みなさんの“?”を解決 家づくりの知識

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熱の伝わり方 

1)伝熱の3要素

熱は目に見えないことから、熱が伝わっていく様子をつかむのは少し難しいように感じますが、
「伝導」「対流」「輻射」という3つの基本的な熱の伝わり方を理解することで、うまくイメージが
できるようになります。
基本的には「伝導」「対流」「放射(輻射)」の3要素で熱が伝わっていきます。

①伝導...固体中での伝熱
  たとえば、コンクリートの壁面に触れたとき、手からコンクリートへ「伝導」で伝わります。
  また、コンクリート内部を熱が伝わるのも伝導です。

②対流...流体の循環による伝熱
  ストーブなどによって暖められた空気は上昇し、部屋全体に行き渡ります。
  このような流体の循環で熱が移動することを「対流」と呼びます。

③放射(輻射)...電磁波による伝熱
  ストーブなどの
高温の熱源から目には見えない赤外線を周囲に「放射」しています。
  この赤外線がもつエネルギー(電磁波のエネルギー)が物体に吸収されて熱エネルギーに変わります。

2)伝熱の基本

熱は必ず高温の物質から低温の物質に流れ、高温側の熱量が
限られていれば最終的には両者の温度は均一(平衡状態)になります。

伝熱の3要素で挙げた3つの熱の伝わり方すべてにおいてこの「基本原理」は成立しています。
ですから、まずは温度をしっかり把握することで、熱の移動の状態がつかめることになるわけです。
また、「冷熱」という言葉もありますが、"冷たい熱"というものが存在し、それが伝わっていくのではありません。
あくまで熱は高温→低温に向かって流れるものであり、熱が奪われたから低温になっているだけです。

3)建物の伝熱経路

屋外と屋内において熱のやり取りが行われる経路は大きく分けて次の3つになります。

①外皮と開口部での熱貫流
 外壁・屋根・床などの建物外皮と開口部を通じて、面全体で熱が伝えられます。
 冬期において中心となる経路ですが、夏期にもこの経路で熱は侵入してきます。
 断熱性を向上させることで、この熱の出入りを少なくすることができます(正確には
 熱の出入りの速さを少なくする)。夏は日差しがきついので屋根や天井の断熱が重要になり、
 冬は外壁とともに床から下の断熱が重要になります。

②開口部からの日射侵入
 開口部のガラスを透過して、室内に日射熱が侵入してきます。正確には、光のエネルギーが
 室内に入り、物体に当たることで熱エネルギーが室内に入り、物体に当たることで熱エネルギー
 に変わるという現象であり、放射による熱移動です。夏期における室内の温熱環境に大きく影響するものです。

③換気による熱移動
 建物から空気が出入りすることに伴って伝わる熱です。計画的な換気による空気の出入りの場合もあれば、
 隙間からの意図しない漏気の場合もあります。漏気による熱の移動はできる限り小さくしたほうがよいため、
  気密性能を向上させることが求められます。

これらの経路を通じて夏の昼間は、外から室内に熱が流入してきますし、夏の夜間や冬の間は室内から外気に

流出していきます。夏と冬ではそれぞれの経路による熱流量の割合は異なります。

夏と冬の建物における熱移動の違い2.jpg

4)人体の伝熱経路

恒温動物である人間は、常に体温を36~37℃前後に保っています。
この熱源になるのが食べ物です。食べ物を消化分解してエネルギーを
取り出し、体を動かす活動エネルギーと体温を維持する熱エネルギーに変えています。

このようにして、体内では常に熱を生産しています。
しかし人体が、食物中のエネルギーを活動エネルギーに変換する効率は20%程度で、
残りのエネルギーは汗の蒸発、放射、放流、伝導などで熱として放散しています。

それによって生産する熱量と放散する熱量のバランスを取って平衡状態を保ち、体温を
一定に維持しているのです。

体内で変換されるエネルギーの生産量の速さは、それほどうまく調節することはできません。
身体から放散する熱量の速さが大きすぎたり小さすぎたりすれば、熱収支のバランスを失い、
身体活動に支障をきたします。その信号が「寒い、暑い」ということであり、心地よいと感じるのは、
その熱収支バランスが適切な状態を保っている場合です。

皮膚の表面温度は33~34℃程度ですので、これより周囲の空気温度が低ければ人体から空気へ
熱が逃げていきます。あまりに熱の流出が多いと、体を震わせることで筋肉収縮エネルギーから

熱を発生させます。逆に空気温度が38℃というような酷暑では、熱が外気から体内に流入してしまいますが、
そのような状況でも体内温度を一定に保てるのは、発汗による蒸散という熱を逃がす伝熱経路があるからです。

周辺環境によってそれぞれの経路による放熱の割合は変化しますが、おおよそ放射で35~50%、放流で25~45%、
蒸発で20~30%となっており、ほとんどの放熱は放射、対流、蒸発で行われています。

伝導や呼吸によって放熱される熱の割合は2%程度とわずかです。

〈人体の伝熱経路〉

人体の伝熱経路.jpg

5)建物の伝熱経路と人体の伝熱経路との関係

建築設計者は、建物内にいる人が「心地よい」と感じるような環境をつくることを目指します。

それは先ほど述べたように、体の熱収支バランスが適切になるような室内環境をつくるということが目標というわけです。そう考えれば、建築設計者がまず何を知るべきかといえば「人体の伝熱経路」であり、その様子です。

「建物の伝熱経路をいかにうまく調節すれば、人体の伝熱の状況を適切にすることができるか?」
という発想やイメージを持つことによってそこに快適な空間を設計することが可能となり、温熱環境設計の第一段階をクリアしたといえるのです。

 

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