냉동기의 성적계수 및 냉동톤(냉동능력), 법정냉동능력과 표준냉동사이클

냉동기의 성적계수(COP)와 냉동능력

 

냉동기의 성적계수는 냉동기나 열펌프의 성능을 표시하는 무차원수인데, 냉동기의 동작계수 또는 성능계수라고도 부른다. 성적계수는 냉동기가 가동되면서 발휘되는 냉동출력과 이를 위해 소비되는 에너지의 비율로 나타내며, 이로 인해 자동차의 연비와 같이 냉동기의 효율을 나타내는 가장 기본적인 지표이다.

냉동기의 성적계수(COP)

냉동기의 COP는 p-h선도에서 각 지점에의 엔탈피(h)나 출입하는 열량(Q), 또는 온도(T)의 변화량의 비율로 다음과 같이 계산할 수 있다.

• 냉동효과 : 증발기에서 냉매 1kg이 주위로부터 흡수한 열량[kcal/h]
  
  \(q_e=h_1-h_4\)
  
  
• 압축일 : 압축기에서의 열량(kcal/h]
  
  \(A_w=h_2-h_1\)
  
  
• 냉동능력 : 1시간 동안 증발기에서 흡수하는 열량[kcal/h]
  
  냉동능력=\(q_e×G\)
  \(q_e\) : 냉동효과[kcal/h]
  \(G\) : 냉매순환량[kg/h]
  
  
• 증기압축식 냉동기의 성적계수(\(COP_R\))
  
  \(COP_R=\frac{냉동효과(q_e)}{압축일(Aw)}=\frac{h_1-h_4}{h_2-h_1}=\frac{Q_1}{A_W}=\frac{Q_1}{Q_2-Q_1}=\frac{T_1}{T_2-T_1}\)
  
  
• 열펌프(heat pump)의 성적계수(\(COP_H\))
  
  \(q_e=h_2-h_3\) : 방출열량
  \(COP_H=\frac{q_c}{A_w}=\frac{h_2-h_3}{h_2-h_1}=\frac{(h_2-h_1)+(h_1-h_4)}{h_2-h1}=1+COP_R\)

 

냉동능력, 냉동톤(RT : refrigeration ton)

1. 1 RT
   0℃의 순수한 물 1ton을 24시간 동안에 0℃의 얼음으로 만드는 데 필요한 냉동능력(얼음의 융해잠열 : 79.68kcal/kg)
   
   1 RT = \(\frac{79.68kcal/kg × 1,000kg}{24h}\)=3,320kcal/h=3,860W
   
   
2. 1 USRT
   32℉의 순수한 물 1ton(2,000lb)을 24시간 동안에 32℉의 얼음으로 만드는 데 필요한 열량(알음의 융해 잠열 : 144BTU)
   
   1 USRT=\(\frac{144BTU×2,000lb}{24h}\)=12,000BTU/h=3,024kcal/h
   
   USRT는 미국이나 영국 등에서 사용하는 냉동능력이나, 현업에서는 미국산 장비가 많아 냉동기의 냉동능력을 표시할 때 거의 대부분 USRT를 사용하고 있음. 또한 이로 인해 표기 중 USRT에서 US를 생략하고 RT로 줄여 표기하는 사례가 많으므로 표기가 불분명한 경우에는 확인할 필요가 있음(1RT=약 1.1USRT)
   
   
3. 냉동단위의 환산
   

   구분	kcal/h	BTU/h	RT	USRT	kw	HP
   1USRT=	3,024	12,000	0.91	1	3.571	4.69
   1RT=	3,320	13,174	1	1.097	3.861	5.149

   HP는 동력 단위인데 이론상 열량으로 환산할 경우 1HP=641kcal/h이므로, 1HP = 641kcal/h = 0.21USRT
   
   
4. 공냉식 에어컨 실외기의 마력
   실무에서 공냉식 에어컨이나 히트펌프의 냉방능력을 표현할 때 종종 에어컨 압축기의 전동기 출력(HP)으로 표현하는 경우가 있음. 이 때 이야기하는 00마력짜리 실외기는 단지 압축기의 전동기 전원 용량을 표현한 것이므로 위의 HP 열량환산(1HP=641kcal/h)과 혼동해서는 안됨.
   
   대부분 업체의 실외기 사양에서 압축기의 전동기 전원 1마력당 약 2,500kcal/h의 냉방능력을 발휘하는 것으로 판단하면 무리가 없음. 예를 들면 10HP짜리 실외기는 10×2,500=25,000kcal/h/3,024=8.3RT 정도의 냉방능력을 발휘할 수 있음.

법정 냉동능력, 표준 냉동 사이클

증발온도, 응축온도 등 조건에 따라 냉동기의 성능은 다르게 나타난다. 따라서 동일한 조건(표준 냉동 사이클)에서의 냉동능력을 표시할 필요가 있는데 이를 법정냉동능력이라고 한다. 표준 냉동 사이클의 조건은 아래와 같다.

• 응축온도 : 30℃
• 증발온도 : -15℃
• 압축기 흡입상태 : -15℃(건포화증기)
• 과냉각도 : 5℃(팽창밸브 직전 액의 온도 25℃)

 

 

건축기계설비에 대한 이해와 운전관리

직무 능력 향상을 위한 『건축기계설비에 대한 이해와 운전관리』. 물질의 성질과 단위에서부터 시작하여 송풍기, 펌프, 베어링, 전동기, 밸브, 보온, 공기조화, 덕트, 환기, 공조배관, 공기조화기, 터보 냉동기, 흡수식 냉동기 등의 내용이 수록되어 있다.

저자

연규문

출판

예문사(백원열)

출판일

2014.04.10

이 글은 건축기계설비에 대한 이해와 운전관리(예문사)에서 가져왔습니다