작성자: Donaldson Torit 애플리케이션 엔지니어 Nathan Hildebrand
인생의 많은 상황에서 우리는 저렴한 옵션을 선택하곤 합니다. 하지만 결국에는 그 대가를 치러야 할 수 있습니다. 집진기 후드 설계가 그러한데, 후드 설계의 작은 변화는 대개 큰 결과를 낳습니다. 특히 성능과 총 운영 비용에 있어서 그렇습니다.
능숙한 관리자는 가장 큰 자산이 직원이라는 것을 알고 있습니다. 비즈니스의 성공을 위해서는 직원의 편안함이 최우선이라는 사실은 놀랍지 않습니다. ACGIH – 산업용 환기의 설계 권장 사례 매뉴얼은 제28판까지 발행되었으며 많은 사람들이 집진 솔루션을 측정할 때 사용해야 하는 표준으로 여겨지고 있습니다. 이 표준은 산업 위생 모범 사례를 통합하고 있으며, 시설 내 작업자와 직원의 호흡 구역 개선에 관한 내용을 담고 있습니다. 후드 옵션에 대한 지침을 제공하는 이 매뉴얼은 수많은 후드 구성에 대한 우수, 최우수 및 최고의 사례 전략을 제시합니다.
후드 설계를 시작할 때는 작업 공간의 공기 질을 개선하는 수준을 넘어 우려 사항의 중요성을 고려하는 것도 도움이 됩니다. 분진의 가연성 또는 가능한 독성은 후드 및 시스템 설계에 영향을 미칠 수 있습니다. 특정 청결 표준이 충족되지 않으면 시설이 심각한 위험에 놓일 수 있습니다. 작업자의 환경에 미치는 영향뿐만 아니라, 시설이 규정을 준수하지 않는 것으로 확인될 경우 막대한 벌금이 부과될 수 있습니다.
작업장의 공기 질 외에도 관리자는 대개 모든 비즈니스에서 제품 또는 작업 품질과 운영 비용이라는 두 가지 중요한 고려 사항의 균형을 맞춰야 합니다. 팬과 같은 장비의 자본 비용을 줄이기 위해 후드 설계를 개선할 수 있는 가능성 등 절감 효과가 명확하지 않은 경우가 있습니다. 후드 설계는 중요한 고려 사항이 될 수 있음을 감안하여 몇 가지 다른 옵션을 살펴보겠습니다.
일반적인 후드 설계
공정을 둘러쌀 수 없는 경우 작업 중에 발생하는 분진을 제어하려면 작업 영역 가까이에 외부 후드가 필요할 수 있습니다. 다섯 가지 기본 외부 후드 유형은 효율이 증가하는 순서로 나와 있지만 제조 비용도 증가합니다. 그러나 다음과 같은 관련 고려 사항을 비교하면 후드의 초기 제조 비용을 빠르게 상쇄할 수 있습니다.
- 플랜트 청결 개선 및 제품 제조를 위한 가동 중지 시간 단축
- 해당하는 작은 덕트, 작은 집진기 및 작은 팬으로 가능한 절감
- 에너지 및 공기량 요구사항이 적을 수록 팬 마력이 낮아져 관련 유틸리티 비용이 절감됨
1. 로우 엣지 후드는 모든 후드 구성 중 가장 일반적이고 가장 저렴한 형태입니다. 분진 발생 지점 근처에서 끝나는 개방형 덕트입니다. 후드 설계는 이 접근 방식보다 훨씬 더 간단해지지 않습니다.
로우 엣지 후드는 생산이 매우 간단하지만 오염물을 발생 시점에서 포집하는 성능이 가장 낮습니다. 이 후드 구성은 덕트 개구부 앞뿐만 아니라 후드 개구부 뒤에서도 공기를 끌어와, 비효율적입니다. 또한 이 구성에서는 에너지 손실 증가와 잠재적으로 더 큰 팬의 원인이 될 수 있는 높은 수준의 난류가 생성됩니다. 이 후드 구성 옵션은 총 운영 비용 관점에서 볼 때 최적은 아닙니다.
2. 플랜지형 후드는 제조 비용이 낮고 비교적 간단합니다. 이 옵션은 플랜지를 추가하여 로우 엣지 설계를 개선합니다. 플랜지형 후드는 분진을 포집하는 데 사용되는 공기/에너지가 개방형 덕트 앞의 구역으로 제한되어 있기 때문에 성능이 더 뛰어납니다.
후드 설계에 플랜지를 추가하면 후드 성능에 중점을 두고 시설 청결을 유지하는 데 필요한 공기량을 줄입니다. 또한 직원이 작업하는 환경에서 공기의 질을 개선합니다. 사각형이나 삼각형 모양이라도 전면의 후드 안으로 공기가 유입되는 데 중점을 둔다면 플랜지는 둥글지 않아도 됩니다. 플랜지는 아예 없는 것보다는 있는 것이 낫습니다. 플랜지형 후드도 여전히 과도한 난류를 수반할 수 있어, 설계 개선 사항을 살펴보고 이를 줄일 수 있는지 확인하겠습니다.
3. 테이퍼드 후드는 다음으로 개선된 후드 성능을 제공합니다. 직사각형 플랜지가 있는 원형 덕트를 고려합니다. 플랜지 가장자리를 앞쪽으로 접고 양쪽에 연결하면 공기를 덕트로 전달하는 테이퍼형 깔때기를 만들 수 있습니다. 이 테이퍼형 깔때기는 공기가 후드 뒤쪽에 있는 덕트로 유입될 때 발생하는 난류를 줄여, 로우 또는 플랜지형 입구보다 후드로 유입되는 공기를 보다 서서히 완화해 줍니다. 이러한 점진적인 전환은 에너지를 절약하고 팬의 작동 비용을 줄여 후드 제작 비용은 약간만 늘리면서 장기적으로는 비용 절감 효과를 제공합니다. 후드 전면에 플랜지를 다시 한 번 도입하면 후드의 효율에 초점을 맞추고 총 공기량을 줄일 수 있습니다. 또한 작은 덕트, 작은 집진기 및 낮은 팬 마력 측면에서도 자본 장비에서 동일한 절감 기회를 창출합니다.
4. 원뿔형 후드는 직사각형이 아닌 원형 후드 개구부에서 전환됩니다. 또한 후드 설계를 한 단계 더 발전시켜 성능을 개선합니다. 이 접근 방식은 공기가 후드 뒤쪽에 있는 덕트로 유입될 때 발생하는 난류를 추가로 줄여 후드 성능을 개선합니다. 또한 필요한 에너지를 줄이고 팬 마력을 절약합니다. 다시 말하지만, 후드 전면에 플랜지를 추가하면 분진을 제어하는 데 필요한 공기량이 줄어들고, 앞서 언급한 덕트, 집진기 또는 팬 마력과 같은 자본 비용을 절감할 수 있습니다. 보시다시피, 대부분은 개방형 덕트에 추가할 수 있는 판금으로 비교적 간단하게 제작할 수 있습니다.
5. 벨 마우스 후드는 외부 후드 성능의 정점일 것입니다. 이 후드는 플랜지형 후드가 제공하는 이점을 플랜지에서 덕트 입구로 매우 매끄럽게 전환합니다. 이 매끄러운 전환 덕분에 공기가 덕트로 유입될 때 발생하는 난류가 최소화됩니다. 이 후드는 플랜지의 공기 흐름 감소 성능 및 스펀 볼 입구 프로파일의 낮은 난류 효과가 있으며 사용 가능한 가장 효율적인 외부 후드 설계입니다. 물론 이러한 성능 향상은 어느 정도의 투자 없이는 얻을 수 없습니다. 이 후드 흡입구는 일반적으로 부드러운 흡입구를 생산하기 위해 스펀 콘이 포함되어 있어, 비용이 더 높습니다.
그 밖에 고려해야 할 요소: 후드 위치
이렇게 다양한 후드 구성과 모양에 대해 알아봤지만, 분진의 발생원을 기준으로 했을 때 후드를 어디에 배치해야 하느냐라는 중요한 질문도 간과하지 말아야 합니다. 가장 비싸고 성능이 뛰어난 후드를 선택할 수 있지만 제대로 배치하지 않으면 공기는 많게, 분진은 적게 포집하게 됩니다.
분진 발생 지점에 가까운 후드의 위치는 발생원 집진에 대한 설명에 포함되어 있습니다. 시스템이 효율적으로 분진을 관리하려면 후드가 가능한 한 분진 발생 지점 가까이에 있어야 합니다. 현실적인 예를 통해 근접성이 중요한 이유를 확인할 수 있습니다. 다음 상황에 대해 생각해 보십시오.
예 1:
직경 4 인치의 로우 엣지 후드가 분진 발생원에서 1 피트 떨어져 있으며 분진을 제어하려면 분진 생성 위치에서 100 ft/min의 포집 속도를 내야 합니다. 이 속도를 내는 데 필요한 공기량을 추정하려면 산업용 환기 매뉴얼의 방정식을 사용합니다. Q = (10X² + A) V
- 발생원으로부터의 거리(x)는 1 피트입니다.
- 덕트(A)의 횡단면은 4 인치 덕트의 경우 0.087 제곱피트입니다.
- 필요한 총 공기 흐름은 (Q) = [10(1 ft) ² + (0.087 ft²] 100 ft/min = 분당 1,009 세제곱피트입니다.
예 2:
직경 4 인치의 로우 엣지 후드가 현재 분진 발생원에서 6 인치(0.5 피트) 떨어져 있으며 분진을 제어하려면 분진 발생 위치에서 100 ft/min의 포집 속도를 내야 합니다. 필요한 공기량을 추정하기 위해 다시 산업용 환기 매뉴얼의 동일한 방정식을 사용합니다. Q = (10X² + A) V
- 발생원으로부터의 거리(x)는 이제 0.5 피트입니다.
- 덕트(A)의 횡단면은 여전히 0.087 제곱피트이며
- 필요한 총 공기 흐름은 (Q) = [10(0.5 ft) ² + (0.087 ft²] 100 ft/min = 분당 259 세제곱피트입니다.
보시다시피 거리(x) 변화는 필요한 총 공기 흐름에 상당히 큰 영향을 미칩니다. 이 경우 및 대부분의 다른 경우에 필요한 공기량은 거리가 절반으로 줄어들 때 4배 감소합니다. 매우 중요한 변화입니다. 필요한 것보다 4배 더 큰 집진기 또는 팬과 비교해서 6 인치 추가 덕트에 얼마나 비용이 들 수 있는지 고려해 보십시오. 필요한 공기가 줄기 때문에 작은 덕트를 연결할 수 있어 추가로 비용을 절감할 수 있다는 사실을 잊지 마십시오.
이제는 핵심적인 설계 엘리먼트인 총 소유 비용에 대해 알아보겠습니다. 이제 더 나은 후드 설계가 분진 관리에 필요한 총 공기량을 줄여 운영 비용을 절감하는 데 얼마나 도움이 되는지 알게 되었습니다. 다시 말하면 작은 덕트, 작은 집진기 및 작은 팬을 고려할 수 있는 것입니다. 이로써 세 개의 큰 자본 티켓 항목에 대한 비용을 절약했습니다.
이제 팬 및 집진기 운영 비용을 고려해야 합니다. 난류가 적고 총 공기량이 낮으면 시스템을 실행하는 데 필요한 마력이 감소합니다. 또한 시설에서 배출되는 공기가 적으면 보충 공기에 대한 요구가 줄어, HVAC 시스템에 대한 부하가 줄어듭니다. 그러면 이러한 제품의 수명은 얼마나 됩니까? 십 년? 이십 년? 연간 전기 및 압축 공기 비용에 어떤 영향을 미치게 됩니까? 이로써 간단한 시스템 구성요소의 작은 변경으로 소유 비용에 얼마나 큰 결과를 가져올 수 있는지 확인할 수 있습니다.
개선된 시설 및 직원 현장 조건에서 총 장비 소유 비용에 이르기까지 이러한 후드 설계 모범 사례는 설계에 있어 핵심적인 고려 사항이 되어야 합니다. 작은 변화는 큰 결과를 의미할 수 있으며, 대개는 이것이 바로 필요로 하는 것에 해당합니다.
