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에너지관리기사 실기 · 냉동능력·소요동력·COP 계산

Refrigeration Capacity and COP

냉동 계산 문제는 P-h 선도 네 상태점의 엔탈피를 읽은 뒤, 냉동효과와 압축일, 냉동능력과 냉동톤, 성적계수(COP)를 차례로 이어서 묻는다. 증발온도를 낮추거나 응축온도를 높이면 두 엔탈피 차가 움직여 COP가 떨어지므로, 두 온도는 계산의 출발점이 된다. 그림은 P-h 선도 위 네 점 냉동 사이클로, 초록 가로 폭이 냉동효과 qₑ이고 빨강 폭이 압축일 w예요. 증발 · 응축 온도 슬라이더로 사이클 모양과 COP를, 냉매순환량 슬라이더로 냉동능력과 소요동력을 바꿔 볼 수 있어요.

계산은 P-h 선도의 네 점에서 시작한다

냉동 실기 필답형은 냉동효과, 압축일, 냉동능력(RT), COP를 한 문제 안에서 이어서 묻는다. P-h 선도의 네 상태점 엔탈피만 정확히 읽으면, 나머지는 뺄셈과 곱셈으로 풀린다. 아래에서는 엔탈피 읽기 → 냉동효과 · 압축일 → 냉동능력 · 동력 → COP 순으로 계산한다.

🔑 계산 네 걸음
①냉동효과 qₑ = h₁ - h₄ (증발기 출구 - 팽창 후)
②압축일 w = h₂ - h₁ (압축기 출구 - 증발기 출구)
③냉동능력 Qₑ = G × qₑ이고, 냉동톤 = Qₑ ÷ 3.861 kW/RT
④성적계수 COP = qₑ ÷ w = Qₑ ÷ 소요동력

P-h 선도에서 qₑ와 w 읽기

-10 ℃
40 ℃
h₁ 증발기 출구
394.0 kJ/kg
그림용 근사식 400 + 0.6 · Te (실제 선도 값이 아님)
h₂ 압축기 출구
434.0 kJ/kg
h₁ + w
h₃ = h₄ 팽창
252.0 kJ/kg
그림용 근사식 200 + 1.3 · Tc (팽창 전후 엔탈피 같음)
냉동효과
qe = 142.0 kJ/kg
h₁ - h₄
압축일
w = 40.0 kJ/kg
h₂ - h₁
💡 선도에서 읽히는 것
①증발온도를 낮추면 h₁이 내려가 냉동효과가 줄어든다
②응축온도를 높이면 압축일 w가 커지고 h₄도 올라가 냉동효과가 줄어요
③압축일이 커질수록 같은 냉동효과라도 COP는 떨어져요
④증발 · 응축 두 온도의 차가 작을수록 효율이 좋다

냉매순환량으로 냉동능력과 소요동력 계산하기

0.1 kg/s
냉동능력
Qe = 14.20 kW
≈ 12210 kcal/h
냉동톤
3.68 RT
Qₑ ÷ 3.861 kW/RT
소요동력
Wc = 4.00 kW
G × w (압축기 동력)
성적계수
COP = 3.55
qₑ ÷ w = Qₑ ÷ Wc
📏 단위를 놓치면 답이 틀어진다
①Qₑ[kW] = G[kg/s] × qₑ[kJ/kg] (질량유량 × 냉동효과)
②1 RT = 3,320 kcal/h = 3.861 kW → RT = Qₑ ÷ 3.861
③소요동력 Wc = G × w이고, COP = Qₑ ÷ Wc로 구해도 같아요
④kW와 kcal/h는 1 kW = 860 kcal/h로 바꾼다

핵심 공식

냉동효과와 성적계수
COP = qew = h1 - h4h2 - h1
냉동효과를 압축일로 나눈 값
냉동능력
Qe = G · qe = G(h1 - h4)
질량유량 × 냉동효과 (kW)
냉동톤 환산
1 RT = 3320 kcal/h = 3.861 kW
한국 · 일본 냉동톤. 미국 냉동톤은 3,024 kcal/h
응축부하
qc = qe + w
응축기에서 버리는 열 = 증발기에서 흡수한 열 + 압축일

정리와 시험에서 묻는 것

🎯 시험에서 묻는 것
①qₑ = h₁ - h₄, w = h₂ - h₁이고, 팽창은 엔탈피가 그대로다(h₃ = h₄)
②냉동능력 Qₑ = G × qₑ [kW], 냉동톤 = Qₑ ÷ 3.861
③1 RT = 3,320 kcal/h(한국 · 일본)이고, 미국 RT = 3,024 kcal/h예요
④COP = qₑ / w = Qₑ / Wc이며, 히트펌프 COP = 냉동 COP + 1
⑤1 kW = 860 kcal/h이고, 응축부하 qc = qₑ + w다
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] qₑ = 140, w = 35 kJ/kg일 때 COP는? (답: 140 ÷ 35 = 4.0)
②[기출유형] G = 0.1 kg/s, qₑ = 140 kJ/kg의 냉동능력은? (답: 0.1 × 140 = 14 kW)
③[기출유형] 냉동능력 38.6 kW는 몇 RT인가? (답: 38.6 ÷ 3.861 ≒ 10 RT)
④[기출유형] 냉동능력 33,200 kcal/h는 몇 RT인가? (답: 33,200 ÷ 3,320 = 10 RT)

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