송풍기 풍량제어 방법

왜 배우는가: 송풍기 풍량제어는 공조설비의 실내 환기량과 정압을 맞추면서 팬 동력을 줄이는 핵심 수단이므로 실무에서 자주 다룬다. 기술사 시험에서도 제어방법의 원리와 장단점 비교가 여러 교시에 걸쳐 반복해 출제된다.

출제 이력: 제139회 3교시 4번, 제134회 2교시 2번, 제92회 2교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

송풍기 풍량제어는 송풍기의 회전수, 날개 상태 또는 계통 저항을 바꾸어 요구 풍량을 얻는 운전 방법이다.

• 풍량제어
• 운전점
• 계통저항곡선
• 송풍기 성능곡선
• 상사법칙
• 축동력
• 회전수 제어
• 토출댐퍼 제어

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 방 안에 필요한 공기량만큼만 팬이 공기를 밀어 넣도록 조절하는 일이다. 바람이 너무 많으면 팬이 쓸데없이 힘을 쓰고, 너무 적으면 실내 환기나 공정 조건이 맞지 않는다.

정식으로는 송풍기 성능곡선(풍량-정압 곡선)과 계통저항곡선이 만나는 운전점을 원하는 풍량 쪽으로 옮기는 조작을 말한다. 계통저항곡선은 덕트와 필터, 댐퍼 등에서 생기는 압력손실이 풍량의 제곱에 비례해 만든 곡선이다. 운전점은 두 곡선의 교점이다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 운전점: 송풍기 성능곡선과 계통저항곡선이 만나는 점. 실제로 흐르는 풍량과 압력이 정해지는 점이다.
• 계통저항곡선: 덕트·필터·코일 등 계통 전체의 압력손실을 풍량에 따라 나타낸 곡선이다.

풍량제어의 방법은 두 가지로 나눌 수 있다. 하나는 계통저항을 바꾸는 방법(댐퍼 제어)이고, 다른 하나는 송풍기 성능곡선 자체를 옮기는 방법(회전수 제어, 날개각 제어, 흡입베인 제어)이다. 어느 쪽이든 최종 목적은 풍량을 맞추면서 축동력을 낮게 유지하는 것이다.

토출측 댐퍼를 조이면 계통저항곡선이 위로 올라가 운전점이 풍량이 적은 쪽으로 이동한다. 이때 송풍기는 이전과 같은 회전수로 돌기 때문에 동력은 크게 줄지 않고 압력은 댐퍼에서 손실된다. 반대로 회전수를 낮추면 성능곡선 자체가 아래로 이동하여 같은 계통에서 적은 풍량을 얻는다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 공조설비는 대부분 정풍량 방식으로 설계되어 운전 중 풍량이 거의 바뀌지 않았다. 건물 부하는 시간대와 재실 인원에 따라 크게 변하므로, 항상 최대 풍량으로 운전하면 에너지가 낭비된다. 이 때문에 부하에 맞춰 풍량을 줄이는 가변풍량 방식이 확산되었다.

인버터 기술이 발전하면서 회전수 제어가 널리 쓰이게 되었다. 송풍기의 상사법칙에 따르면 풍량은 회전수에 비례하고, 압력은 회전수의 제곱에, 동력은 회전수의 세제곱에 비례한다. 따라서 회전수를 조금만 낮추어도 동력이 크게 줄어든다. 이 원리가 풍량제어 방법을 선택하는 기준이 되었다.

또한 설계풍량과 측정풍량이 맞지 않는 경우에도 풍량제어가 필요하다. 덕트 시공 오차, 필터 막힘, 댐퍼 개도 차이는 실제 계통저항을 설계값과 다르게 만든다. 이때 운전점을 다시 맞추는 조치가 필요하며, 이것이 시운전과 유지관리에서 풍량 조정이 중요한 이유다.