여름철 보조냉방기구로 사용되는 선풍기! 대중에게 잘 알려진 일반적인 선풍기는 스탠드형 선풍기로 가격이 1만 원 대에서 10만 원 대까지 천차만별이다.
선풍기의 가격을 결정하는 큰 요소는 모터와 날개이며, 이 두 요소는 선풍기 바람의 성향과 성능을 결정한다. 부드러운 바람과 강한 바람, 필요한 바람의 성향에 따른 선풍기 선택 방법을 알아보자.
▶ 선풍기 모터의 종류
가전제품에 있어서 출력은 제품의 성능을 판단하는 기본적인 요소이다. 선풍기의 경우 모터를 이용하여 모터에 연결된 FAN의 회전을 만들어 바람을 생성하기 때문에 모터의 성능이 즉 선풍기의 성능이라 말할 수 있다. 선풍기에 사용되는 모터의 종류는 AC모터, DC 모터, BLDC모터 등 총 3가지로 나눠질 수 있다.
①AC모터 - 강풍, 저렴한 가격(가성비)
우리나라에서 콘센트로 공급되는 220V의 경우 AC 전압(교류전압)이며 이러한 AC 전압을 사용하는 모터를 AC모터라고 한다. 유입되는 전압의 최대 점에서 (교류라서 전압이 플러스마이너스를 파장에 형식으로 변화함 따라서 파장의 최고점= 최대토크) 순간 최대 토크를 출력하기 때문에 다른 모터에 비하여 큰 풍량을 만들어 낸다.
또한 모터가 무접점 식으로 작동되어 수명이 길며, 가격이 저렴한 편이다. 그러나 전압이 동력으로 변환되는 과정에서 Stator(고정자)와 Rotor(회전자) 두 부분에서 손실이 생겨 효율이 높지 못하고, 발열이 커지며, 높은 전압과 전력이 사용되기 때문에 속도 제어가 섬세하지 않아 소음이 크고, 풍량 조절이 단순한 편이다. 따라서 세밀한 풍량 선택이 어려워 단계별 바람의 세기의 차이가 커 불편함을 느낄 수 있다.
②DC모터 - 비교적 저렴한 저소음, 저발열
공급되는 교류전압을 직류전압으로 변환시켜 사용하는 모터로, DC 모터의 경우 효율이 떨어지고, 제어가 어려우며, 발열이 크다는 AC모터의 단점을 보완하기 위해서 사용되는 모터인 만큼 AC모터에 비하여 소비전력이 작고, 발열이 적으며, 제어가 비교적 쉬워 세부적인 풍량 조절이 가능하다는 장점이 있다.
그러나 가격이 좀 더 고가이며, 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 과정에서 평균값을 갖게 되어 출력이 작아져 비교적 최고 풍량이 작다. 또한 직류로 변환하는데 브러시가 사용되면서 정류자와의 기계적 마찰이 생겨 수명이 짧다.
③BLDC모터 - 저발열, 저소음, 풍량증가, 세밀한 풍량조절, 초미풍
직류전압을 사용하는 모터 즉, DC 모터이나 직류로 변환시키는 과정에서 브러시가 사용되지 않는 모터로, DC 모터의 단점을 보완한 고급형 DC 모터이다. DC 모터의 장점인 저소음, 저발열, 적은 소비전력을 보다 강화하고 단점인 적은풍량, 짧은 수명을 보완하였으며 풍량의 경우 일반적인 DC 모터의 20~30%가량 더 강한 수준이다.
또한 DC 모터에 비하여 좀 더 세밀한 풍량 조절이 가능하여 초미풍, 수면풍, 자연풍등의 여러 바람모드가 탑재된 경우가 많아 사용의 편리성이 높다.
그러나 가격에 대해서는 비교적 고가이며, 강풍 모드를 주로 사용하는 소비자에게는 그 바람의 풍량이 부족함을 느낄 수도 있다.
▶선풍기의 날개
선풍기의 날개는 모터와 연결되어 모터에서 생성되는 동력을 이용하여 공기의 강제대류를 만들어내는 요소로, 모터의 성능과 복합적으로 작용하여 바람의 세기, 소음, 바람의 거칠기 정도를 결정하는 매우 중요한 부품이다.
날개는 날개의 개수, 크기, 형태에 따라서 방출되는 바람의 성질을 결정하기 때문에 이를 확인해야 하며 일반적으로 날개의 형태는 날개의 개수와 크기, 모터의 성능에 따라서 제품 설계 시 모양과 각도를 조절하기 때문에 소비자가 날개를 판단할 때는 날개의 개수와 크기 두 가지를 고려한다면 충분히 좋은 선택을 할 수 있다.
①날개의 개수
선풍기 날개의 개수는 홀수인 경우가 많은데 이 이유는 모터와의 공진을 피하기 위해서이다. 유체역학적으로 홀수개의 날개를 가진 선풍기의 경우 단일공진주파수가 발생하는 것에 비하여 짝수개의 날개를 가진 선풍기의 경우 공진주파수가 날개 개수의 약수만큼 생기게 되어 모터의 공진주파수와 겹칠 가능성이 보다 커진다. 물론 짝수일 때 공진주파수를 미리 계산하여 제품을 출시하여 공진의 위험성은 적으나 많은 양의 공진주파수를 발산하는 과정에 의하여 홀수개의 날개를 가진 선풍기보다 소음이 더 많이 발생한다. 따라서 짝수개의 날개 선풍기보다는 홀수개의 날개 선풍기를 추천한다.
선풍기 날개의 강도 설계에서 고려되는 점은 마찰력과 원심력이다. 선풍기의 날개의 특성상 날개의 수가 많을수록 공기와 마찰하는 면적이 커지며 이에 따른 마찰력이 커져 강도의 문제가 생기기 때문에 고속회전이 어렵다. (원심력은 질량에 따라 발생하여 날개의 크기에 따라 결정된다) 즉 성능이 좋은 모터를 사용하더라도, 날개의 강도 설계에서 문제점이 생겨 제품을 사용할 수 없다는 것이다.
따라서 날개의 수가 많을수록 날개 각을 완만히 하고, 모터의 출력을 감소시킴으로써 마찰력을 감소시키는 방식으로 조절한다. 이에 의하여 날개의 수가 많을수록 공기량과 유출 속도가 작아 바람을 멀리 보내는 것에 한계가 있다. 그러나 날개에서의 소음은 날개에 작용하는 마찰력에 따라서 결정되기 때문에 날개에서 발생하는 소음이 매우 작아질 뿐만 아니라 날개의 진동이 줄어 보다 안전하다.
또한 공급되는 공기를 여러 번 잘게 쪼개어 공급하기 때문에 부드러운 바람의 성향을 보이며 날개의 개수가 많아질수록 모터에 요구되는 RPM 값이 작아지므로 소비전력과 발열이 줄어드는 경향을 보인다.
일반적인 선풍기의 날개 개수는 3엽과 5엽이며, 넓은 공간에서 사용하며, 강력한 바람을 원한다면 3엽을, 좁은 공간에서 저소음으로 은은하고 부드러운 바람을 원한다면 5엽 이상을 추천한다.
②날개크기
날개의 크기가 클수록 날개에 공급되는 바람의 양이 많아지기 때문에 강한 바람을 만들어 낼 수 있으며 넓은 면적에 바람을 도달시킬 수 있다. 그러나 그만큼 날개에 작용하는 저항(마찰력과 원심력)이 커지며 모터에 요구되는 값이 커져 소비전력이 크다. 따라서 가정용으로는 지름 30~35cm 정도의 날개를 선택하는 것을 권장한다.
위의 내용을 종합적으로 정리하여 다음과 같이 용도에 맞게 추천할 수 있다.
