[공조냉동기계기사 필기] 26년 1회차 시험지 PDF 다운로드

고속덕트는 풍속 15 m/s 이상으로 설계하는 덕트로, 주덕트 풍속은 일반적으로 20~23 m/s를 적용한다. 저속덕트의 주덕트 풍속이 8~10 m/s 수준인 것과 구분되며, 고속덕트는 덕트 단면적을 줄일 수 있는 대신 소음과 송풍동력이 커진다.

저온공조방식은 10℃ 이하의 낮은 온도의 공기를 공급하므로 같은 냉방부하를 처리하는 데 필요한 급기 풍량이 감소한다. 풍량이 줄어 덕트·배관 지름이 작아지고 팬 동력이 절감되며, 공급 공기의 습도가 낮아 쾌적성도 향상된다. 따라서 급기 풍량이 증가한다는 설명은 틀렸다.

유인유닛 방식은 중앙공조기에서 처리한 1차 공기를 고속덕트로 유닛에 공급하고, 노즐 분출 시 유인된 실내공기(2차 공기)를 유닛 코일로 냉각·가열하여 실내부하의 대부분을 2차측에서 처리한다. 따라서 중앙공조기는 1차 공기(주로 외기부하)만 처리하면 되므로 오히려 작아진다.

덕트의 마찰저항은 $\Delta P = \lambda\,\dfrac{L}{d}\cdot\dfrac{\rho v^2}{2}$로 표현되며, 직경 $d$는 분모에 있으므로 값이 커질수록 마찰저항이 감소한다. 마찰저항계수, 덕트 길이, 풍속은 모두 커질수록 저항이 증가하는 요인이다.

절대습도는 수증기 분압 $P_w$와 건공기 분압 $P_a$로부터 $\omega = 0.622\,\dfrac{P_w}{P_a}$이고, 상대습도는 $\phi = \dfrac{P_w}{P_s}$이다. 두 식에서 $P_w$를 소거하면 $\phi = \dfrac{\omega}{0.622}\cdot\dfrac{P_a}{P_s}$의 관계가 얻어진다.

순환수 분무는 출구 수온이 입구 공기의 습구온도와 같아지는 단열포화(단열가습) 과정으로, 습구온도가 일정한 단열변화이며 물의 증발잠열로 공기가 냉각되는 증발냉각이다. 이 과정에서 공기는 포화 상태에 가까워지므로 상대습도는 점점 상승하며, 일정하게 유지되지 않는다.

직접난방은 방열기·복사패널 등 방열체가 실내에서 직접 열을 내는 방식이고, 간접난방은 중앙 공조기에서 가열한 공기를 덕트로 실내에 공급하는 방식이다. 증기난방은 실내 방열기로 공기를 가열하는 직접난방이며, 간접난방에 해당하는 것은 온풍난방이다.

총 열손실계수는 관류분과 환기분의 합으로 $q = 0.58\times500 + 168 = 458\ \mathrm{W/^\circ C}$이다. 냉방도일을 적용하면 $Q = 458\times162.4\ \mathrm{^\circ C\cdot day}\times86{,}400\ \mathrm{s/day} \approx 6.43\times10^9\ \mathrm{J} = 6.43\ \mathrm{GJ}$가 된다.

증기트랩은 증기와 응축수를 비중·온도·열역학적 특성 차이로 구별하여 증기는 새어 나가지 않게 하고 배관·방열기에 고인 응축수만 배출하는 장치이다. 공기 배출은 공기빼기밸브, 신축 흡수는 신축이음쇠, 압력 조절은 감압밸브의 역할이다.

복사 냉난방은 바닥·천장 등 구조체에 코일을 매설하여 구조체 자체를 데우거나 식히는 방식이므로 건물 구조체의 축열을 크게 이용할 수 있다. 축열을 기대할 수 없다는 설명이 틀린 것이며, 축열 때문에 예열시간이 길어 일시적·간헐 난방에는 부적당하다.

국부저항의 정압손실은 전압손실에서 동압 변화분을 뺀 값이므로, 상류 동압 기준으로 정리하면 $\zeta_T = \zeta_S + 1 - \left(\dfrac{v_2}{v_1}\right)^2$의 관계가 성립한다. 즉 상하류 풍속이 같을 때($v_1 = v_2$)에만 전압기준과 정압기준 국부저항계수가 일치한다.

덕트 치수 결정법에는 각 구간 풍속을 정해 설계하는 등속법, 단위길이당 마찰손실을 일정하게 하는 등마찰법(등압법), 풍속 감소에 따른 정압 회복분을 다음 구간 저항에 이용하는 정압재취득법이 있다. 등중량법이라는 설계법은 존재하지 않는다.

송풍기 상사법칙에서 풍량은 회전수에 비례, 정압은 회전수의 제곱, 소요동력은 회전수의 세제곱에 비례한다. 회전수를 2배로 하면 $Q\propto N$으로 풍량 2배, $P\propto N^2$으로 정압 4배, $L\propto N^3$으로 소요동력은 8배가 된다.

송풍기 상사법칙에서 회전수가 일정할 때 풍량은 날개 직경의 세제곱, 압력은 제곱, 동력은 5제곱에 비례한다. 따라서 직경을 $d_1$에서 $d_2$로 바꾸면 동력은 $L_2 = L_1\left(\dfrac{d_2}{d_1}\right)^5$로 변화한다.

온수는 증기보다 방열체 표면온도가 낮아 방열기 1대당 방열량이 작으므로, 같은 난방부하를 처리하려면 증기난방보다 큰 방열기와 굵은 배관이 필요하여 설비비가 오히려 증가한다. 열용량이 커서 온도조절이 쉽고 실온 변동이 적으며 동결 우려가 적은 것은 온수난방의 장점이 맞다.

유인비는 1차 공기량에 대한 전공기량(1차+2차)의 비, 즉 $\text{유인비} = \dfrac{Q_1 + Q_2}{Q_1}$로 정의된다. 보기는 분모·분자를 반대로 서술하여 틀렸다. 도달거리(중심속도 0.25 m/s 지점까지의 수평거리)와 강하도의 정의는 옳다.

직렬로 놓인 필터에서는 통과율(1-효율)이 곱해지므로 종합 통과율은 $(1-\eta_p)(1-\eta_m)$이다. 따라서 종합효율은 $\eta_T = 1 - (1-\eta_p)(1-\eta_m)$이 된다.

난방부하는 실내에서 빠져나가는 손실열량으로, 벽체 관류열과 함께 극간풍(틈새바람)에 의한 현열·잠열 손실을 고려한다. 인체·조명·기기의 발열은 실내 취득열량으로서 난방 시에는 부하를 줄여주는 요소이므로 안전을 고려해 난방부하 계산에서는 무시하는 것이 일반적이다.

물의 질량은 $0.8\ \mathrm{m^3} = 800\ \mathrm{kg}$이고 열평형에서 $800\times4.18\times(t-25) = 50\times0.45\times(100-t)$가 성립한다. 정리하면 $3366.5\,t = 85{,}850$에서 $t \approx 25.5\ \mathrm{^\circ C}$가 된다. 물의 열용량이 쇳덩어리보다 훨씬 크므로 온도 상승이 미미하다.

오일에 냉매가 혼입되면 오일이 희석되어 점도가 떨어지고 오일포밍이 발생하여 유압이 낮아진다. 반대로 유온이 낮으면 점도가 커져 유압이 상승하고, 유압조정밸브의 개도가 작으면 릴리프되는 양이 줄어 유압은 높아지는 방향이다.

침입열량은 $Q = K\,A\,\Delta t = 0.311\times500\times\{32-(-15)\}$로 계산한다. 온도차가 47℃이므로 $Q = 0.311\times500\times47 = 7{,}308.5\ \mathrm{W} \approx 7.3\ \mathrm{kW}$가 된다.

열역학 제1법칙에서 $U_2 = U_1 - Q_{out} + W_{in}$이다. 열을 250 kJ 잃고 회전날개로 100 kJ의 일을 받았으므로 $U_2 = 700 - 250 + 100 = 550\ \mathrm{kJ}$가 된다.

절대압력은 대기압에서 진공압력을 뺀 값이다. 진공압 60 mmHg를 환산하면 $\dfrac{60}{760}\times101.3 \approx 8.0\ \mathrm{kPa}$이므로 $P_{abs} = 101.3 - 8.0 \approx 93.2\ \mathrm{kPa}$가 된다.

클라우지우스 부등식에 따라 사이클 적분 $\oint\dfrac{\delta Q}{T}$는 가역 사이클에서 0이고, 비가역 사이클에서는 0보다 작다. 즉 비가역 사이클에서는 $\oint\dfrac{\delta Q}{T} < 0$이 성립하며, 이는 엔트로피 증가 원리의 근거가 된다.

디젤 사이클 효율은 $\eta = 1 - \dfrac{1}{\varepsilon^{k-1}}\cdot\dfrac{\sigma^k - 1}{k(\sigma - 1)}$이다. 대입하면 $\eta = 1 - \dfrac{1}{18^{0.4}}\times\dfrac{2^{1.4}-1}{1.4\times(2-1)} = 1 - \dfrac{1.639}{3.18\times1.4} \approx 0.632$로 약 63%가 된다.

온도식 팽창밸브(TEV)는 증발기 출구에 부착된 감온통으로 흡입가스 온도를 감지하여 증발기 출구의 과열도가 일정하게 유지되도록 개도를 조절한다. 과열도가 커지면 열리고 작아지면 닫혀 냉매 유량을 부하에 맞춘다.

열역학 제1법칙에서 $\Delta U = Q - W$이다. 받은 열이 5 kJ, 외부에 한 일이 0.18 kN·m = 0.18 kJ이므로 $\Delta U = 5 - 0.18 = 4.82\ \mathrm{kJ}$가 된다.

냉동능력은 $2000\times(1\times30+80+0.5\times10)=230{,}000[\mathrm{kcal/h}]$ 이고, 응축부하는 냉각수 흡열량 $60{,}000\times1\times(37-32)=300{,}000[\mathrm{kcal/h}]$ 이다. 압축기 소요동력은 그 차이인 $70{,}000[\mathrm{kcal/h}]\div860\approx81[\mathrm{kW}]$ 가 된다.

비체적이 일정한 액체의 공업일은 $w_t = \int v\,dP = v(P_2 - P_1)$로 구한다. 대입하면 $w_t = 0.001\times(800-100)\times10^3 = 700\ \mathrm{J/kg}$가 된다.

기체상수는 $R = \dfrac{8.314}{24} = 0.3464\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$이고, 이상기체 상태방정식 $PV = mRT$에서 $P = \dfrac{10\times0.3464\times(80+273)}{0.5} \approx 2{,}446.9\ \mathrm{kPa}$가 된다.

체적효율은 $\eta_v = 1 + c - c\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{1/n}$로, 단열 압축지수 $n$이 감소하면 극간체적 내 가스의 재팽창량이 커져 체적효율이 감소한다. 반면 압축비 감소, 극간비 감소, 흡입·토출밸브의 압력손실 감소는 모두 체적효율을 증가시키는 요인이다.

사용 에너지는 $E = 14.33\ \mathrm{W}\times7\ \mathrm{h}\times30\ \mathrm{일}\times3600\ \mathrm{s/h}$로 계산한다. $14.33\times210\times3600 \approx 1.083\times10^7\ \mathrm{J} \approx 10{,}830\ \mathrm{kJ}$가 된다.

팽창밸브의 열림이 작으면 냉매 순환량이 감소하여 증발압력이 저하하고, 압축비 증가로 체적효율도 저하하며 흡입가스가 과열되어 토출가스 온도가 상승한다. 액압축(리퀴드백)은 팽창밸브가 과도하게 열려 액냉매가 압축기로 넘어올 때 발생하는 현상이므로 해당하지 않는다.

1RT = 3,320 kcal/h이므로 이론동력은 $\dfrac{3320}{4.75} = 698.9\ \mathrm{kcal/h}$이고, 실제동력은 효율로 나누어 $\dfrac{698.9}{0.75\times0.9} = 1{,}035.5\ \mathrm{kcal/h}$이다. 1 PS = 632 kcal/h이므로 $\dfrac{1035.5}{632} \approx 1.64\ \mathrm{PS}$가 된다.

정압 팽창과정에서 계가 한 일은 $W = P(V_2 - V_1) = 500\times(0.7-0.2) = 250\ \mathrm{kJ}$이다. 내부에너지 증가 60 kJ은 가한 열량(310 kJ)을 구할 때 쓰이는 값으로, 밀폐계의 팽창일 계산에는 관여하지 않는다.

열역학 제2법칙은 열이 저온에서 고온으로 스스로 이동할 수 없다는 것처럼 자연 과정이 진행되는 방향성을 제시하는 법칙으로, 엔트로피 증가 원리로 표현된다. 에너지의 양적 보존을 다루는 것은 제1법칙이다.

자기회로와 전기회로의 대응에서 기자력은 기전력, 자속은 전류, 자기저항은 전기저항에 대응한다. 퍼미언스는 자기저항의 역수이므로 전기저항의 역수인 컨덕턴스에 대응한다.

매니퓰레이터처럼 물체의 위치·방위·자세를 목표값의 임의 변화에 추종하도록 하는 제어계는 서보기구이다. 자동조정은 전압·주파수 등 전기적·기계적 양의 일정 유지, 프로세스 제어는 온도·유량·압력 등 공정량 제어에 해당한다.

ON-OFF 제어는 조작량이 두 값 사이를 단속적으로 전환되는 대표적인 불연속 제어이다. 비례·미분·적분 및 비율 제어는 편차에 따라 조작량이 연속적으로 변하는 연속 제어에 속한다.

전류원 8A가 6Ω과 부하 10Ω의 병렬 회로에 공급되므로 전류 분배 법칙으로 $I_L=8\times\dfrac{6}{6+10}=3[\mathrm{A}]$ 가 된다.

옴의 법칙 $I = \dfrac{V}{R}$에서 $I = \dfrac{100}{4000} = 0.025\ \mathrm{A} = 25\ \mathrm{mA}$가 된다.

AC 서보 전동기는 2상 유도전동기 구조로, 두 고정자 권선(기준권선·제어권선)에 90° 위상차의 2상 전압을 인가하여 회전자계를 만들어 구동한다. 제어용 전압은 기준권선이 아닌 제어권선에 인가하며, 주로 소용량 제어계에 사용되고 전달함수는 적분요소를 포함하므로 나머지 보기는 틀렸다.

회로는 A 접점과 (A+B) 병렬 접점의 직렬이므로 논리식은 $A\cdot(A+B)$ 이다. 흡수법칙에 따라 $A(A+B)=A$ 로 간단해지므로 A 접점 하나와 등가가 된다.

라디안과 도의 관계는 $\pi\ \mathrm{rad} = 180^\circ$이다. 따라서 $\dfrac{3}{2}\pi\times\dfrac{180^\circ}{\pi} = 270^\circ$가 된다.

a-b 단자 사이에는 전류원 2 A가 5 Ω 저항에 만드는 전압강하와 전압원이 직렬로 나타난다. 따라서 $V_{ab} = IR + E = 2\times5 + 3 = 13\ \mathrm{V}$가 된다.

극형식을 직각좌표로 바꾸면 $B = 20\angle60^\circ = 20\cos60^\circ + j\,20\sin60^\circ = 10 + j17.32$이다. 따라서 $A + B = (6+10) + j(8+17.32) = 16 + j25.32$가 된다.

기준 전류 $I_m\sin\omega t$보다 90° 앞선 전류는 $I_m\sin(\omega t + 90^\circ)$이며, 삼각함수 관계에 의해 이는 $I_m\cos\omega t$와 같다. $I_m\sin(\omega t - 90^\circ)$는 90° 뒤진 전류를 나타낸다.

ON/OFF 동작은 조작량이 최대·최소 두 값 사이를 단속적으로 전환되는 불연속 제어이다. 비례·적분·미분 동작은 편차 크기에 따라 조작량이 연속적으로 변하는 연속 제어 동작이다.

동기속도는 $N_s = \dfrac{120f}{P} = \dfrac{120\times60}{4} = 1800\ \mathrm{rpm}$이고, 슬립은 $s = \dfrac{1800-1725}{1800} = 0.0417$이다. 2차 기전력의 주파수는 $f_2 = s\,f_1 = 0.0417\times60 \approx 2.5\ \mathrm{Hz}$가 된다.

서보기구는 물체의 위치·방위(방향)·자세 등 기계적 변위를 제어량으로 하여 목표값의 임의 변화에 추종시키는 제어계이다. 전류·전압은 자동조정, 유량·압력 등은 프로세스 제어의 대표적 제어량이다.

병렬회로에서는 리액턴스가 작은 쪽으로 전류가 많이 흐르므로, $X_L > X_C$이면 콘덴서 지로 전류가 코일 지로 전류보다 커져 전체 전류가 전압보다 앞서는 용량성 회로가 된다. 직렬회로의 조건($X_C > X_L$)과 반대라는 점에 주의한다.

PI(비례적분) 동작은 비례동작의 빠른 응답에 적분동작이 더해져 잔류편차(오프셋)를 제거하며, ON-OFF 동작과 달리 사이클링도 없어 프로세스 제어에 널리 사용된다. P 동작 단독으로는 잔류편차가 남는다.

기전력을 $E$, 내부저항을 $r$이라 하면 $E = 5(4+r) = 3(8+r)$이 성립한다. 풀면 $2r = 4$에서 $r = 2\ \Omega$이고, $E = 5\times(4+2) = 30\ \mathrm{V}$가 된다.

PI(비례적분) 동작은 적분동작으로 잔류편차를 제거하고 사이클링이 없는 대신, 적분 성분 때문에 조작량이 단속적으로 변하는 간헐현상이 나타나는 특징이 있다. I 동작 단독은 응답이 느리고, P 동작은 잔류편차가 남는다.

고가수조식은 물을 일단 옥상 수조에 받아 중력으로 급수하므로 급수압력이 일정하고 단수 시에도 수조 저장분만큼 급수가 가능하며 대규모 급수에 적합하다. 그러나 수조가 대기에 개방된 채 물이 체류하므로 급수방식 중 오염 가능성이 가장 크며, 오염 가능성이 없다는 설명은 틀렸다.

도시가스사업법령의 배관 고정 기준에 따라 관 지름 13 mm 미만은 1 m마다, 13 mm 이상 33 mm 미만은 2 m마다, 33 mm 이상은 3 m마다 고정장치를 설치해야 한다. 따라서 13~33 mm 미만 배관은 2 m마다 고정한다.

흡입관(suction line)은 증발기에서 나온 저압의 냉매증기를 압축기로 보내는 증발기 출구~압축기 입구 구간이다. 압축기~응축기 사이는 토출관, 응축기~팽창밸브 사이는 액관에 해당한다.

가이드 베인(터닝 베인)은 덕트의 굽힘부 내측에 설치하여 기류의 박리와 와류를 막아 흐름을 안정시키고 국부저항을 줄이는 안내깃이다. 스플릿 댐퍼는 분기부 풍량 분배용, 방화 댐퍼는 화재 시 연소 확대 방지용이다.

배수는 관내에 정체하면 부패하여 악취·막힘의 원인이 되므로 가능한 한 신속하게 옥외 하수관으로 유출시켜야 하며, 천천히 유출시킨다는 설명은 틀렸다. 트랩 봉수로 하수가스·해충의 침입을 막고, 접합부 기밀과 한랭지 동결 방지 피복은 옳은 시공 사항이다.

폴리에틸렌관의 이음에는 가열 융착이음, 플랜지이음, 테이퍼조인트(테이퍼)이음, 인서트이음 등이 사용된다. 콤포이음은 석면 시멘트관(에터니트관)의 이음방법으로 폴리에틸렌관에는 해당하지 않는다.

콘스탄트 행거는 스프링이나 추를 이용해 배관의 상하 변위가 있어도 지지하중을 일정하게 유지하는 행거로, 열팽창 등으로 수직 변위가 큰 개소에 사용한다. 리지드 행거는 변위가 없는 곳, 베리어블(스프링) 행거는 변위가 작은 곳에 쓰인다.

가스 옥내배관은 누설을 쉽게 확인하고 환기가 되도록 특별한 경우를 제외하고 노출배관을 원칙으로 하며, 매설을 원칙으로 한다는 설명은 틀렸다. 콘크리트 주요 구조부 관통 시 슬리브 사용, 응축수 배출을 위한 구배, 신축·진동을 고려한 지지는 옳은 내용이다.

열동식(온도조절식) 트랩은 증기와 응축수의 온도차로 감온체가 팽창·수축하여 작동하는 것으로 벨로즈식, 다이어프램식, 바이메탈식이 있다. 디스크 트랩은 증기와 응축수의 열역학적 특성(재증발에 의한 압력·속도 변화)을 이용하는 열역학적 트랩이므로 해당하지 않는다.

공동현상 방지를 위해서는 흡입양정을 줄이도록 펌프 설치 위치를 낮추고, 회전수를 줄이며, 흡입관의 굴곡부를 줄여 마찰손실수두를 작게 해야 한다. 흡입 조건을 개선하려면 단흡입을 양흡입 펌프로 바꾸어야 하며, 양흡입을 단흡입으로 바꾸는 것은 반대로 공동현상을 조장한다.

패킹재 선정 시 고려하는 유체의 화학적 성질에는 부식성, 휘발성, 용해능력, 인화성 등이 있다. 점도는 온도·압력·밀도와 함께 유체의 물리적 성질에 해당한다.

슬리브 신축 이음쇠는 슬리브가 관 축방향으로 미끄러지며 신축을 흡수하는 구조여서 직선 배관 전용이며, 곡선부에 설치하면 비틀림·굽힘을 받아 파손되기 쉽다. 신축량이 크고 설치 공간이 작으며, 장시간 사용 시 패킹 마모로 누수될 수 있다는 설명은 옳다.

증기헤더는 보일러 증기를 모아 각 계통으로 분배하는 설비로, 압력계·드레인 포켓·트랩장치를 부착하며 위치에 따라 공급헤더와 리턴헤더로 구분한다. 접속관의 밸브류는 조작이 쉽도록 바닥 위 1.5 m 정도 높이에 설치하는 것이 좋으며, 5 m는 조작할 수 없는 높이이므로 틀렸다.

수도 직결식의 본관 최저 필요압력은 최고위 수전의 기구별 소요압력, 본관에서 수전까지의 관내 마찰손실수두, 높이차에 상당하는 압력의 합으로 구한다($P \ge P_1 + P_2 + P_3$). 관 재질에 따른 저항은 마찰손실 계산에 반영될 뿐 별도의 필요 요소가 아니다.

자연 순환수두는 급탕관과 복귀관의 밀도차에 높이를 곱해 구한다. $H = 1000\,h\,(\rho_2 - \rho_1) = 1000\times12\times(0.97781 - 0.96876) = 108.6\ \mathrm{mmAq}$가 된다.

경질염화비닐관 TS식(냉간삽입) 접합은 테이퍼 형상과 접착제의 작용으로 유동삽입, 일출접착, 변형삽입의 3가지 접착효과에 의해 접합강도가 얻어진다. 소성삽입은 여기에 포함되지 않는다.

저압가스 배관의 유량식(폴 공식) $Q = K\sqrt{\dfrac{D^5 H}{S\,L}}$을 관경에 대해 정리한 식으로, 여기서 $S$는 공기에 대한 가스의 비중이다. $D$는 관 내경, $H$는 허용 압력손실(공급 압력차), $L$은 관 길이를 나타낸다.

배관용 패킹재는 유체의 물리적 성질(온도·압력·점도), 화학적 성질(부식성·휘발성), 그리고 진동의 유무 등 기계적 조건을 고려하여 선정한다. 시트면의 형상은 밸브 구조에 관한 사항으로 패킹재 선정의 직접적인 고려사항과는 거리가 멀다.