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건축설비기사 건축설비설계 · 증기압축 냉동사이클과 냉동기

Vapor Compression Refrigeration Cycle

건축 냉열원의 기본은 증기압축 사이클로, 냉매가 증발기에서 낮은 온도의 열을 흡수하고 압축기에서 압력이 올라 응축기에서 열을 버린 뒤 팽창밸브로 다시 낮은 압력이 되는 네 과정을 돈다. 냉동효과 · 압축일 · COP를 이어서 냉동기 기종과 용량을 검토하며, 증발온도가 낮거나 응축온도가 높을수록 압축일이 커져 COP가 떨어진다. 그림은 P-h 선도 위 네 점 사이클을 직선 근사로 그린 것이에요. 증발 · 응축 온도 슬라이더를 옮기면 사이클 모양과 냉동효과 · 압축일 · COP가 함께 바뀌어요.

네 과정이 한 바퀴를 이룬다

🔑 증기압축 네 과정
①증발기: 저압에서 냉매가 증발하며 주위 열을 흡수한다(냉동효과 qₑ)
②압축기: 압축일 w를 넣어 냉매를 고압으로 압축한다
③응축기: 고압 냉매가 응축하며 열을 내놓아요
④팽창밸브: 엔탈피가 그대로인 교축으로 저압까지 떨어뜨린다

P-h 선도에서 온도 바꿔 보기

-5 ℃
40 ℃
💡 관찰
①지금 qₑ ≈ 145.0 kJ/kg, w ≈ 36.0 kJ/kg, COP ≈ 4.03
②증발 과정(4 → 1)의 가로 폭이 냉동효과, 압축 과정(1 → 2)의 가로 폭이 압축일이고, 압축에서 세로로 오른 것은 압력이다
③이 P-h 선도는 h1 = 400 + 0.6Te 같은 직선 근사라 실제 냉매 선도가 아니에요
④qₑ는 kg당 열량이라 냉동능력[kW] = qₑ × ṁ이다. 1 RT = 3,320 kcal/h ≈ 3.86 kW는 용량 단위일 뿐 이 슬라이더 값과 바로 곱하지 않는다

성적계수와 핵심 공식

성적계수
COP = qew = h1 - h4h2 - h1
냉동효과를 압축일로 나눈 값
응축부하
qc = qe + w
응축기에서 버리는 열 = 흡수한 열 + 압축일
냉동톤
1 RT = 3320 kcal/h
한국 · 일본 냉동톤 기준

시험 포인트

🎯 시험 포인트
①네 과정은 증발(흡열) → 압축(일 투입) → 응축(방열) → 팽창(교축)이다
②팽창 전후 엔탈피는 같다(h₃ = h₄)
③COP = qₑ/w = (h₁-h₄)/(h₂-h₁)
④1 RT = 3,320 kcal/h(한국 · 일본)예요
⑤증발온도가 낮거나 응축온도가 높으면 압축일이 커지고 COP가 떨어져요
📝 대표 기출 유형
①qₑ = 140, w = 35 kJ/kg일 때 COP는? (답: 4.0)
②팽창밸브 전후 엔탈피 관계는? (답: 같다, h₃ = h₄)
③응축부하와 냉동효과 · 압축일의 관계는? (답: q_c = qₑ + w)
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