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문제 정의
- 이와 같이 우리나라 사업장에 설치되어 있는 국소배기장치의 성능이 양호한 경우가 60%이하로 나타나 문제가 심각하며, 화학적인자로 인해 발생되는 직업병 및 사망사고의 한 원인으로 환기시설 불량을 들고 있다. 국내에서 기존에 실시된 국소배기장치 실태조사에 이에 대한 조사 접근이 이루어졌으나 그 중요성 비하면 실태조사가 매우 미진하여 이 연구에서는 중소규모 사업장을 대상으로 국소배기장치 설치 실태 조사 및 문제 파악 후, 개선방안을 제시하고자 한다.
- 0%)이었다. 이 조사는 발연관 테스트가 후드 모양 또는 오염물의 성상에 따른 제어풍속 적정 여부와 활용가치를 보고자 한 것이다.
제안 방법
- Qah를 구하기 위해 열선풍속계를 이용해 후드(후드와 연결된 덕트에서 측정이 가능한 경우 덕트에서도 측정)에서 직접 속도를 측정하였다. 측정 지점은 덕트 내 유속을 측정하는 횡단측정법에 준하여(Figure 2), 후드 단면에서의 풍속측정은 포위식 또는 레시바식 후드의 경우 개구면을 한 변이 0.
- 국소배기장치는 그 구성상 후드, 덕트, 공기정화장치, 송풍기 등 다양한 구성 요소들의 상호작용으로 작동되는 시스템으로, 현재까지 정립된 국소배장치의 설계기본절차와 국소배기시스템 내로 유입된 유체(공기)의 질량보존 법칙을 체계적으로 접근해 조사가 가능하도록 국소배기장치의 설계에 관한 문헌, 기존 연구자료 및 법적 기준에 대한 고찰을 통하여 조사표를 만들었다. 이 조사표를 이용하여 배기구에서 실측한 풍량(Qast)과 이론적 총 필요 환기량(Qith), 설치된 송풍기 풍량(Qfan), 각 후드에서 실측한 총 배풍량(Qath)을 조사하여 각각을 상호 비교하였고, 마지막으로 국소배기장치의 적정성을 종합적으로 평가하기 위하여 앞에서 비교한 각각의 결과를 가지고 아래의Formula 1과 같은 산출식을 이용하였다.
- 국소배기장치가 적정하게 설치되어 운영되고 있는 지를 평가하기 위해서는 각 부위(후드, 덕트, 송풍기 및 모터, 공기정화장치 등)별로 육안 및 점검장비를 이용한 계측으로 외관 검사와 성능검사를 해 양호와 불량을 판단하는 것이 일반적이며, 노동부 고시(기계·기구 등 자체검사규정)에도 이러한 틀로 자체검사와 평가를 하도록 되어 있다. 그러나 본 연구에서는 외관의 육안검사 보다는 성능검사를 위주로 조사하였다.
- 열선풍속계(thermal anemometer : Air velocity Meter 8385A. TSI. USA)를 이용한 제어풍속측정은 발연관 기류흐름조사로 파악된 기류방향을 고려해(지향성 센서의 풍상마크가 흡인기류와 수직이 되도록) 측정하였으며, 포위식 또는 레시바식 후드의 경우 개구면을 한 변이 0.15m이하가 되도록 16개 이상(개구면이 현저히 작은 경우 둘 이상) 등면적으로 분할하여(덕트 횡단측정법에 준함) Figure 2와 같이 각 부분의 중심에서 흡인하는 기류의 속도를 열선풍속계로 측정해 가장 낮은 결과를, 포집형 후드의 경우 후드에서 가장 멀리 떨어져 있는 오염원에서 오염물질이 후드로 흡인되는 속도(가장 낮은 속도)를 제어풍속으로 하였다(한돈희, 2001).
- 국소배기장치는 그 구성상 후드, 덕트, 공기정화장치, 송풍기 등 다양한 구성 요소들의 상호작용으로 작동되는 시스템으로, 현재까지 정립된 국소배장치의 설계기본절차와 국소배기시스템 내로 유입된 유체(공기)의 질량보존 법칙을 체계적으로 접근해 조사가 가능하도록 국소배기장치의 설계에 관한 문헌, 기존 연구자료 및 법적 기준에 대한 고찰을 통하여 조사표를 만들었다. 이 조사표를 이용하여 배기구에서 실측한 풍량(Qast)과 이론적 총 필요 환기량(Qith), 설치된 송풍기 풍량(Qfan), 각 후드에서 실측한 총 배풍량(Qath)을 조사하여 각각을 상호 비교하였고, 마지막으로 국소배기장치의 적정성을 종합적으로 평가하기 위하여 앞에서 비교한 각각의 결과를 가지고 아래의Formula 1과 같은 산출식을 이용하였다.
- Qah를 구하기 위해 열선풍속계를 이용해 후드(후드와 연결된 덕트에서 측정이 가능한 경우 덕트에서도 측정)에서 직접 속도를 측정하였다. 측정 지점은 덕트 내 유속을 측정하는 횡단측정법에 준하여(Figure 2), 후드 단면에서의 풍속측정은 포위식 또는 레시바식 후드의 경우 개구면을 한 변이 0.15m이하가 되도록 16개 이상(개구면이 현저히 작은 경우 둘 이상) 등면적으로 분할하여 각 부분의 중심에서 흡인하는 기류의 속도를 열선풍속계를 사용하여 측정하고, 산술평균을 하여 구하였다.
- 현장에 설치된 송풍기 풍량은 송풍기의 외관에 부착된 명패(name plate)나 대기오염물질배출시설 인허가 관련 서류를 확인하여 조사하였고 배기구를 통해 배출되는 실제 풍량은 후드의 환기량 측정과 같은 방식으로 배기 덕트 점검구에서 풍속을 측정하여 산술평균하여 평균 풍속을 구하고, 여기에 측정 단면적을 곱하여 배기구 실측 배풍량을 산출하였다.
- 각 후드에서의 이론적 필요환기량(Qih) 및 국소배기장치의 총 필요환기량(Qith)은 조사된 후드별 유해물질의 상태, 유해물질 발산조건, 후드크기, 방향, 발생원과의 거리(X m), 설치위치(자유공간, 작업대 위 등), 플랜지 부착여부, 법적제어풍속 등 필요 환기량 계산에 필요한 사항을 체크하여 ACGIH (2004)에서 제시한 계산공식에 따라 계산하였다. 현장조사에서 발생원과의 거리 적용과 기존에 공식화 되지 않은 변형된 후드에 대한 환기량 계산 공식 적용에 어려움이 있었으나, 거리의 경우는 설치 목적에 맞게 발생원 중 가장 먼 거리를 적용하였으며, 기본 모양에서 변형된 후드는 기본 모양에 가장 근접한 모양의 산출식을 적용하였다. 또한 실제 현장에서 접근이 쉽지 않은 형태 (고열 배기 목적의 레시바식(receiving) 케노피 후드, 도금조나 세척조 등에 설치된 개방조(open surface tank) 후드, Push-pull장치 등)는 조사대상에서 제외하였다.
대상 데이터
- 조사대상은 충청지역 중·소규모 제조업체 중 국소배기장치가 설치된 사업장을 대상으로 2006년 3월부터 2007년 3월까지 50개 사업장의 100개 국소배기장치를 대상으로 하였다.
- 연기발생기(smoke tester)를 이용한 기류흐름 확인 및 육안 검사는 Figure 1과 같이‘양호(a)’(연기 퍼짐이 적은 형태에서 후드 개구부로 바로 유입되는 경우),‘ 불량(c)’(후드 개구방향으로 기류 흐름이 형성되지 않거나 미약하여 연기 모양이 넓게 퍼지는 경우) 및 그 중간 형태인‘보통(b)’(후드 개구방향으로 기류가 형성되나, 연기 모양이 다소 퍼지는 형태)로 구분하여 조사하였다(한돈희, 2001). 포위식 또는 레시바식후드(캐노피형은 제외하였으며, 회전체 있는 경우 회전체가 정지된 상태에서 점검)의 경우 개구면에서 가장 저조한 기류 흐름을 형성하는 위치에서, 포집형 후드의 경우 오염물질이 발생하는 오염원에서 가장 멀리 떨어져 가장 저조한 기류흐름을 형성하는 위치에서 점검결과를 그 평가 대상으로 하였다. 또한 인위적으로 외부기류를 형성한 경우(선풍기 가동 등)는 이를 제거하고 점검하였다.
이론/모형
- 각 후드에서의 이론적 필요환기량(Qih) 및 국소배기장치의 총 필요환기량(Qith)은 조사된 후드별 유해물질의 상태, 유해물질 발산조건, 후드크기, 방향, 발생원과의 거리(X m), 설치위치(자유공간, 작업대 위 등), 플랜지 부착여부, 법적제어풍속 등 필요 환기량 계산에 필요한 사항을 체크하여 ACGIH (2004)에서 제시한 계산공식에 따라 계산하였다. 현장조사에서 발생원과의 거리 적용과 기존에 공식화 되지 않은 변형된 후드에 대한 환기량 계산 공식 적용에 어려움이 있었으나, 거리의 경우는 설치 목적에 맞게 발생원 중 가장 먼 거리를 적용하였으며, 기본 모양에서 변형된 후드는 기본 모양에 가장 근접한 모양의 산출식을 적용하였다.
성능/효과
- 1. 후드의 발연관 검사와 제어풍속을 측정하여 연기의 형태와 산업안전보건법의 법적 기준 이상인 경우를‘양호’, 그 이하인 것은‘불량’으로 평가한 결과 발연관 검사에서는 67.8%가 양호하였고, 제어풍속 측정에서는 26.3%만이 양호하였다.
- 2. Qah와Qih의 비가1 이상으로양호한후드는29.3%이었다.
- 3. Qfan과 Qith의 비가1 이상인 경우는 41.0%이었다.
- 4. Qast와 Qith의 비가1 이상인 경우는 29.0%이었다.
- 5. Qast와 Qfan의 비가 1 이상인 시스템은 5개로 전체 시스템의5%며, 0.8∼1.0미만이 26.0%이었다.
- 6. Qast와 Qath의 비가0.8∼1.0 미만인 경우가 74.0%이었다.
- 7. Qath와 Qfan의 비가0.8 이상인 것은 19.0%이었다.
- 8. Qath와 Qith의 비가1이상인 경우는 26.0%이었다.
- 9. 국소배기장치의 성능을 종합적으로 평가하기 위하여 본 연구에서 사용한 종합지표에서 0.8이상으로 양호한 경우가 29.0%이었다.
- Table 4와 같이 발연관 평가와 제어풍속 조사를 후드 형태별로 비교한 결과(발연관 3단계 평가결과를 2단계로 조정해, Table 3의 보통과 불량을 Table 4에서는 불량으로 통합), 모두 양호한 경우는 포위형이 105개(57.1%)이었고, 외부식 상방형은 29개(11.8%), 외부식 측방형은 12개(11.3%), 외부식 하방형은 8개(42.1%), 레시바형은 2개(5.0%)로 나타났고 발연관 점검결과는 양호하나 법적인 제어풍속 기준에 미흡한 것으로 평가된 후드는 포위형에서 35개(19.0%), 외부식 상방형은 53개(21.6%), 외부식 측방형은 33개(31.1%), 외부식 하방형은 7개(36.8%), 레시바형은 38개(95.0%)이었다. 이 조사는 발연관 테스트가 후드 모양 또는 오염물의 성상에 따른 제어풍속 적정 여부와 활용가치를 보고자 한 것이다.
- 국소배기장치의 각각의 후드에서 제어풍속 기준에 적합하기 위해서 이론적으로 요구되는 필요 환기량(Qih)을 모두 더한 총 필요환기량(Qith)과 설치된 송풍기 풍량(Qfan)의 비를 계산한 값이 1 이상인 국소배기장치는 41개(41.0%), 0.8~1.0인 경우는 총 53개(53.0%)였으며, 배기구에서 실측한 풍량(Qast)과 국소배기시스템 전체의 이론적 필요 환기량(Qith) 비가1 이상인 국소배기장치는 29개(29.0%), 0.8∼1.0 미만은 6개(6.0%)이었다.
- 0%에 불과하여 중소규모 사업장에 국소배기장치가 설계 및 설치 단계에서부터 불량한 경우가 대부분임을 확인할 수 있었다. 또한 법적 제어풍속의 만족여부를 직, 간접적으로 확인할 수 있는 값들(후드부 제어풍속 만족 비율, 후드부 필요 환기량 만족비율, 국소배기장치 전체의 필요환기량 만족 비율)이 각각 26.3%, 29.3%, 26.0%로 매우 낮은 수준임을 확인할 수 있었다.
- 0%는 적절한 설계 및 설치가 되지 않은 상태라고 할 수 있다. 또한, 만약 풀리 사이즈를 조절해 회전수를 20%가량 높게 조정하였다 할 경우에도(이때 송풍기 상사법칙에 의해 배풍량은 20%, 송풍기정압은 44%, 축동력은 73% 높아질 것으로 예상) 이 값이 1 이상인 시스템은 53.0%에 불과하여 중소규모 사업장에 국소배기장치가 설계 및 설치 단계에서부터 불량한 경우가 대부분임을 확인할 수 있었다. 또한 법적 제어풍속의 만족여부를 직, 간접적으로 확인할 수 있는 값들(후드부 제어풍속 만족 비율, 후드부 필요 환기량 만족비율, 국소배기장치 전체의 필요환기량 만족 비율)이 각각 26.
- 또한, 배기구를 통해서 배출되는 실측 배풍량(Qast)과 설치된 송풍기 풍량(Qfan)비를 계산한 값이 1이상인 국소배기장치는 5개(5%), 0.8∼1.0미만이 26개(26.0%)이었고, 후드 실측 총배풍량(Qath)과 배기구 실측 배풍량(Qast) 비가 1 이상인 장치는 없었으며, 0.8∼1.0인 장치가 74개(74.0%)로 나타났다.
- 마지막으로 이상의 국소배기장치 평가를 종합하기 위해 산출식을 적용한 결과 종합평가지표가 0.8이상으로 양호한 경우가 전체의 29.0%로 나타나 국소배기장치의 설치와 관리 상태가30%이하로 매우 저조하다고 할 수 있겠다.
- 본 연구에서는 단지 정상적으로 국소배기장치를 설계(계산)하고 이것을 근거로 하는 풍량 및 정압을 내는 송풍기를 설치하여야 한다는 입장에서 설치된 국소배기장치를 이 지표를 이용하여 평가하였으며, 그 결과 이 값이 1 이상인 시스템은 41.0%로 나머지 59.0%는 적절한 설계 및 설치가 되지 않은 상태라고 할 수 있다. 또한, 만약 풀리 사이즈를 조절해 회전수를 20%가량 높게 조정하였다 할 경우에도(이때 송풍기 상사법칙에 의해 배풍량은 20%, 송풍기정압은 44%, 축동력은 73% 높아질 것으로 예상) 이 값이 1 이상인 시스템은 53.
- 국소배기장치의 후드에서 실측 배풍량과 이론적 필요 환기량을 비교한 비가 1 이상이면 실제 측정한 제어풍속도 법적인 수준에 적합할 것으로 예상할 수 있다. 본 연구에서는 실측 배풍량이 이론적 필요 환기량 이상인 후드가 29.3%로, 제어속도를 측정한 결과보다는 양호한 편이었다. 후드형태별로 본 결과는 외부식 하방형이 57.
- 이를 토대로 국소배기장치의 종합평가지표를 계산한 결과, 0.8∼1.0 값을 가지는 국소배기장치가 29개(29.0%), 0.6∼0.8미만이 25개(25.0%), 0.4∼0.6미만이 35개(35.0%), 0.4 미만이 11개(11.0%)이었다(Table 7).
- 국소배기장치의 배기구에서 실측 배풍량과 이론적 총 필요환기량 비(Qast/Qith)가 1 이상인 경우 최초 설계 및 설치가 적정했을 것이고, 설비에 문제(후드와 Fan 사이에 공기누입 등)가 없다면 실제 가동되는 상태도 적정하다 예상할 수 있다. 조사결과 1 이상인 국소배기장치는 29.0%이었다. 박선근(2005)은 배풍량이 필요 환기량 이상인 경우가 57.
- 각 후드에서 실측한 총 배풍량과 이론적 총 필요 환기량의 비(Qath/Qith)는 설계, 설치 및 관리 잘못으로 인하여 1이하로 낮아질 수 있다. 조사결과 1이상의 시스템이 26.0%로이는후드마다 풍량과 정압 분배만 적절하면, 적정 제어풍속과 환기량을 얻을 수 있을 것이다.
- 조사된 사업장의 규모는 50인 미만인 사업장이 25개(50.0%), 50∼99인 16개(32.0%), 100∼299인 7개소(14.0%), 300인 이상인 사업장은 2개(4.0%)의 순으로 나타났으며, 사업장당 평균 2개의 국소배기장치가 설치되어 있었고 국소배기장치 1개당 5.94개의 후드가 연결되어 있었다(Table 1).
- 조사한 594개 후드에서 실측한 배풍량과 이론적 필요 환기량의 비(Qah/Qih)를 계산한 결과 1 이상이 174개(29.3%)이었고, 후드 형태별로는 외부식 하방형이 19개중에11개(57.9%), 포위형이 184개 중에 104개(56.5%), 외부식 측방형이 106개 중에 21개(19.8%), 외부식 상방형이 245개 중에 36개(14.7%), 레시바형이 40개중에2개(5%) 이었다(Table 5).
- 후드 실측 총 배풍량(Qath)과 설치된 송풍기 풍량(Qfan) 비를 계산한 결과 조사된 100개의 국소배기장치 중에 1 이상인 경우는 4개(4.0%), 0.8∼1.0미만이 15개(15.0%)이었다.
- 후드의 발연관 검사와 제어풍속을 측정하여 연기의 형태와 산업안전보건법의 법적 기준 이상인 경우를‘양호’, 그 이하인 것은‘불량’으로 평가한 결과, 발연관 검사에서는 후드 외부로의 누출 없이 적정한 유입이 67.8%로 양호하였고, 제어풍속 측정에서는 법적기준 이상으로 양호한 것이 26.3%였다.
- 3%로, 제어속도를 측정한 결과보다는 양호한 편이었다. 후드형태별로 본 결과는 외부식 하방형이 57.9%, 포위형이 56.5%, 외부식 측방형이 19.8%, 외부식 상방형이 14.7% , 레시바식이 5%로 나타났다. 이 값이 양호한 경우가 포위형에서 외부식 상방형 보다 높은 것은 필요환기량을 계산할 때 더 낮은 제어풍속을 적용할 수 있고, 역으로 동일한 시스템이라면, 외부식 상방형으로 유해인자를 제어하기 위해 그만큼 많은 필요환기량이 요구되는 이론과 부합되는 결과이다.
후속연구
- 국소배기장치의 후드에서 실측 배풍량과 이론적 필요 환기량을 비교한 비가 1 이상이면 실제 측정한 제어풍속도 법적인 수준에 적합할 것으로 예상할 수 있다. 본 연구에서는 실측 배풍량이 이론적 필요 환기량 이상인 후드가 29.
- 따라서, 향후 국소배기장치가 필요한 사업장에 대해서는 관련 분야에 전문적인 능력을 갖춘 업체로 하여금 설치할 수 있도록 제도를 마련하여야 할 필요가 있으며, 자체검사를 통하여 불량한 국소배기장치로 판단되는 경우에 개선할 수 있는 기술지도가 필요하겠다.
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