덕트 설계

 1. 덕트 설계 순서  

 

덕트 설계 순서

 

 덕트는 공조대상 공간의 열부하를 구하여 그 열부하 처리에 필요한 풍량을 구하는 것을 출발점으로 한다. 이 소요 풍량에 의하여 실내의 공간분포가 좋아질 수 있도록 토출구, 흡입구의 개수 및 위치를 결정하고 이 토출구, 흡입구와 공기조화기를 연결하는 기술적, 경제적으로 가장 합리적인 덕트의 경로를 결정하여 도면에 그 개략도를 그린다.

 그리고 각종 덕트 설계법 중에서 적당한 방법에 의하여 덕트 각부의 치수를 결정한다.

 

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​2. 덕트 설계 시 주의사항

 

 1) 덕트 내 풍속 선정을 위한 일반적인 규칙은 없으나 대체적으로 표 1-1에 나타난 바와 같은 허용풍속 이하로 한다.  

   (표 1-1. http://blog.naver.com/donggu10/220885895177)

 2) 소음/진동에 주의하고, 송풍기 동력이 부족하지 않게 설계한다. 

 3) 가능하면 저속덕트 방식을 사용하도록 한다. 특히 소음 요건이 까다로운 극장, 방송국, 스튜디오 등에서는 반드시 저속

  덕트 방식을 적용한다.​ 일반적으로 덕트 내 풍속 15m/s 이하. 전압 50mmAq 이하를 저속덕트, 이것을 초과하는 것을 고속

  덕트라 분류한다.

 4) 덕트 재료는 가능하면 표면이 매끈한 아연도강판, 알루미늄을 사용한다.

  ​만일 다른 재료를 사용 시 그 표면의 거칠기에 따라서 표 1-2의 보강 값을 사용하여 마찰저항손실을 보정하여야 한다.

 5) 종횡비(aspect ratio)는 최대 8:1 이상이 되지 않도록 하며, 가능하면 4:1 이하로 제한한다.

 6) 급격한 방향 전환을 피하고 덕트 확대부의 각도는 15도 이하, 축소부는 30도 이하로 제한한다.​

 7) 각 덕트가 분기되는 지점에 댐퍼를 설치하여 압력의 평형을 유지한다.

   덕트 내의 압력손실은 계산상으로는 대단히 정확하게 구분할 수 있지만 현장 시공 시 덕트공의 기능도, 접합방법 등에

   의하여 많이 달라질 수 있으므로 댐퍼의 설치가 필요하다.

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3. 덕트 치수 설계법​

 

 1) 정압법 (등마찰손실법)

 덕트 1m 당 마찰손실과 동일한 값을 사용하여 덕트의 치수를 결정하는 것이며, 선도 또는 덕트 설계용으로 개발한 단순한 계산으로 간단히 덕트의 치수를 결정할 수 있으므로 널리 사용된다.

 설계할 때에는 우선 흡입구에서 송풍기를 거쳐서 토출구에 이르는 덕트 경로 중에서 가장 큰 압력손실이 예상되는 것에

대한 덕트 내 각부의 풍속을 표 1-1의 값을 참고로 하여 단위 마찰손실을 저속덕트에서는 0.1mmAq 정도, 고속덕트에서는 1mmAq 정도로 선정하여 덕트의 치수를 결정한다. 일반적으로,

 

   - 0.07mmAq/m: 음악 감상실, 소음제한이 엄격한 주택 

   - 0.1mmAq/m: 일반 건축물

   - 0.15mmAq/m: 공장

 

 또한 곡관부, 분기부에 대한 국부저항은 선정된 덕트 치수와 덕트 내 풍속 등을 고려하여 계산한다. 이렇게 계산한 덕트 직관부 마찰손실의 합과 각 부의 국부저항을 가산한 것으로 송풍기의 정압을 결정하기 위한 덕트계의 정압으로 한다. 

 약식으로 덕트의 직관부의 전 길이에 대하여 국부저항의 전 상당길이를,

 

   - 0.7 ~ 1.0배: 대규모인 경우

   - 1.0 ~ 1.5배: 소규모인 경우

   - 1.5 ~ 2.5배: 복잡한 경우 (소음장치 등에 있어서)​

 

 정압법에 있어서 각 덕트 경로의 길이가 거의 같은 경우에는 풍량을 조정할 필요가 없지만 덕트의 경로가 길고 짧은 여러 가지의 종류가 있을 때에는 짧은 덕트 경로에 대해서는,

 

   - 긴 덕트 경로의 소요 전 정압값을 대상으로 선정한 덕트 경로의 전상당길이로 나눈 값을 단위마찰손실로 한다.

   - 댐퍼를 설치하여 풍량의 불균형이 생기지 않도록 조치한다.

 

 다만, 이런 경우 덕트 내의 풍속이 허용치를 초과하거나 댐퍼부에서 소음이 발생하는 일이 있으므로 주의해야 한다. 또한, 정압법에 의하여 덕트 치수를 구하면 일반적으로 급기덕트에서는 말단에서 토출풍량이 과다해지고 환기, 배기덕트에서는 말단일수록 풍량이 적어질 우려가 있으므로 주의해야 하며, 많은 풍량을 송풍하게 되면 소음발생이나 덕트 강도상에도 문제가 생기므로 풍량이 10,000m3/h 이상이 되면 등속법으로 계산한다. 아래는 약식으로 쓰는 정압값이다.

 

   - 0.1mmAq/m: 직관의 직관부 정압

  ​ - 0.5mmAq: 곡관의 곡관부 정압

  ​ - 0.3~0.8mmAq: 기타 표면의 거칠기가 거칠 경우

 

 

 2) 정압 재취득법

 급기덕트에서는 일반적으로 주덕트에서 말단으로 감에 따라서 분기부를 지나면 차츰 덕트 내 풍속은 줄어든다. 베르누이의 정리에 의하여 풍속이 감소하면 그 동압의 차만큼 정압이 상승하기 때문에 이 정압 상승분을 다음 구간의 덕트의 압력손실에 이용하면 덕트의 각 분기부에서 정압이 거의 같아지고 토출풍량이 균형을 유지한다. 이와 같이 분기덕트를 따낸 다음의 주덕트에서의 정압 상승분을 거기에 이어지는 덕트의 압력손실로 이용하는 방법을 정압재취득법이라고 한다.

 

 

 3) 전압법

 정압법에서는 덕트 내에서의 풍속변화에 따른 정압의 상승, 강하 등을 고려하지 않고 있기 때문에 급기덕트의 하류측에서 정압 재취득에 의한 정압이 상승하여 상류측보다 하류측에서의 토출풍량이 설계치보다 많아지는 경우가 있다. 이와 같은 불합리한 상태를 없애기 위하여 각 토출구에서의 전압이 같아지도록 덕트를 설계하는 방법을 전압법이라고 한다.

 전압법에 의한 덕트의 설계에 있어서는 우선 정압법으로 기준경로인 덕트의 개략 치수를 결정하고 다음으로 덕트 각 부의 마찰저항, 국부저항을 전압기준에 의하여 구해서 송풍기 토출구에서 기준경로의 토출구에 이르기까지의 전압손실을 최소화시켜야 한다. 기준경로 이외의 토출구에 이르는 덕트 경로에 대해서는 기준경로와 비슷한 전압손실이 되도록 덕트의 치수 또는 분기부, 흐름방향의 변환형식 등을 선정하고 기준경로의 전압손실과의 차는 댐퍼, 오리피스 등을 사용하여 최종적으로 조정할 수 있도록 한다.

 전압법은 가장 합리적인 덕트 설계법이지만 일반적으로 정압법에 의하여 설계한 덕트계를 검토하는데 이용되고 있으며, 전압법을 사용하게 되면 정압 재취득법은 필요가 없게 된다.

 

 

4) 등속법

 가) 등속법은 주관에서 지관에 이르기까지 덕트 내의 풍속을 모두 일정하게 하여 덕트 치수를 결정하는 방법이다.

​ 나) 구간별 압력 손실이 서로 다르다. (각기 계산이 필요함)

 다) 용도

   - 먼지나 산업용 분진 이송용

   - 공장환기 및 배연 덕트용

 라) 설계순서

   - 풍량을 결정하고 풍속은 임의 값을 선정하여 메인 덕트의 치수를 풍량과 풍속에 의해 구한다.

   - 주 경로의 압력​손실은 송풍기 선정용 정압으로 하고, 다른 경로는 같은 정도의 압력 손실이 되도록 풍속을 수정해서 구한다.

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4. 주덕트의 배치법

 1) 간선덕트 방식: 천장 취출, 벽 취출 방식 등​

 2) 환상덕트 방식: VAV 유닛의 외주부 방식

 3) 개별덕트 방식: 소규모 건물​

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​출처: "덕트설계법", 상림기술, 서광옥