1-5. 공기조화기에 적용되는 송풍기(Fan)는 급기 송풍기(Supply Air Fan)와 환기송풍기(Return Air Fan)를 사용한다. 다음 사항에 대하여 설명하시오. 1) 환기 송풍기 적용 이유 2) 적용 송풍기 종류와 특성

공기조화기(AHU)는 실내 공기질을 쾌적하게 유지하기 위해 냉난방, 가습, 제습, 공기 청정 등의 기능을 수행하는 핵심 설비입니다. AHU 내에는 급기 송풍기(Supply Air Fan)와 환기 송풍기(Return Air Fan)가 함께 사용되어 효율적인 공기 순환 시스템을 구성합니다. 

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1) 환기 송풍기 적용 이유 (Return Air Fan 적용 이유)

환기 송풍기(Return Air Fan)는 공기조화 시스템에서 매우 중요한 역할을 수행하며, 다음과 같은 이유로 필수적으로 적용됩니다.

• 에너지 절약 및 운전 비용 절감:
• 공기조화된 실내 공기 (환기, Return Air)는 이미 설정된 온도 및 습도에 가깝습니다. 이 환기를 외부로 모두 배출하지 않고, 일정 비율로 다시 AHU로 회수하여 재활용하는 것이 에너지 효율 측면에서 매우 유리합니다.
• 환기 송풍기는 실내에서 회수된 공기를 AHU로 다시 끌어오는 역할을 합니다. 급기 송풍기만 사용하는 시스템에 비해, 환기 송풍기를 통해 회수된 공기는 냉각 또는 가열 부하가 적어 공조기 냉난방 운전 에너지를 크게 절감할 수 있습니다.
• 외부에서 100% 외기를 도입하여 냉난방하는 것보다, 환기를 혼합하여 사용하는 것이 초기 투자비 및 운전 비용을 모두 절감하는 효과적인 방법입니다.

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• 실내 쾌적성 유지 및 공기질 관리:
• 실내에서 발생한 열, 습기, 오염 물질 (CO2, VOCs 등)을 효과적으로 배출하기 위해서는 적절한 환기가 필수적입니다. 환기 송풍기는 실내 오염된 공기를 배출하고, 동시에 외부 신선한 공기 (외기, Outside Air)를 도입하는 역할을 보조합니다.
• 적절한 환기량은 실내 공기질을 쾌적하게 유지하고, 거주자의 건강과 생산성을 향상시키는 데 중요한 요소입니다. 환기 송풍기는 쾌적한 실내 환경 조성에 기여합니다.
• 일부 시스템에서는 환기를 이용하여 실내 압력을 조절하는 역할도 수행합니다. (예: 정압 유지, 부압 유지)

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• 공기량 제어 및 시스템 안정성 확보:
• 급기 송풍기와 환기 송풍기를 함께 사용하면, 급기량과 환기량의 균형을 맞춰 시스템 전체의 공기 흐름을 안정적으로 제어할 수 있습니다.
• 급기 송풍기만 사용하는 시스템에서는 실내 압력이 과도하게 상승하거나, 반대로 너무 낮아지는 문제가 발생할 수 있습니다. 환기 송풍기는 이러한 불균형을 해소하고, 시스템 안정성을 확보하는 데 기여합니다.
• 특히 정풍량(CAV) 시스템이나 가변풍량(VAV) 시스템에서 환기 송풍기는 더욱 중요한 역할을 수행합니다.

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• 외기 도입량 조절 및 냉방 부하 감소:
• 환기 송풍기를 사용하면, 필요 환기량만큼만 외기를 도입하고 나머지는 환기로 충당하여 외기 부하를 최소화할 수 있습니다.
• 특히 하절기나 동절기에 외기 부하는 냉난방 에너지 소비에 큰 영향을 미칩니다. 환기 송풍기를 이용한 환기 시스템은 외기 부하를 줄여 에너지 효율을 높이는 데 효과적입니다.

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요약: 환기 송풍기는 에너지 절약, 쾌적한 실내 공기질 유지, 시스템 안정성 확보, 외기 부하 감소 등 다양한 이점을 제공하며, 현대 공조 시스템에서 필수적인 구성 요소입니다.

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2) 적용 송풍기 종류와 특성 (적용 송풍기 종류 및 특성)

공기조화기 환기 송풍기에는 다양한 종류의 송풍기가 적용될 수 있으며, 시스템의 요구 조건, 풍량, 정압, 효율, 소음 수준 등을 고려하여 적절한 송풍기를 선택해야 합니다. 일반적으로 환기 송풍기에 많이 사용되는 송풍기 종류와 특성은 다음과 같습니다.

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(1) 터보형 송풍기 (원심형 송풍기, Centrifugal Fan)

터보형 송풍기는 회전하는 임펠러를 이용하여 공기에 원심력을 가하여 풍량을 발생시키는 송풍기입니다. 다양한 형태로 제작이 가능하며, AHU 환기 송풍기에 가장 널리 사용되는 방식입니다.

• 다익형 송풍기 (Forward Curved Fan, FC Fan)
• 특징: 임펠러 날개가 회전 방향으로 굽어 있는 형태입니다. 동일 풍량에서 회전 속도가 느리고, 제작 단가가 저렴하며, 설치 공간이 작다는 장점이 있습니다.
• 장점:
• 저렴한 제작비: 초기 투자 비용이 상대적으로 저렴합니다.
• 소형화 가능: 콤팩트한 설계가 가능하여 공간 활용도가 높습니다.
• 저속 운전: 낮은 회전 속도에서 작동하여 진동 및 소음이 비교적 적습니다.
• 단점:
• 낮은 효율: 다른 터보형 송풍기에 비해 효율이 낮은 편입니다. 에너지 소비량이 많아질 수 있습니다.
• 압력 불안정성: 풍량 변화에 따른 압력 변화가 커서 시스템 저항 변화에 민감하게 반응할 수 있습니다.
• 먼지 부착: 날개 형태 특성상 먼지가 날개에 쉽게 부착되어 성능 저하 및 유지보수 빈도가 높아질 수 있습니다.
• 적용 분야: 낮은 정압, 중간 풍량 범위의 환기 시스템, 일반적인 덕트 시스템, 소규모 AHU 등에 주로 사용됩니다.

 

• 후향익형 송풍기 (Backward Curved Fan, BC Fan)
• 특징: 임펠러 날개가 회전 방향 반대로 굽어 있는 형태입니다. 다익형 송풍기보다 효율이 높고, 압력 특성이 안정적이며, 고속 운전에 적합합니다.
• 장점:
• 높은 효율: 에너지 효율이 우수하여 운전 비용 절감에 효과적입니다.
• 안정적인 압력 특성: 풍량 변화에 따른 압력 변화가 완만하여 시스템 저항 변화에 덜 민감합니다. 풍량 제어가 용이합니다.
• 자정 작용 (Self-cleaning): 날개 형태가 먼지 부착을 줄여 유지보수 빈도를 낮춰줍니다.
• 단점:
• 높은 제작비: 초기 투자 비용이 다익형 송풍기보다 높습니다.
• 대형화 경향: 동일 풍량을 위해 다익형보다 크기가 커질 수 있습니다.
• 고속 운전: 상대적으로 높은 회전 속도로 운전되어 소음 발생 가능성이 다익형보다 높을 수 있습니다. (적절한 방진 및 소음 대책 필요)
• 적용 분야: 중간 ~ 높은 정압, 중간 ~ 대풍량 범위의 환기 시스템, 정풍량(CAV) 시스템, 가변풍량(VAV) 시스템, 중대형 AHU, 고효율 시스템 등에 널리 사용됩니다.

 

• 에어포일형 송풍기 (Airfoil Fan, AF Fan)
• 특징: 후향익형 송풍기의 날개 단면을 항공기 날개와 유사한 에어포일 형태로 제작하여 공기역학적 성능을 극대화한 형태입니다. 후향익형 송풍기보다 더욱 높은 효율과 낮은 소음을 제공합니다.
• 장점:
• 최고 수준의 효율: 터보형 송풍기 중 가장 높은 효율을 자랑하며, 에너지 절감 효과가 극대화됩니다.
• 저소음 운전: 공기 흐름이 부드럽고 난류 발생이 적어 소음이 매우 낮습니다. 정숙한 환경이 요구되는 곳에 적합합니다.
• 안정적인 성능: 넓은 운전 범위에서 안정적인 성능을 유지하며, 풍량 및 압력 제어성이 뛰어납니다.
• 단점:
• 가장 높은 제작비: 초기 투자 비용이 가장 높습니다.
• 정밀 제작: 정밀한 제작 기술이 요구되어 유지보수 시 전문성이 필요할 수 있습니다.
• 적용 분야: 높은 효율과 저소음이 중요한 대형 빌딩, 데이터 센터, 클린룸, 병원, 연구 시설 등의 고급 공조 시스템, 가변풍량(VAV) 시스템, 에너지 절약형 시스템에 최적화되어 사용됩니다.

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(2) 축류형 송풍기 (Axial Fan)

축류형 송풍기는 프로펠러 형태의 임펠러를 회전시켜 공기를 축 방향으로 밀어내는 방식입니다. 높은 풍량을 필요로 하지만, 정압이 낮은 시스템에 적합합니다.

• 특징: 축 방향으로 공기를 이동시키는 구조로, 덕트 저항이 낮은 시스템에 효율적입니다. 설치 공간이 작고, 가격이 저렴하다는 장점이 있습니다.
• 장점: * 높은 풍량: 동일 크기 대비 풍량이 풍부합니다. * 소형 경량: 설치 공간을 적게 차지하고, 설치 및 유지보수가 용이합니다. * 저렴한 가격: 초기 투자 비용이 저렴합니다.
• 단점: * 낮은 정압: 높은 압력을 필요로 하는 시스템에는 적용이 어렵습니다. 덕트 저항이 큰 시스템에는 부적합합니다. * 효율 낮은 편: 터보형 송풍기에 비해 효율이 낮은 경향이 있습니다. 특히 정압이 높아질수록 효율이 급격히 감소합니다. * 소음 문제: 고속 회전 시 소음이 발생할 수 있습니다.
• 적용 분야: 낮은 정압, 대풍량 환기 시스템, 옥상 배기 팬, 일반 환기 팬, 덕트 길이가 짧은 시스템 등에 제한적으로 사용됩니다. AHU 환기 송풍기로는 효율 및 정압 특성 때문에 적용 빈도가 낮은 편입니다. 하지만, 덕트 저항이 매우 낮은 대공간 환기 시스템이나, 보조 환기 팬 용도로는 고려될 수 있습니다.

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(3) 사류형 송풍기 (Mixed Flow Fan)

사류형 송풍기는 터보형 송풍기와 축류형 송풍기의 장점을 결합한 형태입니다. 원심력과 축 방향 흐름을 동시에 이용하여 중간 정도의 정압과 풍량을 효율적으로 제공합니다.

• 특징: 임펠러 형상이 터보형과 축류형의 중간 형태로, 원심력과 축 방향 추진력을 모두 활용합니다. 후향익형 송풍기보다 콤팩트하고, 축류형 송풍기보다 정압 특성이 우수합니다.
• 장점: * 중간 수준의 효율: 다익형보다는 높고, 에어포일형보다는 낮은 중간 정도의 효율을 제공합니다. * 중간 정압 및 풍량: 축류형보다는 높은 정압, 터보형보다는 높은 풍량을 제공하여 다양한 시스템에 적용 가능합니다. * 콤팩트한 크기: 터보형 송풍기보다 콤팩트하게 제작이 가능합니다.
• 단점: * 효율 및 성능: 특정 성능 (효율, 정압, 풍량) 면에서는 터보형 또는 축류형 송풍기보다 다소 떨어질 수 있습니다. * 가격: 다익형 송풍기보다는 비싸고, 에어포일형보다는 저렴한 중간 가격대입니다.
• 적용 분야: 중간 정압 및 풍량 범위의 환기 시스템, 덕트 저항이 중간 정도인 시스템, AHU 내부 공간 제약이 있는 경우, 일정 수준 이상의 효율과 콤팩트함을 동시에 요구하는 시스템 등에 적용됩니다.

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송풍기 종류별 특성 비교 (환기 송풍기 적용 관점)

특징	다익형 (FC)	후향익형 (BC)	에어포일형 (AF)	축류형	사류형
효율	낮음	중간	높음	매우 낮음	중간
정압	낮음	중간	높음	매우 낮음	중간
풍량	중간	중간	중간	높음	중간
소음	낮음	중간	매우 낮음	높음	중간
가격	저렴	중간	높음	매우 저렴	중간
크기	소형	중간	중간	소형	콤팩트
유지보수	보통	용이	보통	용이	보통
주요 적용	소형 AHU, 일반 덕트	중대형 AHU, VAV, CAV	고급 공조, VAV, 에너지 절약	낮은 정압, 대풍량	중간 시스템

환기 송풍기 선정 시 고려사항:

• 시스템 요구 풍량 및 정압: 환기 시스템 설계 시 필요한 풍량과 덕트 저항 등을 고려하여 송풍기의 풍량-정압 성능을 결정합니다.
• 에너지 효율: 운전 비용 절감을 위해 고효율 송풍기 (후향익형, 에어포일형)를 우선적으로 고려하는 것이 좋습니다.
• 소음: 거주 공간의 쾌적성을 위해 저소음 송풍기 (에어포일형, 다익형) 또는 방진, 소음 저감 대책을 고려해야 합니다.
• 유지보수 편의성: 장기간 안정적인 운전을 위해 유지보수가 용이한 송풍기를 선택하고, 정기적인 점검 및 관리를 계획해야 합니다.
• 비용: 초기 투자 비용과 장기적인 운전 비용을 종합적으로 고려하여 경제적인 송풍기를 선정해야 합니다.

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결론적으로, 환기 송풍기는 공기조화 시스템의 효율적인 운전과 쾌적한 실내 환경 조성에 필수적인 요소입니다. 환기 송풍기 종류별 특성을 이해하고, 시스템 요구 조건 및 다양한 요소를 종합적으로 고려하여 최적의 송풍기를 선정하는 것이 중요합니다.