[열동력실험] 히트 펌프를 이용한 냉난방 사이클 성능 실험

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2010.08.14 / 2019.12.24
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목차: 목 차

1. 시험에서 측정한 값을 성능 실험표에 기록하고 다음의 값들을 계산하시오.
1.1 Data 정리

1.1.1 고장난 gage pressure 알아내기

1.2 성능 계수 계산
1.2.1 엔탈피(h)값 구하기

1.2.2 냉방 모드 운전시
1.2.2.1 fan 속도가 느릴때
1.2.2.2 fan 속도가 빠를 때
1.2.3 난방 모드 운전시
1.2.3.1 fan 속도가 느릴때
1.2.3.2 fan 속도가 빠를 때
1.3 냉매 유량 계산

1.4 2차 유체(공기) 유량 계산
1.4.1공기 열량 기준

1.5 냉매와 공기유량에 대한 Discussion

2. 측정결과를 첨부된 압력-엔탈피 선도상에 나타내어 냉동사이클의 선도를 작성하시오.
2.1 냉방시 fan 속도가 느릴 때

2.2 냉방시 fan 속도가 빠를 때
2.3 난방시 fan 속도가 느릴 때

2.4 난방시 fan 속도가 빠를 때

3. 2 번에서의 사이클과 이상적인 사이클에 대해 비교하고 실제 사이클이 이상사이클과 차이가 나는 원인을 설명하시오.

3.1 1 → 2 구간 (압축기)

3.2 2 → 3 구간 (응축기)

3.3 3 → 4 구간 (팽창밸브)

3.4 4 → 1구간 (증발기)

4. 실험결과를 토대로, 외기 조건 변화에 따른 성능변화에 대하여 논하시오. (냉방용량, 난방용량, 성능계수 등)

5. 압축기입구의 냉매상태는 과열증기이고, 응축기 상태는 과냉각액이다. 이 때 증발기의 포화온도와 압축기 입구의 온도차를 과열도라고 하며, 응축기 포화온도와 팽창밸브 입구 온도차를 과냉도라고 하는데 이렇게 과열도와 과냉도를 일정 수준으로(0 보다 큰값으로) 유지하는 이유는 무엇인가?

6. 냉동사이클의 성능계수(COP)를 향상시키기 위한 방안은 무엇인지 서술하시오. 또한1의 냉각기와 열펌프 성능계수의 차이의 이상적인 값과 실제 값을 비교하여 서술하시오.

6.1 성능계수를 향상시키기 위한 방안
6.1.1 열교환기내의 변환

6.1.2 시스템(사이클)의 변환

6.2 냉각기와 열펌프성능계수의 차이의 이상적인 값과 실제 값을 비교

7. 압력 측정원리와 방법을 압력수준에 따라 분류하고 간단히 설명하시오.

본문내용: 1.1.1 고장난 gage pressure 알아내기
먼저 고장난 게이지를 찾아보자. 유동파이프내에서 손실이 없다면 압축기 출구와 응축기 입구, 응축기 출구와 팽창밸브입구, 팽창밸브 출구와 증발기 입구, 증발기 출구와 압축기 입구가 각각 같은 property를 가져야 한다. 하지만 대부분의 값이 유동파이프내에서의 손실 때문에 다른 값이 측정되었다. 그리고 이상적인 과정을 통해 일정한 압력에서 열교환이 이루어졌다면 열교환기 입출구의 압력값도 같아야 한다. 하지만 이것 역시 다르게 측정되었다. 그래서 어느 정도의 오차를 감안하여, ∓0.05정도의 차이는 정상으로 판단하기로 하고, 상대적으로 큰 오차를 갖는 값을 찾아보았다. 압축기 입출구의 압력과 비교해본 결과, 값이 가장 튀는 열교환기1번 입구의 압력게이지를 고장난 것으로 결론지었다.
그 이유는 다음과 같다. 난방에서 열교환기1번은 응축기로 작용하기 때문에 입구의 압력은 압축기 출구의 압력과 같은 값이 나와야 한다. 하지만 오차는 약 ∓0.1로써 정상적으로 측정되었다고 보기 힘들다. 열교환기1번이 증발기로 작동되는 냉방에서도 비교할 수 있다. 팽창밸브의 출구 압력값이 측정되지 않았기 때문에 열교환기1번 입구의 압력게이지를 직접적으로 비교할 데이터는 없지만, 1번 열교환기 입출구의 압력값 오차(∓0.17)가 다른 열교환기의 입출구 압력값 오차(∓0.5)보다 상대적으로 큰 값을 가진다. 따라서 1번 열교환기의 입구 압력게이지를 고장난 것으로 결론내렸다.
열교환기1번 입구의 압력값을 대체할 데이터 값이 필요하다. 이 값은 압축기의 입출구 압력과 열교환기 내에서의 압력차이를 비교하여, 출구 측정값에 0.5MPa를 더한 값으로 하는 것이 가장 타당하다는 결론을 내렸다.

1.2 성능 계수 계산
1.2.1 엔탈피(h)값 구하기
먼저 압력게이지에 측정된 값은 gage압력이므로 대기압인 0.10MPa를 더해준다. 그리고 각각의 엔탈피 값은 R22의 p-h선도를 참고하여 그래프상의 해당 지점을 찾는 방법으로 구했다. 이 방법은 눈으로 측정하기 때문에 정확한 값을 알 수 없었다. 그래서 보완책으로 인터넷의 propath프로그램을 이용하여 구한 값과 비교하여 정확한 값을 구하였다. 여기서 문제가 하나 발생하였다. 유동파이프내에서 손실이 없다면 압축기 출구와 응축기 입구, 응축기 출구와 팽창밸브입구, 팽창밸브 출구와 증발기 입구, 증발기 출구와 압축기 입구가 각각 다른 property값이 나오므로 2개중 어떤 값을 각 상태의 property로 선택하여야 하는가의 문제였다. 본 보고서에서는 열전달이 직접적으로 이루어지는 증발기와 압축기의 입출구를 기준으로 하여 엔탈피를 측정한다.

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