공조냉동기계기사 공기조화의 기본과 습공기선도(사이코메트릭 차트) 매우 간략 요약

공기조화 파트 기사 기출 풀어보니 계산은 실기에 때려 박은 느낌

 1. 공기조화

  (1) 4대 구성 요소 : 온도, 습도, 기류, 청정도 

    1) 보건용 공조 : 인간을 위한 공기조화임 (사무실이나 병실 등)

    2) 산업용 공조 : 기계를 위한 공기조화임 (반도체 공장, UPS 실 등)

 

  (2) 유효온도

    1) 유효온도 (=실효온도, 감각온도) : 사람이 실제로 느끼는 온도 - 보건용 공조에 속함

     → 온도, 습도, 기류

    2) 수정유효온도 : 복사열을 고려한 온도임  

     → 온도, 습도, 기류, 복사열

 

   (3) 공기조화의 구성 (밑에 노트한 것의 diagram을 기억해야 함. 이 구성의 순서가 기출로 좀 나옴)

     1. OA (외기)가 들어오면 혼합공기 룸에서 RA(Return Air)과 섞임

     2. 그 공기는 보일러로부터의 Heating Coil 혹은 냉동기로부터 Cooling Coil과 만나서 온도가 변함

     3. 그다음에 Air Washer라는 것으로 촉촉하게 습도를 증가시켜 줌

     4. 송풍기로 덕트를 통해 실내에 공기를 넣어줌 SA (supply air)라고 함  

     5. 그러면 실내의 IA가 공기조화가 되는 것임

     6. 그리고 그 실내의 공기를 또다시 덕트를 통해 EA(Exit Air)로 빼줌

     7. EA로 갈 것 중에 일부를 RA로 돌려서 아까 1번에서의 OA와 섞어줌

      (왜냐면 OA를 공기조화기를 통해서 만들 결과가 IA이기 때문에 앞 단에서 RA와 OA를 섞어주면 효율이 증가함)

 

    (4) ETD (Equivalent Temperature Difference): 상단외기온도 - 실내온도 

     라고 하는데, 이건 복사열에 따른 온도를 보정하는 것이라고 보면 됨.

 

    (5) 도일 (degree day) : 검침일이라고 보면 됨.

     근데, 기출 풀어보니까 xxxx [deg day]라고 나오는데, 단위를 잘 맞추면 문제 푸는 데는 무리 없음.

     기본적으로는 예를 들어, 실내온도가 측정일 동안 24℃정도가 나왔었는데, 세팅 온도가 20도임 (냉방일 경우)

     그럼 냉방도일이 4도인 개념이라서 이거 문제에 ΔT로 갖다 넣으면 되긴 하는 듯

     냉방도일과 난방도일 이렇게 2개가 있음.

 

    (6) 습공기의 조성 : N2 O2 Ar C H2O (80, 20 수준이고 나머지.. 정도만 알면 될 듯)

   

    (7) 건구온도와 습구온도

     1) 건구온도 : 대기온도 그 자체를 말함 (건조된 공기의 온도) 

     2) 습구온도 : 대기에 함유된 수분의 온도

   

    (8) 노점온도 : 

      1) 포화공기 : 더 이상 수증기가 포화될 수 없는 공기임. 

      2) 노점온도 : 그 포화 공기는 노점온도에 따라 상태가 달라짐

                          공기 중 수분이 응축되는 온도를 일컬음. (이 온도가 되면 수분이 응축됨)

    

    (9) 상대습도와 절대습도 : 

      1) 상대습도 : 현재 상태의 증기압 / 포화 증기압 * 100(%) - 압력의 비로 구한다는 것을 주목

       : 즉, 특정 온도에서 포화 공기가 되었을 때의 증기압이 분모, 내가 지금 보고 있는 공기가 분자. 그게 현재 상대습도임.

      2) 절대습도 : 건공기 1kg 중에 포함된 수증기의 중량 ( x kg / kg air라고 표현)

       : 1kg의 공기에 얼마나 많은 수증기가 포함되어 있냐의 개념임 

      3) 비교습도 (포화도) : 습공기의 절대 습도 / 포화 증기의 절대 습도 * (100%) 

       : 절대습도의 비로 표현하는 것임. 상대습도와 정의가 다르다는 것에 주의

 

   (10) 습공기의 엔탈피 : h_수증기 + h_공기의 개념임

    1) ha = Cp T라고 나타내는데, 기사시험은 매우 구시대적 유물을 아직도 쫓으므로

             = 0.24t라고 알아야 함. 단위는 [kcal/kg] 임.

             = 1.005 t 하면 [kJ/kg]로 됨

    2) h습공기 = r + c_vapor * t  (r은 0℃포화수의 증발잠열) 

                     = 597.5 + 0.44 t [kcal/Kg] 임 

            이게 압력에 따라 0℃에서도 물이 증발할 수 있는데, 그 액체 물을 증발시키는 latent heat (잠열)이 597.5 kcal / kg K이라 그런 것 같고, 0℃이하로 내려가면 어차피 대기압에서 물이 얼음이 되니까 저기를 기준으로 잡아놓은 것 같음.

            0.44 kcal / kg K 은 수증기의 비열이라 저렇게 식이 됨

    

    3) 이제 이걸 합쳐야 하는데, 우리는 앞에서 절대 습도를 배웠음. 건공기가 가지고 있는 엔탈피에다가 습공기가 가지고 있는 엔탈피는 수증기가 가지고 있는 질량만큼만 엔탈피를 가지고 있을 것임

     → h = ha + x(h습공기) 

     → h= 0.24 t + x (597.5 + 0.44 t) [kcal / kg]로 나타낼 수 있음.  

   이게 지금은 SI 단위계로 나오기 때문에 결국 kJ/ kg K로 바꿔야 한다.

 

    (11) 현열비 (SHF, sensible heat factor)  :  현열 / 전열의 비 임.

      * 전열 = 현열 + 잠열 임  

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습공기 선도

  습공기 선도 원본은 정말 매우 복잡함. 무슨 선이 있는지를 인지하면 됨.

 1. 습공기 선도 : 기본적으로 가로 축의 온도와 세로 축의 습도 그래프

   (1) 방향에 따른 개념

    1) 오른쪽 : 오른쪽으로 그냥 가면 t가 증가하는 방향임 → 가열

    2) 왼쪽 : 왼쪽으로 그냥 가면 t가 감소하는 방향임 → 냉각

    3) 위쪽 : 위쪽으로 그냥 가면 x가 증가하는 방향임 → 가습

    4) 아래쪽 : 아래쪽으로 그냥 가면 x가 감소하는 방향임 → 제습 (감슴)

     대각선은 그거에 맞게 2개 갖다 붙이면 된다.

   

    (2) 그래프의 구성요소

     1) 가로축의 t ℃는 '건구온도'임

     2) 세로축의 x (kg / kg air)는 '절대습도' 임

     3) 절대 습도 오른쪽 세로선에 눈금이 촘촘한 선이 하나 더 있음. '절대압력'임 

     4) 완만하게 2 사분면 좌상단에 내려오는 선은 '상대습도'선 임  100%인 선이 굵게 그려져 있음 → 노점온도 선이라고 보면 됨.

     5) 그 노점온도 선 아래쪽에 완만한 선이 몇 개 내려옴 '비교습도' 선임

      (* 그래프 상에서 상대습도와 비교습도는 거의 비슷함을 알 수 있음)

     6) 노점온도 선 좌상단에 직선 선이 하나 있는데 이걸 '엔탈피선'이라고 함 (대각선 아래 방향으로 가면서 등 엔탈피임)

     7) 등엔탈피선 근처에 선이 또 하나 있는데 '습구온도'선임 

     8) 또 애매한 직선 선이 근처에 하나 더 있는데, '비체적선'임 

      (일단 온도가 올라갈수록 공기 밀도가 감소하니, 비체적이 증가하는 것이라고 이해하면 됨 )

     9) 열수분비라는 개념이 있는데, 엔탈피선 좌상단에 각도기 같은 것이 있음. u = dh / dx로 나타남

    10) SHF (현열비, sensible heat factor) : 화살표로 가리키는 값 중 하나 임 

      : 아까 위에서 한 대로 현열 / 전열 = 현열 / (잠열 + 현열)의 값임

 

    (3) 케이스 별 습공기 선도의 그림

     1) 냉방 시,

      고온 고습의 공기가 밖에서 들어옴 (OA) - 우 상단에 찍힘

      RA는 상대적 저온 저습의 공기가 된 상태임 (RA) - OA보다 좌상 단에 찍힘

      그 둘이 섞이는 mA는 위에 둘을 일직선으로 이은 어디 중간임 

      그리고 그 mA가 냉동기에 의한 cooling coil에 의해 제습 냉각 됨 

      (cooling coil이 차갑기 때문에 mA의 노점온도 보다 더 아래라서 여기서 응축됨)

        → 좌하단 이동

      좌하단 어디에 SA / IA가 찍히고, 그게 이동하면서 적당히 가열되면서 (기본적으로 밖이 더우니까) RA 상태가 됨

  

        * 참고로 Cooling coil을 통해 거의 포화 상태까지 냉각 제습 시키면 좋겠으나 100% 냉각 제습이 되지는 않는다. 

 그때, 냉각제습 시켜버리고 싶은 만큼 (전체)이 있고, Cooling coil과 열교환 못하고 그냥 지나가는 공기가 있는데 

 그 양을 bypass factor라고 한다. (반대로 열 교환 한 공기는 contact factor라고함)

 

     2) 난방 시, 

      저온 저습의 공기가 밖에서 들어옴 (OA) - 좌 상단에 찍힘

      RA는 우리가 타깃 한 고온 고습의 공기라 상대적 우 상단에 찍힘

      그게 섞이면 mA임 mixing Air 직선으로 그은 선 어디 중간에 찍힘

      heating coil에 의해 가열됨 (우측으로 이동) 

      밖이 춥기 때문에 SA, IA이후 취출되고 RA로 되면서 냉각

        (밖이 추우니까 온도는 감소하고, IA에서 사람의 수증기나, 생활적인 부분 때문에 습기가 소~폭 증가하면서 다시 RA가 된다고 보면 된다.) 

       ( - 그렇게 공기가 계속 습도를 뺏어오니 겨울철에 난방을 계속 전공기 방식으로 행할 경우 점점 건조해지는 개념으로 이해하면 편할 듯) 

   

      *난방기에서도 만약 air washer를 거치면 가습이 되긴 된다.

 

위 내용은 유튜브 에듀강 닷컴 강의를 기반으로 요약하였습니다.