伝熱の計算問題

伝熱問題について

伝熱の計算問題は2、3年に1回出題されており、45-50問目の間に出題されることが多いです。

公式と2つのポイントがわかれば易しい問題となります。

  • 公式:熱貫流量[W]=熱貫流率[W/(㎡・K)]×温度差[℃]×壁面積[㎡]
  • 熱貫流率について:熱貫流率か熱貫流抵抗のどちらなのか。
    • 熱貫流はそのまま、熱貫流抵抗の場合逆数にします。
  • 温度差について:室温と外気温の差
  • 壁面積について:正方形の床材量が地表面に固定(断熱)されているか。
    • 断熱されている面は壁面積に含めません。一辺4mの立方体で、日射が当たらない条件で床面に固定とあれば、壁面積は4m×4m×5面=80㎡となります。
    • 立方体でも宙に浮いていれば(断熱されていなければ)、壁面積は4m×4m×6面=96㎡となります。

2018年問題

一辺が4mの正方形の壁材料を組み合わせて立方体の室を作り、日射が当たらない条件で床面に固定した。壁材料の熱貫流率を1.25W/(㎡・K)、隙間換気は無視できるとし、外気温度が0℃の条件下で内部を加熱したところ、十分に時間が経過した後の室温が25℃になった。なお、床面は完全に断熱されており、床を通しての熱移動はない。このとき、室内での発熱量として適当なものはどれか。

(1)1300W、(2)1600W、(3)2000W、(4)2500W、(5)3000W

  • ポイント1:熱貫流そのまま
  • ポイント2:日射が当たらない条件で床面に固定→立方体の壁面積は5面

解答方法

  • 公式:熱貫流量[W]=熱貫流率×温度差×壁面積
  • 熱貫流量=1.25×(25℃-0℃)×(4m×4m×5面)=1.25×25×80=2500W

正解は選択肢(4)2500W

2014年問題

1辺が3mの正方形の壁材料を組み合わせて立方体の室を作り、日射が当たらない条件で床面を地表面に固定した。壁材料の熱貫流抵抗を0.5(㎡・K)W、隙間換気は無視できるとし、外気温度が10℃以下の条件下で内部を加熱したところ、十分に時間が経過した後の室温度が30℃になった。なお、床面は完全に断熱されており、床を通しての貫流熱量はない。このときの室内での発熱量として適当なものはどれか。

(1)90W、(2)360W、(3)450W、(4)900W、(5)1800W

  • ポイント1:熱貫流抵抗逆数
  • ポイント2:日射が当たらない条件で床面に固定→立方体の壁面積は5面

解答方法

  • 公式:熱貫流量[W]=熱貫流率×温度差×壁面積
  • 熱貫流量=(1/0.5)×(30℃-10℃)×(3m×3m×5面)=2×20×45=1800W

正解は選択肢(5)1800W

2019年問題

面積8㎡の外壁の熱貫流(熱通過)抵抗が2.0(㎡・K)/Wであったとする。外気温度が-5℃の時に室温20℃とすると、外壁を通過する熱量として適当なものはどれか。

(1)60W、(2)80W、(3)100W、(4)400W、(5)800W

  • ポイント1:熱貫流抵抗逆数
  • ポイント2:なし→そのままの壁面積(今回は立方体ではありません。)

解答方法

  • 公式:熱貫流量[W]=熱貫流率×温度差×壁面積
  • 熱貫流量=(1/2.0)×{20℃-(-5℃)}×8㎡=0.5×25×8=100W

正解は選択肢(3)100W

注意点:20℃-5℃ではなく20℃-(-5℃)です。温度差は25℃です。

「伝熱の計算問題」は以上となります。

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