에너지관리기능사 온도 — 섭씨·화씨·절대온도 환산과 온도차

섭씨와 화씨는 물의 어는점과 끓는점을 서로 다른 수로 정해 두었다. 물은 0℃에서 얼고 100℃에서 끓지만, 같은 점을 화씨로는 32℉와 212℉로 적는다. 그래서 화씨를 섭씨로 바꿀 때는 먼저 32를 빼서 어는점 기준을 맞추고, 눈금 간격의 비율인 5/9를 곱한다. 122℉라면 (122−32)×5/9=90×5/9=50℃가 된다. 32를 빼지 않거나 9/5를 곱하는 계산이 대표적인 함정이다.

절대온도는 시작점만 다르고 눈금 간격은 섭씨와 같다. 물의 어는점을 0℃가 아니라 273K로 두므로 두 값은 늘 273만큼 차이 난다. 절대온도 380K를 섭씨로 바꾸면 380−273=107℃이다. 같은 온도라도 절대온도로 적으면 수가 더 크다는 점을 기억하면 더할지 뺄지 헷갈리지 않는다.

열량 단위는 물의 질량 단위와 온도 단위를 조합해 정의한다. 1kg과 섭씨를 조합하면 kcal, 1파운드와 화씨를 조합하면 BTU, 1파운드와 섭씨를 조합하면 CHU가 된다. 1파운드의 물을 14.5℃에서 15.5℃까지 올리는 열량이 1CHU인 이유가 여기에 있다.

방열기의 방열량은 Q=K·A·ΔT로 구한다. K는 방열계수, A는 방열 면적, ΔT는 온도차다. 이때 ΔT는 방열기 안 물의 평균온도에서 실내온도를 뺀 값이다. 입구 85℃, 출구 65℃, 실내 18℃라면 평균온도는 (85+65)/2=75℃이고, ΔT는 75−18=57℃가 된다. 방열계수 7, 면적 1을 넣으면 7×1×57=399 kcal/h다. 입구나 출구 온도를 그대로 쓰면 평균을 내지 않은 값이 되어 오답이 된다.

벽체를 통해 빠져나가는 손실열량은 면적×열관류율×온도차로 구한다. 면적 24m², 열관류율 0.5 kcal/m²·h·℃, 내부 40℃, 외부 8℃라면 온도차는 40−8=32℃이고, 24×0.5×32=384 kcal/h가 된다. 여기서도 큰 온도인 내부에서 작은 온도인 외부를 빼는 순서가 중요하다.

물을 데우는 열량은 Q=mcΔT로 구하며, 물의 비열은 1 kcal/kg·℃다. 100kg의 물을 20℃에서 90℃로 올리려면 온도차 70℃를 넣어 100×1×70=7,000 kcal가 필요하다. 온도 자리에 도달 온도인 90을 그대로 넣으면 9,000 kcal라는 함정에 빠진다.

열을 가했는데 온도가 변하지 않는 경우도 있다. 증발열이나 용해열처럼 상 변화에만 쓰이는 열이 그렇다. 온도 변화에 쓰이는 열은 현열, 상 변화에 쓰이는 열은 잠열이라고 갈라 부른다.