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건축환경론

열관류

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열관류

1.단일 재료로 된 벽체의 열관류
그림과 같이 단일 재료의 벽체에 의해서 구획된 공간 중 온도가 높은 쪽의 기온이 t1 낮은 쪽의 기온이 t2라 하자. 두 공간 모두에게서 온도분포곡석이 수평선으로 되어 있는 부분이 있다. 이 부분은 공기가 자유롭게 이동 할 수 있어서(대류가 자유롭게 일어나서) 공기가 잘 섞이어 공간 전체의 기온이 같은 것을 보여주고 있다. 그러나 벽체에 가까워지면 공기의 유동성이 벽체에 의해 제한을 받아 벽체에 가까워질수록 그 부분공기의 전열성이 점차 낮아진다. 온도분포 곡선이 곡선을 이루는 것은 그 때문이다. 결과적으로 이 벽체의 양 표면에 전열성이 낮아지는(차열성이 커지는) 공기 피막이 형성되는 것이다. 이러한 이유로 이 부분에서는 열전달이 일어난다. 
이 공기 피막의 효과는 두꺼운 벽에서는 상대적으로 그리 크지 않으나 유리와 같이 얇은 벽인 경우에는 유리보다 오히려 이 공기피막의 차열효과가 더 큰 경우가 있다. 이 공기피막의 전열성은 벽체 표면 상태와 기류(바람)속도 등에 의하여 크게 달라진다. 이 공기피막의 전열성이 나타내는 개수를 열전달률이라 한다. 또 이러한 공기피막(일반적으로는 유체의 피막)을 통해 열이 이동하는 것을 열전달이라고 한다.
그림의 벽체에서는 공간1쪽의 벽체 표면과 공간2쪽의 벽체 표면에서 각각 열전달이 일어나며 벽체재료에서는 열전도가 일어나서 기온이 t1인 공간에서 기온이 t2인 공간2로 전열이 일어난다. 이렇게 벽체로 구획된 두 공간의 한쪽 공간에서 그 벽체를 통해 다른 공간으로 열이 이동하는 현상을 열관류라 한다. 이 벽체에서는 3단계의 과정을 거쳐 열관류가 일어난다. 즉, 먼저, 온도가 t1인 공간 1의 유동공기로부터 벽체표면으로부터 공간2의 온도가 t2인 유동공기로 열전달이 일어난다. 먼저 공간 1에서 벽체표면으로 이동하는 열류밀도 j1는 열전달률 a1에 비례하고 온도차 t1-0에 비례한다.

벽체에서 전도되는 열류밀도 j2는 열류밀도 j2는 열전도식에 의하여 다음 식이 성립한다.
반대쪽 벽체표면에서 공간 2로 전달되는 열류밀도 j3는 이다. 정상상태라 하면 이 벽체의 표면이나 내부에서 온도가 변하면 안되므로 j1+j2=j3이다. 이것을 j라 하면 다음과 같은 1차 연립방정식이 된다. 

열관류저항은 이 열류 시스템에서 (공간 1에서 벽체를 통하여 공간2로 열이 흐르는 시스템)의 전열저항이다. 1/a,x/a1,a/ , 도 각각 열전달,열전달, 열전도, 열전달에 대한 전열저항이며 이것을 모두 더한 열관류저항 R도 전열저항의 일종이다. 
벽체의 표면온도
벽체의 표면온도는 연립방정식에 의하여 구하면 된다. 다음 식을 사용하여 구하면 편리하다. 

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