순 복사 열 손실률 (Net Radiation Loss Rate) 계산

전자기파의 방출로 인한 열의 전달을 열 복사라고 한다.

흑체에서 단위 시간당 복사 에너지는 절대 온도의 4제곱에 비례하며 Stefan-Boltzmann 법칙으로 표현할 수 있다.

 

(식 1) q = σ * T ⁴ * A

q = 단위 시간당 열전달 (W)

σ = Stefan-Boltzmann 상수, 5.670367×10^-8 (W/m² K⁴)

T = 절대 온도 (K)

A = 방출체의 면적 (m²)

 

이상적인 흑체가 아닌 경우, 위의 식은 아래와 같다.

 

(식 2) q = ε * σ * T ⁴  * A 

 

ε  = 물체의 방사율 (흑체 : 1), 방사율은 재료와 표면온도에 따라 다른 값을 갖는다.

 

뜨거운 물체가 더 차가운 주변 환경으로 에너지를 방사하는 경우 순 복사 열 손실률 (Net Radiation Loss Rate) 은 다음과 같다.

 

(식 3) q = ε * σ * (Th⁴ - Tc⁴) * A

 

Th = 뜨거운 물체 절대 온도 (K)

Tc = 차가운 주변 절대 온도 (K)

 

방사율, ε :

뜨거운 물체 온도, Th (K) :

차가운 주변 온도, Tc (K) :

물체 표면적, A (m2) :

     

순 복사 열 손실률, q (W) :

 

예를 들어, 주변 온도가 20.0 ºC인 어두운 방에 있는 옷을 입지 않은 사람의 복사에 의한 열 전달 속도를 구해보자.

그 사람의 정상 피부 온도는 36.0 ºC, 표면적은 1.50 m², 피부의 방사율은 0.97 이다.

q = ε * σ * (Th⁴ - Tc⁴) * A = 0.97 * 5.670367×10^-8 * (309 ⁴ – 293 ⁴) * 1.5 = 144 W 이다.

 

* 참고 자료

1. 슈테판 볼츠만 법칙 (Stefan Boltzmann Law) 계산