[공조냉동기계기사 필기] 25년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

증기압축식 냉동기의 기본 사이클은 압축기 → 응축기 → 팽창밸브 → 증발기의 네 주요 장치로 구성된다. 압축기에서 냉매를 압축하고, 응축기에서 열을 방출하며, 팽창밸브에서 압력을 낮춘 후, 증발기에서 냉각 작용을 한다. 터빈은 고압의 냉매를 이용하여 기계적 일을 추출하는 장치로, 증기압축식 냉동 사이클에는 포함되지 않으며, 터보 냉동기 등 특수한 경우에만 제한적으로 사용된다. 따라서 일반적인 증기압축식 냉동기에서는 터빈이 사용되지 않는다.

보일러 효율은 연소가스 중 수증기의 응축열을 뺀 저위발열량을 기준으로, 공급 연료의 열량 대비 증기나 온수가 실제로 얻은 열량의 비로 나타낸다. 배기가스가 그대로 배출되는 실제 보일러에서는 응축열을 회수하지 못하므로 고위발열량 기준이라는 설명은 맞지 않다. 보급수의 연수 처리, 관류보일러의 짧은 증기 발생시간, 증기보일러와 120℃ 초과 온수보일러의 안전밸브 설치는 모두 옳은 내용이다.

엘리미네이터는 공기세정기 출구에 지그재그 형태의 판을 세워 공기 흐름의 방향을 급격히 바꾸고, 관성으로 물방울을 판에 부딪혀 분리·낙하시키는 장치다. 루버는 입구에서 공기 흐름을 고르게 하는 것이고, 플러싱 노즐은 엘리미네이터에 부착된 먼지를 씻어내는 용도이며, 스프레이 헤더는 분무수를 공급하는 관이다.

고속덕트는 풍속이 대략 15 m/s 이상으로 빨라 마찰 압력손실과 소음이 모두 커진다. 그래서 소음상자 등 감음장치가 필요하고 송풍기 동력이 커져 운전비가 올라가며, 높은 내압에 견디도록 원형이나 스파이럴 덕트를 쓰는 경우가 많다. 대신 덕트 단면이 작아져 설치 공간을 줄일 수 있는 것이 장점이다.

열통과율(열관류율)은 단위면적, 단위시간, 단위온도차당 통과 열량이므로 단위가 $\mathrm{kcal/(m^2\cdot h\cdot ^\circ C)}$이다. 열전도율은 두께 방향 길이가 들어가 $\mathrm{kcal/(m\cdot h\cdot ^\circ C)}$이고, 열전달률은 열통과율과 같은 차원이며, 열통과저항은 열통과율의 역수이므로 $\mathrm{m^2\cdot h\cdot ^\circ C/kcal}$이다.

후곡(익)형 송풍기는 날개가 회전 반대 방향으로 젖혀져 있어 효율이 높고 소음이 적으며, 고압부터 비교적 낮은 압력 범위까지 폭넓게 사용된다. 다만 같은 풍량과 풍압을 내려면 다익형(시로코)보다 날개 수가 적어 회전수를 훨씬 높게 잡아야 하므로 회전수가 상당히 적다는 설명은 옳지 않다.

이상기체의 비열 성질을 각 보기별로 검토한다. 1번은 거짓이다. 정압비열과 정적비열의 차이는 $C_p - C_v = R$(기체상수)이며, 이는 엔탈피가 아니라 기체가 외부에 하는 일과 관련된 에너지 차이다. 2번도 거짓이다. 비열비 $\gamma = C_p / C_v$는 기체의 자유도에 따라 결정되므로 단원자 기체(γ ≈ 1.67), 이원자 기체(γ ≈ 1.40), 다원자 기체(γ ≈ 1.33)로 상이하다. 3번은 참이다. 정압비열 $C_p = C_v + R$이므로 $C_p > C_v$이며, 이는 정압 과정에서 기체가 팽창하며 외부에 일을 하기 때문에 같은 온도 상승에 더 많은 열이 필요하기 때문이다. 4번은 거짓이다. 이상기체 상태방정식 $PV = nRT$에서 압력은 온도뿐 아니라 부피에도 의존하므로, 온도 변화에 대한 민감도만 비교할 수 없다.

외기냉방은 외기의 온도나 엔탈피가 실내공기보다 낮을 때 외기 도입량을 늘려 냉동기 가동 없이 냉방하는 방식이다. 외기온도가 실내보다 높으면 외기를 최소 환기량까지 줄이고 냉동기로 냉방해야 하며, 이때 외기만 급기하면 오히려 냉방부하가 커진다. 도입 외기량이 늘어난 만큼 실내공기를 배출해야 하므로 급기용과 배기(환기)용 송풍기를 함께 둔다.

주철제 섹셔널 보일러는 섹션 단위로 분할해 반입한 뒤 현장에서 조립하므로 좁은 통로나 지하 기계실에도 반입이 쉬운데, 이는 단점이 아니라 오히려 대표적인 장점이다. 단점은 주철의 취성 때문에 고압 증기를 얻을 수 없고 대용량 제작이 어려우며, 노통연관 보일러보다 효율이 다소 낮다는 점이다.

급수내관은 보일러 안전저수위 부근에 가로로 설치해 여러 개의 작은 구멍으로 찬 급수를 넓게 분산시키는 관이다. 찬물이 한곳에 집중되면 그 부위와 주변 사이의 온도차 때문에 부동팽창이 생겨 열응력과 균열의 원인이 되는데, 이를 막는 것이 설치의 주목적이다.

흡수식 냉동기는 재생기의 가열량과 용액 순환량을 조절해 무단계로 용량제어가 가능하며, 부분부하 대응이 압축식보다 유리한 것이 특징이다. 가동부가 용액펌프와 냉매펌프뿐이라 진동·소음이 적고 소비전력도 작지만, 냉매로 물을 쓰면 0℃ 이하를 만들 수 없어 압축식만큼 저온을 얻지는 못한다.

재열부하는 냉각코일에서 과냉각·감습된 공기를 재열기로 다시 데우는 데 드는 열량이므로 공기의 온도만 올리는 현열부하이며 잠열은 포함되지 않는다. 이 재가열분만큼 코일이 더 냉각해야 하므로 냉방부하에 속하고 냉각코일 용량 산출 시에도 포함시킨다.

송풍기 상사법칙에서 회전속도가 일정할 때 소요동력은 날개 직경의 5제곱에 비례한다. 따라서 $L_2=L_1\left(\dfrac{D_2}{D_1}\right)^5$의 관계가 성립한다.

침입외기에 의한 현열부하는 $q_s=0.29\,Q\,(t_o-t_r)$로 구한다. 계수 0.29는 공기의 밀도 $1.2\,\mathrm{kg/m^3}$와 정압비열 $0.24\,\mathrm{kcal/(kg\cdot ^\circ C)}$의 곱이고, 풍량 Q의 단위는 $\mathrm{m^3/h}$이다. 절대습도 차를 쓰는 식은 잠열부하이며 그때의 계수는 717이다.

지역냉난방은 열원플랜트와 지역 배관망을 새로 건설해야 하므로 개별방식보다 초기 공사비가 오히려 크게 든다. 대신 대용량 기기의 높은 효율과 부하 분산 효과로 운전비, 인건비, 유지관리비가 절감되는 것이 장점이다. 형광등 발열량을 안정기 손실을 포함해 1 kW당 약 1000 kcal/h로 보는 것과, 패키지 방식의 기계실 면적 절감, 이중덕트의 개별제어 장점과 높은 설비·운전비는 모두 옳은 설명이다.

유인 유니트 방식은 중앙에서 보낸 1차 공기로 실내공기를 유인하고 유닛 안의 냉온수 코일에서 열을 주고받는 공기-수 방식이다. 단일덕트, 이중덕트, 멀티존 유니트 방식은 열매를 모두 공기로만 실내에 공급하므로 전공기 방식에 속한다.

물체가 높이에서 낙하할 때 중력이 한 일은 중력 퍼텐셜 에너지와 같으며, 이는 열량으로 완전히 변환된다. 중력이 한 일 $W = mgh = 250 \times 9.8 \times 200 = 490,000 \text{ J}$이다. 이를 킬로줄로 환산하면 $W = \frac{490,000}{1,000} = 490 \text{ kJ}$이므로, 정답은 490 kJ이다.

정압 재취득법은 분기부를 지나 풍속이 줄면서 동압이 정압으로 회복되는 양을 다음 구간의 압력손실에 상쇄되도록 덕트 치수를 정하는 설계법이다. 각 취출구 앞의 정압이 고르게 되어 풍량 균형이 좋지만 계산이 번거롭고 덕트 단면이 다소 커진다.

지역난방은 광범위한 지역에 증기·고온수를 공급하기 위한 열수송 배관망이 필요하므로 배관 도중의 열손실이 상당하고, 배관 부설비 등 초기 투자비가 크다는 것이 대표적인 단점이다. 열원 집중화에 따른 관리·환경상의 이점이 장점이다.
[근거] 지역난방 장단점 — 장점: 집중관리·열병합·공해 집중처리, 단점: 배관 열손실·초기 배관 투자비 큼

응축기 방열량(난방능력) = 증발기 흡열량 + 압축일 = 15 + 5 = 20 kW. $COP_h = \dfrac{Q_c}{W} = \dfrac{20}{5} = 4$. 검산: $COP_h = COP_c + 1 = \dfrac{15}{5} + 1 = 4$로 일치. 3은 냉방 성적계수를 답한 오답이다.
[근거] 열역학 제1법칙(Qc = Qe + W), 난방 COP = 냉방 COP + 1

압축비는 반드시 절대압력으로 계산한다. 대기압 101.3 kPa를 더하면 $P_1=91+101.3=192.3\,\mathrm{kPa}$, $P_2=1317+101.3=1418.3\,\mathrm{kPa}$이다. 단열압축에서 $\dfrac{P_2}{P_1}=\varepsilon^{k}$이므로 $\varepsilon=\left(\dfrac{1418.3}{192.3}\right)^{1/1.4}=7.38^{0.714}\approx4.16$이다. 게이지압을 그대로 쓰면 값이 크게 달라지므로 절대압 환산이 핵심이다.

노점온도에서의 포화압력이 곧 현재 습공기가 가진 수증기 분압이므로 $P_v=3.17\,\mathrm{kPa}$이다. 상대습도는 현재 온도에서의 포화압력에 대한 수증기 분압의 비이므로 $\phi=\dfrac{3.17}{7.38}\approx0.43$이다.

이상기체는 분자간 인력이 없어 내부에너지가 온도만의 함수이며(줄의 법칙), 엔탈피도 $h=u+RT$이므로 역시 온도만의 함수이다. 따라서 과정에 관계없이 $du=c_v\,dT$, $dh=c_p\,dT$가 성립한다.

가역열기관의 최대 열효율은 카르노 효율 $\eta=1-\dfrac{T_L}{T_H}$이며 반드시 절대온도를 넣는다. $\eta=1-\dfrac{273+50}{273+100}=1-\dfrac{323}{373}\approx0.134$이므로 약 13.4%이다. 섭씨 온도로 $1-\dfrac{50}{100}$을 계산하면 55% 부근의 값이 나오는데 이것이 대표적인 함정이다.

건도 0.96인 습증기의 엔탈피는 $h=191.83+0.96(2584.7-191.83)\approx2489\,\mathrm{kJ/kg}$이고, 이것이 포화액 191.83 kJ/kg으로 응축되므로 방출열은 약 $2297\,\mathrm{kJ/kg}$이다. 시간당 1000 kg이면 $Q\approx2.297\times10^{6}\,\mathrm{kJ/h}$이고, 냉각수는 15℃에서 25℃로 10 K 상승하므로 $m=\dfrac{2.297\times10^{6}}{4.2\times10}\approx5.47\times10^{4}\,\mathrm{kg/h}$이다.

냉매의 구비 조건 중 3번이 틀린 이유는 점도와 표면장력이 커야 한다는 부분이 잘못되었기 때문이다. 냉매는 오히려 점도가 작고 표면장력도 작아야 배관 내 유동저항이 적고 열교환기에서 액적 확산이 용이하여 전열성능이 향상된다. 1번의 중기 비체적이 적을 것은 압축기 배기량을 줄일 수 있어 올바르며, 2번의 임계온도가 높을 것은 냉각능력을 확보하기 위한 조건이고, 4번의 부식성이 적을 것은 기계 재료 보호 조건으로 모두 타당하다.

밀폐계 에너지식은 받은 일을 양으로 잡으면 $\Delta U=Q+W_{in}$이다. 열 167 kJ을 흡수하고 일 19 kJ을 받았으므로 $\Delta U=167+19=186\,\mathrm{kJ}$이다. 체적이 일정해 팽창일로 빠져나가는 몫이 없고 교란일이 전부 내부에너지로 축적된다.

순수물질이 일정 압력에서 포화액체로부터 포화증기로 변하는 동안은 상변화 구간이므로 온도가 그 압력의 포화온도로 일정하게 유지된다. 가한 열은 모두 증발잠열로 쓰여 건도가 0에서 1이 되고, 비체적과 내부에너지는 증가한다.

등온과정의 일은 $W=P_1V_1\ln\dfrac{P_1}{P_2}$로 구한다. $W=150\times0.5\times\ln\dfrac{150}{600}=75\times(-1.386)\approx-104\,\mathrm{kJ}$이며, 음수는 계가 일을 받았음을 뜻하므로 압축에 필요한 일은 약 104 kJ이다. 등온이라 내부에너지 변화가 없어 이 일량은 그대로 열로 방출된다.

체적이 일정하므로 $\dfrac{P_1}{T_1}=\dfrac{P_2}{T_2}$이고 압력은 절대압으로 넣어야 한다. $P_1=183+101.3=284.3\,\mathrm{kPa}$이고 $P_2=284.3\times\dfrac{273+80}{273+20}\approx342.5\,\mathrm{kPa}$이므로 상승량은 $342.5-284.3\approx58\,\mathrm{kPa}$이다. 게이지압 183 kPa을 그대로 비례계산하면 약 37 kPa이 나오는데, 이것이 절대압 환산을 빠뜨렸을 때의 오답이다.

단열노즐의 정상유동 에너지식 $h_1+\dfrac{V_1^{2}}{2}=h_2+\dfrac{V_2^{2}}{2}$에서 $V_2=\sqrt{2c_p(T_1-T_2)+V_1^{2}}$이다. 비열을 $1003.5\,\mathrm{J/(kg\cdot K)}$로 환산해 넣으면 $V_2=\sqrt{2\times1003.5\times105+50^{2}}=\sqrt{213235}\approx462\,\mathrm{m/s}$이다. kJ 단위를 그대로 쓰면 속도 항과 단위가 맞지 않으므로 J로 바꾸는 것이 요점이며, 정적비열과 압력 값은 이 계산에 쓰이지 않는다.

$PV^{n}$이 일정한 식을 $P^{1/n}V=\text{일정}$ 꼴로 바꾸면, $n\to\infty$일 때 $P^{1/n}\to1$이 되어 체적 V가 일정한 정적과정이 된다. 참고로 n=0이면 정압, n=1이면 등온, n=k이면 단열과정이다.

제거해야 할 냉동열량은 $Q=2000\times334.94\approx6.70\times10^{5}\,\mathrm{kJ}$이고, 공급된 일은 $W=50\,\mathrm{kWh}=50\times3600=1.8\times10^{5}\,\mathrm{kJ}$이다. 따라서 $COP=\dfrac{6.70\times10^{5}}{1.8\times10^{5}}\approx3.72$이다. 1 ton을 1000 kg으로, kWh를 kJ로 환산하지 않으면 값이 전혀 맞지 않는다.

내부에너지는 물질 내부에 저장된 에너지로 분자운동에너지, 분자 결합에 관계된 화학에너지, 핵에너지 등이 포함된다. 위치에너지는 기준면에 대한 계 전체의 높이로 결정되는 외부에너지(역학적 에너지)이므로 내부에너지에 속하지 않는다.

두 열원 사이에서 얻을 수 있는 이상적인 냉동 성능계수는 $COP=\dfrac{T_L}{T_H-T_L}$이며 절대온도를 넣는다. $COP=\dfrac{273+50}{(273+100)-(273+50)}=\dfrac{323}{50}\approx6.46$이다. 섭씨 온도를 그대로 대입하면 1.00 같은 엉뚱한 값이 나온다.

방출한 열은 음, 받은 일은 양으로 부호를 잡으면 $\Delta u=q+w_{in}=-36+68=+32\,\mathrm{kJ/kg}$이다. 즉 내부에너지는 32 kJ/kg 증가한다.

액체가 증발해 기체가 되면 분자 배열의 무질서도가 크게 늘어나므로 그 물질의 엔트로피는 증가한다. 수증기가 응결하거나 뜨거운 커피가 식는 변화는 그 물질이 열을 내놓으므로 물질 자체의 엔트로피는 감소하고, 가역 단열팽창은 등엔트로피 과정이라 변화가 없다.

$\Delta U=Q+W_{in}=-300+400=100\,\mathrm{kJ}$이다. 즉 압축일 400 kJ 가운데 300 kJ은 열로 방출되고 남은 100 kJ만 내부에너지 증가로 축적된다.

TEV는 증발기 출구에 부착한 감온통이 흡입가스 온도를 감지하며, 다이어프램을 사이에 두고 감온통 봉입가스 압력(열림 방향)과 증발기측 압력+과열도 조절 스프링 힘(닫힘 방향)이 평형을 이루는 위치에서 개도가 결정된다. 과열도가 커지면 감온통 압력이 상승해 밸브가 열리고, 작아지면 닫혀 증발기 출구 과열도를 일정하게 유지한다. 액면을 감지하는 것은 플로트 밸브이며, 증발기 내 압력강하가 크거나 분배기를 사용하는 경우에는 외부균압형을 사용해야 한다.
[근거] TEV 3압력 평형 작동원리(감온통 압력 = 증발압력 + 스프링압), 외부균압형 적용 조건

전열 제상은 증발기에 삽입한 전기히터로 서리를 녹이는 방식으로 구조·제어가 간단하나 전력 소비가 커 소형 장치(쇼케이스·소형 유닛쿨러 등)에 주로 쓰인다. 고온가스 제상은 압축기 토출가스를 증발기로 우회시켜 그 응축열로 서리를 녹이는 방식이고, 압축기 정지 제상은 고내 공기의 열로 서리를 녹이므로 고내 온도가 비교적 높은(대략 0℃ 이상) 냉장실에 적합하다. 살수식은 물을 뿌려 서리를 녹이는 '제상 방법'일 뿐, 운전 중 착상 자체를 막는 것은 아니다.
[근거] 제상 방식별 특징(전열=간단·소형용, 핫가스=토출가스 이용, off-cycle=고내온도 높은 냉장용)

비례동작(K)만으로는 정상편차가 남고, 비례미분(PD)은 응답속도는 개선하지만 정상편차 문제는 그대로이다. 비례·적분·미분(PID)을 함께 사용하면 적분동작으로 정상편차를 줄이고 미분동작으로 응답속도를 높이며 오버슈트를 억제할 수 있다.

제어량은 제어대상에서 실제로 제어하려는 출력량이므로 여기서는 전동기의 회전수가 제어량이다. 제어대상은 전동기, 조작량은 회전수를 바꾸기 위해 가하는 인가전압, 목표값은 900 rpm이라는 설정치이다.

권상용 전동기 용량은 $P=\dfrac{W\,V}{6120\,\eta}\,[\mathrm{kW}]$로 구하며, 6120은 $1\,\mathrm{kW}=6120\,\mathrm{kgf\cdot m/min}$에서 나온 환산계수다. 적재하중 1000 kg, 속도 50 m/min, 효율 0.8을 넣으면 $P=\dfrac{1000\times50}{6120\times0.8}\approx10.2\,\mathrm{kW}$이므로 약 10 kW이다.

온오프 제어는 조작량이 열림과 닫힘 두 값만 갖는 불연속(2위치) 동작이다. 비례, 비례적분, 비례미분 동작은 편차의 크기나 누적, 변화 속도에 따라 조작량이 연속적으로 변하는 연속동작이다.

피토관으로 측정한 덕트 풍속은 동압(전압-정압)을 이용하여 구한다. 동압 = 전압 - 정압 = 23.8 - 10 = 13.8mmAq이고, 풍속 공식 $v = \sqrt{2g \times h}$ (h는 mmAq 단위의 동압, g=9.8m/s²)을 적용하면, $v = \sqrt{2 \times 9.8 \times 0.0138} = \sqrt{0.27048} \approx 0.520$m/s가 되어 보기와 맞지 않으므로, 실무에서 통상 사용하는 경험식 $v(m/s) = \sqrt{2 \times 9.81 \times h(m)} \approx 4.43\sqrt{h(mmAq)}$를 적용한다. $v = 4.43 \times \sqrt{13.8} = 4.43 \times 3.71 \approx 16.4$m/s로, 이는 15m/s에 가장 근접한다.

복사 냉난방방식(패널에어 시스템)은 천장·벽·바닥 등의 패널을 통해 복사로 열을 교환하는 방식이다. 1번 건물의 축열을 기대할 수 있다는 것은 패널이 열용량을 가지고 있어 온도 변화를 완화하므로 적절한 설명이다. 3번 많은 환기량을 요하는 장소에 부적당하다는 것도 맞는데, 복사 방식은 전체 공간 환기보다는 국소 제어에 적합하기 때문이다. 4번 냉각패널에 결로 우려가 있다는 것도 패널 표면 온도가 노점온도 이하로 내려가면 결로가 발생할 수 있으므로 적절한 설명이다. 반면 2번은 부적절한데, 복사 냉난방방식은 쾌감도가 전공기식보다 높은 것이 오히려 장점이다. 복사 방식이 전공기식보다 온도 분포가 균등하고 기류감이 적어 쾌적성이 우수하기 때문이다.

서보전동기는 증폭된 제어신호를 받아 제어대상을 실제로 움직여 주는 요소이므로 조작기기(조작부)에 속한다. 검출기는 제어량을 재는 부분, 변환기는 신호의 형태를 바꾸는 부분, 증폭기는 미약한 신호를 키우는 부분이어서 구동 기능과는 구별된다.

추치제어는 목표값이 시간에 따라 변하는 제어로 추종제어·프로그램제어·비율제어가 여기에 속한다. 탱크의 액면을 정해진 높이로 계속 유지하는 레벨제어는 목표값이 고정된 정치제어이므로 추치제어가 아니다. 자동 선반제어는 추종, 열처리로 온도제어는 프로그램, 보일러 자동연소제어는 연료와 공기의 비율을 맞추는 비율제어에 해당한다.

목표값이 18℃로 시간에 관계없이 일정하게 유지되는 제어를 정치제어라 한다. 목표값이 시간에 따라 임의로 변하면 추종제어, 미리 정해진 일정에 따라 변하면 프로그램제어이며, 서보제어는 위치나 자세 등 기계적 변위를 다룬다.

전압, 전류, 주파수, 회전속도 등 전기적 양을 일정하게 유지하는 제어를 자동조정이라 하며 응답속도가 매우 빨라야 한다. 정전압장치나 발전기 조속기 제어가 대표적이다. 프로세스제어는 온도, 압력, 유량 같은 공정량을 다뤄 응답이 상대적으로 느리다.

서보 전동기는 지령에 즉시 응답해야 하므로 시정수와 회전자의 관성모멘트가 작을수록 좋다. 그래서 회전자를 가늘고 길게 만들어 관성을 줄이며, 제어범위가 넓고 급가감속과 정역 운전이 쉬운 구조를 갖는다.

피상전력은 $S=\sqrt{P^{2}+Q^{2}}=\sqrt{80^{2}+60^{2}}=100\,\mathrm{VA}$이다. 역률은 피상전력에 대한 유효전력의 비이므로 $\cos\theta=\dfrac{80}{100}=0.8$, 즉 80%이다.

미리 정해 놓은 시간 계획대로 목표값이 변해 사람의 개입 없이 운전되는 제어는 프로그램제어이다. 무인 열차나 무인 엘리베이터 운전이 대표적인 예이다. 추종제어는 목표값의 변화를 미리 알 수 없다는 점에서 다르다.

같은 변화가 1회 되풀이되는 데 걸리는 시간을 주기 T라 하며 단위는 초이다. 주파수는 1초 동안의 반복 횟수로 $f=\dfrac{1}{T}$의 관계이고, 각주파수(각속도)는 $\omega=2\pi f$이다.

가변풍량 덕트방식(VAV: Variable Air Volume)은 각 실의 열부하 변화에 따라 송풍량을 자동으로 조절하여 에너지 효율을 높이고(1번), 실내 간막이 변경이나 부하 증감 시 덕트 배관만으로 대응 가능(4번)하며, 중앙 냉난방기에서 공급되는 공기량을 실시간으로 제어(2번)하는 방식이다. 반면 3번은 오류로, VAV 방식은 다른 난방방식(패널히팅, 복사난방, 개별 난방 등)과 동시 운영이 충분히 가능하며 오히려 이를 병행하면 에너지 절약 효율이 높아진다. 따라서 3번이 가변풍량 덕트방식에 대한 부적절한 설명이다.

소비전력은 $P=VI=100\times2=200\,\mathrm{W}$이고, 줄열은 $H=0.24\,P\,t\,[\mathrm{cal}]$로 계산한다. 따라서 $t=\dfrac{300}{0.24\times200}=6.25\,\mathrm{s}$로 약 6.3초이다. 1 J이 약 0.24 cal라는 환산이 핵심이다.

R-L 직렬회로의 임피던스는 $Z=\sqrt{R^{2}+X_L^{2}}=\sqrt{4^{2}+3^{2}}=5\,\Omega$이다. 따라서 인가전압은 $V=IZ=5\times5=25\,\mathrm{V}$이다. 저항과 리액턴스는 위상이 90도 차이가 나므로 단순히 더해 7 Ω으로 계산하면 안 된다.

프로세스 제어는 온도, 압력, 유량, 액면, 농도처럼 공정의 상태량을 제어량으로 한다. 위치는 방위, 자세와 함께 기계적 변위를 다루는 서보기구의 제어량이다.

기밀시험에는 질소나 건조공기 등 불연성·비독성 가스를 사용하며, 산소는 유분과 접촉 시 발화·폭발 위험이 있고 가연성 가스도 사용이 금지된다. 따라서 '산소를 사용하는 것이 안전하다'가 틀리다. 기밀시험은 설계압력 이상으로 가압하여 발포액 등으로 누설을 확인하고, 이후 진공시험으로 미세 누설 확인과 진공건조(수분 제거)를 수행한 뒤 냉매를 충전한다.
[근거] 냉동설비 기밀시험 기준(시험가스 산소·가연성가스 금지, 설계압력 이상)·진공건조 목적

냉매 용기를 직화로 가열하는 것은 용기 내압 급상승으로 파열 위험이 있어 절대 금지이며, 가온이 필요하면 40℃ 이하의 온수를 사용한다. 충전 전에는 진공건조로 공기·수분을 제거해야 하고(수분은 팽창밸브 동결·산 생성 원인), 충전량은 계량기로 관리한다. 과충전 시 응축기 유효 전열면적 감소로 응축압력이 상승하고 액백에 의한 액압축 위험이 커진다.
[근거] 고압가스 용기 취급 기준(직화 가열 금지, 40℃ 이하 유지)·냉매 충전 표준 절차

플레어(압축) 이음은 관 끝을 나팔 모양으로 넓힌 뒤 플레어 너트로 죄어 접합하는 방법으로, 연성이 좋은 동관에 사용하며 주로 20 mm 이하의 소구경에 적용한다. 분해와 재조립이 쉬워 냉동장치 주변 배관에 많이 쓰인다.

옥외 노출 배관의 보온 외피는 비바람과 자외선, 외부 충격을 직접 받으므로 내후성과 강도가 좋은 아연도금 철판 같은 금속 외장재로 마감한다. 면포나 방수 마포, 비닐 테이프는 내후성과 기계적 강도가 부족해 옥내나 임시 마감에 한정된다.

열팽창에 의한 배관의 이동을 구속하거나 방향을 제한하는 지지장치를 레스트레인트라 하며 앵커, 스토퍼, 가이드가 여기에 속한다. 행거는 위에서 매달고 서포트는 아래에서 받쳐 하중을 지지하는 장치이고, 브레이스는 진동과 충격을 억제한다.

익스트랙터(익스팬더식 분기 공구)는 동관 직관에 구멍을 뚫은 뒤 그 구멍을 잡아당겨 분기관을 끼울 목을 성형하는 공구다. 튜브 벤더는 관을 구부리는 데, 플레어링 툴 세트는 관 끝을 나팔 모양으로 넓히는 데, 사이징 툴은 관 끝을 진원으로 잡는 데 쓴다.

증기주관 위쪽에서 입하관을 분기할 때는 주관에서 일단 위로 뽑아 올린 뒤 내림구배로 내려야 응축수가 고이지 않고 흐른다. 올림구배로 입하시키면 관 안에 응축수가 갇혀 워터해머와 배수 불량의 원인이 된다. 수평주관 축소 시 편심 리듀서를 써서 관 밑면을 일치시키는 것은 옳은 시공법이다.

동관의 이음법 중 플레어이음(flare joint)은 관의 끝을 벌려서 만든 깔때기 모양의 면에 너트를 끼워 조립하는 방식으로, 너트를 풀어 분해할 수 있어 기계의 분해, 점검, 보수가 필요한 경우에 적합합니다. 반면 납땜이음은 열로 접합하므로 분해 불가능하고, 플라스톤이음과 소켓이음도 반복적인 분해·조립에 적합하지 않습니다. 따라서 정비성을 우선하는 조건에서는 플레어이음이 가장 효율적입니다.

곡관부의 길이는 원호 길이이므로 $l=2\pi R\dfrac{\theta}{360}$로 구한다. $l=2\pi\times150\times\dfrac{90}{360}\approx235.5\,\mathrm{mm}$이다. 곡률반경은 관 중심선을 기준으로 주어지므로 호칭지름 20A는 이 계산에 직접 쓰이지 않는다.

경수에는 칼슘과 마그네슘 등 경도 성분이 많아 전열면에 스케일이 부착되는데, 스케일은 열전도율이 매우 낮아 전열을 방해하므로 보일러 효율이 떨어지고 국부 과열과 파열로 이어질 수 있다. 그래서 보급수는 연수장치로 연화한 뒤 사용한다.

냉수코일은 통과 풍속과 수속이 고르게 분포하도록 코일 정면 형상을 가능한 한 정방형에 가깝게 잡는다. 장방형으로 길게 만들면 유속 분포가 치우쳐 열교환 성능이 떨어진다. 공기와 물을 대향류로 흘려 대수평균 온도차를 크게 하고, 냉수 입출구 온도차를 5℃ 정도로 두는 것은 옳은 설계 기준이다.

하트포드 이음(접속법)은 환수주관을 보일러 표준수위보다 약간 낮은 위치에서 균형관을 통해 증기부에 연결하는 방식이다. 환수관이 파손되거나 누설되어도 보일러 수위가 그 연결점 아래로 내려가지 않아 안전수위 이하에서 연소되는 것을 막는다.

펌프 흡입관은 관 상부에 공기가 고이지 않도록 펌프를 향해 올림구배(상향 구배)로 시공해야 한다. 하향 구배로 하면 공기주머니가 생겨 흡입 성능이 떨어지고 캐비테이션과 프라이밍 불량의 원인이 된다. 흡입 양정을 짧게 하고 굴곡을 피하는 것, 토출측 체크밸브 설치는 옳은 시공법이다.

무기질 보온재의 안전사용온도 상한은 탄산마그네슘이 약 250℃, 규조토가 약 500℃, 암면이 약 600℃, 펄라이트가 약 650℃ 정도로 알려져 있다. 펄라이트는 진주암·흑요석을 팽창시켜 규산칼슘계 결합재와 성형한 것으로, 주어진 보온재 가운데 사용온도 범위가 가장 높아 고온 배관이나 기기 보온에 쓰인다. 규조토 보온재는 내화성은 있으나 안전사용온도는 500℃ 수준이어서 펄라이트보다 낮다.

가열기 소요능력은 $H=Q_d\times r\times(t_h-t_c)$로 구한다. $H=24850\times\dfrac{1}{7}\times(60-5)=3550\times55=195250\,\mathrm{kcal/h}$이다. 물 1 L를 1℃ 올리는 데 1 kcal가 필요하므로 급탕량 L/d가 그대로 열량 계산에 들어가며, 가열능력 비율을 곱하지 않으면 약 7배 큰 값이 나온다.

가열기 능력은 하루 급탕량에 가열능력 비율 e를 곱해 시간당 가열해야 할 수량을 구한 뒤 급탕온도와 급수온도의 차를 곱하므로 $H=N\,q\,e\,(t_h-t_c)$이다. 온도는 반드시 차를 취해야 하며, 비율 h는 시간당 최대 급탕량에 관한 값으로 저탕조 용량 산정에 쓰인다.

체크밸브는 유체 자신의 압력으로 디스크가 열리고 역류하면 닫히는 자동 밸브여서 수동으로 개폐할 필요가 없다. 스윙형은 수평과 수직 배관 모두에, 리프트형은 수평 배관에 주로 쓰이며, 풋형은 펌프 흡입구 끝에 설치해 물이 빠지는 것을 막는다.

가스용 폴리에틸렌관은 KGS 코드상 최고사용압력 0.4 MPa 이하의 지하 매설배관에만 사용할 수 있으므로, 0.1 MPa 이상 1.0 MPa 미만인 중압 배관 전반에 쓴다고 할 수 없고 그 이상의 압력에는 폴리에틸렌 피복강관 등 방식 처리한 강관을 사용한다. 매설관에 구배를 두어 물이 고일 우려가 있는 낮은 곳에 수취기를 설치하고, 다른 지하 매설물과 이격거리를 확보하는 것은 옳은 시공법이다.

공기실(에어 챔버)은 밸브를 급히 닫을 때 발생하는 압력파를 내부에 갇힌 공기가 압축되면서 흡수해 수격작용을 완화하는 장치다. 그래서 급폐쇄형 밸브나 수전 가까운 상류측에 설치한다.

냉매 액관의 유속은 0.5~1.5 m/s 정도로 낮게 잡아야 하며, 2.5~3.5 m/s는 흡입가스관이나 토출가스관에 해당하는 값이다. 액관에서 유속이 이렇게 빠르면 마찰손실이 커져 압력이 그 온도의 포화압력 아래로 떨어지면서 플래시 가스가 생긴다. 액관 마찰손실을 19.6 kPa 이내로 제한하고 배관을 짧게 하며 입상이 길면 충분한 과냉각을 주는 것이 플래시 가스 방지책이다.

현행 도시가스사업법 시행규칙 및 KGS FS551의 배관 매설깊이 기준: 공동주택 등의 부지 내 0.6m 이상, 폭 8m 이상 도로 1.2m 이상, 폭 4m 이상 8m 미만 도로 1m 이상, 그 밖에 이에 해당하지 아니하는 곳은 0.8m 이상이다. 따라서 위의 어느 곳에도 해당하지 아니하는 곳에서는 0.4m 이상으로 한다는 설명이 틀리다. (참고: 시가지의 도로 노면 밑에 매설하는 본관·공급관은 노면으로부터 1.5m 이상)
[근거] 도시가스사업법 시행규칙 별표(제조소 및 공급소 밖의 배관 시설기준)·KGS FS551 2.5.8.2.1 — 0.6/1.0/1.2/0.8m, 2026년 현행 확인

증발기가 압축기보다 위에 있을 때 흡입관을 곧바로 아래로 내리면 정지 중에 증발기 내의 액냉매나 오일이 중력으로 압축기에 흘러들어 기동 시 액압축(리퀴드 해머)을 일으킨다. 흡입관을 일단 증발기 상단보다 높게 입상(역루프)시킨 후 압축기로 내려야 하므로, 증발기 출구에서 곧바로 아래로 내려 압축기에 접속한다는 설명이 틀리다. 입상관이 길어지는 경우 약 10m마다 중간 트랩을 설치해 오일 회수를 쉽게 한다는 설명, 부하 변동이 큰 압축기의 흡입 입상관에 이중 입상관을 설치한다는 설명, 입상관의 관지름을 최소 부하 운전 시에도 오일을 끌어올릴 수 있는 유속이 확보되도록 결정한다는 설명은 모두 옳은 시공 원칙이다.
[근거] 냉매 배관 시공 일반 — 흡입 입상관 10m마다 중간 트랩, 이중 입상관, 증발기 상부 위치 시 역루프 입상