열관류율과 다층벽 열통과

Overall Heat Transfer Coefficient

실제 벽의 열통과는 대류-전도-대류 저항이 직렬로 이어진 관류예요. 총괄 열관류율 U로 묶으면 다층벽 손실을 한 식으로 말해요. 보온·전열 설계 계산의 뼈대라 저항 합산을 익혀 두어요. 층 조건 슬라이더로 U와 열통과량이 어떻게 바뀌는지 봐요.

대류·전도·대류가 직렬로 이어진 벽

실제 벽은 안쪽 유체에서 표면으로 대류, 벽 속으로 전도, 바깥 표면에서 유체로 다시 대류가 이어집니다. 이 여러 저항이 직렬로 연결된 전체를 하나의 계수로 묶은 것이 열관류율 K입니다.

👀 전기 회로처럼 저항을 더한다

①각 단계는 열저항 R을 가진다 (대류 R=1/hA, 전도 R=L/kA)

②직렬이므로 총 저항은 단순 합: ΣR = 1/h₁ + Σ(L/k) + 1/h₂

③열관류율 K는 총 저항의 역수 (단위면적 기준)

④가장 큰 저항(보통 단열재)이 전체 열류를 지배한다

벽을 쌓고 두께를 바꿔 K를 관찰하기

1층 두께 (k=0.7)0.1 m

2층 두께 (k=0.04)0.05 m

💡 꺾은선의 기울기가 저항이다

①온도가 급하게 떨어지는 층이 열저항이 큰 층이다

②단열재는 얇아도 온도 강하가 가장 크다 (k가 매우 작음)

③층을 더 쌓을수록 총 저항이 커져 K가 작아진다

④K가 작을수록 단열 성능이 좋다 (열 손실 감소)

열관류율의 정의식

다층벽 열관류율

1K = 1h₁ + Σ Lk + 1h₂

대류 저항 + 전도 저항들 + 대류 저항의 직렬 합

열통과량

q = KAΔT

열관류율 × 면적 × 양측 유체 온도차

열관류율 K는 벽 전체를 하나의 대류처럼 다루는 종합 계수입니다. 단위는 대류계수 h와 같은 W/m²·K 이며, 건물 벽·보일러·냉동 배관 성능 지표로 씁니다.

핵심 정리와 시험 포인트

현재 구성 열관류율

K = 0.642 W/m²K

총 열저항 ΣR = 1.558 m²K/W

🎯 시험 포인트

①1/K = 1/h₁ + Σ(L/k) + 1/h₂ (직렬 열저항의 합의 역수)

②전도 저항 R = L/k, 대류 저항 R = 1/h (단위면적 기준)

③열통과량 q = K·A·ΔT

④저항은 직렬이면 더하기, K는 그 합의 역수

⑤열관류율 단위 W/m²·K, 작을수록 단열 우수

📝 대표 기출문제

①[기출유형] h₁=10, h₂=20, 벽 L=0.2m k=0.5일 때 K는? (답: 1/K=0.1+0.4+0.05=0.55, K≒1.82 W/m²K)

②[기출유형] K=2 W/m²K, A=10 m², ΔT=30 K일 때 열통과량은? (답: 2×10×30 = 600 W)

③[기출유형] 두께 0.1m, k=0.04 단열재의 전도 열저항은? (답: 0.1/0.04 = 2.5 m²K/W)