공조냉동기계기사 상태변화에 따른 습공기선도 분석

 

공조냉동기계기사 공기조화의 기본과 습공기선도(사이코메트릭 차트) 매우 간략 요약

상태변화가 발생에 따른 습공기 선도 분석

 1. 현열 난방 - 절대 습도가 일정하다고 봄

   (1) OA가 들어와서 Heating Coil에 의해 가열이 되는 상황임

     Q = m dot ( kg/s) * (h2-h1) [kJ/kg] = [kJ]

     근데, 옛날 버전으로는 이걸 kcal /kg K 로 많이 썼다고 함

     m dot (kg/s) = ρ (kg/m^3) * V dot (m^3 / s) 라서

     Q= mdot * h = ρ Vdot * h = ρ Vdot * cp * dt 

 

     Q = 1.2 [kg/m^3] * 0.24 [kcal / kg K ] * V dot [m^3/s] * (t2-t1) [K] = [kcal/s] = 변환하면 [kW]로 나옴

   

   (2) 현열 냉방 - 이 것도 절대습도가 일정하다고 봄 (위에랑 같은데, 방향만 다름) 

 

   (3) 가습 (위로 쭉 감) 

    이것도 기본적으로 공식은 똑같음 q=m dot * dh

    근데, 이건 습도의 차로 열량을 정해줘야함, 우리는 항상 q=mdot * dh로만 봤었는데, 습도로 어떻게 쪼개지? 를 생각해보면

    q = ρ (kg/m^3) V dot (m^3/s) (h2-h1)  = 1.2 (kg/m^3) V dot (m^3/s) (h2-h1) 으로 먼저 나타낼 수 있음

 

    이게 근데, 건공기에서는 온도가 올라가는 것에 대해서는 m dot cp dt로 근사할 수 있는데

    습공기에서는 '대기 중'에 습도가 추가 되었다는 것은 그 일정량의 절대 습도 (중량) 만큼 물을 '증발'시켰다는 말임

    그래서 습도가 추가된 열량을 구하려면 '증발잠열'을 통한 공식을 통해 열량을 구해야함. 

 

    → q = m dot _ air [kg(사실은_air) / s] * (x2 - x1) [kg / kg air] * (증발잠열) [kJ/kg] 의 식으로 나타냄  

     HVAC에서는 이게 대기 중 수증기의 량은 극히 적기 때문에 m dot _ air = m dot _ (air + water)으로 근사해서 본다고 함.

 

    → 그래서 q = ρ Vdot * (x2-x1) * (증발잠열) 로 나타낼 수 있고

                   q = 1.2 [kg_air /m^3] * 579.5 [kcal/kg_air] * V dot [m^3 / s] * (x2-x1) [kg_water / kg_air] 이어서

                   q = kcal / s 이 됨 (단위 변환 하면 kW 인 셈)

 

     (4) 그럼 가열 + 가습은 오른쪽으로 갔다가 위로감

      1) q_가열 = m dot (h2-h1) = 1.2 [kg/m^3] * 0.24 [ kcal / kg K ] * (h2-h1)

      2) q_가습 = m dot (h3-h2) = 579.5 [kcal / kg] * Vdot [ m^3/s] * (x3-x2) [kg / kg_air] 

           * 가습한 량은 L = m dot [kg (_air) /s] * (x3-x2) [kg / kg_air] 임.

            전체 공기가 지나간 질량 유량에 대한 절대습도의 량을 곱해주면 그 만큼이 가습량

      3) q 전체 = m dot ( h3-h1) = q_가열 + q_가습

      4) 현열비 (SHF) = 현열 / 전열 = 현열 / (현열 + 잠열) = q dot_가열 / (q dot_가열 + q dot_가습) 

                                = (h2-h1) [kJ/kg] / (h2-h1) + (h3-h1) [kJ/kg] 

      5) 열수분비 : u = dh/dx = h3-h2 / x3-x2

 

   (5) 각종 가습의 방법  (heating coil 뒤에 해줌)

    1) 순환수가습 (냉수가습) 

    2) 온수가습 

    3) 증기가습

 

    증기가습만 가열되면서 가습된다는 점에 유의

 

   (6) 혼합과정

    혼합되면 내분점 구하듯이 특성을 구하면 된다. 

    전체 값은 공기 유량이 된다. (전체 값은 질량이 보존되므로)

    mdot_3*t3 = mdot_2*t2 + mdot_1*t1

    t3 = mdot_2*t2 + mdot_1*t1 / (mdot_3) 

 

   t자리에 엔탈피가 와도 되고 뭐 습도가 와도 되고.. 다 가능 

  

혼합 공기에 대한 상태변화

 (1) 습코일, 건코일

   1) 습코일 : 습도변화가 있음 (표면에 응축됨) 

   2) 건코일 : 습도변화가 없음 (단순 현열 변화만 있음)

 

(2) Bypass factor (BF) : 코일에 다 닿지 못하고 그냥 지나가는 공기의 비율

  1) BF가 작을 수록 좋다. 이를 위해 코일이 촘촘해야한다.

  근데, 또 코일이 너무 촘촘하면 코일 (배관) 쪽에서 pressure drop이 강해서 효율이 안 좋아지는 포인트가 생긴다.

 

  2) BF = (BF된 정도) / (전체 포화도에 따른) = (h2- hs) / (h1-hs) = (t2-ts) / (t1-ts) = (x2-xs) / (x1-xs) 

  3) 거꾸로 그럼 Contact factor = Contact 된 정도 / 전체 포화도에 따른

           = (h1-h2) / (h1-hs) = (t1-t2) / (t1-ts) = (x1-x2) / (x1-xs) 

     * 기출에서 한 번 ts (노점온도)가 아니라 습구온도로 구하는 경우가 있었는데, 

      노점온도는 상대습도 100%일 때의 온도이므로 습구온도랑 같다고 볼 수 있어서 그렇게 계산할 수 있는 듯

 

(3) 혼합 상태변화

  1) 혼합 냉각

   냉각은 여름(고온, 고습)에서 시작 됨

   RA는 대충 저온 저습이라 왼쪽 아래 있음

   섞이는 mA는 그 중간 어디임

   냉각은 제습과 함께함 아래로 감

   EA 혹은 RA로 가는 그 공기는 다시 살짝 가열 가습되면서 1번이 됨

   

   2) 재열을 할 경우도 있음 (계속 냉각을 하면 안에가 너무 차가움)

    그럼 reheater에 의해 냉각제습된 공기가 살짝 오른쪽으로 향함 (습도 변화 없이 가열)

    그리고 그 공기가 1번으로 우상향

 

   3) 혼합, 가열, 가습 인 경우

    OA는 겨울철이니 왼쪽 아래 어디에 있을 것임

    RA는 다 되고 나온 친구이니 오른쪽 위에 어디 있을 것임

    mA는 그 중간 어디에서 만남

    가열되어야 하므로 오른쪽 으로 쭉 감

    여기서 가습을 해주는데 위에서 말한 가습의 종류 중

     순환수가습 (냉수가습), 온수가습, 증기가습 중 하나의 형태로 가습을 함

    증기가습일 때는 우상단으로 감, 나머지는 좌상단

    그리고 나서 RA로 갈 때, 바깥이 저온 저습이니 뭔가 뺏기면서 냉각제습되면서 1번으로 감

 

    4) 예냉 혼합, 냉각 감습 (여름)

    이게 냉방사이클 계속 돌리는 것 보다 앞에서 pre cooler라고 OA를 조금 냉각 시켜 놓고 그 다음 냉방사이클 돌리는 것임

    그러니까 OA는 여름이니 오른쪽 위에 어디 있을 것임 (고온 고습)

    근데, 이걸 pre cooler로 돌려버리니 일단 좌하단으로 조금 이동함

    그게 RA랑 만나야함.

    RA는 적당히 차가워진 제습된 공기임 (①)

    pre cooler로 인해 좌 하향으로 향하던 공기 어디즈음 (③)과 만나서 

    mA (④)가 됨.

    그게 그대로 냉방되니 다시 좌 하향 하는 선도가 나오고 그게 SA/ IA가 됨 (⑤)

    그게 실내에서 적당히 열과 수분을 뺏어오면서 (혹은 밖이 고온 고습이니) 우상향하면서 RA가 됨

 

   5) 예열 혼합, 가열 가습 (겨울)

    이건 OA가 왼쪽 저 아래 어디서 부터 시작함 (저온 저습이니)

    그런데, Pre heater로 한 번 뎁혀줌

    그럼 오른쪽으로 살짝와짐 (가열만 하였으니) (③)

    RA는 적당히 가열 가습된 괜찮은 공기 (①) 

    그게 섞여서 mA가 됨 (④) 

    그 mA가 적당히 가습됨 (이 것도 가습 종류에 따라 약간 달라지긴 하지만) 

    일단, 온수 가습이라고 하고 좌 상향 했다고 봄 (⑤) 

    그걸 다시 메인 Boiler로 뎁혀줌 → 오른쪽으로 감 (⑥)

    그게 다시 겨울이니 열 뺏기면서 적당히 왼쪽으로 가면서 RA의 형태(①)로 감

 

   6) 혼합 냉각, 바이패스

    이게 RA를 oA와 섞으면서 100% 여기다가 넣지 않고 cooling coil뒤에다가

    약간 더운 공기를 집어 넣어 준다. (cooling coil 계속 통과하면 실내가 과도하게 차가워짐)

     

유튜브 에듀강 닷컴 강의를 참고하였음