출처: http://www.fao.org/tempref/docrep/fao/006/y5013e/Y5013E03.pdf
1. 열전달 방법 및 기술 용어
1) 열전달 방법
열이 어떻게 전달되는지 아는 것이 중요합니다. 열은 전도, 대류 및 복사 또는 세 가지 모두의 조합에 의해 전달됩니다. 열은 항상 따뜻한 곳에서 차가운 곳으로 이동합니다. 그것은 균형을 추구합니다. 단열된 어항의 내부가 외부 공기보다 차가우면 어항의 외부에서 열을 끌어옵니다. 온도 차이가 클수록 열이 추운 지역으로 더 빨리 흐릅니다.
① 전도(Conduction)
열 에너지는 물질에서 분자에서 분자로 고체, 액체 또는 기체를 통과합니다. 열을 전달하기 위해서는 입자와 온도 차이 사이에 물리적 접촉이 있어야합니다. 따라서 열전도율은 입자에서 입자로 전달되는 열 흐름의 속도를 측정합니다. 특정 재료를 통한 열 흐름 속도는 온도의 차이와 열전도율에 영향을 받습니다.
② 대류(Convection)
가열된 공기/ 가스 또는 액체가 한 장소에서 다른 장소로 이동할 때 열이 운반되어 열이 전달됩니다. 열 흐름 속도는 움직이는 가스 또는 액체의 온도와 그것의 흐름 속도에 따라 달라집니다.
③ 복사(Radiation)
열 에너지는 적외선 또는 다른 형태의 전자기파로서 빛의 형태로 전달됩니다. 이 에너지는 뜨거운 몸체에서 나오며, 완전히 투명한 매체를 통해서만 자유롭게 이동할 수 있습니다. 대기, 유리 및 반투명 물질은 상당한 양의 복사열을 통과하며, 이는 표면(예를 들어 햇빛이 잘 드는 날에 갑판 표면은 복사열을 흡수하여 뜨거워짐)에 떨어질 때 흡수됩니다. 밝은 색의 표면이나 반짝이는 표면은 검은색 또는 어두운 색 표면보다는 더 많은 복사열을 반사하므로 전자는 더 천천히 가열됩니다. 실제로 어류 보관/어류 용기에 열이 들어가는 것은 위에서 언급한 세 가지 방법이 혼합된 결과이지만, 가장 중요한 방법은 벽과 바닥을 통한 전도입니다.
2) 정의
단열재 및 기타 일반적인 어선 건축 자재의 단열 특성은 알려져 있거나 정확하게 측정할 수 있습니다. 재료의 모든 조합을 통한 열 전달량(흐름)을 계산할 수 있습니다. 그러나 열 손실을 계산하고 관련된 요소를 이해하려면 특정 기술 용어를 알고 이해해야합니다. 아래의 용어는 두께에 관계없이 재료의 특성과 주어진 두께에 대한 특정 재료의 특성을 나타냅니다.
① 열 에너지
열 에너지 1kcal는 물 1kg의 온도를 섭씨 1℃를 올리는 데 필요한 열량(에너지)입니다. 에너지의 SI 표준 단위는 줄(J)입니다. 1kcal은 약 4.18kJ입니다.(온도에 따라 약간씩 다름) 다른 단위는 Btu(British Thermal Unit)입니다. 1Btu는 대략 1kJ에 해당합니다.
② 열전도율
간단히 말해서 이것은 물질의 질량을 통해 열을 전도하는 능력의 척도입니다. 다른 단열재 및 다른 종류의 재료는 단열 효과를 측정하는 데 사용할 수 있는 특정 열전도율 값을 갖습니다. 단위 온도차가 있을 때, 재료의 단위 두께에 단위 면적을 통해 단위 시간 내에 전도될 수 있는 열/에너지의 양(kcal, Btu 또는 J로 표현됨)으로 정의할 수 있습니다. kcal/mh℃, W/mK로 표현될 수 있습니다.
③ 열전달계수 “λ”
이것은 λ로 지정되며, 일정한 열 흐름 조건에서 물질을 통과하는 온도가 1℃일 때, 1m의 두께에서 재료의 1m²을 통해 1시간 동안 열의 양(kcal)으로 정의됩니다. 열전도율은 테스트에 의해 설정되며 모든 재료에 대한 기본 등급입니다. SI 단위로 W/m²K 표현될 수 있습니다.
④ 열저항
열 저항(R-값)은 λ값의 역수이며, 모든 재료 또는 복합 재료의 열 저항을 계산하는 데 사용됩니다. R-값은 모든 특정 재료가 열 흐름에 제공하는 저항으로 정의할 수 있습니다. 우수한 단열재는 R-값이 높습니다. 1m 이외의 두께의 경우, R-값은 단열재의 두께에 정비례하여 증가합니다. 이것은 x/λ이며, 여기서 x는 미터 단위의 재료 두께를 나타냅니다.
⑤ 열전달계수(U)
기호 U는 재료의 임의의 부분 또는 재료의 복합물에 대한 전체 열전달계수를 나타냅니다. U에 대한 SI 단위는 섭씨 1℃당 시간당 부분의 m²당 kcal이며, 내부 공기 온도와 외부 공기 온도의 차이입니다. 다른 단위 시스템으로 표현할 수도 있습니다. U 계수는 벽 또는 바닥 자체 내에 포함될 수 있는 개별 층 및 공기 공간의 열 저항뿐만 아니라 벽 또는 바닥 양쪽 표면의 열 저항을 포함합니다.
⑥ 수증기 투과율(pv)
이것은 재료의 양면 사이의 수압 차이가 단위일 때, 단위 두께의 재료 표면적 단위를 통과하는 수증기의 양으로 정의됩니다. 이것은 μ㎎/Nh으로 표시될 수 있습니다.
⑦ 수증기 저항(rv)
이것은 수증기에 대한 투과율의 역수이며 rv=1/pv로 정의됩니다.
2. 단열이 필요한 이유
얼음을 사용하는 작은 어선에 사용되는 단열재의 주요 기능은 어류 보관 창고 벽, 해치, 파이프 또는 기둥을 통해 냉장 물고기 또는 얼음이 보관되는 장소로 열이 전달되는 것을 줄이는 것입니다. 열 누출량을 줄임으로써 녹는 얼음의 양을 줄일 수 있어 결빙 공정의 효율을 높일 수 있습니다. 이미 논의된 바와 같이, 얼음은 물고기의 열 에너지를 제거하지만 저장 용기 벽을 통해 새는 열 에너지 또한 제거하기 위해 사용됩니다. 용기 벽의 단열은 용기에 있는 열의 양을 줄이고 내용물을 식히는 데 필요한 얼음의 양을 줄일 수 있습니다. 적절한 재료로 어류를 단열시키는 주요 장점은 다음과 같습니다.
① 주변의 따뜻한 공기, 엔진 룸 및 열 누출에서 열이 전달되는 것을 방지합니다.
② 어류 냉장 운영 비용 및 어류의 보유량의 적절한 용량을 최적화합니다.
③ 냉장시스템을 사용하는 경우 에너지 요구 사항을 최적화합니다.
1) 단열재
소형 선박의 경우 보관 공간이 종종 중요하고 단열재 비용은 건설과 관련된 비용의 상당 부분을 차지할 수 있기 때문에 단열재 선택이 매우 중요할 수 있습니다. 다양한 단열재사 어선에 상업적으로 사용되지만, 이 목적을 위해 완전히 만족하는 재료는 거의 없습니다. 주요 문제는 충분한 기계적 강도와 수분 흡수가 부족하다는 것입니다. 후자는 녹는 얼음이 냉각 매체로 사용되는 어선에서 특히 중요한 문제입니다. 단열재는 폼 구조 안에 가스나 기포를 가두어 작동합니다. 이러한 가스 셀(cell)에 수분이 채위지면 단열 효율이 크게 떨어집니다.
물의 열전도율은 0.592W/mK이고, 얼음의 열전도율은 2.23W/mK(물 값의 약 4배)입니다. 대조적으로 정체된 공기는 약 0.024W/mK입니다. 그림은 단열재 내에 R-11, 건조 공기, 수증기 및 얼음의 열전도율을 보여주며, 단열재에서 공기/가스가 수증기로 대체될 경우 열전도율의 현저한 증가를 보여줍니다.
[단열재 내에 R-11, 건조 공기, 수증기, 물 및 얼음의 열전도율 비교]
[열전도율 비교]
단열재에 의한 수분의 흡수는 유지 벽으로 누출되는 물과 직접 접촉할 뿐만 아니라, 또한 벽을 통한 오도 구배에서 이슬점에 도달하는 벽에 수증기가 응축됩니다. 따라서 수증기 장벽의 적절한 설계는 단열재가 습기를 얻지 않도록 보호하는 데 가장 중요합니다. 수증기의 전달은 대부분의 기후에서 외부 온도가 내부 온도보다 높을 가능성이 높기 때문에 외부에서 유지 벽의 내부로 전달되는 경향이 있습니다. 이를 위해서 단열재 외부에 불 침투성 방습층과 단열재에 액체 액체 용융수가 유입되는 것을 방지하기 위해 라이닝의 방수 장벽이 필요합니다.
증기 장벽은 조립식 샌드위치패널, 강화 플라스틱 재료, 폴리 에틸렌 시트, 최소 0.2mm 두께의 플라스틱 필름 또는 아스팔트로 적층된 막, 최소 두께 0.02mm 알루미늄 호일로 방수 표면을 통해 달성될 수 있습니다. 알루미늄 또는 아연도금 강판의 최소 두께는 0.3mm여야합니다.
어류용에 적합한 단열재의 주요 특성은 아래와 같습니다.
① 열전도율
총 열전달계수를 줄이려면, 최고의 단열재는 열ㅈ번도율이 가장 낮아야 합니다. 더 적은 단열재가 요구될 것입니다. 건조 정체 가스는 최고의 단열재 중 하나입니다. 시판되는 단열재의 단열 특성은 재료 내부에 보유된 가스의 양과 가스 포켓의 수에 의해 결정됩니다. 따라서 셀(cell)의 수가 많고 크기가 작을수록 이러한 단열재의 열전도율은 낮아집니다. 셀들은 열의 대류를 허용하기 때문에 서로 연결되어서는 안됩니다.
② 수분–증기투과성
최고의 단열재는 수증기 투과성이 매우 낮아야합니다. 따라서 수분 흡수는 무시할 수 있게 됩니다. 결로 및 부식이 최소화됩니다.
③ 저항/설치 기능
단열재는 물, 용매 및 화학물질에 내성이 있어야합니다. 내구성이 뛰어나고, 단열효율을 빠르게 잃지 않아야합니다. 설치시 다양한 접착제를 사용할 수 있어야합니다. 설치가 쉽고 가벼우며 취급하기 쉬워야합니다. 일반 도구는 설치를 위해 사용할 수 있습니다. 장기 성능을 절감하여 초기 비용을 대폭 절감하고 경제적이어야합니다. 악취를 생성하거나 흡수해서는 안됩니다. 곰팡이나 진균에 영향을 받지 않아야 하며, 해충을 끌어들이지 않아야 합니다. 티수적으로 안정적이고 부서지지 않아야 합니다.
④ 안전기능
단열재는 비가연성 및 비폭발성 등급이어야합니다. 단열재가 타는 경우 연소 생성물에 독성 위험이 없어야합니다.