송풍기 사양의 전압 및 정압 사용

송풍기 사양을 결정할 때는 일반적으로 정압(Pₛ)을 기준으로 선정하지만, 시스템 전체의 에너지 효율과 동력(BkW)을 산정할 때는 전압(Pₜ)을 사용한다. 현장 설계와 제조사 카탈로그에서 두 압력을 사용하는 목적이 다르므로 이를 구분하여 이해해야 한다.

 

 

 

송풍기 사양의 전압 및 정압 사용

정압(Pₛ, Static Pressure)을 사용하는 경우

대부분의 송풍기 선정(Selection) 시 공조 설계자나 공정 설계자는 정압을 기본 사양으로 제시한다.

• 주된 목적: 계통 내 저항 극복.
• 이유: 송풍기가 연결된 덕트(Duct), 필터, 열교환기, 댐퍼 등에서 발생하는 모든 압력 손실(Pressure Drop)은 정압 손실이다. 송풍기는 이 저항을 뚫고 정해진 풍량(Q)을 밀어낼 수 있는 정압 능력을 갖춰야 한다.
• 현장 관점: "우리 공장의 덕트 저항이 150 mmAq이므로, 이를 이겨낼 수 있는 정압 150 mmAq 이상의 송풍기가 필요하다"고 판단한다.

 

 

전압(Pₜ, Total Pressure)을 사용하는 경우

송풍기 제조사가 기기의 성능(Performance)을 시험하거나, 전기 설계자가 소비 전력을 계산할 때는 전압을 기준으로 한다.

• 주된 목적: 에너지 효율 및 동력 산정.
• 이유: 송풍기가 유체에 전달한 실제 총 에너지는 정압과 동압(Pₓ)의 합인 전압이기 때문이다.
• 효율 계산: 송풍기의 전압 효율(ηₜ)은 정압 효율(ηₛ)보다 항상 높게 나타나며, 기계적인 성능을 더 정확히 대변한다.
• 동력 산정: 축동력 BkW를 계산할 때 공식에 들어가는 압력은 원칙적으로 전압 Pₜ이다.

 

 

정압(Pₛ, Static Pressure) vs. 전압(Pₜ, Total Pressure)

송풍기 사양서 작성 시 두 압력의 적용 차이를 정리한다.

항목	정압 (Static Pressure, Pₛ)	전압 (Total Pressure, Pₜ)
주요 용도	덕트 시스템 저항 계산 및 송풍기 선정	송풍기 자체 효율 및 축동력(BkW) 계산
물리적 의미	배관 벽면을 밀어내는 힘 (저항 극복)	유체가 가진 총 에너지 (정압 + 동압)
설계 기준	ΔP_system (시스템 총 압력 손실)	Pₛ + (ρₐ * v² / 2)
비고	카탈로그 상 주 표기 사양	정압에 토출 속도 압력을 더한 값

 

• 사용자(구매자) 입장: 배관 및 공정 저항을 이겨내야 하므로 정압(Pₛ) 사양을 기준으로 송풍기를 발주한다.
• 설계자(제조사) 입장: 송풍기가 내뿜는 속도 에너지(동압)까지 포함한 **전압(Pₜ)**을 기준으로 기계적 효율을 관리하고 모터 용량(BkW)을 확정한다.

 

 

전압 (Total Pressure, Pₜ)과 효율 (Efficiency)

송풍기의 축동력(BkW)은 전압 효율(ηₜ) 또는 정압 효율(ηₛ)과 직결된다.

BkW = (Q * Pₜ) / (6120 * ηₜ) --- (단위: m³/min, mmAq 기준)

• 에너지 보존: 송풍기 사양에 정압만 기재되어 있더라도, 전동기 용량(BkW)을 산정할 때는 실제 유체가 얻은 전체 에너지인 전압을 고려해야 한다.
• 설계 시 유의점: 토출측 단면적이 급격히 변하여 속도가 줄어들면, 베르누이 원리에 의해 동압의 일부가 정압으로 회복(Static Regain)되기도 한다. 따라서 시스템 전체의 에너지 수지를 맞출 때는 반드시 전압 관점에서 접근한다.

 

 

송풍기의 전압 효율(ηₜ)과 정압 효율(ηₛ)

1. 전압 효율(ηₜ)과 정압 효율(ηₛ)의 관계

결론부터 말하면 전압 효율은 항상 정압 효율보다 크다 (ηₜ > ηₛ).

송풍기가 유체에 전달한 총 에너지는 전압(Pₜ)이지만, 사용자가 유효하게 시스템 저항을 이기는 데 사용했다고 간주하는 에너지는 정압(Pₛ)뿐이기 때문이다.

• 전압 효율 (Total Efficiency, ηₜ): 송풍기가 유체에 부여한 모든 에너지(정압 + 동압)를 기준으로 한 효율이다.
• ηₜ = (Q * Pₜ) / (6120 * BkW)
• 정압 효율 (Static Efficiency, ηₛ): 유동 속도에 의한 에너지(동압)를 버려지는 손실로 간주하고, 오직 정압 에너지만을 유효 출력으로 본 효율이다.
• ηₛ = (Q * Pₛ) / (6120 * BkW)
• 따라서 두 효율의 관계는 다음과 같이 정의한다. ηₛ = ηₜ * (Pₛ / Pₜ)

 

 

2. 효율의 결정 요인 (Determinants of Efficiency)

송풍기의 효율은 설계 단계의 기하학적 형상과 운전 상태에 의해 결정된다.

2.1 임펠러(Impeller) 형상

• 익형(Airfoil): 날개가 비행기 날개 모양으로 설계되어 박리(Separation)가 적고 효율이 가장 높다 (약 80~90%).
• 후곡형(Backward Curved): 효율이 높고 과부하 방지 특성이 있다.
• 전곡형(Forward Curved): 소형으로 큰 풍량을 내지만 효율은 상대적으로 낮다 (약 60~70%).

 

<그림 1> 송풍기 임펠러의 종류 및 특성 비교

 

2.2 하우징 및 간극(Clearance) 설계

• 임펠러와 하우징 사이의 틈새로 유체가 역류(Leakage)하면 효율이 급격히 저하된다. 또한, 토출구에서의 급격한 확산은 와류를 형성하여 동압을 정압으로 회복시키지 못하고 손실시킨다.

2.3 비속도(Specific Speed, Nₛ)

• 송풍기의 회전수, 풍량, 압력 간의 관계를 나타내는 무차원 수인 비속도에 따라 최적의 효율을 낼 수 있는 송풍기 타입이 결정된다.

 

 

3. 실무에서의 효율 결정 방식 (How to determine)

실제 현장이나 설계 단계에서는 다음과 같은 방법으로 효율을 확정한다.

3.1 성능 시험 (Performance Testing)

제조사는 AMCA(Air Movement and Control Association) 표준 등에 따라 시험 장치에서 풍량별 압력과 축동력을 측정한다.

1. 특정 풍량(Q)에서 전압(Pₜ)과 정압(Pₛ)을 측정한다.
2. 이때 소비된 축동력(BkW)을 측정한다.
3. 위 공식을 역산하여 ηₜ와 ηₛ를 산출하고 성능 곡선에 표기한다.

3.2 운전점(Operating Point) 선정

송풍기는 모든 구간에서 동일한 효율을 내지 않는다. 시스템 저항 곡선과 송풍기 성능 곡선이 만나는 운전점에서의 효율을 확인해야 한다. 보통 최고 효율점(Best Efficiency Point, BEP) 근처에서 운전되도록 송풍기 크기와 RPM을 결정한다.