표준·실제 냉동사이클

정의와 두 사이클

표준 냉동사이클은 압축기 흡입이 포화 증기인 이상적 증기압축 사이클이다.

실제 사이클은 배관 압력손실, 열손실, 비가역 압축, 과열과 과냉을 더한 운전 상태다.

두 사이클은 P-h 선도에서 비교해야 성능 저하 원인을 설명할 수 있다.

표준 사이클의 네 과정

냉매는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 차례로 순환한다.

압축은 등엔트로피, 팽창은 등엔탈피 교축 과정으로 본다.

이 네 과정을 P-h 선도에서 상태점 1에서 4까지 따라가면 사이클이 완성된다.

실제 사이클의 손실 요인

실제 사이클은 표준 사이클에 세 가지 손실을 더해 해석한다.

압력강하는 증발압력을 낮추고 응축압력을 높이는 방향으로 작용한다.

열손실은 흡입관에서 열을 얻으면 과열을 키워 냉매 순환량을 줄인다.

비가역 압축은 엔트로피를 키워 토출 엔탈피와 압축일을 늘린다.

과열도와 과냉도

과열도는 증발기 출구 증기가 그 압력의 포화온도를 넘는 정도다.

과냉도는 응축기 출구 액이 그 압력의 포화온도보다 낮은 정도다.

두 값은 방향이 반대이므로 함께 관리해야 운전 상태를 판단한다.

COP 비교 예제

가상의 예로 증발 온도 -10℃, 응축 온도 40℃ 조건을 가정한다.

표준 사이클은 냉동효과 1,200 kJ/kg, 압축기 일 300 kJ/kg이다.

배관 압력강하와 열침입으로 냉동효과는 1,100, 압축기 일은 340 kJ/kg이 된다.

그 결과 COP는 약 19% 줄어든다.

채점에서 자주 틀리는 부분

채점에서 자주 틀리는 네 가지를 짚는다.

첫째, 실제 압축을 등엔트로피 과정으로 그리는 실수다.

둘째, 압력강하를 증발과 응축 양쪽에 같은 방향으로 적용하는 실수다.

셋째, 과열도와 과냉도를 혼동하는 실수다.

넷째, 열손실의 방향을 잘못 쓰는 실수다.

정리

정리하자. 표준 사이클은 이상 모델이고 실제 사이클은 손실을 더한 것이다.

P-h 선도에서 두 사이클을 비교하면 성능 저하 원인을 설명할 수 있다.

설계에서는 손실을 보정해 계산하고 과열도와 과냉도를 관리해야 한다.