기류 속도 계산기 — 시간당 공기 변화 (ACH) & CFM

공기 유량 계산기

공기 유량 계산기는 시간당 공기 교환 횟수(ACH), 즉 한 시간에 실내 공기가 완전히 교체되는 횟수를 계산합니다. 또한 역으로 계산하여 목표 ACH에 도달하는 데 팬이나 환기구가 공급해야 하는 공기 유량도 구할 수 있습니다.

시간당 공기 교환 횟수란?

팬이나 환기구는 실내로 공기를 이동시키고 오염된 공기를 밖으로 밀어냅니다. 이 공기 유량이 한 시간에 실내 공기 한 공간분과 같으면, 실내의 시간당 공기 교환 횟수는 1회입니다. 한 시간에 두 공간분을 이동시키면 ACH는 2입니다. ACH가 높을수록 일반적으로 공기가 더 신선하고, 갇힌 수분이 적으며, 공기 중 입자도 줄어듭니다. 그러나 ACH가 매우 높으면 팬을 더 세게 가동해야 하므로 에너지를 더 많이 사용하고, 난방하거나 냉방해야 하는 외부 공기도 더 많이 유입되어 비용이 증가합니다.

공기 유량 공식

ACH는 공기 유량을 실내 체적으로 나눈 값입니다. 체적은 길이 곱하기 너비 곱하기 높이로 계산하며, 모든 값의 단위는 같아야 합니다.

$\text{체적} = L \times W \times H$

미터법 단위에서는 공기 유량을 시간당 세제곱미터(m³/h)로 측정하므로, ACH의 ‘시간당’ 단위와 이미 일치합니다.

$\text{ACH} = \frac{\text{공기 유량(m³/h)}}{\text{체적(m³)}}$

야드파운드법 단위에서는 공기 유량을 보통 CFM, 즉 분당 세제곱피트로 표시합니다. 여기에 60을 곱하면 실내 체적으로 나누기 전에 시간당 세제곱피트로 변환할 수 있습니다.

$\text{ACH} = \frac{60 \times \text{공기 유량(CFM)}}{\text{체적(ft}^3\text{)}}$

목표 ACH에 필요한 공기 유량

팬이나 공기청정기의 용량을 정할 때는 ACH가 아니라 공기 유량을 구하도록 공식을 변형합니다.

$\text{필요 공기 유량(m}^3\text{/h)} = \text{ACH} \times \text{체적(m}^3\text{)}$

$\text{필요 공기 유량(CFM)} = \frac{\text{ACH} \times \text{체적(ft}^3\text{)}}{60}$

풀이 예시

회의실의 크기는 5 m × 4 m × 3 m입니다. 체적은 다음과 같습니다.

$5 \times 4 \times 3 = 60 \text{ m}^3$

환기구가 시간당 360 m³의 공기를 공급합니다. 이 공간의 ACH는 다음과 같습니다.

$\text{ACH} = \frac{360}{60} = 6$

이 실내의 시간당 공기 교환 횟수는 6회입니다.

같은 수치를 역으로도 사용할 수 있습니다. 6,000 ft³ (170 m³) 규모의 실내에 6 ACH가 필요하다면 필요한 공기 유량은 다음과 같습니다.

$\frac{6 \times 6{,}000}{60} = 600 \text{ CFM}$

실내 유형별 권장 공기 교환 횟수

적절한 ACH는 공간의 용도에 따라 다릅니다. 요리와 목욕은 습기와 냄새를 더하므로 주방이나 욕실은 침실보다 더 많은 환기 횟수가 필요합니다. 이 값들은 일반적인 공학 지침 범위입니다. 규제 대상 프로젝트에서는 지역 건축 법규와 ASHRAE 62.1 같은 기준이 우선합니다.

공기로 전파되는 질병의 위험을 줄이기 위해 미국 질병통제예방센터(CDC)는 사람이 있는 실내 공간에서 깨끗한 공기의 시간당 환기 횟수를 5회 이상으로 하도록 권장한다. 병원의 경우 CDC 감염 관리 지침은 병실은 시간당 최소 6회, 공기 감염 격리실은 12회의 환기를 최소 기준으로 제시한다.

자주 묻는 질문

공기 흐름량과 ACH의 차이는 무엇인가요? 공기 흐름량은 단위 시간당 공기의 부피로, m³/h 또는 CFM으로 나타낸다. ACH는 그 공기 흐름을 특정 방의 크기와 비교한 값이다. 같은 팬이라도 작은 벽장에서는 ACH가 높고 큰 홀에서는 ACH가 낮다.

CFM은 무엇을 뜻하나요? CFM은 분당 입방피트(cubic feet per minute)의 약자로, 팬, 공기청정기, HVAC 장비에 쓰는 표준 공기 흐름 단위이다. CFM에 60을 곱하면 시간당 입방피트로 바뀌며, 이 값이 ACH 공식에 필요하다.

ACH가 높을수록 항상 더 좋은가요? 항상 그런 것은 아니다. 방에 필요한 양을 넘는 환기 횟수는 팬 에너지와 들어오는 공기를 데우거나 식히는 데 쓰는 에너지를 낭비한다. 보통은 방 유형에 권장되는 범위에 맞추는 것이 목표이다.

이 계산기로 전체 HVAC 시스템의 용량을 정할 수 있나요? 아니요. 이 계산기는 방 하나의 환기량을 산정한다. 전체 HVAC 설계에는 난방 및 냉방 부하, 덕트 손실, 재실 인원에 따른 최소 외기량도 함께 고려해야 한다.

야드파운드법 공식은 왜 60을 곱하나요? CFM은 분당 공기 흐름을 측정하지만 ACH는 시간당 환기 횟수를 측정한다. CFM에 60을 곱하면 분이 시간으로 바뀌며, 그 뒤에 방의 부피로 나눈다.

참고 문헌

1. 미국 질병통제예방센터(NIOSH). How Much Ventilation Is Enough? CDC: 시간당 환기 횟수 5회를 목표로 — 공기 중 바이러스 입자를 줄이려면 ACH 5 이상을 목표로 한다.
2. 미국 질병통제예방센터. Guidelines for Environmental Infection Control in Health-Care Facilities (2003), Appendix B: Air. CDC 환경 감염 관리, 부록 B — 병실은 총 ACH 최소 6, 공기 감염 격리실은 12.