みなさんの“?”を解決 家づくりの知識

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熱容量と蓄熱 

1)比熱

比熱とは、1gの物質の温度を1℃上昇させるために必要な熱量のことです。
比熱の小さい物質ほど、少ない熱量で温度を上げることができます。

一般的には「質量あたりの必要熱量」が比熱として用いられていますが、
「体積あたりの必要熱量」を表す「容積比熱」もあります。

断熱材や蓄熱材等の熱容量を検討するときは、単位質量ではなく単位体積のほうが
便利ですので、建築実務的には容積比熱がよく用いられています。

容積比熱=重量比熱×比重

一般の建築材料では重量比熱に大きな差がないことから、
比重の大きなもの程、容積比熱が大きいと考えてよいでしょう。

同じ容積であれば、重い材料ほど暖まりにくく、冷めにくく、たくさんの熱量を蓄えることができるというわけです。

比熱は単位が「J」の場合と「cal」の場合が入り交じっています。これらの違いによって値は大きく変わって
きますので、比熱を扱う場合には単位に着目し、それが何に対する比熱なのかをよく理解して用いることが大切です。

2)比熱の単位

①比熱(重量比熱)[J/g℃、cal/g℃]
「1gの物質の温度を1℃上昇させるために必要な熱量(J)」のことです。

「1cal=水1gを1℃上げる時の熱量」ですので、水の比熱は1Cal/g℃=4.2J/g℃になります。

②容積比熱[K J/㎥K]
「1㎥の物質の温度を1℃上昇させるために必要な熱量(KJ)」のことです。

水は比重が1なので、水は容積比熱=(重量)比熱になります。

 

 

3)空気の比熱

分子は温度が上がると膨張するという性質をもっています。
固体や液体の場合は大きな影響はありませんが、気体の場合は
膨張率が大きいので無視できなくなります。
体積が増えるのは、圧力を一定に保とうとするからです。

しかしたとえば、密閉した容器の中で空気を温めた場合、
体積は変化できないため、代わりに容器を内側から押す力(圧力)が働きます。

圧力を一定に保った場合(体積が増える場合)の比熱を「低圧比熱」
体積を一定に保った場合(圧力が増える場合)の比熱を「定積比熱」と呼びます。

一定の換気量がある建物の室内を暖めるときには圧力が一定と考えてよく、
定圧比熱を用いるのがよいでしょう。

比熱の種類 改定-thumb-700xauto-1831.jpg

 

 

 

空気の定圧比熱=1248J/㎥K

〈計算例〉気積が30㎥である部屋の空気温度を5℃暖めるために必要な熱量は
      熱量=1248J/㎥K×30㎥×5℃(5K)=187.2KJ

4)熱容量

熱容量(J/℃)=重量比熱×質量
=容積比熱×体積

熱容量とは「実際の重量や体積をもった材料の温度を1℃上昇させるのに必要な熱量」を表しています。

比熱はそれぞれの材料における「その温度を1℃上昇させるときに必要な熱量の違い」
を見るときに使いますが、熱容量は「大きさをもった材料温度を1℃上昇させるときに必要な実際の熱量」
を表します。
つまり、実務で建物に備える蓄熱量を検討するようなときには、この熱容量を求めることになります。

熱容量のイメージ2.jpg

1)蓄熱

熱容量が大きいというのは、熱をたくさん蓄える能力を持っているということになります。
熱容量の大きな建物にすれば、蓄熱性が高くなるということです。

「熱容量の大きな建物=蓄熱性の高い建物」は、温度の応答が遅くなります。
要するに暖まりにくく、冷めにくいわけです。

これは状況によって「吉」と出たり「凶」と出たりします。

冬に日中の日射熱を"うまく"蓄え、それを夜から"うまく"使えば暖房負荷は下がり、
朝方にかけての温度低下も小さくなります。

これを狙って設計するのが「パッシブソーラー」です。

でも、熱容量を大きくしすぎてしまうと、昼間の室温もなかなか上がらずに
寒くなる恐れがあります。

蓄熱性によって夏の室温低下をもたらす可能性もありますが、逆にいつまでも
建物が冷めないことにもなりかねません。

一般的な木造住宅は比較的熱容量が小さく、この蓄熱性(温度の応答の遅さ)
による影響はあまり大きくありませんが、鉄筋コンクリート住宅などは熱容量が
大きくなることから、この影響にも考慮する必要があります。

主な建築材料の容積比熱.jpg

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