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공조냉동기계기사 공조냉동설계 · 역카르노 사이클과 성적계수

Reversed Carnot and COP

역카르노 사이클은 카르노 사이클을 거꾸로 돌려, 일을 넣어 저온에서 열을 받아 고온으로 버리는 이상적인 냉동 사이클이다. 같은 두 온도 사이에서 이보다 높은 성적계수(COP)는 없어 실제 냉동기의 상한이 되고, COP_R = TL/(TH − TL) 에는 절대온도를 넣는다. 그림은 증발온도에 따라 변하는 역카르노 COP 곡선이고, 붉은 점이 지금 증발온도의 값이다. 증발온도 슬라이더는 점을 곡선 위로 옮기고, 응축온도 슬라이더는 곡선 전체를 올리거나 내린다.

일을 넣어 열을 끌어올리기

등온 흡열 → 단열 압축 → 등온 방열 → 단열 팽창의 네 과정이 T-s 선도에서 직사각형을 이룬다. 두 온도의 차가 작을수록 COP 가 커지므로 증발온도는 높게, 응축온도는 낮게 잡을수록 유리하다. 섭씨는 먼저 켈빈으로 바꾼다.

👀 상한의 의미
①같은 두 온도에서 이보다 높은 냉동 COP 는 없다
②실제 사이클은 비가역 때문에 이보다 낮다
③히트펌프 COP_H = TH/(TH − TL) = COP_R + 1
④히트펌프는 같은 사이클에서 고온 쪽으로 버리는 열을 쓴다

증발 · 응축 온도 바꾸기

-10 ℃
40 ℃
💡 지금 상한
①TL=263 K, TH=313 K
②COP_R = 5.26
③COP_H = 6.26 = COP_R+1
④증발온도를 올리거나 응축온도를 내리면 COP 가 오른다

성적계수에는 절대온도

냉동 COP
COPR = TLTH - TL
T 는 절대온도 K
히트펌프 COP
COPH = THTH - TL
COPH = COPR + 1

시험 포인트와 기출 유형

🎯 시험 포인트
①역 카르노 및 실제 사이클
②COP_R = TL/(TH − TL), T 는 K
③℃ → K 는 +273
④실제 사이클의 COP 는 역카르노보다 낮다
📝 대표 기출유형
①[기출유형] TL=263 K, TH=313 K 역카르노 COP는? (답: 263/(313−263)=5.26)
②[기출유형] COP_H와 COP_R의 관계는? (답: COP_H = COP_R + 1)
③[기출유형] 응축온도가 오르면 COP는? (답: 분모가 커져 떨어진다)

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