[소방학개론] 2. 연소론 - 열전달(전도, 대류, 복사)

1. 열전달

- 온도차가 발생되어 열이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 것

- 종류 : 전도, 대류, 복사 ☆

 

1) 4가지 온도 관계 

 

 

 

2) 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 )

 

3) 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 구분된다

 

 

4) 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 변화는 현상