단열재

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단열재는 열 접촉 물체 간 또는 방사 영향 범위 내의 열 전달(즉, 온도가 다른 물체 간 열 에너지 전달)을 감소시키는 것입니다.보온성은 적절한 물체 모양과 재료뿐만 아니라 특수하게 설계된 방법이나 프로세스를 사용하여 달성할 수 있습니다.

열 흐름은 온도가 다른 물체 간 접촉의 불가피한 결과입니다.단열재는 열전도가 감소하여 열파단 또는 ^[1]열장벽이 생성되거나 열복사가 저온체에 흡수되지 않고 반사되는 단열 영역을 제공합니다.

재료의 절연 능력은 열전도율(k)의 역수로 측정됩니다.낮은 열전도율은 높은 절연성(저항값)과 같습니다.열공학에서 절연 재료의 다른 중요한 특성은 제품 밀도(θ)와 비열 용량(c)입니다.

정의.

열전도율 k는 와트/미터/켈빈(W·m⁻¹·K⁻¹ 또는 W/m/K) 단위로 측정됩니다.이는 동력으로 측정되는 열 전달이 (대략적으로) 다음에 비례하는 것으로 밝혀졌기 때문입니다.

• 온도차 ${\displaystyle \delta }$T \ $displaystyle$\$Delta$ T$$}
• $열$ $A의$표면적
• $재료{\displaystyle }$ 두께의 역d$\displaystyle$d

이를 통해 $열손실{\displaystyle }$P(\$displaystyle$ P$)$의 검정력은 $P{\displaystyle }$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle \frac{k}{}}$ A ${\displaystyle \frac{}{}}$ T$$d \ $displaystyle$ P =$blac$ frac {$kA$, \ $Delta$ T } { $d$} } 。

열전도율은 재료와 유체, 온도 및 압력에 따라 달라집니다.비교를 위해 표준 조건 (1atm에서 20 °C)에서의 전도도가 일반적으로 사용됩니다.일부 재료의 경우 열 전도율은 열 전달 방향에 따라 달라질 수 있습니다.

단열 작용은 열전도율이 낮은 재료를 고두께로 봉입함으로써 이루어진다.노출된 표면적을 줄이면 열 전달도 줄어들 수 있지만, 이 양은 일반적으로 절연 대상 물체의 형상에 따라 고정된다.

방사 손실이 우세하거나 사용자가 단열재의 부피와 무게가 제한되는 경우(예: 비상 담요, 복사 장벽) 다층 단열재를 사용한다.

실린더의 단열재

절연 실린더의 경우, 임계 반지름 블랭킷에 도달해야 합니다.임계 반지름에 도달하기 전에 단열재를 추가하면 열 ^[2]전달이 증가합니다.대류 열저항은 실린더의 표면적과 반비례하며, 원통형 쉘(절연층)의 열저항은 반지름 자체가 아니라 외부와 내부 반지름의 비율에 따라 달라집니다.절연하여 실린더의 외반경을 증가시키면 일정량의 도전저항(2×θ×k×L(Tin-Tout)/ln(Rout/Rin))을 더한다.그러나 동시에 대류저항은 감소한다.이는 특정 임계 반지름 아래에 절연체를 추가하는 것이 실제로 열 전달을 증가시킨다는 것을 의미합니다.절연 실린더의 경우 임계 반지름은 다음 식에^[3] 의해 주어진다.

${\displaystyle {r_{critical}}={k\over h}}$

이 방정식은 임계 반경이 단열재의 열전달계수와 열전도율에 의해서만 결정된다는 것을 보여줍니다.절연 실린더의 반지름이 절연 임계 반지름보다 작을 경우, 단열재를 추가하면 열 전달이 증가합니다.

적용들

조류 및 포유류의 의류 및 천연 동물 절연체

가스는 액체나 고형물에 비해 열전도 특성이 낮기 때문에 갇힐 수 있다면 좋은 단열재가 된다.가스(공기 등)의 효과를 더욱 높이기 위해 자연 대류에 의해 효과적으로 열을 전달할 수 없는 작은 셀로 흐트러질 수 있습니다.대류는 부력과 온도차에 의해 구동되는 가스의 큰 부피 흐름을 수반하며, 이를 구동하기 위한 밀도 차이가 거의 없는 작은 셀에서는 잘 작동하지 않으며, 작은 셀의 높은 표면 대 부피 비율은 점성의 드래그에 의해 가스 흐름을 지연시킵니다.

인공 단열재로 소량의 가스 셀을 형성하기 위해 유리 및 고분자 재료를 사용하여 발포상 구조로 공기를 가둘 수 있다.이 원리는 (유리 양털), 셀룰로오스, 록 양털, 폴리스틸렌 폼(스티로폼), 우레탄 폼, 버미큘라이트, 펄라이트, 코르크와 같은 건축 및 배관 단열재에 산업적으로 사용됩니다.또한 양털, 깃털, 양털과 같은 모든 단열성이 높은 의류 소재에서는 공기를 가두는 것이 원칙입니다.

공기 차단 특성은 또한 깃털을 내리고 천연 양의 털과 같은 털을 단열하기 위해 동체온동물이 사용하는 단열 원리이다.두 경우 모두 1차 절연재는 공기이며, 공기를 가두기 위해 사용되는 고분자는 천연 케라틴 단백질이다.

건물들

(난방과 냉방을 통해) 건물 내 허용 온도를 유지하는 데 전 세계 에너지 소비의 많은 부분을 사용합니다.건물 단열재에는 위에서 설명한 바와 같이 작은 공기 전지(특히 유리 양털), 셀룰로오스, 록울, 폴리스틸렌 발포체, 우레탄 발포체, 버미큘라이트, 펄라이트, 코르크 등)의 원리가 사용됩니다.한동안 석면 또한 사용되었지만, 그것은 건강에 문제를 일으켰다.

유리창 단열막을 풍화 응용 프로그램에 적용하여 여름엔 들어오는 열 방사선을 줄이고 겨울엔 손실을 줄일 수 있습니다.

단열 상태가 양호할 경우 건물은 다음과 같습니다.

• 에너지 효율이 높고 저렴하여 겨울에는 따뜻하게 유지하거나 여름에는 시원하게 유지하십시오.에너지 효율은 탄소 배출량 감소로 이어집니다.
• 공간 전체에 균일한 온도가 존재하기 때문에 더 편안하다.외벽, 천장, 창문에서 내벽까지 수직(발목 높이와 머리 높이 사이)과 수평으로 온도 구배가 적어 외부 온도가 극도로 춥거나 뜨거울 때 보다 쾌적한 탑승 환경을 제공합니다.

산업에서는 물체나 공정 유체의 온도를 올리거나 낮추거나 유지하기 위해 에너지를 소비해야 합니다.단열재를 사용하지 않으면 프로세스의 에너지 요구량이 증가하므로 비용과 환경에 미치는 영향이 커집니다.

기계 시스템

공간 난방 및 냉방 시스템은 파이프 또는 덕트를 통해 건물 전체에 열을 분배합니다.파이프 단열재를 사용하여 이러한 파이프를 절연하면 비어 있는 실내로 들어가는 에너지가 감소하고 냉간 및 냉간 파이프 구조에서 응결이 발생하는 것을 방지할 수 있습니다.

파이프 단열재는 또한 파이프 동결을 허용 시간 동안 지연시키는 데 도움이 되는 급수 파이프 구조에도 사용됩니다.

기계 단열재는 일반적으로 산업 및 상업 시설에 설치됩니다.

냉동

냉장고는 히트 펌프와 ^[4]단열재로 구성되어 있습니다.

우주선

발사 및 재진입은 우주선에 심각한 기계적 스트레스를 가하기 때문에 절연체의 강도는 매우 중요합니다(우주왕복선 컬럼비아호의 절연 타일이 고장나 우주왕복선 기체가 과열되고 재진입 중에 부서져 탑승 우주인들이 사망했습니다).대기권 재진입은 고속에서의 공기 압축으로 인해 매우 높은 온도를 발생시킨다.절연체는 열전달 지연제 특성 이외의 까다로운 물리적 특성을 충족해야 합니다.우주선에 사용되는 단열재로는 강화 탄소-탄소 복합 노즈콘과 우주왕복선의 실리카 섬유 타일이 있습니다.자세한 내용은 절연 페인트도 참조하십시오.

자동차

내연기관은 연소 사이클 중에 많은 열을 발생시킨다.센서, 배터리, 스타터 모터 등 다양한 열에 민감한 부품에 닿을 경우 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.따라서 배기가스로부터의 열이 이들 컴포넌트에 도달하는 것을 방지하기 위해 단열이 필요합니다.

고성능 자동차는 엔진 성능을 높이기 위한 수단으로 단열재를 사용하는 경우가 많습니다.

퍼포먼스에 영향을 주는 요인

절연 성능은 다음과 같은 많은 요인에 의해 영향을 받습니다.

• 열전도율('k' 또는 'θ' 값)
• 표면 방사율("θ" 값)
• 절연두께
• 밀도
• 비열 용량
• 서멀 브리징

성능에 영향을 미치는 요인은 재료의 경과시간이나 환경조건의 변화에 따라 달라질 수 있습니다.

요건의 계산

산업 표준은 사람들이 비용을 지불할 것, 제조 비용, 지역 기후, 전통적인 건축 관행, 다양한 안락함의 기준 등 많은 상반된 목표를 상쇄하는 경험칙입니다.대규모 산업 애플리케이션에서는 열 전달과 층 분석을 모두 수행할 수 있지만, 가정 환경(설비 및 건물 단열재)에서는 기밀성이 공기 누출(강제 또는 자연 대류)로 인한 열 전달을 감소시키는 데 핵심입니다.일단 기밀성이 확보되면, 종종 경험의 법칙에 따라 절연층의 두께를 선택하는 것으로 충분합니다.절연층이 연속적으로 2배로 증가할 때마다 수익률이 감소합니다.일부 시스템의 경우 개선을 ^[5]실현하기 위해 필요한 최소 절연 두께가 있음을 알 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 열질량
• 열전도율 목록
• 절연 도료
• 히트 트랩
• 서멀 패드

레퍼런스

추가 정보

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