열교환기 LMTD·전열면적 계산기 (Log Mean Temperature Difference)
고온측·저온측 입출구 온도 중 3개와 유량·비열·총괄 열전달계수 U를 넣으면 열수지로 나머지 온도를 계산하고, 열량·로그평균온도차(LMTD)·필요 전열면적을 구합니다. 향류·병류를 비교하고, 다패스·직교류는 보정계수 F를 직접 넣어 계산합니다. 냉방 용량 단위 변환은 냉방부하·냉동톤 계산기를 함께 쓰세요.
계산 근거
열량 Q = ṁ × Cp × ΔT, LMTD = (ΔT₁ − ΔT₂) ÷ ln(ΔT₁/ΔT₂), 필요 전열면적 A = Q ÷ (U × F × LMTD). 다패스·직교류는 향류 LMTD 에 사용자가 넣은 보정계수 F 를 곱합니다. 물 밀도·비열 프리셋은 NIST Chemistry WebBook(1기압, 20·50·80 °C) 값입니다. 설계 참고용 계산입니다. 최종 선정은 제조사 카탈로그와 담당 기술자 검토를 거치세요.
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자주 묻는 질문 (FAQ)
LMTD(로그평균온도차)는 무엇인가요?
열교환기 안에서 두 유체의 온도차는 입구에서 출구로 갈수록 계속 바뀝니다. 이 변하는 온도차를 하나로 대표하는 값이 LMTD 입니다.
LMTD = (ΔT₁ − ΔT₂) ÷ ln(ΔT₁/ΔT₂) 이고, ΔT₁·ΔT₂ 는 열교환기 양 끝의 두 유체 온도차입니다. 두 값이 같으면 LMTD 는 그 온도차와 같습니다.향류와 병류는 LMTD 가 어떻게 다른가요?
향류(대향류)는 두 유체가 반대 방향으로 흘러 ΔT₁ = 고온 입구 − 저온 출구, ΔT₂ = 고온 출구 − 저온 입구입니다. 병류는 같은 방향이라 ΔT₁ = 고온 입구 − 저온 입구, ΔT₂ = 고온 출구 − 저온 출구입니다. 같은 입출구 온도라면 향류의 LMTD 가 더 크고 필요 면적이 작습니다. 병류에서는 저온측 출구가 고온측 출구보다 높아질 수 없습니다.
입출구 온도를 3개만 알 때는 어떻게 하나요?
열수지(고온측이 내준 열 = 저온측이 받은 열)로 네 번째 온도를 구합니다. 예를 들어 저온측 출구를 모르면
Tc,out = Tc,in + Q ÷ (ṁc × Cpc) 이고, Q 는 고온측 온도와 유량으로 구합니다. 도구에서 '열수지로 계산할 온도'를 고르면 그 칸이 계산값으로 바뀝니다.네 온도를 모두 넣으면 어떻게 계산하나요?
고온측 열량과 저온측 열량을 따로 계산해 차이를 보여 주고, 두 값의 평균을 열량으로 씁니다. 차이가 5%를 넘으면 측정 온도·유량 중 하나가 틀렸거나 외부로 열이 새고 있을 수 있으므로 측정값을 다시 확인하세요(5%는 이 도구의 판정 기준입니다).
보정계수 F 는 어디서 구하나요?
셸앤튜브 다패스나 직교류 열교환기는 순수 향류가 아니어서 향류 LMTD 에 F(1 이하)를 곱합니다. F 는 무차원 수 R = (Th,in − Th,out) ÷ (Tc,out − Tc,in) 과 P = (Tc,out − Tc,in) ÷ (Th,in − Tc,in) 으로 제조사·TEMA 의 F 선도에서 읽습니다. 도구가 R·P 를 계산해 보여 주니 그 값으로 선도를 찾으세요.
U값(총괄 열전달계수)은 얼마를 넣어야 하나요?
U값은 유체 종류·유속·전열관 재질·오염 상태에 따라 크게 달라 이 도구는 기본값을 정해 두지 않습니다. 제조사 설계 자료, 같은 설비의 운전 실적(실측 열량 ÷ (면적 × LMTD)), 열전달 교재의 계산값을 넣으세요. 오염이 쌓이면 U가 떨어지므로 설계 여유를 함께 둡니다.
유용도(ε)와 NTU 는 무엇을 뜻하나요?
유용도 ε 는 실제 열량을 이론상 최대 열량(열용량이 작은 쪽 유체가 반대쪽 입구 온도까지 바뀌는 경우)으로 나눈 값입니다. NTU 는 UA ÷ Cmin 으로, 열교환기 크기를 무차원으로 나타냅니다. ε 가 1에 가까우면 면적을 늘려도 열량이 거의 늘지 않습니다.
이 도구의 한계는 무엇인가요?
비열과 U값이 열교환기 전체에서 일정하다고 가정합니다. 응축·증발처럼 상변화가 있는 구간, 온도에 따라 물성이 크게 바뀌는 유체, 압력손실·진동·재질 선정은 다루지 않습니다. 설계 참고용 계산이므로 최종 선정은 제조사 카탈로그와 담당 기술자 검토를 거치세요.
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