열정산에서 출열 항목에 속하는 것은?
- 증기의 보유 열량
- 공기의 보유 열량
- 연료의 현열
- 화학 반응열
정답과 해설 보기
정답 ① · 보일러 열정산에서 출열 항목에 속하는 것을 묻는 문제이다. 열정산은 보일러에 들어온 열량과 나간 열량을 수지 맞춤하는 것으로, 입열 항목에는 연료의 발열량(화학 반응열), 연료의 현열, 공기의 보유 열량 등이 해당한다.
열수지 계산에서 출열은 시스템에서 빠져나가는 열로, 증기의 보유 열량이 해당된다.
개념 한 쪽
에너지관리기능장 보일러 열정산 — 상당증발량·전열면 증발률·열수지
보일러 열정산은 보일러로 들어온 열과 나간 열을 정리하여 성능을 평가하는 계산이다. 표준화된 지표로 상당증발량과 전열면 증발률을 사용하며, 열효율과 손실열 계산을 통해 연료 절감 효과를 가늠한다. 시험에서는 엔탈피 차이, 표준 기화열 상수 539, 전기에너지 환산계수 1kW=860kcal/h 등을 활용하여 계산한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「보일러 열정산」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 출열 항목 식별 | 1 | 열수지에서 출열에 해당하는 항목을 고르는 능력 |
| 상당증발량 계산 | 1 | 실제증발량과 엔탈피 차이를 이용해 상당증발량을 계산하는 방법 |
| 효율 개선에 따른 연료 절감율 | 1 | 개선 전후 효율로 연료 절감비율을 역비례 관계로 계산하는 방법 |
뜻
열정산은 보일러의 에너지 수지를 계산하는 것으로, 입열과 출열을 구분하여 열수지를 맞추는 방식이다. 입열에는 연료의 연소열과 공기의 현열 등 보일러로 공급되는 모든 열원이 포함된다. 출열은 시스템 밖으로 빠져나가는 열을 의미하며, 발생증기가 보유하는 열량(증기열), 배기가스의 열, 보온 손실 등이 해당된다.
상당증발량은 실제 증발량을 대기압에서 100℃ 포화증기 1kg을 만드는 기준량으로 환산한 값이다. 공식은 상당증발량 = 실제증발량 × (증기엔탈피 - 급수엔탈피) ÷ 539이며, 여기서 539kcal/kg은 표준 기화열 상수이다. 급수 엔탈피는 급수 온도에 대응하는 값으로 문제에 제시된 온도를 사용한다.
전열면 증발률(Be1)은 단위 전열면적당 시간당 생성되는 증기량을 의미한다. 정의에 따라 전열면 증발률은 매시 실제 증기발생량을 전열면적으로 나눈 값으로 계산한다. 이 지표는 전열면의 열전달 성능을 비교하는 데 사용한다.
열효율 개선이 연료 절감으로 이어지는 원리는 연료량이 필요한 유효열에 반비례한다는 점이다. 연료 절감율은 (1 - 개선전효율/개선후효율) × 100으로 계산한다. 또한 전기에너지의 열량 환산 시 KS 기준으로 1kW는 860kcal/h로 환산한다.
예제
1) 상당증발량 계산 예시: 급수 온도 60℃, 증발량 3,000kg/h, 증기 엔탈피 660kcal/kg일 때 상당증발량을 구한다. 급수 엔탈피 hw를 60kcal/kg로 보고 엔탈피 차이는 660 - 60 = 600kcal/kg이다. 따라서 상당증발량 D' = 3000 × 600 ÷ 539 = 1,800,000 ÷ 539 ≈ 3,339.5kg/h이며, 반올림하여 약 3,340kg/h가 된다.
2) 손실열량 계산 예시: 연료 저위발열량 8,800kcal/kg, 연료 소모량 150kg/h, 보일러 효율 80%일 때 손실열량을 구한다. 총입사열량은 150 × 8,800 = 1,320,000kcal/h이며 초 단위로 환산하면 1,320,000 ÷ 3,600 = 366.67kcal/s이다. 유효열량은 366.67 × 0.8 = 293.33kcal/s이므로 손실열량은 366.67 - 293.33 = 73.34kcal/s로 약 73.3kcal/s가 된다.
대표 기출 3문항
어떤 보일러에서 급수의 온도가 60 ℃, 증발량이 1시간당 3000 kg, 발생 증기의 엔탈피는 660 kcal/kg 이다. 이 보일러의 상당증발량은?
- 2783 kg/h
- 3340 kg/h
- 3625 kg/h
- 4020 kg/h
정답과 해설 보기
정답 ② · 실제 증발량과 증기 엔탈피가 주어졌을 때 상당증발량을 구하는 문제이다. 상당증발량은 실제 증발량을 급수 100℃, 증기 100℃의 표준 조건으로 환산한 값으로, D' = D x (h - hw) / 539 공식을 쓴다.
상당증발량은 실제 증발량을 100℃ 증기로 변환한 기준량으로 환산한다.
열효율 73.6 % 인 보일러를 열효율 86.7 % 로 개선하였다면 약 몇 % 의 연료가 절감되는가?
- 11.0 %
- 12.1 %
- 14.0 %
- 15.1 %
정답과 해설 보기
정답 ④ · 열효율 개선에 따른 연료 절감율은 (개선 전 효율 - 개선 후 효율) / 개선 전 효율로 계산하여 100%를 곱하면 됩니다. 즉, 열량 필요량이 일정하다고 가정할 때 효율의 향상 폭만큼 연료 투입량이 줄어듭니다.
열효율 개선 시 연료 절감율은 (개선전효율/개선후효율)의 역수 관계로 계산하여 약 15.1% 절감된다.
자주 묻는 물음
- 출열 항목에는 무엇이 포함되나?
- 출열은 시스템 외부로 빠져나가는 열로, 발생증기가 보유하는 열량, 배기가스의 열, 보온 손실 등이 포함된다.
- 상당증발량을 계산할 때 분모의 539은 무엇을 의미하나?
- 539는 대기압에서 물을 100℃의 포화증기로 만드는 데 필요한 기화열 상수로, 상당증발량 환산 시 표준값으로 사용된다.
- 전열면 증발률은 어떻게 정하는가?
- 전열면 증발률은 단위 전열면적당 시간당 증발량을 의미하므로 매시 실제 증기발생량을 전열면적으로 나누어 구한다.
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