[건축기계설비기술사 제140회 2교시 2번]

2교시 2번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분

에너지절약을 위하여 공조기(송풍기)를 회전수(인버터) 제어할 경우 주파수(f)를 60 Hz에서 48 Hz로 변경할 경우 회전수(N) 변화에 따른 풍량(Q), 정압(P), 동력(L)의 변화율(%)을 산출하시오.

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답안 구조

  1. 개요
  2. 유도전동기의 주파수와 회전수 관계
  3. 송풍기의 상사법칙
  4. 풍량, 정압, 동력의 변화율(%) 산출
  5. 인버터 제어 시 에너지 절감 효과
  6. 결론

용어 정의

송풍기의 상사법칙 (Affinity Laws)
동일한 기하학적 형상을 가진 송풍기의 회전수나 임펠러 직경이 변화할 때, 풍량, 정압, 축동력의 변화 관계를 정의한 법칙
인버터 제어 (Inverter Control)
교류 전동기에 공급되는 전원의 주파수와 전압을 변환하여 전동기의 회전속도를 연속적으로 제어하는 에너지 절약 기법

핵심 내용

  • 주파수 변화에 따른 전동기 회전수 비례 관계 적용
  • 송풍기 상사법칙을 이용한 변수별 비율 관계식 구성
  • 회전수 비의 1승, 2승, 3승에 비례하는 각 요소의 변화율 도출
  • 동력의 세제곱 비례 특성을 활용한 에너지 절감 극대화 효과 서술

공식: N=120fp(1−s)N = \frac{120f}{p}(1-s), N2N1=f2f1\frac{N_2}{N_1} = \frac{f_2}{f_1}, Q2Q1=N2N1\frac{Q_2}{Q_1} = \frac{N_2}{N_1}, P2P1=(N2N1)2\frac{P_2}{P_1} = \left( \frac{N_2}{N_1} \right)^2, L2L1=(N2N1)3\frac{L_2}{L_1} = \left( \frac{N_2}{N_1} \right)^3, R(%)=(X2X1)×100R(\%) = \left( \frac{X_2}{X_1} \right) \times 100

풀이 순서: 문제에 주어진 주파수 60 Hz와 48 Hz를 바탕으로 주파수 변화비 도출 → 주파수와 회전수의 비례 관계식을 통해 회전수 변화비(N2/N1) 산정 → 산정된 회전수 비를 상사법칙의 풍량 관계식에 대입하여 풍량 변화율(%) 계산 → 회전수 비의 제곱을 정압 관계식에 대입하여 정압 변화율(%) 계산 → 회전수 비의 세제곱을 동력 관계식에 대입하여 동력 변화율(%) 계산 → 각각 도출된 풍량, 정압, 동력의 변화율 수치를 종합 정리하고 실무적 기대효과 서술

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출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)

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