증기압축 냉동사이클과 냉동기

Vapor Compression Refrigeration Cycle

건축 냉열원은 냉매가 낮은 온도의 열을 퍼올려 높은 곳으로 버리는 증기압축 사이클이 기본이에요. 증발-압축-응축-팽창 네 과정이 냉동기 설계의 뼈대예요. 냉동효과·압축일·COP를 연결해 기종 선정과 용량 검토에 써요. 증발·응축 온도를 바꿔 COP 변화를 따라가 봐요.

네 과정이 한 바퀴를 이룬다

🔑 증기압축 4과정

①증발기: 저압에서 냉매가 증발하며 주위 열 흡수(냉동효과 qₑ)

②압축기: 냉매를 고압으로 압축(압축일 w 투입)

③응축기: 고압 냉매가 응축하며 열 방출

④팽창밸브: 등엔탈피 교축으로 저압까지 강하

P-h 선도에서 온도를 바꿔 보기

증발온도 Te-5 ℃

응축온도 Tc40 ℃

💡 관찰

①지금 qₑ ≈ 145.0 kJ/kg, w ≈ 36.0 kJ/kg, COP ≈ 4.03

②가로 폭(4→1)이 냉동효과, 세로 상승(1→2)이 압축일

③Te↓ 또는 Tc↑이면 압축일이 커져 COP가 떨어진다

④두 온도 차가 작을수록 성적계수가 좋아진다

성적계수와 핵심 공식

성적계수

COP = q_ew = h₁ - h₄h₂ - h₁

냉동효과를 압축일로 나눈 값

응축부하

q_c = q_e + w

버리는 열 = 흡수한 열 + 압축일

냉동톤

1 RT = 3320 kcal/h

한국·일본 냉동톤 기준

시험 포인트

🎯 시험 포인트

①4과정: 증발(흡열) → 압축(일 투입) → 응축(방열) → 팽창(교축)

②팽창은 등엔탈피(h₃ = h₄)

③COP = qₑ/w = (h₁-h₄)/(h₂-h₁)

④1 RT = 3,320 kcal/h(한국·일본)

⑤Te↓ 또는 Tc↑ → w↑ → COP↓

📝 대표 기출 유형

①qₑ=140, w=35 kJ/kg일 때 COP는? (답: 4.0)

②팽창밸브 전후 엔탈피 관계는? (답: 등엔탈피, h₃=h₄)

③응축부하와 냉동효과·압축일의 관계는? (답: q_c = qₑ + w)