1級建築施工管理技術検定 第一次検定 建築学等 (環境工学・一般構造・構造力学・建築材料) 練習問題 第2問: 厚さ 150 mm、熱伝導率 1.5 W/(m·K) の鉄筋コンクリートの壁の室内側に、厚さ 45 mm、熱伝導率 0.020 W/(m·K) の断熱材を張った
厚さ 150 mm、熱伝導率 1.5 W/(m·K) の鉄筋コンクリートの壁の室内側に、厚さ 45 mm、熱伝導率 0.020 W/(m·K) の断熱材を張った面積 20 m² の外壁がある。室内側の表面熱伝達率を 10 W/(m²·K)、屋外側の表面熱伝達率を 20 W/(m²·K)、室温を 20℃、外気温を −5℃ とするとき、この外壁を通過する熱量 (熱貫流量) として、最も適当なものはどれか。ただし、熱の流れは定常状態で、壁面に垂直な一方向だけとする。
解答と解説を先に見る
先に見ると、この問題は今回は育ちません。
正解: 3. 200 W
熱貫流量は「200 W」です。熱貫流 (壁の片側の空気から反対側の空気へ熱が通り抜けること) の量は、まず壁全体の熱貫流抵抗 R を求めます。
R は、室内側の表面熱伝達抵抗 (表面熱伝達率の逆数)、各層の熱伝導抵抗 (厚さ÷熱伝導率)、屋外側の表面熱伝達抵抗の和です。1/10＝0.10、0.15/1.5＝0.10、0.045/0.020＝2.25、1/20＝0.05 で、R＝2.50 m²·K/W となります。
このうち断熱材 1 層の抵抗 2.25 が全体の 9 割を占め、断熱性能をほぼ決めています。熱貫流率 U は R の逆数で 1/2.50＝0.40 W/(m²·K)、熱貫流量は Q＝U×面積×温度差＝0.40×20×{20−(−5)}＝0.40×20×25＝200 W です。
「160 W」は温度差を室温の 20 だけで取った値、「120 W」は 20−5＝15 と外気温の符号を取り違えた値です。「1,250 W」は熱貫流率の代わりに熱貫流抵抗の 2.50 を掛けた値で、抵抗が大きいほど熱が流れにくいという関係と逆になります。
熱貫流量は、熱貫流率 (熱貫流抵抗の逆数)×面積×室内外の温度差で求めます。出典: 定常一次元の熱貫流の式 (計算)。
関連キーワード: 熱貫流率・熱貫流抵抗・熱伝導率・表面熱伝達率・環境工学
