● 열전달(전도, 대류, 복사)
1. 열전달
- 온도차가 발생되어 열이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 것
- 종류 : 전도, 대류, 복사
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 화재에 의한 열에너지 이동, 전도, 대류, 복사 |
1) 전도
- 고체 또는 정지상태의 유체 (액체, 기체)에서 매질을 통해 이루어진다.
- 물체내의 온도차로 인해 한 물체에서 다른 물체로 직접접촉에 의하여 열에너지가 이동하는 상태를 말한다.
- 물질들의 분자가 정지한 상태에서 위치의 변동 없이 분자의 진동에 의해 열을 전달하는 것을 말한다.
- 일반적으로 화재의 초기단계에서 열의 전달은 전도에 기인한다.
- 완전 진공상태에서는 열은 전달되지 않는다.
- 고체는 기체보다 열전도율이 좋다.
- Fourier의 열전도 법칙을 따른다
- 주택의 벽면용 단열재의 경우
• 벽의 면적이 클수록 열손실이 많다 (면적: A)
• 날씨가 추울수록 열 손실이 많다 (실내외 공기 온도차: ΔT)
• 같은 재료일 때 벽이 두꺼울수록 열손실이 적다 (벽두께: Δℓ )
2) 대류
- 공기의 이동이나 유체(액체, 기체)의 흐름에 의해 열이 이동하는 현상
- 유체 (액체, 기체) 입자의 유동에 의해 열에너지가 전달되는 현상이다.
- 유체의 유동에 의해 연소확대의 원인이 된다.
- 화재시 연기가 위로 향하는 것이나 화로에 의해 실내의 공기가 따뜻해지는 것은 대류에 의한 현상이다.
- 대류는 화재의 이동경로, 연소확대, 화재의 형태나 특성에 가장 큰 영향을 미친다.
- 고층건물에서 발생한 대형화재는 대부분 대류 때문에 발생한다고 해도 과언이 아니다.
- 감지기, 스프링클러 헤드 등에 영향을 주는 요인이다.
- 온도차 -> 밀도차 -> 부력의 차이로 인해 발생된다
- 대류는 뉴턴의 냉각법칙을 따른다
여기서 h는 대류전열계수 또는 대류 열전달계수라 한다
- 대류열전달은 유체의 유동이 외부로부터 작용하는 힘에 의해 이루어지는가 또는 온도차로 인한 부력에 의해 발생하는 가에 따라 강제대류(Forced convection)와 자연대류(Natural convection)로 구분
3) 복사
- 태양이 지구를 따뜻하게 해주는 현상이다.
- 화재시 불꽃이 직접 전달되지 않고 간접적으로 전자파 형태로 열기만 전달되는데 이 열이 가연물에 직선으로 흡수되어 그 표면온도가 발화점에 도달하면 연소가 시작되는 현상
- 복사 열전달은 물질에서 방사되는 에너지가 전자기적인 파동에 의해 전달됨으로써 이루어진다.
- 전도와 대류는 물질을 매개체로 열에너지가 전달되지만 복사의 경우 서로 떨어져 있는 두 물체 사이에 열에너지가 전자파 형태로 물체에 복사되고 이것이 다른 물체에 전파되어 흡수되면 열로 변하는 현상이다.
- 진공상태에서는 손실이 없으며 공기 중에서도 거의 손실이 없다
- 복사열은 일직선으로 이동한다
- 화재 시 열이동에 가장 크게 작용하고 플래시오버에 큰 영향을 미친다
- 복사에너지는 스테판-볼츠만의 법칙에 따른다.
• 복사열은 절대온도 4제곱에 차에 비례하고 열전달 면적에 비례한다.
2. 연소 확대 요인
- 비화, 접염, 복사
- 비화: 불티가 바람에 날리거나 튀어서 멀리 떨어진 곳에 있는 가연물에 착화되는 현상
- 접염: 화염의 접촉에 의해 열로 변하는 현상
3. 4가지 온도 관계 : 화씨, 섭씨, 켈빈, 랭킨
온도는 유체의 물리적 성질에 영향을 미치는 가장 주요한 요소이며, 기체의 상태변화를 결정하는 중요한 역할을 한다. 온도를 측정하는 단위는 섭씨온도, 화씨온도, 절대온도(Kelvin), 그리고 랭킨온도(Rankine)를 사용 한다. 섭씨온도는 표준 상태의 물의 빙점을 0, 비등점을 100으로 놓고 그 사이를 100등분한 것이다. 화씨온도는 물의 빙점을 32℃, 비등점을 212℃로 놓고 그 사이를 180등분한 것이다. 절대온도는 0점을 물의 빙점보다 273℃(-459.4℉) 낮은 온도로 정의하는 방법이다.
온도를 다룰 때는 항상 사용하는 측정 장치를 명확하게 해야 하고, 이 측정 장치가 다른 측정 장치에서 어떻게 변환되는가를 알아야 한다. 이 변환 관계는 다음과 같다.
계산의 편의상 랭킨온도는 보통 화씨온도를 절대온도로 변환하여 사용한다. 화씨온도를 랭킨온도로 나타내려면 460℃를 더한다. 예를 들어, 72℉에 460℃를 더하여 532℃ 랭킨온도가 된다. 만약 화씨온도가 0 이하면 460℃에서 화씨온도 값을 뺀다. 즉, -40℉는 460℃에서 40℃를 빼서 랭킨온도로 420이 된다. 랭킨온도는 절대온도를 나타내지는 않으나, 이러한 온도 변환이 기체 상태의 변화를 살피는데는 유용하게 사용된다. 자연 과학의 연구에는 절대온도와 섭씨온도를 널리 사용한다. 일부 기술 교범에는 주어진 방향과 조작 설명서에 이러한 단위를 사용한다.
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