소방설비기사(기계) 전도·대류·복사의 기초 — 열이 지나가는 세 가지 길

전도에서 단위 면적당 열전달률은 전열면에 직각인 방향의 온도 기울기에 비례한다. 온도가 같은 방향으로는 열이 흐르지 않으며, 온도 기울기에 반비례한다는 서술은 틀린 것이다. 열전도율이 클수록, 두께가 얇을수록, 면적이 넓을수록, 양면의 온도 차가 클수록 전달되는 열량이 많아진다.

전도 열전달률은 열전도율과 면적과 온도 차를 곱한 값을 두께로 나누어 구한다. 같은 온도 차와 면적에서 열전도율이 4배가 되고 두께가 2배가 되면, 늘어난 만큼과 두꺼워진 만큼이 겹쳐져 열전달률은 2배가 된다. 처음 100W이던 벽에서 온도 차가 2배, 열전도율이 4배, 두께가 2배가 되면 2 곱하기 4를 2로 나눈 4배가 되어 400W가 된다. 비례와 반비례를 하나씩 곱해 정리하는 것이 요령이다.

복사 열전달은 두 물체의 절대온도의 네제곱 차에 비례한다. 온도가 조금만 올라가도 네제곱이 되어 전달량이 빠르게 늘어나므로, 고온부의 온도 변화가 복사량에 크게 영향을 준다. 온도 차의 일제곱에 비례한다고 보면 복사량을 작게 잡게 된다.

대류 열전달률은 대류열전달계수와 면적과 표면과 주위의 온도 차를 곱해 구한다. 거꾸로 계수를 구할 때는 열전달률을 면적과 온도 차의 곱으로 나눈다. 지름 5cm인 구의 반지름은 0.025m이고 표면적은 4 곱하기 원주율 곱하기 반지름의 제곱으로 약 0.00785m²이다. 여기서 50W의 열이 나가고 표면과 주위의 온도 차가 30℃이면, 50을 0.00785와 30의 곱으로 나누어 대류열전달계수가 약 212 W/(m²·℃)가 된다. 지름을 반지름으로 바꾸는 단계와 표면적을 구하는 단계를 빠뜨리면 값이 크게 어긋난다.

방열핀은 표면적을 넓혀 대류로 빠져나가는 열을 늘리는 장치다. 같은 온도 차에서 면적이 커지면 대류 열전달량이 함께 커진다. 재료비를 아끼거나 동파를 막는 것이 주된 목적은 아니며, 복사량을 늘리는 장치도 아니다.