P-h선도 – MyEngNote

냉각사이클 계산기 & 시뮬레이터

사이클 상태 인자 제어

증발 온도 (Low Temp – T_L) Min: -25°C / Max: 10°C

°C

응축 온도 (High Temp – T_H) Min: 25°C / Max: 60°C

°C

압축기 등엔트로피 효율 (η_isen) Min: 50% / Max: 95%

냉매 질량 유량 (m) Min: 0.01 / Max: 0.30 kg/s

kg/s

대표 표준 동작 프리셋

4대 장치 기계 장치 루프 & 실시간 압력-엔탈피(P-h) 선도

COEFFICIENT OF PERFORMANCE 4.12 (14.1 EER) 냉동 성적계수 (COP) 성능 지표

실제 냉동 성능 (Q_L)

7.20 kW

압축기 소요 전력 (W_c)

1.75 kW

응축기 방출 열량 (Q_H)

8.95 kW

증발기/응축기 압력비 (P_ratio)

3.45

냉동 성적계수 공식

COP_R = Q_L / W_c = (h1 – h3) / (h2 – h1)

간편 사용 설명서

경계 온도 조건 제어: 증발 온(TL)과 응축 온(TH) 슬라이더를 조정하여 사이클의 온도 한계를 설정합니다.
장치 효율 및 냉매 유량 제어: 압축기의 등엔트로피 효율(η)과 냉매 순환 유량(m)을 조절하여 실제 전력 소비량과 냉동 용량을 확인합니다.
P-h 선도 실시간 분석: 압력-엔탈피(P-h) 상태도 위에 그려진 4대 거점 사이클 선형 루프가 온도 변화에 따라 수축 팽창하는 과정을 관찰합니다.
성적계수(COP) 및 전력 판독: 실시간 계측 모니터에서 총 소요 동력(kW)과 시스템 COP 변화를 모니터링하여 에너지 효율을 극대화하는 설계를 도출합니다.

증기압축 냉동사이클 이론 및 COP 계산 해설 보기 ▼

1. 증기압축 냉동 사이클 (Vapor-compression Refrigeration Cycle)

현대 에어컨과 냉장고의 핵심 기반이 되는 증기압축식 냉동 사이클은 저온의 열원으로부터 열을 흡수하여 고온의 열원으로 방출하는 열역학적 펌프 역할을 수행합니다. 사이클은 물리적으로 분리된 4개의 주요 장치로 구성됩니다.

압축기 (Compressor): 증발기를 거쳐 나온 저압 포화 증기 냉매를 흡입하여 고압 초임계 상태로 단열 압축합니다 (동력 투입).
응축기 (Condenser): 고온 고압의 가스 냉매가 외부로 열을 방출하며 액체 상태로 포화 응축됩니다.
팽창 밸브 (Expansion Valve): 교축 과정(Throttling, 등엔탈피 h1=h2)을 거치며 냉매의 압력과 온도를 급격히 하강시켜 습증기 상태로 만듭니다.
증발기 (Evaporator): 저온 저압의 냉매가 피냉각 물체로부터 열을 흡수(냉각 작용)하여 증발 기화합니다.

2. 냉동기 성능 지수(COP) 및 사이클 엔탈피 계산 공식

에어컨과 열펌프의 성능은 단순 열효율 대신 투입 전력 대비 얻은 냉동 능력을 뜻하는 **성적계수(COP, Coefficient of Performance)**로 정의합니다.

① 냉동 사이클 상태별 에너지 해석:

압축기 소요 일량: wc = h2 - h1 [kJ/kg]
증발기 흡수 열량 (단위 냉동 효과): ql = h1 - h4 = h1 - h3 [kJ/kg]
응축기 방출 열량: qh = h2 - h3 [kJ/kg]

② 냉동 능력 (Cooling Capacity, Ql) 및 소요 동력 (Wc):

Ql = m × ql [kW], Wc = m × wc [kW]

③ 냉동기 성적계수 (COP_R):

COP_R = Ql / Wc = ql / wc = (h1 - h3) / (h2 - h1)

증발 온도가 높을수록, 응축 온도가 낮을수록 사이클 내부 면적(압축기 소요 전력)이 감소하여 COP가 획기적으로 상승합니다. 이는 고온 다습한 실외 환경이나 실내 극저온 셋팅 시 전기료가 급상승하는 물리적 배경을 설명합니다.

3. 냉매(Refrigerant)와 P-h 선도의 시각적 이해

압력-엔탈피(P-h) 선도는 종축에 압력(Log P), 횡축에 엔탈피(h)를 배치한 열역학 차트입니다. 한가운데 종 모양의 임계 돔(Saturation Dome)이 존재하며, 돔의 왼쪽 실선은 포화 액선, 오른쪽 실선은 포화 증기선입니다. 냉동 사이클은 이 돔의 하단과 상단을 종횡으로 누비며 열교환을 수행합니다. R-134a와 같은 친환경 대체 냉매는 높은 잠열량과 우수한 비체적 특징을 가집니다.

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