🌡️ 열전도 계산기
푸리에의 열전도 법칙(Fourier's Law)을 사용하여 재질을 통과하는 열전달률을 계산합니다.
🌡️ 열전도 계산기
푸리에의 열전도 법칙(Fourier's Law)을 사용하여 재질을 통과하는 열전달률을 계산합니다.
✅ 계산 결과
열전달률 (Q)-
열유속 (q = Q/A)-
온도 구배 다이어그램
T₁: 25°C
k = 0.04 W/(m·K)
Q ➔
d = 0.15 mT₂: 5°C
계산기 설명
열전도(Heat Conduction)는 온도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로, 물질 내부의 분자 진동과 자유전자 이동을 통해 열에너지가 전달되는 현상입니다. 벽, 단열재, 창문, 파이프 벽처럼 정지한 고체를 통과하는 열의 흐름을 지배하는 기본 메커니즘입니다.
이 계산기가 구하는 것
이 계산기는 재료의 열전도율, 단면적, 두께, 양쪽 표면의 온도차를 이용해 평판을 통과하는 정상 상태 열전달률(Q)과 열유속(Q/A)을 구합니다.
왜 필요한가
- 건물 벽·지붕의 단열 성능 평가와 열손실(난방·냉방 부하) 산정
- 단열재 두께나 재질 변경이 열손실에 미치는 영향 비교
- 공정 장비·파이프의 표면 열손실 및 보온 설계
계산 공식
푸리에 열전도 법칙
1차원 정상 상태에서 평판을 통과하는 열전달률은 푸리에 법칙으로 주어집니다. 온도차와 단면적, 열전도율에 비례하고 두께에 반비례합니다.
- Q — 열전달률 [W]
- q — 열유속 (단위 면적당 열전달률) [W/m²]
- k — 재료의 열전도율 [W/(m·K)]
- A — 열이 통과하는 단면적 [m²]
- d — 재료의 두께 [m]
- ΔT — 양쪽 표면의 온도차 [°C]
식의 의미 (어떻게 구하나)
- 온도차 ΔT가 클수록, 면적 A가 넓을수록 열전달률 Q가 커집니다.
- 두께 d가 두꺼울수록 열이 지나갈 거리가 길어져 Q가 작아집니다 → 단열 효과.
- 열전도율 k가 작은 재료(단열재)일수록 같은 조건에서 열손실이 적습니다.
계산 예시
유리섬유 단열재(k ≈ 0.04 W/(m·K))로 된 두께 0.15 m, 면적 10 m²의 벽에서 양쪽 온도차가 20 °C(=20 K)라면, Q = (0.04 × 10 × 20) / 0.15 ≈ 53.3 W. 열유속은 53.3 / 10 ≈ 5.3 W/m²입니다.
유용한 팁
실무 팁
- 여러 층으로 이뤄진 벽은 각 층의 열저항 R = d/(k·A)를 더해서 전체 열저항을 구한 뒤 Q = ΔT / R_total로 계산합니다.
- 온도 단위는 섭씨든 절대온도든 온도차(ΔT)는 동일하므로, 차이 값을 그대로 사용해도 됩니다.
한계와 주의사항
- 이 식은 정상 상태(온도가 시간에 따라 변하지 않음)와 1차원 열전도만 다룹니다. 과도 상태에는 적용되지 않습니다.
- 실제 표면에는 대류·복사 열저항과 접촉 열저항이 더해지므로, 순수 전도만으로 계산하면 열손실을 과대평가할 수 있습니다.
- 열전도율 k는 온도에 따라 변할 수 있으므로 사용 온도 범위의 값을 쓰세요.