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環境工学2 4住宅 壁断熱の効果
1熱の流出入と発熱 熱の流出入 熱は部屋の外と内に温度差があれば流れる。 熱の伝わり方 伝導、対流、放射の3つがある。図3−2−2参照 1)壁や床と室内空気の間は対流により熱が伝わる。 2)壁や床の中は伝導により熱が伝わる。 3)壁から外部に対しては、対流と放射により熱が伝達される。 4)窓では,対流と放射で熱が伝わる。 5)建物の隙間から熱が伝わる。 最近の建築では気密性が高くなっている。 夏の昼間一般的な住宅住宅の場合壁床天井から入って来る熱は 40〜50%,窓から入ってくる日射熱は30〜40%、 隙間から入る熱は20%ぐらい。 室内で発生する熱 冷暖房器具2200wから、調理用のコンロ、湯沸し器、照明 人間100W/㎡ 2熱の移動量の計算方法 図3−2−3参照 熱貫流 壁の一方側の空気からもう一方の側の空気へ熱が移動すること。 熱貫流率 熱貫流率K(1㎡毎、1℃毎の熱貫流量)を用いて熱貫流量を計算する 例えば、K=0.78W/㎡℃(断熱材の入ったコンクリート壁)、 内外温度差20℃、壁面積60㎡なら(14畳の部屋の4周全て壁) 熱貫流量は0.78×20×60=936Wになります。 また、K=4.00W/㎡℃(コンクリート壁のみ)、 内外温度差20℃、壁面積60㎡なら(14畳の部屋の4周全て壁) 熱貫流量は4.00×20×60=4800Wになります。 (熱貫流率は,熱伝達率、熱伝導率から計算します。) コンクリートのみの壁は断熱材の入った壁の場合にくらべると 5倍のエネルギーが逃げていきます。 参考にエアコンの発生熱量は6畳用2200w。 3熱負荷とその種類 室温を一定に保つためには,損失した熱の分だけ,熱を投入する必要がある。 投入する必要のある熱量を熱負荷という。以下の3つがある。 外部負荷 壁体等からの熱貫流が要因となる貫流負荷 開口部からの日射による日射負荷 漏気による隙間風負荷の3つがある。 内部負荷 照明や給湯設備や人体からの発熱 外気負荷 換気など外気導入による 4熱の移動量の計算方法 図3−2−3 伝導 q1=λ×(θ1—θ2)/d [W/㎡] 伝導熱q[W/㎡]、熱伝導率λ[W/m℃、温度高θ1、温度低θ2 伝導距離d[m] 対流 q2=α2×(θ1—θ2)[W/㎡] 対流熱q2[W/㎡]、対流熱伝達率α2[W/㎡℃] 放射 q3=α3×(θ1—θ2)[W/㎡] 放射熱q3[W/㎡]、放射熱伝達率α3[W/㎡℃] ■熱伝導率λ[w/㎡℃] 表3−2−1 建築材料の熱伝導率λ 鋼材 44 W/ m℃ 密度7830kg/㎥ アルミ 200 W/ m℃ 密度2700kg/㎥ 板ガラス 0.7 W/ m℃ 密度2540kg/㎥ コンクリート 1.5 W/ m℃ 密度2400kg/㎥ プラスター 0.6 W/ m℃ 密度1500kg/㎥ モルタル 1.3 W/ m℃ 密度2000kg/㎥ 石膏ボード 0.2 W/ m℃ 密度1000kg/㎥ 合板 0.15 W/ m℃ 密度550kg/㎥ グラスウール 0.04〜0.05 W/ m℃ 密度10〜35kg/㎥ フォームポリスチレン 0.03〜0.04 W/ m℃ 密度15〜27kg/㎥ 硬質ウレタンフォーム 0.027 W/v 密度15〜27kg/㎥ 水 0.6 W/ m℃ 密度998kg/㎥ 空気 0.022 W/ m℃ 密度1.3kg/㎥ ■総合熱伝達率α[w/㎡℃] 表3−2−2(対流熱伝達率α2+放射熱伝達率α3) 設計用 対流熱伝達率 放射熱伝達率 設計用熱伝達率 室内側 4 W/㎡℃ 5 W/㎡℃ 合計 9 W/㎡℃ 屋外側 18 W/㎡℃ 5 W/㎡℃ 合計 23 W/㎡℃ 注:風速3mの場合 ■熱貫流率K W/㎡℃ 壁の一方側の空気から、もう一方の側の空気へ熱が移動することを 熱還流という.対流、放射、伝導が同時に起こる。 また、壁は複数の材料が組み合わされて出来ている。したがって、 壁全体の熱性能はこれらの材料の熱特性を組み合わせて決定される。 熱貫流率K は1㎡の壁の内外に1℃の温度差がある時に壁を流れる 熱量を表す。q=K(θ1—θ2) したがってKが大きな壁ほど熱を通しやすい。 熱還流抵抗R ㎡℃/ W 熱貫流率は熱貫流抵抗の逆数として計算する。 K=1/R熱貫流抵抗の計算式 R=ri+(r1+r2+r3+r4+r5+rn)+ro (全ての熱抵抗の合計) ri=1/αi 室内側熱伝達抵抗 ro=1/αo 室外側熱伝達抵抗 r1〜n=d/λ 熱伝導抵抗 dは壁の厚さ(m)、λ は建築材料の熱伝導率 r1〜n=rair 中空層の熱抵抗 熱貫流率の算出と熱貫流量(図3−2−3) 断熱材を使用したコンクリート壁の熱貫流率を計算する。 室内θ1=26℃、室外θ2=6℃のときの熱貫流量を計算する (内外温度差20℃の場合) 各要素の熱抵抗を求める ri=1/αi=1/9 ro=1/αo=1/23 r1=d/λ1=0.01/0.6 r2=d/λ2=0.15/1.5(コンクリート厚150) r3=d/λ3=0.05/0.05(断熱材厚50) r4=d/λ4=0.01/1.3 熱貫流抵抗を求める R=ri+(r1+r2+r3+r4)+ro=1.28㎡℃/ W 熱貫流率は K=1/R=0.78 W/㎡℃ 内外温度差20℃の時の、室内から室外への熱貫流量(1㎡毎)は q=K(θ1—θ2)=0.78×20=15.6W/㎡ 問題1 図3−2−3の条件で壁体がコンクリート厚150mmだけで出来ている 場合の室内から室外への熱貫流量を求める R=ri+(r1)+ro=1/9+0.15/1.5+1/23=0.25㎡℃/ W K=1/R=4.00 W/㎡℃ 内外温度差20℃の時の、室内から室外への熱貫流量(1㎡毎)は q=K(θ1—θ2)=4.00×20=80.0W/㎡ 以上より,壁に断熱材を入れたコンクリート壁の熱貫流率はK=0.78w/㎡℃ コンクリート壁のみの熱貫流率はK=4.00w/㎡℃ これより断熱材を用いると熱貫流率は1/5に減少する。 内外温度差20℃、壁面積60㎡なら(14畳の部屋の4周全て壁) 熱貫流量だけを考えると断熱材を入れた部屋が936W(15.6×60)の熱量が 必要な場合、コンクリートのみの部屋は4800w(80×60)の熱量が必要になる。
by tsuka7072
| 2008-05-01 06:19
| 環境工学2
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