健康な省エネ建築(3) 放射熱

省エネ建築の中心的な課題は、「熱」をうまく効率的にマネージメントすることです。

では「熱」とは一体なんでしょうか?

熱とは、物理学的には、簡単に言うと、「分子の運動エネルギー(=分子の振動)」のことです。

熱は、物質間で伝達されます。基本的に温度が高い物質から低い物質へ伝達され、そのプロセスには、「伝導」「対流」「放射」の3種類があります。

熱伝導とは、

個体内部、もしくは接触している個体間、さらには個体と静止している流体(液体・気体)間で熱が伝わる現象です。

熱伝導とは、個体において、分子の位置自体は移動することなく(静止)、分子の振動(=熱エネルギー)だけが隣接する分子に伝搬されていくことです。

断熱材の性能の基準になっている熱伝導率(W/m・K)は、この現象における断熱材内の熱の伝わり度合いを示しています。

熱対流とは、

分子が自由に動くことができる水や空気のような流体(液体・気体)において、分子の移動によって熱が運搬される現象です。流体は熱を持つと膨張し軽くなり上昇し、熱を失うと収縮し重くなり下降します。この流体の温度差によって起こる対流を自然対流といいます。一方、外部からの動力(風など)によって起こる対流を強制対流といいます。

熱放射(輻射)とは、

熱エネルギーを持った物質が放つ電磁波のことです。電磁波とは、空間の電場と磁場によって形成される波(波動)で、代表的なものは光やX線、レーザー、テレビやラジオの電波などが挙げられますが、熱放射もこれと同類です。電磁波は、物質のない真空でも移動します。放射による熱伝達とは、電磁波が分子にあたり、分子に運動エネルギー(=熱)を与えることです。

放射の代表例は太陽光です。超高温の太陽は強力な電磁波を発していますが、それが真空の宇宙空間を通って地球に降り注ぎ、人間の体の細胞に吸収され、分子の運動が起こり、人間は熱を感じます。

熱エネルギーを持った全ての物質は放射熱(赤外線)を発します。人間の体も、壁も家具も。

伝導対流は、温度差媒介となる物質の接触と移動によって起こります。熱力学の理論です。

一方、放射は、温度差は必要とせず、放射するマテリアルの絶対温度(K)に由来し、媒介となる物質を必要としません。こちらは量子力学の理論です。

室内の熱のマネージメントの重要な部分を担う冷暖房機器。その多くは、対流放射の両方の原理を同時に活用していますが、どちらの比率が高いかによって、対流式放射式に分類されます。

対流式の代表例は、エアコンや放熱器(ラジエーター)です。エアコンは、外部動力(ファン)と温度差による自然対流を、放熱器は自然対流を利用しています。

放射式の暖房システムとしては、壁暖房、蓄熱ストーブ、赤外線ヒーター、床暖房などが挙げられます。ただし床暖房は、室内の上下で温度差を生じさせてしまうので、対流の割合も比較的多く(40%)、放射式のカテゴリーに含めない場合もあります。

人間の健康、快適さ、省エネの観点でこの2つを比べる、放射式が明らかに優っています。

空気という媒体を使って、温度差で熱を移動させる対流式においては、空気が動くので、室内の埃や有害物質が舞い立てられ、また室内の温度差が生じ、人間の健康に悪影響を与えます。

一方、電磁波(遠赤外線)で体の内部を温める放射式の場合は、熱の移動に空気という媒介を必要としないため、低い室内温度で高い体感温度をもたらし、壁暖房や蓄熱ペチカストーブなどのような横からの放射熱の場合は、空気はほとんど動かず静かで、室内の空気の温度差もほとんど生じません。

空気を温める必要がある対流式のラジエーターには60~70度の温水が必要ですが、その必要性がない放射式の壁暖房は25度前後の温水で足りるので、省エネの観点からも有利です。

放射熱は、暖房だけではありません。太陽の日射も放射熱です。これもうまく取り入れることができれば、さらに省エネにつながります。この太陽と暖房の放射熱をうまく効果的に活用するための前提は、躯体の外側にも内側にも蓄熱性能の高いマテリアルが使用されていることです。

 

ドイツ/オーストリア視察セミナー 「木と土と藁の建築」

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です