建築設備士 第一次試験(学科) 建築一般知識 練習問題 第6問: 外壁を、室内側から順に断熱材(熱伝導率 0.030 W/(m·K))と厚さ 150 mm のコンクリート(熱伝導率 1.6 W/(m·K))で構成し、壁の熱貫流
外壁を、室内側から順に断熱材(熱伝導率 0.030 W/(m·K))と厚さ 150 mm のコンクリート(熱伝導率 1.6 W/(m·K))で構成し、壁の熱貫流率を 0.5 W/(㎡·K) にしたい。室内側表面熱伝達抵抗を 0.11 ㎡·K/W、外気側表面熱伝達抵抗を 0.04 ㎡·K/W とするとき、必要な断熱材の厚さに最も近いものはどれか。ただし、熱は厚さ方向に一次元の定常状態で流れるものとし、中空層・仕上げ材・熱橋は考えないものとする。
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: 1. 約 53 mm
必要な厚さは約 53 mm です。熱貫流率 U は、壁を通る熱の流れにくさ(熱抵抗)の合計 ΣR の逆数で、U=1/ΣR です。
各層の熱抵抗は 厚さ d ÷ 熱伝導率 λ で求め、室内側・外気側の表面熱伝達抵抗も直列に足します。目標の U=0.5 W/(㎡·K) から ΣR=1/0.5=2.0 ㎡·K/W です。
コンクリートの熱抵抗は 0.15 m ÷ 1.6 W/(m·K)=0.09375 ㎡·K/W。断熱材が受け持つ熱抵抗は 2.0−0.11−0.04−0.09375=1.75625 ㎡·K/W で、厚さは 1.75625×0.030=0.0527 m ≒ 53 mm です。
「約 57 mm」は表面熱伝達抵抗 0.11 と 0.04 を引き忘れた値(2.0−0.09375=1.90625、×0.030≒0.057 m)です。「約 48 mm」はコンクリートの熱抵抗を d×λ=0.15×1.6=0.24 と掛け算にした値(2.0−0.11−0.04−0.24=1.61、×0.030≒0.048 m)です。
「約 8 mm」は熱貫流率 0.5 をそのまま熱抵抗の合計と取り違えた値(0.5−0.11−0.04−0.09375=0.25625、×0.030≒0.0077 m)です。熱抵抗は厚さを熱伝導率で割り、各層と表面の分を直列に足すことを押さえましょう。
関連キーワード: 環境工学・熱貫流率・熱抵抗・熱伝導率・断熱