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겨울철 유리창에 뽁뽁이를 붙이면 얇은 공기층이 형성되어 열의 이동을 차단하고 실내 온도를 유지해 주는 단열 효과의 과학적 원리는 무엇인가요?
겨울철 유리창에 뽁뽁이를 붙이면 얇은 공기층이 형성되어 열의 이동을 차단하고 실내 온도를 유지해 주는 단열 효과의 과학적 원리는 무엇인가요?
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
겨울철 유리창에 붙이는 뽁뽁이의 단열 효과는 공기의 물리적 성질을 이용한 것으로 공기 자체는 열전도율이 매우 낮아 훌륭한 단열재이지만, 자유롭게 움직일 때는 대류 현상으로 인해 열을 쉽게 전달합니다. 뽁뽁이는 수많은 미세한 비닐 방울 속에 공기를 가두어 공기의 이동을 차단하고 정지된 공기층을 형성하는 원리입니다.
열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는데, 뽁뽁이 내부의 갇힌 공기층은 열전도율이 낮아 실내의 따뜻한 열이 차가운 유리창을 통해 외부로 빠져나가는 것을 막아주며, 공기를 작은 독립된 셀 단위로 잘게 나누어 가두기 때문에, 유리창 표면에서 일어나는 대류 순환을 효과적으로 억제합니다. 또한, 실내 공기와 차가운 유리창이 직접 닿는 면적을 최소화하여 유리창 안쪽 표면의 온도가 급격히 떨어지는 것을 방지합니다.
이외에도 유리창 표면 온도가 실내 공기의 이슬점 아래로 떨어지면 공기 중의 수증기가 물방울로 변하는 결로 현상이 발생하는데, 뽁뽁이를 부착하면 실내의 따뜻한 공기가 차가운 유리창 유리 면과 직접 접촉하는 것을 막아주어, 유리창 표면 온도를 높여주고 실내 결로와 곰팡이 발생을 예방하는 데 큰 도움을 줍니다.
채택된 답변안녕하세요. 겨울철 유리창에 흔히 붙이는 뽁뽁이가 실내 온도를 유지하는 이유는 뽁뽁이 안에 갇힌 작은 공기층이 열의 이동을 어렵게 만들기 때문이며, 이때 핵심은 열전도, 대류, 복사라는 세 가지 열전달 방식이 줄어드는 데 있습니다.
우선 유리는 열을 비교적 잘 전달하는 물질이기 때문에 겨울철에는 실내의 따뜻한 열이 유리를 통해 차가운 바깥쪽으로 빠져나가기 쉬운데요, 그런데 유리창에 뽁뽁이를 붙이면 유리와 뽁뽁이 사이 또는 뽁뽁이의 작은 기포 내부에 공기가 갇히게 됩니다. 공기는 고체나 액체에 비해 열전도율이 매우 낮기 때문에 열이 전도되는 속도를 크게 낮출 수 있습니다. 특히 뽁뽁이에는 수많은 작은 공기방울이 독립적으로 갇혀 있어 공기가 한꺼번에 크게 움직이기 어렵습니다. 여기에서 중요한 것이 대류 억제인데요, 공기는 따뜻해지면 팽창하여 위로 올라가고 차가운 공기는 아래로 내려오는 대류가 일어날 수 있는데, 뽁뽁이 속의 공기방울은 공간이 너무 작아 이런 큰 규모의 공기 순환이 발생하기 어렵습니다. 따라서 열이 공기의 움직임을 통해 전달되는 것도 억제되며, 이것이 단순히 공기를 넣어놓는 것보다 공기를 작은 공간에 가둬놓는 것이 단열에 효과적인 이유입니다. 스티로폼이나 이중창 역시 기본적으로 이러한 원리를 이용합니다.
또한 뽁뽁이는 유리창과 실내 사이에서 복사에 의한 열 이동을 일부 줄이는 효과도 있는데요, 따뜻한 실내의 물체는 적외선 형태로 열에너지를 방출하고 차가운 창문은 이를 흡수하는데, 뽁뽁이와 공기층이 추가되면서 이러한 복사와 전도 및 대류가 연속적으로 일어나는 과정에 저항이 더해집니다. 따라서 뽁뽁이의 단열 효과를 한마디로 표현하면 열전도율이 낮은 공기를 수많은 작은 공간에 가둬 열의 전도와 대류를 동시에 억제하는 것이라고 할 수 있습니다. 다만 뽁뽁이를 붙인다고 해서 창문을 통한 열 손실이 완전히 사라지는 것은 아닙니다. 유리 자체를 통한 전도와 창틀 주변의 틈으로 발생하는 공기 누설 등은 여전히 존재하기 때문입니다. 감사합니다.
안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.
뽁뽁이라 불리는 에어캡을 통한 단열효과의 핵심원리는 공기의 낮은 열전도율 때문 입니다.
열 전도는 열이 물체를 통해 직접 전달되는 현상인데 물질 마다 열을 전달하는 속도가 다릅니다. 그중에서도 공기의 열전도율은 아주 낮습니다. 유리가 1 정도라면 공기는 0.024 로 30배 이하로 작습니다.
창문 유리는 열전달을 잘하기 때문에 실내의 열을 쉽게 바깥으로 뺏기게 되는데 유리창에 에어캡을 붇이면 비닐 주머니속의 공기층이 열이 통과하기 힘들게 단열재 역할을 하여 실내온도가 빠져나가지 못하게 막아줍니다.
그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다:)