[공조냉동기계기사 필기] 25년 1회차 시험지 PDF 다운로드

장방형 덕트를 상당지름으로 원형덕트화하는 이 식은 두 덕트가 같은 풍량을 흘릴 때 단위 길이당 마찰손실이 같아지도록 유도된 식으로, 풍속이나 정압까지 같아지는 것은 아니다.

전공기방식은 냉난방에 필요한 열을 모두 공기만으로 실내에 반송하는 방식으로 단일덕트, 이중덕트, 각층유닛방식과 그 응용인 저온공조방식이 이에 속한다. 패키지유닛(냉매식), 복사냉난방(수배관+복사판), 유인유닛(공기+수배관 병용) 방식은 전공기방식이 아니다.

라인형 취출구는 브리즈라인형, 슬롯형, T라인형처럼 좁고 긴 선형 형태로 취출되는 방식이며, 그릴형은 격자 형태의 면형 취출구로 라인형으로 분류되지 않는다.

열회수 방식은 배열이나 폐열을 다시 이용하는 방식으로, 승온이용방식(히트펌프 등으로 폐열의 온도를 높여 재사용)이 대표적이다. 열병합·지역냉난방·빙축열방식은 각각 발전폐열 이용, 집단에너지 공급, 축열이용 방식으로 열회수방식과는 분류가 다르다.

유효온도차(상당외기온도차, ETD)는 일사량과 벽체의 축열특성, 계절·시각·방위에 따라 달라지는 값으로 냉방부하 산정에 사용되지만 실내온도 설정값에 따라서도 보정되므로 “실내온도와 무관하다”는 설명은 틀린 내용이다.

관류보일러는 드럼 없이 긴 관을 자유롭게 배치하여 급수가 관을 통과하며 예열-증발-과열을 거쳐 증기가 되는 구조로, 보일러 전체를 합리적이고 컴팩트하게 구성할 수 있는 것이 특징이다. 보유수량이 적어 시동시간이 짧고 고압 대용량에도 적합하다.

유효온도(ET)는 온도·습도·기류만을 고려한 지표로 주위 표면의 복사 영향은 반영하지 않는다. 반면 수정유효온도(CET), 작용온도(OT), 예상온열감(PMV)은 모두 복사 영향을 포함하는 지표이다.

급탕부하는 급탕량과 비열, 급수-급탕 온도차의 곱으로 구한다. $Q=100\,\mathrm{kg/h}\times4.186\,\mathrm{kJ/(kg\cdot℃)}\times(70-30)℃\approx16744\,\mathrm{kJ/h}$로 계산되어 약 16800kJ/h와 일치한다. (건물 열손실 90kJ/㎡·h를 이용한 13500kJ/h는 난방부하이지 급탕부하가 아니다.)

건구온도가 노점온도에 가까울수록(차이가 작을수록) 그 공기의 상대습도는 높아지므로, “건구온도와 노점온도의 차이는 상대습도가 높을수록 작아진다”는 설명이 옳다. 결로는 표면온도가 노점온도보다 낮을 때 발생하며, 건구온도가 높다고 반드시 절대습도가 높은 것은 아니다.

고속덕트 방식은 반송동력(송풍기 동력)이 저속방식보다 커지고 유속이 빨라 소음이 크므로 별도의 소음 대책이 반드시 필요하다. 따라서 “소음의 고려가 필요하지 않다”는 설명은 틀린 내용이다.

EDR은 상당방열면적(Equivalent Direct Radiation)의 약자로, 표준 방열량 기준으로 환산한 방열기의 등가 방열면적을 의미한다.

냉난방 도일(degree-day)은 기준온도와 일평균 외기온도의 차를 누적한 값으로, 연간 냉난방에 필요한 열량과 그에 따른 연료비를 추산하는 데 사용된다.

송풍기 상사법칙에서 회전속도가 일정할 때 소요동력은 날개 직경의 5제곱에 비례한다. 따라서 $L_2=L_1\left(\dfrac{D_2}{D_1}\right)^5$의 관계가 성립한다.

증발계수(증발력)는 실제 증발한 증기의 잠열을 표준 상태(100℃ 포화수→100℃ 포화증기, 잠열 약 2256kJ/kg)로 환산한 계수를 의미하며, “시간당 증기발생량을 시간당 연료소비량으로 나눈 값”은 증발계수가 아니라 증발배수의 정의이므로 이 설명이 틀린 내용이다.

변풍량(VAV) 방식은 동시사용률(부등률)을 고려해 기기용량을 실제 필요치보다 작게 결정할 수 있어 설비비를 절감하는 것이 장점이다. 따라서 “설비용량이 커질 수 있다”는 설명은 VAV의 장점과 반대되는 틀린 내용이다.

콜드 드래프트는 인체 주위 공기온도가 낮거나, 기류속도가 빠르거나, 주위 벽면온도가 낮거나, 겨울철 극간풍이 많을 때 발생한다. 기류속도가 “낮고” 습도가 높은 조건은 콜드 드래프트를 유발하는 조건과는 거리가 멀다.

어프로치는 냉각탑 출구 냉각수 온도와 입구 공기의 “습구온도” 차이로 정의되며, 건구온도가 아니다. 이 정의상의 오류 때문에 해당 보기가 틀린 설명이다. (레인지는 냉각수 입·출구 온도차, 어프로치가 작을수록 냉각탑이 커져 설비비가 증가하며 일반 공조에서는 보통 5℃ 전후로 설정한다.)

증기난방은 증발잠열을 이용해 열매체 순환량이 적어도 되므로 예열시간이 짧고 증기순환이 빠른 대신, on-off식 제어 특성상 열량 조절(용량제어)이 어렵다는 단점이 있다. “예열시간이 길지만 열량 조절이 용이하다”는 설명은 증기난방의 실제 특성과 반대되는 틀린 내용이다.

흡수식 냉동장치는 압축기 대신 흡수기와 재생기(발생기), 그리고 응축기·증발기로 구성되며, 압축기는 사용하지 않고 소량의 펌프 동력과 재생기의 열에너지로 냉매(물)를 순환시킨다. 따라서 “압축기”를 구성요소로 든 설명이 틀린 내용이다.

카르노 열기관의 열효율은 $\eta=1-\dfrac{Q_L}{Q_H}$이므로 $Q_L=Q_H(1-\eta)=100\times(1-0.3)=70\,\mathrm{kJ}$이 방출된다.

제상은 증발기 표면에 성에가 쌓여 전열성능이 떨어지는 것을 막기 위해 실시한다. (착상이 심해지면 증발압력은 오히려 낮아지고, 살수식 제상의 수온은 보통 10~25℃ 정도이며, 핫가스 제상은 수증기가 아니라 압축기 토출 고온냉매가스를 이용한다.)

정적비열과 정압비열이 일정한 이상기체에서 온도와 체적이 각각 2배가 되는 경우의 엔트로피 변화는 $\Delta s = C_v\ln2+R\ln2=(C_v+R)\ln2=C_p\ln2$로 정리된다($C_p=C_v+R$ 이용).

증발압력이 낮아지면 압축비가 커져 토출가스 온도가 상승한다. 반대로 냉동능력과 냉매순환량, 압축기 체적효율은 모두 감소한다.

단열·정적 용기이므로 회전날개가 한 일은 모두 내부에너지 증가로 전환된다. 일량은 $W=20\,\mathrm{W}\times1800\,\mathrm{s}=36\,\mathrm{kJ}$이고, $\Delta T=\dfrac{W}{mC_v}=\dfrac{36}{2\times3.12}\approx5.8℃$이므로 최종온도는 $80+5.8\approx85.8℃$가 된다.

필요 열량은 $Q=20\,\mathrm{kg}\times334\,\mathrm{kJ/kg}=6680\,\mathrm{kJ}$이고, 냉동능력 5kW로 나누면 $t=\dfrac{6680}{5}=1336\,\mathrm{s}\approx22.2\,\mathrm{min}$이 걸린다.

정압과정에서는 $V\propto T$이므로 부피가 2배가 되면 온도도 2배(293.15K→586.3K, ΔT=293.15K)가 된다. 공급열량은 $Q=mC_p\Delta T=3\times1.004\times293.15\approx883\,\mathrm{kJ}$로 계산된다.

1시간 동안 발생한 마찰열은 $Q=10\,\mathrm{kW}\times3600\,\mathrm{s}=36000\,\mathrm{kJ}$이며, 이 열이 20℃(293.15K)의 일정 온도 주위로 전달되므로 주위의 엔트로피 증가량은 $\Delta S=\dfrac{Q}{T}=\dfrac{36000}{293.15}\approx123\,\mathrm{kJ/K}$이다.

이상적(카르노) 냉동사이클의 성적계수는 $COP=\dfrac{T_L}{T_H-T_L}=\dfrac{243.15}{318.15-243.15}=\dfrac{243.15}{75}\approx3.2$이다.

냉매는 증발온도에서 높은 잠열, 큰 열전도율, 불활성·비가연성 등의 조건을 갖추어야 하지만, 표면장력은 오히려 작아야 무화·열전달이 유리하므로 “표면장력이 커야 한다”는 설명은 틀린 내용이다.

같은 흡입압력과 같은 과열도 조건이라도 압축비가 커질수록 실린더 내 잔류가스의 재팽창 영향이 커져 체적효율은 작아진다. (간극체적이 작을수록 체적효율은 커지고, 누설이 작을수록 체적효율은 커지며, 이론압축동력과 실제소요동력의 비는 체적효율이 아니라 압축효율의 정의이다.)

증발온도가 -30℃ 이하로 낮아지면 압축비가 커져 체적효율 저하, 토출가스 온도 상승, 냉동능력당 소요동력 증대가 나타난다. 반대로 저온에서는 흡입가스의 비체적이 커지므로 압축기의 단위 흡입체적당 냉동효과는 오히려 감소하며 상승하지 않는다.

수액기(리시버)는 응축기에서 나온 고온고압 냉매액을 일시 저장하는 용기로, 펌프다운 시 장치 내 냉매를 모두 회수할 수 있을 정도의 용량으로 선정하며 소형 냉동기에는 생략되기도 한다. 어큐뮬레이터는 저압측에서 액을 분리하는 별도의 장치이므로 수액기와 같은 것이 아니다.

열역학 제1법칙에 따라 한 사이클을 거쳐 원상태로 되돌아오면, 시스템에 가해진 전체 열량과 시스템이 수행한 전체 일의 양은 서로 같아진다.

흡수식 냉동기는 증발기, 응축기, 재생기(발생기), 흡수기로 구성되며 압축기를 사용하지 않는다.

단열 가스터빈의 출력은 $W=\dot m C_p(T_1-T_2)$이므로, 질량유량은 $\dot m=\dfrac{5000\,\mathrm{kW}}{1.12\times(1200-600)}=\dfrac{5000}{672}\approx7.44\,\mathrm{kg/s}$로 계산된다.

가역단열(등엔트로피) 압축에서 $T_2=T_1\left(\dfrac{V_1}{V_2}\right)^{k-1}=281.15\times5^{0.4}\approx535.2\,\mathrm{K}$이므로 섭씨로는 약 $262℃$가 된다.

비례동작(K)만으로는 정상편차가 남고, 비례미분(PD)은 응답속도는 개선하지만 정상편차 문제는 그대로이다. 비례·적분·미분(PID)을 함께 사용하면 적분동작으로 정상편차를 줄이고 미분동작으로 응답속도를 높이며 오버슈트를 억제할 수 있다.

시퀀스제어는 미리 정해진 순서에 따라 각 단계를 진행하는 개회로(open loop) 제어로, 조합논리회로·시간지연요소·제어용 계전기가 활용된다. 출력을 입력측으로 되먹임하는 폐회로(피드백) 제어계는 아니므로 “폐회로 제어계로 사용된다”는 설명은 틀린 내용이다.

전위차계(퍼텐쇼미터)는 회전각이나 변위에 따라 저항이 변화하여 이를 전압으로 변환해 출력하는 대표적인 위치검출용 변환기이다.

저항 부하의 소비전력은 전압의 제곱에 비례하므로 $P_2=P_1\times(0.9)^2=1000\times0.81=810\,\mathrm{W}$가 된다.

자속밀도는 단위 면적당 자속으로 정의되므로 $B=\dfrac{\phi}{S}$이다.

광전스위치, 액면스위치, 리미트스위치는 대상의 위치·수위·유무를 감지하는 검출용 스위치인 반면, 누름버튼스위치는 사람이 직접 조작하는 수동 조작용 스위치이므로 검출용 스위치가 아니다.

진상(위상 앞섬) 보상회로가 되려면 전달함수의 영점이 극점보다 원점에 더 가까워야 하며, 이는 $\dfrac{1+as}{1+bs}$ 형태에서 a>b일 때 성립한다.

그림은 목표값과 출력을 비교하는 비교부(피드백 경로)를 포함하는 구조이므로, 출력을 입력측으로 되먹여 오차를 줄여가는 폐루프(피드백) 제어에 해당한다.

직권발전기와 복권발전기는 직권 계자권선의 특성상 병렬운전 시 부하 분담이 불안정해지기 쉬우므로 균압모선(균압선)을 설치해 안정적으로 병렬운전한다. 분권발전기는 자기제어 특성이 안정적이어서 균압모선이 필요하지 않다.

근궤적은 실수축에 대해 대칭이며 개루프 전달함수의 극점에서 출발해 영점(또는 무한원점)으로 종착하고, 가지 수는 극점과 영점 수 중 큰 값과 같다. 다만 점근선은 허수축이 아니라 실수축 위의 한 점(중심)에서 서로 교차한다.

축출력과 기계손의 합이 회전자(기계적) 출력이므로 $P_{mech}=10000+200=10200\,\mathrm{W}$이고, 2차입력은 $P_2=\dfrac{P_{mech}}{1-s}=\dfrac{10200}{0.96}\approx10625\,\mathrm{W}$이다. 2차동손은 $P_2\times s=10625\times0.04\approx425\,\mathrm{W}$가 된다.

발열체는 내열성과 용융온도가 높고 고온에서도 기계적 강도를 유지해야 하지만, 산화온도는 오히려 높아야 고온에서 쉽게 산화·소모되지 않는다. “산화온도가 낮을 것”은 요구조건과 반대되므로 틀린 내용이다.

신호흐름선도에서 마디 x2는 x1(이득 a), x3(이득 c), x4(이득 b)로부터 들어오는 세 개의 가지가 합쳐져 만들어지는 값이므로, x1·x3·x4에서 각각 a, c, b의 이득을 갖는 가지가 x2로 모이는 형태의 선도가 정답이다.

인덕터에 저장되는 에너지는 $W=\dfrac12LI^2=\dfrac12\times0.1\times10^2=5\,\mathrm{J}$이다.

PID제어는 정정시간을 줄이고 잔류편차를 최소화하며 오버슈트를 감소시켜 전반적인 응답 안정성을 향상시킨다. 따라서 “응답의 안정성이 작다”는 설명은 PID제어의 특징과 반대되므로 해당되지 않는다.

RLC 직렬회로에서 유도성 리액턴스가 크면(XL>XC) 전류가 전압보다 뒤지고, 용량성 리액턴스가 크면(XL<xc)

제어요소는 동작신호(편차)를 받아 이를 조작량으로 변환해 제어대상에 가하는 장치이다.

기계설비법 시행령상 착공 전 확인·사용 전 검사 대상에는 연면적 1만㎡ 이상 건축물, 목욕장(500㎡ 이상)·판매시설(3천㎡ 이상) 등 일부 용도의 바닥면적 기준시설이 포함되나, 기숙사는 이 대상 목록에 별도로 규정되어 있지 않으므로 해당하지 않는다.

중압 이상 가스배관의 유량식 $Q=K\sqrt{\dfrac{(P_1^2-P_2^2)D^5}{SL}}$에 절대압력 $P_1\approx4.03,\ P_2\approx3.03\,\mathrm{kgf/cm^2}$, D=30cm, S=0.64, L=500m를 대입하면 $Q=52.31\sqrt{\dfrac{(4.03^2-3.03^2)\times30^5}{0.64\times500}}\approx38317\,\mathrm{m^3/h}$로 계산되어 보기와 일치한다.

냉매 팽창밸브는 수동형, 정압식(자동), 열동식(온도식 자동) 등으로 분류되며, 팩리스형은 밸브 스템 부분에 패킹 없이 벨로즈 등으로 밀봉하는 구조 형식을 가리키는 용어로 팽창밸브의 작동방식 분류에 해당하지 않는다.

급수펌프에서 풋밸브는 흡입관경의 2배 이상 물속에 잠기도록 설치해 와동에 의한 공기 흡입을 방지해야 한다. (수평관 관경 변화 시에는 공기고임 방지를 위해 편심 리듀서를 사용하고, 흡입관은 짧고 굴곡을 적게 해야 하며, 진공계는 흡입측에 압력계는 토출측에 설치한다.)

복사난방 배관의 코일 구배는 상향식(아래에서 위로 공급)에서는 올림구배, 하향식(위에서 아래로 공급)에서는 내림구배로 시공해 관내 공기가 고이지 않고 원활히 배출되도록 한다.

배수트랩은 내식성이 크고 구조가 간단하며 봉수가 유실되지 않아야 하지만, 오물이 트랩 내부에 부착·퇴적되지 않는 자기세정 구조여야 한다. “오물이 부착될 수 있는 구조”는 요구조건과 반대되므로 틀린 내용이다.

동합금 주물 이음쇠는 순동 이음쇠에 비해 모세관 현상에 의한 용융 확산이 어렵고 냉벽부가 발생할 수 있으며 열팽창 불균일에 따른 틈새가 생길 수 있으나, 용접재(납재)의 부착력은 순동 이음쇠와 뚜렷한 차이를 보이므로 “큰 차이가 없다”는 설명은 고려사항으로 적절하지 않다.

그루브 이음은 관 끝에 홈(groove)을 가공하고 고무링을 끼운 뒤 그 위에 하우징을 씌워 볼트·너트로 체결하는 이음 방식이다.

대·소변기 등에서 배출되는 인간의 분뇨를 포함한 배수는 오수로 분류된다.

동관의 경납땜(brazing)에는 은납, 황동납, 양은납 등이 사용되며, “규소납(실리콘납)”은 동관 경납땜 재료로 일반적으로 사용되지 않는다.

토출가스 헤더는 각 압축기의 개별 체크밸브를 거친 배관이 합류한 뒤 응축기로 향하도록 배치해야 하며, 2대 압축기가 아래·1대 응축기가 위인 구성에서 헤더를 압축기 바로 위쪽에 두고 그대로 토출가스관에 연결하는 방식은 오일 회수와 배관 합류 원칙에 어긋나는 잘못된 시공 설명이다.

스위블 이음은 2개 이상의 엘보를 조합해, 관이 팽창할 때 엘보 연결부에서 비틀림이 일어나며 그 비틀림으로 신축을 흡수하는 이음 방식이다.

냉매배관용 동관은 압력에 대한 신뢰성을 높이기 위해 원칙적으로 이음매 없는(seamless) 관을 사용해야 하므로, “이음매 있는 관을 사용한다”는 설명은 틀린 내용이다.

필요 방열면적은 $A=\dfrac{Q}{K\Delta t}=\dfrac{25000}{6.9\times(110-20)}=\dfrac{25000}{621}\approx40.3\,\mathrm{m^2}$이고, 1쪽당 방열면적 0.28㎡로 나누면 $40.3/0.28\approx144$쪽이 된다.

배관 보온재는 불연성이고 물리·화학적 강도가 크며 흡수성이 적어야 하지만, 열전도율은 단열 성능을 위해 작아야 한다. “열전도율이 클 것”은 보온재 선택 기준과 반대되므로 틀린 내용이다.

그림의 결함은 용접 토(toe) 부분의 모재가 패여 오목하게 파인 형태로, 이는 언더컷의 전형적인 형상이다.

냉각레그는 증기트랩 앞에 일정 길이의 냉각 구간을 두어 증기 속 응축수를 완전히 냉각·응축시킴으로써 플래시 증기 발생 없이 완전한 응축수 회수를 가능하게 하는 배관 부분이다.

아스팔트로 가공된 암면 보냉재는 방수성을 높여 흡수성을 낮춘 것이 특징이며, 흡수성이 양호(높음)하다고 설명하면 보냉재로서의 성능과 반대되는 틀린 내용이 된다. (유리섬유는 가볍고 절단이 쉬우며, 탄산마그네슘은 300~320℃에서 열분해하고, 규조토는 단열효과가 낮아 두껍게 시공한다는 설명은 모두 옳다.)

베이퍼록은 흡입 액이 과열되어 배관 내에서 기화하는 현상이므로, 실린더 라이너 외부를 냉각해야 방지할 수 있다. “외부를 가열한다”는 설명은 오히려 베이퍼록을 촉진시키므로 방지대책이 아니다.