네, 안녕하세요.
모의고사 문제와 링크는 확인해 보겠습니다. 근데 전혀 다른 문제풀이인가요? 아니면 일부분 오류인가요?
한솔 담당자를 통해 확인해야 하니 다소 시간이 걸릴 수 있습니다.
질문 답변)
네, 맞습니다. 1번 식은 냉동기 등 열교환기나 벽체를 사이에 둔 두 유체의 온도가 다를 때 열이 전달되는 면적인 전열면적이고
여기서 열통과율 K[W/m2K]의 1m2당의 기준 면적이 됩니다.
면적의 형태(평면, 배관)나 열전달 유체의 종류를 정확히 구분하면서 면적에서 열의 이동을 생각해야 합니다.
2번 식은 유체의 유량(풍량, 수량)이 이동되는 어떤 통로의 전면(前 앞전, 자를 전, 面 낯 면) 면적인데 이 면적은 배관이나 덕트의 수직으로 자른 단면으로 생각하시면 좋습니다.
전열면적, 전면면적, 정면면적, 외표면적비(내외면적비)등은 여러 문제를 반복해서 풀다보면 조금씩 정리되는 부분입니다.
즉 처음에는 많이 혼동되어 갈피를 잡기 힘들죠.
일단 최대한 설명드려 보겠습니다.
1. 전열면적
1) 부하계산 시 구조체(벽, 유리)를 통해 열이 이동하는 면적으로 사용합니다. 이때는 보통 면적이란 표현 만 사용합니다.
2) 열교환기에서 전열관을 통해 열이 고온에서 저온으로 이동되는 면적인데
여기서, 전열관은 배관(원형관)이므로 원형관의 펼쳤을 때로 가정하여 면적으로 계산합니다.
그러다 보니 내경과 외경이 달라 양쪽면의 면적이 차이가 나는데 보통은 무시를 하는데 그 차이를 적용하여 계산하는 문제도 있습니다.(이번 모의고사)
이 부분은 내외 면적비에서 설명하겠습니다.
3) 덕트나, 배관의 보온손실에서도 사용합니다.
2. 전면면적 과 정면면적
전면은 두가지의 의미를 갖고 있습니다. 한자어 뜻도 두가지이죠
하나는 어떤 통로의 자른 단면의 형상이고
또 다른 하나는 자른 형상의 앞면을 의미 합니다. 이를 정면면적이라고도 합니다.
이 두가지는 자른 단면의 형상이나 계산법은 같지만
단면적 그대로 해석하는 분야와
코일처럼 이 단면적에 공기가 부딪히는 정면 면적으로 해석하는 분야입니다.
모의고사 문제 코일의 열수계산에서 원형 코일에서 공기가 부딪히는 면적이 있지만 이는 한쪽 방향으로의 흐름으로 전체로 해석하기 어려운 부분이라 실험을 통해 공조기 내 코일이 설치된 전면면적 기준으로 1열당 열통과율을 조건으로 주고 있습니다.
3. 내외면적비
냉동분야에서 냉매와 공기 또 물과의 전열성능이 다르기 때문에 전열 성능을 향상시키고자 전열이 좋은 않은 유체에 핀을 설치합니다.
참고로 전열 순서는 1차 때 외우셨겠지만 암모니아>물>프레온>공기 순입니다.
여기서 발생하는 문제는 핀을 설치한 쪽은 전열 면적이 상당히 넓어지기 때문에 KAdt에서 A를 어느면 기준으로 할 것이냐는 반드시 필요한 부분입니다.
문제는 핀을 설치한 어느 한 면을 기준으로 했을 때 다른면은 상대적으로 열이 전달되는 면적이 작아지게 됩니다. 이유는 외표면의 핀이 설치되어 핀의 면적까지 1m2이기 때문에 반대쪽의 열이동되는 평면은 그 비만큼 작은 면적에서만 열이 이동되기 떄문이죠 (그림을 그려보시면 이해가 됩니다)
따라서 다음과 같은 기법으로 열통과율을 적용합니다.
우선
K 계산 시 : 전체 저항 합=외표면 열저항+동관열저항(값이 작아 보통은 무시, 따라서 조건 없으면 무시)+오염저항(물 때, 스케일, 오일오염 등)+내표면 열저항
에서 전체 저항의 역수로 k를 구하는 것을 우리는 알고 있습니다.
자, 그러면 예를 들어 우선 외표면에 핀이 설치되어 있고 외표면을 기준으로 kAdt를 계산한다면
외표면 기준으로 내표면은 면적이 내외면적비 만큼 작은 면적에 열전달이 발생하기 때문에
외표면에 비에 그 만큼 전달이 안됩니다.
따라서 내표면 열저항에 내외면적비를 곱하여 열저항을 가중하여 계산하면 핀을 포함한 외면적 1m2 에 상당하는 내면에서의 열이동으로 계산되어 집니다.
반대의 상황이면(외면 나관, 내면 핀 설치에서 외면 기준) 이때는 열저항이 작아지는 경우로 내외면적비를 적용하게 됩니다.
이런 부분 때문에 핀이 설치되지 않은 배관에서도 내경과 외경의 차이로 내면적과 외면적 차이가 발생하는데 그 차이인 내외면적비가 작아 보통은 생략하지만 내경과 외경을 조건으로 준다면 내외면적비를 적용하는 문제인지 확인해 봐야 합니다.
기본 원리 설명은 이정도 입니다. 따라서 반복하여 생각해보시고 여러 문제를 반복해 계산을 해보면 차츰 이해가 되실 겁니다.
그 외 이해 안되시는 부분은 질문 바랍니다.
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