열균형 방정식

열균형 방정식이란

열균형 방정식은 인체의 열축적을 계산으로 나타낸 식이다.

체온이 얼마나 오르고 내리는지 예측하는 기본 식이다.

고열·한랭 작업의 보호 대책을 세우는 근거가 된다.

각 항의 의미와 부호

식의 각 항은 몸을 기준으로 부호를 붙인다.

대사 열발생 M 은 항상 더하고, 외부에 한 일 W 는 뺀다.

복사 R 과 대류 C 는 얻으면 양, 잃으면 음으로 둔다.

증발 E 는 땀과 무감증발이 빼앗으므로 항상 뺀다.

값 대입 예제

이제 값을 대입해 열축적을 계산하는 예제를 본다.

대사 M 은 180, 외부 일 W 는 0, 증발 E 는 60 W/m² 이다.

복사 R 과 대류 C 는 각각 −30, −25 로 음수이므로 몸이 열을 잃는 조건이다.

이 조건으로 ΔS 를 직접 구해 보자.

계산 확인과 흔한 실수

앞 문제의 답은 65 W/m² 이다.

값이 양이므로 열이 쌓여 체온이 오르는 상태다.

첫째, R 과 C 의 부호를 놓치면 열을 얻는 상황을 설명하지 못한다.

둘째, 수행한 일 W 는 M 에서 빼므로 M − W 로 묶어 쓴다.

셋째, 식의 항은 W/m² 단위이므로 면적으로 나눠 대입한다.

고온에서는 증발이 사실상 유일한 손실 경로다. 그래서 땀이 잘 증발하도록 돕는 대책이 설득력 있다.

대책과 식의 항

대책은 식의 항과 짝지어 설명해야 답안이 설득력을 얻는다.

작업 강도를 낮추면 M 이, 차열 설비를 쓰면 R 이 줄어든다.

환기 같은 발산 설비는 C 를, 복장 조정은 E 를 바꾼다.

증발을 90 으로 올리면 ΔS 는 35 W/m² 가 된다.

정리

열균형 방정식을 한 번 정리한다.

ΔS 가 0 이면 열평형, 양이면 체온이 오르고 음이면 내린다.

고열작업 보호는 증발 손실을 확보하고 열 부하를 줄이는 데 맞춘다.