열의 전달

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열의 전달

한 지점이나 물체에서 다른 지점 또는 물체로 열을 전송하거나 이동시키는 것은 화재 행동 연구의 기본입니다. 초기 연료 패키지(불타는 물체)에서 다른 연료로 열을 전달하고 화재 기원 지역을 넘어선 곳에 영향을 미칩니다. 소방관은 화재를 공격하기 전에 화재의 크기를 추정하고 공격의 효과를 평가하기 위해 열전달에 대한 지식을 활용합니다. 열의 정의는 열이 한 물체에서 다른 물체로 전달되려면 두 물체는 서로 다른 온도여야 한다는 것을 명확히 합니다.

열은 더 따뜻한 물체에서 더 차가운 물체로 이동합니다. 열이 전달되는 속도는 두 물체의 온도 차이와 관련이 있으며 관련 물질의 열전도도와 관련이 있습니다. 주어진 물질에 대해서는 두 물체 간의 온도 차이가 클수록 전송 속도가 더 큽니다. 물체 간의 열전달은 시간당 에너지 흐름(열)으로 측정됩니다.

열은 세 가지 메커니즘을 통해 한 물체에서 다른 물체로 전달될 수 있습니다: 열전도, 대류 및 복사. 이러한 각각에 대해 아래 섹션에서 자세히 설명하겠습니다.

열전도

열전도는 직접 접촉을 통해 한 물체 내 또는 다른 물체로 열을 전달하는 것입니다. 다시 말해, 열전도는 고체 내와 고체 간의 열 흐름입니다. 열전도는 물질의 분자 간 운동과 충돌 증가로 인해 물질을 통해 에너지를 전달합니다. 물질의 분자가 더 밀집하게 배치될수록 열전도가 더 빨리 발생합니다. 열전도는 물질이 열원과 직접 접촉하여 가열될 때 발생합니다. 예를 들어, 금속 파이프가 한 벽의 한쪽에서 불에 가열될 때, 열전도를 통해 벽의 나무 구조 부품이나 벽 반대편의 가연성 물질이 발화될 수 있습니다.

열전도로 인한 열 흐름은 가열되는 영역, 열원과 가열되는 물질 간의 온도 차이 및 물질의 열전도도에 의존합니다. 구리는 철보다 7배 이상 빨리 열을 전도하고, 또한 강철은 콘크리트보다 거의 40배 열전도도가 높습니다. 나무는 이러한 물질 중에서 가장 열을 전도하는 능력이 낮습니다. 따라서 강철 프레임 건물보다 나무 프레임 건물을 통해 열이 더 쉽게 전달됩니다. 단열 재료는 주로 열을 한 물체에서 다른 물체로 전달을 늦추는 방식으로 열전도를 늦춥니다. 좋은 단열체는 열을 잘 전도하지 않는 물질입니다. 물리적 성질 때문에 열 에너지의 점 대 점 전달을 방해합니다. 건물 건설에서 사용되는 가장 좋은 상업용 단열체는 공기와 같은 가스로 채워진 미립자나 섬유로 만든 것입니다. 가스는 분자가 상대적으로 멀리 떨어져 있기 때문에 열을 잘 전도하지 않습니다.

다시 한번 요약하자면, 전도를 통하여 열로부터 멀리 떨어진 물질들에 불이 붙을 수 있습니다.

대류

화재가 커지기 시작하면 화재로 흡입된 공기가 가열됩니다. 뜨거운 공기와 연소 생성물은 더욱더 뜨거워져 상승합니다. 대류는 유체(액체 또는 기체)에서 고체 표면으로 열 에너지를 전달하는 것입니다. 화재 환경에서는 이것이 주로 뜨거운 연기와 화재 가스의 이동을 통해 열전달이 발생합니다. 모든 열전달과 마찬가지로 열의 흐름은 뜨거운 화재 가스에서 냉각된 구조 표면, 건물 내용물 및 공기로 향합니다.

정리하자면, 열은 대류를 통하여 위로 상승합니다. 

복사

복사는 중간 매체 없이 전자기파(예: 빛 파, 라디오파, X선과 같은)로 에너지를 전송하는 것입니다.

열복사는 온도로 인하여 발생합니다. 절대 영도 이상의 온도를 가지는 모든 물질은 열에너지를 방출합니다. 화재가 커질수록 복사 열전달이 우세한 열전달 모드가 되며, 화재로부터 거리가 있는 물체의 발화에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다. 복사 열전달은 구획 내에서의 화재 발생 및 확산에도 중요한 역할을 합니다. 복사열은 모든 방향으로 퍼져나갑니다.

다양한 요인이 복사 열전달에 영향을 미칩니다. 이러한 요인에는 표면의 성질, 표면 간의 거리, 열원과 가열되는 물질 간의 온도 차이가 포함됩니다. 어두운 물질은 더 밝은색의 물질보다 열을 더 효과적으로 방출하고 흡수합니다. 매끄럽거나 광택이 있는 표면은 거친 표면보다 더 많은 복사열을 반사합니다. 거리가 증가하면 복사열의 영향이 줄어듭니다. 그러나 온도 차이가 열전달에 큰 영향을 미치는 것을 강조해야 합니다. 열원의 온도를 두 배로 높이면 복사 열전달이 4제곱의 배수로 증가합니다. 온도를 두 배로 높이면 복사열을 16배로 증가시킵니다.

전자기파로 이동하는 에너지는 직선으로 빛의 속도로 이동합니다. 열전도와 대류에 의한 열전달을 방해하는 진공 및 공기 공간을 통해 복사열 에너지가 이동합니다. 복사 에너지를 반사하는 물질은 열전달을 방해합니다.

화재 삼각형은 연료, 열 및 산소로 구성되지만 다른 물질도 발화와 화재 발생 방식에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다. 열 흡수는 하지만 활발하게 연소 반응에 참여하지 않는 물질이 있습니다. 이 물질은 연료 수분(가연성 물질의 수분 함량)은 열에너지의 흡수를 늦추고 발화와 연소 과정을 지연시킵니다. 예를 들어, 충분히 물을 지니고 있는 관목은 건조한 관목보다 느리게 발화됩니다.

습도와 연료 수분은 야생 화재 발생에 있어서 주요 고려 사항이지만 이렇게 열 흡수는 하지만 활발하게 연소 반응에 참여하지 않는 물질의 영향도 구조적 화재에서 중요할 수 있습니다. 예를 들어, 나무가 상대적으로 녹색인 신축 나무 프레임 건물의 화재가, 나무 구조 부재가 시간이 지남에 따라 건조한 오래된 건물의 화재보다 느리게 확산될 수 있습니다. 이 개념은 화재 발생 및 빠른 화재 진행의 가능성을 방지하거나 줄이기 위해 사용되는 소방 통제 전술의 효과를 이해하는 데 중요합니다.