[공조냉동기계기사 필기] 19년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

강도성(intensive) 상태량은 물질의 양에 관계없이 일정한 값을 갖는 상태량으로 온도, 압력, 밀도가 이에 해당한다.
체적은 물질의 양에 비례하여 커지는 용량성(extensive) 상태량이므로 강도성 상태량이 아니다.

이상기체의 기체상수는 $R = \dfrac{\overline{R}}{M}$로 일반기체상수를 분자량으로 나눈 값이므로, 분자량이 작을수록 기체상수 값이 커진다.
수소(H₂)는 분자량이 약 2로 산소(32), 일산화탄소(28), 이산화탄소(44)보다 훨씬 작으므로 네 기체 중 기체상수가 가장 크다.

그림은 $P\text{-}V$ 선도에서 상태 1과 상태 2를 직선으로 이은 뒤, 그 직선 아래 $V_1 \sim V_2$ 구간을 사선으로 칠한 모양이다. 문제에서 상태 1은 $P_1 = 800\,\mathrm{kPa},\ V_1 = 0.27\,\mathrm{m^3}$, 상태 2는 $P_2 = 350\,\mathrm{kPa},\ V_2 = 0.80\,\mathrm{m^3}$로 주어졌다.
밀폐계가 한 일은 $W = \int_1^2 P\,dV$, 즉 선도 아래 면적이므로 칠해진 사다리꼴의 면적을 구하면 된다.
$W = \dfrac{P_1 + P_2}{2}(V_2 - V_1) = \dfrac{800 + 350}{2} \times (0.80 - 0.27) = 575 \times 0.53 = 304.75\,\mathrm{kJ}$, 즉 약 305 kJ이다.
과정이 직선이므로 평균압력 575 kPa를 쓰면 되고, 주어진 공기 질량 8 kg은 이 일 계산에는 쓰이지 않는 조건이다.

정압비열 Cp는 압력이 일정한 조건에서 엔탈피의 온도에 대한 변화율로 정의되므로 $C_p = \left(\dfrac{\partial h}{\partial T}\right)_p$가 되어야 한다.
아래첨자를 v(정적)로 표기한 관계식은 정적비열 Cv의 정의와 혼동한 것으로 옳지 않으며, $C_v=\left(\dfrac{\partial u}{\partial T}\right)_v$, $C_p-C_v=R$, $C_p=\dfrac{kR}{k-1}$는 모두 옳은 관계식이다.

이상기체의 등온과정에서 한 일은 $W = P_1V_1 \ln\left(\dfrac{V_2}{V_1}\right)$로 구한다.
대입하면 $W = 2000\,\text{Pa} \times 0.1\,\text{m}^3 \times \ln\left(\dfrac{0.3}{0.1}\right) = 200 \times \ln 3 \approx 220\,\text{J}$로 계산된다.

보일러 효율은 (증기가 얻은 열량)/(연료가 공급한 열량)으로 구한다. 물이 얻은 열량은 $380000 \times (3230-830) = 912{,}000{,}000\,\text{kJ/h}$이다.
연료가 공급한 열량은 $34000 \times 32000 = 1{,}088{,}000{,}000\,\text{kJ/h}$이므로, 효율은 $\dfrac{912{,}000{,}000}{1{,}088{,}000{,}000} \approx 0.838$, 즉 약 83.8%로 계산된다.

이상기체의 등온과정에서 엔트로피 변화는 압력비를 이용해 $\Delta S = \overline{R}\ln\left(\dfrac{P_1}{P_2}\right)$로 구한다.
대입하면 $\Delta S = 8.31451 \times \ln\left(\dfrac{600}{200}\right) = 8.31451 \times \ln 3 \approx 9.13\,\text{kJ/K}$로 계산된다.

계의 엔트로피에 대한 열역학적 관계식은 내부에너지를 기준으로 $TdS = dU + PdV$로 표현된다.
엔탈피 $H=U+PV$를 미분한 $dH=dU+PdV+VdP$를 이용해 위 식을 바꾸면 $TdS = dH - VdP$가 되며, 이것이 옳은 관계식이다.

그림의 단열 용기 안에는 25℃ 물 0.8 m³가 담겨 있고, 여기에 100℃, 50 kg의 쇳덩어리를 넣는다. 물의 질량은 $m_w = 1000 \times 0.8 = 800\,\mathrm{kg}$이다.
용기가 단열되어 있으므로 물이 얻은 열 = 철이 잃은 열이다. 최종 온도를 $t$라 하면 $800 \times 4.18 \times (t - 25) = 50 \times 0.45 \times (100 - t)$.
$3344(t - 25) = 22.5(100 - t)$ → $3366.5\,t = 85850$ → $t \approx 25.5\,^\circ\mathrm{C}$이다.
물의 열용량 $3344\,\mathrm{kJ/K}$가 철의 $22.5\,\mathrm{kJ/K}$보다 약 150배 커서, 100℃ 쇳덩어리를 넣어도 수온은 0.5℃ 정도밖에 오르지 않는다.

오토사이클의 열효율은 압축비와 비열비를 이용해 $\eta = 1 - \dfrac{1}{r^{k-1}}$로 구한다.
η=0.55, k=1.4를 대입하면 $r^{0.4} = \dfrac{1}{1-0.55} \approx 2.222$이므로 $r = 2.222^{1/0.4} \approx 7.4$로 계산된다.

몰리에 선도는 터빈, 압축기, 노즐 등 정상유동 장치의 해석에 사용되며, 가로축에 엔트로피, 세로축에 엔탈피를 나타내는 h-s 선도이다.
가로축에 엔탈피와 온도를 나타내는 선도나 세로축에 밀도·압력을 나타내는 선도는 몰리에 선도가 아닌 다른 상태 선도들의 특징이다.

폴리트로픽 과정의 일은 이상기체 상태방정식으로 구한 초기·최종 온도를 이용해 $W = \dfrac{mR(T_1-T_2)}{n-1}$로 구한다.
먼저 $T_1=573\,K$에서 $T_2 = T_1\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{n-1}{n}} = 573\times\left(\dfrac{500}{2000}\right)^{0.3/1.3}\approx 416.2\,K$를 구하고, 대입하면 $W = \dfrac{0.3\times0.287\times(573-416.2)}{1.3-1} \approx 45\,\text{kJ}$로 계산된다.

그림의 $T\text{-}s$ 선도는 1→2 단열압축, 2→3 정압가열($q_{in}$), 3→4 단열팽창, 4→1 정압방열($q_{out}$)로 이루어진 브레이턴 사이클이다.
가열·방열이 모두 정압 과정이므로 $q = c_p \Delta T$를 쓰면 $q_{in} = c_p(T_3 - T_2) = c_p(1060 - 200) = 860\,c_p$, $q_{out} = c_p(T_4 - T_1) = c_p(160 - 30) = 130\,c_p$이다.
따라서 $\eta = 1 - \dfrac{q_{out}}{q_{in}} = 1 - \dfrac{130}{860} = 0.849$, 즉 약 85%다.
온도차만 쓰이므로 섭씨를 절대온도로 바꾸지 않고 그대로 대입해도 결과는 같고, 비열 $c_p$도 약분되어 값을 몰라도 풀린다.

단열 용기 내에서 회전날개가 한 일은 모두 내부에너지 증가로 전환된다. 회전날개가 한 일은 $W = 20\,\text{W} \times 1800\,\text{s} = 36{,}000\,\text{J} = 36\,\text{kJ}$이다.
정적비열을 이용하면 온도 상승은 $\Delta T = \dfrac{36}{2 \times 3.12} \approx 5.77\,\text{K}$이므로, 최종 온도는 $80 + 5.77 \approx 85.8\,^\circ\text{C}$로 계산된다.

대류에 의한 열전달량은 $Q = h \cdot A \cdot \Delta t$로 구한다.
대입하면 $Q = 50 \times 2 \times (25-10) = 1500\,\text{W}$로 계산된다.

열역학 제2법칙은 열효율 100%인 열기관을 만들 수 없다는 것, 열이 저온에서 고온으로 자연히 이동하지 않는다는 것, 외부 일 없이 작동하는 냉동기를 만들 수 없다는 것으로 표현된다.
반면 열을 일로 변환하는 것 자체가 불가능하다는 표현은 제2법칙의 내용을 지나치게 단정적으로 왜곡한 것으로, 실제로는 사이클을 통해 열의 전부를 일로 바꾸는 것이 불가능하다는 의미이지 열-일 변환 자체가 불가능하다는 뜻은 아니다.

랭킨 사이클에서 터빈이 하는 일은 터빈 입구와 출구의 엔탈피 차로 구한다. $W_{turbine} = h_3 - h_4 = 2799.5 - 2007.5 = 792.0\,\text{kJ/kg}$로 계산된다.
h₁, h₂는 응축기 출구와 펌프 출구의 엔탈피로 급수펌프가 하는 일을 구하는 데 사용되며, 터빈이 하는 일과는 구분된다.

압축 과정에서 계에 가해진 일은 15 kJ이고 방출된 열은 10 kJ이므로, 열역학 제1법칙 $\Delta U = Q - W$에서 계로 들어온 일은 음의 부호로 넣어 계산한다.
대입하면 $\Delta U = -10 - (-15) = 5\,\text{kJ}$이며, 기체 질량 0.2 kg으로 나누면 1 kg당 내부에너지 증가량은 $\dfrac{5}{0.2} = 25\,\text{kJ/kg}$로 계산된다.

엔탈피는 $H = U + PV$이므로 엔탈피 변화량은 $\Delta H = \Delta U + \Delta(PV)$로 구한다.
초기 $P_1V_1 = 50 \times 3 = 150\,\text{kJ}$, 최종 $P_2V_2 = 900 \times 0.5 = 450\,\text{kJ}$이므로 $\Delta H = 160 + (450-150) = 460\,\text{kJ}$로 계산된다.

밀폐계가 가역정압 변화를 할 때 계가 받은 열량은 $\delta Q = dH$ 관계에 의해 엔탈피 변화량과 같다.
정압 과정에서 $Q = \Delta U + P\Delta V$이고 $H=U+PV$이므로 $Q=\Delta H$가 성립하며, 내부에너지 변화량이나 계가 한 일과는 일반적으로 값이 다르다.

표준 대기압은 수은주 높이 76 cmHg를 기준으로 하므로, 수은주 높이가 68 cm일 때의 압력은 $\dfrac{68}{76} \approx 0.89\,\text{atm}$이 되어야 하며 1.2 atm이라는 설명은 옳지 않다.
비체적 0.5 m³/kg인 암모니아 증기 1 m³의 질량은 $1 \div 0.5 = 2.0\,\text{kg}$이고, 760 mmHg는 표준대기압으로 약 1.01325 bar이며, 24 kgf의 무게가 2.4 m²에 가해질 때 압력은 $\dfrac{24 \times 9.80665}{2.4} \approx 98\,\text{Pa}$로 모두 옳은 설명이다.

대기압(1atm)에서 암모니아의 증발(비등)온도는 –33.3℃이며, 이때의 증발잠열은 약 327 kcal/kg이다.
0℃ 얼음의 융해잠열은 79.68 kcal/kg이므로, 같은 열량으로 융해시킬 수 있는 얼음의 양은 $\dfrac{327}{79.68} \approx 4.1\ \text{kg}$이다.

제빙에 필요한 냉동능력은 원수를 0℃까지 냉각하는 열량, 물의 동결잠열(79.68 kcal/kg), 생성된 얼음을 브라인 온도 부근까지 추가로 냉각하는 열량을 합산하여 구한다.
이 세 항목은 모두 냉동능력 산정에 직접 들어가는 열량 요소이다. 반면 제빙장치 내부의 부수적인 발생열이나 원수의 수질(불순물 함유 정도) 자체는 냉동부하 계산식에 포함되는 열량 항목이 아니므로, 냉동능력 산정 항목과는 거리가 멀다.

브라인의 질량유량은 부피유량에 비중을 곱해 구한다. $220\ \text{L/min} \times 1.15 = 253\ \text{kg/min}$이고, 시간당으로 환산하면 $253 \times 60 = 15180\ \text{kg/h}$이다.
냉각관 입구와 출구의 브라인 온도차는 $-5-(-9)=4$℃이므로, 냉동능력은 $Q = 15180 \times 0.75 \times 4 = 45540\ \text{kcal/h}$로 계산된다.

암모니아(R-717)는 프레온계 냉매인 R-22에 비해 단위 질량당 냉동효과(kcal/kg)가 훨씬 크다. 따라서 “R-22가 암모니아보다 냉동효과가 크다”는 설명은 사실과 반대이므로 이 보기가 틀렸다.
나머지 보기는 모두 맞는 설명이다. 암모니아의 비등점은 약 –33℃로 R-13(약 –81℃)보다 높고, 비등점이 훨씬 낮은 R-13은 R-22보다 저온용으로 적합하며, 암모니아는 냉동유와 잘 섞이지 않아 프레온계에 비해 유분리가 용이하다.

원수 1ton(1000kg)을 25℃에서 0℃로 냉각하는 현열, 0℃에서 얼음으로 동결시키는 잠열, 0℃ 얼음을 –9℃까지 냉각하는 현열을 모두 더해 하루 소요 열량을 구한다.
$Q = 1000 \times 1 \times 25 + 1000 \times 80 + 1000 \times 0.5 \times 9 = 25000+80000+4500 = 109500\ \text{kcal/day}$
이를 시간당으로 환산하면 $109500/24 \approx 4562.5\ \text{kcal/h}$이고, 1RT=3320kcal/h로 나누면 냉동능력은 $4562.5/3320 \approx 1.37\ \text{RT}$이다.

냉각수가 응축기를 통과하며 얻는 온도차는 $\Delta t = \dfrac{Q}{\dot m c} = \dfrac{200000}{5\times4180} \approx 9.6$℃이므로, 출구 냉각수 온도는 약 $20+9.6 \approx 29.6$℃가 된다.
냉각수의 산술평균온도는 $\dfrac{20+29.6}{2} \approx 24.8$℃이고, $Q=UA\Delta T$에서 냉매와 냉각수 평균온도의 차는 $\Delta T = \dfrac{200000}{800\times20} = 12.5$℃이다.
따라서 냉매온도는 $24.8+12.5 \approx 37.3$℃로 계산된다.

증발기에서 나온 냉매가스에는 미처 증발하지 못한 액냉매가 섞여 나올 수 있는데, 이 액적이 그대로 압축기로 흡입되면 액압축(리퀴드 해머)을 일으켜 압축기를 손상시킬 수 있다.
이를 방지하기 위해 증발기 출구와 압축기 흡입관 사이에 액분리기(accumulator)를 설치하여 가스만 압축기로 보내고, 액은 다시 증발기로 돌려보내거나 저장한다.
수액기는 응축기 출구 쪽 고압측에, 유분리기는 압축기 토출측에 설치되는 장치로 위치와 역할이 다르다.

불응축가스(공기 등)는 응축되지 않고 고압측에 그대로 남아, 응축기·수액기의 상부에 모이는 성질이 있다.
따라서 가스퍼저는 불응축가스가 모이는 수액기 상부에 설치하여 이를 선택적으로 뽑아낸다. 압축기 흡입부나 유분리기·액분리기 상부는 불응축가스가 모이는 자리가 아니다.

흡입압력조정밸브(SPR, Suction Pressure Regulator)는 증발기에서 압축기로 가는 흡입배관에 설치하여, 압축기 흡입압력이 설정압력 이상으로 상승하지 못하도록 제한하는 장치이다.
이를 통해 압축기 구동 전동기가 과부하로 소손되는 것을 방지할 수 있다.

공랭식 응축기는 냉매와 열교환하는 매체가 공기이며, 공기는 물에 비해 비열과 열전달계수가 작아 열전달 성능이 떨어진다.
따라서 동일 조건에서 물을 이용하는 셸튜브식, 증발식, 2중관식 응축기에 비해 공랭식 응축기의 열관류율이 가장 낮다.

압축기 토출압력은 응축압력과 밀접한 관계가 있다. 응축온도가 낮아지면 응축압력도 낮아져 토출압력은 오히려 하강한다.
반대로 냉각수 온도가 높거나 냉각수량이 부족하면 응축이 원활하지 않아 응축온도·압력이 상승하고, 장치 내에 불응축가스(공기)가 혼입되어도 응축압력이 상승해 토출압력이 함께 오른다.

R744(이산화탄소, CO2)는 자연냉매로서 지구온난화지수(GWP) 기준값 자체인 GWP=1로 정의되어 있어, 보기 중 가장 낮은 값을 가진다.
반면 R23이나 R12와 같은 기존 프레온·수소불화탄소계 냉매는 GWP가 수천에서 1만 이상으로 매우 높고, R1234yf는 저GWP 냉매로 개발되었지만 R744보다는 값이 높다.

수축열은 물의 큰 열용량을, 잠열축열은 상변화 시 흡수·방출되는 잠열을 이용하는 방식이며, 빙축열은 냉열을 얼음 형태로 저장해 작은 체적에 많은 열을 축적할 수 있다는 설명은 모두 옳다.
반면 토양축열은 땅(지중) 자체의 열용량을 이용해 열이나 냉열을 저장하는 방식으로, 심해 해수온도나 해양의 축열성을 이용하는 것과는 무관하다.

냉동부하와 압축기 소요동력을 합한 것이 응축기에서 제거해야 할 열량(응축부하)이 된다. 냉동부하는 $3\ \text{RT} \times 3320 = 9960\ \text{kcal/h}$이고, 압축동력은 $20\ \text{kW}\times 860 = 17200\ \text{kcal/h}$이다.
응축부하는 $9960+17200=27160\ \text{kcal/h}$이며, 냉각수 입출구 온도차 10℃로 나누면 냉각수량은 $\dfrac{27160}{1\times10} = 2716\ \text{L/h}$로 계산된다.

압축기의 클리어런스(극간)가 커지면 실린더 내에 남아있던 고압가스가 재팽창하는 부피가 늘어나, 실제로 흡입되는 냉매가스량이 줄어들어 체적효율이 저하하고 그만큼 냉동능력도 감소한다.
따라서 동일한 냉동효과를 얻으려면 단위 냉동능력당 소요동력은 오히려 늘어나므로, 소요동력이 감소한다는 설명은 옳지 않다. 또한 토출가스 온도가 상승하여 냉동유의 열화도 촉진된다.

펌프다운으로 저압측을 대기압 정도까지 낮추는 것, 압축기 가동 전에 냉각수 펌프를 먼저 기동시키는 것, 장시간 정지 후 재기동 시 누설 여부를 점검하는 것은 모두 올바른 운전 요령이다.
그러나 장시간 정지시킬 때는 배관과 기기 내부에 압력을 그대로 걸어둔 상태로 두면 냉매 누설이나 기기 손상의 위험이 있으므로, 통상 냉매를 고압측(수액기)으로 회수하는 펌프다운을 하여 저압측 압력을 낮춘 상태로 정지시키는 것이 올바르다.

뜨거운 배수(순환수)를 주위 공기와 직접 접촉시켜 물의 일부를 증발시키며 냉각하는 방식은 개방식(대기식) 냉각탑의 기본 원리이다.
밀폐식은 냉각수와 공기가 직접 섞이지 않고 열교환기를 통해 간접적으로 열을 주고받으며, 증발식은 코일 위에 살수하며 공기와 접촉시키는 방식으로 개방식과 구조가 다르다.

살수식, 부동액 살포식, 전기히터식에 대한 설명은 일반적으로 사용되는 제상 방식의 특징과 일치한다.
그러나 핫가스 제상은 압축기 토출(응축기로 들어가기 전) 측의 고온·고압 냉매가스를 증발기로 보내 착상을 녹이는 방식으로, 응축기를 거쳐 나온 저온의 액냉매를 이용하는 것이 아니다.

그림의 $P\text{-}h$ 선도에서 압력선은 위에서부터 a·j·j1선, c·b·i·i1선, d·e·h선, f·g선의 네 단계다. a·b·e·f는 같은 엔탈피의 수직선상에 있고, c·d는 그보다 왼쪽(엔탈피가 더 작은) 수직선상에 있어 c가 포화액 b보다 더 냉각된 과냉각액임을 나타낸다.
b–e–h–i–b와 c–d–h–i–c는 응축압력(b·c선)과 증발압력(e·h·d선)이 같으므로 압축일 $h_i - h_h$가 서로 같다. 그런데 냉동효과는 $h_h - h_d > h_h - h_e$이므로, 액을 과냉각시킨 쪽이 같은 압축일로 더 많은 냉동효과를 얻는다.
나머지 두 경로는 조건이 불리하다. b–f–g–i1–b는 증발압력을 가장 낮은 f·g선까지 내려 압축비가 커지고, a–e–h–j–a는 응축압력을 가장 높은 a선까지 올려 압축일이 늘어난다.
따라서 $COP = \dfrac{h_h - h_d}{h_i - h_h}$가 가장 큰 c–d–h–i–c 사이클의 성적계수가 가장 크다.

난방부하 중 전도에 의한 열손실은 벽체·창 등을 통해 실내외 온도차에 의해 빠져나가는 열로, 수분 이동이 관여하지 않으므로 현열만으로 계산한다.
반면 환기부하, 외기부하, 침입 외기에 의한 손실은 실내외 공기가 직접 섞이는 과정을 포함하므로 온도차에 의한 현열손실과 함께 습도차에 의한 잠열손실도 함께 고려해야 한다.

건식 환수관에 증기트랩을 설치해 증기 유입을 막는 것, 중력식 환수관을 선하향구배로 시공하는 것, 진공식 환수시스템에서 관경을 가늘게 하고 리프트 피팅으로 입상시킬 수 있는 것은 모두 증기난방의 올바른 특징이다.
반면 증기난방은 방열기 표면온도가 높아 쾌적성이 떨어지고 세밀한 온도 조절이 어려워, 오히려 극장과 같이 천장이 높고 재실자의 쾌적성이 중요한 공간에는 적합하지 않다.

일사에 의한 취득열, 벽체·지붕을 통한 관류열, 조명·인체 등 실내 발생열은 모두 냉방부하를 구성하는 대표적인 열량 항목이다.
반면 침입 외기를 가습하기 위한 열은 냉방(제거해야 할 열)이 아니라 가습에 필요한 별도의 열량 개념이므로 냉방부하 항목에 해당하지 않는다.

전동기 정격출력의 합은 $35 \times 12 = 420\ \text{kW}$이며, 전동기와 구동기계가 모두 같은 실내에 있으므로 실내 취득열량은 가동율과 부하율을 곱하고 전동기 효율로 나누어 구한다.
$Q = \dfrac{420 \times 0.74 \times 0.92}{0.87} \approx 329\ \text{kW}$

펑커루버형, 그릴형, 라인형 취출구는 모두 취출기류가 한 방향(축 방향)으로 곧게 뻗어나가는 축류형 취출구이다.
반면 팬형(pan type) 취출구는 천장면에서 원형으로 확산시켜 사방으로 넓게 퍼지도록 하는 복류형(확산형) 취출구이므로 축류 취출구로 분류되지 않는다.

기계식(mechanical) 트랩은 응축수의 수위(부력) 변화를 이용해 밸브를 개폐하는 방식으로, 대표적으로 버킷 트랩과 플로트 트랩이 있다.
바이메탈 트랩과 벨로즈 트랩은 온도차를 이용하는 온도조절식(써모스태틱) 트랩이고, 열동식 트랩 역시 온도 변화를 이용하는 방식이어서 기계식으로 분류되지 않는다.

공조 계획에서 조닝(zoning)은 부하 특성이 다른 구역을 나누어 각각에 맞는 공조를 함으로써, 실내환경을 효과적으로 유지하고 부하 특성 변화에 유연하게 대처하며 부분부하 운전 시 에너지를 절감하는 것을 목적으로 한다.
다만 조닝을 하면 구역별로 공조기·덕트·제어장치 등이 추가로 필요해지는 경우가 많아 오히려 설비비는 증가하는 경향이 있으므로, 설비비 경감은 조닝의 목적으로 보기 어렵다.

변풍량 단일덕트, 이중덕트, 정풍량 단일덕트 방식은 냉난방에 필요한 열을 모두 공기만으로 실내에 반송하는 전공기 방식이다.
반면 팬코일 유닛 방식(덕트병용)은 냉온수를 이용하는 팬코일유닛과 외기 덕트를 함께 사용하는 방식으로, 물과 공기를 함께 사용하는 공기-물 방식에 해당하여 전공기 방식으로 분류되지 않는다.

덕트 도중에 흡음재를 부착하거나, 송풍기 출구에 플래넘 챔버를 두어 기류를 안정시키거나, 댐퍼 입·출구에 흡음재를 부착하는 것은 모두 덕트 소음을 줄이는 대표적인 대책이다.
반면 덕트를 여러 개로 분기시키는 것은 소음 저감과 직접적인 관계가 없으며, 오히려 분기부·굴곡부가 많아지면 국부저항 증가로 기류 소음이 커질 수 있어 소음 방지대책으로 보기 어렵다.

그림의 표에서 열전도율은 콘크리트 1.63 W/m·K, 단열재 0.17 W/m·K, 대류 열전달계수는 외기 23.3 W/m²·K, 실내공기 9.3 W/m²·K다.
결로를 막는 한계 조건은 실내측 표면온도가 노점 12℃와 같아지는 때다. 이때 실내공기에서 벽면으로 전달되는 열량이 벽체를 통과하는 열량과 같으므로 $q = 9.3 \times (20 - 12) = 74.4\,\mathrm{W/m^2}$, 필요한 전체 열저항은 $R = \dfrac{20 - 0}{74.4} = 0.2688\,\mathrm{m^2 \cdot K/W}$다.
단열재를 제외한 저항은 $\dfrac{1}{9.3} + \dfrac{0.1}{1.63} + \dfrac{1}{23.3} = 0.1075 + 0.0614 + 0.0429 = 0.2118$이므로 단열재가 담당할 저항은 $0.2688 - 0.2118 = 0.0570\,\mathrm{m^2 \cdot K/W}$다.
따라서 두께는 $t = 0.0570 \times 0.17 = 0.0097\,\mathrm{m}$, 즉 약 9.7 mm 이상이어야 한다.

혼합상자는 냉풍과 온풍을 적절한 비율로 섞어 취출하는 장치로, 혼합비율이 변하더라도 송풍량 변동은 완만해야 하고, 댐퍼의 공기누설이 적으며 자동제어 신뢰도가 높고 소음이 적어야 좋은 성능을 가진다.
반대로 냉풍·온풍 덕트 내의 정압변동에 송풍량이 예민하게 반응하면 실내 취출풍량이 불안정해지므로, 이는 오히려 혼합상자가 갖추지 말아야 할 특성이다.

저온공조는 일반 공조보다 낮은 온도의 공기를 공급해 필요한 냉방부하를 처리하는 방식으로, 급기와 실내온도의 차가 커지는 만큼 필요 송풍량은 감소한다.
따라서 배관·덕트 지름이 작아지고 반송동력(팬 동력)이 줄어 운전비가 절감되며, 낮은 습도의 공기를 공급해 쾌적성도 향상되지만, 급기 풍량이 증가한다는 설명은 저온공조의 특징과 반대이다.

혼합공기의 온도는 각 공기의 질량(풍량) 비율에 따른 가중평균으로 구한다.
$t_m = \dfrac{1\times32+3\times24}{1+3} = \dfrac{32+72}{4} = 26$℃

취출구에서 수평으로 분출된 공기는 실내 공기와 혼합되며 진행하는 동안 온도차·밀도차 등의 영향으로 서서히 아래로 처지게 된다.
이때 취출구 중심선과 일정 거리 진행한 후의 기류 중심선 사이의 수직거리를 강하도(drop)라고 한다. 도달거리는 취출구에서 기류의 속도가 일정 값까지 감소하는 지점까지의 수평거리를 의미해 서로 다른 개념이다.

공조기 내 냉각코일 등에서 공기가 냉각·제습될 때 발생하는 응축수(결로수)의 미세한 물방울이 기류에 실려 하류로 비산될 수 있다.
엘리미네이터는 이러한 물방울이 송풍경로를 따라 실내나 후단 장치로 날아가지 않도록 걸러주는 역할을 한다.

변풍량(VAV) 단일덕트 방식은 부하변동에 따라 송풍량을 조절하므로 부분부하 시 반송동력을 줄일 수 있고, 존별 VAV 유닛 배치로 개별·존 제어가 가능하며, 실온을 적절히 유지해 열원설비 에너지 낭비도 적다.
다만 각 실·존의 동시사용률(다양성계수)을 고려하면 전체 최대부하보다 작은 용량으로 기기용량을 정할 수 있어, 오히려 설비용량은 작아진다. 따라서 “설비용량이 커질 수 있다”는 설명은 VAV 방식의 특징과 맞지 않는다.

변풍량(VAV) 유닛 중 바이패스형은 유닛으로 유입되는 송풍량 자체는 일정하게 유지한 채, 실내에 필요하지 않은 여분의 공기를 천장 속이나 환기 통로로 바이패스시켜 실내로 나가는 취출풍량만 조절하는 방식이다. 덕트 내 송풍량과 정압이 거의 변하지 않으므로 별도의 정압제어가 필요 없고, 댐퍼 개폐에 따른 기계적 소음도 적다.
유인형은 1차 공기로 실내(2차)공기를 유인·혼합하며 유인비 제어가 필요하고, 슬롯형·노즐형은 취출구 형상에 관한 명칭으로 정압제어 여부와는 직접 관련이 없다.

공조기에서 조화된 공기를 실내로 보내는 급기(SA) 덕트는 덕트를 통과하는 동안 열손실·열취득이 생기면 실내 부하계산이 틀어지고, 외기와의 온도차로 덕트 표면에 결로가 생길 수 있어 덕트 전 구간에 보온·보냉·방로 목적의 단열이 필요하다.
배기 덕트는 실내에서 이미 사용된 공기가 흐르는 경로이므로 온도차에 따른 단열 필요성이 급기 덕트만큼 크지 않고, 외기 덕트나 배연 덕트도 전 구간 단열이 필수로 요구되지는 않는다.

지중온도는 토질의 종류(함수율, 밀도, 열전도율 등)에 따라 열적 특성이 크게 달라지므로, 같은 깊이라도 토질에 따라 지중온도 분포에 뚜렷한 차이가 나타난다. 따라서 "토질의 종류에 따라서는 큰 차이가 없다"는 설명은 옳지 않다.
지중온도는 지하실이나 지중매설 배관의 열손실 계산에 이용되며, 지표면 부근은 외기온도와 일사의 영향으로 연간·1일 주기의 변동을 보이고, 그 영향이 미치지 않는 불역층 이하에서는 깊이 1m 증가당 대략 0.03~0.05℃ 정도로 완만하게 상승하는 경향을 보인다.

보일러의 과열기는 증발관에서 만들어진 포화증기를 연소가스의 열로 다시 가열하여 온도가 더 높은 과열증기로 만드는 장치이다. 과열증기는 포화증기보다 열효율이 높고 배관 중 응축(습분)이 적어 원동기 등에 유리하다.
연소용 공기를 예열하는 것은 공기예열기, 포화액을 습증기로 만드는 것은 증발관(수관), 습증기를 건포화증기로 만드는 것은 기수분리기의 역할이다.

세라믹 콘덴서의 용량 표기 103은 앞 두 자리(10)가 유효숫자, 세 번째 자리(3)가 승수를 의미하여 $10 \times 10^{3}\,\text{pF} = 10{,}000\,\text{pF}$이 된다. 이를 μF로 환산하면 $10{,}000\,\text{pF} = 0.01\,\mu F$이다.
여기서 K는 용량의 허용오차(±10%)를 나타내는 문자 기호이다.

서로 다른 두 금속을 접합하여 양 접점 사이의 온도차에 비례하는 열기전력이 발생하는 열전대(thermocouple)는 온도를 전압으로 변환하는 대표적인 온도센서이다.
광전관·포토다이오드·광전다이오드는 모두 빛(광량)의 변화를 전기신호로 변환하는 광센서로, 온도-전압 변환과는 원리가 다르다.

직권발전기와 (가동)복권발전기는 부하전류가 증가할수록 계자자속이 커져 단자전압이 상승하는 누적 특성을 가지므로, 두 대 이상을 병렬 운전하면 부하 분담이 불안정해지고 한쪽으로 전류가 쏠리기 쉽다. 이를 막기 위해 계자회로를 균압모선(equalizer bus)으로 연결해 전류 분담을 균등화한다.
분권발전기는 부하전류 증가에 따른 전압변동 특성이 비교적 안정적이어서 균압모선 없이도 병렬운전이 가능하다.

자계 중 자극에 작용하는 힘은 $F = mH$로 주어지므로, 자극의 세기는 $m = \dfrac{F}{H} = \dfrac{8\times10^{-3}}{100} = 8\times10^{-5}\,\text{Wb}$로 계산된다.

분류기를 사용하면 실제 전류는 전류계 지시값에 배율 $\dfrac{R_a+R_s}{R_s}$를 곱해 구한다. 여기서 $R_a=1.5\,\Omega$, $R_s=0.3\,\Omega$이므로 배율은 $\dfrac{1.5+0.3}{0.3}=6$이 되고, 실제 전류는 $50 \times 6 = 300\,\text{mA}$로 계산된다.

제어계에서 목표값을 제어계에 직접 인가하기 곤란한 경우, 목표값에 대응하는 신호로 변환하여 주 되먹임 신호와 비교할 수 있게 해 주는 장치가 기준입력요소(설정부)이다.
제어요소는 조절부와 조작부로 구성되어 동작신호를 조작량으로 변환하는 부분이고, 되먹임요소는 제어량을 검출해 기준입력과 비교 가능한 신호로 되돌리는 부분이므로 각각 역할이 다르다.

비례적분(PI) 제어는 적분동작이 더해지면서 잔류편차(off-set)를 없앨 수 있는 대신, 적분 누적으로 인해 출력이 목표값 주변에서 오르내리는 간헐현상(헌팅)이 나타나기 쉬운 특징이 있다.
PI 제어는 적분동작 덕분에 잔류편차가 오히려 줄어들며, 응답이 비교적 안정적으로 개선되는 경향이 있어 나머지 설명은 PI 제어의 특징과 맞지 않는다.

그림 위쪽 신호흐름선도는 R에서 이득 1, 이어 $s+1$, $s$, 다시 1을 지나 C로 가는 전향 경로와, $s$ 다음 마디에서 $s+1$ 앞 마디로 이득 −1로 되돌아오는 피드백 경로로 되어 있다.
전향 경로 이득은 $1 \cdot (s+1) \cdot s \cdot 1 = s(s+1)$, 루프 이득은 $(s+1) \cdot s \cdot (-1) = -s(s+1)$이므로 $\dfrac{C}{R} = \dfrac{s(s+1)}{1 + s(s+1)}$이다.
그림 아래쪽 블록선도는 전향에 $G(s)$, 피드백에 $\dfrac{1}{s(s+1)}$를 둔 부피드백이므로 $\dfrac{C}{R} = \dfrac{G}{1 + \frac{G}{s(s+1)}} = \dfrac{G\,s(s+1)}{s(s+1) + G}$이다.
두 전달함수를 같게 놓으면 $G\{1 + s(s+1)\} = s(s+1) + G$에서 $G\,s(s+1) = s(s+1)$이므로 $G(s) = 1$이다.

그림은 가로축이 부하전류 I, 세로축이 토크 T이고, 네 곡선이 모두 원점에서 출발해 전부하점에서 한 점으로 모이도록 그려져 있다. (A)는 가장 아래에서 완만하게 시작해 전부하 근처에서 급격히 상승하고, (B)가 그 위, (C)는 원점과 전부하점을 잇는 직선, (D)는 가장 위로 부풀어 오른 곡선이다.
분권형은 계자자속이 거의 일정해 $T \propto I$이므로 원점을 지나는 직선인 (C)에 해당한다. 직권형은 계자전류가 곧 부하전류여서 $T \propto I^2$이 되고, 저부하에서 토크가 가장 작고 전류가 늘면 급격히 커지므로 가장 아래 곡선 (A)다.
네 곡선이 전부하점에서 만나도록 그려졌으므로, 토크가 전류에 비례보다 빨리 커지는 특성은 부분부하 구간에서 직선보다 아래에, 느리게 커지는 특성은 직선보다 위에 놓인다. 가동복권형은 직권 자속이 분권 자속을 도와 비례보다 빨리 커지지만 직권만큼은 아니므로 직선과 (A) 사이인 (B)가 된다. 차동복권형은 직권 자속이 분권 자속을 상쇄해 전류가 늘어도 토크 상승이 둔하므로 직선보다 위쪽인 (D)다.
정리하면 (A) 직권, (B) 가동복권, (C) 분권, (D) 차동복권 순서다.

서보기구는 위치·방위·자세 등 기계적 변위를 제어량으로 하는 추치제어계로, 다른 자동제어계에 비해 원격제어에 많이 활용된다. 다만 제어신호는 전통적으로 아날로그 신호를 사용하는 경우가 많아, "신호는 아날로그에 비해 디지털인 경우가 많다"는 설명은 서보기구의 일반적 특징과 맞지 않는다.

SCR(실리콘 제어 정류소자)은 PNPN 4층 구조의 스위칭 소자로, 게이트 신호로 턴온시켜 직류·교류 전력제어에 널리 쓰인다. 다만 전류는 애노드에서 캐소드로 한쪽 방향으로만 흐르는 단일방향성(단방향) 사이리스터이므로, "양방향성 사이리스터"라는 설명은 옳지 않다.

피드백 제어계에서 목표값을 제어계가 사용할 수 있는 기준입력신호로 변환해 주는 장치가 설정부이다.
비교부는 기준입력과 되먹임 신호를 비교해 편차를 구하고, 조절부는 편차를 조작신호로 변환하며, 조작부는 조작신호를 실제 조작량으로 바꾸는 역할을 하므로 목표값을 기준입력으로 바꾸는 기능과는 다르다.

정현파 교류에서 실효값은 최대값의 $1/\sqrt{2}$배이므로 $V=\dfrac{1}{\sqrt{2}}V_{m}$로 나타낸다.

PI 조절계의 전달함수는 $G(s)=K_p\left(1+\dfrac{1}{T_i s}\right)=\dfrac{K_p(T_i s+1)}{T_i s}$로 나타낼 수 있다. 여기에 비례감도 $K_p=5$, 적분시간 $T_i=2$를 대입하면 $G(s)=\dfrac{5(2s+1)}{2s}=\dfrac{1+2s}{0.4s}$로 계산된다.

PLC의 출력부에는 전자개폐기(MC)의 코일, 시그널램프, 솔레노이드밸브처럼 PLC가 신호를 보내 동작시키는 부하(액추에이터)들이 연결된다.
반면 열동계전기는 과부하 시 접점을 여닫는 보호용 계전기로, 그 보조접점 신호가 PLC의 입력부로 들어가는 소자이므로 출력부 설치 기기에 해당하지 않는다.

옴의 법칙 $I=\dfrac{V}{R}$에 의해 전류는 $I=\dfrac{100}{4000}=0.025\,\text{A}=25\,\text{mA}$로 계산된다.

그림의 설명문은 “도선에서 두 점 사이 전류의 크기는 그 두 점 사이의 전위차에 비례하고, 전기 저항에 반비례한다”이다. 전류를 전압(전위차)과 저항만으로 규정한 문장이므로 $I=\dfrac{V}{R}$ 를 말로 풀어 쓴 것이고, 이것이 바로 옴의 법칙이다.
나머지 법칙들은 설명문과 대상이 다르다. 렌츠의 법칙은 유도기전력이 자속 변화를 방해하는 방향으로 생긴다는 방향에 관한 법칙이고, 플레밍의 법칙은 자기장 속 도체가 받는 힘(왼손) 또는 유도기전력(오른손)의 방향을 정하는 법칙이다.
전압분배의 법칙은 직렬로 연결된 여러 저항에 전체 전압이 $V_k=V\dfrac{R_k}{\sum R}$ 처럼 나누어 걸린다는 내용으로, 그림처럼 “전류 = 전위차 ÷ 저항”이라는 비례·반비례 관계를 직접 말하는 것이 아니다.

그림은 입력 단자 양단에 R, L, C 세 소자가 나란히(병렬로) 걸린 회로다. 따라서 합성 어드미턴스는 $Y=\dfrac{1}{R}+j\left(\omega C-\dfrac{1}{\omega L}\right)$ 이고, 허수부가 0이 되는 $\omega C=\dfrac{1}{\omega L}$ 이 공진조건이다.
공진 시 $Y=\dfrac{1}{R}$ 로 어드미턴스가 최소(임피던스는 최대)가 되므로, 같은 전압을 걸었을 때 전원에서 들어가는 전류도 최소가 된다. 직렬공진에서 전류가 최대가 되는 것과 정반대다.
병렬공진의 선택도는 $Q=\dfrac{R}{\omega_0 L}=R\sqrt{\dfrac{C}{L}}$ 로, R이 클수록 Q가 커진다. 그러므로 “R이 작을수록 선택도 Q가 높다”는 서술이 사실과 반대이며, 이것이 틀린 설명이다.

비례동작(K)만으로는 잔류편차가 남고, 적분동작(1/sT)을 더하면 편차는 없앨 수 있지만 응답이 느려지고 오버슈트가 커질 수 있다.
여기에 미분동작(sT)을 함께 사용하는 비례적분미분(PID) 동작은 정상편차를 개선하면서도 응답속도를 빠르게 하고 오버슈트를 줄이는 효과가 있다.

특성방정식 $s^{3}+2s^{2}+Ks+5=0$에 대해 Routh-Hurwitz 배열을 만들면 $s^{1}$행 첫 항이 $\dfrac{2K-5}{2}$가 되며, 안정하려면 1열의 모든 항이 양수여야 하므로 $2K-5>0$, 즉 $K > \dfrac{5}{2}$일 때 계가 안정하다.

암모니아(NH3)는 동(구리) 및 동합금을 부식시키므로 암모니아 냉동설비의 배관 재료로는 사용할 수 없고, 대신 철이나 강으로 만든 배관을 사용한다.

기구배수관의 관경은 배수트랩 구경 이상, 최소 30mm 정도로 하며, 수직·수평관은 배수 흐름 방향으로 관경이 축소되지 않도록 하고, 배수수직관은 각 층에서 최하부의 최대 배수부하를 담당하는 부분과 동일한 관경으로 통일한다.
다만 땅속에 매설되는 배수관은 지반 침하나 손상에 대비해 기구배수관보다 큰 관경이 필요하며, 최소 구경은 통상 50mm 정도로 하므로 "30mm 정도"라는 설명은 매설 배수관의 관경 기준으로는 옳지 않다.

급탕배관에서는 유체 흐름 경로가 꺾여 공기가 고이기 쉬운 글로브(스톱) 밸브보다, 유로가 일직선으로 열리는 게이트 밸브를 사용하는 것이 원칙이다. "게이트 밸브가 공기고임을 만들기 때문에 글로브 밸브를 사용한다"는 설명은 두 밸브의 특성이 뒤바뀐 서술이다.
중앙식 급탕방식은 개별식보다 설비가 크고 복잡해 시공비가 많이 들며, 온수 순환과 공기 배출을 위해 배관에는 구배를 두고, 순환방식으로는 순환펌프를 이용한 강제순환식과 온수 비중차를 이용한 중력순환식이 있다.

보온재는 저마다 사용 가능한 허용 최고사용온도가 정해져 있는데, 발포 폴리스티렌(스티로폼)은 내열온도가 대체로 70~80℃ 수준에 그쳐 90℃의 고온 온수배관에는 연화·변형 우려가 있어 부적합하다.
규산칼슘, 펄라이트, 암면(미네랄울)은 모두 무기질 보온재로 내열온도가 훨씬 높아 90℃ 온수 배관에도 무리 없이 사용할 수 있다.

진공환수식 배관에서 증기주관은 응축수가 증기 흐름과 같은 방향으로 원활히 흘러내리도록 선하향(내림) 구배를 주는 것이 원칙이며, "선상향 구배"라는 설명은 구배 방향이 실제와 반대로 서술된 것이다.
증기 지관을 주관에서 분기할 때는 관의 신축을 흡수하기 위해 스위블 이음을 적용하고, 주형방열기는 벽에서 50~60mm 정도 떼어 설치하며, 보일러 주변 배관에서는 하트포드 접속법과 밸런스관을 두어 안전을 확보한다.

간접가열식 급탕법은 보일러에서 만든 증기나 고온수로 저탕탱크 속의 가열코일을 통해 물을 데우는 방식으로, 열원(보일러)이 급수 계통과 분리되어 있어 스케일 발생이 적고 유지관리가 쉬워 대규모 건물의 급탕설비에 오히려 적합하게 널리 쓰인다. 따라서 "대규모 급탕설비에 부적당하다"는 설명은 옳지 않다.
난방용 증기보일러가 이미 설치된 건물이라면 별도의 급탕 전용 보일러 없이 간접가열식으로 급탕을 겸용할 수 있어 설비비 절감과 관리 편의성을 기대할 수 있다.

리버스 리턴(역환수) 배관방식은 각 계통에서 급탕관과 반탕(환수)관을 합한 총 배관 길이가 서로 비슷해지도록 배관하여, 급탕 순환수가 배관거리가 짧은 계통으로만 몰려 흐르는 단락현상을 방지하고 각 계통에 고르게 온수가 순환하도록 한다.
다이렉트 리턴(직접환수) 방식은 배관거리가 짧은 계통에 유량이 편중되어 단락현상이 발생하기 쉬운 방식이다.

도시가스배관을 시가지의 도로 노면 밑에 매설하는 경우, 방호구조물 안에 설치하지 않는다면 노면으로부터 배관 외면까지 1.5m 이상의 깊이를 유지해야 한다.

동관은 두께에 따라 K, L, M(N)형 등으로 구분되며, 이 중 K형이 관 두께가 가장 두꺼워 냉매배관, 지중매설 배관 등 고압배관으로 사용할 수 있다.

동관 이음에는 납땜(용접)이음, 압축(플레어)이음, 플랜지이음 등이 사용된다.
타이튼 이음은 고무링을 이용해 원터치로 접합하는 방식으로 주로 주철관(상하수도관) 이음에 쓰이며, 동관 이음 방법에는 해당하지 않는다.

벤더로 관을 굽힐 때 사용하는 굽힘형(벤딩폼)의 홈 지름이 관 바깥지름보다 작으면 관이 굽힘형에 밀착되지 못하고 관 벽이 눌리며 불규칙하게 접혀 주름이 발생하기 쉽다.

배관 내 유속을 증가시키면 동일 유량을 흘리는 데 필요한 관경은 작아지지만, 유속이 빠를수록 배관 내 마찰손실(압력손실)이 증가하고 이에 따른 소음도 커진다.
마찰손실이 커지면 이를 극복하기 위한 펌프·송풍기의 소요동력이 늘어나므로 운전비는 오히려 증가한다. 따라서 "운전비가 감소한다"는 설명은 틀린 내용이다.

증기난방은 증발잠열을 이용하므로 열의 운반능력이 크고, 증기 온도가 높아 방열면적을 온수난방보다 작게 할 수 있으며 예열시간도 짧고 순환도 빠르다.
다만 증기의 온도가 매우 높기 때문에 실내 상하 온도 분포가 고르지 못하고 상하온도차가 크게 나타난다. 따라서 "실내 상하온도차가 작다"는 설명은 틀린 내용이다.

냉매배관은 길이를 짧게 하고 온도변화에 의한 신축을 고려해 시공하는 것이 원칙이며, 수평배관은 냉매와 오일이 원활히 흐르도록 냉매흐름 방향으로 하향구배를 준다.
곡률(굽힘) 반지름을 작게 하면 냉매 흐름의 저항이 커지고 압력손실이 증가하므로, 곡률 반지름은 가능한 크게 하는 것이 옳다. 따라서 "가능한 작게 한다"는 설명은 틀린 내용이다.

보기의 그림들은 모두 관 두 개가 십자로 교차하는 모양인데, 교차점의 표시만 서로 다르다. 아무 표시 없이 두 선이 그냥 겹친 것, 교차점에 속이 찬 검은 점(●)이 찍힌 것, 교차점에 원 안에 십자(⊕)가 있는 것, 가로 관이 세로 관을 반원으로 넘어가는(점프) 모양의 네 가지다.
배관 도시기호에서 두 관이 실제로 이어져 있음은 교차점에 검은 점을 찍어 나타낸다. 즉 “접속해 있을 때”의 기호는 십자 교차점에 속이 찬 점이 있는 것이다.
반대로 가로 관이 반원으로 넘어가는 모양은 두 관이 교차하기만 하고 서로 접속되지 않았음을 뜻한다. 원 안에 십자가 든 기호나 표시 없는 단순 교차는 접속을 나타내는 기호가 아니다.

고가수조식 급수방식은 옥상 등 높은 곳에 설치한 수조의 위치수두를 이용하므로 급수압력이 항상 일정하고, 단수 시에도 저장된 물로 일정 시간 급수가 가능하며 대규모 급수 계통에 적합하다.
다만 대기에 개방된 저수조를 거치는 구조이므로 먼지·이물질 등에 의한 수질 오염 가능성이 존재한다. 따라서 "물의 오염 가능성이 없다"는 설명은 옳지 않다.