[공조냉동기계산업기사 필기] 16년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

재열기는 공기를 가열만 하고 수분을 가감하지 않으므로 절대습도는 변하지 않는다. 온도가 올라가면서 건구온도, 엔탈피는 상승하고 상대습도는 낮아진다.

극간풍량은 환기횟수법, 창문 틈새길이법, 창 면적법 등으로 추정한다. 실내외 온도차는 극간풍에 의한 부하(열량)를 계산할 때 사용하는 값이지 극간풍량 자체를 구하는 방법은 아니다.

난방부하 계산에서 실내온도는 일반적으로 실 중앙부의 바닥 위 1~1.5m 높이에서 측정한 온도를 기준으로 하며, 이 보기처럼 외벽으로부터 1m 이내 지점을 기준으로 하는 것은 실내온도 측정 기준과 맞지 않아 틀렸다.

온수배관은 최저부에 배수밸브를 설치하고 물이 원활히 빠지도록 하향구배로 설치하는 것이 옳다. 각 방열기의 공기배출기는 필요시가 아니라 항상 부착해야 하며, 팽창관(도피관)에는 안전을 위해 밸브를 설치해서는 안 되고, 관지름을 바꿀 때는 편심이음쇠를 사용해야 한다.

표준 방열량(650kcal/m²·h)을 증기의 증발잠열(538kcal/kg)로 나누면 방열기 표준 방열량에 대한 응축수량은 $650\div538\approx1.2\ \mathrm{kg/m^2\cdot h}$이다.

윅(wick) 구조체를 이용해 한쪽 끝에서 작동유체가 증발잠열을 흡수하고, 증기가 저온부로 이동해 응축되며 열을 전달하는 기기는 히트 파이프이다.

냉방부하 중 조명기구에서 발생하는 열은 수분을 동반하지 않는 순수한 현열이다. 외기부하, 인체발생부하, 틈새바람부하는 모두 현열과 잠열을 함께 포함한다.

상대습도는 습공기 중 수증기분압과 같은 온도의 포화수증기압의 비로 정의된다. 표에서는 절대습도와 같은 온도 포화공기 절대습도의 비로 적어 놓았는데, 이는 포화도(비교습도)의 정의이므로 상대습도 항목의 설명이 틀렸다. 나머지 절대습도, 수증기분압, 노점온도의 단위와 정의는 모두 옳다.

멀티존 유닛 방식은 각 존별로 냉풍·온풍을 공조기 내부에서 혼합해 하나의 덕트로 공급하므로, 이중덕트 방식처럼 각 존마다 냉풍·온풍 두 계통의 덕트를 천장 속에 확보하기 어려운 경우에 적합하다.

방열기가 실내에 발산하는 현열량은 $Q=m\,c\,\Delta t=560\times1\times(80-72)=4480\ \mathrm{kcal/h}$이다.

병행류이므로 입구끼리, 출구끼리 짝지어 $\Delta_1=32-10=22^\circ\mathrm{C}$, $\Delta_2=18-15=3^\circ\mathrm{C}$가 된다. 대수평균온도차는 $\mathrm{LMTD}=\dfrac{\Delta_1-\Delta_2}{\ln(\Delta_1/\Delta_2)}=\dfrac{22-3}{\ln(22/3)}=\dfrac{19}{1.992}=9.54^\circ\mathrm{C}$이다.

3관식 팬코일유닛 방식은 냉수관과 온수관을 따로 두지만 환수관을 공용으로 사용하므로, 환수관 내에서 냉수와 온수가 섞이는 혼합손실이 발생한다. 따라서 손실열량이 타 방식에 비해 거의 없다는 설명이 틀렸다.

복사난방은 바닥이나 벽 등 열원(구조체)에서 나오는 복사에너지를 이용해 난방하는 방식이다. 온수난방·온풍난방은 현열을, 증기난방은 잠열을 이용하는 대류난방 방식이다.

콜드 드래프트는 인체 주위 공기온도가 낮거나 주위 벽면온도가 낮을 때, 또는 기류속도가 크고 습도가 낮을 때 발생하기 쉽다. 인체 주위의 기류속도가 작을 때는 오히려 콜드 드래프트가 발생하기 어려우므로 이는 원인이 아니다.

송풍기와 배풍기(급기·배기 모두 기계식)를 이용하는 환기법은 1종 환기이며, 신뢰성 있는 급배기 균형이 필요한 대규모 보일러실, 변전실 등에 적용한다.

유인 유닛(IDU) 방식은 중앙공조기가 1차 공기만 처리하므로 송풍량이 적고, 그만큼 외기냉방 효과도 작다. 따라서 송풍량이 많아서 외기냉방효과가 크다는 설명이 틀렸다.

보일러 효율은 $\eta=\dfrac{\text{증기량}\times(h_2-h_1)}{\text{연료량}\times\text{저위발열량}}=\dfrac{320000\times(812.6-120.25)}{50000\times5500}\approx0.806$, 즉 약 81%이다.

노점온도는 공기의 절대습도를 그대로 유지한 채 냉각해 포화에 이르는 온도이다. 따라서 상태점 A에서 등절대습도선인 수평선을 왼쪽으로 그어 포화곡선과 만나는 점의 온도를 읽는 작도가 옳다. 비스듬한 선으로 포화곡선과 만나게 하면 습구온도, 수직선을 아래로 내리면 건구온도를 읽는 방법이 된다.

온풍난방은 열용량이 작은 공기를 직접 가열해 순환시키므로 착화 후 곧바로 난방효과가 나타나는 것이 특징이다. 따라서 열용량이 크므로 착화 즉시 난방이 어렵다는 설명이 틀렸다.

습공기의 전열량(현열+잠열)에 대한 현열량의 비율은 현열비이다.

압축기의 기계효율은 $\eta_m=\dfrac{\text{도시마력}}{\text{축마력}}=\dfrac{350}{400}=0.875$, 즉 87.5%이다.

등온변화에서 출입한 열량은 $Q=W=P_1V_1\ln\dfrac{P_1}{P_2}$로 구한다. $P_1V_1=20\ \mathrm{bar}\times10\ \mathrm{L}=200\ \mathrm{bar\cdot L}=20\ \mathrm{kJ}$이므로 $Q=20\times\ln(20/1)\approx20\times2.996\approx60\ \mathrm{kJ}$이다.

역카르노 사이클에서 고열원 TH, 저열원 TL에 대한 냉동기 성능계수(COP)는 $\dfrac{T_L}{T_H-T_L}$로 나타낸다.

암모니아는 소형에, 프레온은 대용량까지 널리 쓰이며 전열이 양호하고 설치면적이 작지만 냉각관이 부식되기 쉬운 응축기는 횡형 셸 앤드 튜브식 응축기이다.

냉매액이 팽창밸브를 지나는 교축과정은 등엔탈피 변화이며, 압력강하에 따라 냉매의 온도와 압력은 모두 감소하고 엔탈피는 일정하게 유지된다.

외부에 어떠한 변화도 남기지 않고 한 열원의 열을 계속해서 일로 변환하는 기관(제2종 영구기관)은 존재하지 않는다는 것은 열역학 제2법칙(켈빈-플랑크의 표현)이 의미하는 바이다.

습압축은 압축기가 습증기를 흡입해 압축을 마쳤을 때 건포화증기가 되는 사이클이다. 흡입점이 포화증기선 안쪽 습증기 영역에 있고 단열압축선의 끝점이 포화증기선 위에 놓인 선도가 이에 해당한다. 흡입점이 포화증기선 위에 있으면 건압축, 포화증기선 오른쪽 과열영역에 있으면 과열압축 사이클이다.

압축기의 클리어런스가 커지면 재팽창가스량이 늘어 체적효율과 냉동능력이 감소하고 윤활유가 열화·탄화되기 쉽다. 다만 이러한 조건에서 토출가스 온도는 낮아지지 않으므로 토출가스 온도가 낮아진다는 설명은 틀렸다.

액관에서 발생한 플래시가스는 팽창밸브를 통과하는 냉매 중 이미 기화된 부분이 섞여 있는 것이므로, 실제 증발기에서 냉동효과를 내는 냉매의 순환량이 줄어들어 냉동능력을 감소시킨다.

왕복동 압축기에서 저온을 얻기 위해 2단 압축을 채용하는 이유는 압축비를 낮춰 토출가스 온도의 과도한 상승을 억제하고, 윤활유 온도 상승과 압축효율 저하를 막으며 성적계수를 높이기 위해서이다. 따라서 토출가스의 온도를 높이기 위해서라는 설명은 2단 압축의 목적과 반대되어 틀렸다.

제빙 부하는 물의 냉각(20→0℃), 응고, 얼음냉각(0→-5℃)에 필요한 열량의 합을 효율로 나누어 구한다. $Q=\dfrac{10000\times1\times20+10000\times80+10000\times0.5\times5}{0.8}\div24\approx53385\ \mathrm{kcal/h}$이다.

가역 단열변화(등엔트로피 변화)에서는 계와 외부 사이에 열 출입이 없고 비가역 손실도 없으므로 엔트로피 변화가 0이다(ΔS=0).

스크롤 압축기는 인벌류트 치형의 두 스크롤이 맞물려 선회운동을 하며 압축하는 용적형 압축기로, 토크 변동이 적고 미끄럼 속도가 느리다. 슬라이드 밸브 방식과 리프트 밸브 방식은 스크루 압축기의 용량제어 방식이므로 스크롤 압축기의 용량제어 방식으로 설명한 것은 틀렸다.

고온가스 제상 시 고온가스의 흐름을 열고 닫아 제어하는 데는 전자밸브가 사용된다.

냉동장치 운전 중 저압(증발압력)이 낮아지면 증발온도가 저하하지만 냉매의 비체적이 커져 순환량이 줄어들므로 냉동능력은 오히려 감소한다. 따라서 냉동능력이 증대된다는 설명이 틀렸다.

냉동기의 안전장치에는 가용전, 안전밸브, 고·저압 차단스위치 등이 있다. 핫가스장치는 제상(성에 제거)에 사용하는 장치로 안전장치가 아니다.

응축기에서 냉매는 냉각수에 의해 냉각되며 기체에서 액체로 상변화하는데, 이 과정은 압력이 거의 일정하게 유지되는 등압 응축과정이므로 냉각되어 압력이 상승한다는 설명이 틀렸다.

프레온 냉매는 수분 용해도가 작아 액배관 중 소량의 수분도 냉동장치에 문제를 일으킬 수 있으므로, 액관에 건조기(드라이어)를 부착하면 수분 제거에 효과가 있다.

냉동 운송설비인 냉동자동차는 냉각방법에 따라 기계식, 액체질소식, 축냉식 등으로 분류한다. 헬륨냉동식은 일반적인 냉동자동차 분류에 해당하지 않는다.

비열은 어떤 물질 1kg의 온도를 1℃ 높이는 데 필요한 열량을 말한다. 비열이 큰 물질일수록 온도 변화에 대한 저항이 커서 천천히 데워지고 천천히 식는다.

배수관에서 트랩의 봉수가 파괴되면 배수관의 악취와 유해가스가 역류할 수 있으므로, 이를 보호하기 위해 배수관에 통기관을 설치한다.

고가(옥상)탱크 급수방식은 일정한 수압을 유지할 수 있고 배관 부속품 파손이 적으며 취급이 간단하다. 다만 고가탱크는 대기에 개방된 구조가 일반적이므로 기밀 제작 여부가 값을 싸게 만드는 요인은 아니며, 이 설명은 고가탱크 방식의 실제 특징과 맞지 않아 틀렸다.

급탕배관 시공 시에는 배관 구배, 관의 신축, 배관재료 선택을 고려해야 한다. 청소구의 설치장소는 배수배관에서 고려할 사항이므로 급탕배관 시공 고려사항과는 거리가 멀다.

통기관에는 각개 통기관, 루프 통기관, 신정 통기관 등이 있다. 분해 통기관은 일반적인 통기관의 종류에 해당하지 않는다.

단관 중력환수식 증기난방 배관에서 증기와 응축수가 같은 방향으로 흐르는 순류관의 구배는 1/100~1/200 정도로 한다.

암면, 규조토, 탄산마그네슘은 무기질 보온재이다. 펠트는 양모나 우모 등을 원료로 하는 유기질 보온재이므로 무기질 보온재가 아니다.

네오프렌 패킹은 내열온도가 대체로 100℃ 안팎으로 제한되므로, 180℃에 이르는 고온의 증기배관에는 부적절하다.

암모니아는 동 및 동합금을 부식시키므로 암모니아 냉동설비 배관에는 이음매 없는 동관을 사용할 수 없다.

도시가스 입상관에 설치하는 밸브는 보호상자에 설치하는 경우를 제외하고 바닥에서 1.6m 이상 2m 이내 범위에 설치해야 한다.

유체를 한쪽 방향으로만 흐르게 하고 역류를 방지하기 위해 설치하는 밸브는 체크 밸브이다.

강관의 접합에는 나사접합, 플랜지접합, 용접접합 등이 사용된다. 압축접합은 강관보다는 동관 등 연질관에 쓰이는 접합법으로 강관의 일반적 접합방법에 해당하지 않는다.

압력탱크식 급수방법에서는 필요 압력, 탱크의 용적, 펌프의 양수량 등을 설계요소로 고려한다. 펌프의 운전방법은 탱크 설계 자체의 요소라기보다 운영상의 사항이다.

압축공기 배관에서 주관으로부터 분기관을 취출할 때는 응축수가 분기관으로 흘러들지 않도록 주관의 상부에서 분기해야 한다. 따라서 관의 하단에 연결한다는 설명이 틀렸다.

캐비테이션은 날개차(임펠러)의 모양이 유체 흐름에 적합하지 않을 때 국부적으로 압력이 낮아져 발생하기 쉽다. 흡입양정이 크거나 액체온도가 높거나 원주속도가 클 때도 캐비테이션이 발생하기 쉬우므로 나머지 보기는 조건이 반대로 서술되어 있다.

급탕에 필요한 열량은 $Q=2000\times1\times(60-20)=80000\ \mathrm{kcal/h}$이며, 가스 소모량은 $\dfrac{80000}{15000\times0.95}\approx5.6\ \mathrm{kg/h}$이다.

압축기 흡입압력이 소정 압력 이상으로 높아져 과부하가 걸릴 우려가 있을 때 흡입가스량을 제한해 전동기를 보호하는 밸브는 흡입압력 조정밸브이다.

두 가지 물질을 혼합해 단독으로 사용할 때보다 더 낮은 융해(공정)온도를 얻는 혼합제를 기한제라 한다.

증기난방에서 응축수 탱크에 모인 응축수를 펌프로 강제로 보일러에 되돌리는 환수 방법은 기계 환수식이다.

방열기 도시기호는 위쪽에 쪽수, 가운데에 형식, 아래쪽에 유입·유출관 지름을 적는다. 그림은 쪽수 5, 형식 W-H, 관지름 $20\times 20$이며 W는 벽걸이형(wall), H는 횡형(horizontal)을 뜻하므로 5쪽짜리 횡형 벽걸이 방열기이다. 종형 벽걸이는 W-V로 표기한다.

알루미늄, 강, 동, 연 중 열전도율이 가장 큰 것은 동(구리)관이다.

공업 공정에서 온도, 압력, 유량, 농도 등의 제어량을 다루는 제어는 프로세스제어이다.

출력의 변동을 조정하는 동시에 목푯값에 정확히 추종하도록 설계한 제어는 추치제어이다.

시퀀스 제어는 조합 논리회로와 시간지연요소를 사용하며, 유접점 계전기뿐 아니라 무접점(반도체) 소자도 사용할 수 있다. 따라서 유접점 계전기만 사용된다는 설명이 틀렸다.

동기속도는 $N_s=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times60}{6}=1200\ \mathrm{rpm}$이며, 슬립은 $s=\dfrac{N_s-N}{N_s}=\dfrac{1200-1164}{1200}=0.03$, 즉 3%이다.

단위 계단입력에 대해 급격한 상승(비례 동작) 후에도 출력이 계속 서서히 증가하는 형태의 응답은 비례동작(P)에 적분동작(I)이 더해진 PI 동작의 특징적인 응답이다.

동기속도는 $N_s=\dfrac{120\times50}{2}=3000\ \mathrm{rpm}$이며, 각속도로 환산하면 $\omega=\dfrac{2\pi N_s}{60}\approx314.2\ \mathrm{rad/s}$이다. 토크는 $T=\dfrac{P}{\omega}=\dfrac{20000}{314.2}\approx64\ \mathrm{N\cdot m}$이다.

전기-기계 유사계에서 운동계의 각속도 ω는 전기계의 전류 I에 대응한다(각변위는 전하량에 대응).

저항은 $R=\rho\dfrac{L}{A}$이므로 반지름과 길이가 바뀌면 $R_2=R_1\times\dfrac{L_2}{L_1}\times\left(\dfrac{r_1}{r_2}\right)^2=32\times\dfrac{500}{2000}\times\left(\dfrac{1.5}{3}\right)^2=32\times0.25\times0.25=2\ \Omega$이 된다.

나이퀴스트 선도에서 궤적이 $-1+j0$점을 정확히 통과하면 임계(한계) 안정 상태이다. 그림에서 이 점을 지나는 곡선은 B이며, $-1+j0$보다 왼쪽에서 실축을 가로지르는 A는 불안정, 그 오른쪽으로 지나는 C와 D는 안정이다.

병렬 합성저항은 $\dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{8}+\dfrac{1}{12}+\dfrac{1}{20}+\dfrac{1}{30}\approx0.2917$이므로 $R\approx3.43\ \Omega$이다.

연료와 공기의 유량 비율을 연소에 적합하도록 유지하는 제어는 비율제어이다.

Y-Δ 등가변환에서 $Z_{ab}=\dfrac{Z_aZ_b+Z_bZ_c+Z_cZ_a}{Z_c}$이고 나머지도 같은 분자를 마주보지 않는 상의 임피던스로 나눈다. 그림에서 $Z_a=1$, $Z_b=2$, $Z_c=3$이므로 분자는 $1\times 2+2\times 3+3\times 1=11$이 되어 $Z_{ab}=\dfrac{11}{3}$, $Z_{bc}=\dfrac{11}{1}=11$, $Z_{ca}=\dfrac{11}{2}$이다.

3상 유도전동기의 슬립이 1이 되면 회전자가 회전자계를 전혀 따라가지 못하는 상태, 즉 전동기가 완전히 정지한 상태를 의미한다.

두 요소가 직렬(종속)로 연결된 블록선도의 등가 합성전달함수는 각 요소 전달함수의 곱인 $G_1\cdot G_2$이다.

단위 피드백계에서 $\dfrac{C}{R}=\dfrac{G}{1+G}=1$이 성립하려면 $1+G=G$가 되어야 하므로 이는 $|G|\to\infty$일 때 성립한다.

논리함수 $X=A+AB=A(1+B)=A$로 간단히 된다.

정현파 전파 정류 전압의 평균값은 $V_{avg}=\dfrac{2V_m}{\pi}$이므로 최댓값은 $V_m=\dfrac{\pi}{2}\times119\approx187\ \mathrm{V}$이다.

전기력선은 정전하에서 나와 부전하에서 끝나는 연속곡선이다. 부전하에서 시작하여 정전하에서 그친다는 설명은 방향이 반대로 되어 있어 틀렸다.

근궤적은 개루프 전달함수 $G(s)H(s)$의 극점에서 출발해 영점에서 끝난다. 이득 $K=0$일 때 특성방정식의 근이 개루프 극점과 일치하고, $K$가 무한대로 커지면 근이 개루프 영점(또는 무한원점)으로 수렴하기 때문이다.

무효전력을 나타내는 단위는 Var(바)이다.