[공조냉동기계산업기사 필기] 17년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

증기난방은 열매(증기)의 잠열을 이용해 방열기에서 빠르게 열을 전달하므로 예열시간이 짧은 반면, 온수난방은 온수를 데우는 데 시간이 걸려 증기난방보다 예열시간이 길다. 따라서 온수난방의 예열시간이 짧다는 설명이 틀렸다.

바이패스 팩터는 코일과 열교환하지 않고 그대로 빠져나간 공기의 비율이므로 $BF=\dfrac{t_4-t_5}{t_3-t_5}$로 구한다. 선도에서 취출공기 $16^\circ\mathrm{C}$, 장치노점온도 $13^\circ\mathrm{C}$, 혼합공기 $28^\circ\mathrm{C}$이므로 $BF=\dfrac{16-13}{28-13}=\dfrac{3}{15}=0.20$이다.

유인 유닛(IDU) 방식은 중앙공조기가 1차 공기만 처리해 송풍량이 적으므로, 도입되는 외기량 자체가 적어 외기냉방 효과는 오히려 작다. 따라서 송풍량이 적어서 외기냉방의 효과가 크다는 설명이 틀렸다.

습공기의 엔탈피는 건공기 1kg을 기준으로 한 값이므로 단위는 kcal/kg이다. kcal/m³·℃는 엔탈피의 단위로 옳지 않다.

전공기방식은 냉난방에 필요한 열을 모두 공기로 운반하므로 물방식에 비해 오히려 덕트가 커야 하고 설치공간도 많이 필요하다. 따라서 덕트가 소형이라 설치공간이 줄어든다는 설명이 틀렸다.

여름철을 제외한 저온 시기에 냉각탑을 가동하면 냉각탑에서 나오는 고온다습한 공기가 차가운 외기와 만나 응결되어 흰 연기처럼 보이는 현상을 백연 현상이라 한다.

단일 덕트 정풍량 방식은 하나의 덕트 계통으로 여러 실에 동일한 상태의 공기를 공급하므로 각 실별로 별도의 온도조절이 어려워 개별제어에는 부적합하다. 따라서 개별제어에 적합하다는 설명이 틀렸다.

팬코일유닛은 송풍기, 냉온수 코일, 에어필터 등을 케이싱 내에 수납한 소형의 실내용 공기조화기로, 중앙기계실에서 공급되는 냉수·온수를 이용해 냉난방한다.

송풍기 소요동력은 $L=\dfrac{Q\times P}{6120\times\eta}=\dfrac{450\times50}{6120\times0.5}\approx7.4\ \mathrm{kW}$이다.

배관 계통에서 유량이 달라도 단위 길이당 마찰손실이 일정하도록 관경을 정하는 방법은 등마찰손실법이다.

다수의 전열판을 겹쳐 볼트로 연결하고 판과 판 사이로 유체가 지그재그로 흐르며 열교환하는, 설치면적이 좁고 판 수 증감으로 용량 조절이 쉬운 열교환기는 플레이트형 열교환기이다.

공기조화장치의 열운반장치는 냉온수를 운반하는 펌프, 공기를 운반하는 송풍기·덕트 등을 말한다. 보일러는 열을 생산하는 열원장치이지 열을 운반하는 장치가 아니다.

축열시스템은 야간의 값싼 심야전력 등으로 열을 저장했다가 주간 피크 시간대에 사용해 전력 부하를 분산시키므로 도시의 전력수급상태 개선에 공헌한다. 열원장치 용량은 피크컷 효과로 오히려 줄일 수 있고 부분부하 대응도 비교적 쉬우며, 관리 인건비는 야간운전으로 인해 오히려 늘어날 수 있다.

공조기의 이용 가능한 전열 표면적이 감소하면 공기가 코일과 접촉할 기회가 줄어들어 바이패스되는 공기 비율, 즉 바이패스 팩터는 오히려 증가한다. 따라서 전열 표면적이 감소하면 바이패스 팩터가 감소한다는 설명이 틀렸다.

습공기 엔탈피는 $h=0.24t+(597+0.441t)x$로 구한다. $h=0.24\times30+(597+0.441\times30)\times0.0271\approx7.2+16.5=23.7\ \mathrm{kcal/kg}$이다.

염화리튬, 트리에틸렌글리콜과 같은 흡습성 액체를 사용해 공기 중 수분을 흡수시켜 감습하는 장치는 흡수식감습장치이다.

수관식 보일러는 다수의 가는 수관으로 구성되어 전열면적을 넓게 확보할 수 있어 고압·대용량에 적합하지만, 구조가 복잡해 내부 청소와 보수가 어렵다. 따라서 구조가 간단하여 내부 청소가 용이하다는 설명이 틀렸다.

공조기에서 필요한 송풍량은 실내 취득 현열량에 장치 내 취득열량을 더한 값을 취출온도차로 나누어 구한다. $Q=\dfrac{3000+550}{1.2\times10}\approx295.8\ \mathrm{L/s}$이다.

흡수식 냉동기에서 흡수기는 증발기에서 나온 냉매증기를 흡수액이 흡수하는 장치로, 사이클상 증발기와 발생기(재생기) 사이에 위치한다.

복사난방은 바닥이나 벽·천장 표면의 복사열을 이용하므로 실내 온도분포가 균일해 쾌감도가 좋고, 방열기에 의한 화상 우려가 없으며 문을 개방해도 구조체 자체의 복사열로 어느 정도 난방효과가 유지된다.

냉동능력은 $12\ \mathrm{RT}\times3320=39840\ \mathrm{kcal/h}$이며, 냉매순환량은 $\dfrac{39840}{397-128}=\dfrac{39840}{269}\approx148\ \mathrm{kg/h}$이다.

일 1kg·m에 해당하는 열량을 나타내는 일의 열당량은 $A=\dfrac{1}{427}\ \mathrm{kcal/kg\cdot m}$이다.

브라인은 비열이 크고 동결온도가 낮으며 열전도율이 크고 불연성·불활성이어야 한다. 점성이 크면 순환 동력손실이 커지므로 점성은 작아야 하며, 점성이 클 것이라는 조건은 반대되어 틀렸다.

팽창밸브에서의 교축작용은 등엔탈피 변화이면서 압력강하로 인해 엔트로피가 증가하는 비가역 과정이다. 등적변화는 교축작용과 관계가 없다.

냉동부하는 물의 냉각·응고·얼음냉각에 필요한 열량의 합으로 $Q=2000\times1\times30+2000\times80+2000\times0.5\times10=230000\ \mathrm{kcal/h}$이다. 냉각수가 흡수한 응축열량은 $60000\times1\times(37-32)=300000\ \mathrm{kcal/h}$이므로 압축일량은 $300000-230000=70000\ \mathrm{kcal/h}$이고, 이를 kW로 환산하면 $70000\times4.186\div3600\approx81.4\ \mathrm{kW}$이다.

열관류율은 내외 표면 열전달저항과 각 재료 열전도저항의 합의 역수이다. $\dfrac{1}{K}=\dfrac{1}{20}+\dfrac{0.2}{0.9}+\dfrac{0.15}{0.04}+\dfrac{0.01}{0.15}+\dfrac{1}{6}=4.26$이므로 $K=\dfrac{1}{4.26}=0.23\ \mathrm{kcal/m^2\cdot h\cdot ^\circ C}$이다. 두께 $15\ \mathrm{cm}$ 스티로폼의 저항 $3.75$가 전체 열저항의 대부분을 차지한다.

카르노 사이클은 등온팽창, 단열압축, 등온압축, 단열팽창의 네 과정으로 구성된다. 등적팽창은 카르노 사이클의 구성 과정에 해당하지 않는다.

액봉이 발생할 우려가 있는 부분에는 압력을 도피시키는 안전밸브, 파열판, 압력도피장치 등을 설치한다. 가용전은 화재 등 이상고온 시 녹아 냉매를 방출시키는 안전장치로 액봉 방지용과는 목적이 다르다.

냉각장치의 필요 전열면적은 $A=\dfrac{Q}{U\times\Delta T}$로 구한다. 냉동부하 $30\ \mathrm{RT}\times3320=99600\ \mathrm{kcal/h}$, 온도차 $10-4=6{}^\circ\mathrm{C}$이므로 $A=\dfrac{99600}{6\times6}\approx2767\ \mathrm{m^2}$이다.

진공계 지시압력 45cmHg를 kgf/cm²로 환산하면 $45\times\dfrac{1.0332}{76}\approx0.612\ \mathrm{kgf/cm^2}$이며, 절대압력은 대기압에서 진공압을 뺀 값이므로 $1.0332-0.612\approx0.42\ \mathrm{kgf/cm^2abs}$이다.

증발온도가 일정할 때 응축온도가 상승하면 압축비와 토출가스온도가 오르고 체적효율과 냉동능력이 감소하며, 그에 따라 성적계수(COP)도 낮아진다. 따라서 COP 증가는 응축온도 상승 시 나타나는 현상이 아니다.

균압관은 응축기 상부와 수액기 상부를 연결해 두 기기 사이의 압력을 균등하게 유지시켜 냉매 흐름을 원활하게 한다.

증기압축식 냉동사이클에서 냉매가 응축기를 지나며 열을 방출하고 액화되는 응축과정은 엔트로피가 감소하는 과정이다.

제거할 열량을 냉동톤으로 환산하면 $360000\div3320\approx108.4\ \mathrm{RT}$이며, 냉동톤당 1PS이므로 $108.4\ \mathrm{PS}\times0.7355\approx79.8\ \mathrm{kW}$의 전동기가 필요하다.

플래시가스는 액관에서 압력강하가 심하거나(스트레이너 막힘, 액관 입상), 수액기에 직사광선이 비쳐 냉매액이 가열될 때 발생하기 쉽다. 관경이 큰 경우는 오히려 압력강하가 작아 플래시가스 발생 가능성이 낮으므로 원인으로 보기 어렵다.

응축기에서 방출되는 열량은 냉동부하에 압축일(동력)을 더한 값으로 $Q_{cond}=14000+3\times860\approx16580\ \mathrm{kcal/h}$이다. 냉각수량 $69\ \mathrm{L/min}\times60=4140\ \mathrm{kg/h}$로 온도상승을 구하면 $\Delta t=16580\div4140\approx4{}^\circ\mathrm{C}$이므로 출구온도는 $30+4\approx33\sim34{}^\circ\mathrm{C}$로, 보기 중 33℃가 가장 가깝다.

압축기 흡입·토출 밸브에서 가스가 누출되면 압축된 가스 일부가 다시 새어나가 실제로 압축·이송되는 냉매량이 줄어들므로 체적효율이 감소한다.

온도식 팽창밸브의 유량은 오리피스 구경, 고저압 간 압력차, 액냉매 온도(과냉도) 등에 영향을 받는다. 감온통의 크기 자체는 유량 조절 신호를 전달하는 요소일 뿐 유량에 직접적인 영향 요인은 아니다.

정압식 팽창밸브는 증발기 내 압력(증발압력)이 항상 일정하게 유지되도록 작동하는 밸브이다.

할로겐 원소에는 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I) 등이 있다. 수소(H)는 할로겐 원소가 아니다.

그림에는 진공펌프가 없고 응축수가 자중으로 보일러에 돌아오므로 중력환수식이다. 또 환수주관이 보일러 수면보다 위에 배치되어 관 속을 응축수와 공기가 함께 흐르는 건식 환수방식이며, 이 경우 방열기 출구마다 트랩을 설치해 증기가 환수관으로 넘어가지 않게 한다.

개별식(국소식) 급탕방식은 급탕 개소마다 가열기를 설치하므로 급탕장소가 많아질수록 오히려 시설비가 늘어난다. 따라서 급탕장소가 많은 경우 시설비가 싸다는 설명이 틀렸다.

LP가스의 주성분은 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)이다.

냉·온수 헤더에는 압력계, 드레인관, 급수관 등이 부속된다. 트랩장치는 증기와 응축수를 분리하는 증기배관용 부속품이므로 냉온수 헤더의 부속품과는 거리가 있다.

진공환수식 난방배관에서 방열기보다 높은 위치로 응축수를 끌어올려야 할 때는 진공펌프의 흡인력을 이용하는 리프트 이음(lift fitting)을 사용한다.

증기난방 배관에서 증기트랩을 사용하는 주된 목적은 관 내의 증기와 응축수를 분리해 증기는 통과시키지 않고 응축수만 배출하기 위해서이다.

보온재는 열전도율(열전달률)이 작아야 단열 성능이 좋으며, 물리적·화학적 강도가 크고 흡수성이 적으며 불연성이어야 한다. 따라서 열전달률이 클 것이라는 조건은 보온재의 구비조건과 반대되어 틀렸다.

공기조화 배관 설비에서 냉수코일을 통과하는 공기의 일반적인 설계 풍속은 2~3m/s 정도이다.

배수 수직관의 관경은 접속되는 수평 분기관 중 가장 큰 관경 이상이 되어야 원활한 배수가 가능하다. 따라서 수평 분기관의 최소 관경 이하가 되어야 한다는 설명이 틀렸다.

배관 행거용 지지철물을 달아매기 위해 천장 콘크리트 타설 시 미리 매입해 두는 철물은 인서트이다.

온수난방은 온수 온도를 조절해 난방부하 변동에 비교적 쉽게 대응할 수 있다. 따라서 부하 변동에 대응한 온도 조절이 어렵다는 설명이 틀렸다.

순환수두는 최고 높이와 왕복 배관의 밀도차로 구한다. $H=h\times(\rho_2-\rho_1)=10\times(980.01-968.76)=10\times11.25=112.5\ \mathrm{mmAq}$이다.

급수관의 직선관로 마찰손실(Darcy-Weisbach식)은 관 내 속도수두$\left(\dfrac{v^2}{2g}\right)$에 정비례한다.

배관지지 장치 중 수직 방향의 변위(신축)가 없는 곳에 사용하는 행거는 리지드 행거이다.

팽창밸브의 종류에는 온도식, 플로트식, 압력자동식, 수동식 등이 있다. 인젝터식은 팽창밸브의 일반적인 분류에 해당하지 않는다.

도시가스 공급배관에서 본관은 정압기에서 가스 사용자가 소유·점유하는 토지 경계까지 이르는 배관(공급관)과는 구분되는 상류측 배관을 말하므로, 옥외 내관과 가스계량기에서 중간밸브 사이라는 정의는 본관의 실제 정의와 맞지 않아 틀렸다.

각 기구의 트랩마다 개별적으로 통기관을 설치해 자기 사이펀 작용에도 안정적으로 배수하는 이상적인 통기방식은 각개통기이다.

관 내에 분리된 증기나 공기를 배출하고 물의 팽창에 따른 위험을 방지하기 위해 설치하는 것은 팽창탱크이다.

냉각탑에서 냉각수는 수직 하향, 공기는 수평 방향으로 흘러 서로 직각으로 교차하는 형식은 직교류형이다.

주철관의 이음에는 소켓이음, 플랜지이음, 타이튼이음, 빅토릭이음 등이 있다. 플라스턴 이음은 납-주석 합금(플라스턴)을 사용하는 연관(납관) 접합법이므로 주철관 이음방법에 해당하지 않는다.

전향경로가 $\dfrac{1}{s}$, 되먹임요소가 $P_1$인 부궤환이므로 $\dfrac{C}{R}=\dfrac{1/s}{1+(1/s)P_1}=\dfrac{1}{s+P_1}$이다. 따라서 전달함수가 $\dfrac{1}{s+P_1}$인 블록 하나로 그린 선도와 등가이다.

프로세스 제어나 자동조정과 같이 목푯값이 시간에 대해 변화하지 않는 제어는 정치제어이다.

동일한 저항 4개로 가장 큰 합성저항을 얻으려면 모두 직렬로 연결해야 하므로 $50\times4=200\ \Omega$이 된다.

임피던스 강하(%임피던스)가 4%인 변압기가 단락되면 단락전류는 정격전류의 $\dfrac{100}{4}=25$배가 된다.

전달함수의 분모(특성방정식)는 $s^2+s-6=0$이며, 이를 인수분해하면 $(s+3)(s-2)=0$이므로 근은 $s=-3, 2$이다.

시험전압 $V$에 절연저항 $R_x$와 전압계 내부저항 $R_m$이 직렬로 걸리므로 $e=\dfrac{R_m}{R_x+R_m}V$이다. 이를 정리하면 $R_x=R_m\left(\dfrac{V}{e}-1\right)\ \mathrm{\Omega}$이고, $\mathrm{M\Omega}$ 단위로 나타내려면 $10^{-6}$을 곱해 $R_m\left(\dfrac{V}{e}-1\right)\times 10^{-6}$이 된다.

비직선적인 전압-전류 특성을 가지는 2단자 반도체소자는 배리스터이다.

비례(P)제어는 조작량이 편차에 비례해 동작하므로 부하 변동 시 잔류편차(오프셋)가 남는다. 적분요소가 포함된 제어는 이 잔류편차를 제거할 수 있다.

정현파 교류에서 실횻값은 최댓값을 $\sqrt2$로 나눈 값이다.

직류발전기의 전기자 반작용은 자속 감소, 유기기전력 감소, 자기 중성축 이동 등을 일으킨다. 절연내력의 저하는 전기자 반작용의 일반적인 직접 영향으로 보지 않는다.

콘덴서(정전용량)만의 회로에서는 전류가 전압보다 90도 앞서므로, 반대로 표현하면 전압이 전류보다 90도 뒤진다.

단위계단함수(u(t))와 같은 형태의 그래프를 라플라스 변환하면 $\mathcal{L}[u(t)]=\dfrac{1}{s}$이 된다.

전향경로는 $G_1G_2G_3$ 하나이고, 출력 $C$가 두 가산점으로 각각 직접 되먹임되므로 루프이득은 $-G_2G_3$와 $-G_1G_2G_3$이다. 두 루프가 서로 접촉하므로 $\dfrac{C}{R}=\dfrac{G_1G_2G_3}{1+G_2G_3+G_1G_2G_3}$이다.

변압기 내부 고장(권선 단락 등)을 검출하기 위해 1차·2차 전류의 차를 이용하는 보호계전기는 차동계전기이다.

온도 변화에 따라 저항값이 크게 변하는 반도체 소자는 서미스터이다.

되먹임(피드백) 제어는 출력을 입력측으로 되돌려 입력과 출력을 비교한 뒤 그 오차를 줄이도록 정정동작을 하는 제어방식이다.

보드선도에서 위상여유가 양(+)의 값(약 30~60° 정도)이면 일반적으로 안정한 제어계로 판단하므로, 위상여유 45°인 계통은 안정하다.

직류전동기의 속도제어법에는 저항제어, 계자제어, 전압제어가 있다. 주파수제어는 교류(유도)전동기의 속도제어법이므로 직류전동기의 속도제어법에 해당하지 않는다.

흡수법칙과 상보법칙으로 각 식을 간략화한다. $XY+Y=Y$, $\bar{X}Y+XY=(\bar{X}+X)Y=Y$, $(Y+X+\bar{X})Y=(Y+1)Y=Y$ 로 세 식은 모두 $Y$ 가 된다. 반면 $X(\bar{Y}+X+Y)=X(X+1)=X$ 이므로 이 식만 $X$ 를 나타내어 나머지와 값이 다르다.

표시된 블록은 되먹임 경로에 놓여 제어량을 받아 기준입력과 비교할 수 있는 신호로 바꾸어 주는 자리이므로 검출부이다. 조절부와 조작부는 편차를 받아 제어대상을 움직이는 전향경로에 놓이고, 목푯값은 블록이 아니라 가산점으로 들어오는 기준입력이다.