송풍기 이상현상·풍량조절

왜 배우는가: 송풍기 서징·오버로드·스톨 같은 이상현상은 설계 풍량과 실제 운전점이 어긋날 때 소음·진동·효율 저하로 바로 드러나는 현장 문제라 실무 점검에서 자주 다룬다. 기술사 시험에서도 맥동현상의 원인과 대책, 풍량조절법과 묶여 여러 교시에 걸쳐 반복 출제된다.

출제 이력: 제131회 1교시 7번, 제122회 4교시 1번, 제95회 2교시 1번, 제91회 4교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

송풍기 서징(Surging)은 풍량이 줄어 운전점이 특성곡선의 불안정 영역에 들면 압력과 풍량이 주기적으로 흔들리는 맥동현상이다.

핵심 키워드

• 서징(Surging)
• 맥동현상
• 특성곡선
• 정압·전압
• 실속(Stall)
• 오버로드(Overload)
• 풍량조절 댐퍼
• 운전점

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 송풍기가 "한숨을 쉬듯" 풍량과 압력이 번갈아 오르내리는 현상이다. 송풍기 입구와 출구의 압력계 바늘이 흔들리고 송출 유량도 같이 변한다. 배관 쪽 저항은 그대로인데 송풍기가 그 저항을 이겨 낼 만큼 압력을 만들지 못하면 공기가 역류하고 다시 밀려 나오기를 반복한다.

정식 정의는 다음과 같다. 송풍기 특성곡선에서 정압곡선이 풍량 증가에 따라 오르는 구간이 아니라 좌하향으로 꺾이는 불안정 구간에서 운전할 때, 송출압력과 송출유량 사이에 주기적인 변동이 생기는 현상을 서징이라 한다. 송풍기 특성곡선은 횡축에 풍량, 종축에 정압(Ps)·전압(Pr)·효율·축동력을 두고 일정 회전수에서 그린 선도다.

핵심 용어는 다음과 같다.

서징(Surging) 은 풍량이 한계 이하로 떨어질 때 정압이 급격히 떨어지며 흐름이 역전되는 주기적 불안정 현상이다. 공기가 송풍기 쪽으로 되돌아오면서 압력이 회복되면 다시 토출되는 과정이 반복된다.

오버로드(Overload) 는 풍량이 과대해져 축동력이 급증하고 압력과 효율이 떨어지는 영역을 말한다. 서징과 반대쪽 극단에서 나타난다.

실속(Stall) 은 날개 깃의 받음각이 한계를 넘어 흐름이 날개면에서 떨어져 나가는 현상이다. 회전실속(Rotating stall)은 실속 셀이 날개열을 따라 회전하며 전파되는 형태다.

3. 등장 배경과 필요성

송풍기는 덕트와 여과기, 코일 같은 저항을 이겨 내고 필요한 풍량을 확보하는 기기다. 공조설비는 부하 변동에 맞춰 풍량을 줄이는 경우가 많다. 댐퍼를 닫거나 인버터로 회전수를 낮추면 운전점이 특성곡선의 좌측으로 이동한다. 이때 운전점이 불안정 영역에 들어가면 서징이 발생한다.

또 건물에서는 필터가 막히거나 덕트가 변경되면 시스템 저항이 바뀐다. 설계 시 가정한 저항과 실제 저항이 달라지면 송풍기가 예상과 다른 구간에서 돌게 된다. 그래서 서징과 오버로드는 설계 단계의 운전점 검토와 운전 단계의 풍량 관리가 함께 필요한 문제다.

서징은 소음과 진동을 키우고 베어링과 축, 모터에 피로를 준다. 풍량이 주기적으로 흔들리면 실내 온습도 제어도 불안정해진다. 그래서 설계 풍량 확보와 함께 서징 방지 대책을 세우는 것이 필요하다.

관련 법·기준 측면에서 제연 댐퍼 성능시험은 풍량 변화에 따른 누설량과 차압 유지를 본다. 예를 들어 댐퍼의 작동차압범위는 12.5Pa 이상 60Pa 이하 로 정의된다. 송풍기 자체의 서징 방지는 이 기준이 아니라 설계 특성곡선 검토의 문제다.