공조냉동기계기사 전열과 방열 — 열전도율·열저항·원통벽

전열은 온도차가 있을 때 열이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하는 현상이다. 평판을 지나는 정상 상태의 열전달량은 열전도율과 면적과 온도차에 비례하고 두께에 반비례한다. 계산할 때 가장 먼저 할 일은 단위를 맞추는 것이다. 두께가 30cm이면 0.3m, 10mm이면 0.01m로 바꾸고, 시간이 분으로 주어지면 초로 환산한다. 이렇게 해야 열전도율의 단위와 계산 결과가 어긋나지 않는다.

원통형 관을 지나는 열전달량은 평판과 공식이 다르다. 반지름의 비에 자연로그를 취한 값이 분모에 들어간다. 안쪽 반지름은 관 직경의 절반이고, 바깥쪽 반지름은 여기에 보온재 두께를 더해 구한다. 직경 10cm, 보온재 두께 5cm이면 안쪽 반지름은 0.05m, 바깥쪽 반지름은 0.1m가 된다. 온도차가 80℃일 때 침입하는 전열량은 약 421.7W다.

열저항은 재료의 두께를 열전도율로 나눈 값이다. 두께가 두꺼울수록 열저항이 커지고, 열손실은 총열저항에 반비례해 줄어든다. 방열재 두께를 200mm에서 300mm로 늘리면 방열재의 열저항은 1.5배가 된다. 표면 열저항까지 넣으면 총열저항은 두께에 정확히 비례하지 않지만, 표면 열저항이 작아 두께 비로 근사하면 열손실 감소율은 약 33%다.

열통과율의 역수는 전체 열저항이다. 전체 열저항에서 외기 쪽과 내부 쪽의 표면 열저항을 빼면 방열재가 맡는 열저항만 남는다. 여기에 열전도율을 곱하면 필요한 방열재 두께가 나온다. 표면 열저항은 열전달률의 역수로 구하므로, 열전달률 20과 10이면 각각 0.05와 0.1을 더해 0.15가 된다.

이 세트에는 방열재를 열을 밖으로 내보내는 재료로 다루는 문항과, 열을 막는 단열재를 가리키는 문항이 함께 있다. 열을 내보내는 방열재는 열전도율이 커야 하고, 사용 온도 범위가 넓어야 하며, 흡습성이 작고 내구성이 있어야 한다. 반대로 열을 막는 단열재는 열전도율이 낮은 재료를 쓴다. 메틸클로라이드는 냉동 사이클에서 열을 옮기는 냉매이므로 단열재와 구분한다. 냉장고 벽은 표면이 노점에 이르지 않도록 방열재 두께를 정한다.