굴뚝

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굴뚝은 보일러, 난로, 화로, 소각로 또는 벽난로에서 발생하는 뜨거운 유독성 배기 가스 또는 연기를 인간의 거주 지역에서 격리시키는 석조, 점토 또는 금속으로 만들어진 건축 환기 구조물입니다. 굴뚝은 일반적으로 가스가 원활하게 흐르도록 하기 위해 수직이거나 가능한 한 수직에 가깝습니다. 이는 스택 또는 굴뚝 효과로 알려진 연소로 공기를 끌어들입니다. 굴뚝 내부의 공간을 연도라고 합니다. 굴뚝은 대형 산업 정제 공장, 화석 연료 연소 시설 또는 건물의 일부, 증기 기관차 및 선박과 인접해 있습니다.

미국에서 스모크스택 산업이라는 용어는 가장 초기의 전기 산업을 포함한 산업 사회가 화석 연료를 태우는 것이 환경에 미치는 영향을 말합니다. 굴뚝(smoke stack, 통칭, 스택)이라는 용어는 기관차 굴뚝이나 선박 굴뚝을 지칭할 때에도 사용되며 깔때기라는 용어도 사용될 수 있습니다.^[1][2]

굴뚝의 높이는 스택 효과를 통해 연도 가스를 외부 환경으로 전달하는 능력에 영향을 미칩니다. 또한 더 높은 고도에서 오염물질이 분산되면 주변 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다. 오염 물질을 더 넓은 지역에 분산시키면 농도가 감소하고 규제 한계를 준수할 수 있습니다.

역사

산업용 굴뚝 사용은 벽에 튜브를 박고 빵집에서 연기를 끌어낸 로마인들에게 거슬러 올라갑니다. 하지만 국내 굴뚝은 12세기 북유럽의 대형 주택에 처음 등장했습니다. 영국 굴뚝의 가장 오래된 생존 예는 서기 1185년부터 시작된 요크셔의 코니스브로 성 관리소에 있습니다.^[3] 하지만, 16세기와 17세기까지는 집에서 흔히 볼 수 없었습니다.^[4] 연기 후드는 연기를 굴뚝으로 모으는 초기 방법이었습니다. 이 굴뚝들은 일반적으로 현대식 굴뚝보다 훨씬 넓었고 불 위에서 비교적 높이 시작했는데, 이는 더 많은 열이 방으로 빠져나갈 수 있다는 것을 의미합니다. 샤프트를 올라가는 공기가 더 시원했기 때문에, 이것들은 더 적은 방화 재료로 만들어질 수 있었습니다. 굴뚝 개발의 또 다른 단계는 붙박이 오븐을 사용하여 가정에서 제빵을 할 수 있도록 한 것입니다. 산업 굴뚝은 18세기 후반에 흔해졌습니다.

일반 주택의 굴뚝은 처음에 나무와 회반죽 또는 진흙으로 지어졌습니다. 그 이후로 굴뚝은 전통적으로 벽돌이나 돌로 지어졌습니다, 작은 건물과 큰 건물 모두에. 초기 굴뚝은 단순한 벽돌 건축이었습니다. 나중에 굴뚝은 벽돌을 타일 라이너 주위에 놓음으로써 지어졌습니다. 하강 기류를 제어하기 위해 다양한 디자인의 환기 캡(종종 굴뚝 화분이라고 함)을 굴뚝 상단에 배치하기도 합니다.

18세기와 19세기에는 광석에서 납을 추출하는 데 사용된 방법으로 많은 양의 유독 가스가 발생했습니다. 영국의 북쪽에는 길이가 3km(2mi)가 넘는 길고 거의 수평에 가까운 굴뚝이 지어졌습니다. 이 굴뚝은 일반적으로 연기가 덜 해로울 수 있는 외딴 지역의 짧은 수직 굴뚝으로 끝이 났습니다. 이 긴 굴뚝의 내부에 납과 은 퇴적물이 형성되고, 정기적으로 노동자들이 굴뚝을 따라 보내져 이 귀중한 퇴적물을 긁어내곤 했습니다.^[5]

시공

벽돌로 횡하중을 처리할 수 있는 능력이 제한적이었기 때문에, 집의 굴뚝은 종종 "스택"으로 지어졌고, 집의 각 층에 벽난로가 하나의 굴뚝을 공유하고, 종종 집의 앞뒤에 그러한 스택이 있었습니다. 오늘날의 중앙 난방 시스템은 굴뚝 배치를 덜 중요하게 만들었고, 비구조적 가스 환기 파이프를 사용하면 연도 가스 도관을 장애물 주위와 벽을 통해 설치할 수 있습니다.

대부분의 현대식 고효율 난방기구는 굴뚝이 필요 없습니다. 이러한 기구는 일반적으로 외부 벽 근처에 설치되며, 불연성 벽 골무는 통풍관이 외부 벽을 직접 관통하여 흐르도록 합니다.

굴뚝이 지붕을 관통하는 피치 지붕에서 점멸은 접합부를 밀봉하는 데 사용됩니다. 아래로 내려간 조각은 앞치마라고 불리고, 측면은 점멸을 받고 귀뚜라미는 점멸 아래 굴뚝의 위쪽으로 물을 돌리기 위해 사용됩니다.^[6]

산업 굴뚝은 일반적으로 연도 가스 스택이라고 하며 일반적으로 건물 벽에 지어진 굴뚝과 달리 외부 구조물입니다. 그것들은 일반적으로 증기 발생 보일러 또는 산업용 용광로에 인접하게 위치하고 가스는 덕트 공사와 함께 운반됩니다. 오늘날 철근 콘크리트의 사용은 산업 굴뚝 건설의 구조적 요소로서 벽돌을 거의 완전히 대체했습니다. 내화벽돌은 라이닝으로 사용되는 경우가 많은데, 특히 연소되는 연료의 종류에 따라 산을 포함한 연도 가스가 발생하는 경우가 많습니다. 현대 산업 굴뚝은 때때로 내부에 다수의 연도가 있는 콘크리트 앞유리로 구성됩니다.

남아프리카 세쿤다에 있는 세쿤다 CTL의 합성 연료 공장에 있는 300m(980피트) 높이의 증기 공장 굴뚝은 직경 26m(85피트)의 앞유리로 구성되어 있으며 직경 4.6m의 콘크리트 연도 4개가 10m 간격의 산호초 고리 위에 세워진 내화 벽돌로 늘어서 있습니다. 철근 콘크리트는 기존 거푸집 또는 슬라이딩 거푸집으로 주조할 수 있습니다. 높이는 법적 또는 기타 안전 요구 사항을 충족하기 위해 오염 물질이 더 넓은 지역에 분산되도록 보장하기 위한 것입니다.

주택용 급유기

연도 라이너는 연소의 산성 생성물로부터 석조물을 보호하고 연도 가스가 집으로 들어오는 것을 방지하는 데 도움을 주며 지나치게 큰 연도의 크기를 줄이는 굴뚝의 2차 장벽입니다. 1950년대 이후, 많은 장소에서 건축 법규는 새로 지어진 굴뚝에 연도 라이너를 설치하도록 요구하고 있습니다. 라이너 없이 지어진 굴뚝은 일반적으로 라이너를 추가할 수 있지만 라이너 유형은 서비스하는 가전 제품 유형과 일치해야 합니다. 연도 라이너는 점토 또는 콘크리트 타일, 금속 또는 제자리 콘크리트를 부어 사용할 수 있습니다.

점토 타일 연도 라이너는 미국에서 매우 흔하지만, Underwriters Laboratories 1777 승인을 충족하지 못하는 유일한 라이너이며 종종 타일에 금이 가고 부적절하게 설치되는 등의 문제가 있습니다.^[7] 점토 타일은 보통 길이가 약 2피트(0.61m)로 다양한 크기와 모양으로 제공되며 굴뚝이 지어지면서 새로운 건축물에 설치됩니다. 각 타일 사이에는 내화 시멘트가 사용됩니다.

금속 라이너는 스테인리스 스틸, 알루미늄 또는 아연도금 철일 수 있으며 유연하거나 단단한 파이프일 수 있습니다. 스테인리스 스틸은 여러 종류와 두께로 만들어집니다. 유형 304는 장작, 목재 펠렛 연료 및 비응축 오일 장치, 유형 316 및 유형 321은 석탄, 유형 29-4C는 고효율 응축 가스 장치에 사용됩니다. 스테인리스 스틸 라이너는 고체 연료 장치를 사용할 경우 반드시 캡이 있어야 하며 절연해야 하지만 제조업체의 지침을 주의 깊게 따라야 합니다.^[7] 알루미늄 및 아연 도금 강철 굴뚝은 클래스 A 및 클래스 B 굴뚝으로 알려져 있습니다. 클래스 A는 일반화된 상표명 Metalbosemones로 종종 알려진 단열 이중 벽 스테인리스 파이프 또는 삼중 벽 공기 단열 파이프입니다. B급은 흔히 B-벤트라고 불리는 단열성이 없는 이중벽 배관으로, 비응축 가스 기구를 환기시키는 데만 사용됩니다. 알루미늄 내부 층과 아연 도금 강철 외부 층이 있을 수 있습니다.

콘크리트 연도 라이너는 점토 라이너와 비슷하지만 내화 시멘트로 만들어졌으며 점토 라이너보다 내구성이 뛰어납니다.

제자리에 부어주는 콘크리트 라이너는 기존 굴뚝에 특수 콘크리트를 형체로 부어 제작합니다. 이 라이너는 내구성이 뛰어나고 모든 난방 기구와 함께 작동하며 약한 굴뚝을 보강할 수 있지만 되돌릴 수 없습니다.

굴뚝 냄비, 뚜껑, 상판

굴뚝 위에 굴뚝 냄비를 올려 굴뚝의 길이를 저렴하게 확장하고, 굴뚝의 외풍을 개선합니다. 두 개 이상의 냄비가 있는 굴뚝은 다른 층에 있는 여러 개의 화로가 굴뚝을 공유하고 있음을 나타냅니다.

새와 다른 동물들이 굴뚝에 둥지를 틀지 못하도록 굴뚝 위에 외양간을 올려놓습니다. 그들은 종종 비나 눈이 굴뚝으로 내려가는 것을 막기 위해 레인 가드를 특징으로 합니다. 금속 철망은 종종 굴뚝 밖으로 불에 타는 잔해가 올라와 지붕으로 만들어지는 것을 최소화하기 위해 스파크 방지기로 사용됩니다. 굴뚝 내부의 석조물이 많은 양의 수분을 흡수하여 나중에 증발할 수 있지만 빗물은 굴뚝 바닥에 모일 수 있습니다. 때로는 굴뚝 바닥에 눈물 구멍을 내어 모아진 물을 빼냅니다.

굴뚝카울 또는 풍향캡은 바람에 맞춰 회전하는 헬멧 모양의 굴뚝캡으로, 연기가 아래로 밀려 내려오고 바람이 불어오는 것을 방지합니다.

H 스타일 캡은 문자 H 모양의 굴뚝 파이프로 구성된 굴뚝 상단입니다. 바람이나 난류로 인해 다운드래프트와 백퍼핑이 발생하는 상황에서 드래프트를 규제하는 오래된 방식입니다. H 캡은 대부분의 다른 다운드래프트 캡에 비해 뚜렷한 장점이 있지만, 부피가 큰 디자인 때문에 인기를 끌지 못했습니다. 주로 해양에서 사용되지만 에너지 절약 기능 때문에 인기를 되찾고 있습니다. H 캡은 초안을 증가시키기보다 안정화시킵니다. 다른 다운드래프트 캡은 벤추리 효과를 기반으로 하며, 업드래프트를 지속적으로 증가시킴으로써 다운드래프트 문제를 해결함으로써 연료 소모량이 훨씬 증가합니다.

굴뚝댐퍼는 사용하지 않을 때 굴뚝을 폐쇄하고 외부 공기가 내부 공간으로 유입되는 것을 방지하도록 위치시킬 수 있는 금속판으로, 화재가 났을 때 뜨거운 가스가 배기될 수 있도록 개방될 수 있습니다. 탑 댐퍼(top damper) 또는 캡 댐퍼(cap damper)는 긴 금속 체인으로 굴뚝 상단에 배치된 금속 스프링 도어로 벽난로에서 댐퍼를 열고 닫을 수 있습니다. 목구멍댐퍼는 화덕 바로 위에 있는 굴뚝 바닥에 있는 금속판으로, 지렛대, 기어 또는 체인으로 여닫을 수 있어 벽난로를 굴뚝에서 차단할 수 있습니다. 탑 댐퍼의 장점은 닫힐 때 제공되는 견고한 내후성 씰로, 차가운 외부 공기가 굴뚝 아래로 흘러내려 생활 공간으로 유입되는 것을 방지합니다. 이 기능은 목구멍 댐퍼가 제공하는 금속 위의 씰로는 거의 일치하지 않습니다. 또한, 목젖댐퍼는 바로 아래의 불에서 강한 열을 받기 때문에 시간이 지남에 따라 금속이 뒤틀리는 현상이 발생하여 목젖댐퍼의 밀폐력이 더욱 저하되는 문제점이 발생하는 것이 일반적이다. 그러나 목젖 댐퍼의 장점은 굴뚝의 공기 덩어리로부터 생활 공간을 차단한다는 것인데, 특히 가정의 외벽에 위치한 굴뚝의 경우 일반적으로 매우 춥습니다. 실제로는 탑 댐퍼와 스로우 댐퍼를 모두 사용하여 양쪽의 이점을 얻을 수 있습니다. 현재 시장에 나와 있는 두 가지 최상위 댐퍼 디자인은 라이망스(피보팅 도어)와 락 탑(번역 도어)입니다.

중세 후기 서유럽에서 계단식 박공의 설계는 특히 성이나 큰 장원 집과 같은 높은 구조물의 굴뚝 꼭대기에 대한 유지 관리 접근을 허용하기 위해 생겨났습니다.

굴뚝 드래프트 또는 드래프트

석탄, 석유, 천연가스, 목재 또는 다른 연료를 난로, 오븐, 벽난로, 온수 보일러 또는 산업용 화로에서 연소할 때 형성되는 뜨거운 연소 생성 가스를 연도 가스라고 합니다. 이러한 가스는 일반적으로 굴뚝 또는 산업용 연도 가스 스택(때로는 굴뚝이라고 함)을 통해 주변 외부 공기로 배출됩니다.

굴뚝이나 스택 내부의 연소 연도 가스는 주변 외부 공기보다 훨씬 뜨겁기 때문에 주변 공기보다 밀도가 낮습니다. 이로 인해 뜨거운 연도 가스의 수직 열 바닥이 해당 외부 공기의 열 바닥보다 더 낮은 압력을 갖게 됩니다. 굴뚝 외부의 압력이 높아지면 필요한 연소 공기를 연소 영역으로 이동시키고 연도 가스를 굴뚝 안팎으로 이동시키는 원동력이 됩니다. 연소 공기 및 연도 가스의 이동 또는 흐름을 "자연적인 드래프트/드래프트", "자연적인 환기", "치미 효과" 또는 "스택 효과"라고 합니다. 스택이 클수록 드래프트 또는 드래프트가 더 많이 생성됩니다. 반환이 감소하는 경우가 있을 수 있습니다: 스택에서 열이 나가는 것과 관련하여 스택이 지나치게 높으면 연도 가스가 굴뚝의 상단에 도달하기 전에 냉각될 수 있습니다. 이러한 상태는 제도를 제대로 하지 못하는 결과를 초래할 수 있으며, 목재 연소 장치의 경우 배출 전 가스의 냉각으로 인해 굴뚝 상단 근처에서 크레오소트가 응축될 수 있습니다. 크레오소트는 연도 가스의 배출을 제한할 수 있으며 화재 위험을 초래할 수 있습니다.

정확한 양의 자연 초안을 제공하기 위해 굴뚝과 스택을 설계하는 것은 여러 가지 설계 요소를 포함하며, 그 중 많은 요소는 반복적인 시행착오 방법을 필요로 합니다.

"첫 번째 추측" 근사치로서, 연도 가스와 외부 공기의 분자량(즉, 분자량)이 동일하고 마찰 압력 및 열 손실이 무시할 수 있다고 가정함으로써 자연적인 드래프트/드래프트 유량을 추정하는 데 다음 방정식을 사용할 수 있습니다.

위치:

• Q = 굴뚝기류/draft유량, m/s
• A = 굴뚝의 단면적, m (단면이 일정한 assuming)
• C = 방전 계수(일반적으로 0.65에서 0.70 사이로 간주됨)
• g = 중력 가속도, 9.807 m/s
• H = 굴뚝 높이, m
• T = 굴뚝 내부 평균 온도, K
• T = 외부 공기 온도, K.

굴뚝으로 두 흐름 결합: A+A<A, 여기서 A=7.1인치는 온수기 탱크의 최소 요구 유량 면적이고 A=19.6인치는 중앙 난방 시스템의 용광로의 최소 유량 면적입니다.

드래프트 후드

가스 연소 기구는 굴뚝으로 들어오는 연소 제품을 냉각하고 상승 기류나 하강 기류를 방지하기 위해 통풍 후드를 구비해야 합니다.^[8][9][10]

유지관리 및 문제

굴뚝의 특징적인 문제는 나무를 연료로 사용할 때 구조물의 벽에 크레오소트 침전물이 생긴다는 것입니다. 이 물질의 침전물은 공기 흐름을 방해할 수 있고, 더 중요한 것은 가연성이며, 침전물이 굴뚝에서 발화할 경우 위험한 굴뚝 화재를 일으킬 수 있습니다.

천연가스를 태우는 히터는 천연가스가 전통적인 고체연료보다 훨씬 깨끗하고 효율적으로 태우기 때문에 크레오소트 축적량을 획기적으로 줄여줍니다. 대부분의 경우 매년 가스 굴뚝을 청소할 필요가 없지만, 그렇다고 굴뚝의 다른 부분이 파손될 수 있는 것은 아닙니다. 시간이 지남에 따라 부식으로 인해 굴뚝 부속품이 분리되거나 헐거워지면 일산화탄소가 가정으로 누출되어 주민들에게 심각한 위험을 초래할 수 있습니다.^[11] 따라서 이러한 문제를 방지하기 위해 굴뚝을 매년 검사하고 정기적으로 청소하는 것이 권장되며, 일부 국가에서는 의무적이기도 합니다. 이 작업을 수행하는 작업자를 굴뚝 청소부 또는 첨탑 잭이라고 합니다. 이 작업은 주로 아동 노동과 빅토리아 시대 문학의 특징에 의해 이루어졌습니다. 중세 유럽 일부 지역에서는 사다리를 사용하지 않고 굴뚝에 접근할 수 있도록 계단식 박공 디자인이 개발되었습니다.

석조 굴뚝은 지진이 발생할 때 특히 부서지기 쉬운 것으로 입증되었습니다. 샌프란시스코, 로스앤젤레스, 샌디에고와 같은 지진이 잘 일어나는 도시들의 정부 주택 당국은 이제 금속 연도 주변에 스터드 틀의 굴뚝으로 새 집을 지을 것을 권고하고 있습니다. 오래된 석조 굴뚝을 조이거나 끈으로 묶는 것은 지진으로 인한 손상이나 부상을 예방하는 데 그다지 효과적인 것으로 입증되지 않았습니다. 이제 이러한 현대적인 굴뚝 구조를 덮을 "가짜 벽돌" 외관을 구입할 수 있습니다.

기타 잠재적인 문제는 다음과 같습니다.

• 벽돌에 수분이 스며들었다가 얼면서 벽돌이 갈라지고 박살이 나고 모르타르 밀봉이 느슨해지는 '돌파기' 벽돌.
• 굴뚝 조적의 완전성을 저하시킬 수 있는 기초 이동
• 다람쥐, 라쿤 또는 굴뚝새와 같은 원치 않는 동물에 의한 둥지 또는 침입
• 굴뚝이 새다
• 건물^[12] 내부에서 연기가 날 수 있는 제도 문제
• 벽난로 또는 난방기구의 문제는 원치 않는 열화 또는 굴뚝의 위험을 야기할 수 있음

관심있는 굴뚝

전망대가 있는 굴뚝

전망대가 있는 굴뚝이 여러 개 지어졌습니다. 다음과 같은 불완전한 목록이 이들을 보여줍니다.

이름.	나라	도시	좌표	준공년도	전고	관측데크 높이	언급
베이투 폐기물 소각장 굴뚝	타이완	타이베이	25.108043 N 121.499384 E	2000	150 m (492 ft)	116 m (381 ft)	120m(394피트) 높이의 회전 레스토랑
라디오 시티 타워	영국	리버풀	53.406332 N 2.982002 W	1971	148 m (486 ft)	124.7 m (409 ft)	인근 상가의 난방용 굴뚝
버나드 양조장 굴뚝	체코어	험폴크	49.539786 N 15.360043 E		40.7 m (134 ft)	33m(108피트)	2020/21년에 추가된 전망대
Dům Dětí a Mládeže v Modřanech	체코어	프라하	50.012154 N 14.413657 E	2004	15m(49피트)	12m(39피트)	청소년회관 옥상 굴뚝에 설치된 전망대.
제너 난방건물의 굴뚝	독일.	베를린	52.488097 N 13.477282 E	1955	15m(49피트)	12m(39피트)	아마도 관측탑으로는 절대 사용되지 않을 것입니다.

전기 철탑으로 사용되는 굴뚝

구소련 지역의 몇몇 발전소에는 굴뚝이 있는데, 이 굴뚝은 송전선의 전기 철탑 역할도 합니다. 이러한 건설 방식은 배기 가스로 인해 도체 로프가 더 빨리 부식될 수 있다는 단점이 있지만 다른 카운티에서도 이러한 구조를 발견할 수 있습니다. 여기서 한 예로 겔센키르헨에 있는 스콜벤 발전소의 굴뚝이 있는데, 이 굴뚝은 220kV 라인의 한 회로를 운반합니다.

수도탑으로 사용되는 굴뚝

굴뚝은 또한 구조물에 물 탱크를 운반할 수 있습니다. 이 조합은 굴뚝을 통해 흐르는 따뜻한 연기가 탱크 안의 물이 얼지 않게 하는 장점이 있습니다. 제2차 세계 대전 이전에는 특히 독일의 영향을 받은 국가에서 그러한 구조는 흔하지 않았습니다.

라디오 타워로 사용되는 굴뚝

굴뚝은 라디오 중계 서비스, 휴대폰 전송, FM 라디오 및 TV를 위한 안테나를 구조물에 운반할 수 있습니다. 또한 중파 전송을 위한 긴 와이어 안테나를 굴뚝에 고정할 수 있습니다. 모든 경우에 이러한 물체는 특히 배기 근처에 배치될 때 쉽게 부식될 수 있다고 생각해야 했습니다.

산업용 굴뚝으로 사용되는 냉각탑

이산화황과 질소산화물 제거를 위한 발전소가 설치된 일부 발전소에서는 냉각탑을 굴뚝으로 사용하는 것이 가능합니다. 독일의 그로 ß크로첸부르크 발전소와 로스토크 발전소에서 이러한 냉각탑을 볼 수 있습니다. 이산화황 제거 장비가 없는 발전소에서는 이러한 냉각탑 사용으로 인해 심각한 부식 문제가 발생할 수 있으며, 이는 예방이 쉽지 않습니다.

참고 항목

참고문헌

외부 링크

• CICIND - 국제 산업 굴뚝 위원회
• 미국 굴뚝안전연구소
• 굴뚝이 전기 기둥 역할을 하는 발전소 코나콥스카야 GRES
• 굴뚝 가슴 제거에 관한 기사
• 굴뚝 유지관리 정보
• 유럽 굴뚝 협회 ECA; 굴뚝에 대한 자세한 정보를 알아보기 위해
• 전미 굴뚝 기술자 협회, 영국 굴뚝 기술 산업 무역 협회