[공조냉동기계산업기사 필기] 16년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

재열기는 가열만 하므로 현열량만 계산한다. 공기량 $G = \dfrac{1500\ \mathrm{m^3/min}}{0.849\ \mathrm{m^3/kg}} ≒ 1766.8\ \mathrm{kg/min}$이고, 건구온도차는 $25-10=15{}^\circ\mathrm{C}$이다. $Q = G \times C_p \times \Delta t = 1766.8 \times 0.24 \times 15 ≒ 6360\ \mathrm{kcal/min}$으로 계산된다.

냉각탑의 어프로치는 냉각탑을 나가는 냉각수(출구 수온)와 입구 공기의 습구온도와의 차이며, 강제통풍식 냉각탑에서는 일반적으로 약 5℃ 정도로 설계한다. 어프로치는 입구 수온이 아니라 출구 수온 기준이고 외기 건구온도가 아니라 습구온도 기준이므로 다른 보기들은 정의가 틀렸다.

이 공조기는 외기와 실내 환기를 혼합한 뒤 냉각코일에서 감습냉각하고 재열코일에서 현열가열해 취출한다. 선도에서 실내 ㉰와 외기 ㉲를 잇는 혼합선 위의 점이 ㉱이고, 여기서 온도와 절대습도가 함께 낮아지며 좌하방으로 내려가는 ㉱ - ㉮ 과정이 냉각코일에서의 상태변화이다. 이어지는 ㉮ - ㉯의 수평 이동은 절대습도가 일정한 재열코일에서의 현열가열이다.

절대습도 $x=0.622\dfrac{P_w}{P-P_w}$에 $x=0.008$, $P=760\ \mathrm{mmHg}$를 대입하면 $P_w ≒ 9.65\ \mathrm{mmHg}$이다. 상대습도는 $RH=\dfrac{P_w}{P_s}\times100=\dfrac{9.65}{12.83}\times100≒75\%$로 계산된다.

공기 세정기의 분무 수압은 노즐 성능상 약 150~300kPa(1.5~3kg/cm² 수준)이 일반적이며, 20~50kPa은 지나치게 낮은 값이다. 나머지 보기(통과풍속, 가습 방식, 내부 구조)는 공기 세정기의 실제 특성과 일치한다.

코일의 열수(전열면적)가 증가하면 공기와 코일 표면의 접촉이 늘어 냉각·감습이 더 완전하게 이루어지므로 바이패스팩터(BF)는 오히려 감소한다. 따라서 "열수가 증가하면 BF가 증가한다"는 설명이 틀렸다.

상당외기온도차(등가외기온도차)는 외기온도에 흡수율과 일사량을 표면 열전달률로 나눈 보정항을 더해 구하며, 이때 사용하는 일사량은 직달일사만이 아니라 직달과 확산을 포함한 전체 일사량이다. 따라서 직달 일사량만으로는 상당외기온도차 산정 요소로 보기 어렵다.

유리창의 입사각을 작게 하면 태양광이 유리면에 더 수직으로 입사해 투과율이 높아지므로 오히려 취득열량이 증가한다. 투과율·반사율·차폐계수를 조정하는 나머지 방법들은 실제로 일사 취득열량을 줄이는 효과가 있다.

패키지 유닛방식은 실별로 독립된 공조기를 두는 개별 방식이므로 중앙기계실에서 통합 관리하는 중앙식 공조방식에 해당하지 않는다. 나머지 정풍량 단일덕트, 유인유닛, 각층유닛 방식은 모두 중앙식으로 분류된다.

상당외기온도차는 태양복사에 의해 가열되는 불투명한 구조체, 즉 외벽의 취득열량 계산에 사용한다. 유리창은 일사 투과에 의한 직접 취득열, 내벽과 침입외기는 실내외 온도차를 그대로 사용하므로 해당하지 않는다.

송풍기의 소요동력은 회전수의 세제곱에 비례한다. $P_2 = P_1 \times \left(\dfrac{N_2}{N_1}\right)^3 = 4 \times \left(\dfrac{700}{600}\right)^3 ≒ 6.35\ \mathrm{kW}$로 계산된다.

펑커루버형 취출구는 목 부분을 자유롭게 움직여 취출 방향을 좌우상하로 임의 조절할 수 있는 구조이다. 유니버설형·팬형·T라인형은 방향 조절이 제한적이거나 고정된 형태이다.

유효온도(ET)는 온도, 습도, 기류 세 가지 요소를 종합해 체감온도를 나타내는 지표이며 청정도는 포함되지 않는다.

블라인드는 일사 차단용 설비로 출입문의 틈새를 통한 극간풍(틈새바람) 유입을 막는 기능이 없다. 회전문, 이중문, 에어커튼은 모두 출입 시 외기 유입을 줄이는 실질적인 방법이다.

산업용 공기조화는 제품·공정의 품질이나 실험조건 유지를 목적으로 하며, 호텔 근로자의 근무환경 개선처럼 사람의 쾌적감을 위한 공조는 보건용(쾌적용) 공조에 해당한다.

met는 의자에 앉아 안정된 상태에서의 신진대사량(약 58.2 W/m²)을 기준 단위로 삼는 대사량 단위이다. RMR과 clo는 각각 운동대사율과 착의량, ET는 유효온도를 나타내는 단위이다.

극간풍에 의한 잠열은 외부의 차고 건조한 공기가 틈새로 유입되며 실내 열을 빼앗는 손실 요인이므로 오히려 난방부하를 증가시킨다. 태양복사열, 인체 발생열, 기계 발생열은 실내로 유입되는 열로서 난방부하를 줄여주는 요인이다.

수분무식 가습장치는 물을 직접 미세하게 분무하는 방식으로 원심식, 초음파식, 분무(노즐)식이 해당한다. 가습팬식은 물을 가열·증발시켜 가습하는 증발식이므로 수분무식으로 분류되지 않는다.

고속덕트는 풍속이 빠른 만큼 마찰저항과 운전비가 커지고 유속이 높아 소음도 오히려 커진다. 따라서 "소음이 작다"는 설명이 틀렸다.

정풍량(CAV) 단일덕트 방식은 송풍량이 일정하게 고정되므로 각 실·존별로 부하변동이 생겨도 즉시 대응하지 못하고 재열 등으로 보완해야 한다. 이는 가변풍량(VAV) 방식의 장점이다.

냉동효과는 증발기에서 냉매 1kg이 흡수하는 열량으로 정의된다. 응축기 방출열량, 압축일, 압축기 출입구 엔탈피차는 각각 응축부하, 압축일량, 압축열량에 해당하는 별개의 개념이다.

성적계수는 냉동효과를 압축일로 나눈 값이다. 선도에서 팽창밸브를 지나 증발기로 들어가는 엔탈피가 $109.4$, 증발기 출구가 $135.9$, 압축기 토출이 $141.3\ \mathrm{kcal/kg}$이므로 $COP=\dfrac{135.9-109.4}{141.3-135.9}=\dfrac{26.5}{5.4}=4.9$이다.

헬라이드 토치는 프레온 냉매가 불꽃에 닿으면 불꽃의 색깔이 청색에서 녹색(누설량이 많으면 자주색)으로 변하는 것을 이용해 누설 여부를 식별한다.

3위치 동작은 입력 신호 자체가 상·중·하 세 단계로 정해져 있는 것이 아니라, 편차의 크기에 따라 조작부가 정회전·정지·역회전 등 세 가지 상태 중 하나로 전환되는 동작이다. 따라서 "상, 중, 하 신호에 따른 동작"이라는 설명은 부정확하다.

일의 열당량은 $\dfrac{1\ \mathrm{kcal}}{427\ \mathrm{kg}\cdot\mathrm{m}}$로, 427kg·m의 일이 열로 바뀌면 1kcal의 열량이 된다는 뜻이며 이는 옳은 정의이다. 나머지 보기는 열펌프 능력, 비열 계산($Q=1.2\times2\times0.5\times1=1.2\ \mathrm{kcal}$이므로 2kcal은 오류), 등온압축의 정의(단열압축과 혼동)에서 각각 오류가 있다.

냉동기유에 대한 냉매 용해성은 냉매 분자 구조에 따라 다른데, 보기 중 R-113이 오일과의 상호용해성이 가장 크다. 반면 암모니아(R-717)는 냉동기유와 거의 용해되지 않는 대표적인 비상용성 냉매이다.

스크루 압축기는 일반적으로 수 로터(숫로터) 4개, 암 로터(암로터) 6개로 구성되는 조합이 표준이며, 4개-4개 조합은 실제 사용 구성과 다르다. 나머지 보기(체적·단열효율 우수, 수로터 구동, 3행정 구조)는 스크루 압축기의 올바른 특징이다.

LNG 냉열의 직접이용방식에는 공기액화분리, 드라이아이스·액체탄산가스 제조, 냉열발전 등이 있으며, 염소액화장치는 LNG 냉열 이용 분야로 보기 어렵다.

나관코일식 증발기는 주로 냉장고·냉동실 등에서 공기를 직접 냉각하는 데 쓰이는 방식으로, 액체 냉각용이 아니다. 탱크형, 보데로형, 만액식 셸 앤 튜브식은 모두 브라인이나 물 등 액체를 냉각하는 데 사용되는 증발기이다.

헬라이드 토치는 냉매 속 할로겐 성분이 불꽃과 반응해 색이 변하는 원리를 이용하므로 할로겐을 포함하지 않는 암모니아(R-717)의 누설검사에는 사용할 수 없다.

응축부하 $Q_c = 20\times3320 + 12.6\times860 ≒ 77236\ \mathrm{kcal/h}$이고, 냉각수량은 $270\times60=16200\ \mathrm{kg/h}$이므로 냉각수 온도상승 $\Delta t_w = \dfrac{77236}{16200}≒4.8{}^\circ\mathrm{C}$, 출구수온은 약 34.8℃이다. 산술평균온도차 $\Delta t_m=\dfrac{Q_c}{KA}=\dfrac{77236}{676\times15}≒7.6{}^\circ\mathrm{C}$이므로 응축온도는 냉각수 평균온도(약 32.4℃)에 이를 더한 약 40℃가 된다.

공기압축식 냉동은 공기 자체를 냉매로 사용하는 방식이며, 증기분사식·흡수식·진공식은 모두 물을 냉매로 사용할 수 있는 냉동방식이다.

1기압에서의 비등점은 질소 -196℃, 아르곤 -186℃, 네온 -246℃, 헬륨 -269℃로, 헬륨이 가장 낮다.

얼음 승온(-10→0℃) $10\times0.5\times10=50\ \mathrm{kcal}$, 융해 $10\times80=800\ \mathrm{kcal}$, 물 승온(0→100℃) $10\times1\times100=1000\ \mathrm{kcal}$, 증발 $10\times539=5390\ \mathrm{kcal}$를 모두 더하면 $50+800+1000+5390=7240\ \mathrm{kcal}$이다.

$1\ \mathrm{HP}=0.746\ \mathrm{kW}$이고 $1\ \mathrm{kWh}=3412\ \mathrm{Btu}$이므로 $1\ \mathrm{HP}\cdot\mathrm{h} ≒ 2547.6\ \mathrm{Btu}$로 환산된다.

팽창밸브를 지나는 동안 엔탈피는 변하지 않으므로 증발기 입구 냉매는 엔탈피 F인 습증기가 되고, 그 건도가 곧 증기로 변한 냉매의 비율이다. 증발압력에서 포화액의 엔탈피가 G, 포화증기(증발기 출구)의 엔탈피가 A이므로 $x=\dfrac{F-G}{A-G}$이다.

액분리기는 증발기와 압축기 사이의 흡입관, 즉 저압측에 설치되는 기기이다. 수액기, 팽창밸브(앞단), 드라이어는 모두 응축기 이후의 고압측 액관에 설치된다.

건조도 $x=\dfrac{160-75}{403-75}=\dfrac{85}{328}≒0.26$로 증기 비율이 약 26%이므로, 액체 비율은 $1-0.26=0.74$, 즉 약 74%이다.

냉매가 과냉각되면 오히려 응축기 출구 액의 온도가 낮아져 응축압력을 낮추는 방향으로 작용하므로 응축압력 상승 원인이 아니다. 불응축가스 혼입, 냉매 과충전, 냉각관 오염(물때·유막)은 모두 응축압력을 상승시키는 대표적 원인이다.

팽창밸브 통과는 등엔탈피 과정이므로 냉매의 엔탈피는 변하지 않는다. 반면 온도와 압력은 급격히 낮아지고, 비가역 교축과정이므로 엔트로피는 증가한다.

슬리브는 배관이 벽이나 바닥을 관통하는 부위에 미리 설치하는 보호관으로, 관의 신축을 자유롭게 하고 이후 배관의 교체·수리 작업을 쉽게 하기 위한 것이다.

압축기에서 토출된 냉매는 고온·고압의 기체 상태로 응축기로 향하므로, 압축기와 응축기 사이의 토출배관이 고온·고압 기체가 흐르는 구간이다.

냉매배관의 수평 배관은 오일이 냉매와 함께 원활히 회수되도록 냉매 흐름 방향으로 하향구배를 주어야 하며, 상향구배를 주면 유회수가 어려워진다.

펌프 직송방식의 펌프 운전 검지방식에는 압력검지식, 유량검지식, 수위검지식 등이 있으며, "저항검지식"이라는 방식은 실무상 사용되지 않는다.

증기 관말트랩 바이패스 배관은 트랩 점검·보수 시 우회시키기 위한 것으로 엘보, 유니온, 글로브 밸브 등이 필요하지만, 안전밸브는 이 목적과 관계가 없다.

수격작용을 줄이려면 밸브의 개폐를 서서히(천천히) 하여 유속의 급격한 변화를 막아야 한다. 따라서 "토출밸브의 개폐시간을 짧게 한다"는 것은 오히려 수격작용을 유발하는 방향이므로 방지 방법이 아니다.

LNG 지상 저장탱크는 지하식보다 부지 확보나 시공은 유리하지만 외부 노출로 인해 증발가스 발생량이 많고 사고 위험도 지하식보다 커서 상대적으로 안전성이 떨어진다. 따라서 "증발가스량이 많고 저렴하며 안전하다"는 설명은 틀렸다.

디스크(열역학적) 증기트랩은 충격식 트랩이라고도 하며 구조가 간단하고 고압·중압·저압 어디에나 폭넓게 사용할 수 있는 트랩이다.

강제순환식 급탕 순환펌프의 전양정은 급탕관과 반탕관의 평균 배관길이 100m당 약 1m의 마찰손실을 반영해 산정한다. $H=0.01\times\dfrac{300+50}{2}≒1.75\ \mathrm{m}$로 약 2m가 된다.

간접배수관의 관경이 25A 이하인 경우 배수구공간은 최소 50mm를 확보하도록 규정한다.

급탕배관 신축이음쇠는 팽창계수가 더 큰 동관을 강관보다 짧은 간격으로 설치해야 하며, 통상 강관은 약 30m, 동관은 약 20m마다 1개씩 설치한다. 보기는 이 간격이 서로 바뀌어 있어 틀렸다.

콘크리트관은 용접이 불가능한 재질이므로 칼라(collar) 이음이나 모르타르 이음 등을 사용하며 "용접접합"은 성립하지 않는다.

패널난방은 바닥이나 벽, 천장 등 넓은 패널 표면 자체를 가열해 실내를 데우는 방식으로 주로 복사열 전달을 이용한다.

배관의 스케줄 번호는 $\mathrm{Sch\ No.}=10\times\dfrac{P}{S}$ (P: 사용압력, S: 허용응력)로 계산하며, 값이 클수록 관의 두께가 두꺼움을 의미한다.

기수혼합식 급탕기는 증기를 물속에 직접 분사해 가열하는데, 이때 증기와 물의 압력차로 발생하는 소음과 진동을 줄이기 위해 스팀 사일런서를 설치한다.

베이퍼 록은 흡입 배관 저항이 커지거나 온도가 상승해 냉매(액)가 배관 내에서 기화하는 현상으로, 흡입관 지름이 작을 때 저항이 커져 발생이 촉진된다. 따라서 "흡입관 지름이 큰 경우"는 오히려 저항을 줄여 베이퍼 록 발생을 억제하므로 발생 요인이 아니다.

루프형 신축이음은 배관을 구부려 만든 곡관 형태로 신축 흡수 허용량이 크고 넓은 설치 공간이 필요하지만 내구성이 좋아 고온·고압 배관에 적합하다.

고온수 난방의 가압 방식에는 정수두가압방식, 증기가압방식, 펌프가압방식이 있으며, "브리드 인 가압방식"은 이에 해당하지 않는다.

냉각탑의 배수 및 오버플로관은 이물질 역류나 오염을 막기 위해 직접배수가 아닌 간접배수로 처리해야 한다. 나머지(수위 균일화, 동결방지, 방진이음)는 냉각탑 배관 시공 시 올바른 유의사항이다.

배수 수평관의 최소구배는 관경이 65mm 이하일 때 1/50을 기준으로 한다.

서보기구는 물체의 위치·방위·자세 등을 목표값에 따라 제어하는 방식으로, 추적용 레이더처럼 목표물의 위치를 추종하는 제어에 대표적으로 쓰인다.

두 블록이 직렬이므로 전달함수는 $G(s)=\dfrac{s}{s+1}\cdot\dfrac{2s-4}{s-3}=\dfrac{2s(s-2)}{(s+1)(s-3)}$이다. 분자를 0으로 만드는 영점은 $s=0$, $s=2$이고 분모를 0으로 만드는 극점은 $s=-1$, $s=3$이다.

서보모터는 제어신호에 따라 실제로 기계적 동작(회전 등)을 일으키는 기기이므로 조작기기에 해당한다.

프로세스 제어는 온도·압력·유량·액위·밀도 등 공정 변수를 제어량으로 다루며, 방위(각도)는 서보기구에서 다루는 제어량이다.

시퀀스제어는 정해진 순서에 따라 각 단계의 제어동작(제어결과)이 완료되면 다음 조작이 자동으로 이어지는 방식이다. 입력과 출력을 비교하는 장치가 필요한 것은 피드백(폐루프) 제어의 특징이다.

키르히호프의 전류법칙은 한 절점으로 유입되는 전류의 합과 유출되는 전류의 합이 같다는 것이다. 그림의 절점에서는 화살표가 절점을 향하는 $I_1$, $I_2$, $I_3$가 유입이고 절점에서 밖으로 나가는 $I_4$만 유출이므로 $I_1+I_2+I_3=I_4$가 성립한다. 이를 한쪽으로 모으면 $I_1+I_2+I_3-I_4=0$이다.

제어요소는 동작신호를 받아 조작량으로 변환하여 제어대상에 가한다. 따라서 제어요소가 제어대상에 주는 양은 조작량이다.
동작신호는 목표값과 궤환량의 차로 제어요소에 입력되는 양이고, 제어량은 제어대상의 출력이며 궤환요소를 통해 궤환량으로 되돌아온다.

직류 분권전동기는 부하변동에도 회전속도가 거의 일정하게 유지되는 정속도 특성을 가져 압연기, 제지기, 송풍기 등에 적합하다. 반면 기중기(크레인)와 같이 기동 시 큰 토크가 필요한 부하에는 직권전동기가 적합하다.

16μF 콘덴서 4개를 모두 직렬로 연결하면 합성 정전용량은 $C=\dfrac{16}{4}=4\ \mu\mathrm{F}$로 가장 작아진다.

소비전력은 $P=I^2R=2^2\times100=400\ \mathrm{W}$로 계산된다.

동기속도는 $N=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times60}{6}=1200\ \mathrm{rpm}$이다.

평형 3상 Y결선에서 선간전압은 상전압의 $\sqrt{3}$배이다.

기동용 푸시버튼 A와 병렬로 전자접촉기 R의 a접점이 접속되어 있는 구조이다. A를 눌러 R이 여자되면 이 R 접점이 닫히므로 A에서 손을 떼도 코일 전류가 계속 흐르며, 이것이 전형적인 자기유지 회로이다. 직렬로 놓인 정지용 b접점 B를 누르면 회로가 끊어져 자기유지가 해제되고 램프도 소등된다.

전압계가 200V를 지시하므로 회로에 흐르는 전류는 $I=\dfrac{200}{10\times10^{3}}=20\,\mathrm{mA}$이다. 직렬로 놓인 90kΩ이 배율기 역할을 하여 배율은 $1+\dfrac{90}{10}=10$배가 되므로, 전체 저항 100kΩ에 대해 $E=0.02\times100\times10^{3}=2000\,\mathrm{V}$이다.

두 다이오드는 캐소드가 각각 입력 A, B 쪽을 향하고 애노드가 공통 출력점에 묶여 있으며, 출력점은 저항 R을 통해 전원 V로 풀업되어 있다. 입력 중 하나라도 낮은 전위가 되면 그 다이오드가 도통해 출력이 끌려 내려가고, 두 입력이 모두 높을 때만 출력이 높아지므로 AND회로이다. 다이오드 방향이 반대여서 애노드가 입력 쪽을 향하면 OR회로가 된다.

궤환 루프가 없으므로 전달함수는 전향경로 이득의 합이다. 중간 마디를 거치는 경로는 두 가지 a와 2가 병렬로 합쳐지므로 $1\times(a+2)\times1\times1=a+2$이고, 아래로 건너뛰는 경로는 $1\times3\times1=3$이다. 따라서 $\dfrac{C}{R}=(a+2)+3=a+5$이다.

실횻값은 순시값의 제곱을 한 주기 동안 평균한 값의 제곱근(RMS)이며, 단순한 산술 평균치가 아니다. 최댓값이 실횻값의 √2배라는 것, 220V가 실횻값이라는 것, 동일 실횻값의 교류와 직류가 같은 밝기를 낸다는 것은 모두 옳은 설명이다.

변압기 병렬운전에는 극성·권수비·1차 및 2차 정격전압이 같아야 하며, 각 변압기의 출력(용량)까지 같을 필요는 없다.

$\dfrac{dm(t)}{dt}=K_i e(t)$는 출력의 변화율이 입력에 비례하는 관계로, 이를 적분하면 $m(t)=K_i\int e(t)dt$가 되어 적분(I) 동작을 나타낸다.

2진수 0010 1111 0101 1001을 4비트씩 묶으면 2, F, 5, 9가 되어 16진수로 2F59이다.