국소배기

하기 작성된 내용들은 가천대학교 의과대학 함승헌 교수님의 강의 자료와 내용을 정리한 것입니다.
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국소배기 (LEV: Local Exhaust Ventilation)

오염원에서 배출된 오염물질이 작업장/환경 중으로 확산 되기 전에 오염원에서 직접 포집 control하여 적정하게 배기 exhaust함

• 구성: 후드 > 덕트 > 정화장치 > 송풍기 > 굴뚝
• 후드 Hood: 국소배기장치의 시작으로 유해공기가 들어가는 입구
• 덕트 duct: 공기가 흐르는 관. 후드, 정화장치, 송풍기를 연결하는 관
• 정화장치 cleaner: 공기중에 포함된 유해물질을 제거
• 송풍기 fan: 공기를 흐르게 하는 동력

- 제72조(후드) 사업주는 인체에 해로운 분진, 흄(fume, 열이나 화학반응에 의하여 형성된 고체증기가 응축되어 생긴 미세입자), 미스트(공기 중에 떠다니는 작은 액체방울), 증기 또는 가스 상태의 물질(분진등)을 배출하기 위하여 설치하는 구소배기장치의 후드가 다음 각 호의 기준에 맞도록 하여야 한다.
1. 유해물질이 발생하는 곳마다 설치할 것
2. 유해인자의 발생형태와 비중, 작업방법 등을 고려하여 해당 분진등의 발샌원을 제어할 수 있는 구조로 설치할 것
3. 후드 형식은 가능하면 포위식 또는 부스식 후드를 설치할 것
4. 외부식 또는 리시버식 후드는 해당 분진등의 발산원에 가장 가까운 위치에 설치할 것

- 제73조(덕트) 사업주는 분진등을 배출하기 위하여 설치하는 국소배기장치(이동식은 제외한다)의 덕트가 다음 각 호의 기준에 맞도록 하여야 한다.
1. 가능하면 길이는 짧게 하고 굴곡부의 수는 적게 할 것
2. 접속부의 안쪽은 돌출된 부분이 없도록 할 것
3. 청소구를 설치하는 등 청소하기 쉬운 구조로 할 것
4. 덕트 내부에 오염물질이 쌓이지 않도록 이송속도를 유지할 것
5. 연결 부위 등은 외부 공기가 들어오지 않도록 할 것

- 제74조(배풍기) 사업주는 국소배기장치에 공기정화장치를 설치하는 경우 정화 후의 공기가 통하는 위치에 배풍기를 설치하여야 한다. 다만, 빨아들여진 물질로 인하여 폭발할 우려가 없고 배풍기의 날개가 부식될 우려가 없는 경우에는 정화 전의 공기가 통하는 위치에 배풍기를 설치할 수 있다. 

- 제75조(배기구) 사업주는 분진등을 배출하기 위하여 설치하는 국소배기장치(공기정화장치가 설치된 이동식 국소배기장치는 제외한다)의 배기구를 직접 외부로 향하도록 개방하여 실외에 설치하는 등 배출되는 분진등이 작업장으로 재유입되지 않는 구조로 하여야 한다.

- 제76조(배기의 처리) 사업주는 분진등을 배출하는 장치나 설비에는 그 분진등으로 인하여 근로자의 건강에 장해가 발생하지 않도록 흡수, 연소, 집진 또는 그 밖의 적절한 방식에 의한 공기정화장치를 설치하여야 한다.

- 제77조(전체환기장치) 사업주는 분진등을 배출하기 위하여 설치하는 전체환기장치가 다음 각 호의 기준에 맞도록 하여야 한다.
1. 송풍기 또는 배풍기(덕트를 사용하는 경우에는 그 덕트의 흡입구를 말한다)는 가능하면 해당 분진등의 발산원에 가장 가까운 위치에 설치할 것
2. 송풍기 또는 배풍기는 직접 외부로 향하도록 개방하여 실외에 설치하는 등 배출되는 분진등이 작업장으로 재유입되지 않는 구조로 할 것

- 제78조(환기장치의 가동) 1. 사업주는 분진등을 배출하기 위하여 국소배기장치나 전체환기장치를 설치한 경우 그 분진등에 관한 작업을 하는 동안 국소배기장치나 전체환기장치를 가동하여야 한다. 2. 사업주는 국소배기장치나 전체환기장치를 설치한 경우 조정판을 설치하여 환기를 방해하는 기류를 없애는 등 그 장치를 충분히 가동하기 위하여 필요한 조치를 하여야 한다.

국소배기의 적용

1. 유해물질의 발생량이 많을 경우
2. 유해물질의 독성이 강한 경우
3. 근로자의 작업위치가 유해물질 발생원에 근접해 있을 경우
4. 발생주기가 균일하지 않은 경우
5. 발생원이 고정되어 있을 경우
6. 법적으로 국소배기시설을 꼭 설치해야 하는 경우

국소배기의 특징

• 발생원에서 직접 유해물질을 제거할 수 있기 때문에 작업자 호흡영역 보호 가능함
• 필요 배기량이 적고, 실내 보충되어야 할 급기량도 적어 냉난방 비용면에서 전체환기보다 경제적
• 유해물질이 소량의 공기 중에 고농도로 포함되어 있으므로 공기정화기 설치비가 저렴
• 유해물질이 작업장 내로 배출되지 않으므로 기계, 기구, 제춤 등의 손상 또는 부식되지 않음
• 발생원에 근접하여 배기시키기 때문에 방해기류나 부적절한 급기 흐름의 영향을 적게 받음

후드

- 오염원에서 발생되는 오염물질을 모으는 시작[머리] 부분
- 선정 원칙: 필요 환기량 최소롸, 근로자 호흡영역 보호, 사용 편리
- 후드 모양, 크기, 오염원 그리고 근로자와의 거리, 제어속도 등이 중요
- 포위식 또는 밀폐형; 오염원이 후드 안에 있음, 포위되는 면이 많을수록 좋은, 오염원을 포위하므로 공기 확산 차단 가능, 필요 공기량 최소
- 외부식; 오염원이 후드 밖에 있음, 리시버식: 공정이나 오염물질의 발생특성을 이용한 수동적인 제어, 포집식: 능동적 제어

속도

- 제어속도: 후드 앞쪽의 어느 지접 또는 후드의 개구 지점에서의 속도, 유해물질을 함유한 공기를 배출 지점에서 잡아 후드 안으로 흡인하는 속도, 방해기류를 극복할 수 있을 정도의 속도 필요
- 개구면속도: 개구면에서의 속도
- 슬롯속도: 슬롯형 후드의 슬롯 개구면에서의 공기속도 (공기분포의 중요성)
- 덕트속도: 덕트의 횡단면을 지나가는 공기속도, 침강성의 고형물질이 존재하는 경우 물질이 침강되지 않도록 덕트 속도 유지

덕트

- 국소배기장치에서 후드와 송풍기, 송풍기와 배출구를 연결시켜 우리 몸의 혈관이 피가 통하는 길의 역할을 하는 것처럼 유해물질과 공기가 지나가는 통로 역할 수행
- 모양: 사각형, 원형, 타원형
- 형태: 확대, 축소, 합류, 분지(갈라짐) 구부러짐 등
- 재질: PVC, 스테인레스, 알루미늄, 흑철, 아연도금강판, 굴절성 덕트
- 압력손실 최소화: 길이는 짧게, 구부러짐 수 적게, 공기흐름 아래로, 완만한 형태
- 설계시 고려사항: 최소반송송도 유지, 가능한 원형 덕트 사용, 합류관 연결 시 압력손실 최소화, 댐퍼 등 부대시설 최소화, 플렉시블 덕트 사용 자제

덕트의 최소설계속도

- 입자상물질을 함유한 공기를 수평덕트에서 이송시킬 떄 침강에 의해 덕트 하부에 퇴적되지 않을 최소 속도
- 분진이 퇴적될 경우 덕트의 면적이 좁아져 통로저항이 증가되고 송풍량이 감소됨
- 덕트 크기(직경)를 결정하기 위해 반송속도 이용

공기정화장치

- 국소배기의 구성요소 중 하나로 공기나 기체의 흐름으로부터 오염물질을 제거하는 기능
- 종류: 입자상물질의 처리: 중력 침강실, 관성력 집진장치, 원심력 집진장치, 세정 집진장치, 여과 집진장치, 전기 집진장치, 가스상물질의 처리: 흡착탑, 흡수탑, 연소법, 바이오필터, 플라즈마/전자빔, 저온 응축법

공기정화장치를 설치해야 하는 경우

• 환경부의 대기환경법에서 "대기오염물질 배출시설"에 해당될 때 배출공기의 농도를 배출허용기준 이하로 낮추기 위해
• 악취와 같이 인근 주민에 의해 민원이 제기될 소지가 있을 때
• 오염물질 함유공기를 공장 내부로 재순환시킬 필요가 있을 경우
• 오염물질을 배출시킬 때 공장으로 재유입되어 심각한 문제가 발생하는 경우

송풍기의 역할

• 국소배기장치에 걸리는 각종 압력손실을 극복하고 필요한 유량을 배기시키기 위한 동력원 역할 수행
• 인체 내부에서 혈액을 순환시키는 심장과 같이 국소배기장치의 심장이라고도 함
• 송풍기의 크기와 종류는 오염물질의 종류 및 국소배기장치에 필요한 압력손실을 감당할 수 있도록 선정해야 함

송풍기 용량

- 송풍량: 표준상태로 환산하지 않은 송풍기를 통과하는 실제송풍량
- 송풍정압: 후드에서 필요한 유량만큼 흡인시켜 굴뚝으로 내보내기 위해 필요한 힘. 즉, 필요한 유량을 이송시키기 위해 국소배기장치에서 발생되는 압력손실을 의미
- 소요동력: 필요 송풍량을 이송하기 위해 요구되는 송풍정압(압려_을 만들 수 있도록 송풍기 모터가 해야되는 일, 송풍량과 송풍정압에 의해 결정
- 송풍기 성능 변화: 운전점 변화
성능감소 원인: 시스템 과도한 압력손실 - 덕트 분진 퇴적, 자바라 덕트의 과도한 사용, 필터의 분진 막힘, 댐퍼 닫힘, 팬 입구 캔버스 협작, 굴뚝 형태 불량, 송풍기 자체 성능 저하 - 팬 벨트 끊어빔/늘어남, 풀리 간격 불량, 청소 및 관리 불량, 팬 모터 노후

 

굴뚝

- 국소배기장치로 유입된 유해물질을 대기 중으로 배출시키는 최종적인 관문으로 작업장으로부터 가능한 한 멀리 배출시켜 재유입되지 않도록 해야 함
- 재순환 방지대책: 배출 속도 증가, 굴뚝 높이 증가

굴뚝의 배기 규칙

• 15m: 배출구와 유입구 사이의 수평거리
• 3m: 지붕, 건물, 배출구의 꼭대기 간의 높이의 차이
• 15m/s: 공기의 배출 속도

 

국소배기 장치의 설계 순서

1. 후드의 형식 선정
2. 제어 속도 결정
3. 소요풍량 계산
4. 덕트반송속도 계산
5. 배관내경 산출
6. 후드의 크기 결정
7. 배관의 설치와 설치장소 선정
8. 공기정화장치 선정
9. 국소배기계통도와 배치도 작성
10. 총 압력손실량 계산
11. 송풍기 선정 

산업환기는 전체환기 General Ventilation 와 국소배기 Local Exhaust Ventilation 로 나누어 진다.
전체환기란 오염된 작업장 내 전체공기를 외부의 신선한 공기로 교환하는 방식을 말하며 희석환기 Dilution Ventilation 이라고도 한다.
국소배기는 오염물질의 배출원 가까이에 후드를 설치하고, 후드에 덕트, 공기정화장치, 송풍기, 굴뚝을 설치하는 환기시스템을 말하며, 효율면에서 전체환기보다 뛰어나다.
1급 발암물질인 벤젠 Benzene 을 극미량 사용하는 사업장의 경우 양이 적더라도 독성이 강하므로 전체 환기를 실시하면 안된다.
발생하는 유해물질을 국소배기 장치의 후드에서 최대한 가깝게 위치하도록 하는 것이 효율적이다.
산업환기에서는 유해물질 뿐 아니라 작업환경에서의 불필요한 열관리에 있어서도 전체환기가 유용하다.