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벽난로의 효율성에 대해 궁금한 적이 있습니까?

열화상 장비

우리는 1950년대에 지어진 집에 살고 있습니다. 이 집에 있는 재래식 벽난로의 통풍에 문제가 있어 오래 전부터 거실에서 가끔 연기가 납니다. 몇 가지 문제 때문에 우리는 유리문을 설치하고 팬과 덕트를 이용해 실내 공기를 벽난로 안으로 보내고 다시 밖으로 빼 가열된 공기를 실내로 보내면서 다양한 벽난로 쇠살대와 기구류를 실험했습니다.

기존의 평평한 쇠살대를 사용했을 때 다음 날 아침의 열 신호

최근에, 굴뚝에 덮개를 씌워 하강 기류를 줄인 뒤 벽난로의 작동을 다시 실험했습니다. 저의 이 갑작스런 관심은 수년 동안 사용해 온 전통적인 평평한 형태의 쇠살대가 실패했기 때문에 촉발되었습니다.

열 전달용 막대

쇠살대는 기본적으로 평평하지만, 벽난로 후면에 통나무를 쌓을 수 있도록 막대 두 개가 튀어나와 있습니다. 그리고 이 막대 뒤에 통나무를 쌓으면 실내로 유입되는 연기가 줄어든다는 것을 알게 되었습니다. 열화상 장비로 이 사진을 찍기 전까지, 이 막대가 벽난로 후면 벽에 열을 전달하는 데 얼마나 효과적이었는지 알지 못했습니다. 이 사진을 찍은 다음, 전날 밤의 불길이 꺼지고 남은 재조차 식은 후에도 벽이 여전히 큰 열을 발산하고 있는 것을 보고 굉장히 놀랐습니다.

이 발견을 통해 문제가 많았던 벽난로를 최대한 활용할 수 있는 새로운 쇠살대와 시스템을 찾는 탐구를 시작하게 되었습니다. 보통 그렇듯이, 경험에 따르면 벽난로를 운영하는 효과적인 방법은 코네티컷주의 한 회사가 판매하는 쇠살대와 반사체 시스템을 핵심으로 하는 잘 알려진 원칙을 따르는 것입니다 이 회사가 제공하는 시스템을 면밀히 조사한 후, 새로운 쇠살대와 벽난로 후면 벽을 막는 철판인 "반사형 뒷벽"이라고 불리는 것을 주문했습니다.

일련의 테스트

주문한 구성품이 도착하면 일련의 테스트를 시작할 것입니다.

먼저, 새 쇠살대만 사용하겠습니다. 쇠살대의 앞쪽 막대와 벽난로의 후면 벽돌벽 사이에 나무를 쌓을 것입니다.

그런 다음 불을 피우고 저녁 동안 타게 둘 것입니다. 불씨만 남게 된 상태에서 열화상을 촬영하여 후면 벽돌벽의 복사를 기록할 것입니다. 또한 같은 장소의 결과를 아침에도 기록할 것입니다.

다음 날 밤에는 새 강철 뒷벽을 제자리에 배치한 후 다시 장작을 쌓고 불을 지펴 테스트 순서를 반복할 것입니다.

해답 찾기

알고 싶은 것은 다음과 같습니다.

  1. 불이 타고 있는 동안 후면 벽돌벽과 강철 방화벽에서 실내로 들어오는 복사열의 차이는 얼마입니까?
  2. 불이 꺼지고 식는 동안 복사열의 차이는 얼마입니까?

불이 타고 있을 때에는 철판이 반사판으로 더 효율적일 수 있다고 확신하지만, 벽돌과 비교해 질량과 비열이 낮기 때문에 불이 꺼진 후에는 후면 벽돌벽만 있을 때보다 더 빨리 열을 잃지 않을지 궁금합니다.

실험 결과에 따라, 완전히 새로운 질문 리스트를 만들어야 할 가능성도 확실히 있습니다. 하지만, 그것이 바로 과학인 것이죠.

우리 대부분이 고등학교에서 기초 물리학을 공부했고 배운 법칙과 공식을 시연하고 검증하는 실습을 했습니다. 저는 알고 있다고 생각하는 사항을 확인하거나, 이전에 생각해 본 적이 없는 것들을 배워야 할 때 이러한 기본 원리를 경력 전반에 걸쳐 사용해 왔습니다.

그와 같은 사례 중 하나가 우주항공 실험실에서 기준이 되는 표준 전압을 제공하는데 필요한 1차 표준 셀을 넣기 위해 제작한 온도 안정화 수조입니다. 제 계획은 전압의 온도 계수 기울기가 0에 가까운 온도를 사용하는 것이었습니다. 이 온도는 4°C였습니다. 이 온도를 달성하기 위해 전류가 열전대를 통과할 때 발생하는 열전대의 펠티에(Peltier) 냉각 원리를 사용했습니다. 제어 시스템을 여러 차례 조정한 후 원하는 안정적인 온도를 얻을 수 있었습니다.

예상하지 못한 문제는 열 챔버의 표준 셀과 실험실 주변 환경 사이의 온도 차이였습니다. 하우징에 사용되는 절연체를 통과하는 공기 이동을 적절하게 제한하지 못했기 때문에 안쪽 챔버로 공기가 들어갈 때 온도가 더 낮은 내부 표면에 습기가 응축되었습니다.

이와 유사한 공정이 추운 날씨일 때 실내의 공기에서 습기를 흡수하여 습도가 낮아지고 공기가 흐르는 벽 부분에 응축된 습기를 남깁니다.

Fluke 열화상 장비를 사용하면 이러한 응축 지점을 찾아 해결할 수 있습니다.

벽난로 실험에 대해서는 후속 칼럼에서 더 자세히 보고하겠습니다.

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