개념 한 쪽
열전달 기초는 냉동사이클의 구성요소 역할, 습공기의 상태량 계산, 공기 엔탈피 및 계통 내 에너지 균형식, 재료의 열팽창 개념을 포함한다는 점을 중심으로 학습한다.
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출제기준 단원 「열전달의 기초사항」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 노점온도 정의 판별 | 1 | 노점온도의 정의와 가열 시 변화 특성을 물음 |
| 절대습도 계산 | 1 | 주어진 포화수증기압·상대습도·대기압으로 절대습도 계산을 요구함 |
| 덕트 열평형식 적용 | 1 | 단열 덕트 내 에너지 보존식을 세워 알맞은 식을 고르게 함 |
증기압축식 냉동기에서 실제로 냉기를 만드는 부분은 냉매가 증발하면서 주위의 열을 빼앗는 증발기라는 점을 설명한다. 압축기와 응축기, 팽창장치는 냉매 상태를 변화시키는 보조 장치이며, 냉기 생성 자체는 증발기에서 일어난다고 정리한다.
노점온도는 공기 중 수증기량을 변화시키지 않은 상태로 냉각할 때 포화에 도달하여 이슬이 맺히는 온도로 정의한다. 공기를 가열하면 상대습도는 낮아지지만 수증기량이 변하지 않으므로 노점온도는 변하지 않는다는 특성을 명확히 한다.
절대습도는 공기 1kg에 포함된 수증기 질량으로, 실제 수증기압과 대기압을 이용한 공식 x = 0.622 × (e / (P - e))로 계산한다는 점을 설명한다. 실제 수증기압 e는 포화수증기압에 상대습도를 곱한 값이며, 계산 과정에서 분모의 P - e를 정확히 처리해야 올바른 값을 얻는다는 점을 강조한다.
습공기의 엔탈피는 h = 1.01 t + x (2501 + 1.85 t) 공식을 사용하여 건구온도 t와 절대습도 x를 대입해 구한다는 점을 설명한다. 여기서 2501은 증발잠열, 1.85는 수증기의 정압비열로 취급한다는 점을 덧붙인다.
단열 처리된 덕트 계통에서는 외부로 열손실이 없으므로 에너지 보존을 이용해 열평형식을 세운다. 입구 공기의 엔탈피 Gi1, 공급 열량 qs, 공급되는 수분의 엔탈피 LiL이 출구 공기의 엔탈피 Gi2와 같아 Gi1 + qs + LiL = Gi2가 성립한다고 설명한다.
구성 재료나 배관은 온도 변화에 따라 길이가 변하는데, 선팽창계수 α를 이용한 열팽창식 ΔL = α L ΔT로 늘어나는 길이를 계산한다고 정리한다.
절대습도 계산 예시는 포화수증기압 9.2mmHg에 상대습도 0.6을 곱해 실제 수증기압 e = 5.52mmHg를 얻고, 이를 공식 x = 0.622 × (e / (P - e))에 대입하여 x ≈ 0.00455가 됨을 보인다.
습공기 엔탈피 계산 예시는 t = 20℃, x = 0.015을 공식 h = 1.01 t + x(2501 + 1.85 t)에 대입하여 h ≈ 58.27 kJ/kg가 됨을 보인다.
열팽창 예시는 길이 20m(=20,000mm), α = 1.2 × 10⁻⁵/℃, ΔT = 80℃를 ΔL = α L ΔT에 대입하여 ΔL = 19.2mm임을 보인다.
덕트의 단열 열평형 예시는 입구 항 Gi1, 공급 열량 qs, 공급 수분 엔탈피 LiL, 출구 항 Gi2로 식을 세워 Gi1 + qs + LiL = Gi2임을 보인다.
습공기의 노점온도에 관한 다음 기술중 옳은 것은?
정답 ④ · 습공기의 노점온도에 대한 옳은 설명을 고르는 문제이다. 노점온도는 습공기를 수증기량의 변화 없이 냉각하여 포화상태에 도달했을 때의 온도를 의미한다.
노점온도는 습공기를 수증기 함량 변화 없이 냉각하여 포화 상태(이슬 맺힘)에 도달하는 온도를 의미한다.
건구온도 10℃, 습구온도 7℃인 공기의 절대습도는? (단, 포화수증기의 압력은 9.2mmHg이고, 상대습도는 60%, 대기압은 760mmHg이다.)
정답 ② · 건구온도와 습구온도가 주어진 공기의 절대습도를 수증기압과 대기압으로 계산하는 문제이다. 절대습도 x는 x = 0.622 × e / (P - e) 공식으로 구하며, e는 실제 수증기압, P는 대기압이다.
절대습도는 포화수증기압과 상대습도, 대기압을 이용해 '0.622 × (상대습도 × 포화수증기압) / (대기압 - 상대습도 × 포화수증기압)' 공식으로 계산한다.
단열된 덕트내에 공기를 통하게 하고, 여기에 열량 qs와 수분 L을 가한다. 덕트내 입구공기는 G(kg/h), i1(kcal/kg), x1(kg/kg')이고, 출구 공기는 G(kg/h), i2(kcal/kg), x2(kg/kg')일 때, 열평형식이 바른 것은?(단, 물의 엔탈피는 ｉL(kcal/kg)이다.)
정답 ③ · 단열 덕트 내에서 공기에 열량과 수분이 가해질 때의 열평형식을 세우는 문제이다. 단열 계통이므로 외부와의 열교환은 없고, 에너지 보존 법칙에 따라 입력 총량이 출력 총량과 같아야 한다.
단열 덕트의 열평형식은 '입구 엔탈피+공급 열량+수분 엔탈피=출구 엔탈피'이다.
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