냉동사이클 성능 계산

성능 계산의 정의

냉동사이클 성능 계산은 냉동능력과 압축일을 엔탈피 차로 구하는 과정이다.

그 비로 성능계수 COP를 얻는다. 냉동사이클의 COP는 1을 넘을 수 있다.

핵심은 상태점의 엔탈피 값을 정확히 읽는 것이다.

냉동사이클의 구성

냉동사이클은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 네 요소로 구성된다.

냉매는 증발기에서 열을 흡수하고 응축기에서 열을 방출하며 순환한다.

상태점 1부터 4까지의 엔탈피 값이 냉동능력과 압축일을 정한다.

세 가지 핵심 식

냉동능력은 단위 질량 냉매가 증발기에서 흡수하는 열량이다.

압축기 소요일은 압축기 출구와 입구의 엔탈피 차이다.

성능계수는 냉동효과를 압축일로 나눈 값이다.

열을 저온에서 고온으로 옮기므로 COP는 1을 넘을 수 있다.

팽창밸브 전후 엔탈피는 같다.

예제 계산

예제로 암모니아 압축기의 냉동능력과 축동력을 구해 보자.

행정체적에 체적효율을 곱해 토출량을 구하고, 비체적으로 나누어 순환량을 구한다.

냉동능력은 순환량에 냉동효과 h1 − h4를 곱한 값이다.

축동력은 압축일에 순환량을 곱한 값을 기계효율로 나눈다. 압축효율은 이미 h2에 반영되어 있다.

COP는 3.9로, 암모니아 냉동기의 일반적 범위 2~5 안에 든다.

흔한 실수

성능 계산에서 자주 틀리는 실수는 네 가지다.

첫째, 증발기 출구와 압축기 출구의 엔탈피를 바꿔 쓰는 실수다.

둘째, 단위를 맞추지 않는 실수다. rpm의 시간 환산을 빠뜨리기 쉽다.

셋째, 효율을 잘못된 위치에 적용하는 실수다. 체적효율은 토출량에 쓴다.

넷째, 과냉각을 무시하는 실수다. 과냉각이 있으면 냉동효과가 커진다.

답안에는 상태점과 엔탈피 대응표를 먼저 정리하는 것이 좋다.

정리

정리하면 냉동능력과 압축일을 엔탈피로 구하고 COP로 비교한다.

냉동능력은 m(h1 − h4), 압축일은 h2 − h1로 구한다.

효율은 토출량, 압축일, 축동력 순서로 각각 적용한다.

이 계산 흐름은 기출 문항에 반복되므로 순서를 익혀 두자.