seegongsik

공조냉동기계기사 실기 · 냉동사이클 성능 계산

Cycle Performance Calc

증기 압축 냉동사이클은 몰리에르 선도(P-h 선도) 위의 네 점으로 그리고, 성능은 그 점들의 엔탈피 차로 셈한다. 증발기 출구 1 에서 압축기 출구 2 까지가 압축일 w = h₂ − h₁, 팽창밸브 출구 4 에서 1 까지가 냉동효과 qe = h₁ − h₄ 이고, 팽창은 엔탈피가 그대로라 h₄ = h₃ 이다. 성적계수 COP = qe ÷ w 는 증발 온도가 낮을수록, 응축 온도가 높을수록 떨어지고, 응축기 출구의 액을 더 식히는 과냉각은 압축일은 그대로 두고 냉동효과만 늘린다. 그림은 R-134a 선도 일부에 포화액선 · 포화증기선과 사이클을 그린 것이고, 증발 온도 · 응축 온도 · 과냉각 슬라이더로 네 점과 오른쪽의 냉동효과 · 압축일 · COP 가 바뀐다(포화표 값은 어림이고 압축 끝은 근사).

증발 · 응축 온도와 과냉각 바꾸기

-10 ℃
40 ℃
0 K
💡 지금 값
①h₁ = 392.7, h₂ ≈ 426.5, h₃ = h₄ = 256.4 kJ/kg
②qe = 136.3 kJ/kg, w = 33.8 kJ/kg, COP = 4.04
③10 RT(38.61 kW)를 내려면 냉매 0.283 kg/s, 이론 압축 동력 9.6 kW
④과냉각을 늘리면 3 · 4 가 왼쪽으로 가 qe 가 커지지만, 1 · 2 는 그대로라 w 는 변하지 않는다

계산식

냉동효과와 압축일
qe = h1 - h4, w = h2 - h1
팽창은 등엔탈피라 h₄ = h₃ 이고, 응축기가 버리는 열은 qc = h₂ − h₃ = qe + w 다
성적계수
COPR = qew, COPH = h2 - h3w = COPR + 1
같은 사이클을 난방(히트펌프)에 쓰면 응축기 열이 쓸모 있는 열이라 COPH 가 COPR 보다 1 크다
냉매 순환량과 동력
G = Qeqe, L = G w
Qe 는 냉동능력(kW)이다. 1 RT(한국 냉동톤) = 3,320 kcal/h ≈ 3.861 kW

운전 조건이 성능을 바꾸는 길

📏 증발 · 응축 · 과냉각 · 과열
①증발 온도가 내려가면 흡입 압력이 낮아져 압력비가 커지고, 압축일이 늘고 냉동효과는 줄어 COP 가 떨어진다
②응축 온도가 올라가면 3 이 오른쪽으로 가 냉동효과가 줄고 압축일과 토출 온도가 오른다
③그래서 응축기 물때 · 불응축 가스 · 냉각수 부족처럼 응축 압력을 올리는 원인이 곧 동력 낭비로 이어진다
④흡입 과열은 압축기로 액이 들어가는 것을 막지만, 지나치면 흡입 증기의 비체적과 토출 온도가 커진다

시험 포인트와 기출 유형

🎯 시험 포인트
①qe = h₁ − h₄, w = h₂ − h₁, h₄ = h₃
②COP_R = qe ÷ w, COP_H = COP_R + 1
③냉매 순환량 G = 냉동능력 ÷ qe
④증발 온도↓ · 응축 온도↑ 면 COP↓, 과냉각은 qe↑
📝 대표 기출유형
①[기출유형] h₁ = 395, h₂ = 430, h₃ = h₄ = 240 kJ/kg 일 때 COP 는? (답: 155 ÷ 35 ≈ 4.43)
②[기출유형] 같은 조건에서 냉동능력 10 RT 일 때 냉매 순환량은? (답: 38.61 ÷ 155 ≈ 0.249 kg/s)
③[기출유형] 같은 사이클을 히트펌프로 쓸 때 성적계수는? (답: (430 − 240) ÷ 35 ≈ 5.43)
← 이전
배관구경 산출과 덕트도면
다음 →
압축기 소요동력과 피스톤압출량

마지막 수정