[135회 1번] 송풍기의 상사법칙

 

1. 송풍기의 상사법칙에 대하여 설명하고, 동력을 절감하기 위하여 검토해야 할 내용에 대하여 설명하시오.

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📝 [모범답안]

1. 서론

송풍기는 공조, 급·배기, 산업 플랜트 등 다양한 분야에서 공기 및 가스를 이송하는 핵심 기계장비이며, 설비 에너지 소비 중 상당 부분을 차지한다. 이에 따라 송풍기 시스템의 에너지 효율을 향상시키기 위한 접근이 중요하며, 이때 **상사법칙(Affinity Laws)**은 설계 및 운전 조건 변경에 따른 유량·전양정·축동력의 변화를 정량적으로 예측할 수 있는 핵심 이론이다. 본 답안에서는 상사법칙의 개념과 이를 통한 에너지 절감 방안을 기술한다.

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2. 본론

2.1 송풍기의 상사법칙(Affinity Laws)

송풍기의 성능은 회전수(N), 임펠러 직경(D) 등의 변화에 따라 다음과 같은 수학적 관계를 따른다.

항목	관계식	설명
유량 Q	Q₁ / Q₂ = N₁ / N₂	유량은 회전수 또는 임펠러 직경에 비례함
전양정 H	H₁ / H₂ = (N₁ / N₂)²	전양정은 회전수의 제곱에 비례함
동력 P	P₁ / P₂ = (N₁ / N₂)³	동력은 회전수의 세제곱에 비례함

✅ 의의:
예를 들어, 회전수를 10% 줄이면 유량은 10% 감소하지만, 동력은 약 27%까지 절감된다. 이를 기반으로 효율적인 운전 제어가 가능하다.

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2.2 동력 절감을 위한 검토 사항

① VSD(가변속 드라이브, 인버터) 적용

• 부하 조건에 따라 회전수를 조절함으로써 불필요한 동력 소모를 방지
• 특히, 부하 변동이 큰 환기/급기 시스템에 효과적

② 설비 저항 곡선 및 송풍기 성능 곡선 분석

• 실제 운전점이 최적 효율 범위에 위치하도록 유도
• 덕트 저항, 밸브 조작, 필터 상태 등을 정기적으로 분석 및 개선

③ 송풍기 선정 및 임펠러 형상 최적화

• 원심/축류/혼합형 송풍기 중 목적에 맞는 기종 선택
• 임펠러 직경, 블레이드 각도 조정 등을 통해 운전 효율 극대화

④ BAS 및 자동제어 시스템 연계

• 건물자동제어시스템(BAS), AI 제어 알고리즘 도입으로 실시간 최적 제어
• 센서 기반의 자동 제어를 통해 불필요한 운전을 최소화

⑤ 정기 점검 및 유지관리

• 임펠러 오염, 벨트 장력 이상 등으로 인한 비효율 방지
• 윤활, 진동 관리, 정렬 정비 등으로 기계적 손실 최소화

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3. 결론

송풍기의 상사법칙은 운전 조건 변화에 따른 성능 변화를 정량적으로 설명할 수 있는 유용한 이론이며, 이를 바탕으로 회전수 제어, 시스템 저항 분석, 효율적인 기기 선정 등을 병행하면 실질적인 에너지 절감이 가능하다. 특히, 인버터 제어기술과 스마트 제어시스템을 도입함으로써 고효율 운전이 가능해지며, 이는 ESG 경영과 설비 운영비 절감에도 기여한다.