공조냉동기계 설계를 할 때 엔탈피 값을 많이 이용합니다. 주로 부하계산을 할 때와 열교환기 용량을 계산할 때에 엔탈피 값을 많이 사용합니다. 엔탈피의 단위는 kcal/kg 으로 어떤 물질 1kg의 열량을 표시한 것입니다.

엔탈피는 어떤 물체가 가지고 있는 열량의 총합을 의미하고 열역학에서 엔탈피 ( H )는 내부에너지 ( U )와 계(system)가 외부에 한 일 ( W = P x V )의 합으로 설명합니다. 물질은 자체적으로 내부에너지를 가지고 있는데 내부에너지는 위치에너지(potential energy)와 운동에너지(kinetic energy)의 합입니다. 어떤 물질이 열을 얻으면 내부 원자들의 운동이 활발해 지면서 운동에너지가 올라갑니다. 계가 외부에 한 일은 압력과 부피의 변화를 말합니다.

H = U + W = U + P * V

어떤 과정에서 엔탈피의 변화를 설명할 때

dH = T * dS + V * dP

와 같이 나타냅니다.

엔탈피는 냉방,난방,가습,제습과 같은 과정 중 열의 출입을 정량적으로 계산하기 위한 개념입니다. 물질이 열을 얻으면 운동에너지가 상승하고 압력과 부피가 커집니다.

냉방코일의 용량을 계산할 때에 코일 입구 공기의 상태와 코일 출구 공기의 상태를 가지고 계산하는데 이 때 엔탈피를 적용합니다.

공기가 잃은 열량 = 공기 비중량 x 풍량 x (코일 입구공기 엔탈피 – 코일 출구공기 엔탈피)

냉매가 얻은 열량 = 냉매량 x (증발기 출구 엔탈피 – 증발기 입구 엔탈피)

열교환기 내부를 흐르는 냉매는 열교환기 외부를 흐르는 공기로 부터 열을 흡수하여 액상태에서 기체상태로 변하고 공기는 냉매에 열을 빼앗겨 온도가 낮아 집니다. 즉, 위 공식에서 공기가 잃은 열량 = 냉매가 얻은 열량 입니다. 열교환기는 계(system) 이고 이 계 주변 환경이 공기가 흐르는 공간이 됩니다. 냉방 과정에서 열은 공기에서 열교환기를 통해 냉매로 이동합니다. 이 열은 엔탈피로 계산이 가능한 것입니다. 이렇게 열량을 계산함으로써 열교환기 용량을 설계하고 출구공기 온도 및 습도를 원하는 대로 조절할 수 있습니다.

전에 설명한 내용 중에 ‘ 현열냉방열량 = 공기 비중량 x 공기비열 x 풍량 x 취출온도차 ‘ 인 공식이 있었습니다. 이 공식과 위의 공기가 잃은 열량 공식과 어떤 차이가 있을 까요?

앞에 현열과 잠열을 설명할 때 현열은 절대습도 변화 없이 온도만 변하는 것이라고 했습니다. 현열냉방열량은 절대습도의 변화 없이 온도만 변할 때 열량 값을 의미하며 위에서 엔탈피가 적용된 열량 계산 공식은 잠열변화까지 고려한 공식입니다. 물론 현열냉방열량 계산 시에도 엔탈피 값에 의해 계산이 가능합니다. 절대습도의 변화가 없더라고 엔탈피 값은 차이가 있기 때문입니다. 하지만, 절대습도의 변화가 있을 때는 현열냉방열량 계산공식을 적용해서는 안됩니다. 만약 그렇게 계산된 경우에는 엔탈피에 의한 계산 결과 보다 작은 값으로 계산되고 이 값으로 열교환기를 설계하면 열교환기가 작게 설계 되어 냉방부하처리를 할 수 없게 되므로 큰 실수를 하게 됩니다. 그러므로 이 차이를 알고 적절하게 공식을 사용해야 합니다.

이렇게 엔탈피는 공조냉동기계 설계를 위해 아주 중요한 개념이며 자주 사용되는 물성치이기 때문에 잘 알아두시기 바랍니다.