2022년 산업위생관리기사실기(필답형) 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

86.07 m³/min

[해설]

압력이 일정하면 기체의 부피는 절대온도에 비례한다(샤를의 법칙). 체적유량도 같은 비율로 변한다.

Q₂ = Q₁ × (273 + t₂) / (273 + t₁)
= 100 × (273 + 5) / (273 + 50)
= 100 × 278 / 323 = 86.07 m³/min

혼동 주의: 섭씨온도를 그대로 넣지 말고 반드시 절대온도(K)로 바꿔 대입한다. 공기가 수축해 부피만 줄 뿐 질량유량은 변하지 않는다.

8.51 mmH₂O

[해설]

속도압은 VP = γV² / 2g 로 구하며, 표준공기의 비중량 γ는 1.2 kgf/m³, g는 9.8 m/s²이다.

단면적과 유속을 먼저 구한다(유량은 분당이므로 60으로 나눈다).
A = π × 0.3² / 4 = 0.0707 m²
V = (50/60) / 0.0707 = 11.79 m/s

속도압에 대입한다.
VP = 1.2 × 11.79² / (2 × 9.8) = 166.78 / 19.6
VP = 8.51 mmH₂O

혼동 주의: 유량을 초당으로 바꾸지 않으면 속도압이 3,600배로 커진다. 표준공기에서 속도압 1 mmH₂O가 유속 약 4 m/s라는 점으로 검산할 수 있다.

$\Delta S = M - E \pm R \pm C$

ΔS — 생체 내 열용량(축열량)의 변화

M — 대사에 의한 열 생산량

E — 증발에 의한 열 방출

R — 복사에 의한 열의 득실

C — 대류 및 전도에 의한 열의 득실

[해설]

인체의 열평형방정식은 대사로 만든 열과 주위와 주고받은 열을 합한 결과가 몸에 쌓이는 열(축열)이 된다는 식이다.
ΔS = M − E ± R ± C

• ΔS(축열량 변화) — 0이면 열평형, 양수면 체온 상승, 음수면 체온 하강이다.
• M(대사열) — 근육활동과 기초대사로 몸 안에서 생기는 열이라 늘 더해진다.
• E(증발) — 땀과 호흡의 수분이 증발하며 기화열을 빼앗으므로 늘 빠져나간다.
• R(복사) — 주위 물체가 피부보다 뜨거우면 열을 얻고 차가우면 잃으므로 ±로 쓴다.
• C(대류·전도) — 기온이 피부온도보다 높으면 열을 얻고 낮으면 잃으므로 ±로 쓴다.

외우는 요령: 부호가 한 방향으로 정해진 것은 M(+)과 E(−)뿐이다. 기온이 피부온도를 넘으면 몸이 열을 내보낼 길은 증발 하나만 남는다.

(1) 38.25 m³/min

(2) 25.5 m³/min

(3) 33.33 % 감소

[해설]

플랜지 부착 외부식 후드의 필요환기량은 Q = k·V_c(10X² + A)로 구한다. 계수 k는 자유공간이면 0.75, 작업면에 붙이면 0.5를 쓴다.

공통 항 계산
10X² + A = 10 × 0.3² + 0.8 = 1.7 m²

(1) 자유공간
Q = 0.75 × 0.5 × 1.7 × 60
= 38.25 m³/min

(2) 작업대 부착
Q = 0.5 × 0.5 × 1.7 × 60
= 25.5 m³/min

(3) 감소율
(38.25 − 25.5) ÷ 38.25 × 100
= 33.33 %

혼동 주의: 분모는 기준인 자유공간 값(38.25)이다. 25.5로 나누면 50 %라는 틀린 값이 나온다.

3.21배

[해설]

외부식 후드 필요환기량 공식(자유공간·플랜지 없음)으로 두 거리의 송풍량을 각각 구해 비를 낸다.

Q = V_c(10X² + A)
Q₁ = 0.5 × (10 × 0.5² + 0.9) = 1.7 m³/sec
Q₂ = 0.5 × (10 × 1.0² + 0.9) = 5.45 m³/sec
Q₂/Q₁ = 5.45 ÷ 1.7 ≒ 3.21배

식에 거리가 제곱으로 들어가서 거리를 2배로 늘리면 필요환기량이 3배 넘게 는다. 개구면적 A가 함께 더해지므로 정확히 4배는 되지 않고, 제어속도는 나눌 때 약분되어 배수에 영향이 없다.

① 송기마스크

② 공기호흡기

[해설]

산소농도 18 % 미만은 산소결핍 장소다. 이런 곳에서는 바깥의 깨끗한 공기를 공급받는 공기공급식 보호구만 쓸 수 있다.

• 송기마스크 — 오염되지 않은 곳의 공기를 호스로 보내 주는 방식이다.
• 공기호흡기 — 압축공기 용기를 등에 메고 들어가는 자급식 보호구(SCBA)다.

혼동 주의: 방진·방독마스크는 공기를 걸러 줄 뿐 산소를 만들지 못하므로 산소결핍 장소에서 쓰면 안 된다.

Re ≒ 306,666.67 (무차원)

[해설]

레이놀즈수는 관성력과 점성력의 비를 나타내는 무차원수다. 점성계수 μ가 주어졌으므로 밀도를 곱하는 식을 쓴다.

Re = ρVD / μ
Re = (1.2 × 23 × 0.2) / (1.8 × 10^-5)
Re = 5.52 / (1.8 × 10^-5) ≒ 306,666.67

직경 20 cm는 0.2 m로 바꿔 대입하며, Re가 4,000을 넘으므로 이 흐름은 난류다.

혼동 주의: 동점성계수 ν(m²/sec)가 주어지면 Re = VD/ν로 계산하고 밀도를 곱하지 않는다.

20.1 ℃

[해설]

태양광선이 내리쬐지 않는 옥외는 옥내와 같은 WBGT 식을 쓴다. 이 식에는 건구온도가 들어가지 않는다.

WBGT = 0.7 × 자연습구온도 + 0.3 × 흑구온도
= 0.7 × 18 + 0.3 × 25
= 12.6 + 7.5
= 20.1 ℃

혼동 주의: 태양광선이 내리쬐는 옥외라야 0.7 × 자연습구 + 0.2 × 흑구 + 0.1 × 건구 식을 쓴다. 그래서 이 문항의 건구온도 21 ℃는 쓰지 않는 조건이다.

① 유해물질의 독성이 비교적 낮을 것

② 유해물질의 발생량이 적을 것

③ 오염원이 작업장 안 여러 곳으로 분산되어 있을 것

④ 오염원이 근로자의 작업위치에서 멀리 떨어져 있을 것

⑤ 발생원이 이동하는 등 국소배기장치를 설치하기 곤란할 것

[해설]

전체환기(희석환기)는 오염공기를 신선한 공기로 묽혀 노출기준 아래로 낮추는 방식이다. 그래서 희석만으로 안전이 확보되는 조건에서만 쓴다.

• 독성이 낮아야 희석한 농도가 노출기준 이하로 유지된다.
• 발생량이 적어야 발생량에 비례하는 필요환기량이 감당할 만한 수준이 된다.
• 오염원이 여러 곳에 흩어져 있으면 발생원마다 후드를 달 수 없다.
• 오염원이 작업위치에서 멀면 근로자에게 닿기 전에 이미 희석된다.
• 발생원이 움직이면 후드를 고정해 설치하기 어렵다.

혼동 주의: 독성·발암성이 강한 물질이나 분진·흄 같은 입자상 물질은 공기와 고르게 섞이지 않으므로 국소배기가 원칙이다.

0.59 mg/m³

[해설]

여과포집 농도는 시료 무게 증가분에서 공시료 무게 증가분을 뺀 값을 채취 공기량으로 나눈다.

채취 공기량(8:25~11:55 = 210분)
V = 1.98 L/min × 210 min = 415.8 L = 0.4158 m³

순 포집량
(0.6712 − 0.4230) − (0.3998 − 0.3978) = 0.2482 − 0.0020 = 0.2462 mg

농도
C = 0.2462 ÷ 0.4158
= 0.59 mg/m³

혼동 주의: 공기량은 L를 m³로(÷1,000) 바꿔야 한다. 공시료 증가분은 운반·습도로 생긴 무게 변화라 빼 준다.

(1) 0.1 ppm

(2) 10 ppm

(3) 100 µg/m³

[해설]

「사무실 공기관리 지침」 제2조는 사무실 공기의 오염물질별 관리기준을 정하고 있다. 문제에서 물은 세 가지는 이산화질소 0.1 ppm, 일산화탄소 10 ppm, 포름알데히드 100 µg/m³ 이다.

가스상 물질은 대체로 ppm으로, 입자상 물질과 휘발성유기화합물은 µg/m³로 기준을 정한다는 규칙을 잡아 두면 단위를 틀리지 않는다. 포름알데히드는 가스인데도 µg/m³로 관리하므로 이 문항에서 가장 자주 틀리는 항목이다. 단위를 함께 쓰라고 못박은 것도 그래서다.

지침이 정한 관리기준 전체를 함께 정리해 둔다.

오염물질이 어디서 나오는지와 함께 보면 값이 잘 붙는다. 이산화탄소는 재실자의 호흡에서 나와 환기 부족을 보여 주는 지표이고, 일산화탄소와 이산화질소는 연소기구나 주차장·도로에서 유입되는 연소 부산물이다. 포름알데히드와 총휘발성유기화합물은 건축자재·가구·접착제에서 방출되며 새 건물이나 리모델링 직후에 높게 나온다. 총부유세균과 곰팡이는 냉방기 응축수나 가습기처럼 습한 곳에서 번식한다.

① 입자의 크기(직경)

② 입자의 농도 차이

③ 여과지 기공의 크기

④ 여과지로의 면속도(여과속도)

[해설]

확산은 아주 작은 입자가 브라운 운동으로 무질서하게 움직이다 여과지 섬유에 닿아 잡히는 기전이다.

• 입자의 크기(직경) — 작을수록 브라운 운동이 활발해 잘 잡힌다.
• 입자의 농도 차이 — 기류와 여재 표면 사이의 농도차가 클수록 확산이 활발하다.
• 여과지 기공의 크기 — 기공이 작을수록 입자가 섬유와 만날 기회가 많다.
• 여과지로의 면속도 — 느릴수록 여재 부근에 오래 머물러 포집효율이 오른다.

혼동 주의: 면속도가 빠를수록 잘 잡히는 것은 관성충돌이다. 확산은 이와 반대로 느릴수록 유리하다.

269.33 m³/min

[해설]

희석환기 필요환기량은 시간당 발생하는 증기 부피를 노출기준으로 나누고 안전계수 K를 곱해 구한다.

사용량(질량) = 16 L ÷ 8 hr × 0.805 kg/L = 1.61 kg/hr = 1,610 g/hr
21 ℃ 몰부피 = 22.4 × (273 + 21) / 273 = 24.12 L
G = 1,610 × 24.12 / 72.1 = 538.67 L/hr = 538,670 mL/hr
Q = G / TLV × K = 538,670 / 200 × 6 = 16,160 m³/hr
Q = 16,160 ÷ 60 = 269.33 m³/min

ppm은 mL/m³와 같아서 mL/hr를 ppm으로 나누면 m³/hr가 된다. 21 ℃ 조건이므로 몰부피를 24.12 L로 보정해야 하며, 22.4 L를 그대로 쓰면 답이 작게 나온다.

147 m³/min

[해설]

Dalla Valle 식은 캐노피 후드가 배출원에 가까울 때(H/L ≤ 0.3) 쓴다. 이 문항은 0.5 ÷ 2 = 0.25라 적용할 수 있다.

후드 둘레
P = 2 × (2 + 1.5) = 7 m

필요환기량
Q = 1.4 × P × H × V_c
= 1.4 × 7 × 0.5 × 0.5 = 2.45 m³/sec
= 2.45 × 60 = 147 m³/min

둘레 × 높이는 후드와 탱크 사이의 옆면적이다. 그 면에서 제어속도를 확보해야 하고, 1.4는 기류가 고르지 않은 것을 보정하는 여유계수다.

(1) 후드 플랜지 — 후드 개구부 둘레에 붙여 후드 뒤쪽에서 들어오는 불필요한 공기를 차단하는 판

(2) 개구면 속도 — 후드의 개구면(입구)에서 측정한 공기의 흡입속도

(3) 플래넘 — 후드와 덕트 사이에 두어 흡인기류의 압력과 속도를 고르게 만드는 공간(충만실)

(4) 배플 — 후드 주변에 설치해 방해기류를 막고 기류를 후드 쪽으로 유도하는 판

[해설]

국소배기장치 후드와 관련된 구조·측정 용어로, 모두 흡인기류를 오염원 쪽에 모으는 일과 관련된다.

• 후드 플랜지 — 개구부 테두리에 붙이는 판으로, 후드 뒤쪽의 깨끗한 공기가 빨려 들지 않게 막아 필요송풍량을 약 25% 줄인다.
• 개구면 속도 — 후드 입구 면에서 재는 흡입속도로, 후드 성능을 점검할 때 실측하는 값이다.
• 플래넘(충만실) — 후드와 덕트 사이의 넓은 공간으로, 압력을 고르게 해 개구면 전체에서 고르게 빨아들이게 한다.
• 배플 — 후드 주변에 세우는 칸막이판으로, 창문 바람 같은 방해기류를 막고 오염물질을 후드 쪽으로 이끈다.

혼동 주의: 제어속도는 발생원 위치의 오염물질을 끌어오는 데 필요한 최소 속도로, 후드 입구에서 재는 개구면 속도와 다르다.

0.96 회/hr

[해설]

퇴근 뒤 발생원이 없으면 CO₂는 외기 농도를 뺀 초과분만 지수적으로 줄어든다. 이 감소 속도로 공기교환횟수(ACH)를 구한다.

ACH = [ln(C₁ − C_o) − ln(C₂ − C_o)] ÷ t
= [ln(1,500 − 330) − ln(500 − 330)] ÷ 2
= (ln 1,170 − ln 170) ÷ 2
= 1.929 ÷ 2 = 0.96 회/hr

혼동 주의: 외기 330 ppm을 빼지 않으면 0.55 회/hr가 나온다. 경과시간은 분이 아닌 시간(2 hr)으로 넣는다.

55.51 mmH₂O

[해설]

송풍기 정압(FSP)은 송풍기 앞뒤의 정압 차에서 입구 속도압을 뺀 값이다. 흡입측 정압은 부압이므로 −60 mmH₂O로 넣는다.

FSP = (SP_out − SP_in) − VP_in
VP_in = γV²/2g = 1.2 × 20² / (2 × 9.8) = 24.49 mmH₂O
FSP = {20 − (−60)} − 24.49 = 55.51 mmH₂O

혼동 주의: 흡입측을 +60으로 넣으면 음수가 나온다. 송풍기는 공기에 에너지를 더하는 장치라 송풍기 정압은 양수여야 한다.

2.2 mmH₂O

[해설]

곡관의 압력손실은 압력손실계수 × 속도압이다. 계수는 90° 기준이라 다른 각도는 θ/90을 곱해 환산한다.

ΔP = ζ × (θ/90) × VP
= 0.22 × (45/90) × 20
= 0.11 × 20 = 2.2 mmH₂O

직경 20 cm와 굴곡반경 50 cm(R/D = 2.5)는 계수 0.22가 나온 조건일 뿐이다. 계수가 주어졌으므로 계산에 다시 쓰지 않는다.

① 중력 집진장치

② 관성력 집진장치

③ 원심력 집진장치

④ 여과 집진장치

⑤ 전기 집진장치

[해설]

집진장치는 입자를 기류에서 떼어 내는 힘에 따라 이름이 붙는다.

• 중력 집진장치 — 유속을 낮춰 입자가 스스로 가라앉게 한다.
• 관성력 집진장치 — 기류 방향을 갑자기 꺾으면 관성으로 곧게 나아가는 입자가 충돌판에 부딪힌다.
• 원심력 집진장치 — 사이클론처럼 기류를 돌려 입자를 벽면으로 밀어낸다.
• 여과 집진장치 — 백필터 같은 여재로 입자를 걸러 낸다.
• 전기 집진장치 — 코로나 방전으로 입자에 전하를 띠게 해 집진극에 끌어붙인다.

혼동 주의: 물을 쓰는 세정 집진장치를 더해 6가지로 나누기도 한다. 벤투리스크러버는 세정식 안의 형식이므로 원리에 따른 분류의 답으로는 맞지 않는다.