[공조냉동기계기술사 제140회 3교시 5번]

3교시 5번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분

냉방장치, 난방장치에 대한 열평형식과 물질평형식에 대하여 설명하시오.

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답안 구조

  1. 개요
  2. 열 및 물질 평형식의 기본 개념
  3. 냉방 장치의 열 및 물질 평형식
  4. 난방 장치의 열 및 물질 평형식
  5. 평형식 적용 시 고려사항
  6. 결론

용어 정의

열평형식
시스템으로 유입되는 열량과 유출되는 열량이 평형을 이루는 관계를 나타내는 식. 에너지 보존 법칙에 기반하며, 주로 유체의 엔탈피 변화를 고려한다.
물질평형식
시스템으로 유입되는 물질량과 유출되는 물질량이 평형을 이루는 관계를 나타내는 식. 질량 보존 법칙에 기반하며, 특정 성분의 질량 보존에도 적용된다.
제어체적
유동 시스템에서 질량과 에너지가 이동하는 공간으로, 열 및 물질 평형식을 적용하기 위해 설정하는 가상의 경계 영역이다.

핵심 내용

  • 열역학 제1법칙 및 질량 보존 법칙 적용
  • 제어체적(Control Volume) 설정 및 경계 조건
  • 냉방 장치(증발기, 응축기 등)에서의 열 및 물질 이동
  • 난방 장치(보일러, 열교환기 등)에서의 열 및 물질 이동
  • 정상 상태(Steady-State) 조건 가정
  • 현열 및 잠열 변화의 고려

공식: ∑m˙in=∑m˙out\sum \dot{m}_{in} = \sum \dot{m}_{out}, ∑m˙inhin+Q˙in=∑m˙outhout+Q˙out\sum \dot{m}_{in}h_{in} + \dot{Q}_{in} = \sum \dot{m}_{out}h_{out} + \dot{Q}_{out}, Q˙cooling=m˙air(hin−hout)\dot{Q}_{cooling} = \dot{m}_{air}(h_{in} - h_{out}), Q˙heating=m˙air(hout−hin)\dot{Q}_{heating} = \dot{m}_{air}(h_{out} - h_{in}), m˙airωin+m˙water,add=m˙airωout+m˙water,removed\dot{m}_{air}\omega_{in} + \dot{m}_{water,add} = \dot{m}_{air}\omega_{out} + \dot{m}_{water,removed}

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출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)

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