공기조화 및 냉동
(Air Conditioning Engineering and Refrigeration)
가천대학교
기계공학과
강의계획서
산업용 및 일상생활의 다방면에 걸쳐 광범위하게 사용 되는 냉동과 공기조화의 기초이론을 배우면서 열공학적 인 지식을 습득한다. 냉동공학에서는 냉매, 증기압축냉 동사이클, 열펌프, 냉동기의구성, 흡수냉동사이클 등을 다루고, 공기조화에서는 습공기의 상태량과 공기조화과 정, 습공기선도, 냉방부하 및 난방부하의 계산방법을 이 해하고, 실제 설계에 응용할 수 있는 능력을 배양한다.
- 본 과목은 열공학적인 기본지식이 필요함 으로써 열역학 및 열전달의 내용을 병행해 서 학습이 이루어진다면 학습효과는 증대 될 것으로 사료됨.
- 냉동 및 공기조화에 관련된 설계 프로젝트 수행 및 발표
- 출석사항으로 4주이상 결석시는 학점인정 불가함.
- 평가 : 중간 30점, 기말 30점 평소 20점(+α), 출석 20점 - 학점 : 3학점
주차 수업내용 과제
1 수업방법소개 (수업내용,설계과제등)
2 제1장 냉동의 기초이론 (단위,열역학기초), 과제선정내용 발표
-냉동/공기조화 설계 과제선정 3 제1장 냉동의 기초이론 (열전달기초)
4 제2장 냉동의 원리와 방법
(냉동방법,냉매, 냉매의 표기방법 등)
- 설계내용 점검 및 지도 5 제3장 냉동사이클 (역카르노사이클, 1단 및 2단
압축냉동사이클, 2원냉동사이클)
- 설계내용 점검 및 지도 6 제4장 냉동의 주요구성기기
(압축기, 응축기, 증발기, 팽창밸브) - 응용문제풀이 7 제5장 부속기기
(수액기, 냉각기, 드라이어, 제상장치 등)
8 중간고사
9 표준냉동기 장비활용(실습)
10 제6장 흡수식 및 빙축열시스템 (암모니아-물 흡수냉동기,물-리튬브로마이드 흡수냉동기)
11 제6장 흡수식 및 빙축열시스템 (축열식냉동기) - 설계내용 점검 및 지도 12 제11장 습공기 성질 과 선도 (습공기, 습공기선도) - 설계내용 점검
및 지도 13 제11장 공기조화
(습공기의 혼합, 난방,냉방, 가습 등) - 응용문제풀이 14 제12장 냉방부하 계산법
제13장 난방부하 계산법
15 설계과제 최종발표 및 평가 - 최종보고서
16 기말고사
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[ 공기조화 및 냉동에 관련된 과제 수행 ]
(1) 과제 내용 (예. 냉동기, 공기조화, 열교환기 등)
- 과목에 대한 기초지식을 숙지하여 공기조화 및 냉동에 관련된 설계 능력 배양
(2) 조 편성은 2-3명 정도
(3) 공기조화 및 냉동의 기본지식을 배경으로 실제 응용할 수 있는 내용으로 설계할 수 있는 과제 선정 ( 참고문헌, 논문 및 정보조사를 통한 과제선정)
(4) 과제선정(과제계획서) : 4주째 (A4 1매로 제출)
① 과제주제(조원명단)
② 과제 선정동기 및 필요성
③ 연구진행방법
④ 예측되는 결과를 돌출해야 할 내용 ⑤ 참고문헌 등
(5) 발표는 7주째, 15주째 실시 (파워포인트로 발표)
(6) 조별 과제 결과 1건씩 제출 (레포트는 파워포인트로 작성된 결과물로 10페이지 이상 작성)
① 과제의 목적 및 필요성 ② 과제 내용(이론적인 배경, 계산식 유도 등) ③ 연구결과
④ 결론
⑤ 참고문헌
* 레포트 제출
- 설계과제선정내용, 중간고사전, 기말고사전, 설계과제 : 4건 제출
- 설계과제가 우수한 조에게는 성적에 가산점(+α) 부여
[1차 : 냉동의 기초이론 ]
1. 단위 및 기본 용어
1-1 온도 : 물체의 온냉의 정도
‣ 섭씨(Centigrade) : 표준대기압의 물의 빙점(0℃)과 증기점(stream point 100℃) 사이를 100등분하여 1℃로 정함.
‣ 화씨(Fahrenheit) : 180등분하여 1℉로 정함. (빙점→32℉ , 증기점→ 212℉) * 관계식 ,
‣ 절대온도
① 캘빈(Kelvin)온도의 빙점 : 물의 3중점(3상이 공존하는 영역)을 273.15K (빙점: 273.15K, 비등점: 373.15K) ② 랭킨(Rankine)온도의 빙점 : (빙점: 491.67R, 비등점: 671.67R)
③ 절대영도 : 분자운동이 멈추는 열역학적 최저의 온도 (-273.15℃, 0K, -459.67F, 0R)
* 관계식 ,
[온도눈금 관계]
1.2 열(heat)
1.2.1 열평형 : 열역학 제0법칙(온도평형에 관한 법칙)
두 개의 물체가 또 다른 물체와 서로 열평형을 이루고 있으면 그 두 물체는 서로 열평형상태에 있다.
1.2.2 열량
- 1kcal: 표준대기압(0℃, 1atm)하에서 4℃ 순수한 물 1kgf를 1℃ 올리는데 필요한 열량
공학단위 [kcal], SI단위 [Joule(J)]: 1N의 힘을 작용시켜 1m의 변위가 일어나게 하는 1N.m의 일 ▼ Btu(British thermal unit) : 순수한 물 1lbf를 1℉ 높이는 데 필요한 열량
1 Btu = 0.4536kgf × 5/9℃ = 0.252kcal 1 kcal = 2.2046 × 9/5 = 3.968 Btu
▼ Chu(Centigrage heat unit) : 1lbf 의 순수한 물을 1℃높이는 데 필요한 열량 1 Chu = 0.4536kgf × 1℃ = 0.4536kcal, 1 kcal = 2.2046× 1 = 2.205 Chu
kcal Btu Chu kJ
1 3.968 2.205 4.18673
0.252 1 0.5556 1.05504
0.4536 1.800 1 1.89908
0.23885 0.94783 0.52657 1
1.2.3 비열(Specific heat)와 열용량
- 비열 : 단위질량의 물질의 온도를 1℃ 높이는데 필요한 열량 (단위: kcal/kg.℃, kJ/kg.K) - 열용량 : 질량을 1℃ 높이는데 필요한 열량, ,
- 물에 열을 가하여 상태 1에서 상태 2로 변했을 때 공급한 열량
- 비열은 실제로 온도에 따라 증가함으로 평균비열은,
[열량의 상호관계]
1.2.4 현열과 잠열
‣ 감열(Sensible heat, 현열) : 물체의 온도변화에 소요되는 열량
‣ 잠열(Latent heat) : 등압하에서 액체를 가열할 때 온도는 변화하지 않고 포화액체가 포화증기로 변할 때 생기는 열량
- 융해열 : 등압하에서 고체가 액체로 변할 때 필요한 열량 (얼음 0℃의 융해잠열 79.67≒80kcal/kgf) - 증발(잠)열 : 물의 100℃ 증발잠열 539.67≒540kcal/kgf
- 승화열 : 고체가 등압하에서 액체를 거치지 않고 기체로 변하는데 필요한 열량 (나프타렌, 이산화탄소 등 상온상압에서 승화한다.)
그림 1-1 물의 상태변화와 현열 및 잠열
예제1-1&1-2
[동력과 열량과의 관계]
(1) 동력 : 단위시간에 하는 일, SI단위에서 W(Watt)
(2) 열량과 동력의 관계
1.2.5 냉동능력
‣ 1 냉동톤(RT, Refrigeration Ton) : 0℃의 물 1ton을 24시간동안에 0℃ 얼음으로 만드는데 필요한 능력
1 Btu = 0.4536kgf × 5/9℃ = 0.252kcal 1 kcal = 3.968 Btu
