みなさんの“?”を解決 家づくりの知識

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熱の動きはまず定常で把握する 

1)定常状態の熱平衡熱

定常状態の熱平衡式.jpg

定常状態の室温は一定に保たれるため、室内から逃げていく損失熱量と室内で発生する熱量は等しくなります。上の式は定常状態の熱平衡を表したものです。
一般にQ値は求められているはずですから、このQ値を使った熱平衡式として表現しています。

定常状態の熱平衡式 例.jpg

上の例にもあるように、この熱平衡式はさまざまな数値を察知したり、見込んだりすることができるきわめて利用価値のある式です。


もちろん実際の状況は非定常状態ですが、まずは安定した状態にある時を想定して"見込み"を立て、そこから非定常に発想を広げていけばよいわけです。


とくに冬期において外気温の変化はそれほど激しくなく、日射の影響もすくないため、定常状態の熱平衡式で求めた数値はある程度信頼できるものだと考えて問題ありません。

2)室内発生熱

ストーブやエアコンなどの暖房機はもちろんのこと、家電、照明、調理、給湯も室内での発熱源になります。
温熱環境を正確に解くには、こうした室内発生熱を考慮しなければなりません。室内で使われる家電は、電力消費量がそのまま法熱量となります。照明についても、可視光性は最終的に熱に変わりますから、60Wの電球は60Wの熱を放出すると考えられます。
蛍光灯の場合は、器具に内蔵されている安定器の消費電力も加わるため、発熱量はランプの消費電力に2割ほど加算します。

ダウンライトなどの埋込型の器具の場合、室内だけでなく天井裏にも放熱されます。
機器や温熱によって放熱割合は異なりますが、約6割の熱が天井裏へ逃げると考えればよいでしょう。

料理時を検討するのであれば、IHコンロなら2~3kW、ガスコンロの場合は3~4kW程度の熱が発生しています。
しかし潜熱の水蒸気とともに、換気によって排出される熱も多いため、調理時の発熱量は600Wとすればよいでしょう。

浴室の給湯は、使用エネルギー量としては大きいですが、この熱はすべて換気で屋外に排出されるため、居室には流入しないと考えます。

人体については、活動状態によって代謝量が異なり、metという指標で表されます。安静な状態での代謝による放熱量(1met)は一人あたり約100Wです。

生活熱の例.jpg

3)室内温度を推測する

どんな断熱性能の家にして、どれくらい暖房すれば、室温がどれくらいになるのか知りたいですよね。
それは以前に触れた熱平衡式を使って簡単に求められます。

この熱平衡式を見ればわかるように、室温(to)を求めたければ、床面積、外気温、室内温がわかればいいわけです。

Q値は計算で求められる数値であり、他の数値も簡単に決めることができるはずです。
次のような想定のとき室温がどれくらいになるかを計算してみましょう。室内温度_1.jpg

ここで大事なのは「内外温度差」です。

熱平衡式を変形すると、

室内温度_2.jpg

となり、内外温度差(To-Ti)は、室内熱(I)が大きくQ値(Q)と床面積が小さいほど大きくなるということを示しています。ということは、室内温が同じであれば、Q値が小さいほど、つまり保温性が高いほど内外温度差が大きくなるわけです。
しかしその大きさがこうやって具体的に計算できるというのはおもしろくありませんか?
この熱平衡式を使えば、他にもさまざまな数値を計算することができます。
そのあたりは下の例を見てください。

次の条件で自然室温を求めます。

室内温度_3.jpg

当然9.8℃は寒すぎますから、なんらかの暖房が必要になります。
また、暖房負荷を減らすため、に太陽熱のパッシブ利用を検討して日射取得率を増やすという方法も考えることもできます。

室内温度_4.jpg

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