개념 한 쪽
보일러의 통풍은 연소를 지속하기 위해 배기가스를 외부로 빼고 새 공기를 공급하는 압력차를 만드는 작용을 말한다. 통풍 방식은 자연통풍과 기계적 통풍(압입·흡인)으로 나뉘며, 두 기계를 함께 쓰는 평형통풍이 별도로 존재한다. 굴뚝 통풍력은 주로 연돌 높이와 기체의 비중차로 결정되며, 실제 계산에서는 가스의 온도 보정이 필요하다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「통풍장치의 종류 및 특징」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 비중 환산 및 통풍력 계산 | 1 | 표준 비중을 온도로 환산해 굴뚝 이론 통풍력을 계산하는 방법 |
| 자연통풍 판별 | 1 | 밀도차(부력)를 이용한 자연통풍의 정의를 고르는 능력 |
| 평형통풍 구성 요소 판별 | 1 | 압입 송풍기와 흡인 송풍기를 병용한 통풍 방식을 식별하는 문제 |
통풍(draft)은 굴뚝 내부의 연소가스를 끌어내고 외부의 공기를 공급해 연소를 계속시키는 힘, 즉 압력차를 만드는 것을 말한다. 대표적 통풍 방식은 자연통풍, 압입 통풍(공기송풍기 사용), 흡인 통풍(배기가스 흡입송풍기 사용) 세 가지로 분류된다. 자연통풍은 굴뚝 내 온도 차로 인한 밀도차(부력)를 이용하므로 송풍기가 필요 없다는 점이 특징이다.
기계적 통풍은 송풍기를 사용해 공기를 밀어 넣거나 빼내는 방식이다. 압입 통풍(FD)은 송풍기로 공기를 강제 공급하는 방식이고, 흡인 통풍(ID)은 배기가스를 송풍기로 빨아내는 방식이다. 이 두 방식을 동시에 사용하는 것이 평형통풍이며, 연소실 압력을 대기압 수준으로 유지해 가스 누설이나 불꽃 이탈을 막기 좋아 대형 보일러에 적합하다.
굴뚝의 이론 통풍력은 연돌 높이와 외기·배기가스의 비중 차에 비례한다. 기본식은 p = H × (γ외기 − γ가스) [mmH2O]이며, 여기서 배기가스의 비중(γ가스)이 주어진 값이 표준상태(0℃ 등)의 값일 때 실제 온도로 환산해야 한다. 비중 환산식은 γ_T = γ_0 × 273/(273 + t)로, 온도 단위는 섭씨를 절대온도(K)로 바꾸어 사용한다.
통풍력에 영향을 주는 요인으로는 연돌의 높이·직경·내면 마찰 상태·연돌의 열손실 등이 있다. 연돌이 높고 가스가 뜨거울수록 밀도차가 커져 통풍력이 증가한다. 반대로 연돌 벽의 열방사가 많아 배기가스가 식으면 밀도차가 줄어 통풍력이 감소하므로 연돌 단열 관리가 중요하다.
대표 계산 1 — 비중 환산과 통풍력: 연돌 높이 50m, 배기가스의 표준 비중 1.2 kg/m³(0℃)이고 배기가스 온도 130℃, 외기 비중 1.05 kg/m³일 때 γ가스 = 1.2 × 273/(273+130) ≈ 0.813 kg/m³이다. 따라서 p = 50 × (1.05 − 0.813) ≈ 11.9 mmH2O가 된다. 핵심은 표준 비중을 온도로 환산해 빼기 연산을 수행하는 순서이다.
대표 계산 2 — 절대온도 환산 적용: 연돌 높이 50m, 연소가스 평균온도 227℃, 대기온도 27℃, 표준 비중(공기) 1.29 kg/m³, 표준 비중(가스) 1.34 kg/m³일 때 절대온도로 환산하면 γ공기 = 1.29 × 273/300 ≈ 1.174 kg/m³, γ가스 = 1.34 × 273/500 ≈ 0.732 kg/m³이다. 따라서 d = 50 × (1.174 − 0.732) ≈ 22.1 mmH2O가 된다.
실전 팁: 문제 풀이 순서는 비중 환산 → 외기에서 가스 비중을 빼기 → 연돌 높이 곱하기로 일관되게 사용한다.
연돌의 높이가 50m이고, 배기가스의 비중량이 1.2kg/m³(0℃, 1atm)일 때 만약 배기가스의 온도가 130℃이고 외기의 비중량이 1.05kg/m³라면 이 굴뚝의 이론 통풍력은?
정답 ② · 문제는 굴뚝의 이론 통풍력을 배기가스 온도를 고려해 계산하라고 요구하고 있다. 통풍력은 p = H(γ외기 − γ가스)이며 가스의 비중량은 기준(0℃) 값 γ0를 온도보정하여 γ = γ0×273/(273+t)로 환산한다.
이론 통풍력 p=H(γ외기−γ가스), 가스 비중량은 γ0×273/(273+t)로 환산 후 대입한다.
주위 공기와 배기가스의 밀도차를 이용한 통풍방식은?
정답 ④ · 문항은 주위 공기와 배기가스의 밀도차를 이용한 통풍 방식이 무엇인지 묻고 있다. 밀도차에 따른 부력으로 자연스럽게 통풍이 일어나는 방식은 자연통풍이며 굴뚝 효과라고도 한다.
자연통풍은 뜨거운 배기가스와 찬 주위 공기의 밀도차(부력)만으로 통풍이 일어나는 방식이다.
다음 중 연소용 공기송풍기와 배기가스 압입 통풍기를 병용한 통풍 방법은?
정답 ① · 연소용 공기를 불어 넣는 압입 통풍기와 배기가스를 배출하는 흡인 통풍기를 함께 사용하는 방식은, 노 내의 압력을 대기압과 비슷하게 유지할 수 있어 평형 통풍이라고 합니다. 이는 노 내의 압력 균형을 맞추어 효율적인 연소를 유도합니다.
압입 송풍기(공기)와 흡인 통풍기(배기)를 병용해 노내 압력을 대기압과 평형 유지 = 평형통풍.
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