공기조화 2004-05-04 (조회수:11224)   1.개요 1. 공기조화의 정의 공기조화(air conditioning)란 「공기의 온도, 습도, 청정도 및 기류분포를 공기조화를 필요로 하는 공간의 요구에 일치하도록 처리하는 공정」이라고 정의되어 있다. 최근에는 공기조화의 제어대상으로 위에서 설명한 4가지 요소 이외에 바닥, 벽, 천정 등으로부터의 복사열이나 실내기압 등의 요소를 추가하기도 한다. 2. 공기조화의 분류 공조의 대상공간은 주택이나 사무실의 거실 등과 같은 폐쇄공간뿐만이 아니고 옥외의 보도나 경기장 등의 개방공간도 포함된다. 그러나 개방공간에 대한 공조기술은 아직 확립되어 있지 않으므로 여기서는 일반건축물의 거실, 체육관, 공장 작업장 또는 각종 산업의 제조프로세스 등 밀폐공간에 대한 공조만을 취급하기로 한다. 공조는 그 목적에 따라서 다음과 갈이 분류된다. (1)쾌적공조 인간의 생활을 대상으로 하는 것으로 주로 보건, 활동성, 쾌적성이 목적이며 주택, 일반사무실, 상점, 학교 등의 공조가 여기에 속한다. (2)작업공조 일반적인 옥내노동이나 옥내스포츠를 하고 있는 사람의 안전과 건강관리를 대상으로 하는 것으로 주로 작업환경 개선과 작업능률 향상 및 안전의 확보를 목적으로 한다. (3)산업공정 공조 각종 공업의 생산성 및 합리성을 대상으로 하며,제조공정 및 원료, 제품의 저장, 포장, 수송 등 일반척인 생산관리에 필요한 공조로 제품의 품질향상. 공정속도(생산량)의 증가, 원가절감을 목적으로 한다. 공조를 보건공조와 산업공조로 분류하는 방법도 있으며 이것은 상기한 3가지 분류와 다음과 같은 관계가 있는 것으로 생각할 수 있다. 보건공조-> 산업공조 보건공조-> 작업공조 -> 산업공조 산업공정공조 -> 산업공조 산업공조라고 지칭되는 공조의 대상은 공조를 필요로 하는 목적, 공조의 제어대상, 정밀도 등 전혀 이질척인 인체와 물품을 하나의 개념 속에 포함하고 있고, 요구되는 공기의 품질 등도 뚜렷하게 다르므로 산업공조라는 분류는 적절한 분류라고 할 수 없다. 난로나 화로 등을 사용해서 실내를 난방하는 개별난방, 실내에 설치한 방열기에 보일러로부터 중기나 온수를 공급해서 난방하는 직접난방, 또는 온풍기에서 만든 온풍을 공급해서 실내를 난방하는 간접난방 등은 실내공기의 건구온도만을 제어의 주목적으로 하며 때때로 가습기를 도입해서 습도를 초절하는 일도 있으나 공기의 청정도나 기류분포의 제어까지는 하지 않으므로 공조라고 할 수 없다. 3 공조설비의 구성 주택의 거실이나 사무실빌딩의 사무실 등에서 재실자가 쾌적한 환경 하에 생활하고 작업을 계속하려면 실내공기 상태를 어떤 한정된 범위내의 온습도와 청정도로 유지해야 한다. 그러나 이 거실주변의 외부상태는 항상 변동하고 있어 외벽이나 유리창을 통해서 실내로의 열의 유출입이 있고, 또한 실내에서는 재실자, 조명기구, 사무용기기 등이 열을 발생하고 있다. 이들 열의 유출입이나 발열은 항상 실내온습도의 변동의 원인이 되므로 실내로열이 유입하는 경우에는 냉각, 제습한 공기를, 열이 실내에서 유출하는 경우에는 가열, 가습한 공기를 공급해서 이들 유출입 열의 조절을 통해서 실내온습도를 희망하는 상태로 유지한다. 재실자의 호흡작용이나 흡연, 실내에 설치한 각종 기기류의 운전에 따라 실내공기 중의 탄산가스나 먼지뿐만이 아니고 때로는 인체에 해로운 일산화탄소, 암모니아, 아황산가스 등이 발생하고 또한 그 농도가 높게 되는 경우도 있다. 재실자가 내는 체취 등도 농도가 높으면 다른 재실자 에게 불쾌감을 주게 된다. 이와 같이 원래 실내공기 중에 포함되면 좋지 않거나 허용되지 않는 불순물의 농도를 저하시키기 위해서 이들 불순물을 포함하지 않거나 또는 포함되었다 해도 농도가 아주 낮은 신선한 외기를 도입해서 실내공기의 청정도를 유지하는 것을 환기라고 한다. 환기용 도입외기의 온습도는 실내공기와 다르므로 실내공기 상태까지 냉각, 제습 또는 가열, 가습 해야 한다. 직접 공조대상 공간에 유출입하는 열을 실내열부하라고 하고 환기용 외기를 실내조건까지 냉각 또는 가열하기 위해서 필요한 열량을 외기부하라고 한다. 이들 열부하는 냉방을 필요로 하는 경우에는 냉방부하, 난방을 필요로 하는 경우에는 난방부하라고 한다. (1)열원설비 공조설비 전체의 열부하를 처리하기 위한 설비로는 냉동기, 보일러가 주체이고 부속설비로는 냉각탑, 냉각수펌프, 급수설비, 부속배관 등이 있다. (2)공조기 설비 공조대상 공간에 보내는 조화공기를 만드는 설비로 공기의 냉각제습기, 가열기, 가습기, 공기여과기 (air filter)및 송풍기를 일체의 케이싱에 넣은 것을 전체적 으로 공기조화기 (약해서 공조기라고도 한다)라고 한다. (3)열수송설비 공조기와 공조대상 공간 사이에서 공기를 순환시키거나 또는 외기를 도입하기 위한 송풍기 -덕트 계통, 열원설비와 공조기 사이에서 냉온수롤 순환시키는 냉온수펌프-배관계통, 그리고 증기, 냉매, 연료유 동의 각종 펌프, 배관류를 포함한다. (4)자동제어 설비 위의 3가지 서브시스템(sub system)이 요구하는 공조조건을 만족시키면서 전체 시스템을 자동적으로 유지하고 운전하기 위한 제어설비로 공조설비 전체의 운전, 감시 등의 중앙관제설비도 포함되는 경우가 많다. 2. 보건공기조화 1. 인체의 열수지 인간은 매일 음식물을 섭취하고 호흡작용에 의서 도입한 산소를 연소시켜 에너지로 변환하여 생명을 유지하며 노동이나 운동 동의 활동을 계속한다. 이 에너지의 일부는 일로 이용되고 나머지는 열에너지로 체외로 방출된다. 인간은 체온을 향상36~37℃정도로 거의 일정하게 유지해야 하는 항온동물로 체내의 열생산과 열을 방출이 평형되지 않으면 체온의 상승이나 저하를 초래하여 불쾌감을 갖게되고 그외에 질병을 일으키기도 한다. 인체에 출입하는 에너지의 변화를 에너지대사(大謝)라 하며 생명의 유지에만 필요한 대사량을 기초대사, 작업을 하고 있지 않을 때의 대사량을 안정시대사라고 한다. 대사량은 대개 체표면적에 비례하고 안정시대사는 평균하면 기초대사보다 20%큰 것으로 되어 있다. 성인남자의 기초대사는 35kcal /hm3 전후이다. 대사량을 나타내는 단위는 일반적으로 메트(met)가 사용되며, 이것은 열적으로 쾌적한 상태에서의 안정시 대사를 기준으로 한 것으로 1 met = 50kcaI /m2h 이다. 이 50kcal /m2h 은 증발, 복사, 대류에 의해서 각 20~25%, 40~50%, 20~30%정도의 비율로 체외로 방출된다. 정상적으로 활동하고 있는 인체의 열평형은 다음 식으로 표시할 수 있다. M = E ± R ± C ± S 여기서 M : 신진대사량(kcaI /h·인) E : 증발에 의한 방열량(kcal /h·인) R : 복사에 의한 인체와 주위환경과의 교환열량(kcaI /h·인) C : 대류에 의한 인체와 주위환경과의 교환열량(kcal /h·인) S : 인체에 축객되는 열량(kcal /h·인) 위의 식 우변은 +는 인체에서 주위로의 방열, -는 인체로의 입열(入熱)을 나타낸다. 또한 S는 S = 0일 때 체온일정 S >일 때 체온상승 (덥다고 느낀다) S <일 때 체온강하 (춥다고 느낀다) 하게 된다. 주위환경 조건에 따라 전체 방열량은 같아도 방열방식이 크게 달라지는데 그 방열방식의 변화가 크면 인체의 쾌적감은 감소한다. 2. 실내환경 지표 전술한 것과 같이 인체는 그 작업정도나 주위환경에 따라 방열방식이 크게 달라지며 이에 따라 쾌감이나 생리기능도 영향을 받는다. 예를 들면 출입하는 환경 상호간의 온도차가 5℃이상일 때는 불쾌감이 강한 소위 콜드쇽(cold shock)이나 히트(heat shock)을 느낀다. 일반 거실 내에서의 실내 상하의 온도차는 냉방 시에 l.7℃, 난방 시에는 2℃가 허용한계이다. 실내기류속도도 냉방 시에는 10~25cm/s, 난방 시에는 13~18cm/s가 허용범위이며 이것을 넘으면 인체의 대류방열이 증가해서 추위를 느끼고, 이것 이하로 되면 공기의 정체를 느끼게 된다. 이와 같이 인체 주위, 공기환경이 인체의 생리기능이나 쾌적감에 주는 영향이 크기 때문에 20세기에 들어서서 실내공기 환경의 좋고 나쁨을 나타내는 환경지표의 연구가 추진되고 있으며 이것을 감각적 또는 생리적인 상태의 눈 에 의한 단일척도로 나타내기 위하여 여러 가지방법이 제안되었다. (1) 등가온도(equivalent temperature, Eq, T.) 기온, 평균복사온도, 기류 등을 조합한 온도로 다프톤이 창안하였고 다음 식으로 표시된다. Eq.T. = 9.56 + 0.6tw - (23.9 - t) x (0.4 + 0.127 √v ) 여기서 Eq.T. : 평균복사온도(℃) tw : 등가온도(℃) t : 실내공기온도(℃) v : 풍속(m/min) (2) 유효온도 (effective temperature : E.T.) 건구온도, 상대습도, 기류의 3요소를 조합해서감각의 지표를 결정한 것으로 기준으로 상대습도100%인 정지공기 (기류 8~l3cm/s)의 실내온도를 유효온도의 지표로 해서 다른 실내상태에서 이것과 같은 감각을 주변 같은 유효온도를 갖는 것으로 정하였다. l930년부터 야글루가 연구하기 시작한 것으로 감각온도라고 부르기도 한다. 건구온도 대신에 그루브온도계의 지시도를 사용하고 주위벽의 복사도 고려한 것올 수정 유효온도라고 한다. (3) 작용온도(operative temperature : O.T.) 효과온도라고도 하며 실내기류와 습도의 영향을 무시하고 기온과 주위벽 온도의 종합효과를 고려하여 체감을 나타낸 것으로 다음 식으로 주어진다. ta + tw OT = -------------- 2 여기서 OT : 작용온도(℃) ta .: 실내기온(℃) tw .: 평균 복사온도(℃) 작용온도는 무풍시의 등가온도라고 생각할 수 있다. 복사난방 설계시의 작용온도는 20℃ 전후로 한다. (4)불쾌지수 (discomfort index : D.I.) 미국의 기상국에서 기후의 쾌적성을 나타내기 위해서 만든 것으로 다음 식으로 주어진다. DI = 0.72 (t + t') + 40.6 t : 기온(℃) t': 공기의 습구온도(℃) 일본의 기상청에서는 다음 식을 제안하였다. DI = 0.99t + 0.36t' + 41.5 양자의 결과는 거의 같으며 일본인의 체감은 다음과 같다. DI 〉75 약간 덥다. DI 〉80 더워서 땀이 난다. DI 〉85 더워서 견딜 수 없다. (5) ASHRAE 쾌적선도 미국 난방냉동공조기술자협회 (ASHRAE)에서는 l920년대부터 인체의 쾌적감에 대해서 연구를 거듭해서 그 결과로 유효온도 및 기타의 쾌적지표를 발표했다. 또한 실내공기의 건구온도와 습구온도를 좌표로 하는 공기선도상에, 앉아서 하는 작업이나 가벼운 작업을 하는 사람에 대한 쾌적범위를 나타내는 쾌적선도(comfort chart)를 발표하였다. 1972년에는 유효온도(E.T.)에서 기준이 되는 상대습도를 100% 에서 50%로 낮춘 신유효온도(revised effective temperature, ET*)를 사용한 쾌적선도를 발표했다. l98l년에는 ANSI /ASHRAE 규격으로 쾌적선도를 발표하였다. 실내기후는 여름에 0.25m/s,겨울에는 0.15m/s 증가할 때마다 기온을 l℃만큼 상승시켜서 최고기온 28℃, 최대 기류속도 0.8m/s까지 쾌적범위를 확장해도 좋다. 또한 ASHRAE에서는 신유효온도(ET *)에 대한 온감, 쾌적성, 생리반응 및 건강에 대한 관계를 보여준다. (6) Fanger의 일반 쾌적선도 ASHRAE 규격은 앉은 작업을 하고 있는 사람에게 적용할 수 있는 것으로 작업강도가 다른 경우에는 사용할 수 없다. Fanger는 인체의 쾌적감에 대한연구결과를 일반화 하였다. 그 결과를 나타낸 것이 그림 l4.7,그림 l4.8 및 그림 l4.9)이며 각각 앉은 작업, 중간작업, 중(重)작업으로 착의상태가0.5clo, 및 0.1clo 인 경우의 기온, 습구온도, 평균복사온도, 상대 기류속도의 조합에 대한 쾌적선을나타낸 것이다. 그림 중 작업강도는 대사량 met로, 의복의 열전열성은 클로(clo)로 나타내었다. 1clo란 기온 2l℃, 상대습도 50%, 기류 5cm/s 이하의 실내에서 체표면의 방열량이 1 met인 대사와 평형하도록 하는 착의상태에서의 값으로 보통의 열저항치로 환산하면 1clo=0.l8m2h℃/kcal 로 된다. 표 l4.27)는 각종 작업강도의 대사량(met)을, 표l4.38)는 각종 착의상태의 열절연성 (clo)을 나타낸다. (7) 예상온열감 (predicted mean vote, PMV) 실내의 열적환경은 거주지역의 적당한 몇 점에서 열적 환경에 관한 지표(parameter)를 측정해서 평가하는 것으로 작업강도, 착의상태, 실내기후 등의 복잡한 함수로 주어진다. 그 측정결과로부터 공조하고 있는 실내의 쾌적성을 판단하는 지표로 다음과 같은 심리적인 척도에 따른다. -3:조금덥다, -2:서늘하다, -l:조금 서늘하다, 0:쾌적 +1:조금덥다, +2:덥다, +3:무덥다 PMV의 예를 표 l4.49’에 나타낸다. (8) 빌딩관리법에 의한 실내환경 기준 일본에서는 실내의 공기환경에 대해서 「건축기준법」시행령 및 「건축물의 위생적 환경 확보에 관한 법률」(일반적으로 「빌딩관리법」또는 「빌딩관법」이라고 약칭한다) 시행령에서는 바닥면적의합계가 3000m2 이상인 흥행장, 백화점, 집회장, 유기장, 미술관, 박물관, 점포, 사무실, 여관, 연수장 등과 바닥면적의 합계가 8000m2 이상인 학교로, 중앙관리방식의 공기조화설비를 설비한 경우에는 거실 내의 환경을 일반적으로 표 l4.5와 같은 기준내로 유지하도록 규격되어 있다. 이듬의 값은 허용되는 최고치 또는 최저치를 나타낸 것이다. 3. 작업공조의 필요성 주택, 사무실 등에서 비교적 안정된 상태에서 생활이나 작업을 하는 경우와는 달리 체육관에서 운동을 하거나 공장에서 높은 강도의 작업을 하는 경우에는 신진대사도 심하고 체열의 산출량도 크다. 이 체열을 효과적으로 체외로 방출하지 못하면 활동이 둔해지고 작업능률이 저하하며 마침내는 활동정지를 초래한다. 그림 l4.6에도 나타내는 것과 같이 인체 주위의 온열환경의 악화는 인간의 건강상태에 큰 영향을 주므로 그림 14.7~그림 l4.9에 나타내는 것과 같은 환경조건을 유지해야 한다. 인간이 장시간 체류할 수 있는 습구온도의 한계는 31~32℃정도, 단시간이면 43℃까지 견딜 수 있고 또한 몇 분 동안이면 건구온도 90~l50℃ 정도의 공기 중에 있을 수도 있다. 정지공기 중에 앉아있는 상태에서의 인체의 허용 재실시간과 유효온도의 관계를 그림 l4.l에 나타낸다. 공장 등에서는 비교적 고온 환경하에서 작업할 수 밖에 없는 경우가 많다. 이와같은 상황에서는 대사량과 발한량, 내열능력이 중요하나 유효온도에서는 이와 같은 점에 대한 고려가 되어 있지 않기 때문에 l955년 Belding과 Hatch는 고온에서의 인체의 생리적 반용을 열스트레스(stress)라고 하고 이에 의한 작업능률 또는 신체조직의 기능변화를 열스트레인(strain)이라 하여 만든 선도를 열스트레스 인덱스라고 이름하였다. 그림 l4.11은 기류 0.5m/s인 경우의 열스트레스 인덱스선도로 표 l4.6 에 나타내는 작업내용 또는 대사량을 사용해서 주위공기의 온습도 조건 또는 그루브온도에 따라 이 그림에서 열스트레스 인덱스를 구하고, 표 l4.7 에 의해서 그 환경이 어떤 열스트레스를 주고 작업상태에 어떤 영향을 미치는지를 알 수 있다. 작업방에서 열, 수증기, 먼지, 유해가스 등이 발생하므로 이러한 상태에서는 작업자의 생산활동에 지장이 있다. 작업환경에 대한 미국의 조사에 의하면 공조를 하는 경우 다음과 같은 이점이 발생하는 것을 알았다. ① 생산성의향상 공조설비의 설치에 의해서 생산성이 5~l3%, 평균 9% 향상되었다. ② 생산품의 품질향상 특히 정밀공업에서는 온도에 의한 오차와 발한, 발진에 의한 불량품이 감소하였다. ③ 과실이나 사고의 감소 ④종업원의 건강장해의 감소 ⑤ 실질 노동시간의 증가와 노동의욕의 향상 ⑥ 결근, 퇴직자의 감소 특히 개방형 노동시장인 미국에서는 그 효과는 뚜렷해서 신규채용자의 교육에 요하는 시간 및 비용 등을 고려하면 이에 따른 이익은 아주 크다. 이와 같은 자료로부터 작업공조설비를 설계하기 위한 결정기준으로 ① 작업원이 바닥면적 28m2에 대해서 l인 이상 ② 바닥면적 1m2에 대한 연간임금이 270달러 이상 (이 임금은 조사시의 것으로 현재의 값은 아니다) ③ 전체 제조비에 대한 노임의 비율이 25%이상 ④ 연간 퇴직자가 25%이상 의 4가지 중에서 2가지가 「그렇다」이면 작업공조를 채용하는 것이 좋다고 한다. 3. 산업프로세스 공기조화 1. 산업프로세스 공기조화. 어떤 공업제품의 제조프로세스에서는 직접프로세스의 정밀한 제어가 요구되고 그 공기환경도 어떤 정해진 조건 내로 유지하는 것이 필요하다. 이와 같은 기술적인 요구로부터 산업프로세스 공조가 생겼으며 그 채용 목적은 각종 산업의 제조프로세스에 있어서 제품의 품질향상, 공정속도의 증가, 불량(품)률 감소, 제조원가 절감의 달성에 있다 산업프로세스 공조의 구체척이고 기술적인 목적은 각각의 프로세스에 따라 다르지만 일반적 요소로 분류하면 다음 각 항목의 하나 또는 몇 개 항을 동시에 조절하는데 있다. (1)대상물질의 함수율 섬유, 종이, 목재, 식료품, 담배 등의 흡습성 물질을 취급하는 프로세스에서는 주위공기의 건구온도와 상대습도가 제품의 생산속도, 중량, 강도, 외관, 품질 등에 크게 영향을 준다. 예를 들면 그림l4.l2는 석판인쇄용지의 함수량의 변화에 의한 신축 상황을 나타낸다. 주위 공기의 상대습도 l%의 변화에 따라 함수율이 0.l%이상 변화하기 때문에 고습 중에서는 주름을 만들고 인장강도가 감소해서 간단하게 늘어나게 되고, 저습중에서는 커링(curling), 버클링 (buckling), 정전기 등의 문제가 발생한다. 실제의 프로세스에서는 주위공기와 이들의 제품, 반제품의 함수율은 평형상태에 있지 않고 흡습이나 건조의 과도상태에 있으며 변화속도나 가공방법에 따라 적당한 온습도의 제어가 필요하다. (2) 화학반응 속도의 조절 화학반응을 수반하는 프로세스에서는 건구온도가 직접 반응속도를 좌우하고 상대습도가 용액의 농도나 증발속도를 지배하는 일이 많다. 와니스를 건조하는 경우 온도가 산화과정에 영향을 주며 상대습도가 높으면 표면의 산화를 억제한다. (3)생화학 반응속도의 조절 발효, 양조공업과 같이 박테리아나 곰팡이와 같은 유용한 미생물 등을 이용하는 공정, 예를 들면 빵 제조에서의 이스트의 발효, 청주나 맥주의 양조에서의 양조속도 등에 온도와 상대습도가 영향을 미치며 품질도 좌우한다. (4) 결정 생성속도의 조절 포화용액으로부터 만드는 결정의 크기는 냉각속도에 따라 좌우된다. 이때 온도는 냉각속도를, 상대습도는 증발속도를 또는 농도변화를 좌우하기도 한다. 예를 들면 과자의 설탕액 코팅공정 등은 적당한 온습도하에서 냉각하지 않으면 표면이 거철어지거나 결정이 내부까지 침투하여 외관이 나빠진다. (5) 기계가공 정밀도의 유지 정밀기계나 고급렌즈의 제조공정에서는 온도변화에 따른 치수정밀도가 문제되므로 어떤 범위 이내로 온도변화를 억제해야 한다. 표 l4.8은 길이 100mm의 동제원주를 주기 30분, 진폭 1℃로 온도가 변동하는 실내에 넣었을 때의 원주의 온도변동의 진폭과 위상의 지연 및 모선방향(母線方向) 연신의 최대폭을 나타낸다. 직경이 클수록 즉 열용량이 클수록 실온변동의 영향을 적게 받는 것을 알 수 있다. (6) 정밀연마면의 녹막이 정밀연마를 한 금속표면은 작업자의 땀에 의해서 지문이 묻거나 녹이 나므로 땀 또는 녹이 나지 않을 정도로 온습도를 낮게 유지해야 한다. (7) 정전기 발생의 방지 섬유, 종이, 사진용 필름 인쇄 등에서는 정전기에 의해서 물품끼리 또는 먼지입자가 부착되고, 인화성 물질이 있는 곳에서는 스파크에 의해서 폭발을 일으키므로 상대습도를 55% 이상으로 유지하여 정전기의 발생을 방지한다. (8) 생체의 유지 동식물을 사용해서 그 생육상태를 조사하거나 무균생물을 사육하는 것을 목적으로 온실, 동물사육실, 무균실 등이 있으며 각각의 동식물의 성장에 적당한 온습도나 기후환경을 만들고 또한 무균의 깨끗한 공기상태를 유지한다. (9) 공기의 청정도 유지 정밀기기, 전자기기, 광학기계, 사진공업, 제약공업, 식품공업 등에서는 공기 중의 먼지나 생물미립자의 존재가 제품의 품질이나 불량률 등에 큰 영향을 끼치므로 이들에 대한 공기 중의 농도를 규정해서 먼지, 방사성물질, 생물미립자 등을 제거한다. (10) 기류 프로세스 내를 흐르는 반제품에 분출되는 기류속도와 방향이 제품의 건조속도나 반응속도를 직접 좌우하며 또한 제품의 제조속도는 품질에도 큰 영향을 준다. 2. 산업공정 공조에서 요구되는 환경조건 (1)온습도조건 표 l4.9에 각종 공업의 제조공정의 대표적인 설계온습도 조건을 나타낸다. 이들의 값은 각 제조업자에 따라 그리고 기술의 발전에 따라 변화하므로 하나의 지표에 불과하다. 각각의 설계를 할 때는 제어의 정밀도를 포함해서 충분한 검토를 해서 생산공정을 이해한 다음에 결정해야 한다. 공업제품을 제조하는 장소의 온습도조건으로 때때로 표 l4.l0 에 나타내는 JIS Z 8703「시험장소의 표준상태」가 참고로 되고 있으나 일반적인 공조설비에서는 이 규격 이상으로 온습도의 허용변동폭이 엄격한 표 14.11의 조건이 적용되는 일이 많다. (2) 청정도조건 최근 공업용 클린룸·바이오클린룸에 대한 수요가 점점 증가하고 있다. 공업용 클린룸, 바이오클린룸의 규정은 대략 표l4.l2에 나타내는 것과 같이 공기 1ft3 중에 포함되는 미립자 또는 생물미립자의 최대 입자농도로 규정해서 클라스(class)로 구분하고 있다. 또한 일본에서는 보통 클린룸 등의 규정으로서 미국의 규격내용을 채용하는 일이 많다. 미국의 규격에서는 공기 중의 미립자수뿐만 아니고 온습도, 기류속도, 조도, 압력차 등도 규정하고 있다. 또한 생물미립자로는 원생동물(原生動物), 진균(톨蘭), 사상균(系狀園)모양 세균, 세균(박테리아),스피로헤타, 리켓차, 바이러스의 7종을 규정하고 있다. 그림 l4.l3에 일반산업에서 채용되고 있는 공업용 클린룸 및 바이오클린룸의 클라스를 나타낸다. 4. 환기 및 배연 1. 환기의 목적과 방법 환기는 급기, 배기 또는 양자를 병용함으로써 대상공간 내의 공기를 교체해서 공간 내에서 발생하거나 외부에서 공간 내로 침입한 먼지, 열, 습기, 유해가스, 병원균 등의 농도를 그 공간의 사용 목적에 적합한 한도 내로 희석하거나 또는 제거하는 것을 목적으로 한다. 환기방법으로는 공기를 교환해서 실내 공기 중의 오염물 농도를 희석하는 전체환기 (희석환기라고도 한다)와 오염물이 발생하는 곳과 주변의 국부적인 공간에 대해서 처리하는 국소환기가 있다. 이와 같은 환기를 달성하기 위한 구체척인 대책으로 건물이나 설비의 통풍력 등을 이용하는 자연환기와 송풍기의 기계력을 이용하는 강제환기 (기계환기라고도 한다)가 있다. 각종 건축물이나 공장 등에 법령으로 정해진 것 이상의 창문이나 기타의 개구부를 갖고 있지 않은 경우에는 강제환기를 하여야 한다. 강제환기의 방법으로는 다음 3종류가 있다. (1) 제1종환기 : 급기송풍기와 배풍기의 병용에 의한 것 (2) 제2종환기 : 적당한 배기구를 갖고 급기송풍기만 사용하는 것. (3) 제3종환기 : 적당한 급기구를 갖고 배풍기만 사용하는 것. 일반적으로 지하실이나 대량의 배기를 필요로 하는 곳(집회장, 극장등 사람이 많이 모이는 곳)은 제l종환기, 실내오염공기의 유입을 방지해야하는 곳에서는 제2종환기에 의해서 실내를 +압력으로 유지해서 틈새가 있거나 문의 개폐시에는 실내의 공기가 외부로 누출하도록 하고 있다. 또한 냄새, 특수가스, 유해중기 등을 내는 장소, 화학실험실 등에서 실내를 -압력(陰壓)으로 유지해서 오염공기가 다른 곳으로 누출하지 않도록 제3종환기로 한다. 2. 오염물질의 허용농도와 필요환기량 (1) 일반거실 일반거실의 환기량은 예전에는 재실자의 호흡작용에 의해서 발생하는 탄산가스 농도가 시간의 경과에 따라 높아져 인체의 생리작용에 영향을 미친다는 생각에 따라 결정되었다. 그러나 공기 충의탄산가스 농도는 5%정도 이상이 아니면 직접 인체에는 위험하지 않으므로 최근에는 실내공기 오염도의 지표의 하나로 탄산가스 농도가 사용되게 되었다. 표 l4.5에 나타내는 실내환경 기준에 있어서의 C02 농도도 이와 같은 관점에서 보아야 한다. 최근에는 재실자의 체취, 흡연냄새, 조리냄새 등의 제거와 담배나 연소기구에서의 연료의 불완전연소에 의해서 발생하는 일산화탄소 농도의 희석을 위해서 환기가 필요하게 되었다. 표 l4.13은 CO 농도의 인체에 대한 영향을 나타낸 것이다. 또한 체취의 제거를 위해서 재실자 l인당 차지하는 방의 용적과 도입 외기량 과의 관계는그림 l4.l4에 나타낸다. 그림 중 A는 재실자에게 필요한 산소농도를 유지하기 위해서 필요한 외기량, B는 C02농도를 0.5%이하로 억제하는 데 필요한 외기량, C는 앉아있는 인체의 체취를 제거하기 위해서 필요한 외기량, D는 중간정도의 활동을 하고 있는 인체에 대한 것으로 C곡선에 50% 증가시킨 값을 나타낸다. 인체가 내는 체취는 인종, 생활환경, 작업정도 등에 따라서도 달라지므로 특수한 경우에는 따로 고려해야 한다. 표 l4.l4는 흡연냄새제어를 위해서 필요한 환기량으로 야글루가 실험에 의해서 구한 값이다. (2) 실내에서 오염물질을 발생하는 경우 공장이나 연구소 동 인체에 해로운 가스나 증기 등을 발생하는 경우에는 후드 등을 사용해서 될 수 있는 한 오염물질을 발생하는 곳에서 국부적으로 배기하는 것이 좋다. 국부환기가 불가능해서 천체환기를 할 수 밖에 없는 경우에는 오염물질과 신선공기가 실내에서 충분히 확산되어 균일한 농도가 된다고 가정하여 실내 오염물질의 농도를 다음 식과 갈이 구한다. M K2 = K0+(1-e-eτ) + e -Et (K1-K0) Q 여기서 K1 : 실내 오염물질의 초기농도 K2 : 1 시간후의 실내 오염물질 농도 K0 : 외기 중의 오염물질 농도 M : 오염물질 발생량(m3 /h) Q : 환기량(m3 /h) E : 환기횟수= Q/ V(회 /h) V : 실의 용척(m3) τ:오염물질 발생후의 경과시간(h) 만약 초기농도와 외기농도가 같으면 K1 = K0 으로부터 M K2 = K0 + (1-e-Eτ) + (14.7) Q 이 되고 τ->∞ 로서 평형상태에 도달할 때는 M Q = (m3/h) K2 - K0 이 된다. 위의 식중 K2로서 실내허용 오염물 농도를 사용하면 된다. 표 l4.l5 에 각종 유해가스의 허용농도를 나타낸다. 오염물질이 발생하는 곳에서의 국부배기를 목적으로 때때로 그림 l4.l5에 나타내는 것과 같은 후드를 사용하는 경우가 있다. 후드의 흡입기류는 그림 14.16 의 예처럼 흡입면에서 벌어짐에 따라 속도가 급격하게 감소하므로 후드는 될 수 있는 한 오염원에 가깝게 설치해야 한다. 그림 14.15에 나타내는 것과 같은 후드의 배기량 Q(m3 /min)은 다음 식으로 구할 수 있다. Q = 60 x 1.4ɭhv(㎥/min) 여기서 ɭ : 탱크의 원주길이 (m) h : 오염물질 발생점에서 후드 하단까지의 높이(m) v , :개구부의 제어풍속, 0.25~25(m/s) 제어풍속 v는 후드로의 흡입기류를 방해하는 측면풍 등이 있는 경우에는 큰 값을 사용해야 한다. 3. 배연설비 건축물의 방재계획 중에서 화재발생의 경우에는 인명의 보호, 구조가 제일이다. 건축기준법에서는 화재로 발생한 연기를 방연구획 등의 건축물의 일정한 구획 내에 가둬넣고(방연) 이것을 건물에서 배출함으로써(배연) 인간이 피난하는 데 안전한 시간을 확보하는 것을 목적으로 해서 (1) 일정한 건축물의 거실, 통로 등의 부분 (지하상가의 각 구조를 포함한다) (2) 특별 피난계단의 부실 (3) 비상용 엘리베이터의 승강로비 (4) 지하상가의 지하도 (5) 소방법에 규정하는 것 에 대해서 배연설비의 설치를 의무화하였다. 여기서 (l)의 일정한 건축물은 다음과 같이 규정되어 있다. (가) 특수건축물 (극장, 병원, 학교, 백화점, 기타)로 연면적이 500㎡ 이상인 건 축물 (나) 층수가 3층 이상이고 연면적이 500㎡ 이상인 건축물 (다) 배연상 유효한 개구부의 면척의 합계가 당해 거실 바닥면적의 l /50 이하인 거실 (라) 연면적이 1000㎡ 이상인 건축물 중 바닥면적이 200㎡ 이상인 거실. 배연방식에는 자연 배연방식, 스모크타워(smoke tower)방식, 기계 배연방식의 3종류가 있다. 앞의 두가지는 작동이 확실하고 유지관리도 쉽지만 화재발생시 작동을 확실하게 하기 위해서 기술적인 제약이 상당히 있으므로 일반적으로 기계배연방식이 널리 채용되고 있다. 기계배연방식은 배연구로부터 연기를 흡입하여 배연풍도를 거쳐 배연기에서 연기를 옥외로 배연하는 흡인 배연방식(3종 기계배연방식)이다. 거실의 경우 각층 거실을 면적 500㎡ 이하로 균등하게 분할해서 방연구획을 설정하고 바닥면척 1㎡ 당 1㎥ /min, 최소 120㎥ /min 로 배연기의 용량을 결정한다. 배연덕트는 보통 고속덕트 시방의 철판으로 만들고 덕트내 통과풍속은 20m/s 이하로 설계, 제작한다. 각 배연구는 방연구획의 바닥면적에 1㎥ /min을 곱한 배연량을 처리해야 한다. 또한 반드시 수동제어장치를 갖추어야 하며 연기감지기와 연동하는 것도 허용되고 있다. 설치높이는 천정면에서 80cm 이내로 하고 그 설치간격은 그 방연구획의 각부로부터 배연구 하나에 이르는 수평거리가 30m이여야 한다는 규정이 있다. 배연기는 배연구 한개의 개방으로 자동적으로 작동하여야 하며 내열성능과 비상전원설비가 없는 곳에서는 전동기 이외에 엔진의 설치가 필요하다.