建築物環境衛生管理技術者(ビル管理士) 過去問
第51回(令和3年度(2021年))
問49 (空気環境の調整 問49)
問題文
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問題
建築物環境衛生管理技術者(ビル管理士)試験 第51回(令和3年度(2021年)) 問49(空気環境の調整 問49) (訂正依頼・報告はこちら)
- A、B、C部材のなかで、最も熱伝導率が大きい部材はB部材である。
- 熱伝達率は、屋外側の方が室内側より大きい。
- B部材が主体構造体であるとすれば、この図は内断熱構造を示している。
- 壁表面近傍で空気温度が急激に変化する部分を境界層という。
- A、B、C部材のなかで、部材を流れる単位面積当たりの熱流量が最も大きいのはA部材である。
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この過去問の解説 (2件)
01
不適当なのは「A、B、C部材のなかで、部材を流れる単位面積当たりの熱流量が最も大きいのはA部材である。」です。
定常状態ではどの層でも熱流(単位面積当たりの熱流量)は同じになるため、Aだけが大きくなることはありません。これはエネルギー保存から導かれる基本です。
図では温度の下がり方(傾き)がゆるい層ほど熱をよく通す(熱伝導率が大きい)ことを表します。
q=−k·dT/dxなので、同じ熱流qなら傾き|dT/dx|が小さい層ほどkが大きいです。
図の傾き関係からBが最も大きいと読める前提の記述で、妥当です。
屋外は風の影響で対流が強くなり、屋外側熱伝達率の方が一般に大きいです。
建築の計算でも室内側表面抵抗Rsi=0.13、屋外側表面抵抗Rse=0.04(m²K/W)を用いるのが標準で、これを逆数にするとhi≈7.7、ho≈25(W/m²K)となり、屋外側が大きいと分かります。
内断熱は、室内側に断熱材、外側に主体構造体という並びです。図の温度分布(室内側で大きく温度が落ち、構造体側の勾配が相対的に小さい)から、その配置を示す内容として整合します。
境界層は、壁のすぐそばで速度や温度が大きく変化する薄い層のことです。熱のやり取りは主にこの層で起こります。ここでの説明は定義と合います。
定常の直列多層壁では、どの層でも同じ熱流が連続して流れるため、層ごとに大きさが変わることはありません。したがってこの主張は成り立ちません。
ポイントは次の三つです。
定常状態では熱流はどの層でも同じです。温度勾配が違って見えるのは、熱伝導率や厚さが違うからです。
傾きがゆるい層ほど熱伝導率が大きいと判断できます(q=−k·dT/dx)。
屋外側の熱伝達率は室内側より大きいのが通例で、標準値Rsi/Rseからも確認できます。境界層は表面近傍の薄い層で、熱の受け渡しに重要です。
同じ問題(ビル管理士2021年・空気環境の調整)でも、不適当なのは「層ごとに熱流が違う」とする記述であることが示されています。図を読むときは、熱流の一貫性・温度勾配・表面熱伝達の三点を合わせて考えると判断しやすくなります。
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02
正解は、「A、B、C部材のなかで、部材を流れる単位面積当たりの熱流量が最も大きいのはA部材である。」です。
この問題は、定常熱伝導における温度分布と熱流量、熱伝導率・熱伝達率の関係に関するものです。
温度勾配が小さい部材ほど熱伝導率が大きい、屋外側の熱伝達率は室内側より大きい、
主体構造体の外側・内側どちらに断熱材があるかで内断熱・外断熱が決まる、
境界層とは壁表面近傍で空気温度が急激に変化する層を指すは内容は正しいです。
つまり、A・B・Cいずれの部材でも、壁を貫く熱流量は同じであり、
どこかの部材だけ熱流量が大きいということは起こりません。
温度勾配の大きさは熱伝導率の違いを反映しますが、
定常状態では熱流束は連続で一定です。
正しいです。定常状態で同じ熱流束が流れているとき、
温度勾配が小さい部材ほど熱伝導率が大きいことを意味します。
図ではB部材の温度変化がAやCに比べて緩やかであり、
同じ熱流束であれば、これはB部材の熱伝導率が大きいことを示します。
正しいです。屋外側の対流・風の影響が大きく、
屋外側熱伝達率は室内側より大きいです。
室内側は空気の流れが比較的穏やかで、
熱伝達率は屋外側より小さい値が用いられます。
正しいです。B部材が主体構造体(例えばコンクリートや躯体)であり、
その室内側にC部材が配置されていると、
C部材は室内側に設けられた断熱層に相当します。
これは主体構造体の内側に断熱材を設ける、
内断熱構造の典型的な構成です。
正しいです。壁表面近傍では、空気の流れが壁面の影響を受けて速度が低下し、
その中で温度が急激に変化する層が形成されます。
この層を境界層と呼びます。
温度境界層は、壁面と主流空気との間で温度が連続的に変化する領域です。
不適当です。定常状態の一次元熱伝導では、
A・B・Cいずれの部材を通過する単位面積当たりの熱流量(熱流束)はすべて等しくなります。
もしどこかの部材だけ熱流量が大きければ、
そこに熱の蓄積や欠損が生じ、定常状態とは言えません。
温度勾配の違いは熱伝導率の違いを反映しているだけであり、
熱流束そのものは連続で一定です。
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