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공조냉동기계기사 실기 · 증발기 전열면적 계산

Evaporator Area Calc

증발기의 전열 면적은 냉동능력 Q 를 열통과율 K 와 평균 온도차 Δtm 의 곱으로 나눈 값, A = Q ÷ (K Δtm) 이다. 냉수를 식히는 증발기에서는 냉매가 일정한 증발 온도로 끓고 냉수는 들어와서 나갈 때까지 식으므로, 두 끝의 온도차가 달라 평균은 대수 평균 온도차(LMTD)로 잡는다. 증발 온도를 낮추면 온도차가 커져 면적은 줄지만, 압축기의 압축비와 동력이 늘고 냉수가 얼 위험도 커진다. 그림은 증발기 안 냉수(12 → 7 ℃)와 냉매(증발 온도)의 온도 변화이고, 냉동능력 · 증발 온도 · 열통과율 슬라이더로 LMTD 와 면적, 냉수량이 바뀐다.

능력 · 증발 온도 · 열통과율 바꾸기

100 kW
2 ℃
600 W/(m²·K)
💡 지금 값
①Δt₁ = 12 − 2 = 10 ℃, Δt₂ = 7 − 2 = 5 ℃
②LMTD = 7.21 ℃(산술 평균이면 7.5 ℃)
③전열 면적 23.1 m², 냉수량 17.2 m³/h
④증발 온도를 낮추면 LMTD 가 커져 면적은 줄지만 동력이 늘어난다

계산식

전열면적
A = QK Δtm
Q 는 냉동능력(W), K 는 열통과율(W/(m²·K)), Δtm 은 평균 온도차(℃)다
대수 평균 온도차
Δtm = Δt1 - Δt2ln(Δt1 ÷ Δt2)
Δt₁ 은 냉수 입구 − 증발 온도, Δt₂ 는 냉수 출구 − 증발 온도다. 두 값이 비슷하면 산술 평균으로 어림한다
냉수량
G = Qc ΔTw
c 는 물의 비열 4.19 kJ/(kg·K), ΔTw 는 냉수 입출구 온도차다

증발기에서 챙길 것

📏 성에 · 동결 · 기름
①공기를 식히는 증발기는 표면에 성에가 끼면 K 가 크게 떨어지므로 정기적으로 제상한다
②냉수 증발기는 증발 온도를 너무 낮추면 냉수가 얼어 관이 터질 수 있다
③기름이 증발기에 고이면 전열을 막으므로 기름이 압축기로 돌아오게 배관한다
④전열 면적을 넉넉히 잡으면 증발 온도를 높게 둘 수 있어 성적계수가 좋아진다

시험 포인트와 기출 유형

🎯 시험 포인트
①A = Q ÷ (K Δtm)
②LMTD = (Δt₁ − Δt₂) ÷ ln(Δt₁ ÷ Δt₂)
③냉수량 = Q ÷ (4.19 × 냉수 온도차)
④공기 냉각 증발기는 성에가 끼면 제상한다
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 냉수 12 → 7 ℃, 증발 온도 2 ℃ 일 때 LMTD 는? (답: (10 − 5) ÷ ln 2 ≈ 7.2 ℃)
②[기출유형] 평균 온도차가 작아지면 필요한 전열 면적은? (답: 커진다)
③[기출유형] 공기 냉각 증발기 표면에 성에가 끼면? (답: 열통과율이 떨어져 냉동능력이 준다)
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