개념 한 쪽
공기조화설비 적산은 환기량, 외기부하, 열손실, 방열기 크기, 순환수량 등 설비의 용량 산정에 필요한 수치 계산을 다룬다. 각 항목은 주어진 물성값과 단위 변환 절차를 정확히 적용해야 정답을 얻는다.
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출제기준 단원 「공기조화설비 적산」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 증기관 단위길이 압력강하 환산 | 1 | 전체 강하를 직관·국부로 나누어 100m당 압력강하 계산을 요구 |
| 방열기 1대당 쪽수 산정 | 1 | 건물 손실열량을 대수로 나누어 표준 방열능력과 1쪽 면적으로 쪽수 계산 |
| 인원 기반 외기부하 계산 | 1 | 재실인원과 1인당 외기량, 엔탈피 차로 외기부하량을 구하는 계산 |
필요 환기량을 구할 때 현열 부하와 공기의 물성을 이용한다. 기본 공식은 필요 환기량 = 열량 ÷ (공기의 비열 × 공기밀도 × 온도차)이며, 공기의 비열과 밀도는 문제에서 주어진 값을 사용한다. 전력 단위인 W를 시간단위의 kJ/h로 바꿀 때는 3.6을 곱하는 절차를 반드시 거친다.
외기부하량은 인원과 1인당 외기량에 공기밀도와 엔탈피 차이를 곱해 구한다. 공식은 Q = n × V × ρ × Δh이며, 엔탈피 차이는 외기와 실내의 엔탈피 차를 사용한다. 공기 밀도는 보통 1.2kg/m³를 적용한다.
열손실량은 열관류율 K, 면적 A, 온도차 ΔT의 곱으로 계산한다. Q = K × A × ΔT 공식을 통해 벽체 등에서의 시간당 열손실을 구하며 온도차는 실내온도와 외기온도의 차이를 절대값으로 취한다.
증기난방이나 방열기 설계에서는 1㎡당 표준 방열량 상수(증기방열기 기준 650kcal/h)를 사용해 상당방열면적(EDR)을 산정한다. EDR = 방열량(kcal/h) ÷ 650 공식을 적용해 방열기 1대당 필요한 면적을 산출하고, 방열기 1쪽 면적을 이용해 쪽수를 산정한다.
배관이나 증기관의 압력강하는 전체 허용강하를 직관저항과 국부저항의 비율에 따라 분할해 계산한다. 직관손실은 전체강하 ÷ (1 + 비율)로 구한 뒤 구간길이로 환산해 단위길이당 압력강하를 도출한다.
난방용 순환수량은 열량을 물의 비열과 온도강하로 나눈 값으로 구한다. G = Q ÷ (Cp × ΔT) 공식을 사용하고, 단위 일치(예: kJ/h, kJ/kgK)를 확인해 부피로 환산한다.
- 현열 부하로부터 환기량을 구하는 문제에서는 W를 kJ/h로 변환하고 공기의 비열(예: 1.01kJ/kg·K)과 밀도(예: 1.2kg/m³), 온도차를 대입해 m³/h를 구한다. 단위 변환을 누락하면 오답이 된다. - 외기부하 계산에서는 인원×1인당외기량으로 풍량을 구한 뒤 밀도를 곱해 질량유량으로 환산하고 엔탈피 차이를 곱해 kcal/h 값을 산출한다. 엔탈피 차이 계산을 잘못하면 값이 크게 달라진다. - 방열기 쪽수 계산은 전체 열량을 대수로 나누고 표준 방열능력(650kcal/h/㎡)으로 면적을 산정한 뒤 1쪽 면적으로 나누는 단계로 수행한다. 각 단계의 단위 일치가 중요하다.
저압증기관의 전압력 강하 0.1kg/cm², 보일러에서 가장 멀리 있는 방열기까지의 거리 90m, 보일러의 사용압력 0.35kg/cm²g, 국부저항합계에 대한 직관저항의 비율 1.0인 경우, 증기관의 단위길이당 압력강하(kg/cm².100m)는?
정답 ③ · 전체 유효 압력 강하(0.1 kg/cm²)에서 국부 저항 등 직관 저항 비율 1.0을 고려하면 사용 가능한 배관의 최대 허용 압력 강하 수치를 도출할 수 있습니다. 보일러의 사용 압력과 가장 먼 방열기 거리 90m 조건을 바탕으로 산출된 90m 구간의 압력 손실 범위를 100m 당 환산해보면 약 0.056 kg/cm²·100m의 단위 압력강하를 설계 기준으로 삼아야 방열기에 적정 압력이 전달됩니다.
전체 압력강하에서 직관저항 비율을 고려한 유효강하를 구한 후, 배관 길이를 환산하여 단위 길이당 압력강하를 계산한다.
겨울철 손실열량이 65,000Kcal/h인 건물이 증기 난방시스템을 채택할 경우, 설치되는 10대 방열기의 1대당 쪽수로 서 맞는 것은?(단, 방열기 1쪽의 방열면적은 0.5m²이며, 표준상태로 고려한다.)
정답 ③ · 1대당 방열기의 필요 방열 면적은 전체 손실 열량을 방열기 대수로 나누어 구합니다. 건물의 손실 열량 65,000Kcal/h를 10대로 나누면 방열기 1대당 6,500Kcal/h의 부하가 걸립니다.
방열기 1대당 필요 방열 면적을 구한 후, 방열기 1쪽의 면적으로 나누어 1대당 필요한 쪽수를 계산한다.
재실인원이 20명인 실내의 냉방에 요구되는 외기부하량은 얼마인가?(단, 실내공기의 엔탈피는 13.2 ㎉/㎏, 외기엔탈피는 20.2 ㎉/㎏, 1인당 필요외기량은 25m³/h 이다.)
정답 ③ · 외기부하량은 식 'Q = n · V · ρ · (h_out - h_in)'을 통해 산출합니다. 재실인원 n=20명, 1인당 외기량 V=25 m³/h, 공기 밀도 ρ=1.2 kg/m³, 엔탈피 차이 Δh=20.2-13.2=7.0 kcal/kg을 대입합니다.
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