에너지관리기사 열관리 · 전도·대류·복사Conduction, Convection and Radiation
뜨거운 물체에서 찬 물체로 열이 가는 길은 물질을 타고 직접 전해지는 전도, 움직이는 유체가 실어 나르는 대류, 매질 없이 전자기파로 건너가는 복사 세 가지뿐이다. 전도는 열전도율과 두께, 대류는 열전달계수, 복사는 방사율과 절대온도의 4제곱이 열류를 정하므로, 손실 · 보온 문제는 어느 갈래인지부터 고른다. 그림은 고른 전달 방식에서 고온 쪽에서 저온 쪽으로 가는 열류 화살표로, 굵기가 열류량에 비례해요. 전도 · 대류 · 복사 버튼으로 방식을 바꾸고 온도차와 그 방식의 물성 슬라이더를 옮기면 화살표 굵기와 열류량 q가 함께 바뀌어요.
열이 옮겨 가는 세 가지 길 뜨거운 물체에서 찬 물체로 열이 흐르는 방법은 셋뿐이다. 물질을 타고 직접 전해지는 전도 , 유체가 움직이며 열을 실어 나르는 대류 , 매질 없이 전자기파로 건너가는 복사 . 보일러와 열교환기 설계는 이 세 길을 함께 다룬다.
👀 세 방식의 결정적 차이
①전도는 물질 안 온도차로 전해지며 매질이 있어야 한다 (푸리에 법칙)
②대류는 유체가 움직이며 열을 나르고, 표면과 유체의 온도차로 정해진다 (뉴턴 냉각)
③복사(스테판 · 볼츠만)는 매질 없이도 전해지며, 절대온도의 4제곱에 비례해요
방식을 바꿔 열류량 견주기 전도 대류 복사
see gongsik.com 전도 q = kA·ΔT/L. 대류 q = hA·ΔT. 복사 q = εσA(Th⁴ − Tc⁴). 화살표 굵기 ∝ 열류량 q.
고른 전달 방식에서 온도차와 물성을 바꾸면 열류 화살표의 굵기와 열류량 q가 바로 바뀐다 💡 물성값이 열류를 좌우한다
①전도는 열전도율 k가 클수록(금속) 열이 잘 흐른다
②대류는 계수 h가 클수록(강제대류 · 비등) 열류가 커져요
③복사는 방사율 ε(0 ~ 1)과 절대온도로 정해지며, 고온일수록 열류가 급격히 늘어난다
④세 방식 모두 온도차 ΔT가 커지면 열류가 커져요
푸리에 법칙은 전도의 기본식 전도 열류량
q = kAΔT L
k = 열전도율, A = 면적, L = 두께, ΔT = 양쪽 온도차
두께가 얇을수록, 면적이 넓을수록, 온도차가 클수록 열이 잘 통한다. 열전도율 k는 물질마다 정해진 값으로 금속이 크고 단열재가 작다.
📏 열전도율 k의 크기
①구리 약 385, 알루미늄 약 220 W/m · K (금속은 크다)
②물 약 0.6, 유리 약 1 W/m · K
③공기 약 0.025, 단열재 약 0.03 ~ 0.05 W/m · K (작다)
④k가 작을수록 열을 잘 막는 단열재예요
뉴턴 냉각과 스테판 · 볼츠만 대류 열류량 (뉴턴 냉각)
q = hAΔT
h = 대류 열전달계수, ΔT = 표면과 유체의 온도차
복사 열류량 (스테판 · 볼츠만)
q = εσAT 4
σ = 5.67×10⁻⁸ W/m²K⁴, T = 절대온도(K), ε = 방사율
복사는 절대온도의 4제곱에 비례하므로 온도가 조금만 올라도 열류가 크게 늘어난다. 두 물체 사이 순 복사는 두 온도의 4제곱 차 (Th⁴ − Tc⁴)로 계산하며, 그림도 이 식으로 셈한다.
⚡ 세 식이 만나는 곳
①대류 계수 h는 유동 조건(자연 · 강제 · 상변화)에 따라 크게 달라진다
②복사는 섭씨가 아니라 절대온도 K로 계산해요
③고온 노(爐)에서는 복사가 대류 · 전도보다 훨씬 크다
④실제 표면에서는 세 방식이 한꺼번에 일어나요
정리와 시험에서 묻는 것 지금 고른 방식의 열류량
q = 50.00 kW
ΔT = 100 K 기준
🎯 시험에서 묻는 것
①전도(푸리에) q = kA · ΔT/L, 열저항 R = L/(kA)
②대류(뉴턴 냉각) q = hA · ΔT, 열저항 R = 1/(hA)
③복사(스테판 · 볼츠만) q = εσA · T⁴이고, 두 면 사이 순 열류는 εσA(Th⁴ − Tc⁴)다
④복사는 절대온도의 4제곱에 비례하므로 K로 계산해요
⑤열전도율 k가 작을수록 좋은 단열재, 클수록 좋은 전열체다
📝 대표 기출 유형
①[기출유형] k = 0.8, A = 2 m², L = 0.2 m, ΔT = 50 K인 벽의 전도 열류량은? (답: 0.8 × 2 × 50 / 0.2 = 400 W)
②[기출유형] h = 30 W/m²K, A = 3 m², 표면과 공기 온도차 40 K일 때 대류 열류량은? (답: 30 × 3 × 40 = 3,600 W)
③[기출유형] 복사 열류량이 절대온도의 몇 제곱에 비례하는가? (답: 4제곱)
마지막 수정 2026-10-20