안이 있지만 비용이 커지는 어려움이 있습니다.

한국산업안전공단(KOSHA)의 “실험실에서의 안전(수칙)”, 산업안전보건법 23조 , 산업보건기준에 관한 규칙(보건규칙) 39조 등에는 화학물질후드(fume hood), 국소배기장치의 “제어풍속”을 "0.4-0.5 meter/sec"로 규정하고 있습니다.
면풍속은 일반적으로 문을 완전히 열었을 때 측정합니다.
또한 벤젠등 특정유해물질을 사용하는 후드는 0.5m/sec으로 보다 더 엄격합니다.

일반적으로 후드에 장착하는 내장형 fan은 소음과 진동으로 큰용량의 채택이 어려우며 이로인해 면풍속 0.5m/sec의 달성이 쉽지 않습니다.
외장형 blower 2마력의 경우에는 면풍속 0.5m/sec을 충분히 달성하고도 여유가 있습니다.
물론 더작은 외장형 blower를 선택 할 수도 있지만 이는 턱걸이하여 면풍속을 만족 시키게 됩니다.
덕트의 길이가 길거나 구부림이 많으면 1마력 blower로 어렵습니다.

실험실내에 후드의 수량이 많으면 배기가 과도하게 되어 냉, 난방이 어려워 집니다.
blower motor의 회전속도를 제어(control)하면서 배기량을 조절 할 수 있습니다.
회전수 가변모타와 인버터(inverter)를 장착하여 수동으로 조절하기도 하며 가변풍량시스템, VAV System(Variable Air Volume system)을 채택하여 부하에따라 풍량을 조절하는
자동시스템을 채택 할 수 도 있습니다.
물론 그만큼 비용이 증가하게 됩니다.

▶산업안전공단 교육자료 “실험실안전지침” 열어보기

7. 소음챔버(sound chamber)

외장형 blower의 소음이 덕트를 타고 후드로 내려오는데 덕트의 길이가 길고 구부림이 많으면 배기효율과 소음이 저하되지만 덕트가 직관이고 짧으면 전달되는 소음도 제법 커지게 됩니다.
소음챔버는 blower 앞단에 설치하며 흡음재의 두께와 챔버의 크기(면적)에따라 소음감소 효과를 얻을수 있습니다.

▶소음챔버 사진보기

8. 배기 개선공사

세월이 지나면서 배기상태가 원만하지 못하여 덕트와 블로아를 대대적으로 개, 보수하여 배기효율을 높이고자 합니다.
필요한 풍량과 풍압을 산출하여 블로아를 선정하고 그에따라 덕트를 설계합니다.
때에 따라서는 흄후드와 챔버후드를 교체하기도 합니다.