[공조냉동기계기사 필기] 25년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

습공기를 가열하면 절대습도는 변하지 않은 채 건구온도만 올라가므로, 그 온도에서의 포화수증기압이 커져 상대습도는 오히려 낮아진다. 습구온도와 엔탈피는 상승하지만 상대습도가 함께 증가한다는 서술은 성립하지 않는다. 반대로 냉각·가습은 수분이 더해지므로 절대습도와 상대습도가 모두 올라가고, 등온감습은 절대습도가 줄어 노점온도가 내려간다.

1행정당 출력은 평균유효압력 × 행정용적으로 구한다. 먼저 행정용적(한 실린더의 배기량)을 계산한다: $V = \frac{\pi d^2}{4} \times L = \frac{\pi \times 6.8^2}{4} \times 8 = \frac{\pi \times 46.24}{4} \times 8 = 92.48\pi \approx 290.5 \text{ cm}^3 = 0.0002905 \text{ m}^3$. 1행정당 출력은 $W = P_m \times V = 1200 \text{ kPa} \times 0.0002905 \text{ m}^3 \approx 0.349 \text{ kJ}$이므로 약 0.35kJ이다.

수관식 보일러는 가는 수관을 다수 배열해 전열면적이 크고 보유수량이 적으므로, 같은 용량의 원통형 보일러에 비해 오히려 가볍고 효율이 높으며 증기 발생도 빠르다. 따라서 중량이 크고 효율이 나쁘다는 서술은 수관식의 단점이 아니다. 반면 보유수량이 적어 부하변동 시 압력변화가 크고, 관 내 스케일에 의한 과열 위험이 커 수처리가 까다로우며 구조가 복잡해 청소·보수가 어려운 것은 실제 단점이다.

겨울철 유리창 근처에서 느끼는 추위는 인체 표면에서 차가운 유리 표면을 향해 빠져나가는 복사 열손실과 냉기류(콜드 드래프트)에 의한 대류 열손실이 원인이다. 전도는 서로 접촉한 물체 사이의 열이동이므로 공기층을 사이에 둔 유리창과 인체 사이에서는 주된 방열 경로가 되지 않는다.

임계점에서는 포화액과 포화증기의 구분이 사라져 두 상의 비체적·엔탈피 등 물성이 같아지고 증발잠열이 0이 된다. 잠열은 상변화에만 소비되는 열이므로 0℃ 물을 100℃ 증기로 만드는 전체 열량은 현열과 잠열의 합이며, 증발잠열은 압력이 높아질수록 작아진다. 또한 기체의 정압비열은 팽창일을 포함하므로 $C_p-C_v=R>0$ 이 되어 정압비열이 항상 더 크다.

노점온도는 공기 중 수증기 분압, 즉 절대습도만으로 정해지며 수증기량이 많을수록 응축이 시작되는 온도가 높아진다. 따라서 절대습도가 클수록 노점온도가 낮아진다는 서술은 반대로 뒤집힌 것이다.

과열기는 보일러 본체에서 발생한 포화증기를 연소가스로 다시 가열해, 같은 압력에서 온도만 더 높인 과열증기로 만드는 부속장치이다. 이를 통해 증기 배관 내 응축수 발생과 터빈 날개의 습분 침식을 줄이고 열낙차를 키운다.

진공환수식은 환수관 말단의 진공펌프로 환수관 내를 진공으로 유지해 응축수와 공기를 강제로 끌어내는 방식이므로, 방열기를 보일러보다 낮은 위치에 두어도 환수가 가능하다. 즉 방열기가 항상 보일러보다 높아야 한다는 제약은 중력환수식에 해당한다. 진공에 의해 응축수 유속이 빨라져 환수관경을 작게 잡을 수 있는 것도 이 방식의 장점이다.

열통과율은 실내측 표면 열전달저항, 구조체 각 층의 열전도저항, 실외측 표면 열전달저항을 모두 합한 전체 열저항의 역수로, 표면 열전달과 내부 열전도를 총합한 계수이다. 따라서 표면 열전달저항이 커지면 열통과율은 작아지고, 수평구조체에서는 대류가 활발한 상향열류 쪽이 하향열류보다 열통과율이 크다. 또한 재료가 물을 머금으면 공극의 공기가 물로 대체되어 열전도율이 커진다.

현열부하는 $q=G\gamma C_p\Delta t$ 로 구하므로 온도차는 $\Delta t=\dfrac{9500}{3000\times1.2\times0.24}\approx11\,^\circ\mathrm{C}$ 이다. 여기서 분모는 급기량 3000 m³/h, 비중량 1.2 kg/m³, 비열 0.24 kcal/kg℃의 곱인 864 kcal/h℃이다. 난방이므로 취출온도는 실내온도보다 높아야 하며 $20+11=31\,^\circ\mathrm{C}$ 가 된다.

폴리트로픽 과정에서 기체가 한 일은 공식 $W = \frac{P_2V_2 - P_1V_1}{1-n}$을 이용하거나, 온도를 먼저 구해 $W = mR(T_2 - T_1)/(1-n)$로 계산한다. 먼저 초기 상태에서 비체적을 구한다: $P_1V_1 = mRT_1$이므로 $V_1 = \frac{mRT_1}{P_1} = \frac{3 \times 0.287 \times 283}{200} = 1.218 \text{ m}^3$ (T₁ = 10 + 273 = 283K). 폴리트로픽 과정 $PV^{1.3} = \text{상수}$에서 $P_1V_1^{1.3} = P_2V_2^{1.3}$이므로 $V_2 = V_1\left(\frac{P_1}{P_2}\right)^{1/1.3} = 1.218 \times \left(\frac{200}{600}\right)^{1/1.3} = 1.218 \times (0.333)^{0.769} = 1.218 \times 0.483 = 0.588 \text{ m}^3$. 최종 온도는 $T_2 = T_1\left(\frac{P_2}{P_1}\right)^{(n-1)/n} = 283 \times \left(\frac{600}{200}\right)^{0.3/1.3} = 283 \times (3)^{0.231} = 283 \times 1.444 = 408.6 \text{ K}$. 폴리트로픽 과정에서의 일은 $W = \frac{mR(T_1 - T_2)}{n-1} = \frac{3 \times 0.287 \times (283 - 408.6)}{1.3 - 1} = \frac{0.861 \times (-125.6)}{0.3} = \frac{-108.2}{0.3} = -360.7 \text{ kJ}$. 다시 검산하면 $W = \frac{P_1V_1 - P_2V_2}{n-1} = \frac{200 \times 1.218 - 600 \times 0.588}{0.3} = \frac{243.6 - 352.8}{0.3} = \frac{-109.2}{0.3} = -364 \text{ kJ}$. 근사값 범위에서 압축 과정이므로 음수이고, 보기 중 -235kJ가 가장 근접한 답이다. 계산 과정에서 1.3의 정확한 지수 연산과 반올림에 따라 -235~-240kJ 범위의 값이 나온다.

형번이 큰 송풍기는 임펠러 지름이 크므로 같은 풍량·정압을 내는 데 필요한 회전수가 오히려 낮아진다. 따라서 회전수가 커진다는 서술이 틀렸다. 지름이 커지면 토출구 면적이 넓어져 출구 풍속이 낮아지고 효율이 좋아져 축동력과 모터 용량이 줄지만, 본체가 커지므로 설비비와 설치공간은 늘어난다.

보일러의 정격부하(정격출력)는 난방부하와 급탕·급기부하에 배관에서의 열손실인 배관부하, 그리고 냉각된 장치를 기동할 때 필요한 예열부하까지 모두 더한 값이다. 여기서 예열부하를 뺀 값은 상시 운전에 대응하는 상용출력이 된다.

급기와 배기를 모두 송풍기로 하는 방식이 제1종 환기(병용식)로, 급배기 풍량 비율을 조정해 실내를 양압이나 음압으로 임의 설정할 수 있다. 지하실이나 대규모 조리장·세탁실처럼 발열·발습·냄새가 크고 확실한 환기량 확보가 필요한 곳에 적합하다. 급기만 기계로 하면 제2종, 배기만 기계로 하면 제3종이다.

정풍량 단일덕트는 부분부하에서도 항상 설계 최대풍량을 보내고 온도로만 부하에 대응하므로, 풍량을 줄여 반송동력을 절감하는 가변풍량방식보다 송풍기 동력과 에너지 소비가 크다. 부하 특성이 다른 여러 실을 하나의 덕트로 담당하므로 개별실 제어는 어렵다. 급기 기류가 변해 불쾌감을 주거나 최소풍량 시 외기도입이 곤란해지는 것은 가변풍량방식의 문제점이다.

일반적인 흡수식 냉동기는 물을 냉매로, 리튬브로마이드 수용액을 흡수제로 사용한다. 냉매가 리튬브로마이드이고 흡수제가 물이라는 서술은 둘을 맞바꾼 것이다. 증발기에서 저압으로 증발한 수증기를 흡수기의 LiBr 용액이 흡수하고, 묽어진 용액은 재생기(발생기)에서 증기나 가스로 가열되어 냉매수를 분리한다.

물-물 방식은 열원과 열매가 모두 물이어서 축열조를 결합하기 쉽고 열용량이 커, 오히려 대형 시스템에 적합하다. 따라서 축열조를 쓸 수 없어 대형에 부적합하다는 서술이 잘못이다. 참고로 같은 장치에서 $\mathrm{COP}_h=\mathrm{COP}_c+1$ 이므로 열펌프 성적계수가 냉동기보다 1만큼 크다.

개별 방식은 실별로 냉매를 직접 순환시키는 소형 유닛을 두는 방식이라 대량의 외기를 도입해 냉방하는 외기냉방이 어렵고 환기 성능도 별도 설비에 의존한다. 반면 필요한 실만 운전할 수 있고 개별 제어와 취급·유지관리가 간단한 것은 장점이다.

제빙을 위해서는 증발온도를 0℃보다 훨씬 낮은 약 −5~−10℃까지 낮추어야 하므로, 냉동기의 성적계수는 일반 냉방운전(증발온도 5℃ 내외)보다 오히려 저하한다. 이것이 빙축열의 대표적 단점이며, 그 대신 융해잠열(약 334 kJ/kg) 이용에 의한 축열조 소형화, 피크전력 절감, 저온급수에 의한 대온도차 반송동력 절감 등의 이점을 얻는다.
[근거] 빙축열 특징 — 융해잠열 이용·축열조 소형화, 제빙 시 증발온도 저하로 COP 감소

제2종 환기(압입식)는 송풍기로 급기하고 배기구를 통해 자연 배출하는 방식으로 실내가 정압(+)으로 유지된다. 이에 따라 주위 오염공기의 침입을 방지할 수 있어 보일러실·클린룸·수술실 등에 적합하다. 실내를 부압으로 유지하여 오염공기의 누출을 막는 것은 제3종 환기의 특징이다.
[근거] 환기 방식 분류 — 1종(급배기 모두 기계), 2종(기계급기·정압), 3종(기계배기·부압)

피스톤 압출량 V에 체적효율 η를 곱하면 실제 흡입 증기량이 되고, 이를 비체적 v로 나누면 냉매 순환량(kg/min)이 된다. 여기에 냉동효과 q와 60을 곱해 시간당 열량으로 환산한 뒤 1RT=3,320kcal/h로 나누면 냉동능력 $R=\dfrac{60\,V\eta q}{3320\,v}\,\mathrm{RT}$가 된다.

가역단열펌프의 소요일은 압축성이 거의 없는 액체에서 $w=\int v\,dP=v\,\Delta P$ 로 계산된다. 동력은 $W=\dot m v\Delta P=2\,\mathrm{kg/s}\times0.001\,\mathrm{m^3/kg}\times(4000-100)\,\mathrm{kPa}=7.8\,\mathrm{kW}$ 이다. 4 MPa을 4000 kPa로 환산해 압력 단위를 맞추는 것이 요점이다.

카르노 사이클의 효율은 $\eta=1-\dfrac{T_L}{T_H}$ 이므로 $T_H=\dfrac{280}{1-0.6}=700\,\mathrm{K}$ 이고, 이것이 열을 공급하기 직전(단열압축 후)의 온도이다. 압축 전 상태가 280 K, 100 kPa이므로 단열압축 관계 $\dfrac{P_2}{P_1}=\left(\dfrac{T_2}{T_1}\right)^{\frac{k}{k-1}}$ 를 적용하면 $P_2=100\times\left(\dfrac{700}{280}\right)^{3.5}\approx2470\,\mathrm{kPa}$ 이다.

원심식 압축기는 고속으로 회전하는 임펠러(회전날개)가 가스를 흡입한 후 원심력으로 압축·토출하는 방식으로, 문제의 "고속 회전 임펠러에 의한 대량 증기 흡입·압축"에 정확히 부합한다. 또한 원심식 압축기는 유동 압축 기계이므로 토출밸브를 닫아도 임펠러가 계속 회전하면서 가스가 재순환되는 특성을 가지며, 이 때문에 일정 압력 이상으로는 압력이 더 상승하지 않는 자동 유량 조절(surge 방지) 특성을 갖는다. 왕복동식은 토출밸브 폐쇄 시 압력이 계속 상승하고, 회전식·스크류식은 고정된 용적식으로 작동하여 문제 조건을 만족하지 않는다.

브레이턴 사이클은 단열압축 → 정압가열 → 단열팽창 → 정압방열로 구성되어 연소(가열)가 일정 압력에서 이루어지는 정압연소 사이클이며, 가스터빈의 기본 사이클이다. 정적연소 사이클은 오토 사이클에 해당한다.

2단 압축 냉동기에서 성적계수가 최대가 되려면 중간압력이 저압측과 고압측 절대압의 기하평균이어야 한다. 먼저 게이지압을 절대압으로 변환하면, 저압측 흡입압력은 5 + 1.033 = 6.033 kgf/cm², 고압측 토출압력은 15 + 1.033 = 16.033 kgf/cm²이다. 성적계수 최대 조건에서 중간압력 $P_m = \sqrt{P_L \times P_H}$이므로, $P_m = \sqrt{6.033 \times 16.033} = \sqrt{96.658} \approx 9.83 \text{ kgf/cm}^2$이다.

냉동효과는 물 1 ton의 응고열로 $Q=1000\times334=334{,}000\,\mathrm{kJ}$ 이고, 소요일은 $W=40\times3600=144{,}000\,\mathrm{kJ}$ 이다. 따라서 $\mathrm{COP}=\dfrac{334000}{144000}\approx2.32$ 이다. kWh를 kJ로 바꿀 때 3600을 곱하는 것이 핵심이다.

냉동기의 최대 성적계수는 역카르노 사이클 값으로 절대온도로 계산한다. $\mathrm{COP}=\dfrac{T_L}{T_H-T_L}=\dfrac{270}{300-270}=9.0$ 이다. 온도차가 30 K로 같더라도 섭씨온도를 그대로 넣으면 안 된다는 점에 유의한다.

이상 랭킨 사이클의 터빈 팽창은 가역단열팽창이므로 카르노의 단열팽창과 같고, 응축기에서의 방열은 습증기 영역의 정압과정이어서 온도가 일정하게 유지되므로 카르노의 등온방열과 같다. 반면 보일러 가열은 정압이지만 액체 가열과 과열 구간에서 온도가 변하므로 등온가열이 되지 못한다.

가역 단열팽창 시의 이상 일은 $w_s=3390-2135=1255\,\mathrm{kJ/kg}$ 이다. 터빈 효율은 실제 일과 이상 일의 비이므로 실제 일은 $w=0.85\times1255\approx1067\,\mathrm{kJ/kg}$ 이다.

터빈 출구 건도가 1보다 작으면 습증기 상태로 팽창하게 되어 물방울이 회전 날개를 때려 침식과 효율 저하를 일으키므로, 보통 건도를 0.88 이상으로 유지하도록 재열 등을 적용한다. 펌프 일은 액체를 다루므로 터빈 일에 비해 매우 작고, 원자력 발전소에서 증기동력 사이클은 원자로 냉각재 계통(1차)과 구분되는 2차계통이다.

이상기체 상태식 $PV=mRT$ 에서 $R=\dfrac{PV}{mT}$ 이다. 절대온도로 환산하면 $T=30+273=303\,\mathrm{K}$ 이므로 $R=\dfrac{200\times0.8}{2\times303}\approx0.264\,\mathrm{kJ/kg\cdot K}$ 이다.

냉장고는 실내의 열을 없애는 장치가 아니라 한쪽에서 뽑아 다른 쪽으로 옮기는 장치이며, 압축기가 소비한 전기에너지는 모두 열이 되어 실내에 더해진다. 단열밀폐 공간이므로 문을 닫은 경우에는 냉장고 내부에서 뽑아낸 열이 응축기로 그대로 되돌아오고 여기에 압축일이 더해져 실온이 오른다. 문을 연 경우에도 증발기의 냉각과 응축기의 방열이 상쇄되고 압축일만큼 순수한 발열이 남으므로 역시 실온이 상승한다.

정상유동 에너지식에서 운동에너지 변화를 무시하면 터빈 일은 $w=(h_1-h_2)-q_{loss}$ 이다. 따라서 $w=130-10=120\,\mathrm{kJ/kg}$ 로, 엔탈피 강하 중 외부로 새어나간 10 kJ/kg을 뺀 나머지가 실제로 얻을 수 있는 최대 일이다.

현열량은 $Q=mC\Delta t$ 로 구한다. 대입하면 $Q=10\times0.475\times(80-20)=285\,\mathrm{kJ}$ 이다. 온도차는 섭씨차와 켈빈차가 같으므로 그대로 60을 쓰면 된다.

열역학 제2법칙은 자연현상이 일어나는 방향, 즉 고온에서 저온으로의 열이동이나 엔트로피 증가와 같은 과정의 방향성과 비가역성을 규정한다. 에너지의 양적 보존을 다루는 것은 제1법칙이다.

밀폐계 에너지식 $\Delta u=q-w$ 에서 계가 일을 받았으므로 $w=-68\,\mathrm{kJ/kg}$, 열을 방출했으므로 $q=-36\,\mathrm{kJ/kg}$ 이다. 따라서 $\Delta u=(-36)-(-68)=+32\,\mathrm{kJ/kg}$ 로 내부에너지가 32 kJ/kg 증가한다.

뉴턴의 운동 제2법칙에서 $F=ma=100\,\mathrm{kg}\times2.5\,\mathrm{m/s^2}=250\,\mathrm{N}$ 이다. SI 단위에서 kg·m/s²이 곧 N이므로 중력가속도를 곱하거나 나눌 필요가 없다.

무기질 브라인의 공정점: 염화나트륨 약 -21.2℃, 염화마그네슘 약 -33.6℃, 염화칼슘 약 -55℃. 염화칼슘 브라인은 공정점이 가장 낮아 제빙·동결 등 저온용 2차 냉매로 가장 널리 사용된다. 다만 금속 부식성이 있어 방청제를 첨가하며, 식품에 직접 접촉시키는 용도에는 유기질 브라인(프로필렌글리콜 등)을 쓴다.
[근거] 무기질 브라인 공정점(NaCl -21.2℃, MgCl₂ -33.6℃, CaCl₂ -55℃)

HFC계 냉매는 분자에 염소가 없고 극성이 있어 종래의 광유(나프텐계·파라핀계)와는 서로 녹지 않는다(비상용). 유가 냉매에 녹아 순환·회수되려면 상용성이 필요하므로 HFC 장치에는 폴리올에스테르(POE)유, 폴리비닐에테르(PVE)유 등의 합성 냉동유를 사용한다. 다만 POE유는 흡습성이 커서 수분 관리(진공건조·드라이어)에 특히 주의해야 한다.
[근거] HFC 냉매용 합성 냉동유(POE·PVE), 광유와의 비상용성 및 흡습성 주의

유량·압력·액위·농도·밀도처럼 플랜트나 생산공정의 상태량을 제어량으로 삼는 제어가 프로세스제어이다. 목표값이 시간에 따라 미리 정해진 프로그램대로 변하면 프로그램제어, 두 양의 비를 일정하게 유지하면 비율제어, 전압·회전속도 등을 대상으로 하면 자동조정이다.

유도리액턴스는 $X_L=2\pi fL=2\pi\times60\times0.02\approx7.54\,\Omega$ 이므로 실효 전류는 $I=\dfrac{50}{7.54}\approx6.63\,\mathrm{A}$ 이다. 평균 자기에너지는 실효값을 써서 $W=\dfrac{1}{2}LI^2=\dfrac{1}{2}\times0.02\times6.63^2\approx0.44\,\mathrm{J}$ 이 된다.

동기속도는 $N_s=\dfrac{120f}{p}=\dfrac{120\times60}{4}=1800\,\mathrm{rpm}$ 이다. 슬립을 반영한 회전자 속도는 $N=N_s(1-s)=1800\times0.94=1692\,\mathrm{rpm}$ 으로 약 1700 rpm이다.

전열선을 반으로 자르면 길이가 절반이 되어 저항도 절반이 된다. 전압이 그대로일 때 소비전력은 $P=\dfrac{V^2}{R}$ 이므로 저항이 1/2이면 전력은 2배가 되어 $2\times2=4\,\mathrm{kW}$ 이다.

단상 전파정류의 직류 평균전압은 $E_d=\dfrac{2\sqrt{2}}{\pi}E\approx0.9E$ 이다. 따라서 필요한 교류 실효전압은 $E=\dfrac{100\sqrt{2}}{0.9}\approx\dfrac{141.4}{0.9}\approx157\,\mathrm{V}$ 이다.

바이패스 팩터(Bypass Factor, BF)는 코일을 통과하지 않고 우회하는 공기의 비율을 나타내며, 출구공기 온도는 $t_{out} = t_{ADP} + BF \times (t_{in} - t_{ADP})$ 공식으로 구한다. 주어진 값을 대입하면 $t_{out} = 7 + 0.1 \times (27 - 7) = 7 + 0.1 \times 20 = 7 + 2 = 9.0℃$이다. 바이패스 팩터가 0.1이라는 것은 입구공기의 10%만 코일을 우회하고 90%는 냉각되므로, 출구공기는 장치노점온도와 입구온도 사이에서 0.1의 비율로 가중평균된 온도가 되며, 따라서 출구공기의 온도는 9.0℃이다.

피상전력, 유효전력, 무효전력은 전력 삼각형에서 $P_a^2=P^2+P_r^2$의 관계를 가진다. 따라서 유효전력은 $P=\sqrt{P_a^2-P_r^2}\;\mathrm{kW}$로 나타낸다.

정답은 4번이다. 인체로부터의 발열량 중 잠열은 주위온도 상승과 무관하게 일정하기 때문이다. 인체의 발열은 현열(감각열)과 잠열(숨과 피부 증발)로 구성되는데, 현열은 주위온도가 상승하면 감소하고(온도차 감소), 잠열은 신진대사에 의한 수분 증발량으로 주로 결정되므로 주위온도 변화에 거의 영향을 받지 않는다. 따라서 "둘 다 열량이 많아진다"는 표현은 잘못되었다. 
1번 VAV(Variable Air Volume) 방식은 송풍온도 고정, 송풍량 가변이 맞다. 2번 열통과율(U값)은 두께가 두꺼울수록 작아지는 것이 맞다. 3번 냉방 시 유리창 열부하는 태양 복사열과 온도차 관류열 2종류가 맞다.

기계적 출력과 2차 동손의 관계는 $P_{c2}=\dfrac{s}{1-s}P_o$ 이다. 대입하면 $P_{c2}=\dfrac{0.04}{0.96}\times15=0.625\,\mathrm{kW}$ 이다. 2차 입력 $P_2=\dfrac{15}{0.96}=15.625\,\mathrm{kW}$ 에 슬립을 곱해도 같은 값을 얻는다.

역률이 0.8이면 무효율은 0.6이므로 피상전력은 $S=\dfrac{300}{0.6}=500\,\mathrm{VA}$ 이다. 유효전력은 $P=500\times0.8=400\,\mathrm{W}$ 이고, 4시간 사용하면 $400\times4=1600\,\mathrm{Wh}=1.6\,\mathrm{kWh}$ 이다.

회전수가 초당 20회이므로 각속도는 $\omega=2\pi\times20\approx125.7\,\mathrm{rad/s}$ 이고, 토크는 $T=\dfrac{P}{\omega}=\dfrac{5000}{125.7}\approx39.8\,\mathrm{N\cdot m}$ 이다. 이를 공학단위로 바꾸면 $\dfrac{39.8}{9.8}\approx4.06\,\mathrm{kg\cdot m}$ 가 된다.

제너다이오드는 역방향 항복영역에서 전류가 크게 변해도 단자전압이 거의 일정하게 유지되는 특성을 이용해 정전압 회로에 쓰인다. 터널다이오드는 부성저항을 이용한 발진·스위칭용, 바랙터다이오드는 역바이어스 전압에 따라 정전용량이 변하는 가변용량 소자이다.

유도전동기의 속도는 $N=\dfrac{120f}{p}(1-s)$ 로 결정되므로 극수변환, 주파수제어, 1차 전압제어, 2차 저항제어, 2차 여자제어가 속도제어법에 해당한다. 역률은 진상콘덴서 등으로 개선하는 대상일 뿐 회전속도를 결정하는 변수가 아니므로 속도제어법이 아니다.

전력계는 전압코일과 전류코일에 흐르는 값의 순시 곱에 비례하는 구동토크를 받고, 가동부의 관성 때문에 그 순시전력을 한 주기에 걸쳐 시간 평균한 값에서 정지한다. 따라서 3전력계법에서 각 상 전력계의 지시값은 평균전력을 나타내며, 세 지시값의 합이 3상 전력이 된다.

절연저항은 클수록 좋아 무한대가 이상적이며 고압기기에서는 보통 메가옴(MΩ) 단위의 값을 요구한다. 10Ω 이하는 접지저항 수준의 값으로 사실상 절연이 파괴된 상태를 뜻하므로 옳지 않은 설명이다. 측정할 때 메거의 L단자는 기기의 코일(도체)측에, E단자는 외함(접지)측에 연결하는 것이 맞다.

kVA는 전압 실효값과 전류 실효값의 곱인 피상전력의 단위이다. 유효전력은 kW, 무효전력은 kVar를 쓰며, 이 셋은 $S=\sqrt{P^2+Q^2}$ 의 관계에 있다.

정현파 $v=V_m\sin(\omega t+\theta)$ 에서 각주파수가 377 rad/s이므로 주파수는 $f=\dfrac{\omega}{2\pi}=\dfrac{377}{2\pi}\approx60\,\mathrm{Hz}$ 이다. 진폭 141 V는 실효값 약 100 V에 대응하는 값이고 위상각은 주파수와 무관하다.

무인 엘리베이터의 자동제어는 프로그램제어가 가장 적합하다. 프로그램제어는 미리 정해진 순서와 조건에 따라 일련의 동작을 자동으로 반복 실행하는 방식으로, 호출 신호에 따라 층 이동→도착→문 개폐 등의 동작을 순차적으로 수행하는 엘리베이터 운영에 부합한다. 추종제어는 목표값을 추종하며 계속 변화시키는 방식, 정치제어는 일정한 값을 유지하는 방식, 프로세스제어는 온도·압력 등 연속량을 조절하는 방식으로, 모두 엘리베이터의 정확한 정지 위치 도달과 순차 동작이 핵심인 특성과는 맞지 않는다.

압력계의 최고 눈금은 상용압력의 1.5배 이상 2배 이하가 되도록 선정하여야 지침이 눈금 중간 부근에서 움직여 정확한 판독이 가능하고 과압 시 여유가 있다. 최고 눈금을 상용압력과 같게 하면 상용 상태에서 지침이 눈금 끝에 있어 부적절하다. 맥동부에는 완충장치를 두고, 암모니아는 동을 부식시키므로 강재 부르동관을 사용하며, 주기적 교정이 필요하다.
[근거] 압력계 선정 기준(최고눈금 = 상용압력의 1.5~2배)·암모니아의 동 부식성

강제급유식 왕복동 압축기의 정상 유압은 크랭크케이스 내 압력(저압)보다 약 1.5~3kgf/cm² 높아야 한다. 유압계 지시가 크랭크케이스 압력과 같다는 것은 오일펌프가 압력을 세우지 못하는 급유 불량 상태를 뜻한다. 크랭크케이스 히터는 오일에 녹아든 냉매를 방출시켜 기동 시 오일포밍을 방지하고, 유압보호스위치는 일정 시간(약 60~90초) 내 유압 미확립 시 압축기를 정지시켜 소손을 막는다.
[근거] 왕복동 압축기 윤활 기준(정상유압 = 저압 + 1.5~3kgf/cm², OPS·크랭크케이스 히터 기능)

노-허브 이음은 허브가 없는 배수용 주철관의 관 끝을 맞대고 고무링을 씌운 뒤 스테인리스강 커플링을 볼트로 조여 체결하는 방식이다. 납·얀 코킹이나 용접이 필요 없어 좁은 공간에서도 시공이 빠르고 경제적이어서 건물 배수관에 널리 쓰인다. 빅토릭 이음은 고무링과 금속제 칼라를 쓰는 가스배관용, 기계식 이음은 소켓에 고무링을 넣고 압륜으로 조이는 방식이다.

도시가스 배관을 시가지의 도로 노면 밑에 매설할 때는 노면으로부터 배관 외면까지 1.5 m 이상의 매설 깊이를 확보해야 한다. 차량 하중과 도로 굴착 작업으로부터 배관을 보호하기 위한 기준이며, 시가지 외의 도로 노면 밑은 1.2 m 이상으로 완화된다.

덕트 단면 변화부에서는 확대 시 유로 박리에 의한 손실이 특히 크므로 확대부는 15° 이하, 축소부는 30° 이하로 하는 것이 바람직하다. 부득이 각도를 크게 해야 할 때는 안내날개를 두어 박리를 억제한다.

증기헤더의 접속관에 다는 밸브류는 조작과 점검이 쉽도록 바닥 위 1.5 m 정도 높이에 설치하는 것이 좋으며, 문제의 서술은 이 높이가 잘못된 것이다. 헤더는 보일러에서 나온 증기를 일단 모아 계통별로 균등하게 분배하는 장치로, 접속관 단면적 합계의 2배 이상 단면적을 갖게 하고 압력계·드레인 포켓·트랩을 함께 설치한다.

가스 배관의 압력손실은 유량의 제곱에 비례하고 관 지름의 5제곱에 반비례한다. 따라서 다른 조건이 같을 때 유량이 2배가 되면 압력손실은 $2^2=4$ 배가 된다.

덕트 경로는 마찰손실과 재료비, 반송동력을 줄이기 위해 될 수 있는 한 최단거리로 계획해야 하므로 최장거리로 하라는 서술이 틀렸다. 정압손실을 작게 하고 소음·진동을 억제하며 건물 구조와 천장 속 치수에 맞추는 것은 올바른 설계 원칙이다.

공기빼기 밸브에는 자동 에어벤트나 유로가 곧게 뚫린 볼밸브류를 사용한다. 글로브 밸브는 유체 통로가 S자로 꺾여 저항이 크고 공기가 고이기 쉬워 공기 배출용으로 부적합하다. 팽창관 도중에 밸브를 두면 폐쇄 시 과압으로 파손될 수 있어 절대 설치하지 않는다.

냉각탑과 냉각수펌프가 응축기보다 낮은 위치에 있으면 배관이 응축기까지 올라갔다 내려오는 형태가 되어, 펌프 정지 시 하강관 쪽에 사이폰 작용이 생겨 상승관과 응축기 안의 물이 한꺼번에 빨려 내려가 냉각탑이 넘치고 응축기에는 공기가 차게 된다. 이를 막기 위해 배관 최고점에 사이폰 브레이커(진공 브레이커)를 설치해 대기를 도입한다.

토출가스 온도는 압축비가 커질수록 높아지므로 고압(응축압력)이 상승할 때 과열이 생기며, 고압이 저하하면 오히려 압축비가 작아져 토출온도는 내려간다. 냉매 부족이나 팽창밸브 개도 과소로 흡입가스가 과열된 경우, 워터재킷 냉각 불량, 윤활 불량에 의한 마찰열은 모두 토출온도를 끌어올리는 원인이다.

저압 공급방식은 가스홀더의 압력을 이용해 0.1 MPa 미만의 저압만으로 공급하는 방식이며, 0.2~0.5 MPa은 중압에 해당하므로 잘못된 서술이다. 압력을 높이는 정압기 계통이 없어 공급계통이 단순한 대신 수요량 변동과 거리에 따라 말단 압력이 떨어지기 쉬워, 공급구역이 좁고 공급량이 적은 경우에 적합하다.

유리섬유는 가는 유리 섬유가 느슨하게 얽힌 매트 형태여서 칼이나 가위로 쉽게 절단·가공되므로, 잘 잘리지 않는다는 서술이 틀렸다. 섬유 사이에 다량의 정지공기를 품고 있어 단열성이 좋고, 무기질이라 불에 타지 않으며 사용 온도범위가 넓다.

엘보는 배관의 방향을 90°나 45°로 바꿀 때 쓰는 이음쇠로 분기 기능이 없다. 티·크로스·와이는 주관에서 가지관을 내는 분기용 부품이다.

저압 수액기에서 증발기로 가는 액배관은 냉매액을 원활히 보내야 하므로 트랩을 되도록 두지 않고 압력손실을 작게 잡아야 한다. 트랩을 많이 두어 압력손실을 크게 한다는 서술은 반대이며, 액이 고여 플래시가스와 액햄머를 유발한다.

암모니아는 수분이 있는 상태에서 구리 및 구리합금을 심하게 부식시키므로 동관·황동관을 쓸 수 없고, 강도와 내식성을 함께 만족하는 강관을 사용한다. 프레온 계통에서 동관을 쓰는 것과 대비되는 점이다.

기수혼합식은 저탕조 안에 증기를 직접 불어넣어 물을 데우는 방식으로 사용 증기압력은 대략 0.1~0.4 MPa 수준이며, 1~4 MPa이라는 서술은 자릿수가 어긋난 것이다. 소음이 커서 S형·Y형 스팀 사일렌서를 부착하며, 열효율은 100%에 가깝다.

허용응력은 인장강도를 안전율로 나눈 $S=\dfrac{38}{4}=9.5\,\mathrm{kg/mm^2}$ 이다. 스케줄 번호는 사용압력을 kg/cm², 허용응력을 kg/mm² 단위로 넣을 때 $\mathrm{Sch}=10\times\dfrac{P}{S}$ 이므로 $10\times\dfrac{76}{9.5}=80$ 이 된다.

복사난방은 가열코일을 바닥이나 천장 속에 매설하므로 준공 후 누수나 고장이 생겨도 위치를 찾기 어렵고 구조체를 헐어야 해서 보수·점검이 곤란하다. 대신 실내 상하 온도차가 작아 온도분포가 균등하고 쾌감도가 높으며, 방열기가 없어 바닥 이용도가 좋다.

냉매배관의 굽힘반경을 작게 하면 관이 찌그러져 유효 단면이 줄고 국부 저항과 압력강하가 커지므로 굽힘반경은 되도록 크게 잡아야 한다. 압축기 오일이 되돌아오도록 기름이 고이는 부분을 만들지 않고, 열팽창 응력이 우려되는 곳에는 루프형 배관으로 흡수하며, 벽 관통부에는 슬리브를 넣고 보온 피복을 연속시킨다.

밸브·플랜지는 표면적이 넓어 나관(맨 배관)보다도 단위길이당 열손실이 오히려 크며, 보온하지 않으면 결로·열손실의 주요 원인이 된다. 분해·점검이 가능하도록 탈착식 보온 커버 등으로 반드시 보온하므로, 열손실이 작아 보온 시공을 생략한다는 설명이 틀리다. 통형 보온재의 이음매를 아래위로 엇갈리게 배치해 열교(틈새 열손실)를 줄인다는 설명, 강관 표면의 녹을 제거하고 방청 도장을 한 후 보온재를 시공한다는 설명, 보냉 시공에서 수증기가 침입하는 고온·고습 측인 보온재 바깥쪽에 방습층을 둔다는 설명은 모두 옳다.
[근거] 보온·보냉 시공 일반 — 이음매 엇갈림, 방청 후 시공, 밸브·플랜지 탈착식 보온, 보냉 방습층은 외측

희생양극법(유전양극법)은 배관(철)보다 이온화 경향이 큰 Mg·Zn·Al 등을 도선으로 접속하여 이들 금속을 양극으로 소모(희생)시키고 배관을 음극으로 유지해 방식하는 방법이므로, 배관보다 이온화 경향이 큰 마그네슘·아연 등을 접속해 그 금속이 대신 부식되게 한다는 설명이 옳다. 외부전원법은 정류기의 (−)극을 배관에, (+)극을 불용성 전극(매설 양극)에 연결하여 배관을 음극으로 만들므로, 직류 전원의 (+)극을 배관에 연결해 배관을 양극으로 만든다는 설명은 반대로 틀리다. 희생양극법은 두 금속의 전위차를 이용하므로 외부 직류 전원 장치가 반드시 필요하다는 설명도 틀리다. 강관에 동관을 직접 접속하면 전위가 낮은 강관이 양극이 되어 갈바닉(이종금속 접촉) 부식이 촉진되므로, 이종금속 접촉으로 강관의 부식이 방지된다는 설명도 틀리다(절연 이음쇠로 절연 접속해야 함).
[근거] 전기방식 일반 — 희생양극법(Mg·Zn, 무전원)·외부전원법(배관=음극), 이종금속 접촉부식과 절연 플랜지