단순 압축성 시스템에서 순수물질의 상태는 2개의 독립적인 강도성 상태량으로 완전히 결정되며, 온도와 비체적, 압력과 비체적의 조합도 상변화 구간을 포함해 상태를 완전히 결정할 수 있다.

그러나 포화(습증기) 구간에서는 압력과 온도가 서로 종속되어 하나가 정해지면 다른 하나도 자동으로 정해지므로, 압력과 온도만으로는 건도를 알 수 없어 상태를 완전히 결정할 수 없다. 따라서 "상변화를 포함하는 물과 수증기의 상태는 압력과 온도에 의해 완전하게 결정된다"는 설명은 틀렸다.

이상기체의 내부에너지와 엔탈피는 온도만의 함수($u=u(T)$, $h=h(T)$)이므로, 등온과정에서는 온도 변화가 없어 내부에너지와 엔탈피 변화가 모두 0이다.

반면 등온과정에서도 부피가 변하므로 계는 외부와 일을 하고 그만큼 열을 흡수·방출하며($Q\neq0$, $W\neq0$), 가역 등온과정이라면 엔트로피도 변화한다. 따라서 엔탈피 변화가 없다는 설명이 옳다.

평면벽의 정상상태 열전도는 $q=k\cdot A\cdot\dfrac{\Delta T}{L}$로 계산한다. $q=1000\,W$, $A=0.5\,m^{2}$, $L=0.01\,m$, $k=0.79\,W/m\cdot K$를 대입하면 $\Delta T=\dfrac{q\cdot L}{k\cdot A}=\dfrac{1000\times0.01}{0.79\times0.5}\approx25.3\,^{\circ}\!C$이다.

열은 가열판(뒷면)에서 앞면(100℃)으로 전달되므로 가열판에 접하는 면의 온도는 앞면보다 $\Delta T$만큼 높아 $100+25.3\approx125\,^{\circ}\!C$가 된다.

랭킨 사이클의 순수 출력일(net work)은 보일러에서 공급한 열량에서 응축기에서 버려지는 열량을 뺀 값과 같다. 즉 $w_{net}=q_H-q_L=1210-1000=210\,kJ/kg$이다.

그림은 압력-체적 선도에서 상태 1과 상태 2를 직선으로 이은 경로이고, 그 아래 $V_1$과 $V_2$ 사이를 사선으로 칠한 면적이 이 과정에서 공기가 한 일이다. 두 상태의 값은 문제에서 $(p_1=800\,\text{kPa},\ V_1=0.27\,\text{m}^3)$, $(p_2=350\,\text{kPa},\ V_2=0.80\,\text{m}^3)$로 주어졌다.

경로가 직선이므로 면적은 위쪽 변이 기울어진 사다리꼴이다. $W = \dfrac{p_1+p_2}{2}\,(V_2-V_1) = \dfrac{800+350}{2}\times(0.80-0.27)$

계산하면 $W = 575 \times 0.53 = 304.75 \approx 305\,\text{kJ}$이다.

절대일은 선도 아래 면적 자체로 구해지므로, 주어진 공기 질량 8kg이나 기체상수는 이 계산에 쓰이지 않는다. 질량은 단위질량당 일$(\approx 38\,\text{kJ/kg})$을 물었을 때만 필요하다.

역카르노 냉동사이클의 성적계수는 $COP_R=\dfrac{T_L}{T_H-T_L}=\dfrac{1}{\frac{T_H}{T_L}-1}$로 나타낼 수 있다. $T_H/T_L=1.6$이므로 $COP_R=\dfrac{1}{1.6-1}=\dfrac{1}{0.6}\approx1.67$이다.

저열원에서 흡수하는 냉동효과(냉각열량)가 2.0kW이므로, 소요 동력은 $W=\dfrac{Q_L}{COP_R}=\dfrac{2.0}{1.67}\approx1.2\,kW$이다.

절대 온도가 0에 가까워질수록 순수한 결정질 물질의 엔트로피가 0에 수렴한다는 것은 열역학 제3법칙의 내용이다. 이 법칙은 절대 엔트로피의 기준점을 제공하여 엔트로피 값을 절대적인 수치로 정의할 수 있게 한다.

제1법칙은 에너지 보존, 제2법칙은 엔트로피 증가와 비가역성을 다루며, 절대 0도에서의 엔트로피 기준은 이들과 별개로 제3법칙에서 규정한다.

클라우지우스 부등식은 임의의 사이클에 대해 $\oint \dfrac{\delta Q}{T} \leq 0$로 표현된다. 등호는 가역 사이클, 부등호는 비가역 사이클에서 성립한다.

이는 열역학 제2법칙을 사이클 적분 형태로 나타낸 것으로, 엔트로피 개념의 수학적 근거가 된다.

압축비 $\varepsilon$는 실린더 전체 체적(배기체적+간극체적)을 간극체적으로 나눈 값이다.

$\varepsilon = \dfrac{V_s + V_c}{V_c} = \dfrac{1200 + 200}{200} = 7$로 계산된다.

오토사이클의 이론 열효율은 압축비 $\varepsilon$와 비열비 $k$로 다음과 같이 나타낸다.

$\eta = 1 - \left(\dfrac{1}{\varepsilon}\right)^{k-1} = 1 - \left(\dfrac{1}{8}\right)^{0.4} \approx 1 - 0.435 = 0.565$로, 약 56.5%가 된다.

절대압력은 계기압력과 대기압의 합으로 구한다.

$P_{abs} = P_{gauge} + P_{atm} = 150 + 100 = 250\ \text{kPa}$로 계산된다.

비압축성 유체를 가정하면 가역 단열과정에서의 펌프일은 비체적과 압력차의 곱으로 구할 수 있다.

$w_p = v(P_2 - P_1) = 0.001 \times (650-150) = 0.5\ \text{kJ/kg}$로 계산된다.

이상기체의 엔트로피 변화는 다음 식으로 구한다.

$\Delta s = c_p \ln\dfrac{T_2}{T_1} - R\ln\dfrac{P_2}{P_1}$이며, 기체상수는 $R=c_p-c_v=1.004-0.717=0.287$ kJ/kg·K이다.

단위 질량당 $\Delta s = 1.004\ln\dfrac{500}{300} - 0.287\ln\dfrac{400}{600} \approx 0.629\ \text{kJ/kg}\cdot\text{K}$이며, 질량 2kg을 곱하면 $\Delta S \approx 1.26\ \text{kJ/K}$가 된다.

냉동능력은 냉매의 질량유량과 증발기 입출구 엔탈피차의 곱으로 구한다.

$Q = \dot{m}(h_{out}-h_{in}) = 80 \times (36-17) = 1520\ \text{kJ/hr}$로 계산된다.

물의 엔트로피 변화는 절대온도를 사용해 $\Delta s = c\ln\dfrac{T_2}{T_1}$로 구한다.

$\Delta s = 4.184 \times \ln\dfrac{363}{293} \approx 4.184 \times 0.214 \approx 0.90\ \text{kJ/kg}\cdot\text{K}$로 계산된다.

자연계에서 일어나는 모든 실제 변화는 비가역적이며, 이러한 비가역성과 엔트로피 증가 원리를 다루는 것이 열역학 제2법칙이다.

제1법칙은 에너지 보존만을 다루므로 과정의 방향성(가역·비가역)을 설명하지 못한다.

수중에서의 절대압력은 대기압에 수심에 의한 압력을 더해 구한다.

$P = P_{atm} + \rho g h$이며, 해수 비중 1.03을 적용하면 $\rho g h = 1.03\times1000\times9.81\times20 \approx 202\ \text{kPa}$이다. 따라서 $P \approx 101+202 = 303\ \text{kPa}$로 계산된다.

공기 냉동사이클(브레이턴 역사이클)의 성적계수는 냉동효과를 압축일과 팽창일의 차(순일)로 나눈 값이다.

냉동효과는 $T_1-T_4=263-198=65\ \text{K}$(압축기 입구온도 263K, 팽창기 출구온도 198K), 순일은 $(T_2-T_1)-(T_3-T_4)=(373-263)-(278-198)=30\ \text{K}$이다.

따라서 $COP = \dfrac{65}{30} \approx 2.17$로 계산된다.

기체상수는 일반기체상수를 분자량으로 나누어 구한다.

$R = \dfrac{\bar{R}}{M} = \dfrac{8.314}{30} \approx 0.277\ \text{kJ/kg}\cdot\text{K}$로 계산된다.

열효율은 출력을 연료의 총 발열량(입력 열량)으로 나눈 값이다.

연료의 시간당 발열량은 $13\times45000=585000\ \text{kJ/hr}$이며, 이를 kW로 환산하면 $585000/3600 \approx 162.5\ \text{kW}$이다.

따라서 $\eta = \dfrac{50}{162.5} \approx 0.31$, 약 31%로 계산된다.

냉동부하는 $Q=20\ \text{RT}\times3320=66400\ \text{kcal/h}$이며, 냉장실과 증발온도의 차는 $\Delta T = -20-(-35)=15{}^\circ\mathrm{C}$이다.

열통과율을 이용해 필요한 전열면적을 구하면 $A=\dfrac{Q}{k\Delta T}=\dfrac{66400}{7\times15}\approx632.4\ \text{cm}^2$이다.

원관의 표면적은 $A=\pi D L$이므로 $L=\dfrac{A}{\pi D}=\dfrac{632.4}{\pi\times5}\approx40.26\ \text{cm}$로 계산된다.

냉매는 배관 마찰손실과 열전달 저항을 줄이기 위해 점도와 표면장력이 작아야 한다. 점도와 표면장력이 크면 유동저항이 커지고 전열 성능이 떨어지므로 이는 바람직한 냉매의 조건이 아니다.

반면 임계온도가 높아 상온에서 액화가 쉽고, 증발열이 크며 액체 비열이 작고, 증기의 비열비가 작은 것은 냉매로서 바람직한 성질이다.

압축기 토출압력은 응축온도가 높을수록 상승한다. 냉각수 온도가 높거나 냉각수량이 부족하면 응축이 원활하지 않아 응축온도와 토출압력이 함께 오르고, 장치 내 불응축가스(공기)가 혼입되어도 응축압력이 상승한다.

따라서 응축온도가 낮을 때는 오히려 토출압력을 낮추는 요인이므로 상승 원인과 거리가 멀다.

압축기가 흡입하는 냉매의 질량유량은 피스톤 압출량을 비체적으로 나눈 $V/v$로 나타낼 수 있다.

여기에 냉동효과 $q$와 체적효율 $\eta$를 곱하고 시간(60분/시)을 반영한 뒤 1RT 환산값 3320으로 나누면 $R=\dfrac{V\times q\times \eta\times 60}{3320\times v}$가 되어 냉동능력(RT)을 구할 수 있다.

냉동장치 내에 공기 등 불응축가스가 혼입되면 응축압력이 상승하고 효율이 저하되므로, 이를 자동 또는 수동으로 배출하기 위한 장치가 가스퍼저(purger)이다.

중간냉각기는 2단 압축에서 냉매를 냉각하는 장치, 제상장치는 증발기 착상을 녹이는 장치, 여과기는 이물질을 거르는 장치로 각각 목적이 다르다.

열전도에 의한 전달열량은 푸리에 법칙 $Q=\dfrac{kA\Delta T}{L}$로 나타내며, 이는 열전달 단면적, 열전도계수, 온도차에는 비례하고 물체의 두께에는 반비례한다.

따라서 두께가 두꺼워질수록 같은 조건에서 전달되는 열량은 줄어든다.

온도식 자동팽창밸브의 감온통은 증발기 출구 냉매의 과열도를 정확히 감지해야 하므로, 증발기 출구의 수평관에 밀착시켜 설치하는 것이 원칙이다.

흡입관 지름이 크거나 트랩이 있는 경우에는 감온통 위치와 설치 방법을 별도로 고려해야 하며, 무조건 관 하부나 트랩 이후에 설치하는 것은 올바른 방법이 아니다.

스크류 압축기는 로터 간 마찰과 기밀 유지를 위해 다량의 오일을 순환시켜야 하므로 오일펌프(오일 공급장치)가 반드시 필요하다.

동일 용량 대비 소형·경량이며 연속운전에 강하고 부품수가 적어 수명이 긴 것은 스크류 압축기의 실제 장점이지만, 오일펌프를 설치하지 않는다는 설명은 사실과 다르다.

왕복동 압축기의 흡입·배출 밸브는 개폐 응답성을 높이기 위해 관성력이 작아야 하며, 관성력이 크면 개폐 지연으로 인한 손실과 파손 위험이 커진다.

냉매증기의 유동저항이 작고, 개폐에 필요한 압력차가 작으며, 파손·마모가 적은 것은 밸브의 바람직한 구비조건이다.

선도에서 팽창밸브 출구(증발기 입구) $h_4 = 108$, 압축기 흡입 $h_1 = 148.3$, 압축기 토출 $h_2 = 158.7\,\text{kcal/kg}$으로 읽힌다. 따라서 냉동효과는 $148.3-108 = 40.3\,\text{kcal/kg}$, 이론 압축일은 $158.7-148.3 = 10.4\,\text{kcal/kg}$이다.

1냉동톤은 3320 kcal/h이므로 냉매순환량은 $G = \dfrac{3320}{40.3} = 82.4\,\text{kg/h}$이고, 이론 압축동력은 $\dfrac{82.4 \times 10.4}{860} = 1.0\,\text{kW}$이다.

실제 소요동력은 이론동력을 압축효율과 기계효율로 나눈 값이다. $N = \dfrac{1.0}{0.75 \times 0.9} \approx 1.48\,\text{kW}$

효율로 나누어야 실제 동력이 커진다는 점을 놓치면 이론동력 1kW 부근의 값을 답으로 고르게 된다.

역카르노 냉동사이클의 성적계수는 $COP=\dfrac{T_L}{T_H-T_L}$로 나타낸다. 응축온도(고온)를 절대온도로 환산하면 $T_H=22.7+273=295.7\ \text{K}$이다.

$6.84=\dfrac{T_L}{295.7-T_L}$을 풀면 $T_L\approx258\ \text{K}$이며, 섭씨로 환산하면 약 $-15{}^\circ\mathrm{C}$가 된다.

표준 냉동사이클에서 압축과정은 이상적으로 단열가역과정, 즉 등엔트로피 과정으로 취급한다.

응축과정과 증발과정은 등압변화이고, 팽창과정은 엔탈피가 일정한 등엔탈피 과정으로 엔트로피는 오히려 증가하므로 등엔트로피 변화가 아니다.

흡수식 냉동기는 압축기 대신 발생기·흡수기 등을 이용하므로 시동 후 정격 냉수 온도에 도달하기까지 도달 속도가 느린 특징이 있다.

반대로 증기압축식에 비해 소음·진동이 작고 부분부하 대응성이 우수하며, 자동제어도 비교적 용이한 편이므로 나머지 설명은 흡수식 냉동기의 특징과 맞지 않는다.

제거해야 할 열량은 물을 0℃까지 냉각하는 현열과 0℃ 물을 얼음으로 응고시키는 잠열의 합이다.

$Q = m c \Delta T + m L = 1000\times1\times25 + 1000\times79.6 = 104600\ \text{kcal}$이다.

1RT는 하루(24시간) 기준으로 $3320\times24=79680\ \text{kcal}$이므로, $\dfrac{104600}{79680}\approx1.3\ \text{RT}$로 계산된다.

팽창밸브를 통과하는 냉각(교축)과정은 엔탈피가 일정한 등엔탈피 과정이지만, 온도는 크게 떨어진다. 따라서 팽창과정에서 온도가 불변이라는 설명은 옳지 않다.

압축과정에서 온도가 상승하고, 응축과정은 등압으로 진행되며, 과냉각과정에서 엔탈피가 감소하는 것은 표준 냉동사이클의 실제 상태변화와 일치한다.

브라인은 배관 내 순환 저항과 펌프 동력을 줄이기 위해 점도가 작아야 한다. 점도가 크면 유동저항이 커지고 열전달에도 불리하므로 바람직한 구비조건이 아니다.

응고점이 낮고 열전달률이 크며 불연성·무독성인 것은 브라인이 갖추어야 할 조건에 해당한다.

선도에서 증발압력 1.86, 응축압력 15 kgf/cm²(증발온도 −21℃, 응축온도 38℃)이고, 압축기 흡입 엔탈피 $h_1 = 395.0$, 토출 엔탈피 $h_2 = 468.1\,\text{kcal/kg}$, 흡입증기 비체적 $v = 0.65\,\text{m}^3/\text{kg}$로 읽힌다. 이론 압축일은 $468.1-395.0 = 73.1\,\text{kcal/kg}$이다.

소요동력(축동력) 50kW에 기계효율과 압축효율을 곱하면 이론 단열압축동력이 된다. $50 \times 0.85 \times 0.80 = 34\,\text{kW} = 34 \times 860 = 29240\,\text{kcal/h}$이므로 냉매순환량은 $G = \dfrac{29240}{73.1} = 400\,\text{kg/h}$이다.

압축기가 실제로 흡입하는 증기 체적은 $400 \times 0.65 = 260\,\text{m}^3/\text{h}$이고, 이 값이 피스톤 토출량에 체적효율을 곱한 것이므로 $V = \dfrac{260}{0.65} = 400\,\text{m}^3/\text{h}$이다.

여기서 260은 실제 흡입 체적일 뿐 피스톤 압출량이 아니다. 체적효율 0.65로 한 번 더 나누는 단계를 빼먹으면 이 값을 답으로 오해하게 된다.

2원 냉동사이클은 저온측과 고온측 두 개의 독립된 냉동사이클을 캐스케이드 콘덴서(중간 열교환기)로 연결한 구조로, 저온압축기·고온압축기·팽창밸브가 각 사이클을 구성한다.

중간냉각기는 2단 압축 냉동사이클에서 고압가스의 과열을 제거하기 위해 사용하는 장치로, 2원 냉동사이클의 주요 구성요소는 아니다.

액분리기는 증발기에서 완전히 증발하지 못한 액냉매가 압축기로 흡입되어 액압축을 일으키는 것을 막기 위한 장치이므로, 증발기 출구(압축기 흡입관 사이)에 설치한다.

수액기 출구나 팽창밸브 입구, 압축기 출구는 액분리기가 아니라 각각 다른 목적의 장치가 위치하는 곳이다.

저온용 단열재는 습기를 흡수하면 단열 성능이 크게 떨어지고 동결로 파손될 수 있으므로 흡습성이 작아야 한다. 따라서 흡습성이 크다는 것은 바람직한 조건이 아니다.

내구성이 있고 팽창계수와 열전도율이 작은 것은 저온용 단열재로서 갖추어야 할 조건이다.

특수열원방식은 일반적인 냉동기·보일러에 의한 개별 열원 공급 대신 지역 단위나 복합 에너지 활용을 특징으로 하는 방식으로, 지역냉난방방식, 열병합발전(co-generation)방식, 태양열이용방식 등이 이에 해당한다.

흡수식 냉온수기방식은 일반적인 개별 열원기기의 한 종류로 분류되므로 특수열원방식과는 거리가 멀다.

공조기에서 송풍량은 실내에 필요한 냉방 능력을 공급하기 위한 기준으로, 실내취득열량뿐 아니라 송풍기·덕트 등 기기로부터의 취득열량까지 더한 열량을 바탕으로 산정한다.

반면 냉각코일 용량은 실내취득열량과 기기취득열량에 더해 외기부하와 재열부하까지 포함해야 하므로, 외기부하만 더하는 것으로는 부족하다.

보일러의 정미출력은 난방부하와 급탕부하의 합으로 정의되며, 배관손실은 상용출력 단계에서 더해지는 항목이므로 정미출력에 배관부하를 포함시키는 것은 옳지 않다.

냉동기 용량은 냉각코일 용량(실내취득열량+기기취득열량+외기부하+재열부하) 전체에 냉수펌프 및 배관부하를 더해 구하므로, 외기부하가 빠진 표현은 옳지 않다.

열수분비 $u = \dfrac{\Delta h}{\Delta x}$는 습공기선도 위에서 상태변화의 방향을 나타내는 지표이다.

습공기를 가열하면서 동시에 감습하는 과정(흡착제를 이용한 감습 등)에서는 수분이 제거될 때 나오는 흡착열이 그대로 공기에 더해지므로, 건구온도는 올라가고 절대습도는 낮아지지만 전체 엔탈피는 거의 변하지 않는다.

즉 $\Delta h = 0$이므로 열수분비는 0이 된다.

지역난방은 한 곳의 열원(지역 난방플랜트)에서 증기 또는 고온수를 생산하여 여러 건물에 공급하는 중앙식 난방 방식으로, 각 건물마다 개별 보일러를 둘 필요가 없다.

복사난방은 바닥이나 벽체에 방열관을 매설하는 난방 방식이고, 개별난방은 건물(세대)마다 자체 열원을 두는 방식이며, 온풍난방은 가열한 공기를 직접 실내로 공급하는 방식으로 모두 지역난방과 구분된다.

보일러의 과열기는 보일러 본체에서 발생한 포화증기를 더 높은 온도의 과열증기로 만드는 장치이다. 과열증기를 사용하면 응축수 발생이 줄고 열효율이 높아진다.

과냉각액을 포화액으로, 포화액을 습증기로, 습증기를 건포화증기로 만드는 과정은 각각 과열기 이전 단계(급수가열, 증발관 등)에서 일어나는 변화이다.

냉각수 펌프는 냉동기 응축기와 냉각탑 사이를 순환시키는 펌프로, 냉동기 계통에 속하며 공조기(AHU)에 직접 연결되어 사용되는 펌프는 아니다.

냉수 순환펌프와 온수 순환펌프는 각각 냉수코일·온수코일이 설치된 공조기에 직접 연결되고, 응축수(진공) 펌프도 공조기의 응축수를 회수하는 데 쓰이므로 공조기와 직접 관련이 있다.

재열부하는 냉각코일에서 냉각·감습된 공기를 실내 취출 조건에 맞게 다시 데우는 데 필요한 열량으로, 온도만 올리는 현열부하이며 잠열은 포함하지 않는다.

재열부하는 냉방부하의 한 항목으로 냉각코일 용량 산출 시 포함되며, 냉각된 공기를 재가열하는 데 드는 열량이라는 점은 옳은 설명이다.

대향류 방식의 냉수코일에서 대수평균온도차(LMTD)는 $\dfrac{\Delta 1-\Delta 2}{\ln\dfrac{\Delta 1}{\Delta 2}}$ 로 계산해야 하며, 분모의 로그항은 $\Delta 1$을 $\Delta 2$로 나눈 값이어야 한다.

제시된 식처럼 로그항을 $\dfrac{\Delta 2}{\Delta 1}$로 두면 일반적으로 $\Delta 1 > \Delta 2$ 이므로 로그값이 음수가 되어 전체 식이 음의 온도차를 주게 되어 물리적으로 맞지 않는다.

대향류(향류) 방식은 공기와 냉수를 반대 방향으로 흘려 대수평균온도차를 크게 확보할 수 있고, 공기 출구측 온도차를 일정 수준(5℃ 이상) 이상으로 유지하는 것이 코일 성능 확보에 유리하다는 나머지 설명은 옳다.

보일러 출력은 일반적으로 정미출력 < 상용출력 < 정격출력 < 과부하출력 순으로 커진다.

정미출력은 난방부하와 급탕부하만을 더한 순수한 부하량으로, 배관손실이나 예열부하, 시동부하 등의 여유분을 포함하지 않기 때문에 여러 출력 표시 방법 중 가장 작은 값을 나타낸다.

복사냉난방은 바닥이나 천장 등 구조체에 냉온수 배관을 매설하는 방식으로, 구조체 자체가 열을 저장하는 축열 성능을 기대할 수 있다. 따라서 축열을 기대할 수 없다는 설명은 옳지 않다.

복사열을 이용하므로 쾌감도가 높고, 구조체의 예열에 시간이 걸려 일시적인 난방에는 부적합하며, 바닥에 별도의 기기를 두지 않아도 되어 실내 이용공간을 넓게 쓸 수 있다는 나머지 설명은 모두 타당하다.

각층 유닛 방식은 각 층마다 별도의 공조기(2차 공조기)를 설치하여 중앙기계실의 1차 공조기로부터 처리된 외기를 공급받아 그 층의 실내부하를 처리하는 방식으로, 단일덕트 정풍량·변풍량 방식이나 2중덕트 방식 등 다양한 덕트 방식에 응용될 수 있다.

유인유닛 방식, 복사냉난방 방식, 팬코일유닛 방식은 각각 별도의 열운반·처리 원리를 갖는 방식으로 이러한 층별 공조기 구성과는 다르다.

실내 공기의 건구온도와 노점온도의 차이는 상대습도가 높을수록 작아진다. 상대습도가 100%에 가까워질수록 건구온도와 노점온도가 같아지기 때문이다.

결로는 표면온도가 실내 공기의 노점온도보다 낮을 때 발생하며, 공기 온도가 높다고 해서 절대습도가 반드시 높은 것은 아니고, 온도가 낮은 공기일수록 포화수증기량이 적어 함유할 수 있는 수증기량은 오히려 줄어든다.

흡연이 많은 회의실 등에서는 담배 연기 등 오염물질이 실내 상부로 퍼지기 쉬우므로 천장이나 벽 상부에 흡입구를 두어 오염 공기를 빠르게 배출하는 것이 바람직하며, 벽 하부에 흡입구를 설치하는 것은 유의점으로 적절하지 않다.

취출기류가 보 등 장애물에 부딪히지 않게 하고, 인체에 직접 닿지 않게 하며, 모듈별로 취출구·흡입구를 배치하는 것은 덕트 취출구·흡입구 계획에서 일반적으로 고려하는 사항이다.

열교환기의 전열면적은 $A=\dfrac{Q}{K \times MTD}$ 로 구한다.

주어진 값을 대입하면 $A=\dfrac{50000}{1200\times 13}\approx 3.2\ \text{m}^2$ 가 된다.

습공기를 가열하면 건구온도는 상승하지만, 절대습도(수분량)는 변하지 않은 상태에서 포화수증기압이 커지므로 상대습도는 오히려 낮아진다. 따라서 가열 시 건구온도와 상대습도가 함께 상승한다는 설명은 옳지 않다.

습공기를 냉각하면 건구온도와 습구온도가 함께 내려가고, 노점온도 이하로 냉각하면 수증기가 응축되어 절대습도가 낮아지며, 냉방 시 실내로 보내는 송풍공기는 일반적으로 냉각코일에서 냉각·감습된 상태이므로 나머지 설명은 옳다.

원심송풍기의 풍량 제어법 중 동일한 풍량에서 축동력을 가장 많이 절감할 수 있는 방법은 회전수 제어이다. 회전수를 낮추면 축동력이 회전수의 세제곱에 비례해 줄어들기 때문이다.

가변피치 제어나 흡입베인 제어도 어느 정도 동력 절감 효과가 있으나 회전수 제어보다는 떨어지며, 댐퍼 제어는 유량 조절 시 저항을 인위적으로 늘리는 방식이라 동력 절감 효과가 가장 낮다.

냉각코일 용량은 실내취득열량, 외기부하, 기기(송풍기·덕트)로부터의 취득열량, 재열부하 등을 더해 산출하며, 냉수 배관 부하는 코일이 아니라 냉동기(냉수 순환 계통) 용량을 산정할 때 더해지는 항목이다.

따라서 덕트 부하, 외기 부하, 재열 부하는 냉각코일 용량에 반영되지만 냉수 배관 부하는 냉각코일 용량 결정에 직접 영향을 주지 않는다.

덕트는 주덕트 풍속을 기준으로 저속덕트와 고속덕트로 구분하며, 고속덕트는 저속덕트보다 훨씬 빠른 풍속으로 설계해 같은 풍량을 더 작은 단면적으로 반송한다.

일반적으로 고속덕트의 주덕트 풍속은 15m/s를 크게 넘는 수준으로 설계되므로, 제시된 구간 중 가장 빠른 20~23m/s가 이에 해당한다.

취출구의 베인 각도를 확대해 기류의 확산각을 넓히면 기류가 부재나 구조물에 부딪히거나 난류가 커지기 쉬워 오히려 소음이 증가하는 경향이 있으므로, 베인 각도 확대가 소음을 감소시킨다는 설명은 옳지 않다.

거주영역에서 인접 취출구의 최소 확산반경이 겹치면 편류가 발생하고, 천장 취출 시에는 냉방·난방에 따라 기류가 처지거나 뜨는 정도가 달라 베인 각도를 다르게 조정해야 하며, 취출기류의 강하·상승거리는 풍속과 실내 공기와의 온도차에 따라 달라진다는 나머지 설명은 옳다.

냉수코일에서 코일 단수에 비해 유량이 많아지면 한 회로에 흐르는 유량이 지나치게 커져 압력손실이 늘어나므로, 유로를 나누어 더블서킷(복렬)으로 설계하는 것이 일반적이다.

코일 전면풍속은 통과 시간이 짧아지고 응축수 비산(캐리오버) 우려가 있어 너무 빠르게 하지 않고, 대수평균온도차는 열교환 효율을 위해 가능한 크게 취하며, 공기와 냉수는 평행류보다 대향류로 흘릴 때 열교환이 더 양호하다.

정밀한 속도제어가 필요한 경우에는 분해능이 충분히 높은 디지털 제어를 채택해야 원하는 정밀도를 얻을 수 있으며, 분해능이 떨어지는 디지털 제어를 굳이 채택하는 것이 바람직하다는 설명은 옳지 않다.

디지털 제어는 아날로그 제어에 비해 부품 수와 조정 개소가 줄고, 부품편차·경년변화의 영향을 덜 받으며, 연산 속도가 샘플링 주기(계)에 의해 결정된다는 나머지 설명은 타당하다.

제어계에서 제어량을 목표로 하는 상태로 이끌기 위해 계에 주어지는 입력신호를 제어명령이라 한다.

작업명령·명령처리·신호처리는 일반적인 제어이론에서 이러한 입력신호를 가리키는 표준 용어가 아니다.

그림은 하나의 철심에 코일 C₁과 C₂를 따로 감아 놓고, C₁에 흐르는 전류 I에 ΔI만큼 변화를 준 구조다. 전류 변화가 철심 속 자속을 변화시키고, 그 자속 변화가 C₁ 자신에는 자기유도 기전력 e₁을, C₂에는 상호유도 기전력 e₂를 만든다.

유도기전력의 크기는 $e = N\dfrac{d\phi}{dt}$로 코일의 감은 횟수와 자속의 시간변화율의 곱에 비례하고, 그 방향이 자속 변화를 방해하는 쪽으로 정해진다는 것이 렌츠의 법칙이다. 이 두 설명은 e₁과 e₂ 모두에 그대로 적용되므로 옳다.

그러나 C₂의 기전력 e₂를 C₁의 전류 변화율과 연결해 주는 계수는 $e_2 = M\dfrac{dI}{dt}$의 상호인덕턴스 M이다. 자기인덕턴스 L은 같은 코일 자신의 전류 변화와 그 코일의 기전력 $e_1 = L\dfrac{dI}{dt}$를 연결하는 계수이므로, e₂와 I의 시간미분값의 관계를 자기인덕턴스로 설명한다는 서술이 틀렸다.

변압기의 권수비 $a=\dfrac{V_1}{V_2}$ 이므로 2차 전압은 $V_2=\dfrac{3300}{30}=110\ \text{V}$ 이다.

전등부하는 역률 1로 보므로 2차측 전력은 $P=V_2 \times I=110\times 20=2200\ \text{W}=2.2\ \text{kW}$ 이며, 이상적인 변압기에서 1차 입력전력은 2차 출력전력과 같으므로 입력전력은 약 $2.2\ \text{kW}$ 이다.

자동제어계에서 위상여유와 이득여유가 모두 양(+)이면 계가 발진하지 않고 안정적으로 동작하는 조건을 만족하므로, 이 계는 안정하다.

위상여유나 이득여유 중 하나라도 음(-)이 되면 계가 불안정해지고, 두 여유가 0이 되는 경계 조건에서 임계안정(지속 진동) 상태가 된다.

노즐플래퍼는 공기압식 제어계에서 변위(플래퍼의 미세한 움직임)에 따라 노즐과 플래퍼 사이의 틈새가 변하면서 배압(공기압)이 변화하는 요소로, 변위를 공기압 신호로 변환하는 검출부로 널리 쓰인다.

다이아프램과 벨로즈는 반대로 공기압을 변위(힘)로 변환하는 요소이고, 피스톤은 공기압을 직선 운동으로 변환하는 구동요소이다.

그림의 전류 파형은 t = 0부터 T까지 크기 I로 일정하게 흐르다가 T 이후 0으로 떨어지는 사각형 펄스다.

커패시터 전압은 전류의 적분 $v(t) = \dfrac{1}{C}\displaystyle\int i\,dt$이므로, 전류가 일정한 0 < t < T 구간에서는 전압이 $v = \dfrac{I}{C}t$로 직선으로 상승하고 t = T에서 $\dfrac{IT}{C}$에 도달한다.

T 이후에는 전류가 0이어서 더 이상 전하가 쌓이지 않고, 방전 경로도 없으므로 전압은 $\dfrac{IT}{C}$에 그대로 유지된다. 따라서 원점에서 비스듬한 직선으로 올라가 IT/C에서 꺾인 뒤 수평으로 이어지는 파형이 답이다.

사각형 그대로인 파형은 전압을 전류에 비례한다고 본 것이고, 직선으로 감소하거나 지수적으로 감쇠하는 파형은 충전이 아니라 방전을 나타내므로 적분 관계와 맞지 않는다.

제어장치가 제어대상에 가하는 신호는 제어장치 입장에서는 출력이고 제어대상 입장에서는 입력이 되는데, 이를 조작량이라 한다.
목표값은 원하는 제어 결과의 기준값이고, 제어량은 제어대상이 실제로 나타내는 출력, 동작신호는 목표값과 제어량의 차이로 생기는 편차신호이므로 조작량과는 구분된다.

피드백제어는 출력(제어량)을 검출해 목표값과 비교하고 그 차이를 이용해 정정 동작을 하는 폐루프 제어로, 외란이 가해져 제어량이 흐트러져도 이를 검출하여 다시 목표값에 맞게 되돌릴 수 있어 외란의 영향을 제거하는 데 효과적이다.

시퀀스제어(순서제어)나 개루프제어는 출력을 검출해 되먹임하지 않는 구조이므로, 외란이 가해지면 그 영향을 스스로 보정하지 못한다.

논리식을 전개하면 $X=(A+B)(\overline{A}+B)=A\overline{A}+AB+\overline{A}B+B$ 이고, $A\overline{A}=0$ 이므로 $X=AB+\overline{A}B+B$ 가 된다.

$AB+\overline{A}B=(A+\overline{A})B=B$ 이므로 $X=B+B=B$ 로 간단히 정리된다.

유도전동기의 자속은 $\Phi \propto \dfrac{V}{f}$ 관계를 가지므로, 1차 전압을 정격값으로 유지한 채 주파수를 60Hz에서 50Hz로 낮추면 자속이 커진다.

자속이 커지면 여자전류와 철손이 늘어나 온도가 상승하고 토크도 커지는 경향을 보이는 반면, 무효분인 여자전류의 비중이 커지면서 역률은 오히려 감소한다.

전지의 기전력을 $E$, 내부저항을 $r$ 이라 하면 $E=I(R+r)$ 관계가 성립한다.

두 조건을 각각 대입하면 $E=5(4+r)=20+5r$, $E=3(8+r)=24+3r$ 이고, 두 식을 같다고 놓으면 $20+5r=24+3r$ 에서 $r=2\ \Omega$ 이다.

이를 대입하면 $E=20+5\times 2=30\ \text{V}$ 로 계산된다.

인덕터의 리액턴스는 $X_L=2\pi f L=2\pi\times 60\times 0.377 \approx 142.1\ \Omega$ 이다.

따라서 흐르는 전류는 $I=\dfrac{V}{X_L}=\dfrac{200}{142.1}\approx 1.4\ \text{A}$ 로 계산된다.

시퀀스회로의 a접점(상시 개방 접점)은 회로에 전원을 투입하지 않았거나 조작하지 않은 초기 상태에서 접점이 떨어져(열려) 있는 접점을 말하며, 조작(여자)이 이루어져야 비로소 접점이 붙어 전류가 흐른다.

수동 리셋 여부나 인터록 구성은 a접점 자체의 정의와는 관련이 없고, 누름버튼을 눌러 접점이 붙은 상태는 a접점이 동작(투입)된 상태를 가리킬 뿐 a접점의 정의는 아니다.

CIM(Computer Integrated Manufacturing)은 설계·생산·관리 등 공장 전체의 업무를 컴퓨터 네트워크로 통합하는 생산 시스템으로, 자동화 발전 단계에서 개별 셀·유연생산시스템 이후 전 공장 차원의 통합 자동화를 이루는 단계에 해당한다.

FMC와 FMS는 각각 셀 단위, 라인 단위의 유연생산 자동화이고, MIS는 경영정보시스템으로 생산 자동화 자체를 가리키는 용어가 아니다.

SCR(실리콘 제어 정류소자)은 PNPN 4층 구조의 반도체로 게이트 신호에 의해 턴온되는 스위칭 소자이며, 직류·교류 전력제어(정류·위상제어)에 널리 사용된다.

그러나 SCR은 애노드에서 캐소드로만 전류가 흐르는 단방향성(역저지 3단자) 사이리스터이며, 양방향으로 전류가 흐르는 쌍방향성 사이리스터는 TRIAC이므로 SCR을 쌍방향성이라고 하는 것은 옳지 않다.

제너다이오드는 $R_S$를 지난 노드와 공통선 사이에 $R_L$과 병렬로 연결되어 있어, 입력 $V_1$의 한쪽 반주기에서는 다이오드가 순방향으로 도통되어 $V_2$가 거의 $0\mathrm{V}$로 눌리고, 반대쪽 반주기에서는 역방향으로 걸려 $|V_1|$이 제너전압 $5\mathrm{V}$를 넘어서는 순간부터 $V_2$가 $5\mathrm{V}$ 부근에서 클램프된다. $R_L < R_S$이므로 항복 전 구간에서는 $V_2 = V_1 \times \dfrac{R_L}{R_L+R_S}$로 완만하게 상승하다가 $5\mathrm{V}$ 부근에서 편평해지므로, 매 주기마다 $0\mathrm{V}$ 구간과 완만히 솟았다 편평해지는 펄스가 번갈아 반복되는 파형이 된다.

2차 제어계의 과도응답 형태(과제동, 임계제동, 부족제동, 무제동)는 제동계수(damping ratio) ζ 값에 의해 결정된다.

ζ>1이면 과제동, ζ=1이면 임계제동, 0<ζ<1이면 부족제동(진동하며 수렴), ζ=0이면 무제동(지속 진동) 응답이 나타난다.

히스테리시스나 정밀도, 분해능은 계측기기의 특성을 나타내는 용어로 2차계의 응답형태 자체를 결정하는 요소는 아니다.

그림에서 입력 R은 G₁으로 들어가는 동시에 입력 직후에서 아래로 분기해, 아래쪽 선을 따라 오른쪽으로 진행하며 두 곳의 가산점(G₁ 뒤와 G₂ 뒤)에 각각 +로 더해진다. 출력에서 되돌아오는 선이 없으므로 되돌림(피드백)이 아니라 입력을 앞으로 나눠 보내는 피드포워드 결합이다.

G₁ 뒤 가산점의 출력은 $G_1R + R$이고, 이것이 G₂를 통과하면 $(G_1R + R)G_2 = G_1G_2R + G_2R$이 된다.

G₂ 뒤 가산점에서 다시 R이 더해지므로 $C = G_1G_2R + G_2R + R$, 즉 $\dfrac{C}{R} = G_1G_2 + G_2 + 1$이다.

두 번째 가산점에 더해지는 것은 R이지 G₁의 출력이 아니므로 G₁ 단독 항은 생기지 않고, 피드백 루프가 없으므로 $1 \pm GH$ 형태의 분모도 나타나지 않는다.

직렬회로의 임피던스는 $Z = R + j(X_L - X_C) = 4 + j(9-6) = 4 + j3\ \Omega$ 이다.

어드미턴스는 임피던스의 역수이므로 $Y = \dfrac{1}{Z} = \dfrac{1}{4+j3} = \dfrac{4-j3}{4^2+3^2} = \dfrac{4-j3}{25}$ 이다.

계산하면 $Y \approx 0.16 - j0.12\ [\mho]$ 가 된다.

전공기 방식은 냉온풍을 모두 덕트를 통해 공급하는 방식으로 단일덕트, 이중덕트, 멀티존 유닛 방식 등이 해당한다.

팬코일 유닛(FCU) 방식은 실내에 설치된 유닛에 냉온수를 공급하여 열교환하는 방식으로 전수 방식 또는 공기-수 방식에 속하며, 전공기 방식으로 분류되지 않는다.

급수관은 관 내에 정체된 물이나 공기를 배제하고 청소나 수리 시 물을 완전히 뺄 수 있도록 일정한 구배를 두어 시공한다.

일반적으로 급수 배관은 1/250 이상의 구배를 확보하도록 설계기준에서 정하고 있다.

하트포드 접속법(Hartford connection)은 저압 증기난방 배관에서 환수관의 일부가 파손되더라도 보일러 수가 유출되어 안전수위 이하로 내려가 보일러 수가 빈 상태(공수)가 되는 것을 방지하기 위한 접속 방식이다.

보일러의 증기관과 환수관을 균형관으로 연결하고, 환수주관을 보일러 표준수면보다 조금 낮은 위치에 접속함으로써 환수관이 파손되어도 보일러 내부의 물이 일정 수위 이하로 빠지지 않도록 한다.

리프트 이음은 응축수를 낮은 곳에서 높은 곳으로 끌어올릴 때, 스위블 이음과 슬리브 이음은 배관의 신축을 흡수할 때 사용하는 방식으로 목적이 다르다.

증기배관의 수평 환수관에서 관경을 줄일 때는 편심 리듀서(eccentric reducer)를 사용한다.

동심 리듀서를 사용하면 관 하부에 응축수가 고여 워터해머나 부식의 원인이 되므로, 관 하단을 일직선으로 맞춘 편심 리듀서를 사용해 응축수가 원활히 흐르도록 한다.

등마찰손실법(등압법)은 덕트 단위길이당 마찰손실이 일정하도록 덕트 치수를 결정하는 설계법이다.

정속법은 풍속을 구간별로 정해 치수를 정하는 방법이고, 정압재취득법은 분기 이후 동압 감소분을 정압으로 재취득시켜 각 취출구의 정압을 균일하게 유지하는 방법으로, 등마찰손실법과는 설계 기준이 다르다.

드럼트랩, P트랩, S트랩은 모두 배수 계통에서 봉수를 형성해 배수관 내 악취나 해충의 역류를 막는 배수 트랩이다.

버킷트랩은 응축수와 증기를 분리해 배출하는 증기트랩(스팀트랩)의 한 종류로, 배수 트랩과는 용도와 원리가 다르다.

캐비테이션(공동현상)은 흡입측 압력이 포화증기압 이하로 떨어져 기포가 발생하는 현상으로, 흡입양정을 줄이거나 흡입관 손실을 줄이고, 펌프 설치 위치를 낮추거나 입형펌프를 사용해 흡입 조건을 개선하면 방지할 수 있다.

반대로 펌프 회전수를 올려 흡입속도를 증가시키면 흡입측 압력이 더 낮아져 캐비테이션 발생 가능성이 오히려 커지므로 방지법으로 볼 수 없다.

동관(구리관)은 연질의 성질을 이용해 납땜 이음, 용접 이음, 압축(플레어) 이음 등으로 접합하는 것이 일반적이다.

나사 이음은 강관 등 두꺼운 금속관에 나사가공을 해 접합하는 방식으로, 관 두께가 얇은 동관에는 적용하기 어려워 동관 이음 방식으로 사용되지 않는다.

슬리브형 신축이음쇠는 슬리브가 본체 안에서 직선으로 미끄러지며 배관의 신축을 흡수하는 구조로, 신축량이 크고 신축에 의한 응력이 거의 발생하지 않는다는 장점이 있다.

이 방식은 직선 이음을 전제로 하므로 배관에 곡선부(굴곡)가 있으면 슬리브가 원활히 미끄러지지 못해 파손이나 누수의 원인이 될 수 있다. 따라서 배관에 곡선부가 있어도 파손이 되지 않는다는 설명은 옳지 않다.

장시간 사용 시 패킹이 마모되어 누수가 발생할 수 있다는 점은 슬리브형의 실제 단점으로 맞는 설명이다.

기계식 이음(메커니컬 조인트)은 고무링과 볼트·너트로 접합하는 방식으로, 어느 정도 굴곡이 있어도 누수 없이 시공할 수 있고 간단한 공구로 숙련공 없이도 신속하게 시공할 수 있으며 고압에 대한 저항성도 크다.

또한 이 방식은 수중에서도 시공이 가능하다는 특징이 있어, 수중작업이 불가능하다는 설명은 옳지 않다.

나사용 패킹으로는 페인트, 일산화연(리사지), 액상합성수지 등이 나사 접합부의 나사산 사이 틈을 메워 누설을 방지하는 데 사용된다.

네오프렌은 내열·내유성이 우수한 합성고무로 주로 플랜지용 가스켓(개스킷) 등에 사용되는 재료이며, 나사용 패킹류로는 분류되지 않는다.

유리면, 암면, 규조토는 광물이나 무기질 원료로 만들어진 무기질 보온재이다.

코르크는 코르크나무 껍질에서 얻는 천연 식물성 재료로 만든 유기질 보온재에 속한다.

벨로즈형(파상형) 신축이음쇠는 주름관(벨로즈) 자체의 신축성으로 배관의 팽창·수축을 흡수하는 구조로, 패킹이 필요 없는(패킹리스) 것이 특징이다.

패킹을 넣어 누설을 방지하는 방식은 슬리브형의 특징이므로, 패킹을 넣어 누설을 방지하는 것이 벨로즈형이라는 설명은 옳지 않다.

슬리브형·루프형·스위블형에 대한 나머지 설명은 각 방식의 실제 특징과 일치한다.

펌프직송방식은 수조를 거치지 않고 펌프가 직접 급수관에 물을 보내는 방식으로, 급수량 변화에 따라 펌프 회전수를 인버터 등으로 제어하여 토출압력(급수압)을 일정하게 유지한다.

고가수조방식과 압력수조방식은 수조의 위치나 압력차를 이용하는 방식이고, 수도직결방식은 상수도 압력을 그대로 이용하는 방식으로 회전수 제어와는 무관하다.

증기배관의 환수관은 응축수가 중력에 의해 자연스럽게 흘러 보일러나 환수탱크로 돌아가야 하므로 내림 구배를 두어야 한다.

일반적으로 환수관의 구배는 1/250 이상의 내림구배를 확보하도록 시공한다.

도시가스 배관을 철도부지에 매설하는 경우, 궤도 중심까지의 거리는 4m 이상, 지표면으로부터 배관 외면까지의 깊이는 1.2m 이상을 유지하도록 정하고 있다.

철도부지 경계까지의 거리는 1m 이상 유지해야 하므로, 0.6m 이상 유지할 것이라는 설명은 기준과 맞지 않는다.

도로 경계까지 수평거리 1m 이상을 유지해야 한다는 설명은 기준과 일치한다.

익스팬더(확관기), 플레어링 툴, 사이징 툴은 동관을 확관·플레어 가공하거나 진원으로 교정하는 데 사용되는 대표적인 동관용 공구이다.

링크형 파이프커터는 주철관과 같이 관경이 크고 두꺼운 배관을 절단할 때 사용하는 공구로, 얇고 연질인 동관용 공구로는 적합하지 않다.

가스팩은 저압 가스배관의 일부 구간을 보수하거나 연장할 때, 배관을 절단하지 않고도 관 내부에 삽입해 부풀림으로써 일시적으로 가스 흐름을 차단하는 기구이다.

가스미터는 사용량 계량, 정압기는 가스 압력 조정, 부스터는 압력을 높여주는 장치로 각각 역할이 달라 가스 차단 목적의 기구가 아니다.

가열기 용량은 1일 급탕량에 온도차를 곱해 1일 필요 열량을 구한 뒤, 여기에 시간당 가열능력 비율을 곱해 구한다.

1일 급탕량은 5인 × 90ℓ/d = $450\ \ell/\text{d}$ 이고, 1일 필요 열량은 $450 \times (70-20) = 22500\ \text{kcal/d}$ 이다.

따라서 가열기 용량은 $22500 \times \dfrac{1}{7} \approx 3214\ \text{kcal/h}$ 로 계산된다.

세정밸브식(플러시밸브식) 대변기는 세정 시 순간적으로 많은 유량이 필요하므로 급수관경을 넉넉하게 확보해야 한다.

설계기준상 세정밸브식 대변기의 급수관경은 25A 이상이어야 한다.