[에너지관리기능사 필기] 14년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

평면벽의 전도 열량은 $Q = \dfrac{\lambda \cdot A \cdot \Delta t}{L}$로 계산한다.
열전도율 $\lambda=0.02\ \mathrm{kcal/m \cdot h \cdot ^\circ C}$, 면적 $A=10\ \mathrm{m^2}$, 온도차 $\Delta t = 200-20=180^\circ C$, 두께 $L=0.13\ \mathrm{m}$를 대입한다.
$Q = \dfrac{0.02 \times 10 \times 180}{0.13} \approx 276.9\ \mathrm{kcal/h}$로 계산된다.

블리스터는 강판이나 관 제조 과정에서 생긴 라미네이션(층) 결함이 사용 중 열을 받아 혹처럼 부풀어 오르는 현상을 말한다.
제조 시 두 장의 층을 형성하는 것 자체는 라미네이션에 대한 설명이며, 노통이 외압으로 눌리는 현상은 압궤, 리벳 이음부 등 응력 집중부의 균열은 그루빙에 해당한다.

보일러 규칙에서 온도계 설치가 필수인 위치는 절탄기·과열기의 입구 및 출구, 급수 입구, 버너 급유 입구(예열 필요 시) 등으로 규정된다. 1번 절탄기 입구·출구, 2번 급수 입구, 3번 버너 급유 입구는 모두 설치 대상이다. 4번 과열기는 출구에만 온도계 설치가 필수이며, 입구에는 설치할 필요가 없다. 따라서 '온도계를 설치할 필요가 없는 곳'은 과열기 입구이다.

가열건조법은 보일러 내부를 가열해 수분을 건조시키는 방법으로, 비교적 짧은 정지 기간에 적용하는 단기 보존법에 해당한다.
석회밀폐건조법과 질소가스봉입법은 장기간 정지할 때 사용하는 장기 보존법이고, 소다만수보존법도 통상 장기 보존에 활용된다.

고온부식은 연료 중의 바나듐, 나트륨, 유황 성분이 연소 시 저융점 화합물을 만들어 금속 표면을 침식시키는 현상이다.
철은 부식을 일으키는 원인물질이 아니라 오히려 고온부식의 대상이 되는 금속 재료 자체이다.

수관식 보일러는 보유수량이 적어 파열 시 피해가 상대적으로 작고, 그만큼 부하변동에 빠르게 대응할 수 있는 것이 특징이다.
보유수량이 많아 피해가 크다는 설명은 수관식이 아니라 원통형 보일러에 가까운 특징으로, 수관식에 대한 설명으로는 틀렸다.

연소용 공기를 제어하는 설비는 연료량과 공기량을 함께 조절하는 자동연소제어(A.C.C)에 속한다.
F.W.C는 급수제어, A.B.C는 보일러 전반을 포괄하는 자동제어를 가리키는 용어로 연소용 공기 제어와는 범주가 다르다.

슈미트 보일러는 보일러 안의 물을 직접 가열하지 않고 밀폐된 1차 계통의 열매체를 통해 2차측 물을 데워 증기를 발생시키는 간접가열 보일러의 대표적인 예이다.
베록스 보일러는 강제순환식, 벤슨 보일러는 관류식, 코르니시 보일러는 노통이 하나인 원통형 보일러로, 모두 연소열이 물을 직접 가열하는 방식이라 간접가열에 해당하지 않는다.

자연통풍은 연돌(굴뚝) 내부와 외기의 밀도 차로 생기는 통풍력을 이용하는 방식으로, 송풍기 없이 작동하므로 주로 소형보일러에 적합하다.
압입송풍기나 축류형 송풍기, 전후면 송·배풍기를 이용하는 방식은 인공(강제)통풍에 해당하여 자연통풍과는 다르다.

연료 속에 수분이나 공기가 섞여 있는 경우가 오히려 화염이 꺼지는 실화의 원인이 되므로, 수분·공기가 거의 없다는 것은 실화의 원인으로 보기 어렵다.
버너 팁·노즐의 막힘, 분사용 증기·공기 공급량의 과부족, 중유의 가스화로 인한 흐름 중단은 모두 실화를 일으킬 수 있는 실제 원인에 해당한다.

입형(직립) 보일러는 동체를 세워 하부에 연소실을 둔 구조로, 몸체가 작아 전열면적이 좁고 대용량 제작에는 부적합하며 주로 소용량에 사용된다.
다관식은 다수의 연관을 설치해 전열면적을 보강한 형식이고, 횡관식은 횡관을 두어 전열면을 늘린 형식이라는 설명은 모두 옳다.

공기예열기를 설치하면 배기가스의 폐열을 회수해 열효율이 높아지고 불완전연소와 배기가스 손실이 줄어드는 장점이 있다.
다만 예열기 자체가 연도에 추가되는 저항체이므로 통풍저항은 오히려 커지며, 이 때문에 통풍력을 보강하기 위한 송풍기가 필요해지는 경우가 많다.

리프팅은 가스가 염공에서 나오는 속도가 연소속도보다 훨씬 빠를 때 불꽃이 염공에서 떨어져 나가는 현상으로, 주로 가스압이 지나치게 높은 경우에 발생한다.
1차공기가 과도하게 흡인되거나 부식으로 염공이 커진 경우, 버너가 과열된 경우는 오히려 역화(백파이어)의 원인에 가깝다.

LPG(액화석유가스)의 주성분은 프로판과 부탄이며, 소량의 프로필렌·부틸렌 등도 포함된다.
메탄은 상온에서 액화가 어려운 성분으로 LPG가 아니라 LNG(액화천연가스)의 주성분이다.

안전저수위(안전저수면)는 보일러 운전 중 항상 유지해야 하는 보일러 동(드럼) 내부의 최저 수면 위치를 말한다.
이 수위보다 낮아지면 전열면이 화염에 노출되어 과열·파손 위험이 있으므로 이를 관리 기준으로 정한 것일 뿐, 화염 노출 위치 자체가 정의는 아니다.
급수 직후 최초 수면 위치는 안전저수위와 다른 개념이다.
일상적인 가동 시의 표준 수면 위치 역시 안전저수위와는 별개의 기준이다.

수면계 기능시험은 보일러 가동 전, 가동 후 압력이 상승하기 시작할 때, 두 수면계의 지시치가 다를 때, 프라이밍·포밍이 발생했을 때 실시한다.
가마울림현상은 연소실 내 진동·소음 현상으로 수면계 기능시험 시기와는 관련이 없다.

열사용기자재의 검사 및 검사면제에 관한 기준에서는 급수장치에 주펌프 세트와 보조펌프 세트를 모두 갖추도록 하되, 다음에 해당하는 보일러는 보조펌프 세트를 생략할 수 있도록 하고 있다.
전열면적 12㎡ 이하의 보일러
전열면적 14㎡ 이하의 가스용 온수보일러
전열면적 100㎡ 이하의 관류보일러
따라서 전열면적 10㎡ 보일러, 8㎡ 가스용 온수보일러, 50㎡ 관류보일러는 모두 생략이 가능하지만, 전열면적 16㎡인 가스용 온수보일러는 14㎡ 기준을 넘으므로 보조펌프 세트를 생략할 수 없다.

난방부하는 실내를 일정 온도로 유지하는 데 단위 시간당 공급해야 하는 열량이므로 단위는 kcal/h이다.
kcal/kg은 비열·엔탈피, kg/h는 유량, kcal/m²·h는 단위면적당 방열량에 쓰이는 단위로 난방부하 자체의 단위는 아니다.

강철제 보일러의 수압시험압력은 최고사용압력 구간에 따라 배수가 달라지며, 최고사용압력이 1.5MPa(약 15kgf/cm²)를 초과하면 최고사용압력의 1.5배로 한다.
최고사용압력 16kgf/cm²는 이 구간에 해당하므로 수압시험압력은 $16 \times 1.5 = 24\,\mathrm{kgf/cm^2}$이다.

슬리브는 배관이 콘크리트 벽이나 바닥을 관통할 때 미리 매입해 두는 보호관으로, 배관의 신축·진동에 의한 손상을 막고 시공·보수를 쉽게 한다.
보온재료는 열손실 방지, 행거는 배관 지지, 신축곡관은 열팽창 흡수를 위한 것으로 관통부 보호와는 목적이 다르다.

안전밸브에 작용하는 힘은 압력과 밸브 입구 단면적의 곱으로 구한다.
$F = P \times A = 8\,\mathrm{kgf/cm^2} \times 20\,\mathrm{cm^2} = 160\,\mathrm{kgf}$

20℃의 물을 100℃ 포화증기로 만드는 데 필요한 열량은 물을 100℃까지 올리는 현열과 100℃에서 증발시키는 잠열의 합이다.
현열: $10\,\mathrm{kg} \times 1\,\mathrm{kcal/kg\cdot ^\circ C} \times (100-20)^\circ C = 800\,\mathrm{kcal}$
잠열(100℃ 물의 증발잠열 약 539kcal/kg): $10\,\mathrm{kg} \times 539\,\mathrm{kcal/kg} = 5390\,\mathrm{kcal}$
따라서 총 필요열량은 $800 + 5390 = 6190\,\mathrm{kcal}$이다.

보일러 열정산에서 출열은 유효출열(발생증기가 가진 열) 외에 배기가스 손실, 불완전연소 손실, 미연소분(잔재물) 손실, 방산손실 등으로 구성된다.
공기의 현열은 연소용 공기가 가지고 들어오는 열로 입열 항목에 해당하며, 출열 항목이 아니다.

오일 프리히터는 연료유의 점도를 낮춰 유동성을 높이고, 분무 상태를 양호하게 하여 완전연소를 돕는 예열장치다.
따라서 점도를 높여 준다는 설명은 오일 프리히터의 목적과 반대되는 내용이다.

육상용 보일러의 열정산은 원칙적으로 정격부하 이상의 정상 상태에서 적어도 2시간 이상의 운전 결과에 따라 실시한다.
다만 액체·기체연료를 사용하는 소형보일러에서 인수·인도 당사자 간 협정이 있는 경우에는 이보다 짧은 시간으로 할 수 있다.

기체연료의 발열량은 부피 기준으로 나타내며, 온도·압력에 따른 부피 변화를 배제하기 위해 표준상태(0℃, 1atm) 부피인 N㎥(Normal ㎥)를 기준으로 kcal/N㎥로 표시한다.
kcal/m², kcal/cm², kcal/㎟는 모두 단위면적당 열량을 나타내는 단위이므로 기체연료의 발열량 표시에는 쓰이지 않는다.

보일러 1마력은 표준 대기압에서 100℃의 물 $15.65\,\mathrm{kg}$을 1시간에 같은 온도의 증기로 증발시키는 능력으로 정의된다.
따라서 1보일러마력을 상당증발량으로 환산하면 약 15.65kg/h이다.

공기비(과잉공기)가 지나치게 크면 불필요한 공기가 연소가스와 함께 노 밖으로 빠져나가면서 열을 가져가므로 연소실 온도는 오히려 낮아지고 열효율이 저하되며 연료소비량이 늘어난다.
배기가스량은 늘어나지만 다량의 냉공기가 섞여 나가므로 배기가스 온도는 낮아지는 방향으로 작용하며, 온도가 높아진다는 설명은 맞지 않는다.

절대온도(K)와 섭씨온도(℃)의 관계는 $T(^\circ C) = T(K) - 273$이다.
$360\mathrm{K} - 273 = 87^\circ C$이므로 약 87℃이다.

보일러효율 시험에서 증기온도는 과열기가 있는 경우 과열기 출구에서 측정하여 실제 사용자에게 공급되는 증기 조건을 확인한다.
과열기 입구에서 측정한다는 설명은 과열되기 전의 온도를 측정하는 셈이 되어 시험방법에 맞지 않는다.

열전달의 기본형식은 전도, 대류, 복사 세 가지다.
발산은 열전달의 기본형식으로 분류되지 않는 용어다.

수면계 기능시험은 가동 전, 가동 후 압력 상승 시작 시점, 두 수면계의 지시 수위가 서로 다를 때, 프라이밍·포밍이 발생했을 때 실시한다.
수위 변화에 수면계가 빠르게 반응하는 것은 정상적인 작동 상태를 나타낼 뿐 기능시험을 실시해야 하는 시기로 보기는 어렵다.

연속분출장치인 수면 분출장치는 보일러 동 내부의 안전저수위보다 약간 높은 위치에 설치해 수면에 떠 있는 유지분·부유물을 연속적으로 배출하는 장치다.
반면 수저 분출장치는 동 하부에 가라앉은 슬러지·침전물을 간헐적으로 배출하는 단속분출장치이며, 수중 분출장치·압력 분출장치는 연속분출장치의 구분에 해당하지 않는다.

액체연료의 유압분무식 버너는 플런저형, 외촉 반환유형(리턴형), 직접 분사형(비환류형)으로 분류된다.
간접 분사형은 유압분무식 버너의 분류에 속하지 않는 방식이다.

상당증발량은 실제 증발량을 100℃ 포화수를 100℃ 증기로 바꾸는 기준(증발잠열 539kcal/kg)으로 환산한 값이다.
실제 증발량: $\dfrac{5000\,\mathrm{kg}}{5\,\mathrm{h}} = 1000\,\mathrm{kg/h}$
상당증발량: $Ge = \dfrac{1000 \times (675-25)}{539} \approx 1206\,\mathrm{kg/h}$

고압증기를 감압하면 압력은 낮아지지만 보유 열량(엔탈피)은 거의 그대로 유지되므로, 감압 후에는 상대적으로 증기의 건도가 향상된다.
건도가 높은 증기는 열전달 효과가 좋고 응축수 발생이 적어 생산성 향상과 에너지 절감에 도움이 된다.

전송기(전송기기)는 신호 전달 방식에 따라 전기식, 공기압식, 유압식으로 분류된다.
증기식 전송기는 제어계에서 사용하는 전송기의 종류에 해당하지 않는다.

과열기는 열전달(가열) 방식에 따라 복사형·대류형·복사대류형(병용형)으로 나뉘지만, 연소가스와 증기의 흐름 방향을 기준으로는 병류형, 향류형, 혼류형으로 분류한다.
복사형은 열전달 방식에 따른 분류이지, 연소가스 흐름 상태에 따른 분류에 해당하지 않는다.

보일러 연소장치를 선정할 때는 사용 연료의 종류·형태, 연소 효율, 내구성과 가격 등을 종합적으로 고려한다.
과잉공기는 열손실과 연료소비량을 늘리는 요인이므로, 과잉공기를 많이 사용할 수 있는 장치를 선택 기준으로 삼는 것은 옳지 않다.

열매체유 팽창탱크는 열매체유가 가열되면서 팽창한 부피를 흡수하고 계통 내 압력을 안정시키는 장치로, 액면계와 압력계가 부착되어야 한다.
팽창탱크는 시스템 가장 높은 위치에 설치해 열매체유의 흐름과 공기 배출이 원활하도록 하며, 노화 방지를 위해 공간부에는 질소(N₂) 가스를 봉입한다.
따라서 팽창탱크를 시스템에서 가장 낮은 위치에 설치한다는 설명은 실제 설치 방식과 맞지 않는다.

보일러 급수처리는 부식 방지, 스케일 생성 방지, 보일러수 농축 방지 등 보일러수 및 관계 설비의 수질을 관리하기 위한 것이다.
역화(백파이어) 방지는 연소·점화 계통의 안전관리 사항으로, 급수처리의 목적과는 관련이 없다.

증기난방 방열기의 표준 방열량(약 650kcal/m²·h)을 이용해 응축수량을 구한다.
$\dfrac{20\,\mathrm{m^2} \times 650\,\mathrm{kcal/m^2\cdot h}}{535.6\,\mathrm{kcal/kg}} \approx 24.27\,\mathrm{kg/h}$

강관재 루프형(신축곡관) 신축이음은 고온·고압에 강하지만 곡률반경이 클수록 응력이 완화되므로 충분한 곡률반경을 확보해야 한다.
일반적으로 곡률반경은 관지름의 6배 이상으로 하는 것이 좋다.

보온재 선정 기준에서 흡수성이 크다는 것은 오히려 피해야 할 특성이다. 보온재는 습기 흡수가 적어야 단열성능이 저하되지 않고 결로·부식을 방지할 수 있으므로, 흡수성이 작아야 한다. 반면 1번의 안전사용 온도범위 적합성, 3번의 물리적·화학적 강도, 4번의 낮은 열전도율은 모두 보온재의 필수 선정기준이다.

수격작용을 방지하려면 송기 전 배관을 충분히 예열하고, 주증기 밸브는 천천히 열며, 증기관은 증기 흐름 방향으로 앞내림 구배를 주어 드레인이 고이지 않고 흘러내리도록 배관해야 한다.
증기관 중간을 낮게 배관해 드레인이 고이도록 하는 것은 오히려 응축수가 정체되어 수격작용을 유발하는 시공이므로 방지 조치가 아니다.

암면(rock wool)은 안산암·현무암 등에 석회석을 섞어 고온에서 용융한 뒤 섬유화한 무기질 보온재다.
코르크는 유기질 보온재, 규조토와 유리섬유는 원료와 제조 방식이 달라 이 설명에 해당하지 않는다.

보일러수 순환계통에서 용해 고형물을 제거하는 방법으로는 약제 첨가법, 이온 교환법, 증류법 등이 있다.
여과법은 물속에 떠 있는 부유물(현탁물)을 걸러내는 방법으로, 용해된 고형물 제거와는 원리가 다르다.

강관의 용접이음은 접합부의 강도가 강하고 누수 우려가 적으며, 관 이음부 돌출이 없어 유체의 압력손실이 적다는 장점이 있다.
다만 용접 시 발생하는 열로 인해 잔류응력이 생기는 것은 피할 수 없어, 잔류응력이 거의 발생하지 않는다는 설명은 용접이음의 실제 특성과 맞지 않는다.

가동 중인 보일러의 산세척은 전처리 → 수세 → 산액처리 → 수세 → 중화·방청처리의 순서로 진행한다.
전처리로 유지분 등을 제거한 뒤 산으로 스케일·부식물을 용해시키고, 잔류 산을 씻어낸 후 마지막으로 중화·방청 처리를 하여 재부식을 막는다.

방열기의 온수용 엘리먼트 내부에도 공기를 빼낼 수 있는 구조를 갖추어야 하며, 보온을 위해 공기를 빼는 구조가 없도록 한다는 설명이 옳지 않다.
방열기 내부에 공기가 남아 있으면 온수 순환이 막혀 방열 성능이 떨어지므로 배관 계통에는 반드시 공기 배출 경로를 확보해야 한다.
주요 구조부는 강도와 내구성을 갖춘 금속재료 등으로 제작해야 한다는 설명은 옳다.
엘리먼트는 사용 온수·증기의 온도와 압력을 충분히 견뎌야 한다는 설명은 옳다.
배관 접속부는 시공과 점검이 쉬워야 한다는 설명도 옳다.

신·재생에너지 정책심의회는 위원장 1명을 포함한 20명 이내의 위원으로 구성한다.
위원장을 2명으로 두거나 위원 정원을 10명으로 한정하는 구성은 실제 심의회 구성 기준과 다르다.
※ 위 인원 기준은 출제 당시 시행령 기준이며 이후 개정 여부는 최신 법령을 따른다.

에너지법상 에너지 수급 안정을 위한 조치에는 에너지의 배급, 에너지의 비축과 저장, 에너지의 양도·양수 제한 또는 금지 등이 명시되어 있다.
할당에 관한 조치는 지역별·주요 수급자별 에너지 할당으로 규정되어 있으므로, 산업별·주요공급자별 에너지 할당이라는 표현은 법령이 정한 조치 항목에 해당하지 않는다.
※ 이 조치 목록은 출제 당시 에너지법 기준이며 세부 문구는 최신 법령을 확인해야 한다.

온실가스 감축목표 등의 설정·관리를 관장하는 기관은 분야별로 나뉘는데, 산업통상자원부는 산업·발전 분야를 관장한다.
농림축산식품부는 농업·축산 분야를, 환경부는 폐기물 분야를, 국토교통부는 건물·교통 분야를 각각 관장하므로 분야와 기관의 조합이 서로 뒤바뀐 나머지 설명들은 옳지 않다.
※ 이 문제의 근거였던 저탄소 녹색성장 기본법은 이후 탄소중립·녹색성장 기본법으로 대체되었으므로, 현행 소관 분류는 최신 법령을 확인해야 한다.

에너지이용합리화법상 검사대상기기조종자가 퇴직하기 전에 후임 조종자를 선임하지 않은 자에게는 1천만 원 이하의 벌금이 부과된다.
이는 검사대상기기의 안전한 운전을 담보하기 위한 조종자 선임 의무를 어긴 데 대한 벌칙 규정이다.
※ 벌금 액수는 출제 당시 법령 기준이며 개정 여부는 최신 법령을 확인해야 한다.

에너지관리기능사가 조종할 수 있는 보일러는 용량 10t/h 이하인 것으로 제한되며, 15t/h 이하까지로 설명하는 것은 옳지 않다.
온수발생 및 열매체를 가열하는 보일러로서 581.5킬로와트 이하인 것, 최고사용압력 1MPa 이하이고 전열면적 10제곱미터 이하인 증기보일러, 압력용기는 모두 에너지관리기능사의 조종범위에 해당한다.
※ 조종범위 수치는 출제 당시 에너지이용합리화법 시행규칙 기준이며 개정 여부는 최신 법령을 확인해야 한다.

산소용기는 화기와 가까운 곳을 피해 40℃ 이하의 온도로 보관해야 한다.
온도가 그보다 높아지면 용기 내부 압력이 상승해 폭발 등 사고 위험이 커지므로 직사광선을 피하고 서늘한 장소에 보관하는 것이 안전관리의 기본이다.

단관 중력순환식 온수난방에서는 주관을 앞내림 기울기로 배관하여 배관 내 공기가 팽창탱크로 모여 빠지도록 한다.
드레인 밸브는 물 배출용, 에어벤트 밸브는 개별 방열기 등 국부적인 공기 배출용, 체크 밸브는 역류 방지용으로 각각 용도가 다르다.

배관지지 장치의 명칭과 용도를 구분하면, 롤러 서포트는 온도 변화에 따른 배관의 신축을 허용하기 위해 변위가 큰 곳에 사용되는 장치인데 보기에서는 "방진을 위해 변위가 적은 곳"이라고 잘못 기술했다. 롤러 서포트는 축방향 이동을 허용하도록 설계된 장치로서 변위가 적은 곳이 아니라 신축 변위가 필요한 곳에 설치된다.
파이프 슈는 관의 수평부와 곡관부를 지지하는 V자형 또는 U자형 장치로 설명이 정확하다.
리지드 서포트는 빔 등으로 만든 고정식 지지대로 올바르다.
행거는 배관계의 중량을 위에서 달아매는 현수 장치로 용도가 맞다.

보일러 운전을 마친 후에는 노 내에 연료를 남겨두지 않아야 하므로, 예열용 연료를 노 내에 약간 넣어 두는 것은 잘못된 조치이다.
노 안에 연료가 남아 있으면 재점화 시 잔류 연료가 한꺼번에 착화하면서 역화나 폭발성 사고로 이어질 수 있다.
연료 계통의 스톱밸브를 닫고 버너를 청소하는 것은 올바른 정지 후 조치이다.
잔류 여열로 내부 압력이 상승하는지 확인하는 것도 필요한 점검이다.
압력계 지시압력과 수면계 표준수위를 확인해 두는 것도 정상적인 마무리 절차이다.

에너지법에 따라 시·도지사가 수립한 지역에너지계획은 산업통상자원부장관에게 제출해야 한다.
지역에너지계획은 국가 에너지 정책과의 정합성을 위해 소관 중앙행정기관인 산업통상자원부의 검토를 거치는 절차를 두고 있다.
※ 제출 대상 기관은 출제 당시 에너지법 기준이며 개정 여부는 최신 법령을 확인해야 한다.