이번 포스팅에서는 본인의 주된 목적인 소방기술사 합격을 위한 공부를 위해서 이 블로그를 운영하는 것이었기에 초심으로 돌아가서 많은 소방기술사 공부하시는 분들과 함께 소방기술사에 잘 출제될 만한 내용들 위주로 정리해보고자 하는 마음에서 글을 적는다.
이번 시간에는 그 중에서 열전달 메커니즘(전도, 대류, 복사)에 대해서 정리해보았다. 함께 공부하시는 분들에게 조금이라도 도움이 되었으면 하는 개인적인 바램이다.
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[ 열전달 메커니즘 ]
1. 개요
1) 열전달 : 두 물질간 온도 차이 의해 발생하는 에너지의 전달~, 높은 온도 --> 낮은 온도로 열이 전달되는 것
2) 열전달 메커니즘 : 전도(conduction), 대류(convection), 복사(radiation)의 3 가지 방법 -->전 대 복
3)열전도 : 열에너지가 물질 이동을 수반 않고 고온부에서 저온부로 연속적 으로 고체, 액체 등의 매질 통해 전달되는 현상
4) 대류 : 운동이 수반된 유체에서의 열전도현상으로 간주되기도 하는데, 이러한 관점에서는 전도와 복사만을 열 흐름의 2가지 기본양식으로 볼 수도 있다.
5)열복사 : 전자기파 형태로 열이 방사되는 현상, 주위 열 중개 물질 없이도 빛과 동일한 속도로 순간적으로 고온체로부터 저온체로 열이 전달
2. 전도
1) 열전도 법칙
(1) Fourier 의 열전도 법칙
(2) 열전도는 물체내 온도차로 인해 온도차가 높은 분자와 인접한 온도 낮은 분자간의 직접적인 충돌 등으로 열에너지가 전달되는 전열형식
(3)즉, 전도는 고체, 액체, 기체분자가 정지한 상태에서 그 기본위치는 바꾸지 않으면서 열에너지를 전달하는 것을 말한다.
2) 소방에서의 활용
(1) 화염방지기 : 열전도율 k가 높은 금속 사용하고 금속망과 불꽃이 닿는면적 A 를 최대로하여 열전도량을 크게하여 불꽃을 냉각시킨다.
(2) 내화구조 : 화재실에서 인접공간으로의 열전달 작게 하기 위해 열전도율 k가 낮은 물질을 사용하고, 물질의 두께을 크게 한다.
(3) 방화구획 : 건물내의 면적을 일정면적마다 구획하여 화염의 확대를 방지하고, 열전달이 이루어지는 단면적 A 를 작게하여 인접한 공간으로의 열전달을 최소화한다.
3. 대류
1) 대류 법칙
(1) Newton의 냉각 법칙
(2) 대류는 열전도의 일종~, 열전도 법칙을 사용하고 있으며, 열복사 적은 화재 초기 상태에서 중요한 현상이다.
(3) h는 대류열전달계수라고 하며 공기의 특성과 유속에 의존한다.
2) 소방에서의 활용
(1) 스프링클러 헤드의 RTI
(2) 대류 열전달 계수 클수록 RTI 는 낮아지고 스프링 클러 헤드는 빠르게 동작한다.
4. 복사
1) 열복사 법칙 (이상적인 물체, Black Body)
(1) 복사에너지가 어떤 물체의 표면에 도달하면 그림과 같이 일반적으로 이 에너지의 일부는 물체에 흡수되고 일부는 반사되고 나머지는 물체를 투과할 것이다.
(2) 여기서 입사한 총에너지에 대한 이 3가지의 비율을 각각 흡수율, 반사율, 투과율 라고 하면 이들의 합은 1이다. 즉 흡수율이 1인 경우에는 입사된 복사에너지가 물체에 모두 흡수되며, 완전하게 방사하는 이상적인 물체를 흑체(black body)라 한다.
. (3) 흑체의 표면에서 단위시간, 단위면적당 복사하는 에너지의 양은 다음과 같은 Stefan-Boltzman의 식으로 표시된다.
(4) 여기서 입사한 총에너지에 대한 이 3가지의 비율을 각각 흡수율, 반사율, 투과율 라고 하면 이들의 합은 1이다.
(5) 흡수율이 1인 경우에는 입사된 복사에너지가 물체에 모두 흡수되며, 완전하게 방사하는 이상적인 물체를 흑체(black body)라 한다.
.
2) 열복사 법칙 (실제 물체)
(1)실제의 물체는 모두가 흑체가 아니므로 이를 회색물체라 하며 회색물체의 복사 에너지는 흑체보다 작아지게 된다.
(2)이 작아지는 정도를 물체의 복사율 또는 방사율 이라고 하며 로 나타낸다.
.
(3)값은 모든 실제 물체에서는 언제나 1보다 작고 오직 흑체만 1의 값을 갖는다.
3) 소방에서의 활용
(1) 인체의 수포성 화상 : 4 Kw/m²
(2) Flash Over 발생한계 : 20 Kw/m²
(3) 방사하는 물체에서 일정 거리만큼 떨어진 물체에 방사하는 에너지는 두 물체간의 떨어진 거리 및 형태 등에 의해 영향을 받는데 이를 형태계수 라고 한다.
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도시, 주택개발, 건축, 인테리어 설계, 시공 문의 b-studio@hanmail.net 이나 010-9162-6135로 문자요망
(주)여울 종합건축사사무소와 컨소시엄 작업수행중
건축 & 문화 프로젝트팀 STORY ONE에서 활동중, 28년차 건축가 주원태
홍익대학원 도시계획과 석사과정
저서로는 [수인의 건축] [집과 연필, 비례이거나 반비례거나]등이 있다
스토리원 홈페이지 http://www.story-one.co.kr
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