복사
개념과 원리
복사는 매질 없이도 전달됩니다. εσAT⁴는 물체가 내보내는 복사 에너지율이며 주위로부터 받는 복사를 뺀 순열전달률과 다릅니다. 큰 등온 주위면에 둘러싸인 회색체를 단순화하면 순복사는 εσA(Tₛ⁴−T주위⁴)로 계산할 수 있습니다.
복사 열전달의 특징
복사는 물체가 전자기파 형태로 에너지를 방출하고 흡수하면서 이루어지는 열전달입니다. 전도나 대류와 달리 전달을 위한 물질이 반드시 필요하지 않아 진공에서도 열이 이동할 수 있습니다.
복사 열전달은 표면의 절대온도와 방사율에 크게 영향을 받습니다. 기본적인 복사 방출은 스테판-볼츠만 법칙과 연결되며 절대온도의 네제곱에 비례하는 특성이 있습니다.
공조부하에서는 창을 통한 태양복사와 외벽·지붕이 받은 일사 영향이 냉방부하 증가로 이어질 수 있습니다. 따라서 단순한 실내외 건구온도차만으로 모든 열취득을 설명할 수 없습니다.
개념 적용
같은 면적과 방사율을 가진 두 표면이라면 절대온도가 높은 표면일수록 복사 방출량이 크게 증가합니다. 예를 들어 절대온도가 300 K에서 330 K로 10% 증가하면 온도의 네제곱 비는 (330÷300)⁴=약 1.464이므로 다른 조건이 같을 때 방출항은 약 46.4% 커집니다.
주의: 복사 계산에서는 섭씨온도를 그대로 네제곱하지 않고 절대온도 K를 사용해야 합니다.
그림·공식 정리
개념
물질의 직접적인 접촉이나 유체의 이동 없이 전자기파 형태로 열이 전달되는 현상이다. 태양열과 화염에서 느껴지는 열이 대표적이다.
복사 방출률과 순복사 열전달률
표면이 방출하는 복사 에너지율이며 단위는 W이다. 주위에서 흡수하는 복사를 아직 빼지 않은 값이다.
큰 등온 주위면에 둘러싸인 회색체에 적용하는 단순식이다. 표면에서 주위로 나가는 순열전달률을 양수로 정한다.
| 기호 | 의미 |
|---|---|
| ε | 방사율 |
| σ | 스테판–볼츠만 상수 |
| A | 복사면의 면적(m²) |
| Ts, T주위 | 표면 및 주위면의 절대온도(K) |
복사식의 온도는 섭씨가 아니라 절대온도 K를 사용한다.
풀이에 적용하기
큰 등온 주위면에 둘러싸인 회색체를 가정합니다. ε=0.9, A=1 m², 표면 40℃, 주위 20℃, σ=5.67×10⁻⁸ W/(m²·K⁴)라고 가정합니다. Q̇=0.9×5.67×10⁻⁸×(313.15⁴−293.15⁴)≈113.86 W입니다. 온도는 반드시 K로 바꿉니다.
헷갈리는 부분
서로 마주 보는 유한한 두 면에서는 형상계수와 양쪽 방사율을 고려해야 합니다. 단순식을 모든 복사 문제에 그대로 적용하지 않습니다.