1-2. 송풍기의 축동력과 회전수 변화에 따른 풍량, 압력 및 동력의 변화에 대하여 각각 설명하시오.

송풍기의 성능은 회전수에 따라 크게 변화하며, 이러한 관계는 일반적으로 **송풍기 상사 법칙 (Fan Laws)**으로 설명됩니다. 축동력과 회전수 변화에 따른 풍량, 압력 및 동력의 변화는 다음과 같습니다.

 

1. 풍량 (Q)

• 변화: 풍량은 회전수와 정비례합니다. 즉, 회전수가 증가하면 풍량도 같은 비율로 증가하고, 회전수가 감소하면 풍량도 같은 비율로 감소합니다.
• 설명: 송풍기의 회전수가 증가하면 임펠러가 단위 시간당 더 많은 공기를 이동시키므로 풍량이 증가합니다.
• 수식:

  Q₂ / Q₁ = N₂ / N₁
  

  여기서,
  • Q₁: 초기 풍량
  • Q₂: 변경된 풍량
  • N₁: 초기 회전수
  • N₂: 변경된 회전수

2. 압력 (P)

• 변화: 압력은 회전수의 제곱에 비례합니다. 즉, 회전수가 증가하면 압력은 회전수 변화율의 제곱만큼 증가하고, 회전수가 감소하면 압력은 회전수 변화율의 제곱만큼 감소합니다. 여기서 압력은 정압, 동압, 전압 모두에 해당됩니다.
• 설명: 송풍기가 발생하는 압력은 공기의 속도 변화에 의해 발생하며, 공기의 속도는 회전수에 비례합니다. 따라서 압력은 속도의 제곱에 비례하므로 회전수의 제곱에 비례하게 됩니다.
• 수식:

  P₂ / P₁ = (N₂ / N₁)²
  

  여기서,
  • P₁: 초기 압력
  • P₂: 변경된 압력
  • N₁: 초기 회전수
  • N₂: 변경된 회전수

3. 동력 (W)

• 변화: 동력은 회전수의 세제곱에 비례합니다. 즉, 회전수가 증가하면 필요한 동력은 회전수 변화율의 세제곱만큼 증가하고, 회전수가 감소하면 필요한 동력은 회전수 변화율의 세제곱만큼 감소합니다.
• 설명: 송풍기의 동력은 풍량과 압력의 곱에 비례합니다. 풍량은 회전수에 비례하고, 압력은 회전수의 제곱에 비례하므로 동력은 회전수의 세제곱에 비례하게 됩니다.
• 수식:

  W₂ / W₁ = (N₂ / N₁ )³
  

  여기서,
  • W₁: 초기 동력
  • W₂: 변경된 동력
  • N₁: 초기 회전수
  • N₂: 변경된 회전수

요약:

변화 요소	회전수 변화에 따른 변화	비례 관계	수식
풍량	정비례	N	Q₂ / Q₁ = N₂ / N₁
압력	제곱에 비례	N²	P₂ / P₁ = (N₂ / N₁)²
동력	세제곱에 비례	N³	W₂ / W₁ = (N₂ / N₁ )³

 

주의사항:

• 위에서 설명된 송풍기 상사 법칙은 다음과 같은 조건에서 근사적으로 성립합니다.
  • 공기의 밀도가 일정할 경우
  • 송풍기의 형상(기하학적 상사)이 동일할 경우
  • 작동점이 유사한 성능 곡선 상에 있을 경우 (효율 변화가 크지 않을 경우)
• 실제 송풍기 운전에서는 시스템 저항의 변화, 공기 밀도 변화 등으로 인해 정확하게 위의 법칙을 따르지 않을 수 있습니다.
• 특히 회전수가 크게 변하거나 송풍기의 설계 범위를 벗어나는 운전 조건에서는 오차가 커질 수 있습니다.

따라서 송풍기의 회전수를 변경하여 풍량, 압력 및 동력을 조절할 때에는 위 법칙을 참고하되, 실제 시스템의 특성 및 송풍기 성능 곡선을 고려하여 신중하게 결정해야 합니다.