現場発泡時にはその自己接着性によって接着剤なしで外壁内部に接着させることができるポリエチレン樹脂を原料とする高発泡ポリエチレンは他の発泡系断熱材と比べると柔軟性があり施工箇所や用途の幅が広い断熱材である透湿係数が低いため耐吸湿吸水性が高く防湿層は必要ない一般用途のほか屋根断熱防水用や配管

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ひでたつなかきむら
5 years ago
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建築物の断熱性を確保する断熱材料は無機繊維系断熱材発泡プラスチック系断熱材木質繊維系断熱材の 3 種類に大別されるこれらの断熱材料は

グラスウールはガラス系鉱物原料とガラス屑を主原料として溶融繊維化した細繊維の集合体で内部に含まれた空気によって断熱効果を得る断熱材料の産業利用の約 6

無機繊維系の断熱材は吸音性や施工性もよく耐熱性耐火性が高いため不燃材料として使用できるしかし透湿係数が非常に高いため含水しやすく断熱性能低下の危険性があるため防湿

フェノール樹脂などを主原料とした石油製品で樹脂を発泡したのち成形加工した材料である使用最高温度が低く燃焼性が高い ( 表 2 参照 ) また

種類があるビーズ法ポリスチレンフォームはビーズ原料を発泡成形したいわゆる発泡スチロールで複雑な形状の製品をつくることができる

1 建築物の断熱性を確保する断熱材料は無機繊維系断熱材発泡プラスチック系断熱材木質繊維系断熱材の 3 種類に大別されるこれらの断熱材料は熱伝導の小さい空気を繊維状の材料に絡ませることで部材内に滞留させて断熱性能を向上させていると考えることができる無機繊維系の断熱材にはグラスウールとロックウールがあるグラスウールはガラス系鉱物原料とガラス屑を主原料として溶融繊維化した細繊維の集合体で内部に含まれた空気によって断熱効果を得る断熱材料の産業利用の約 6 割のシェアを占めているロックウールは高炉スラグや安山岩玄武岩などの耐熱性に優れた鉱物を主原料とし原料の違いをのぞけば物理的性能はグラスウールとほとんど変わらない無機繊維系の断熱材は吸音性や施工性もよく耐熱性耐火性が高いため不燃材料として使用できるしかし透湿係数が非常に高いため含水しやすく断熱性能低下の危険性があるため防湿防露対策としてアスファルトコーティングしたクラフト紙やアルミ箔を張合わせるなどの処理が必要となる発泡プラスチック系の断熱材はポリスチレンポリエチレンフェノール樹脂などを主原料とした石油製品で樹脂を発泡したのち成形加工した材料である使用最高温度が低く燃焼性が高い ( 表 2 参照 ) また紫外線で劣化するため長期間直射日光にあたった場合の経年変化や火炎廃棄時に発生する有毒ガスによる環境負荷も考慮する必要があるポリスチレンフォームにはビーズ法と押出法の 2 種類があるビーズ法ポリスチレンフォームはビーズ原料を発泡成形したいわゆる発泡スチロールで複雑な形状の製品をつくることができる押出法ポリスチレンフォームはポリスチレン樹脂に発泡剤や難燃剤を添加し連続的に押し出して発泡させ板状に成形した断熱材である両者ともに軽量で耐水性耐圧性に優れているが柔軟性がなく変形追従性に欠けるポリウレタンフォーム樹脂を原料とする硬質ウレタンフォームは板状に成形されたものと現場で吹付けて発泡施工する方式があり施工が困難な箇所で使用される特に

現場発泡時にはその自己接着性によって接着剤なしで外壁内部に接着させることができるポリエチレン樹脂を原料とする高発泡ポリエチレンは他の発泡系断熱材と比べると柔軟性があり施工箇所や用途の幅が広い断熱材である透湿係数が低いため耐吸湿吸水性が高く防湿層は必要ない一般用途のほか屋根断熱防水用や配管用断熱材として筒状の製品などがあるフェノール樹脂を原料とするフェノールフォームは

セルローズファイバーはパルプや古新聞紙などの木質樹脂を主原料とし綿状にした後難燃撥水防虫効果等を付加するためホウ素化合物などが添加される綿状であるため吹込み吹付けによって施工されるインシュレーションボードは木材や廃材を解繊したものを原料とし板状に成形加工した断熱材である断熱下地や仕上げ材として使用されるセルロースファイバー

2 現場発泡時にはその自己接着性によって接着剤なしで外壁内部に接着させることができるポリエチレン樹脂を原料とする高発泡ポリエチレンは他の発泡系断熱材と比べると柔軟性があり施工箇所や用途の幅が広い断熱材である透湿係数が低いため耐吸湿吸水性が高く防湿層は必要ない一般用途のほか屋根断熱防水用や配管用断熱材として筒状の製品などがあるフェノール樹脂を原料とするフェノールフォームは耐熱性に優れ燃焼時に発生するガスの有毒性も低いため準不燃材料として認定されているその防火性の高さから耐火性の要求される箇所や住宅外壁用の金属サイディングとの複合板として利用されている木質繊維系断熱材の代表例としてセルローズファイバーとインシュレーションボード ( 軟質繊維版 ) があるこれらは自然素材系の断熱材でエコロジーの点で優れた材料であるといえるセルローズファイバーはパルプや古新聞紙などの木質樹脂を主原料とし綿状にした後難燃撥水防虫効果等を付加するためホウ素化合物などが添加される綿状であるため吹込み吹付けによって施工されるインシュレーションボードは木材や廃材を解繊したものを原料とし板状に成形加工した断熱材である断熱下地や仕上げ材として使用されるセルロースファイバーインシュレーションボードともリサイクル材の利用によりエコマーク認定を受けているまた原料が木質繊維からなるため保湿性が高く湿気を吸収放出し断熱材の内部結露を防止する上記以外の断熱材料として発泡系断熱材には石油系以外にガラスや炭酸カルシウムを主原料とする無機質系の断熱材がある断熱性能に加えて不燃性耐水性耐薬品性があり環境負荷も少ないという特長があるまた新しい断熱材料として塗料系断熱材があるセラミックビーズを含んだ塗膜によって遮熱断熱性をもたせた断熱材料で最近の施工例ペンギンハウス ( 山下保博 + 池田昌弘 ) では断熱塗料を塗った鉄板枚によって内外壁を兼用させているその効果のほどは定かではないが断熱層のない極限まで薄い壁という設計者の要求に材料で応えたよい例であるといえる熱は媒体物質を介して高温側から低温側に伝導対流放射 ( 輻射 ) によって移動する外壁等における内外の熱の移動が夏季の熱取得や冬季の熱損失を引き起こし快適な居住環境の妨げとなる壁材の厚さや材料の層構成を変えることで熱移動が少ない建築物をつくることが求められるがそのためには材料の熱に対する特性を理解しておく必要がある熱伝導は熱エネルギーが固体物質の内部を高温側から低温側に移動する現象である厚さが [m] で均質な板状の材料の片側の温度を t [ ] もう一方の温度を t 2 [ ] とし定常状態にあると仮定するこのときこの材料の単位面積を毎時通過する熱量 q [kcal/(h m 2 )] は以下の式で求められる ( q λ t t 2 ) t q t 2 これをフーリエの熱伝導式という λ は熱伝導率 [kcal/(h m )] で物質固有の値であるフーリエの式から単位面積を毎時通過する熱量は材料の熱伝導率と両面温度差に比例し材料の厚さに反比例することがわかる図に熱伝導による熱移動の様子を示す熱伝導率 λ は固体内の熱の移動のしやすさを示す値で厚み m の壁の両端にの温度差がある場合に壁 m 2 当りに移動する熱量であるといえる各種建築材料の熱伝導率と密度の関係を図 2 に示すこの図より密度が小さい材料ほど熱伝導率の値が小さく熱を通しにくいことがわかるまた同じ材料であってもカサ比重が小さいほど熱伝導率が小さくなる材質別にみると熱伝導率の大小関係は金属系材料 > コンクリート土石 > 木質系材料 > 発砲樹脂系材料の順であり熱伝導率が 0. 以下の材料が保温断熱材料として使用

3 されていることがわかる熱伝導率についての一般的な特徴として材料が結露などにより吸湿することで熱伝導率が増大すること ( 水の λ は 20 で 0.59) 材料の温度上昇に伴い熱伝導率が増大すること ( 金属や水晶などの結晶体を除く ) などがある物質表面から周囲空気への熱の移動を熱伝達または熱対流という壁に使用した材料の表面が周囲空気よりも温度が高い場合を考える材料の表面から空気へ熱が伝達されることで加熱された空気は浮力により上昇し対流を起こすことで熱の移動が発生する逆に材料表面の温度が周囲空気よりも低い場合は冷却された空気は下降することで熱の移動が起こる材料表面の空気の対流による単位面積当り毎時の移動熱量は次の式で表される T s q c T a q c α c ( T s T a ) ここで q c [kcal/(h m 2 )] を移動する熱量 α [kcal/(h m 2 c )] を対流 ( 表面 ) 熱伝達率 T s [ ] を材料表面温度 T a [ ] を周囲空気温度とする図 3 に熱伝達の熱移動の様子を示す熱伝達率は材料固有の値ではなく材料表面の形状や寸法周囲の気流特性 ( 屋外であれば風向きや風速 ) によって異なる T T 2 物体の表面からは様々な波長の電磁波が放射されておりこの現象により熱や光を放射伝達している熱放射 ( 輻射 ) によって伝達される熱量は以下の式で与えられる ε ε 2 q r εδt 4 ここで q r [kcal/(h m 2 )] を放射熱量 ε を材料の放射率 (0 ε ) δ をステファンボルツマンの定数 [kcal/(h m 2 4 )] T [] を黒体の絶対温度 (273+θ ) とする放射率は材料が完全黒体 ( ε.0) であるとき最大の放射エネルギーを出すと仮定して定義された値である高温の平面材料 Ⅰ と低温の平面材料 Ⅱが平行に向かい合っている場合放射伝達熱量は互いに放射している放射熱の差となり高温側の材料から低温側の材料に伝熱される ( 図 4) このときの放射伝達熱量は以下の式で求めることができる 4 4 q 2 ε 2 δst ( T 2 ) ここで q 2 [kcal/h] を材料 Ⅰから材料 Ⅱへの放射伝達熱量 ε 2 を材料 Ⅰから材料 Ⅱへの有効放射率 (0 ε ) δ をステファンボルツマンの定数 [kcal/(h m 2 4 )] S [m 2 ] を材料の面積とするなお ε 2 は材料それぞれの放射率を ε ε 2 としたとき以下の式で与えられる (0 < ε, ε 2 < ) ε ε ε 2 熱伝導熱伝達熱放射とともに材料の熱的特性として熱容量と熱拡散率についても理解しておく必要がある材料の熱容量 Q [kj/] は材料の比熱 c [kj/kg ] と重量 m[kg] の積である熱容量が大きい材料は温度を変化させるのにより多くの熱量を必要とするため暖まりにくく冷めにくい材料であるといえる比熱 0.88kJ/kg 密度 2300kg/m 3 の鉄筋コンクリートと比熱.30kJ/kg 密度 400kg/m 3 の天然木材の熱容量を比較すると鉄筋コンクリートの熱容量は天然木材の約 4 倍であるしたがって鉄筋コンクリートの壁の温度を上げるには木材の壁に比べて多くの熱量が必要であるが一度暖めると冷めにくいことがわかるある温度の壁体について熱伝導率 λ が高いほど加熱時の流入熱量は多くなり加熱温度が高くなるほど熱量の移動速度は速くなるといえるまた移動する熱量が同じである場合はその壁体の温度上昇は材料の単位体積当りの熱容量に反比例するこのような非定常状態の熱伝導における温度変化を考えるために熱拡散率 a を以下の式のように定義している a λ cρ 材料の熱拡散率が大きいほど温度変化の速度は速く温度変化の大きさは熱容量に反比例している

4 建築物の内部と外部を遮る部分はそれぞれの材料がある要求性能を満たしながら複層構成になっている複数の材料によって構成される壁の熱伝導熱伝達による熱の貫流について考える室内外に温度差がある場合熱量は壁体内部を高温側から低温側に流れるこのような現象を熱貫流という熱貫流によって移動する熱量を知るためには外部温度と室内温度を測定して知っておく必要があるしかし実際には外部気温は時間によって刻々と変化しそれに応じて室内温度も変化するのだが壁体の熱貫流現象を捉えるときはある時点での温度状況に対して伝熱を考えることで定常状態にあると仮定するまず打放しコンクリートのように単一の材料で構成される壁体の熱貫流について考える ( 図 5) このとき室外側から室内側に流れ込む熱量を求めるための熱貫流抵抗 R [(h m 2 )/kcal] は以下の式で与えられる R r i + r k + r o t t 2 ここで r i, r o [(h m 2 )/kcal] を熱伝達抵抗 r k [(h m 2 )/kcal] を熱伝導抵抗とする t i 熱伝達抵抗とは壁体の表面と空気の間の熱移動における抵抗を示す値で熱伝達率 α の逆数である新省エネルギー基準において外壁の熱貫流率を計算する際の熱伝達抵抗は室内側熱伝達抵抗 r i を 0.3 [(h m 2 )/kcal] 室外側熱伝達抵抗 r o を 0.05 [(h m 2 )/kcal] と定めている ( 表 3) 熱伝導抵抗とは材料自体の熱移動における抵抗を示す値である伝導により移動する熱量は材料固有の熱伝導率 λ に比例し材料の厚さに反比例するしたがって熱伝導抵抗は λ の逆数 λ として与えられる壁面積が A [m 2 ] 外部温度が [ ] 室内温度がt i [ ] のとき室外側から室内側に流れ込む熱量 Q [kcal/h] は Q A -- ( t R o t i ) A( t i ) で与えられる [kcal/(h m 2 )] は熱貫流抵抗の逆数で熱貫流率といい内外温度差がのとき壁 m 2 当りに移動する熱量であるこの式から壁体の断熱性を高めるためには熱貫流抵抗 R を大きくするつまり熱伝達抵抗と材料の熱伝導抵抗を大きくすればよいことがわかるしかし前述のように室内外の熱伝達抵抗値はほぼ決められた範囲の値をとるため各材料の熱伝導抵抗を大きくすれば壁体の断熱性が良くなるこの壁体の内外表面温度 t t 2 を求めるには熱貫流によって移動する熱量が壁体のどの部分においても一定であることを利用するいま熱量 Q [kcal/h] が移動したとすると ( Q α o At ( o t ) λa t t 2 ) α i At ( 2 t i ) A -- ( t R o t i ) と表すことができるよって壁体の外表面温度 t は t t Q o t α o A o -----t ( α o t i ) r o t ( o t i ) o と求められ壁体の室内側表面温度 t 2 も同様に求めることができる次に空気層を含む複数の材料で構成される多層の壁体について熱貫流を考えるとき熱貫流抵抗熱貫流率は以下の式で与えられる R r i + Σr k + r a + r o -- R r i + Σr k + r a + r o ここでr a [(h m 2 )/kcal] を空気層の熱抵抗という実際の壁体には断熱性能を向上させるために密閉した空気層 ( 中空層 ) を設ける密閉された垂直空気層では厚さが 2cm 程度までは空気層の厚さに比例して熱抵抗が上昇しそれ以上の厚さではほ

5 ぼ一定の熱抵抗を示すしたがって壁体内に 2cm 以上の空気層をとることは実質的に意味がないといえる表 4 に新省エネルギー基準によって定められた空気層の熱抵抗を示す空気層の断熱性は密閉度に依存していて気密度が低いと熱抵抗も小さくなるまた空気層の両側の層の材料表面にアルミ箔を張ることで断熱性を向上することができるこれは放射率の低いアルミ箔 ( 放射率 ε が約 0.02) によって空気層での熱移動を少なくし伝熱抵抗を 2 倍以上にすることができるからであるでは実際の壁体について熱貫流率を求めてみる図 6 に示すような鉄筋コンクリート造外壁があるとする使用する断熱材を押出法ポリスチレンフォームとして表 5 に示される各建材の熱伝導率からこの外壁の熱貫流抵抗 R は以下のように求めることができる R r i + Σr k + r o r i Σ k r o.54 よってこの外壁の熱貫流率は λ k R である同様に図 7 に示した木造外壁の熱貫流率は使用する断熱材を住宅用ロックウールとし空気層の熱抵抗を表 4 より求めると R r i + Σr k + r a + r o r i Σ 0.3 k r a + r o λ k と求められるよってそれぞれの壁体の熱貫流率は鉄筋コンクリート造外壁 0.65 [kcal/(h m 2 )] 木造外壁は 0.3 [kcal/(h m 2 )] であるまたこれらの外壁の室内外気温 t i [ ] を適当に定めて各層における両端温度差を求めることもできるそうすれば外壁内部の温度分布を把握することができるので空気の露点温度から表面結露や内部結露の可能性を検討することができる t i t i

Microsoft PowerPoint - 第7章(自然対流熱伝達 )_H27.ppt [互換モード]

Microsoft PowerPoint - 第7章(自然対流熱伝達 )_H27.ppt [互換モード] 第 7 章自然対流熱伝達伝熱工学の基礎 : 伝熱の基本要素フーリエの法則ニュートンの冷却則次元定常熱伝導 : 熱伝導率熱通過率熱伝導方程式次元定常熱伝導 : ラプラスの方程式数値解析の基礎非定常熱伝導 : 非定常熱伝導方程式ラプラス変換フーリエ数とビオ数対流熱伝達の基礎 : 熱伝達率速度境界層と温度境界層層流境界層と乱流境界層境界層厚さ混合平均温度強制対流熱伝達 :