[공조냉동기계기사 필기] 24년 3회차 시험지 PDF 다운로드

열수분비(u)는 $u=\dfrac{\Delta h}{\Delta x}$로 정의되며, 가습·감습 과정에서 엔탈피 변화(Δh)가 없다면 분자가 0이 되어 열수분비는 0이 된다. 이는 절대습도만 변하고 열량 출입은 없는 순수 가습(수분첨가) 과정에 해당한다.

냉수코일은 통과풍속을 약 2~3$\mathrm{m/s}$로 설계하는 것이 일반적이며, 이보다 빠르면 응축수 비산이 커지고 느리면 코일이 커져 비경제적이다. 입구 냉수온도는 보통 5~15℃ 범위이고 관내 유속은 1$\mathrm{m/s}$ 전후, 배치는 대향류(counter flow)가 표준이므로 나머지 보기는 옳지 않다.

일사를 받는 외벽의 침입열량은 열관류율과 면적, 그리고 일사의 영향을 반영한 상당외기온도차를 곱해 구하며 식은 $q = k \times A \times \Delta t$이다. 상당외기온도차(ETD)에는 일사에 의한 벽체 표면 온도 상승분이 이미 포함되어 있으므로 별도의 일사량 항을 추가하지 않는다.

정압재취득법은 취출구 직전 정압을 일정하게 유지하기 위해, 덕트가 축소되며 속도가 줄어들 때 발생하는 정압 상승분(동압→정압 회복분)을 다음 구간의 마찰손실 보전에 사용하는 설계법이다. 이 때문에 별도의 댐퍼 없이도 각 취출구의 압력이 자동으로 균형을 이루는 장점이 있다.

중앙식 공조방식은 기계실에 열원설비를 집중시켜 대형 건물에 적합한 방식으로, 소형 건물에는 오히려 개별식이 경제적이다. 따라서 “대형건물보다는 소형건물에 적합하다”는 설명은 틀린 내용이다.

팬코일 유닛방식에서 열부하 분담은 반대로 배치하는 것이 일반적이다. 부하변동이 큰 외주부(페리미터존)는 팬코일 유닛방식으로, 부하가 비교적 안정적인 내주부는 덕트(터미널)방식으로 처리하므로, “내부존 팬코일 유닛방식과 외부존 터미널방식”이라는 설명은 내·외주부가 뒤바뀐 틀린 서술이다.

혼합공기 온도는 각 공기량 비율로 가중평균하여 구한다. $t_{mix} = \dfrac{1\times 32 + 3\times 24}{1+3} = \dfrac{32+72}{4} = 26\,°\mathrm{C}$로 계산되어 보기 26℃와 일치한다.

달시-바이스바하 식 $h_L = f\dfrac{L}{D}\dfrac{v^2}{2g}$에서 마찰저항계수(f)는 무디선도(Moody chart)에 의해 관 내 유동의 레이놀즈수(Re)와 관의 상대조도(ε/D)의 함수로 결정된다.

특수열원방식은 일반 냉동기·보일러 조합이 아닌 지역냉난방, 열병합발전(co-generation), 태양열이용, 빙축열 등을 의미한다. 흡수식 냉온수기는 그 자체가 하나의 표준 열원기기로 분류되므로 특수열원방식에 해당하지 않는다.

팬코일 유닛방식의 열부하 분담은 부하변동이 큰 외주부를 팬코일 유닛으로, 부하가 안정적인 내주부를 덕트(터미널)방식으로 담당시키는 것이 일반적이다. 보기처럼 내주부-팬코일, 외주부-터미널로 설명한 것은 내·외주부가 뒤바뀐 틀린 내용이다.

습공기선도의 곡선 구간(단열가습 과정)을 근거로 볼 때, 외기(①)가 예열코일을 거쳐 상태③이 되고 환기(②)와 혼합되어④ 상태가 된 뒤 에어워셔(분무가습)를 통과하며 단열가습되어 곡선 경로로⑤에 이르고, 마지막으로 재열코일을 거쳐 취출상태⑥이 되는 순서(예열→혼합→가습→재열)로 배치된 장치도가 정답이다.

유인비는 전공기(1차 공기+유인된 2차 공기)에 대한 1차 공기(취출공기)의 비가 아니라, 반대로 “1차 공기에 대한 전공기량의 비”로 정의된다. 보기는 분자·분모가 뒤바뀐 정의이므로 틀린 설명이다.

2관식 역환수(리버스리턴) 방식은 펌프에서 각 방열기까지의 배관 총길이를 동일하게 하여 유량 분배를 균등화하는 것이 목적이다. 따라서 “펌프에 가까운 방열기일수록 순환량이 많아진다”는 설명은 역환수 방식의 취지와 반대되는 틀린 내용이다(그 현상은 오히려 직접환수 방식에서 나타난다).

엘리미네이터는 공기세정기나 냉각코일을 통과하며 발생한 미세한 물방울(응축수·분무수)이 기류에 실려 다음 구간으로 비산하는 것을 차단하기 위해 설치한다.

절대습도는 건공기 질량에 대한 수증기 질량의 비로 정의된다. 습공기 100kg 중 수증기가 2kg이면 건공기는 98kg이므로 $x = \dfrac{2}{98} \approx 0.02\,\mathrm{kg/kg}$이 된다.

냉수코일은 코일 출입구의 수온차가 약 5~10℃가 되도록 순환수량을 선정하는 것이 표준 설계 기준이다. (관내 유속은 2~3m/s가 아닌 1m/s 전후이며, 더블서킷은 유속이 느릴 때가 아니라 관경이 작아 유속을 확보하기 어려울 때 사용한다.)

회전문, 에어커튼, 충분한 간격의 이중문은 실내외 공기 흐름을 차단하거나 완충하여 극간풍을 효과적으로 줄이지만, 일반 자동문은 사람 통과 시 문이 열리는 순간 외기가 그대로 유입되어 극간풍 방지 효과가 크지 않다.

각층유닛방식은 각 층마다 별도의 공조기를 두어 단일덕트 정풍량·변풍량, 이중덕트 등 다양한 방식에 응용할 수 있는 방식으로, 송풍 덕트가 짧아지고 층별로 부하·운전시간이 다른 경우에 유리한 것이 특징이다.

폴리트로픽 과정의 일은 $W=\dfrac{P_1V_1-P_2V_2}{n-1}$이다. $P_2=P_1\left(\dfrac{V_1}{V_2}\right)^n=50\times(0.25)^{1.4}\approx 7.18\,\mathrm{kPa}$이므로 $W=\dfrac{50\times0.05-7.18\times0.2}{1.4-1}=\dfrac{2.5-1.436}{0.4}\approx 2.66\,\mathrm{kJ}$로 계산되어 보기와 일치한다.

정압과정의 외부일은 $W=P\Delta V=300\,\mathrm{kPa}\times0.8\,\mathrm{m^3}=240\,\mathrm{kJ}$로 계산된다.

압력이 300kPa로 일정하게 유지되므로 일은 $W=P\Delta V=300\times(0.2-0.05)=45\,\mathrm{kJ}$이다.

투시경(액면계), 유분리기, 불응축가스 분리기는 모두 응축기·수액기 등 고압부 배관에 부착되는 부속기기이다. 반면 냉매액펌프는 액순환식 냉동장치에서 저압측 증발기로 냉매액을 강제 순환시키는 저압부 부속기기이므로 고압부에는 설치하지 않는다.

수소의 기체상수는 $R=\dfrac{R_u}{M}=\dfrac{8.3145}{2.016}\approx4.12\,\mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$이며, 비체적은 $v=\dfrac{RT}{P}=\dfrac{4.12\times373.15}{1000}\approx1.54\,\mathrm{m^3/kg}$로 계산되어 보기와 일치한다.

역카르노 냉동사이클의 성적계수는 $COP=\dfrac{T_L}{T_H-T_L}$이므로, 저온부 온도(T_L)를 높이고 고온부와 저온부의 온도차(T_H-T_L)를 줄일수록 COP가 커져 성능이 향상된다.

등온과정에서 이상기체 1kg이 한 일은 $W=P_1V_1\ln\dfrac{V_2}{V_1}=2\,\mathrm{kPa}\times0.1\,\mathrm{m^3}\times\ln3\approx0.22\,\mathrm{kJ}=220\,\mathrm{J}$로 계산된다.

열역학 제1법칙에 따라 한 사이클을 거쳐 원상태로 되돌아오면 내부에너지 변화가 0이 되므로, 시스템에 가해진 전체 열량과 시스템이 수행한 전체 일의 양은 같아진다. 열과 일은 경로에 의존하는 경로함수이며 단위도 서로 다르게 표기하는 것이 일반적이므로 나머지 보기는 옳지 않다.

카르노 냉동기의 성적계수는 $COP=\dfrac{T_L}{T_H-T_L}=\dfrac{278.15}{303.15-278.15}\approx11.13$이며, 필요 동력은 $W=\dfrac{Q_L}{COP}=\dfrac{3}{11.13}\approx0.27\,\mathrm{kW}$로 계산된다.

단위질량당 엔트로피 변화는 $\Delta s = C_p\ln\dfrac{T_2}{T_1}-R\ln\dfrac{P_2}{P_1}=1.006\ln\dfrac{330}{290}-0.287\ln\dfrac{600}{200}\approx0.130-0.315\approx-0.185\,\mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$로 계산되어 보기와 일치한다.

이상기체 상태방정식으로부터 $m=\dfrac{PV}{RT}=\dfrac{100\times240}{0.287\times298.15}\approx280\,\mathrm{kg}$이 된다.

비압축성 유체(액체)의 가역단열(등엔트로피) 펌프일은 $w_{pump}=v\Delta P=0.001\,\mathrm{m^3/kg}\times(650-150)\,\mathrm{kPa}=0.5\,\mathrm{kJ/kg}$로 계산된다.

선도값 $h_1=621,\ h_2=665,\ h_4=452\,\mathrm{kJ/kg}$로부터 냉동효과 $q_2=h_1-h_4=169\,\mathrm{kJ/kg}$, 압축일 $w=h_2-h_1=44\,\mathrm{kJ/kg}$이다. 냉동능력 1RT(3.8kW)에 대한 냉매순환량은 $\dfrac{3.8}{169}\approx0.0225\,\mathrm{kg/s}$이므로 이론동력은 $0.0225\times44\approx0.989\,\mathrm{kW}$이고, 실제 소요동력은 $\dfrac{0.989}{0.75\times0.9}\approx1.47\,\mathrm{kW}$로 계산되어 보기와 일치한다.

흡수식 냉동기는 재생기에서 냉매(물)와 흡수제(리튬브로마이드) 농도를 재생시키는 과정을 거쳐야 하므로 증기압축식보다 초기 기동 시 정격 성능에 도달하는 속도가 느리다.

피스톤 압출량은 $V=\dfrac{\pi}{4}D^2L\times N\times Z=\dfrac{\pi}{4}(0.2)^2(0.2)\times400\times3\times60\approx452.4\,\mathrm{m^3/h}$이고, 실제 흡입량은 체적효율을 곱해 $452.4\times0.75\approx339.3\,\mathrm{m^3/h}$이다. 냉동능력은 $5.72\times3.8\times3600\approx78250\,\mathrm{kJ/h}$이고 냉매 순환량은 $339.3/0.5\approx678.6\,\mathrm{kg/h}$이므로 냉동효과는 $78250/678.6\approx115.3\,\mathrm{kJ/kg}$이 된다.

클리어런스가 커지면 압축된 가스가 재팽창하는 부피가 늘어 흡입 가능한 체적이 줄기 때문에 체적효율과 냉동능력, 실제 냉매 흡입량은 모두 감소한다. 다만 피스톤 자체의 기하학적 압출량(행정체적)은 클리어런스 크기와 무관하게 일정하므로 “피스톤의 체적 배출량이 감소한다”는 설명은 틀린 내용이다.

냉동사이클이 1-2-3-4-1에서 1-B-C-4-1로 바뀌는 경우는 증발조건은 그대로 두고 압축비만 높아지는(토출상태가 2에서 B로 이동) 경우이므로, 압축일은 (h1-h4)/(h2-h1)에서 (h1-h4)/(hB-h1)로, 즉 분모가 hB-h1로 커져 성적계수 식이 그와 같이 바뀐다.

대수평균온도차는 $LMTD=\dfrac{\Delta T_1-\Delta T_2}{\ln(\Delta T_1/\Delta T_2)}$이며, 응축온도 24℃ 기준 입구측 온도차 $\Delta T_1=24-15=9℃$, 출구측 온도차 $\Delta T_2=24-21=3℃$이므로 $LMTD=\dfrac{9-3}{\ln(9/3)}=\dfrac{6}{\ln3}\approx5.5℃$로 계산된다.

계단(스텝) 입력을 미분하면 임펄스가 되므로, “계단 전압에서 임펄스 전압을 얻는다”는 동작은 대표적인 미분요소의 특성이다.

피드백 제어계에서 목표값을 제어계가 사용할 수 있는 기준입력신호로 변환하는 장치는 설정부(기준입력요소)이다.

$G(j\omega)=e^{-j0.4\omega}$의 위상각은 $\theta=-0.4\omega\,\mathrm{rad}$이므로, ω=2.5에서 $\theta=-0.4\times2.5=-1\,\mathrm{rad}\approx-57.3°$가 된다.

프로세스제어는 온도, 유량, 압력, 액위 등 공정 상태량 자체를 제어량으로 하는 제어방식으로, 정온·정압 등 프로세스 산업 전반에서 사용된다.

고압가스 안전관리법상 단순 신고 절차(제조 신고, 안전관리자 선임)를 지키지 않은 경미한 위반(㉠, ㉡)은 500만원 이하 벌금 대상으로 분류되는 반면, 등록 없이 수입업·운반업을 영위한 행위(㉢, ㉣)는 무등록 영업행위로서 이보다 무거운 벌칙(징역형 또는 더 높은 벌금)이 적용되어 제외된다.

그림의 블록선도는 입력이 G1, G2를 직렬로 거치는 경로와 G2만을 거치는 경로, 그리고 입력이 출력에 그대로 더해지는 경로(이득 1)가 합쳐지는 구조이므로, 각 경로의 전달함수를 모두 더하면 전체 전달함수는 $G_1(s)G_2(s)+G_2(s)+1$이 된다.

제어량은 제어의 대상이 되는 물리량 그 자체(예: 온도, 회전수 등)를 의미한다.

기준 정현파 전압이 $e=V_m\sin(\omega t+30°)$일 때, 위상이 90° 뒤지고 최댓값이 20A인 전류는 $i=20\sin(\omega t+30°-90°)=20\sin(\omega t-60°)$가 된다.

소비전력은 $P=I^2R=5^2\times100=2500\,\mathrm{W}$이다.

워드 레오나드 방식은 발전기의 계자전류를 조정해 직류전동기에 공급하는 전기자 전압 자체를 가변시켜 속도를 제어하는 대표적인 전압제어 방식이다.

변압기의 전손실은 부하와 무관한 철손과 부하에 비례하는 동손의 합이며, 전체 손실이 최소(효율 최대)가 되는 조건은 철손과 동손이 같아지는 부하율에서 성립한다.

배율기는 전압계의 측정범위를 넓히기 위해 전압계와 직렬로 접속하여 그 저항에서 전압강하를 분담시키는 소자이므로, “전압계와 병렬로 접속한다”는 설명은 틀린 내용이다.

전동기의 회전수처럼 제어 결과로 나타나 목표값에 맞추어야 하는 출력량은 제어량에 해당한다.

a-위쪽-b 경로는 1Ω과 2Ω의 직렬(합 3Ω), a-아래쪽-b 경로도 1Ω과 2Ω의 직렬(합 3Ω)이며, 두 경로의 분압비가 1:2로 서로 같아 브리지가 평형을 이루므로 가운데 1Ω에는 전류가 흐르지 않는다. 따라서 등가회로는 3Ω과 3Ω의 병렬이 되어 합성저항은 $\dfrac{3\times3}{3+3}=1.5\,\Omega$이 된다.

회로는 전압계가 부하 양단전압만을 직접 측정하고, 전류계는 부하전류와 전압계로 흘러드는 전류($V/R_e$)를 합한 전체 전류를 측정하는 접속(전류계 외분)이다. 따라서 계기 지시값의 곱 VI에는 전압계 자신이 소비하는 전력 $V^2/R_e$이 더해져 있으므로, 부하의 실제 전력은 $P=VI-\dfrac{V^2}{R_e}$로 보정해야 한다.

서로 다른 주파수 성분을 갖는 두 정현파 전류는 직교하므로, 합성 전류의 실효값은 각 성분 실효값의 제곱합의 제곱근, 즉 $I=\dfrac{1}{\sqrt2}\sqrt{I_{m1}^2+I_{m2}^2}$로 구해진다.

제어장치의 출력이면서 동시에 제어대상에 가해지는 입력이 되는 신호는 조작량이다.

산업안전보건법 시행령상 유해위험방지계획서 제출 대상 공사에는 연면적 5천제곱미터 이상의 냉동·냉장 창고시설 건설공사가 포함된다.

단관 중력환수식 배관에서 증기와 응축수가 같은 방향으로 흐르는 순류관은 1/200~1/300, 서로 반대 방향으로 흐르는 역류관은 응축수가 증기 흐름을 거슬러 흘러야 하므로 더 급한 구배인 1/50~1/100을 적용한다.

가스홀더는 제조·정제된 가스를 저장했다가 압력을 균일하게 유지하며 공급하고, 수요 변화에 따라 제조량과 소비량의 시간차를 조절하는 저장 설비이다.

저압배관의 압력손실은 관경의 5제곱에 반비례한다($\Delta P \propto 1/D^5$). 관경이 25mm에서 50mm로 2배가 되면 압력손실은 $2^5=32$배 줄어들므로 $320/32=10\,\mathrm{mmAq}$가 된다.

저압 공급방식은 가스홀더의 압력을 그대로 이용해 가정용·상업용 등 일반 수요처에 공급하는 방식으로, 공급압력이 보통 수 kPa 수준의 낮은 압력이다. “0.3~0.5MPa”는 중압 공급방식에 해당하는 압력 범위이므로 저압 공급방식 설명으로 틀린 내용이다.

캐비테이션은 흡입측 압력이 포화증기압 이하로 낮아질 때 발생하므로, 흡입양정 과다·흡입관 저항 증대·유체 온도 상승은 모두 발생을 촉진하는 조건이다. 반대로 흡입관 압력이 양압(대기압 이상)이면 오히려 발생 위험이 낮아지므로 발생 조건이 아니다.

섹스티아 방식은 배수 수직관 내에 선회 이음쇠를 두어 배수에 선회류를 일으켜 관 중심에 공기 통로를 확보함으로써 통기관을 겸용할 수 있게 한 방식이다.

리버스 리턴(역환수) 방식은 각 방열기까지의 왕복 배관 길이를 모두 동일하게 만들어 방열기 사이의 유량 분배를 균일하게 하기 위해 채택한다.

등마찰손실법은 덕트 단위 길이당 마찰손실이 항상 일정하도록 각 구간의 치수를 결정하는 설계법으로, 시공 편의성 때문에 실무에서 널리 쓰인다.

냉매 토출관에서 오일이 압축기로 원활히 회수되려면 수평관은 약 3.5~4m/s 이상, 입상관은 그보다 빠른 약 6m/s 이상의 가스 속도가 필요하다. 보기는 횡형관의 기준을 입상관 기준(6m/s)으로 잘못 제시하였으므로 틀린 내용이다.

폴리에틸렌관(PE관)은 내약품성과 전기절연성이 우수하지만 내열성이 낮아 사용온도가 보통 80℃ 이하로 제한되는 가스배관 재료이다.

배관재료 선정 시에는 내식성, 유체 온도변화에 따른 물리적 성질 변화, 사용기간과 시공성 등 기술적 적합성이 우선 고려 대상이며, 사용시기나 가격은 이러한 기술적 요건을 만족한 뒤에 고려하는 부차적 요소이다.

증기주관에서 아래로 분기되는 입하관은 응축수가 원활히 흘러내리도록 내림구배로 배관해야 하며, “상향으로 올린 후 올림구배로 입하시킨다”는 설명은 증기 주관의 입하관 시공 원칙과 반대되는 틀린 내용이다.

땅속에 매설되는 배수관의 최소 관경은 막힘을 방지하기 위해 30mm가 아닌 50mm 이상으로 하는 것이 표준이므로 해당 보기가 틀린 내용이다.

냉동배관 재료는 저온에서도 강도가 크고 가공성이 좋으며 관내 마찰저항이 작아야 할 뿐 아니라, 냉매·유분과 접촉해도 부식되지 않도록 내식성이 커야 한다. “내식성이 작아야 한다”는 설명은 요구조건과 반대되므로 틀린 내용이다.

병원, 연구소 등에서 배출되는 유독물질을 함유해 하수도에 직접 방류할 수 없는 배수는 특수배수로 분류되어 별도의 처리 후 방류해야 한다.

관의 결합방식 그림기호에서 용접식 이음은 관과 이음쇠가 일체로 용착됨을 나타내기 위해 접합부를 채워진 점(•)으로 표시하는 것이 KS 표준 도시법이다.

상수 배관에 상수 이외의 배관이나 장치가 직접 접속되어 오염된 물이 상수 계통으로 역류할 수 있는 위험한 연결을 크로스 커넥션이라 한다.

증기난방은 열매체가 실내에서 증발잠열만 방출하고 응축되므로 온수난방보다 방열면적을 작게 할 수 있고 예열시간도 짧지만, 공급 온도가 높아 실내 상하 온도차가 오히려 크게 나타나는 단점이 있다.