냉동사이클

1 냉동사이클 개요
 1) 정의
   - 냉동 : 주위의 온도보다 낮은 온도로 계를 유지하는 것을 의미
   - 외부에서 일을 공급하여 냉동 시스템을 구성하는 장치를 냉동기(refrigerator)라 한다.
   - 냉동은 냉매(refrigerant)라는 매질을 통해 지속적으로 저온의 물체로부터 열을 빼앗아 고온의 물체로 열을 이동시키는 순환과정(cycle)을 이룬다.
     * 저온의 열 저장소에서 열을 빼앗아 열 전달에 필요한 일을 공급받아 고온의 열 저장소로 이 에너지를 방출하는 것.

 2) 역 카르노 사이클(reversed carnot cycle)
   - 카르노 사이클의 순환방향은 T-s선도 등에서 시계방향 회전이나 역카르노 사이클의 순환방향은 반시계방향이다.
   - 역 카르노 사이클은 반시계방향으로 회전하며 2개의 단열과정과 2개의 등온과정으로 이루어진 가역 사이클이다.
   - 역(逆)카르노 사이클은 냉동사이클의 이상적 모델이다.

 3) 냉동사이클 선도

P-H 선도

 

T-S 선도

 

2 냉동의 계산
 1) 성적계수(COP) 정의
   - 출력된 에너지(output) 과 투입된에너지(input)의 비율, 즉 효율을 뜻함.
   - 성적계수 또는 성능계수라고 불림.
   - 정해진 온도조건에서 100% 전 부하 운전시의 효율. 냉난방 평균 에너지소비효율을 뜻함.
     * 정격냉방, 정격난방시 소비전력량이나 가스소비량을 1kw당 냉방 또는 난방능력으로 표시한것.
   - COP가 실질적인 운전조건의 효율을 반영하지 못하여 통합성능계수(IPLV)로 변경됨.
     * 가스를 쓰는 흡수식 냉온수기는 2017년부터 고효율인증기준이 성적계수(COP)에서 통합성능계수(IPLV)로 변경되었음
     * 성적계수는 제한적이고 한시적으로 참고용으로만 사용함.
     * 통합성능계수 = 전부하(100%) x 1% + 부분부하(75%) x 42% + 부분부하(50%) x 45% + 부분부하(25%) x 12%

 2) 냉동기와 열펌프
   ① 냉동기

     - 낮은 온도의 물체로부터 높은온도의 물체로 열을 전달하기 위해서 일을 투입하여 열의 이동을 수행하는 장치.

   ② 열펌프(heat pump)

     - 냉동사이클의 방열부 열을 목적으로 사용할 때 사용되는 장치.

     - 일을 투입하여 외부로부터 열량을 흡수하고 나머지 열량을 방출하여 난방을 하는 장치.

     - 냉난방겸용장치를 포괄하는 의미로 사용함.

       * 시스템에어컨의 경우 사이클의 방향을 조절하여 냉방과 난방을 겸용하는 목적으로 사용된다.

       * 냉매 순환 방식에 따라 전기식과 엔진식이 있다.
 3) 역 카르노사이클의 성적계수의 계산
   - 냉동기 성적계수(역 카르노 사이클을 통한 최대값, COP)

   - 열펌프 성적계수(역 카르노사이클, COPh)

   - 일반적으로 냉동사이클의 성적계수는 냉동기의 성적계수(COP)를 의미한다.
 
3 냉동기의 표준
 1) 단순표준냉동사이클(simple standard vapor-compression cycle)
   - 실제의 냉동사이클
   - 관련그래프

 2) 개선 표준 냉동 사이클
   - 냉매를 과냉시킴으로 증기압축효율의 향상이 가능
   - 냉동효과를 증가시킴으로 사이클효율을 증가시키는 것 4->4'
   - 증발기를 나온 냉매가 과열되도록하는 방법 2-3 -> 2'-3'