산업안전기사 실기 신출대비 — 6.보호구/산업위생(계산·기준) 해설 페이지

[모범답안]
풀이: TWA = $\dfrac{\sum(C_i \cdot T_i)}{8}=\dfrac{120\times3+90\times3+60\times2}{8}=\dfrac{360+270+120}{8}=\dfrac{750}{8}=93.75$ppm
정답: TWA = 93.75ppm, $93.75 \lt 100$ 이므로 노출기준 미초과(적합).
■ 핵심 채점어: TWA / 시간가중평균 / Σ(C·T)/8 / (120×3+90×3+60×2)/8 / 750/8 / 93.75ppm / 미초과/적합
※ 근거: 화학물질 및 물리적 인자의 노출기준(고용노동부 고시)의 TWA(시간가중평균) 정의식 TWA=Σ(Cᵢ·Tᵢ)/8. 8시간을 기준으로 구간농도×구간시간을 합산 후 8로 나눔.

[해설]

노출기준의 시간가중평균(TWA)은 구간별 농도×시간을 모두 더한 뒤 8시간으로 나눈 값이다.

$TWA=\dfrac{\sum(C_i\cdot T_i)}{8}$
$=\dfrac{120\times3+90\times3+60\times2}{8}=\dfrac{750}{8}$
$=$93.75ppm

93.75ppm < 100ppm이므로 노출기준 미초과(적합)이다. 오전 120ppm처럼 한 구간이 100ppm을 넘더라도 판정은 8시간 가중평균으로 한다.

[모범답안]
풀이: EI = $\sum\dfrac{C_i}{L_i}=\dfrac{400}{500}+\dfrac{150}{200}=0.8+0.75=1.55$
정답: $EI=1.55\gt1$ 이므로 노출기준 초과(부적합).
■ 핵심 채점어: 복합노출지수 / EI / ΣC/기준 / 400/500=0.8 / 150/200=0.75 / 1.55 / 1 초과/부적합
※ 근거: 노출기준 고시상 상가작용(독성작용이 유사한 물질)이 혼재할 때 노출지수 EI=Σ(Cᵢ/Lᵢ)로 평가하며, EI>1이면 노출기준 초과로 판정.

[해설]

독성작용이 유사한 물질은 상가작용을 하므로 노출기준 고시에 따라 복합노출지수(EI)로 평가하고, 1을 넘으면 노출기준 초과로 본다.

$EI=\sum\dfrac{C_i}{L_i}=\dfrac{400}{500}+\dfrac{150}{200}$
$=0.8+0.75=1.55$

$EI=1.55\gt1$이므로 노출기준 초과(부적합)이다.

혼동 주의: 아세톤 400<500, MEK 150<200처럼 따로 비교하면 둘 다 기준 미만이라 안전해 보이지만, 상가작용 물질은 반드시 비율을 합산해 판정한다.

[모범답안]
풀이: RF = $\dfrac{8}{12}\times\dfrac{24-12}{16}=0.6667\times0.75=0.5$
보정 노출기준 = 원래 노출기준 × RF = $100\times0.5=50$ppm
정답: 보정된 노출기준 = 50ppm.
■ 핵심 채점어: Brief-Scala / 보정계수 RF / (8/h)×((24-h)/16) / (8/12)×(12/16) / 0.5 / 100×0.5 / 50ppm
※ 근거: 산업위생 표준 비정상 근무시간 보정모델인 Brief-Scala법: RF=(8/h)×((24−h)/16), 보정노출기준=노출기준×RF.

[해설]

Brief-Scala 보정법은 하루 노출시간 h가 8시간보다 길면 노출이 늘고 회복시간(24−h)이 줄어드는 만큼 노출기준을 낮춘다.

$RF=\dfrac{8}{12}\times\dfrac{24-12}{16}$
$=0.6667\times0.75=0.5$
$100\times0.5=$50ppm

앞 분수는 노출시간이 늘어난 몫을, 뒤 분수는 회복시간이 줄어든 몫을 반영한다. 그래서 h=8이면 RF=1이 되어 원래 기준이 그대로 적용된다.

[모범답안]
풀이:
(1) MUC = APF × 노출기준 = $10\times5=50$mg/m³
(2) 필요보호계수 = 공기 중 농도/노출기준 = $\dfrac{40}{5}=8$. APF(10) $\ge$ 필요보호계수(8) 이고 공기 중 농도 40 $\lt$ MUC(50)
정답: (1) MUC = 50mg/m³, (2) 사용 적합.
■ 핵심 채점어: 최대사용농도 / MUC=APF×노출기준 / 10×5=50mg/m³ / 필요보호계수 40/5=8 / APF≥필요보호계수 / 적합
※ 근거: 산업위생 호흡보호구 선정 표준식: 최대사용농도 MUC=지정보호계수(APF)×노출기준, 필요보호계수=공기중농도/노출기준, APF≥필요보호계수이면 적합.

[해설]

호흡보호구는 지정보호계수(APF)만큼 유해물질 농도를 낮춰준다고 보므로, APF에 노출기준을 곱한 값이 그 보호구로 안전하게 방어할 수 있는 상한 농도(MUC)가 된다.

(1) $MUC=APF\times TWA=10\times5=50$mg/m³이다.

(2) 적합 여부는 공기 중 농도가 MUC보다 낮은지, 또는 필요보호계수(공기 중 농도÷노출기준)가 APF 이하인지로 판정하며,
$\dfrac{40}{5}=8\le10(APF)$이고 $40\lt50(MUC)$이므로 이 마스크는 사용 적합하다.

두 조건은 같은 판정을 다른 방식으로 표현한 것이므로 하나만 제시해도 되지만, 함께 쓰면 근거가 명확해진다.

[모범답안]
풀이:
(1) L=100: T = $\dfrac{8}{2^{(100-90)/5}}=\dfrac{8}{2^{2}}=\dfrac{8}{4}=2$시간
(2) L=105: T = $\dfrac{8}{2^{(105-90)/5}}=\dfrac{8}{2^{3}}=\dfrac{8}{8}=1$시간
정답: (1) 2시간, (2) 1시간.
■ 핵심 채점어: 허용노출시간 / 5dB 교환율 / T=8/2^((L-90)/5) / 8/2²=2시간 / 8/2³=1시간
※ 근거: 산업안전보건법령 소음 노출기준(90dB(A) 8시간, 5dB 교환율)에 근거한 허용노출시간 산정식 T=8/2^((L−90)/5).

[해설]

소음 노출기준은 90dB(A)에서 8시간이고, 5dB 교환율에 따라 5dB 오를 때마다 허용시간이 절반으로 준다.

100dB(A)일 때
$T=\dfrac{8}{2^{(100-90)/5}}=\dfrac{8}{2^{2}}=2$시간

105dB(A)일 때
$T=\dfrac{8}{2^{(105-90)/5}}=\dfrac{8}{2^{3}}=1$시간

지수 (L−90)/5는 90dB보다 5dB씩 몇 단계 높은지를 뜻하므로, 100dB은 8시간을 두 번 반으로 나눠 2시간, 105dB은 세 번 나눠 1시간이 된다.

[모범답안]
풀이:
(1) L_합 = $90+10\times\log_{10}(2)=90+10\times0.301=90+3.01=93.0$dB
(2) L_합 = $90+10\times\log_{10}(3)=90+10\times0.477=90+4.77=94.8$dB
정답: (1) 약 93.0dB, (2) 약 94.8dB.
■ 핵심 채점어: 합성 소음레벨 / L+10·log(n) / 90+3.01=93.0dB / 90+4.77=94.8dB
※ 근거: 음압레벨(데시벨)의 에너지 합산 표준식 L_합=10·log₁₀(Σ10^(Lᵢ/10)); 동일레벨 n개는 L+10·log₁₀(n).

[해설]

데시벨은 로그 단위라서 같은 레벨의 소음원 n대를 합칠 때는 에너지 합산식 $L+10\log_{10}n$을 쓴다.

2대 가동
$90+10\times0.301=90+3.01\approx93.0$dB

3대 가동
$90+10\times0.477=90+4.77\approx94.8$dB

혼동 주의: 같은 소음원이 2대가 되면 약 3dB만 오른다. 90×2나 90+90처럼 산술로 더하면 오답이다.

[모범답안]
풀이:
(1) 차음은 데시벨(로그 스케일) 값이라 산술 합산이 성립하지 않고, 골전도 등으로 실제 감쇠가 제한되기 때문.
(2) 합성 NRR = 큰 값$(29)+5=34$dB
정답: (1) 단순 산술합 불가(로그 스케일·골전도 한계), (2) 34dB.
■ 핵심 채점어: 이중 청력보호구 / 단순 합산 불가 / 로그 스케일/골전도 / 큰 NRR+5 / 29+5=34dB
※ 근거: OSHA 이중 청력보호구(귀마개+귀덮개) 권장 규칙: 두 장치 중 높은 NRR에 5dB를 가산해 합성 차음성능을 추정.

[해설]

OSHA 권장 규칙은 귀마개와 귀덮개를 함께 쓸 때 큰 NRR에 5dB만 가산하는 방식이다.

NRR은 데시벨(로그 스케일) 값이므로 26+29=55dB처럼 산술 합산할 수 없다. 또 소리가 머리뼈를 타고 전달되는 골전도는 보호구로 막을 수 없어, 겹쳐 써도 실제 감쇠가 제한된다.

합성 NRR = 큰 NRR + 5
$=29+5$
= 34dB

혼동 주의: 기준값은 작은 귀마개(26)가 아니라 큰 귀덮개(29)다.

[모범답안]
풀이:
$10X^{2}+A=10\times(0.25)^{2}+0.15=10\times0.0625+0.15=0.625+0.15=0.775$
$Q=60\times0.75\times0.5\times0.775=22.5\times0.775=17.4375$
정답: $Q\approx17.44$m³/min.
■ 핵심 채점어: 플랜지 외부식 / Q=60×0.75×V×(10X²+A) / 0.775 / 22.5×0.775 / 17.44 m³/min
※ 근거: 산업환기 표준식(플랜지 부착 자유공간 외부식 후드, Della Valle 계열): Q=60·0.75·V·(10X²+A). 플랜지 부착 시 계수 0.75 적용.

[해설]

플랜지 부착 외부식 후드의 필요송풍량은 Q=60×0.75×V×(10X²+A)로 구한다. 플랜지가 후드 뒤쪽에서 빨려 드는 공기를 막아 송풍량이 0.75배로 줄고, 60은 m/s 풍속을 분당 값으로 바꾸는 상수다.

$10X^{2}+A=10\times0.25^{2}+0.15=0.625+0.15=0.775$
$Q=60\times0.75\times0.5\times0.775=22.5\times0.775=17.4375$
따라서 필요송풍량은 약 17.44 m³/min이다.

혼동 주의: 플랜지가 없는 자유공간 외부식 후드는 계수 0.75 없이 Q=60·V·(10X²+A)로 계산한다.

[모범답안]
풀이: $Q=60\times A\times V=60\times0.5\times0.4=12$
정답: Q = 12m³/min.
■ 핵심 채점어: 포위식/부스식 후드 / Q=60·A·V / 개구면적×제어풍속 / 60×0.5×0.4 / 12 m³/min
※ 근거: 산업환기 표준식: 포위식(부스식) 후드 필요송풍량 = 개구면적 × 제어풍속(×60으로 분당 환산).

[해설]

포위식(부스식) 후드는 발생원을 감싸고 개구면 전체를 제어풍속으로 흡인한다. 그래서 필요송풍량은 개구면적 × 제어풍속으로 구한다.

$Q=60\times A\times V$
$=60\times0.5\times0.4$
= 12 m³/min

60은 m/s 단위 제어풍속으로 구한 값을 분당 송풍량으로 바꾸는 단위 환산 상수다. 빠뜨리면 초당 값인 0.2m³/s가 나와 단위가 틀린다.

[모범답안]
풀이:
Q = 12m³/min = $\dfrac{12}{60}=0.2$m³/s
A = $\dfrac{Q}{V}=\dfrac{0.2}{20}=0.01$m²
D = $\sqrt{\dfrac{4A}{\pi}}=\sqrt{\dfrac{4\times0.01}{3.1416}}=\sqrt{0.012732}=0.1128$m
정답: $D\approx0.113$m = 약 113mm.
■ 핵심 채점어: 반송속도 / Q=A·V / 단위환산 12/60=0.2m³/s / A=Q/V=0.01m² / D=√(4A/π) / 약 113mm
※ 근거: 유체 연속방정식 Q=A·V와 원형단면 A=πD²/4. Q를 m³/s로 환산 후 단면적→직경 산정.

[해설]

유체 연속방정식 Q=A·V로 덕트 단면적을 구하고, 원 면적식 A=πD²/4에서 직경을 역산한다. 반송속도는 분진이 덕트 안에 가라앉지 않도록 유지하는 덕트 내 풍속이다.

$Q=\dfrac{12}{60}=0.2$ m³/s
$A=\dfrac{Q}{V}=\dfrac{0.2}{20}=0.01$ m²
$D=\sqrt{\dfrac{4\times0.01}{3.1416}}=\sqrt{0.012732}=0.1128$ m
따라서 소요 내경은 약 113 mm이다.

혼동 주의: 송풍량을 m³/s로 바꾸지 않고 m/s 풍속으로 나누면 단위가 맞지 않아 답이 크게 어긋난다.

[모범답안]
풀이: $P=\dfrac{200\times100}{6{,}120\times0.6}=\dfrac{20{,}000}{3{,}672}=5.446$
정답: $P\approx5.45$kW.
■ 핵심 채점어: 송풍기 소요동력 / P=Q·ΔP/(6120·η) / 200×100=20000 / 6120×0.6=3672 / 5.45kW
※ 근거: 산업환기 송풍기 축동력 표준식 P[kW]=Q·ΔP/(6120·η) (Q: m³/min, ΔP: mmAq). 6120은 단위환산 상수.

[해설]

송풍기가 공기를 밀어내는 데 필요한 동력은 송풍량과 압력손실의 곱을 효율로 나눈 값이며, 6,120은 m³/min·mmAq 단위를 kW로 맞추기 위한 환산 상수다.

$P=\dfrac{Q\times\Delta P}{6{,}120\times\eta}=\dfrac{200\times100}{6{,}120\times0.6}=\dfrac{20{,}000}{3{,}672}\approx5.45$kW이다.

효율 η이 낮을수록 분모가 작아져 동력이 더 크게 요구된다는 관계를 이해하고 있어야 하며, 6,120을 빠뜨리거나 분자·분모를 바꿔 계산하면 오답이 된다.

[모범답안]
풀이: 필요 개수 = 총작업시간 / 정화통 1개 유효사용시간 = $\dfrac{240}{40}=6$ (나누어 떨어지지 않으면 올림)
정답: 정화통 최소 6개.
■ 핵심 채점어: 정화통 개수 / 총작업시간/유효사용시간 / 240/40 / 올림 / 6개
※ 근거: 정화통 유효사용시간(파과시간) 기반 소요량 산정: 소요 개수=총작업시간÷1개 유효사용시간(비정수 시 올림).

[해설]

방독마스크 정화통은 유효사용시간(파과시간)이 지나면 흡착 능력을 잃고 유해가스가 새어 들어온다. 그래서 총작업시간을 정화통 1개의 유효사용시간으로 나눠 필요한 개수를 정한다.

필요 개수 = 총작업시간 ÷ 1개 유효사용시간
$\dfrac{240}{40}=6$
따라서 정화통은 최소 6개가 필요하다.

혼동 주의: 나눈 값이 정수가 아니면 버리지 말고 올림해야 작업이 끝날 때까지 보호된다.