팬(Fan)은 HVAC 시스템에서 공기 흐름을 조절하는 중요한 장치다. 팬의 성능은 시스템의 효율성과 직결되며, 적절한 팬의 선택과 운용은 에너지 절감에 큰 영향을 미친다. ASHRAE Handbook - HVAC Systems and Equipment에서는 팬의 성능을 계산하고 예측하는 데 사용되는 중요한 원칙으로 팬 법칙(Fan Laws)을 제시하고 있다. 이번 글에서는 팬 법칙의 기본 개념과 이를 활용하는 방법에 대해 살펴보겠다.
팬 법칙이란?
팬 법칙은 동일한 계열의 팬(동적으로 유사한 팬)에 대해 성능 변수를 상호 연관시키는 법칙이다. 팬의 크기(D), 회전 속도(N), 공기 밀도(ρ), 유량(Q), 압력(P), 전력(W), 그리고 기계 효율(η) 등의 변수들이 서로 어떻게 영향을 주고받는지를 규명한다. 이 법칙들은 팬의 크기, 속도, 밀도가 변화할 때 공기 흐름량, 압력, 전력 소비량이 어떻게 변하는지를 예측하는 데 사용된다.
팬 법칙의 구성 요소
ASHRAE 핸드북에 따르면, 팬 법칙은 크게 세 가지로 나뉜다.
- 팬 법칙 1 – 크기, 속도, 밀도 변화에 따른 영향
- 팬 법칙 2 – 압력 및 밀도 변화에 따른 영향
- 팬 법칙 3 – 유량 및 밀도 변화에 따른 영향
팬 법칙의 실제 적용
팬 법칙은 동일한 계열의 팬에서 성능을 예측하는 데 매우 유용하다. 예를 들어, 기존 팬의 회전 속도를 600 RPM에서 650 RPM으로 증가시킨다고 가정해보자. 이 경우 팬 법칙을 적용하여 새로운 유량, 압력 및 전력을 계산할 수 있다. ASHRAE 핸드북의 예시에서는 다음과 같은 계산을 보여준다.
- 점 D에서
- E에서
주의 사항
팬 법칙은 모든 흐름 조건이 유사할 때만 적용된다. 팬의 속도를 변경할 경우 흐름 조건이 달라질 수 있으므로, 법칙이 유효하게 적용되지 않을 수도 있다. 특히 공기 밀도가 변화하거나 팬의 표면 상태가 달라지는 경우에는 신중하게 검토해야 한다.
참고문헌
- ASHRAE Handbook - HVAC Systems and Equipment (SI Edition), 2012
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