통풍력과 연돌 설계 계산

Draft Force and Stack Design

연돌 높이와 온도차로 이론통풍력을 계산해요. 배기량·유속이 연돌 단면 설계로 이어져요. 통풍·연돌 실기 필답의 표준 세트예요. 높이와 배기온도를 바꿔 통풍력을 구해 봐요.

문제 제시: 연돌로 바람길을 만든다

연돌은 뜨거운 배기가스와 찬 외기의 밀도차(부력)로 통풍력을 만듭니다. 연돌 높이 H와 두 기체의 온도가 주어지면 이론통풍력 Z를 계산하고, 배기가스량과 적정 유속으로 상부 단면적 A를 정합니다. 통풍력의 단위는 물기둥 높이 mmH₂O입니다.

📋 주어진 조건 (예제)

①연돌 높이 H = 30 m, 배기가스 온도 250°C, 외기 온도 20°C

②비중량: 외기 γa = 1.293, 배기가스 γg = 1.354 kgf/m³

③배기가스량 Q = 15 m³/s, 적정 유속 v = 6 m/s

④요구: 이론통풍력 Z, 연돌 상부 단면적 A와 직경 D

풀이 스텝 1: 이론통풍력 Z

연돌 높이 H30 m

배기가스 온도 t_g250 °C

외기 온도 t_a20 °C

이론통풍력

Z = 273 · H · (γ_a273 + t_a - γ_g273 + t_g)

γa=1.293, γg=1.354 kgf/m³, H=연돌 높이 m, 결과 단위 mmH₂O

현재 조건의 통풍력

Z = 14.94 mmH₂O

H=30 m, t_g=250°C, t_a=20°C 기준

💡 통풍력을 키우는 두 손잡이

①연돌 높이 H를 높이면 부력 기둥이 길어져 통풍력이 커진다

②배기가스가 뜨거울수록 밀도가 작아져 외기와의 밀도차가 커진다

③괄호 안은 외기와 배기가스의 실제 비중량 차이

④실제통풍력 = 이론통풍력 - 통풍저항(마찰·굴곡 손실)

풀이 스텝 2: 연돌 상부 단면적 A

배기가스량 Q15 m³/s

배기 유속 v6 m/s

① 상부 단면적

A = 2.50 m²

Q 15 ÷ v 6.0

② 원형 직경

D = 1.78 m

√(4A/π)

연돌 상부 단면적

A = Qv

Q=배기가스량(m³/s), v=배기유속(m/s), 연속의 식

원형 단면 직경

D = √(4Aπ)

단면적 A로부터 원형 연돌의 안지름

🔑 단면적 설계 감각

①연속의 식: 배기가스량 Q = 단면적 A × 유속 v

②따라서 A = Q / v (유량을 유속으로 나눈다)

③유속을 크게 잡으면 단면적은 작아지나 통풍저항 증가

④적정 배기유속은 대략 3~6 m/s 범위에서 설계

검산: 예제 숫자 되짚기

H 30, t_g 250, t_a 20을 대입하면 Z = 273×30×(1.293/293 - 1.354/523) = 8190×(0.004413 - 0.002589) ≒ 14.94 mmH₂O. 단면적은 A = 15÷6 = 2.5 m², 직경 D = √(4×2.5/π) ≒ 1.78 m 로 떨어집니다.

핵심 관계식

Z = 273H(γ_a273+t_a - γ_g273+t_g), A = Qv

통풍력은 높이×밀도차, 단면적은 유량÷유속

핵심 정리와 시험 포인트

🎯 시험 포인트

①이론통풍력 Z = 273H(γa/(273+ta) - γg/(273+tg)), 단위 mmH₂O

②통풍력은 연돌 높이 H와 외기·배기가스 밀도차에 비례

③배기가스 온도가 높을수록(밀도 작을수록) 통풍력 증가

④연돌 상부 단면적 A = 배기가스량 Q / 배기유속 v

⑤원형 직경 D = √(4A/π), 적정 유속 3~6 m/s

📝 대표 기출문제

①[기출유형] H=30 m, 배기 250°C, 외기 20°C일 때 이론통풍력은? (답: 273×30×(1.293/293 - 1.354/523) ≒ 14.94 mmH₂O)

②[기출유형] 배기가스량 15 m³/s, 유속 6 m/s일 때 단면적은? (답: 15/6 = 2.5 m²)

③[기출유형] 단면적 2.5 m²인 원형 연돌의 직경은? (답: √(4×2.5/π) ≒ 1.78 m)