열전달 기초
열전달
 전도
전
 대류
 복사
전도(Conduction)
전도
(
)
물질의 이동 없이 온도가 다른 일정한 물체 사이에서 고온의 분자로부터 저
온의 분자로 열이 전달 ((분자의 진동에 의한 에너지의 전달)) 되는 형태
(예, 금속막대와 나무막대).
((예,
나무막대))
물체를 통한 열량의 결정
1)) 열류 방향에 수직한 단면적(A),
단면적(A)
( ) 단위:㎡
단위 ㎡
2) 물체의 두께(d),
두께(d) 즉 열류 경로길이,
경로길이 단위:
단위 m
3) 두 점간의 온도차 Δt = t1 – t2 , 단위: ℃
4) 열전도율(thermal
열전 율
conductivity; k) : 재료의
재 의 특성,
특성
성
양측의 온
온도차가
차가 1 ℃일때,
℃일때
일때, 단위시간,
단위시간 단위면적
을 통과한 열량,
열량, 단위 : Wm/㎡℃,
Wm/㎡℃
/㎡℃, Kcal/mhr℃
l/ h ℃
((a)) 단층재료인 경우
면적 A,
A, 두께 d,
d, 온도차 Δt = t1 – t2 일때 단위 시간당 흐르는 열
량 q는
q는
A 
tt
q
d
여기서 비례관계를 그 재
여기서,
재료의
의 고유한
유한 열전
열전도율로
율 표시하면
시하면
q
k
A
t
d
k
q d
A t
 열전도비저항
비저항 ((thermal resistivity
y : r)) : 열전도율의
의 역수(
역수
역수(mhr
℃/k l,
℃/kcal
℃/kcal,
m℃/W)
℃/W))
열전도저항(th
열전도저항(thermal
(
l resistance
it
: R)) : 열전도 비저항율과 물체의 두께와의 곱
R = r × d = d/k ㎡ ℃/W
℃ (㎡hr℃/kcal)
(㎡ ℃
)
1
r
k
 열 콘덕턴스(thermal
콘덕턴스(th
l conductance
d t
: C) : 열전도저항의 역수
C = 1/R
1/ = 1/rd
1/ d (W/
( / ㎡ ℃(kcal/
℃(k l/ ㎡hr℃))
㎡hhr℃))
℃))
 이에 따라,
따라 단위시간에 물체를 통과한 전
전도열량
열량 Qc는
W
Qc = C × A ×Δt 단위
위 W = ----- ×㎡×℃(Kcal/hr)
×㎡×℃(K
(
l/h )
㎡℃
(b) 다층재료인 경우
총 열전
열전도저항은
저항은 각각 재
재료의
의 저항의 합임.
합임
R  R1  R2  R3    Rn
R  r1  d1  r2  d 2  r3  d 3    rn  d n
dn
d1 d 2 d 3
R      
k1 k 2 k3
kn
단층벽
복 평 벽을 통
복합평면벽을
통한
열전달
•대류(Con
•대류(Convection)
대류(
대류(Convection)
ection))
대류란 고체의 표면에서 유체,
유체, 즉 액체나 기체상의 매
체, 혹은 고체의 표면으로 열이 전달되는 형태.
체,
형태
1)) 고체와
체와 유체간의 접촉면적(A),
접촉면적( ) 단위:㎡
접촉면적(A)
단위 ㎡
2) 고체와 유체간의 온도 차 Δt = t1 – t2 , 단위:
단위 ℃
3) 대류 열전달율(convection
열전달율(
i conductance;
d
h) ,
단위 : W/㎡℃(k
W/㎡℃(kcal/㎡hr℃)
W/
( c l/㎡h
/
℃))
q
2
h
(W / m C )
A 
T
T
•건물의
건물의 표면과 공기 사이의 대류 열전달율
h = 3.0
3 0 : 수직면 열류
4 3 : 상향열류(공기에서
상향열류 공기에서 천장면
천장면으 또는
천장면으로
h = 4.3
는
바닥면에서 공기로 흐를 때))
5 : 하향열류(공기에서
h=1
1.5
(
바닥면으로 또는
천장면에서 공기로 흐를 때))
h = 5.8
5 8 + 44.1v
1v
노출된 표면일 때))
1 (바람에
(
건물표면과 공기 사이의
이에 따라 대류에 의해 단위시간 동안
전달된 열량은 Q = h ×A
A ×Δt
Δt
대류 열전달율
. 복사(radiation)
복사( di ti )

열이 고온의 물체표면으로부터 저온의 물체표면으로 공간을 통하여 전달되는 것
(전자기파에 의한 열의 전달).
전달)

직접 전달되므로 주위 공기의 온도에 의해 영향을 받지 않는다.
않는다
*복사에
복사에 영향을 미치는 요소
1)) 열의 복사
복사면과
과 흡수
흡수면의
의 온도차이
차이
2) 표면의 복사율(emissivity
복사율( i i it : ε))
3) 표면의 흡수율(absorptivity
흡수율( b
ti it : ))
4) 표면의 반사율(reflectivity:
반사율( fl ti it r))
* Stefan-Boltzmann의
S f B l
의 법칙
Eb = σT4 또는 σ(T
( 4/100))
Eb : 완전흑체의 복사방출밀도,
복사방출밀도, 단위:W/㎡
σ : Stefan
Stefan-Boltzmann의
Boltzmann의
의 상수
T : 물체표면의 절대온도,
절대온도 ε : 복사율
 평균복사온도 ((MRT;; mean radiant temperature)
p
)
MRT 
AiTi /
Ai
Ai: 공간을 둘러싸고 있는 각 표면의 면적
Ti: 각 표면의 온도
 완전흑체 ((black
(bl k body)
b dy))
 이론적
이 적
이론적으로
완벽한 흡수체이자 방사체.
방사체 흡수율 및 복사율
복사율=1
복사율=1.
1.
 일반적으로 검고 거칠은 표면은 복사열에 대하여 최상의 흡수체이자
방사체이고, 은빛의 빛나는 표면은 복사열에 대해 최하의 흡수체이며
방사체이고
방사체.
방사체
• 열관류 ((air
(air-to-air
i to
t air
i transmission)
t
i i )
 열관류란 벽체를 중심으로 실내외 공기의 온도차가 있을 때,
때 고온의
유체(공기)로부터
(
)
저온의 고체 표면으로 열이 전달되고 벽체 내부
의 전도를 거쳐 다시 고체표면에서
서저
저온의 유체로 열이 전달되는 과
정
열관 량 Q 관류 = Q전달 + Q전도 + Q전달
열관류량
• 열관류율 ((K
(K-값)
값) : 전도,
값)
전도 대류,
대류 복사에 의한 열전달의 모든 요
인을 혼합하여 하나의 값으로 나타낸 것.
것 어느 특정한 두께의
벽 지붕,
벽,
지붕 바닥 등을 통하여 전달된 열류량을 구할 수 있는 계
수로써
수
써 표면적
면적 1m
1 2인 구
구조체를
체를 사이에 두
두고 온
온도차가
차가 1
1ºC일
C일
때구
구조체를
체를 통한 열류를 와
와트로 측정한 것
것.
1
K
RT
RT  Rso 
K: 열관류율 (W/m2C)
C)
RT: 열관류저항(m
열관류저항(( 2C/W)
C/W))
1
Ri  Ra  Rsi  
ho
Rso: 벽체의 외
외표면
면 열전달저항(1/h
열전달저항
o)
Ra: 공기층의 열전달저항 (1/hi)
Ri: 벽체 각 재료의 열전달저항
xxi

1
 Ra 
ki
hi
 표면 열전달율(surface
열전달율(( f
또는 film
fil conductance)
d t
)
 표면 열전달율(f)은
( ) 복사열전달율(h
( r))과 대류 열전달율(h
( c))의 합으로 정
의됨
f = hr + hc ( W/㎡℃)
/㎡℃)) ((kcal/㎡hr℃)
(k l/㎡h ℃))
 표면열전달저항(R
( s) : 표면열전달율의 역수
 공기층의 열저항(air
열저항( film,
film ggap
p resistance))
 공기는 재료 중에서 밀도가 가장 작으며 열저항이 가장 큰 재료임.
재료임
• 정지되어 있는 중공벽의 공기층 열저항은 두께가 25mm까지
2
까지 계속 증가
• 공기층 내에서 약 60%는 복사에 의하여 열전달이 발생
• 공기층 내에 환기로 인하여 대류가 발생하면 열전도저항이 낮아짐
공기층의 열저항
(b) 열관류율(thermal
열관류율( h
l transmittance)
i
) : K값(U
K값(U-값)
값)
총 열관류저항의 역수를 열관류율 K,
K 또는
는U
U-값이
값이
라한다
•열관류에
열관류에 의해 벽체나 그 밖의 다른 건물 구성요소
를 통해 단위 시간당 이동된 열량(Q)
(Q)
Q = A × K × Δt
Δt : to – ti , to : 외기온도 , ti : 실내온도
온도구배
구배
• 온도구배 : 건물 외피에서 내외부 온도차로 구조체의 점진적인 온도변화
를 일으키고 각 구조체내 각 점의 온도가 일정하게 유지되는데 이 온도의
선을
을이
이으면 동일 재
재료층에서는
층에서 일정
일정한 기울기의 곡
곡선을
을 얻을
을수있
있으며
있으며,
며,
이를 온도구배라 함.
함
• 온도구배를 결정하는 식
ΔTi : 어느 특정 재료층을 통한 온도변화(특정층
(
통과 시 온도강하))
Ri: 특정 층의 열저항,
열저항
RT : 구조체의 전체 열관류저항
ΔT: 구조체 전체의 온도차
Ti
Ri
RT
T