치는 영향이 크기 때문이다. 무착상 조건에서 실외온도가 25oC에서 35oC로 증가하 였을 때 고온측 증발기의 냉방용량은 약 22.9% 감소하였으며, 기본조건에서 서리성 장에 따른 총 냉방용량이 10%, 20%, 30% 감소하였을 때의 각각의 고온측 증발기의 냉방용량은 약 21%, 21.8%, 19.7%씩 감소하였다. 고온측 증발기의 경우 서리에 대 한 영향이 낮아 냉방용량이 크게 차이가 나지 않지만 저온측 증발기의 경우 Fig.
4.14에서 볼 수 있듯이 서리성장에 따른 성능변화가 크게 나타난다. 실외온도가 30oC일 때 무착상 조건과 총 냉방용량이 30% 감소하였을 때의 냉방용량 차는 약 3.02 kW로 상대적으로 큰 차이를 갖는 것으로 나타났다. 또한, 실외온도가 증가할 수록 저온측 증발기의 냉방용량은 증가하는데 이는 고온측 증발기의 경향성과 반 대로 저온측 증발기로 유입되는 질량유량의 증가율이 엔탈피차 감소율보다 크기 때문이다. 따라서 무착상 조건에서 저온측 증발기의 냉방용량은 실외온도 10oC 증 가하였을 때 약 0.6% 증가하였으며, 총 냉방용량이 10%, 20%, 30% 감소하였을 때 의 저온측 증발기의 냉방용량은 각각 17.6%, 15.5%, 16.6%씩 증가하였다. 따라서 실 외온도가 25oC에서 35oC로 증가할 때 고온측 증발기의 냉방용량 감소율이 저온측 증발기의 냉방용량 증가율보다 크게 나타나 총 냉방용량은 감소하는 것으로 나타 났다. 실외온도 변화에 따른 무착상 조건에서의 총 냉방용량은 약 10.7% 감소하였 으며, 착상조건에서 총 냉방용량이 10%, 20%, 30% 감소하였을 때의 총 냉방용량의 변화 감소정도는 각각 3.1%, 6.3%, 6.9%로 나타났다.
실외온도 변화에 따른 압축기 소요동력 변화를 Fig. 4.15에 나타내었다. 실외온도 가 증가할수록 고단 및 저단측 압축기의 질량유량 및 압력비 증가로 인해 압축기 소요동력은 증가한다. 무착상 조건에서 실외온도가 25oC에서 35oC로 증가하였을 때 고단 및 저단측 압축기 소요동력은 각각 19%와 2.2% 정도 증가하였다. 본 연구에 서 서리성장에 따른 총 냉방용량이 10%, 20% 30% 감소하였을 때의 압축기 소요동 력은 무착상 조건일 때와 유사한 결과 값을 보이는데 이는 서리가 성장함에 따라 저온측 증발기 출구가 이상상태일 때 본 연구에서는 저단측 압축기 입구로 유입되
는 냉매의 상태는 포화상태로 가정하여 성능해석을 수행하였기 때문이다. 본 연구 에서 실외온도가 증가함에 따라 총 압축기 소요동력은 약 15.8% 증가하는 것으로 나타났다.
Fig. 4.16은 실외온도 변화에 따른 성능계수(COP, coefficient of performance) 변 화를 보여주고 있다. 모든 조건에서 실외온도가 증가함에 따라 성능계수는 감소하 는데 이는 앞에서 설명한 것과 같이 총 냉방용량은 감소하고 압축기 소용동력은 증가하기 때문이다. 또한 무착상 조건과 서리성장에 따른 성능계수 값이 큰 차이를 보이는데 이는 저온측 증발기의 냉방용량에 의한 차에 주요하게 기인한다. 실외온 도가 30oC일 때 무착상 조건과 총 냉방용량이 30% 감소하였을 때의 성능계수차는 약 0.42로 약 30% 정도 차이가 나는 것으로 나타났다. 실외온도가 25oC에서 35oC로 10oC 증가하였을 때 무착상 조건에서의 성능계수는 약 22.9% 감소하였으며, 서리성 장에 의한 총 냉방용량이 10%, 20%, 30% 감소하였을 때의 성능계수는 각각 16.1%, 18.9%, 19.4%씩 감소하는 것으로 예측되었다.
Fig. 4.17은 실외온도에 따른 질량유량비의 변화를 나타내었다. 질량유량비는 총 질량유량에서 각단의 질량유량을 나눈 값으로 다음과 같이 표현된다.
(4-4)
실외온도가 증가할수록 모든 조건에서 중간 및 저단측의 질량유량이 증가하여 총 질량유량도 증가하는 것으로 나타났다. 무착상 조건에서 총 질량유량은 약 7.27%
증가하였으며, 서리성장에 따른 총 냉방용량이 10%, 20%, 30% 감소하였을 때의 총 질량유량은 각각 7.45%, 7.38%, 7.42%씩 증가하였다. 실외온도가 25oC에서 35oC로 2.5oC씩 증가하였을 때 중간단의 질량유량비의 경우 모든 조건에서 증가하지만 저 단측의 질량유량비의 경우 감소하는 경향성을 나타냈다. 이는 실외온도가 증가할수
록 무착상 조건에서 저단측 질량유량은 약 4%, 총 냉방용량이 10%, 20%, 30% 감소 하였을 때의 저단측 질량유량은 각각 2.5%, 2.76%, 2.1% 정도씩 증가하는 것에 반 해 무착상 및 총 냉방용량이 10%, 20%, 30% 감소하였을 때의 중간단 질량유량은 각각 8.7%, 9.75%, 9.54%, 9.4%씩 증가하였기 때문이다. 따라서 실외온도가 증가함 에 따라 무착상 및 총 냉방용량이 10%, 20%, 30% 감소하였을 때의 중간단의 질량 유량비는 각각 1.35%, 2.14%, 2%, 1.9%씩 증가하였으며 저단측의 질량유량비는 3.1%, 4.56%, 4.3%, 4.05% 정도씩 감소하는 것으로 예측되었다.
앞선 실외온도에 따른 P-h 선도에서 압력비에 대한 언급을 하였지만 사이클에 서 압력비는 중요한 변수임으로 Fig. 4.18에 실외온도에 따른 압력비 변화를 자세히 보여주었다. 본 연구에서는 실외온도가 증가함에 따라 고압단의 압력이 중간단 및 저압단의 압력보다 상대적으로 크게 증가하였다. 이에 따라 무착상 및 총 냉방용량 이 10%, 20%, 30% 감소하였을 때의 고단측 압축기의 압력비는 각각 16.9%, 16.8%, 16.8%, 16.9%씩 크게 증가함을 보였으며, 저단측 압축기의 압력비는 3.3%, 2.6%, 2.4%, 2.15% 정도씩 증가하는 것으로 예측되었다.
Fig. 4.13 Cycle variation with outdoor temperature on pressure-enthalpy diagram.
25.0 27.5 30.0 32.5 35.0
2 4 6 8 10 12 14 16
C o o lin g c ap ac it y( kW )
Outdoor temperature(
oC)
Qfrostless Q-10% of frostless Q-20% of frostless Q-30% of frostless
QHigh-temp. QHigh-temp. QHigh-temp. QHigh-temp.
QLow-temp. QLow-temp. QLow-temp. QLow-temp.
QTotal QTotal QTotal QTotal
Fig. 4.14 Variation of cooling capacity with outdoor temperature.
25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 -1
0 1 2 6 8 10
Qfrostless Q-10% of frostless Q-20% of frostless Q-30% of frostless
W2nd-stage W2nd-stage W2nd-stage W2nd-stage
W1st-stage W1st-stage W1st-stage W1st-stage
WTotal WTotal WTotal WTotal
C o m p re ss o r w o rk (k W )
Outdoor temperature(oC)
Fig. 4.15 Variation of compressor work with outdoor temperature.
25.0 27.5 30.0 32.5 35.0
0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
C O P
Outdoor temperature(oC)
Qfrostless Q-10% of frostless
Q-20% of frostless
Q-30% of frostless
Fig. 4.16 Variation of COP with outdoor temperature.
25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 0.0
0.2 0.4 0.6 0.7 0.8
M as s fl o w r at e ra ti o
Outdoor temperature(oC)
Qfrostless Q-10% of frostless Q-20% of frostless Q-30% of frostless
mmiddle/mtotal mmiddle/mtotal mmiddle/mtotal mmiddle/mtotal mlow/mtotal mlow/mtotal mlow/mtotal mlow/mtotal
Fig. 4.17 Variation of mass flow rate ratio with outdoor temperature.
25.0 27.5 30.0 32.5 35.0
1 2 3 4
Qfrostless Q-10% of frostless Q-20% of frostless Q-30% of frostless
Phigh/Pmiddle Phigh/Pmiddle Phigh/Pmiddle Phigh/Pmiddle Pmiddle/Plow Pmiddle/Plow Pmiddle/Plow Pmiddle/Plow
P re ss u re r at io
Outdoor temperature(oC)
Fig. 4.18 Variation of pressure ratio with outdoor
