[공조냉동기계산업기사 필기] 15년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

극간풍(틈새바람) 풍량은 환기횟수법, 극간길이법, 창면적법으로 산정하는 것이 표준이며, 재실 인원수를 기준으로 한 방법은 인체 발생 CO₂ 등을 고려한 환기량 산정에 쓰이는 것으로 극간풍 계산법이 아니다.

환기는 실내공기를 신선한 외기로 치환해 오염물질을 제거하는 것이 목적이며, 공기를 차거나 따뜻하게 만드는 것은 냉난방(공기조화)의 역할이다. 따라서 환기의 목적을 온도조절로 설명한 첫 번째 보기가 틀렸다.

유인유닛방식은 1차 공기(공기)와 실내 코일을 통과하는 2차 수(냉온수)를 함께 이용하는 공기-수 방식이므로 전공기방식으로 분류되지 않는다. 멀티존, 변풍량 재열식, 정풍량식은 모두 전공기방식이다.

유니버설형 취출구는 주로 벽면(측벽)에 설치하는 방식이며, 아네모스탯형·브리즈라인형·팬형은 천장에 설치하는 대표적인 취출구 형식이다.

엔탈피는 단위 중량당 보유 열량을 의미하므로 단위는 kcal/kg이다.

열관류율은 표면 열전달저항과 각 층 열전도저항을 모두 더한 값의 역수이다. 외표면·벽돌 105mm·단열재 25mm·벽돌 105mm·모르터 20mm·내표면 순으로 더하면 $\dfrac{1}{K}=\dfrac{1}{20}+\dfrac{0.105}{0.5}+\dfrac{0.025}{0.03}+\dfrac{0.105}{0.5}+\dfrac{0.020}{0.62}+\dfrac{1}{8}=1.461$이다. 따라서 $K=\dfrac{1}{1.461}=0.685$kcal/m²·h·℃이며, 저항의 절반 이상을 단열재가 차지한다.

건구온도는 공기의 온도(현열) 상태만을 나타내는 값으로, 절대습도나 습도 변화 없이 건구온도만 변할 때는 현열부하에만 영향을 준다. 절대습도·상대습도·비체적은 수분(잠열) 상태와 관련이 있다.

전열량 변화량을 절대습도 변화량으로 나눈 비율, 즉 $u=\dfrac{\Delta h}{\Delta x}$를 열수분비라 하며 공기의 상태변화 방향을 나타내는 지표로 사용한다.

유인유닛은 실내 유닛 자체에 팬 등 회전기기가 없이 1차 공기의 유인작용으로 실내공기를 순환시키므로 유닛에 별도의 동력(전기) 배선이 필요 없다.

습공기 선도에서는 건구·습구온도, 노점온도, 엔탈피, 수증기분압, 절대·상대습도 등을 직접 읽을 수 있지만, 유효온도(효과온도)는 기류의 영향까지 포함한 별도의 유효온도 선도나 산출식이 필요해 습공기 선도만으로는 확인할 수 없다.

냉수코일에서 공기와 물의 흐름을 대향류(향류)로 하면 대수평균온도차가 커져 열교환 효율이 높아지며, 병류(평행류)로 하면 오히려 대수평균온도차가 작아진다. 따라서 병류가 온도차를 크게 한다는 설명이 틀렸다.

전공기식은 냉온수 배관 없이 공기만으로 냉난방을 하므로 필요 풍량이 많아 오히려 덕트 스페이스가 커지는 방식이다. 따라서 "덕트가 소형으로 되어 스페이스가 작아진다"는 설명이 틀렸다.

베인 펌프는 회전 날개로 유체를 이송하는 회전펌프(로터리펌프)이며, 피스톤·다이어프램·플런저 펌프는 왕복운동으로 유체를 밀어내는 왕복펌프에 속한다.

방열기는 열손실이 가장 큰 외기에 면한 창 밑에 설치해, 유리면에서 내려오는 찬 공기(콜드 드래프트)를 상승 기류로 상쇄시켜야 한다. 그림에서 외벽의 창에 접해 있는 자리는 ㉢과 ㉣이므로 이 두 곳이 가장 적당하다. 출입문이 있는 내벽 쪽이나 실 중앙에 두면 창가의 냉기류를 막지 못해 거주역 온도분포가 나빠진다.

덕트 설계는 송풍량을 먼저 결정한 뒤, 취출구와 흡입구의 위치를 정하고, 이를 잇는 덕트경로를 설정한 다음 덕트치수를 산정하고, 마지막으로 송풍기를 선정해 설계도를 작성하는 순서로 진행한다.

냉각코일의 처리선은 입구 상태에서 포화곡선 위의 장치노점(ADP)인 E를 향하는 직선이며, 실제 코일 출구 상태가 그 선 위의 F이다. 코일과 접촉하지 못하고 그대로 빠져나가는 공기의 비율인 바이패스 팩터는 출구에서 장치노점까지의 선분을 전체 선분으로 나눈 값이므로, 선분 E-F가 BF를 나타낸다. 나머지 부분이 콘택트 팩터이며 두 값의 합은 1이다.

수분무식 가습은 물을 미세하게 직접 분무하는 방식으로 원심식, 초음파식, 분무(노즐)식이 해당한다. 적하식은 물을 표면에 흘려 자연 증발시키는 증발식 가습이므로 수분무식이 아니다.

덕트 직관부의 마찰저항은 $\Delta P = f\dfrac{L}{D}\dfrac{\rho v^2}{2g}$로, 마찰저항계수와 평균속도의 제곱에 비례하고 관경에 반비례하며 중력가속도(2g)에는 반비례한다. 따라서 "중력가속도의 2배에 비례한다"는 설명이 틀렸다.

외기부하는 외기를 도입했기 때문에 실내 상태보다 더 처리해야 하는 열량이므로, 혼합공기와 실내공기의 엔탈피 차에 전 풍량을 곱해 구한다. 그림에서 혼합점의 엔탈피가 $h_3$, 실내공기의 엔탈피가 $h_2$이므로 $q=G(h_3-h_2)$이다. $h_3-h_4$는 냉각코일 부하, $h_5-h_4$는 재열부하에 해당한다.

습공기를 감습 없이 냉각(현열냉각)하면 건구·습구온도와 엔탈피는 낮아지지만, 포화수증기압이 낮아지는 만큼 상대습도는 오히려 높아진다.

정적과정에서는 이상기체 상태방정식 $PV=mRT$에서 체적이 일정하므로 압력은 온도에 비례한다. 따라서 가열하면 온도와 압력이 함께 상승한다.

선도에서 증발기 출구 $h_1=150$, 압축기 토출 $h_2=158$, 팽창 후 $h_4=113$kcal/kg이므로 이론 성적계수는 $\dfrac{150-113}{158-150}=\dfrac{37}{8}=4.63$이다. 실제 성적계수는 여기에 압축효율과 기계효율을 곱하므로 $4.63\times0.8\times0.85=3.1$이다.

단열재는 열전도도가 작아야 단열 성능이 좋으므로 "열전도도가 크고"라는 조건은 단열재 선택요건에 어긋난다. 방습성이 크고 수축변형이 적으며 흡수성이 없고 내압강도가 큰 것은 올바른 요건이다.

모세관은 내경이 크거나 길이가 짧아지면 유체저항이 줄어 냉매순환량이 늘지만, 이는 압축기로의 액백(리퀴드백) 위험을 키울 뿐 반드시 냉동능력 증가로 이어진다고 볼 수 없다. 따라서 이 설명이 틀렸다.

1PS는 75kg·m/s이므로 4PS가 1분간 하는 일은 $4\times75\times60=18000\ \mathrm{kg\cdot m}$이다. 일의 열당량 $\dfrac{1}{427}\mathrm{kcal/(kg\cdot m)}$를 적용하면 $\dfrac{18000}{427}≒42.1\ \mathrm{kcal}$이다.

수냉식 응축기에는 입형 셸 튜브식, 7통로식(횡형 셸 튜브식), 지수식(침지식) 등이 있으며 이는 옳은 분류이다. 냉각수 입구온도가 높으면 냉매 액화가 오히려 어려워지고, 증발잠열을 이용하는 것은 증발식 응축기의 원리이다.

증발온도가 높은 냉동장치는 오일의 점도가 낮아 유동성이 좋으므로 유분리기가 특별히 필요하지 않다. 반대로 만액식 증발기, 긴 토출관, 다량의 오일 혼입 조건에서는 유분리기 설치가 필요하다.

캐스케이드(2원냉동) 열교환기는 저온측 냉동기의 응축기에서 방출한 열을 고온측 냉동기의 증발기가 흡수하도록 구성해 두 사이클을 연결한다.

프레온계 냉매는 동(구리) 및 그 합금과 반응하지 않아 동관을 배관재료로 널리 사용한다. 암모니아와 달리 프레온은 동관 사용에 제약이 없다.

카르노 열효율은 $\eta=1-\dfrac{T_L}{T_H}=1-\dfrac{273+20}{273+300}=1-\dfrac{293}{573}≒0.49$로 약 48~49%가 된다.

잠열은 온도 변화 없이 물질의 상(고체·액체·기체)을 변화시키는 데 사용되는 열이며, 이는 온도계로는 직접 측정할 수 없고 냉동에서도 잠열(증발열)이 주로 이용된다.

몰리에르(P-h) 선도의 과열구역에서 등엔탈피선(수직에 가까움)과 등온선은 서로 직교하지 않고 비스듬히 만나며, 압력이 낮아질수록 등온선이 수직에 가까워지는 이상기체적 거동을 보인다. 습증기 구역의 등온·등압선 평행, 등건조도선의 습증기 구역 한정, 과열구역의 등비체적선 존재는 모두 옳은 설명이다.

만액식 증발기는 내부에 냉매액이 가득 차 있어 전열관이 항상 액에 잠기므로 전열작용이 건식보다 오히려 우수하다. 따라서 "전열작용이 건식보다 나쁘다"는 설명이 틀렸다.

보델로 냉각기는 냉매가 관 외부를 흐르고 냉각수(액체)가 관 표면을 흘러내리며 냉각되는 액체냉각용(만액식 계열) 증발기이며, 셸 코일식·핀 코일식·플레이트 냉각기는 냉매가 관 내부를 통과하며 팽창하는 건식 증발기에 해당한다.

제빙능력 $50000\ \mathrm{kg/day}=2083.3\ \mathrm{kg/h}$에 대해, 물 냉각(5→0℃) $2083.3\times1\times5≒10417\ \mathrm{kcal/h}$, 응고 $2083.3\times80≒166667\ \mathrm{kcal/h}$, 얼음 냉각(0→-6℃) $2083.3\times0.5\times6≒6250\ \mathrm{kcal/h}$를 더하면 총 냉동부하는 약 183333kcal/h이다.

펌프의 상사법칙에서 토출량은 회전수에 비례하므로 $N_2=N_1\times\dfrac{Q_2}{Q_1}=800\times\dfrac{1.8}{1.5}=960\ \mathrm{rpm}$이다.

내부에너지와 유동일(압력×비체적)을 합쳐 열량 단위로 나타낸 상태량이 엔탈피이며, 이는 유체가 갖는 총 에너지를 나타내는 대표적 지표이다.

압축(가스에 가해진) 일 $1200\ \mathrm{kg\cdot m}=\dfrac{1200}{427}≒2.81\ \mathrm{kcal}$이고, 방출열 1kcal을 빼면 전체 내부에너지 증가는 $2.81-1=1.81\ \mathrm{kcal}$이다. 이를 가스량 0.2kg으로 나누면 $\dfrac{1.81}{0.2}≒9.05\ \mathrm{kcal/kg}$이다.

브라인은 열전달이 잘 되도록 점성(점도)이 작아야 순환·열전달에 유리하며, 점성이 커야 한다는 설명은 브라인이 갖추어야 할 성질과 반대된다.

암모니아는 물에는 잘 용해되지만 윤활유(오일)와는 거의 용해되지 않는 비상용성 냉매이므로, "물과 윤활유에 모두 잘 용해된다"는 설명이 틀렸다.

경질염화비닐관(PVC관)은 열전도율이 매우 낮아 동관보다 훨씬 작으므로, "열전도율이 동관보다 크다"는 설명이 틀렸다.

배관의 기울기는 유체가 정체 없이 흐르도록 유속과 밀접한 관련이 있으며, 기울기가 없으면 유속이 느려지고 공기나 침전물이 정체될 수 있다. 따라서 "기울기가 유속과 관련이 없다"는 설명이 틀렸다.

팽창관은 가열장치에서 발생한 팽창수를 대기에 개방된 고가(팽창)탱크로 안전하게 도피시키기 위한 것이므로 가열장치와 고가탱크 사이에 설치한다.

루프형 신축이음은 곡관의 굽힘 반경을 사용관경의 6배 이상으로 하여 신축을 원활히 흡수하도록 한다.

고압증기 난방에서 버킷트랩이 응축수를 끌어올리는 리프트 이음의 높이는, 증기관과 환수관의 압력차 1kg/cm²당 5m 이하로 제한하는 것이 표준이다.

기수혼합식 급탕기는 증기를 물속에 직접 분사해 열을 그대로 물에 전달하므로 열손실이 거의 없어 열효율이 100%에 가깝다.

밸브는 유량 조절, 유동 방향 전환, 개폐 기능을 담당하는 기기이며, 유체의 온도를 직접 조절하는 기능은 밸브의 일반적 역할이 아니다.

고가 탱크식 급수설비는 수도본관에서 저수조로 물을 받은 뒤 양수펌프로 옥상탱크까지 끌어올리고, 옥상탱크에서 중력으로 각 급수관에 물을 공급하는 경로를 따른다.

증기난방은 배관 내 응축수와 산소로 인한 부식 우려가 온수난방보다 오히려 크므로, "배관부식 우려가 적다"는 설명은 증기난방의 특징이 아니다. 예열시간이 짧고 용량제어가 어려우며 동파 우려가 큰 것은 증기난방의 실제 특징이다.

탄성이 크고 묽은 산·알칼리에는 강하지만 열과 기름에 약한 성질은 고무 패킹의 특징이며, 급수·배수·공기 등 일반 배관에 널리 사용된다.

고온수 난방은 물의 비등을 막기 위해 배관 내를 높은 압력으로 유지해야 하므로 내압에 견디는 특수 고압기기가 필요하고 취급·관리도 까다롭다. 순환력은 오히려 크고, 팽창탱크는 밀폐식을 사용하며, 부식 문제는 증기난방보다 심하지 않다.

용접이음은 나사이음과 달리 관 내면이 매끈하고 균일해 오히려 압력손실이 작으므로, "관 두께가 불균일해 압력손실이 크다"는 설명이 용접이음의 특징과 가장 거리가 멀다.

슬리브는 배관이 벽이나 바닥을 통과하는 부분에 설치해 관의 신축을 자유롭게 하고, 이후 배관의 교체나 수리 작업을 쉽게 하기 위한 것이다.

배관 내 높은 곳에 고이는 공기를 제거해 유체 흐름을 원활하게 하는 밸브는 에어벤트밸브(공기빼기밸브)이다.

냉매배관은 유체저항과 응력 발생을 줄이기 위해 굽힘 반지름을 가능한 한 크게 해야 하므로, "굽힘 반지름을 작게 한다"는 설명이 틀렸다.

오수와 잡배수·우수를 서로 다른 계통으로 나누어, 오수만 정화조에서 처리 후 방류하고 잡배수·우수는 별도로 그대로 방류하는 방식을 분류식이라 한다.

배관 상 공기가 정체될 우려가 있는 곳에는 공기실(에어챔버)이 아니라 공기빼기 밸브(에어벤트) 등 공기 제거 장치를 설치해야 하며, 공기실은 주로 수격작용 방지용으로 쓰인다. 따라서 이 설명이 틀렸다.

도시가스 배관을 시가지 외의 도로노면 밑에 매설할 때 기준 매설 깊이는 노면으로부터 1.2m 이상이며, 2m 이상이라는 수치는 실제 기준보다 과도하게 높아 틀렸다.

냉매배관의 관경을 너무 작게 하면 오히려 압력손실이 커져 플래시가스 발생이 늘어나므로, "관경을 작게 해 플래시가스를 줄인다"는 설명이 틀렸다.

글로브 밸브는 유체 통로가 S자형으로 꺾여 있어 저항은 크지만 개폐가 쉽고 유량조절이 용이해 직선배관 중간에 설치하는 유량조절용 밸브로 널리 쓰인다.

1kWh는 $860\ \mathrm{kcal}$의 열량에 해당한다(전기-열 환산계수).

절연저항 측정에는 고전압을 이용해 절연저항을 직접 측정하는 메거(절연저항계)를 사용한다.

시퀀스제어는 출력을 입력 측으로 되돌리는 비교(피드백) 과정이 없는 개회로 제어이므로 출력이 입력에 영향을 주지 못한다. 피드백제어나 폐회로제어는 출력을 입력과 비교하는 구조를 가진다.

2차 특성방정식 $s^2+as+b=0$이 안정하려면 라우스-후르비츠 판별법에 따라 모든 계수가 양수, 즉 $a>0,\ b>0$이어야 한다.

전원에서 $\overline{\mathrm{X}}$ 접점을 지난 뒤 회로가 $\mathrm{Y}$와 $\overline{\mathrm{Y}}$ 두 갈래로 나뉘고, 각 갈래가 다시 Z 계열 접점을 거쳐 램프로 연결된다. 가장 왼쪽 램프는 $\overline{\mathrm{X}}$, $\mathrm{Y}$, $\mathrm{Z}$ 접점이 모두 직렬로 놓인 경로에 있으므로 $\mathrm{L}_7=\overline{\mathrm{X}}\cdot\mathrm{Y}\cdot\mathrm{Z}$로 표시된다.

PI(비례-적분) 제어는 정상상태 오차를 줄여 정상특성을 개선하는데, 이는 저주파 이득을 높이는 지상(래그) 보상요소의 작용에 대응한다.

출력의 변동을 억제하면서 시간에 따라 변화하는 목표값에 정확히 추종하도록 설계된 제어를 추치제어(추종제어)라 한다. 정치제어는 목표값이 일정한 경우이며, 프로세스제어와 자동조정은 추치제어의 하위 개념에 속한다.

콘덴서의 리액턴스는 $X_C=\dfrac{V}{I}=\dfrac{100}{2}=50\ \Omega$이고, $X_C=\dfrac{1}{\omega C}$에서 $C=\dfrac{1}{2\pi f X_C}=\dfrac{1}{2\pi\times60\times50}≒53\times10^{-6}\ \mathrm{F}$, 즉 약 53μF이다.

슬립 $s=\dfrac{N_s-N}{N_s}\times100=\dfrac{3600-3420}{3600}\times100=5\%$이다.

초기값 정리에 의해 $\lim_{s\to\infty}s\cdot\dfrac{3}{s+2}=\lim_{s\to\infty}\dfrac{3s}{s+2}=3$이다.

결선방식(Y 또는 Δ)은 상전압과 선간전압의 상대적 관계(Y결선 시 선간전압이 상전압의 √3배)만을 결정할 뿐, 기기 자체가 낼 수 있는 전압의 크기를 임의로 높여주는 것은 아니므로 "Y결선을 하면 △결선보다 높은 전압을 얻을 수 있다"는 표현은 오해의 소지가 있어 틀린 설명으로 본다. 나머지 보기(전압·전류 합이 0, 2π/3 위상차, 회전자장 형성 용이)는 3상 교류의 올바른 특징이다.

R-L-C 직렬회로에서 전압과 전류가 동상이 되는 조건은 유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스가 같아지는 공진조건, 즉 $\omega L=\dfrac{1}{\omega C}$에서 $\omega^2 LC=1$이다.

서로 다른 두 금속으로 폐회로를 구성하고 두 접합점의 온도를 다르게 하면 기전력이 발생해 전류가 흐르는 현상을 제벡효과라 하며, 이는 열전대의 원리이다.

배리스터는 전압-전류 특성이 비선형인 소자로, 계전기 접점이 개방될 때 발생하는 아크(서지전압)를 흡수·소거하는 데 사용한다.

전향경로 이득은 $1\times G(s)\times1=G(s)$이고 루프는 $G(s)H(s)$ 하나뿐이다. 메이슨 공식에서 $\Delta=1-\sum L=1-G(s)H(s)$이므로 $\dfrac{C}{R}=\dfrac{G(s)}{1-G(s)H(s)}$이다. 신호흐름선도는 궤환 가지에 음부호가 표시되어 있지 않으면 분모가 $1-G(s)H(s)$가 되므로 블록선도의 $1+GH$와 혼동하지 않아야 한다.

변압기 3상 병렬운전은 위상변위가 같은 결선끼리(Δ-Δ↔Y-Y, Δ-Y↔Y-Δ)만 가능하며, 위상군이 다른 Δ-Δ와 Δ-Y를 병렬로 연결하면 위상차로 인해 순환전류가 흘러 운전이 불가능하다.

정류회로는 상수와 정류 방식이 늘어날수록 맥동률이 작아지므로, 단상반파·단상전파·3상반파·3상전파 중 3상전파 정류회로의 맥동률이 가장 작다.

서보전동기는 제어신호에 따라 실제 기계적 동작을 수행하는 기기이므로 조작기기에 해당한다.

단위계단함수를 a만큼 시간 지연시킨 $u(t-a)$의 라플라스 변환은 $\dfrac{1}{s}$에 지연에 따른 $e^{-as}$를 곱한 $\dfrac{e^{-as}}{s}$이다.

3상 유도전동기는 토크가 전압의 제곱에 비례하므로, 단자전압이 정격전압보다 낮아지면 발생 토크가 줄어들어 같은 부하에서 슬립은 오히려 증가한다. 따라서 "슬립이 감소한다"는 설명이 틀렸다.