[공조냉동기계산업기사 필기] 23년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

VAV 시스템은 부하가 작아지면 송풍량 자체가 줄어들어 실내로 공급되는 외기량도 함께 줄기 때문에, 저부하 시 환기 효율이 나빠지는 특징이 있다.

공기세정기는 물을 분무하는 세정실과, 물방울이 공기 중으로 비산되지 않도록 걸러주는 엘리미네이터로 구분된다.

가변풍량방식은 저풍량에서도 송풍기 동력을 절감할 수 있도록 리밋로드 팬을 사용하는 것이 유리하다.

흡수식 냉동기는 발생기의 가열량 조절만으로 용량제어가 쉬워 부분부하에 대한 대응성이 오히려 좋은 편이므로, 대응성이 나쁘다는 설명은 옳지 않다.

송풍기 전압은 출구측 전압에서 입구측 전압을 뺀 값이다. 그림에서 출구측은 정압 10 mmAq에 동압 5 mmAq가 더해져 전압이 15 mmAq이고, 입구측은 대기압보다 5 mmAq 낮은 −5 mmAq가 전압이다(정압 −7 mmAq, 동압 2 mmAq). 따라서 $P_t=15-(-5)=20\,\mathrm{mmAq}$이다.

복사난방은 축열량이 커서 예열시간이 길고 부하변동에 대한 응답이 느리므로, 간헐난방보다는 연속난방에 적합해 간헐난방 적합성은 장점으로 볼 수 없다.

염화리튬, 트리에틸렌글리콜 등의 액체 흡수제로 수분을 흡수시켜 감습하는 방식은 흡수식감습장치이다.

전력을 열량으로 환산하면 1kW=860kcal/h이므로 백열등 1kW당 방열량은 860kcal/h이다.

유인 유닛방식은 유닛별로 1차공기를 개별 제어할 수 있어 개실제어가 가능한 방식이므로, 개실제어가 불가능하다는 설명은 옳지 않다.

재열부하는 공조기가 취출온도를 맞추기 위해 추가로 가열하는 장치부하로, 실내에서 발생하는 취득부하가 아니다.

습공기 엔탈피는 $h=0.24t+x(597.5+0.441t)\approx0.24\times30+0.0271\times610.7\approx23.7\,\mathrm{kcal/kg}$이며, 이 중 수증기분 엔탈피 $16.6\,\mathrm{kcal/kg}$이 차지하는 비율은 약 70%이다.

가열 전 수증기분압은 $0.6\times0.023830\approx0.0143\,\mathrm{kgf/cm^2}$로 가열 후에도 그대로 유지되므로, 30℃ 상대습도는 $0.0143/0.043261\approx33\%$가 된다.

직접(방열기)난방의 부하계산은 벽체·유리창의 열손실과 틈새바람 부하를 대상으로 하며, 외기를 강제로 도입하는 환기부하는 공조(간접)난방 부하계산에서 다뤄 직접난방에서는 고려하지 않는다.

흡수식 냉온수기는 여름철에 증발기에서 냉매인 물이 증발하며 주위 물을 냉각해 얻은 냉수로 냉방하고, 겨울철에는 재생기(발생기)의 가열원을 그대로 이용해 온수를 만들어 난방한다. 따라서 ①은 증발기, ②는 재생기이다. 응축기는 재생기에서 나온 냉매증기를 액화시키는 기기여서 온수를 뽑아 쓰는 자리가 아니다.

열손실량은 $Q=kA\Delta T\times방위계수=8\times20\times(20-(-5))\times1.2=4800\,\mathrm{kcal/h}$이다.

보일러 효율은 실무적으로 연료의 저위발열량을 기준으로 산정하는 것이 일반적이므로, 고위발열량을 사용한다는 설명은 적절하지 않다.

이중덕트(2종 덕트) 방식은 냉풍과 온풍을 혼합상자에서 섞는 과정에서 혼합손실이 커 여러 공조방식 중 에너지손실이 가장 크다.

침입외기량은 $m=200\times1.2=240\,\mathrm{kg/h}$이며, 현열부하 $240\times1.01\times5\approx1212\,\mathrm{kJ/h}$와 잠열부하 $240\times0.005\times2501\approx3001\,\mathrm{kJ/h}$를 더하면 약 $4213\,\mathrm{kJ/h}$가 된다.

수직층류형 클린룸은 천장 전면에 설치한 HEPA 필터에서 공기가 수직 하향으로 일방향 흐르면서 먼지를 씻어내려 매우 높은 청정도를 얻을 수 있다.

외기부하는 $Q=1500\times1.2\times(85-59)=46800\,\mathrm{kJ/h}\approx13.0\,\mathrm{kW}$이다.

응축과정은 냉매가 열을 방출하며 기체에서 액체로 상변화하는 등압 방열 과정으로, 냉동사이클 중 엔트로피가 감소하는 구간이다.

단열팽창 후 온도는 $T_2=T_1\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{k-1}{k}}=373\times\left(\dfrac{1.033}{8}\right)^{0.2857}\approx207.7\,\mathrm{K}$이다.

단열압축은 온도와 압력이 상승하는 반면 기체가 압축되어 비체적은 오히려 감소하므로, 비체적이 증가한다는 설명은 옳지 않다.

일의 열당량 1kcal=427kgf·m를 이용하면 $15000/427\approx35.13\,\mathrm{kcal}$이다.

2원 냉동장치에서 정지 중 저온측 냉매의 증발로 인한 압력 상승은 팽창탱크를 설치해 흡수함으로써 방지한다.

동일한 응축온도(30℃)에서 아황산가스는 다른 냉매들보다 포화증기압 자체가 낮아 응축압력이 가장 낮게 나타난다.

어떠한 흔적도 남기지 않고 일정 온도의 열을 계속 일로 바꾸는 기관(제2종 영구기관)은 존재할 수 없다는 것은 열역학 제2법칙의 표현이다.

증발기 내에서 냉매는 등압·등온으로 상변화하지만 잠열을 흡수하며 내부에너지도 함께 증가하므로, 내부에너지 변화가 없다는 설명은 옳지 않다.

암모니아 액의 밀도는 R-12보다 오히려 작아 더 가벼우므로, 암모니아액이 R-12보다 무겁다는 설명은 옳지 않다.

동력의 단위는 와트(W), 일(에너지)의 단위는 줄(J)로 표시하는 것이 옳다.

몰리에르 선도에서 압력이 높아짐에 따라 포화액선과 건포화증기선이 한 점으로 만나는 지점을 임계점이라 한다.

감온통은 온도 왜곡이 없는 곧은 배관부(수평 직관부)에 설치해야 하며, 응축수나 오일이 고이기 쉬운 트랩부에 설치한다는 설명은 옳지 않다.

3위치 동작은 편차의 방향과 크기에 따라 정회전·정지·역회전과 같은 세 가지 조작 상태로 전환되는 것이지, 단순히 '상·중·하 신호'라는 입력 구분으로 설명되는 동작이 아니다.

클리어런스가 크면 재팽창 가스가 늘어 체적효율과 냉동능력이 떨어지고 압축일이 늘어 토출가스 온도가 오히려 높아지므로, 온도가 낮아진다는 설명은 옳지 않다.

액압축(리퀴드백)은 과열도가 클 때가 아니라 과열도가 부족한 습압축 상태에서 일어나기 쉬우므로 설명이 옳지 않다.

가스정수 $R=848/44\approx19.27\,\mathrm{kgf{\cdot}m/kg{\cdot}K}$를 열량단위로 환산하면 $19.27/427\approx0.0451\,\mathrm{kcal/kg{\cdot}K}$이고, $C_v=C_p-R=0.1943-0.0451\approx0.1492\,\mathrm{kcal/kg{\cdot}K}$이다.

밀폐형 압축기는 모터가 밀봉되어 있어 회전수를 가감하기 어려우므로, 회전수 가감이 가능하다는 것은 밀폐형의 장점이 아니다.

병류 기준으로 입구차 $80-(-20)=100^\circ\mathrm{C}$, 출구차 $6.5-(-13.5)=20^\circ\mathrm{C}$이므로 $\mathrm{LMTD}=\dfrac{100-20}{\ln(100/20)}\approx49.7^\circ\mathrm{C}$이다.

오프사이클(압축기 정지) 제상은 고내 온도가 0℃ 부근인 비교적 고온의 냉장 설비에 적합하며, -20℃ 정도의 저온 냉동실에서는 자연적인 열만으로 서리를 녹이기 어려워 적합하지 않다.

냉동능력은 $Q=900\times4.2\times(25-5)=75600\,\mathrm{kJ/h}\approx21.0\,\mathrm{kW}$이다.

압축기의 진동이 배관으로 전달되지 않도록 압축기 토출·흡입관 근처에 플렉시블 조인트를 설치한다.

증기난방은 응축수 환수 방식에 따라 중력환수식, 기계환수식, 진공환수식으로 분류되며, 정압환수식이라는 분류는 존재하지 않는다.

스팀 사이렌서는 형식에 따라 S형과 F형으로 나뉜다.

냉·온수 배관은 열손실 방지와 결로 방지를 위해 보온 및 보냉이 모두 필요한 배관이다.

빅토릭 조인트는 신축을 흡수하는 이음이 아니라 고무 개스킷으로 관을 접합하는 일반 배관 이음법이므로 신축이음 종류에 해당하지 않는다.

광명단과 에폭시수지는 단열재가 아니라 방청·방식용 도료이므로 보온피복 재료에 해당하지 않는다.

온수난방 배관을 주관에서 분기하거나 주관에 합류시킬 때는 온도 변화로 생기는 배관의 신축을 흡수하도록 엘보를 여러 개 이어 스위블 이음 형태로 꺾어 뽑아내야 한다. 티에서 곧바로 직각으로 뽑아내려 신축을 흡수할 구간이 전혀 없는 도해는 관과 이음쇠에 무리한 응력이 걸려 누수의 원인이 되므로 적합하지 않다.

강관 이음은 나사형, 용접형, 플랜지형이 일반적이며 코터형은 강관의 이음방법으로 사용되지 않는다.

간접가열식 급탕설비의 증기가열장치 주위에 증기트랩을 설치하는 것은 증기는 가두고 응축수만을 걸러 보일러(또는 환수관)로 돌려보내기 위해서이다.

다이어프램 밸브는 유체 통로 위를 탄성 격막이 눌러 개폐하는 구조이므로, 도시기호도 밸브 몸체 위에 격막을 나타내는 반원형 돔 모양의 머리를 얹은 형태로 그린다. 몸체 가운데를 점으로 채우거나 몸체 안에 경사선 하나를 그은 기호는 각각 다른 종류의 밸브를 뜻한다.

인젝터는 자체적으로 급수 기능을 수행하는 장치로 바이패스관을 둘 필요가 없어, 증기배관·감압밸브·온도조절밸브 주위와 달리 바이패스 설치 대상이 아니다.

배관지지는 배관의 하중과 충격을 견디고 열팽창에 의한 신축에 대응하는 것이 목적이며, 소음 방지는 지지 장치 자체의 필요조건이 아니다.

배수 트랩에는 P형, S형, U형이 있으며 V형트랩은 존재하지 않는 형식이다.

디스크 트랩은 증기트랩의 한 종류로, 하수가스 역류를 막는 배수트랩(드럼·하우스·벨 트랩)에는 해당하지 않는다.

중앙식 급탕법은 배관이 길어져 오히려 열손실이 커지는 것이 개별식과 비교한 단점이므로, 배관이 짧아 열손실이 적다는 것은 중앙식의 장점이 아니다.

증기 가열기의 증기관과 환수관 사이에는 버킷트랩 또는 플로트트랩과 같은 기계식 트랩을 설치한다.

횡형 셸 앤드 튜브 응축기에서 냉매가스는 셸 위쪽으로 들어가 냉각수관 다발 바깥을 지나며 응축되고, 응축된 액은 셸 아래에 모여 하부로 빠져나간다. 그림에서 셸 윗면에 표시된 (1)이 냉매가스 입구 위치이다. 오른쪽 수실에 위아래로 붙은 두 곳은 냉각수 출입구이고 셸 아래쪽은 냉매액이 나가는 쪽이다.

SPPH는 저압이 아니라 고압 배관용 탄소 강관을 뜻하므로, 저압 배관용이라는 설명은 옳지 않다.

공동현상을 막으려면 유효흡입양정이 필요흡입양정보다 크도록, 통상 1.3배 이상의 여유를 두어야 한다.

스위블형은 저압의 증기·온수난방 방열기 주위처럼 소구경 배관에 적합하며, 고압·대구경 옥외 플랜트 배관에는 루프형이 가장 적합하다.

피드백제어는 출력을 입력측으로 되돌려 목표값과 비교하는 구조가 핵심이므로, 입력과 출력을 비교하는 장치가 반드시 필요하다.

출력측 신호를 다시 입력측으로 되돌려 목표값과 비교하고 그 편차로 수정 동작을 하는 폐회로 제어가 피드백(궤환)제어다. 시퀀스제어는 정해진 순서대로만 진행하는 개회로 제어이고, 프로그램제어는 목표값이 시간계획에 따라 변하는 추치제어의 한 종류다.

특성방정식은 전달함수의 분모를 0으로 놓은 식이므로 $s^2+s-6=0$이다. 인수분해하면 $(s+3)(s-2)=0$이므로 근은 $s=-3$과 $s=2$이다. 분자 $s^2+2s+1=(s+1)^2$에서 나오는 $s=-1$은 영점이지 특성방정식의 근이 아니다.

목표값이 변하더라도 출력이 그 값을 정확히 따라가도록 설계한 제어계가 추치제어다. 정치제어는 목표값이 일정한 제어, 자동조정은 전압·주파수 등 전기적 양을 일정하게 유지하는 제어, 프로세스제어는 온도·압력 등 공정량을 제어량으로 하는 제어여서 목표값 추종을 목적으로 하지 않는다.

입력전력은 $\dfrac{5\times0.746}{0.8}\approx4.66\,\mathrm{kW}$이며, 선전류는 $I=\dfrac{4662.5}{\sqrt3\times220\times0.9}\approx13.6\,\mathrm{A}$이다.

인덕턴스 전압은 $V_L=\sqrt{100^2-80^2}=\sqrt{3600}=60\,\mathrm{V}$이다.

금속도체의 전기저항은 온도가 오를수록 원자 진동이 활발해져 전자의 이동을 방해하므로 온도 상승에 따라 증가한다.

회로는 $R_1$이 직렬로 놓이고 그 뒤에 $R_2$와 $j\omega L$이 병렬로 연결된 구조다. 병렬부의 합성임피던스는 $\dfrac{R_2 \cdot j\omega L}{R_2 + j\omega L}$이므로 전체는 $Z = R_1 + R_2\dfrac{j\omega L}{R_2 + j\omega L}$가 된다. $R_1$까지 한 분수의 분자에 넣은 형태는 직렬분까지 병렬분모로 나누어 버리므로 성립하지 않는다.

소비전력은 $P=\dfrac{72000\,\mathrm{J}}{180\,\mathrm{s}}=400\,\mathrm{W}$이다.

서보전동기는 편차 신호를 받아 제어대상을 실제로 구동하는 요소이므로 피드백 제어계의 조작부에 해당한다. 검출부는 제어량을 측정하는 부분, 비교부는 목표값과 검출값의 편차를 만들어 내는 부분이다.

On-Off(2위치) 동작은 조작량이 두 가지 값만 가지는 불연속(단속) 동작으로, P·PI·PID와 같은 연속동작에 속하지 않는다.

1차 정격전류는 $I_1=\dfrac{S}{V_1}=\dfrac{10000}{3300}\approx3\,\mathrm{A}$이다.

푸시버튼으로 여자된 계전기 접점이 스스로의 접점을 통해 전류 경로를 유지하는 구성은 자기유지회로를 나타낸다.

정현파 $v=50\sin\left(628t-\dfrac{\pi}{6}\right)\ \mathrm{V}$에서 $t$의 계수가 각주파수이므로 $\omega=628\ \mathrm{rad/s}$이다. 주파수는 $f=\dfrac{\omega}{2\pi}=\dfrac{628}{2\times3.14}=100\ \mathrm{Hz}$가 된다. 위상각 $-\dfrac{\pi}{6}$은 주파수와 무관하다.

서보 전동기는 제어신호에 따라 실제 동작을 일으키는 조작기기(구동기)에 속한다.

시퀀스제어는 정해진 순서·조건에 따라 단계적으로 동작이 진행되는 것이 특징이며, 전력계통의 스위치들이 일시에 동시 동작한다는 설명은 시퀀스제어의 일반적 특징이 아니다.

전압계에 흐르는 전류 $4/250=16\,\mathrm{mA}$를 전류계 지시값에서 빼면 저항에 흐르는 전류는 $20-16=4\,\mathrm{mA}$이므로 $R=4\mathrm{V}/0.004\mathrm{A}=1000\,\Omega$이다.

브리지 평형조건에서 $X=R\times\dfrac{L_2}{L_1}=20\times\dfrac{2}{1}=40\,\Omega$이다.

피드백(폐루프) 제어계는 비교부·궤환 경로가 추가되어 개루프 제어계보다 구조가 복잡하고 설비비도 높아지므로, 구조가 간단하고 저렴하다는 설명은 옳지 않다.

비례동작에서 남는 잔류편차(오프셋)를 없애기 위해 적분(I)동작을 함께 사용한다.