輻射熱・対流熱・伝導熱とは？～対流熱編～|暑さ寒さコスト削…

対流熱とは？3原則、最後の熱移動

こんにちは、株式会社京豊運輸「クライマテック事業部」営業主任の菊地と申します。前回は伝導熱についてご紹介しましたが、今回は熱移動の3原則の最後の一つ、「対流熱」についてお話しします。

対流熱とは？

対流熱は、空気や水などの流体（液体や気体）が動くことで熱が伝わる仕組みです。例えば、お湯を沸かす際、鍋の底から熱せられた水は上昇し、冷たい水は沈むという動きを繰り返します。この現象が対流です。対流は、伝導や輻射とは異なり、物質自体が移動することで熱が運ばれる点が特徴です。

流体は温められると膨張し、密度が小さくなります。すると、周りの冷たい流体よりも軽くなるので、自然と上に浮き上がろうとします。逆に、冷えた流体は収縮し、密度が大きくなります。そのため、周りの温かい流体よりも重くなり、下に沈もうとします。温まった流体が上昇し、冷えた流体が下降するという動きが繰り返されることで、流体が循環し、熱が移動するのです。

身近な例で考える対流熱

皆さんが身近に感じている対流熱の一例として、エアコンの冷房があります。エアコンから出る冷たい空気は、部屋の下の方に溜まり、温かい空気は上に上がります。この空気の流れによって部屋全体が冷却されるのです。冬に部屋を暖める暖房も同じく対流熱を利用しています。

また、対流熱は地球の大気や海水の動きに密接に関わっており、気候や天候に大きな影響を与えています。地球温暖化の進行により、大気や海水の温度が上昇すると、対流のパターンにも変化が生じ、風の流れや海流が乱れ、異常気象が増加する一因となっています。日本においてもゲリラ豪雨や、線状降水帯の発生、台風の強さが大きくなる等、様々な影響が生じています。

対流熱が建物に与える影響

ペンシルバニア州立大学で行われた、建物に対しての熱移動についての研究報告で、およそ75％は輻射熱によるものであると述べられています。これに対して対流熱は20％程度で輻射熱と比べると熱移動は非常に少なくなります。この結果は建物上部・側面・下部のいずれからもほぼ同じ影響があることが解かっています。

画像引用元：株式会社佐武

また、現在多く使用されている断熱材ではこの20%の対流熱と、5%の伝導熱のみに対応しており輻射熱には対応できていません。よって、断熱材が蓄熱し、時間の経過とともに熱を放射して、夏場は暑く、冬場は寒いという結果を招いていたのです。

人々の生活や働く上での快適な環境を作る為には、空調機などによって建物内の温度調節する必要がありますが、近年の平均気温の上昇や、燃料費の高騰などの影響もあり電気代などのコスト、エネルギー消費は増える一方です。

しかしながら、輻射熱を効果的にコントロールすることで、建物内の温度を快適に保ち、コストやエネルギー消費を抑えることができます。当社の遮熱技術は、輻射熱を99％反射する遮熱シート『リフレクティックス』を使用し、建物を外部からの輻射熱から守ります。また、建物内部の温度も反射する事によって夏場は涼しく、冬場は暖かくなり冷暖房効率も向上させることができ、コストの大幅な削減につながります。

今回は熱移動の3原則の最後の1つである対流熱について解説しました。これまで3回に分けてお話ししてきましたが、記事を読んでいただきありがとうございます。熱移動の3原則についての理解が深まり、少しでも皆さまの生活空間や、職場等における快適な環境作りの一助と成れば幸いです。

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