열방출속도와 열유속

정의

열방출속도는 단위시간당 연소로 방출되는 열에너지이며 단위는 kW다.

열유속은 단위면적당 전달되는 열에너지로 단위는 kW/m²다.

두 값은 단위가 다르므로 혼동하면 답안에서 감점된다.

표면 열균형

표면은 외부 복사와 화염에서 열을 받고 재복사와 대류로 일부를 잃는다.

남은 순열유속이 고체 연료를 기화시킨다. 열유속은 원인이고 열방출속도는 결과다.

순열유속은 입력 열유속에서 표면 손실을 뺀 값이다.

비질량손실율과 열방출속도

비질량손실율은 순열유속을 기화열로 나눈 값이다.

열방출속도는 비질량손실율에 기화면적과 유효연소열을 곱해 구한다.

단위를 맞춰 보면 kW가 되어 열방출속도의 단위와 일치한다.

계산 예제

직경 1미터 원형 풀화재를 가상의 값으로 계산해 보자.

면적은 파이 D제곱을 4로 나눈 값으로 0.785 제곱미터다.

질량감소속도에 유효연소열을 곱하면 열방출속도가 나온다.

그 결과 약 1.6 MW로 1미터 풀화재의 일반적인 규모 범위에 든다.

열전달 3요소

화재에서 열은 전도, 대류, 복사로 전달된다.

전도는 고체 내부 접촉, 대류는 유체 순환, 복사는 매질 없이 전자기파로 전달된다.

화염 주변에서는 복사가 지배적인 경우가 많다.

복사는 화염 온도의 4제곱에 비례하므로 온도가 높을수록 열유속이 급격히 커진다.

헷갈리는 점

헷갈리기 쉬운 점은 열유속과 열방출속도의 단위와 측정 방식이다.

열유속은 면적 기준 값이고, 열방출속도는 화재 전체가 내는 열 출력이다.

두 값을 혼동하면 화재 규모와 복사 피해 범위를 잘못 추정하게 된다.

시험에서는 열유속 조건과 발열량 기준을 함께 적어야 비교가 가능하다.

정리

정리하면 열방출속도는 kW, 열유속은 kW/m² 단위의 값이다.

열방출속도는 비질량손실율, 기화면적, 유효연소열의 곱으로 구한다.

측정은 산소소비법으로 하며 시험 조건을 함께 기록해야 한다.

앞의 문제 정답은 kW다.