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熱質量と熱容量: それらの不思議な関係とは?
建物の設計において、熱質量は、建物内の熱エネルギーの流れが温度変化にどのような影響を与えるかを決定する重要な物理的特性です。ただし、熱質量の定義については専門家の間で合意が得られていないようです。多くの学者は、熱質量を熱エネルギーを蓄える物体の能力である熱容量と同義であると考えていますが、熱質量をその体積および体積熱容量と組み合わせて説明する学者もいます。この矛盾により、一部の学者の目には熱質量が疑似科学とみなされています。この記事では、熱質量と熱容量の関係と、建築設計におけるそれらの応用について探ります。
熱質量は通常、記号
Cthで表され、その SI 単位はJ/KまたはJ/°Cです (どちらも同等の効果）。
熱 Q と熱質量の関係は、Q=CthΔT として定義できます。Q は伝達される熱エネルギーを表し、 ΔTは温度変化です。これは、熱が物体に入ると、熱質量によって物体の温度がどの程度上昇するかが決まることを意味します。
たとえば、熱質量が 38.46 ジュール/°C の銅歯車に 250 ジュールの熱が加えられると、その温度は 6.50°C 上昇します。この物質の均一性により、物体の質量とその比熱容量のみを使用して、熱質量の計算が比較的簡単になります。
複数の材料で構成される建物では、熱容量の計算が難しくなります。通常、これには、各純粋な材料の熱容量を合計するか、オブジェクト全体を直接測定する必要があります。これにより、複数材料複合材料の熱質量解析がより複雑になります。
「熱質量は、材料の比熱容量、密度、厚さ、熱伝導率の関係によって決まります。」
より広範な建築状況では、熱質量の影響は快適さに直接関係すると考えられています。外気温が頻繁に変化する場合、熱質量を追加すると、一定期間の快適性が向上する可能性があります。ただし、スペースが断続的に使用される場合、熱質量が問題となる可能性があります。熱が継続的に流れるため、熱質量の影響はほとんど目立ちません。したがって、熱容量の計算は通常、工学計算には含まれません。
「米国とカナダでは、通常、建物の冷暖房設備は空調請負業者協会マニュアル J (マニュアル J) に従って計画されますが、このプロセスでは熱容量の影響が考慮されていません。」
マニュアル J によると、建物の冷暖房設備は、住宅の大きさ、構造、断熱性、気密性、設備の特性、使用者の負荷などの詳細に基づいて詳細に測定する必要があります。このプロセスでは熱容量が想定されますが、機器は主に極端な温度下でも快適な室内環境を維持するように設計されています。
熱質量と熱容量の間の不思議な関係は、特に建築設計における持続可能性と快適性の観点において、依然としてさらなる研究に値する領域です。建築技術が進歩するにつれて、熱質量とそれに関連する特性をより効果的に利用する方法が将来の設計の鍵となる可能性があります。熱質量を考慮するとき、エネルギー消費を削減し、快適さを維持する可能性を再評価する必要がありますか?
