열저항(Thermal Resistance) 계산

열 저항은 열 전달에 저항하는 능력으로, 열 흐름을 차단하는 물질 또는 시스템의 능력이다.

 

재료 또는 시스템의 온도를 올리는 데 필요한 열 에너지의 양은 재료 또는 시스템의 열저항에 의해 결정된다.

전자 장치, 기계나 건물의 단열 등 열 전달 시스템을 설계하고 최적화하려면 열저항을 이해해야 한다. 물건의 형상, 물건과 주변과의 온도차, 재료의 치수(면적과 두께), 재료의 종류 등이 열저항에 영향을 미친다.

 

또한 재료의 열저항은 압력, 표면적, 다공성, 온도차, 재료 두께, 열전도도 같은 재료의 물성 등에 따라 영향을 받는다. 일반적으로 압력이 높고 표면적이 작으며 기공률이 높고 열전도도(금속의 열전도도 참조)가 낮으며 재료의 두께가 크면 열저항이 커진다.

 

아래 식으로 물체의 열 저항을 구할 수 있다.

 

(식 1)  R = L / kA

 

여기서,

k : 재료의 열전도도 (W/mK)

L : 열 흐름과 평행한 재료 두께 (m)

A : 열 흐름에 수직인 단면적 (m²)

R : 열저항 (K/W 또는 °C/W)

이다.

 

예를 들어 두께가 0.01 m, 단면적이 0.2 m² 인 금속 판재의 열 저항은 위의 식으로 구하면 아래와 같다.

 

판재가 열전도도 50 W/(m⋅K)  인 Steel 이라면, R = 0.01 / (50 * 0.2) = 0.001 K/W 이고,

열전도도 열전도도 400 W/(m⋅K)  인 Copper 라면, R = 0.01 / (400 * 0.2) = 0.000125 K/W 이다.

이는 구리판은 강철판에 비해 열저항이 낮으므로 열을 더 많이 전도할 수 있으며, 반대로 강철판이 단열 특성이 더 높다는 것을 의미한다.

 

재료 두께, L (m) :

단면적, A (m2) :

열전도도, k (W/mK) :

     

열저항, R (K/W) :