안녕하세요, 방재 전문가 여러분. 현장에서 보일러 효율을 계산하거나 연소 관련 설계를 할 때 ‘발열량’이라는 말을 자주 사용합니다. 그런데 이 발열량에는 고위발열량(HHV)과 저위발열량(LHV) 두 가지가 있다는 사실, 그리고 이 둘을 구분하는 것이 왜 중요한지 알고 계신가요? 오늘은 이 두 가지 발열량의 결정적 차이와 실무적 의미에 대해 확실하게 짚어드리겠습니다. 😊
1. 발열량이란? (What is Heating Value?)
가장 기본적인 개념부터 시작하겠습니다.
발열량이란, 단위 질량의 연료(예: 1kg)가 완전히 연소했을 때 발생하는 열량을 의미합니다.
보통 kcal/kg 단위를 사용하죠. 즉, 이 연료가 얼마나 뜨거운 에너지를 품고 있는지를 나타내는 지표입니다. 하지만 이 열량은 측정 방식에 따라 두 가지 이름으로 불립니다.
2. 고위발열량(HHV) vs 저위발열량(LHV): 결정적 차이는 ‘물’
고위발열량과 저위발열량을 나누는 핵심 키워드는 바로 ‘물(H₂O)의 증발잠열’입니다.
2.1. 고위발열량 (HHV, 총발열량)
고위발열량(Higher Heating Value)은 연료가 연소하면서 발생한 수증기(H₂O)가 다시 물로 응축될 때 방출하는 잠열(응축열)까지 모두 포함한 이론적인 총 열량입니다. 우리가 실험실의 열량계(Calorimeter)로 측정하는 값이 바로 이 고위발열량이죠. 그래서 ‘총발열량’이라고도 부릅니다.
2.2. 저위발열량 (LHV, 순발열량)
저위발열량(Lower Heating Value)은 실제 설비(보일러, 엔진 등)에서처럼 연소 가스가 뜨거운 상태로 배출되어 수증기가 응축되지 않고 그대로 빠져나가는 상황을 가정한 열량입니다. 즉, 고위발열량에서 수증기의 증발잠열만큼을 제외한, 실질적으로 우리가 활용할 수 있는 순수한 열량을 의미합니다. 그래서 ‘순발열량‘ 또는 ‘실제 유효 발열량’이라고도 불립니다.
3. 계산 공식 파헤치기
고위발열량과 저위발열량의 관계는 다음 공식으로 명확하게 정리할 수 있습니다.
HL = Hh – 600(9H + W)
여기서 각 기호의 의미는 다음과 같습니다.
- HL: 저위발열량(순발열량) (kcal/kg)
- Hh: 고위발열량(총발열량) (kcal/kg)
- H: 연료 중의 수소(Hydrogen) 함량 (질량분율)
- W: 연료 중의 수분(Water) 함량 (질량분율)
공식을 보면 저위발열량은 고위발열량에서 600(9H + W) 만큼을 빼주는 것을 알 수 있습니다. 이 부분이 바로 수증기의 증발잠열에 해당하는 값입니다.
‘600’과 ‘(9H+W)’의 의미
(9H + W)는 연소 시 발생하는 총 수분의 양을 의미합니다. 수소(H) 원자량 1, 산소(O) 원자량 16이므로, 2H₂ + O₂ → 2H₂O 반응에서 수소 4g이 물 36g을 만듭니다. 즉, 수소 1g당 물 9g이 생성되므로 ‘9H’는 연소로 생성된 수분량이고, ‘W’는 연료가 원래 가지고 있던 수분량입니다.
600은 물의 증발잠열(kcal/kg)에 대한 근사치입니다. 아래 표처럼 물의 증발잠열은 온도에 따라 변하는데, 보통 0℃의 값(597 kcal/kg)을 어림잡아 600으로 사용합니다.
| 온도 [℃] | 증발잠열 [kcal/kg] |
|---|---|
| 0 | 597 ≈ 600 |
| 25 | 583 |
| 100 | 539 |
4. 실무에서는 어떤 값을 사용할까?
결론적으로, 대부분의 연소 설비 효율을 계산할 때는 저위발열량(LHV)을 사용합니다. 배기가스 온도가 높아 수증기가 응축될 일이 거의 없기 때문이죠. 하지만 최근 주목받는 ‘콘덴싱 보일러’처럼 배기가스의 열을 적극적으로 회수하여 수증기를 응축시키는 고효율 설비의 효율을 계산할 때는 고위발열량(HHV)을 기준으로 사용해야 정확합니다.
상황에 맞는 정확한 발열량 기준을 사용하는 것이 우리 방재 전문가의 기본 역량이라고 할 수 있겠습니다. 궁금한 점은 언제든 댓글로 남겨주세요!
