덕트히터 및 유니트에어히터의 FAN설계기준

 

A. FAN의 용어 및 단위  

 

1. 풍량[ Q]:

       FAN의 풍량이란 토출측에서 요구되는 경우라도 흡입상태(표준상태)로 환산하는 것을
      말합니다.
      이것은 풍량이 압력, 온도에 따라 변화가 심해 어떤 일정한 기준으로 되지 않기 때문 입
      니다.
      단, 압력비가 1.03이하일 경우에는 토출풍량을 흡입풍량으로 봐도 지장이 없습니다.

      단위는 ㎥ /sec (CMS) , ㎥ /min (CMM) , ㎥ /Hr(CMH) , ft³/sec(CFS) , ft³/min (CFM) , ft³/Hr
      (CFH), ( 1 ㎥ /min = 3.53 ft³/min )

      단, 기준상태 ( 0℃,760mmHg )로 표시된 경우에 표준상태 ( 20℃,760 mmHg, 65% 습도)
      로 환산하는 식은 다음과 같습니다.


                         273 + t           10332
    Q  =  QN  X  -------  X  -----------
                          273         10332 + P1

 Q : 표준상태의 흡입풍량 ( ㎥ /min )
 QN : 기준상태의 흡입풍량 ( N ㎥ /min )
 t : 흡입 Gas 온도( ℃ )
 P₁: 흡입풍량( mmAq )

 

2. 정압 [Ps=Static Pressure]

      기체의 흐름과 평행인 물체 표면에 기체가 수직으로 미는 압력이고 그 표면의 수직 Hole
      을 통해 측정합니다.

 

3. 동압 [Pd=Dymamic Pressure = Velocity Pressure]

     속도에너지를 압력에너지로 환산한 값으로서 FAN의 동압은 50mmAq (약 30m/s)를 넘지
     않는 것이 바람직함니다. 전압은 정압과 동압의 절대압의 합입니다.
 

V : Velocity(m/s)
r : Specific weight (kg/㎥)
g : Acc Velocity (m/s²)

 

4. 전압 [Pt=Total Pressure]

    전압은 정압과 동압의 절대압의 합입니다. 즉 Pt = Ps + Pt

   단위는 mmAq(Aqure), mmWG, mmH₂O,mAq,kg/cm², kg/m², Pa,Kapa(1Pa=9.8mmAq)
   1kg/cm²=10,000times(mmAq, kg/m²,mmH₂O)
   1mmAq = 1 kg/m²
   10mAq = 1  kg/cm² 

 

5. 수두(Head) :

      FAN의 흡입구와 배출구 사이의 압축과정에서 임페라에 의하여 단위 중량당 기체에 하여
     지는 가역적 일당량(kg.m/kg)를 말하며 기체의 기둥의 높이로 나타내고 이것을 수두(H)m
     라고 부릅니다.

   * 압력비 1.03(310mmAq) 이하일 때는 이론수두식, 이상일 때는 단열 수두식을 적용합니다.

H: Head (m)
Pt: 전압(kg/m²)
r :비중량 (kg/m³)
k :비열비 ( 공기=1.4)
P1 : 흡입 절대압력( kg/m²)
P2 : 토출 절대압력  ( kg/m²)

 

6. 비속도 혹은 비교회전도 : [Ns]

      FAN의 기하학적으로 닮은 송풍기를 생각해서 풍량 1 ㎥ /min , 풍압을 Head 1m 생기게 한
     경우의 가상회전속도이고 송풍기의 크기에 관계없이 송풍기의 형식에 의해 변하는 값입니
     다.

N : 송풍기의 회전속도 (R.P.M)
Q : 풍량 (㎥ /min or ㎥ /sec)
H: Head( m )

 

7. 공기의 성질

     흡입상태의 공기비중량은 다음식으로 나타냅니다.

: 관계습도nbs(%)
Ps : 포화수증기 압력
P1 : 흡입압력 (mmAq)
t℃ : 흡입온도

 

8.  효율

       Fan의 효율은 전압효율, 정압효율로 구분하며 특별한 규정이 없는 한 전압효율을 말합니다.
       현재 국내 Fan Maker의 대부분은 전압 및 정압효율을 구분하여 사용하지 않고 있습니다.
       Fan의 효율은 형식별로 보면 (Maker에 따라 차이가 있습니다.)

기       종

효        율

TURBO BLOWER

40 - 70 %

TURBO FAN

60 - 80 %

AIR FOIL FAN

70 - 85 %

SIROCCO FAN

40 - 60 %

AXIAL FLOW FAN

40 - 85 %

ROOF VENTILATOR

40 - 50 %

WALL VENTILATOR

30 - 50 %

PLATE FAN

40 - 70 %

     상기 효율점은 일반적인 FAN의 선정에 적용되며 특별한 경우는 제작업체에 문의하십시오.

 

9. 동력계산

 

공      식

효        율

1) 이론공기동력

Q : 풍량 (  ㎥ /min )
Pt : 전압 (  mmAq )

2) 축동력 (Black Horse Power)

η: 송풍기 효율

3) 실제사용동력

Lk = Lb ×x x : MOTOR 안전율

- 25HP 이하 20%
- 25 ∼60HP 이하 15%
- 60HP 이상 10%


  

B. FAN의 설계기준


1)  FAN의 법칙 ---- FAN의 운전조건이나 치수가 달라졌을 때 FAN의 성능을 예측할 수 있다.

 

변  수

정  수

공  식

계 산 예

 비중량
  r1→r2
 1.293 →1.20kg

 회전 속도
 FAN의 크기

  Q2 = Q1

 Q2 = 120cm, Q1=120cm

  P2 = P1 (r2/r1)

 P2 = 20 × (1.20/1.293) = 18.56mmAq

  L2 = L1 (r2/r1)

 L2 = 1.5 × (1.20/1.293) = 1.39kw

 회전속도
 N1→N2
 470 →570r.p.m

 FAN의 크기 비중량

  Q2 = q1 (N2/N1)

 Q2 = 120 × (570/470) = 145cm

  P2 = P1 (N2/N1)²

 P2 = 20 × (570/470)2 = 29.4mmAq

  L2 = L1 (N2/N1)³

 L2 = 1.5 ×(570/470)3 = 2.7kw

 FAN의 크기
 D1→D2
 530→600

 회전속도
 비중량

  Q2 = Q1 (D2/D1)³

 Q2 = 120 ×(600/530)3 = 174kw

  P2 = P1 (D2/D1)²

 P2 = 20 × (600/530)2 = 25.6mmAq

  L2 = L1 (D2/D1)5

 L2 = 1.5 ×(600/500)5 = 2.78Kw

* 회전수 변화의 범위는 20% 이내이며 이상으로 변경하면 내부의 기류 혼란, 손실 등의 영향에
   의해 비례관계가 무너지게 된다
.

* 압력비가 1.1이상일 경우 압력대신에 헤드를 이용한다.

* 양흡입식은 편흡입식에 비해 압력 및 회전수는 같고 풍량 및 축동력만 약 1.75배 증가한다.

 


2) 가스의 비중량이 다른 경우 ----- 취급가스의 비중량이 시험공기의 비중량과 다른 경우는
     시험결과를 다음식에 의해 환산한다.


P0 = (r0/ r1)P1
L0 = (r0/ r1)L1

P0 : 취급가스의 송풍기 전압 또는 정압

P1 : 시험공기의 송풍기 전압 또는 정압

r0 : 취급기체의 비중량 kg/m3

r1 : 시험공기의 비중량 kg/m3

 

3) 회전수에 따른 성능변화 --- FAN의 규정회전수 N0 이외의 회전수 N1으로 시험한 경우는
    그  결과를 다음식에 의해 환산한다
.
 

Q0 = (n0 / n1)Q1 P0 = (n0 / n1)2P1
L0 = (n0 / n1)3 × L1

Q0, P0, 0   : 규정회전수로 환산 후의 풍량, 압력,축동력

Q1, P1, L1 : 시험시의 회전수에 대한 풍량,압력,축동력

 

예 )어떤 FAN이 규정회전수 1000r.p.m에 대하여 800r.p.m로 운전하고, 풍량 42m3/min, 정압
      20mmAq, 축동력 0.3Kw라고 하는 결과를 얻는다. 규정회전수로 환산하면 각각 어떻게 되는가
.


[풀이]Q0 = (n0 / n1) × Q1  = (1000/800) × 42 = 52.5m3/min&

P0 = (n0 / n1)2 ×P1 = (1000 / 800)2 × 20 = 31.3mmAq

L0 = (n0 / n1)3 × L1 = (1000 / 800)3 × 0.3 = 0.568 kw

 

4) 온도에 따른 성능변화 ---- 취급가스에 온도 t0 가 t1 으로 변한 경우의 성능변화는 다음식
    에  의해 계산한다.

 

     Q1 = Q0 P1 =  ( 273+t0 / 273+t) × P0L1 = ( 273+t0 / 273+t) × L0

    Q0, P0, 0   : 온도 t0에서 풍량, 압력, 축동력

    Q1, P1, 1   : 온도 t1에서 풍량,압력,축동력

    이 TECHNICAL DATA에 기재된 성능곡선은 모두 표준상태(온도 20℃, 절대압력 760mmAq,
    상대온도 65%의 공기)로 표시되어 있다.


   예) 취급가스가 온도 100℃에서, 그때의 압력이 100mmAq, 축동력이 5Kw이다. 이것을 20℃의
        상온으로 운전하면 그때의 성능은.
 

    압력  P0 = (273+100 / 273+20) × 100 = 127.3 mmAq

    축동력  L0 = ( 273+100 / 273+20 ) × 5 = 6.37Kw,    Q0 = Q1 이 된다.

  P0, 0   : 표준상태, P1, 1 : 100℃에서의 정압과 축동력

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