[공조냉동기계기사 필기] 24년 1회차 시험지 PDF 다운로드

유닛 히터는 가열코일과 팬, 케이싱으로 구성되어 온풍을 공급하는 난방용 유닛이므로 옳은 설명이다. 유인 유닛은 팬 없이 1차공기의 유인력으로 실내공기를 흡인하는 방식이고, 공기 세정기에는 물방울 비산을 막는 엘리미네이터가 반드시 필요하며, 팬 코일 유닛은 팬·코일·필터로 구성될 뿐 냉동기는 내장하지 않는다.

단일덕트 정풍량 방식은 한 대의 공조기에서 같은 상태의 공기를 일정 풍량으로 전 구역에 공급하므로 각 실의 개별 실온 제어가 곤란하다. 설비비가 저렴하고 기기가 기계실에 집중되어 운전·보수가 쉬우며 외기냉방·전열교환기 적용이 용이하다는 것은 옳은 장점이다.

가변풍량(VAV) 방식은 부하가 줄면 송풍량을 줄이므로 부분 부하 시 송풍기 동력을 크게 절감할 수 있는 것이 대표적인 장점이다. 따라서 동력을 절감할 수 없다는 설명이 틀렸다.

유리창 침입열량은 관류열과 일사열의 합이다. 관류열 $q_1 = KA\Delta t = 5.9\times40\times(33-27) = 1416\,\mathrm{W}$, 일사열 $q_2 = I_{gr}\times A\times SC = 608\times40\times0.56 = 13619\,\mathrm{W}$이다. 합하면 $q = 1416+13619 = 15035\,\mathrm{W} \approx 15.0\,\mathrm{kW}$가 된다.

정풍량 댐퍼는 덕트 내 압력 변동에 관계없이 설정된 풍량을 일정하게 유지하는 댐퍼일 뿐, 역류방지 기능을 갖는 장치가 아니다. 역류방지는 백드래프트 댐퍼(역류방지 댐퍼)의 기능이다.

온수난방의 표준방열량은 $450\,\mathrm{kcal/m^2\cdot h}$이다. 따라서 상당방열면적은 $EDR = \dfrac{6500}{450} \approx 14.4\,\mathrm{m^2}$이다.

각층 유닛방식에서 외기 처리용 중앙 공조기(1차 공조기)를 두면 외기를 예열·가습 처리하여 공급하므로 습도제어가 오히려 용이해진다. 장치 세분화로 설비비·관리 부담이 늘고, 층별 부하·운전시간이 다른 건물에 적합하며 송풍 덕트가 짧아진다는 것은 옳은 설명이다.

냉각탑 보급수량은 증발·비산·블로다운 손실을 보충하는 양으로 일반적으로 순환수량의 2% 정도이며, 15%는 지나치게 큰 값이다. 쿨링 어프로치 약 5℃, 쿨링레인지는 냉각수 입·출구 수온차, 응축열을 공기 중에 방출하는 장치라는 설명은 모두 옳다.

사이클론 집진기는 배기가스를 원통 내부에 접선방향으로 유입시켜 선회류를 만들고, 입자에 작용하는 원심력으로 분진을 분리·배출하는 원심력식 집진장치이다. 분무수를 접촉시키는 것은 세정식(스크러버), 직류 고전압 방전을 이용하는 것은 전기집진기에 대한 설명이다.

송풍기 흡입측 덕트에서는 전압과 정압이 모두 부압으로, 그림에서 전압 $P_t=-15\,\mathrm{mmAq}$, 정압 $P_s=-20\,\mathrm{mmAq}$이다. 동압은 $P_v = P_t - P_s = -15-(-20) = 5\,\mathrm{mmAq}$이며, 동압은 항상 양(+)의 값을 갖는다.

VAV 방식은 단일덕트 계통에 가변풍량 유닛을 부가하는 방식이어서 덕트 설계·시공이 특별히 복잡해지지 않는다. 토출구 풍량조정이 간단하고, 동시사용률을 반영해 설비용량을 줄일 수 있으며, 부하변동에 대한 제어응답이 빨라 거주성이 향상된다는 것은 VAV의 장점으로 옳다.

팬코일 유닛(FCU)은 송풍기(팬)와 냉·온수 코일, 필터를 케이싱에 내장하여 각 실에 설치하고, 기계실에서 공급받은 냉·온수로 실내공기를 직접 냉각·가열하는 공조기이다. 인덕션 유닛은 팬 없이 1차공기의 유인작용을 이용한다는 점에서 다르다.

팬코일 유닛방식은 냉·온수를 실내 유닛에 보내 처리하는 전수방식(수방식)이다. 단일덕트·이중덕트·각층 유닛방식은 모두 공기만으로 열을 운반하는 전공기 방식에 속한다.

기계식 트랩은 증기와 응축수의 밀도차(부력)를 이용하는 트랩으로 버킷 트랩과 플로트 트랩이 해당한다. 벨로즈·바이메탈·열동식 트랩은 온도차를 이용하는 온도조절식 트랩이다.

히트펌프는 응축기 방열을 이용해 난방뿐 아니라 급탕용 온수 공급도 가능하며, 실제로 히트펌프 급탕기가 널리 보급되어 있다. 따라서 급탕 공급이 불가능하다는 설명이 틀렸다.

태양복사열은 실내 온도 상승만 일으키는 현열부하이다. 인체 발생열과 침입외기·틈새바람은 수증기(습도) 변화를 동반하므로 현열부하와 잠열부하를 모두 발생시킨다.

침입 외기량 $2800\,\mathrm{L/s} = 2.8\,\mathrm{m^3/s}$이므로 질량유량은 $1.2\times2.8 = 3.36\,\mathrm{kg/s}$이다. 현열부하는 $q_S = 3.36\times1.005\times(32-25) \approx 23.6\,\mathrm{kW}$, 잠열부하는 $q_L = 3.36\times2501\times(0.0209-0.0179) \approx 25.2\,\mathrm{kW}$가 된다.

유량 측정은 펌프 출구 직후처럼 흐름이 교란되는 곳을 피하고, 엘보·밸브 등으로부터 충분한 직관거리를 확보한 안정된 구간에서 해야 한다. 따라서 펌프 출구에서 가장 가까운 곳을 측정위치로 하는 것은 부적절하다.

냉동기유는 저온에서도 굳지 않도록 응고점이 낮아야 하고, 압축열에 의한 위험이 없도록 인화점이 높아야 한다. 응고점이 높고 인화점이 낮을 것은 구비조건과 정반대이다.

열역학 제1법칙에서 $\Delta U = Q - W$이다. 받은 열 $Q=190\,\mathrm{kJ}$, 외부에 한 일 $W=20\,\mathrm{kJ}$를 대입하면 $\Delta U = 190-20 = 170\,\mathrm{kJ}$, 즉 내부에너지는 170 kJ 증가한다.

냉동능력은 $10\times3.86 = 38.6\,\mathrm{kW} = 138960\,\mathrm{kJ/h}$이고, 냉매순환량은 $G = \dfrac{15}{0.52} \approx 28.85\,\mathrm{kg/h}$이다. 따라서 냉동효과는 $q = \dfrac{138960}{28.85} \approx 4817.2\,\mathrm{kJ/kg}$이다.

폴리트로픽 지수 n은 정압과정에서 0, 등온과정에서 1, 정적과정에서 무한대이다. 가역단열과정에서는 $PV^k=\text{일정}$이 성립하므로 $n = k = C_P/C_V$, 즉 정적비열에 대한 정압비열의 비(비열비)가 된다.

정압과정에서는 $T \propto V$이므로 $\Delta S = mC_p\ln\dfrac{T_2}{T_1} = mC_p\ln\dfrac{V_2}{V_1}$이다. 대입하면 $\Delta S = 5\times0.92\times\ln\dfrac{0.6}{0.2} = 4.6\ln 3 \approx 5.054\,\mathrm{kJ/K}$이다.

정압과정에서 시스템이 한 일은 $W = P\Delta V = mR\Delta T$, 전달된 열은 $Q = mC_p\Delta T$이다. 따라서 $\dfrac{W}{Q} = \dfrac{R}{C_p} = \dfrac{C_p-C_v}{C_p} = 1-\dfrac{1}{k} = \dfrac{k-1}{k}$가 된다.

질량은 $m = \dfrac{P_1V_1}{RT_1} = \dfrac{300\times0.2}{0.189\times373} \approx 0.85\,\mathrm{kg}$이다. 폴리트로픽 과정에서 기체가 한 일은 $W = \dfrac{mR(T_1-T_2)}{n-1} = \dfrac{0.85\times0.189\times(373-473)}{1.2-1} \approx -80\,\mathrm{kJ}$이며, 압축과정이므로 음(-)의 값이 된다.

역카르노 사이클의 성적계수는 $COP = \dfrac{T_2}{T_1-T_2} = \dfrac{253}{298-253} \approx 5.63$이다. 냉동능력 $10\,\mathrm{RT} = 33200\,\mathrm{kcal/h}$이므로 소요동력은 $W = \dfrac{33200}{5.63} \approx 5900\,\mathrm{kcal/h}$이고, $1\,\mathrm{PS} = 632.3\,\mathrm{kcal/h}$이므로 $\dfrac{5900}{632.3} \approx 9.3\,\mathrm{PS}$이다.

정압과정에서 기체가 한 일은 $W = P\Delta V = 5\times(0.2-0.3) = -0.5\,\mathrm{kJ} = -500\,\mathrm{J}$이다. 체적이 감소하는 압축이므로 기체가 외부로부터 일을 받아 음(-)의 값이 된다.

시간당 흡수열량은 $Q_2 = \dfrac{20\times10^3}{3600} \approx 5.56\,\mathrm{kW}$이다. 소비동력은 $W = \dfrac{Q_2}{COP} = \dfrac{5.56}{3.2} \approx 1.74\,\mathrm{kW}$가 된다.

증발압력이 낮아지는 원인은 냉매 부족이며, 냉매가 과다한 것은 증발압력 저하의 원인이 아니다. 팽창밸브가 지나치게 조여 있거나 스케일로 막혀 있는 경우, 증발압력 조절밸브의 조정 불량 등은 냉매 공급을 줄여 증발압력을 낮춘다.

클라우지우스 적분은 가역 사이클에서 $\oint \dfrac{\delta Q}{T} = 0$, 비가역 사이클에서 $\oint \dfrac{\delta Q}{T} \lt 0$이다. 비가역 과정에서는 엔트로피 생성 때문에 순환적분 값이 0보다 작아진다.

단열 노즐에서는 에너지식 $h_1 + \dfrac{V_1^2}{2} = h_2 + \dfrac{V_2^2}{2}$가 성립한다. 대입하면 $h_1 = 2770 + \dfrac{200^2 - 10^2}{2\times1000} \approx 2770 + 19.95 \approx 2790\,\mathrm{kJ/kg}$이다.

정압비열이 온도의 함수 $C_p = 1.0053 + 0.000079\,t$로 주어지므로 열량은 적분으로 구한다. $Q = m\int_0^{100} C_p\,dt = 5\times\left(1.0053\times100 + 0.000079\times\dfrac{100^2}{2}\right) = 5\times100.925 \approx 504.6\,\mathrm{kJ}$이다.

B의 질량은 $0.4\times1 = 0.4\,\mathrm{kg}$이므로 전체 질량은 $2+0.4 = 2.4\,\mathrm{kg}$, 전체 체적은 $0.1+0.4 = 0.5\,\mathrm{m^3}$이다. 따라서 혼합물의 밀도는 $\rho = \dfrac{2.4}{0.5} = 4.8\,\mathrm{kg/m^3}$이다.

이상기체 등온과정의 엔트로피 변화는 $\Delta S = n\bar{R}\ln\dfrac{P_1}{P_2}$이다. 대입하면 $\Delta S = 1\times8.31451\times\ln\dfrac{600}{200} = 8.31451\ln 3 \approx 9.13\,\mathrm{kJ/K}$이다.

교축과정은 밸브·오리피스를 지나며 압력이 강하하는 과정이므로 정압과정으로 간주한다는 설명은 옳지 않다. 이상적인 교축에서는 엔탈피가 일정(등엔탈피)하고, 비가역 과정이라 엔트로피는 증가하며, 냉동기 팽창밸브의 이론적 해석에 그대로 적용된다.

중간냉각기는 고압 냉매액을 과냉각시켜 팽창 시 플래시 가스 발생을 줄이므로 냉동효과를 증대시킨다. 또한 저압 압축기 토출가스의 과열을 제거하여 고압 압축기의 과열 압축을 방지하는 역할을 하며, 냉매액을 과열시키는 장치가 아니다.

R-L-C 병렬회로가 공진하면 L과 C에 흐르는 전류가 서로 상쇄되어 전원에서 본 어드미턴스가 최소(컨덕턴스 성분만 잔류)가 된다. 따라서 합성 전류는 최소가 되며, 이는 전류가 최대가 되는 직렬공진과 반대이다.

단위계단 함수 $u(t)$는 t가 0보다 작을 때 0, 0 이상일 때 1의 값을 갖는 함수이다. 따라서 t=0에서 0에서 1로 계단형으로 상승한 뒤 계속 1을 유지하는 그래프가 맞다.

주파수 응답은 정현파 입력의 주파수를 변화시키면서 정상상태 출력의 진폭비(이득)와 위상차를 조사하는 것이다. 따라서 필요한 입력은 정현파 입력이다.

전압이 일정하므로 $I = \dfrac{V}{R}$에서 전류를 1.3배로 흘리려면 저항을 $R' = \dfrac{V}{1.3I} = \dfrac{R}{1.3} \approx 0.77R$로 줄여야 한다.

비례동작(P동작)은 편차의 제곱이 아니라 편차에 비례한 조작신호를 출력하는 동작이다. 적분동작·미분동작·2위치(ON-OFF)동작에 대한 나머지 설명은 모두 옳다.

PI 조절계의 전달함수는 $G(s) = K_p\left(1 + \dfrac{1}{T_i s}\right)$이다. 비례감도 $K_p = 5$, 적분시간 $T_i = 2$를 대입하면 $G(s) = 5\left(1+\dfrac{1}{2s}\right) = \dfrac{5(2s+1)}{2s}$가 된다.

평행한 두 도체에 같은 방향의 전류가 흐르면 두 도체 사이에는 흡인력이 작용하고, 반대 방향이면 반발력이 작용한다. 힘의 크기는 $F = \dfrac{2I_1I_2}{r}\times10^{-7}\,\mathrm{N/m}$로 전류의 곱에 비례하고 거리에 반비례한다.

서보드라이브에서 펄스열로 지령하는 것은 위치제어운전이다. 펄스 수가 이동량(위치)을, 펄스 주파수가 속도를 결정하며, 속도·토크제어는 일반적으로 아날로그 전압 지령을 사용한다.

무인 엘리베이터는 미리 정해진 순서(프로그램)에 따라 기동·정지·문 개폐가 자동으로 진행되는 프로그램제어에 해당한다. 추종제어는 임의로 변하는 목표값을 따라가는 제어, 정치제어는 목표값이 일정한 제어이다.

제시된 조건은 전류가 인가전압보다 위상이 앞서는(진상) 회로이다. R-L 병렬회로는 유도성 성분만 있어 전류가 항상 전압보다 뒤지므로(지상) 이 조건을 만족시킬 수 없다. R-C 병렬은 항상 진상이고, R-L-C 병렬·직렬은 용량성이 우세한 조건에서 진상이 될 수 있다.

입력과 출력이 비례하고 $011_{(2)} = 3$일 때 3 V이므로 디지털 값 1당 1 V가 출력된다. 입력 $101_{(2)} = 5$이므로 출력은 $5\times1 = 5\,\mathrm{V}$이다.

SCR은 PNPN 4층 구조의 단방향성 3단자 사이리스터로, 한 방향으로만 전류를 흘리는 스위칭 소자이며 직류·교류 전력제어에 사용된다. 쌍방향성 사이리스터는 TRIAC에 대한 설명이므로 옳지 않다.

논리식의 동일성은 흡수법칙 등으로 간략화하여 비교한다. $A+AB=A$, $A(A+B)=A$, $A+\bar{A}B=A+B$가 대표적인 항등식인데, 이 보기만 간략화한 결과가 나머지 보기들과 다른 값이 되므로 동일한 값을 나타내지 않는다.

그림은 입력 A, B, C에 각각 다이오드를 연결하고 출력을 공통으로 묶은 다이오드 OR 회로이다. 입력 중 어느 하나라도 '1'(전압 인가)이면 해당 다이오드가 도통되어 출력 Y가 '1'이 되므로 OR 회로에 해당한다.

입력 신호가 모두 '1'일 때만 출력이 '1'이 되는 것은 논리곱, 즉 AND 회로이다. OR 회로는 입력 중 하나라도 '1'이면 출력이 나오고, NOT 회로는 입력을 반전시킨다.

유효전력은 피상전력에 역률을 곱한 값이므로 피상전력은 $P_a = \dfrac{P}{\cos\theta} = \dfrac{80}{0.8} = 100\,\mathrm{kVA}$이다.

자력제어는 조작부를 움직이는 에너지를 제어대상 자체에서 얻는 방식으로 구조가 간단하고 비용이 낮으며 동작이 확실하다. 그러나 별도의 보조 동력원을 사용하는 타력제어에 비해 조작 속도와 힘에서는 불리하므로 빠른 조작 속도는 자력제어의 특징이 아니다.

V결선의 출력은 변압기 1대 용량의 $\sqrt{3}$배이므로, Δ결선(3대) 출력에 대한 비는 $\dfrac{\sqrt{3}P}{3P} = \dfrac{1}{\sqrt{3}} \approx 0.577$이다. 따라서 당초 전력의 약 57.7%까지 공급할 수 있다.

우모펠트는 동물의 털로 만든 유기질 보온재이고, 규조토·탄산마그네슘·슬래그 섬유는 모두 무기질 보온재이다. 따라서 성질이 다른 하나는 우모펠트이다.

3관식은 냉수·온수 공급관 2개와 공통 환수관 1개로 구성되어 냉·온수를 동시에 공급할 수 있는 배관방식이다. 다만 환수가 한 관에서 혼합되므로 혼합 열손실이 발생하는 단점이 있다.

간접가열식 급탕의 저장탱크 주위에는 가열코일 증기의 응축수를 처리하는 증기 트랩, 탕온을 일정하게 유지하는 자동온도조절장치, 안전장치와 온도계를 설치한다. 개방형 팽창탱크는 급탕 배관계의 최고 높은 곳에 설치하는 것으로 저장탱크 주위 장치와는 거리가 멀다.

고가 탱크식은 옥상 등 높은 곳의 탱크에 물을 양수해 두고 중력으로 급수하므로 수압이 거의 일정하다. 탱크에 저수된 물 덕분에 단수 시에도 일정 시간 급수를 계속할 수 있고 대규모 급수 수요에도 대응이 용이하다.

증기난방의 응축수 환수 방법은 중력 환수식, 기계 환수식, 진공 환수식의 세 가지로 분류된다. '응축 환수식'이라는 분류는 존재하지 않는다.

펌프가 운전되면 배관계 각부의 압력은 펌프 양정만큼 상승하며 분포가 변할 뿐, 압력이 감소하여 수격작용·공기정체가 생긴다는 서술은 옳지 않다. 압력계획은 부압 개소의 공기 흡입 방지, 순환수 비등·플래시 방지, 수온 변화에 따른 팽창·수축 대응을 위해 수행한다.

신축 이음쇠에는 슬리브형, 벨로즈형, 루프형, 스위블형 등이 있다. 플랜지는 관을 접합·분해하기 위한 관이음쇠이지 열팽창을 흡수하는 신축 이음쇠가 아니다.

캐비테이션 방지를 위해서는 단흡입 펌프가 아니라 양흡입 펌프를 사용해야 한다. 흡입양정을 짧게 하고, 회전수를 낮추며, 흡입관경을 크게 하고 굽힘을 줄여 흡입측 압력손실을 작게 하는 것은 모두 올바른 대책이다.

열팽창에 의한 배관의 이동을 구속·제한하는 리스트레인트에는 앵커, 스토퍼, 가이드가 있다. 인서트는 콘크리트 슬래브에 매입하여 행거 지지봉을 걸기 위한 지지철물로 구속 장치가 아니다.

스윙식 체크밸브는 디스크가 힌지를 중심으로 열리고 닫히는 구조여서 수평·수직 배관 모두에 사용할 수 있으므로 수직배관의 역류방지에 적합하다. 리프트식 체크밸브는 디스크가 중력으로 닫히는 구조라 수평배관에만 사용할 수 있다.

밸브는 유체의 흐름 단속(개폐), 유량 조절, 방향 전환, 감압 등의 역할을 한다. 유체의 밀도는 유체 자체의 물성이므로 밸브로 조절할 수 있는 것이 아니다.

개별식 급탕은 급탕이 필요한 곳마다 소형 가열기를 설치하는 방식이므로 배관이 짧아 열손실이 작다. 배관 길이가 길어 열손실이 큰 것은 중앙식 급탕의 특징이다.

다이헤드형 동력 나사절삭기는 관의 나사절삭, 절단, 리밍(거스러미 제거)을 할 수 있다. 벤딩(관 굽힘)은 별도의 벤딩기로 수행하는 작업이다.

냉장고 배수는 오염 방지를 위해 배수관에 직접 연결하지 않고 배수구 공간을 두는 간접배수로 하는 것이 옳다. 배수 입관 최하단의 트랩 설치와 이중트랩은 금지되며, 통기관은 기구의 오버플로우선보다 150mm 이상 위에서 통기 입관에 연결해야 한다.

슬리브 신축 이음쇠는 슬리브가 직선 방향으로 미끄러지며 신축을 흡수하는 구조이므로 곡선부에 사용하면 파손될 우려가 있어 직선 배관에 사용해야 한다. 신축량이 크고 루프형보다 설치 공간이 작지만, 장시간 사용 시 패킹 마모로 누수가 생길 수 있다.

진공환수식은 환수관 말단에 진공펌프를 두어 관내를 100~250mmHg의 진공으로 유지하며 응축수와 공기를 강제로 흡인하므로 증기 순환이 가장 빠르다. 방열기 설치 위치와 환수관 배치의 제한이 적어 대규모 난방에 주로 채택된다.

암모니아는 수분이 존재하면 동 및 동합금을 부식시키므로 이음매 없는 동관은 암모니아 냉동장치의 배관재료로 사용할 수 없다. 배관용 탄소강관, 저온배관용 강관, 배관용 스테인리스강관은 사용 가능하다.

1일 급탕량은 $5\times90 = 450\,\mathrm{L/d}$이다. 가열기 용량은 $q = 450\times\dfrac{1}{7}\times(70-20) = \dfrac{450\times50}{7} \approx 3214\,\mathrm{kcal/h}$가 된다.