建築物環境衛生管理技術者(ビル管理士) 過去問
第53回(令和5年度(2023年))
問49 (空気環境の調整 問49)

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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53回(令和5年度(2023年)) 問49(空気環境の調整 問49) (訂正依頼・報告はこちら)

熱移動に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
  • 一般に、同一材料でも内部に水分を多く含むほど、熱伝導率は大きくなる。
  • 固体内を流れる熱流は、局所的な温度勾配に熱伝導抵抗を乗じて求められる。
  • 一般に、密度が大きい材料ほど、熱伝導率は大きくなる。
  • 中空層の熱抵抗は、一定の厚さ(2〜5cm)までは厚さが増すにつれて増大するが、それ以上ではほぼ一定となる。
  • ガラス繊維などの断熱材の熱伝導率が小さいのは、繊維材によって内部の空気の流動が阻害されるためである。

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この過去問の解説 (2件)

01

熱移動に関する問題です。

選択肢1. 一般に、同一材料でも内部に水分を多く含むほど、熱伝導率は大きくなる。

水分を含むと熱伝導率は一般的に増加します。

選択肢2. 固体内を流れる熱流は、局所的な温度勾配に熱伝導抵抗を乗じて求められる。

熱流は温度勾配と熱伝達率を用いて計算できます。よって誤りです。

選択肢3. 一般に、密度が大きい材料ほど、熱伝導率は大きくなる。

密度が大きい材料は分子間の結びつきが強く、熱伝導率が大きくなる傾向があります。

選択肢4. 中空層の熱抵抗は、一定の厚さ(2〜5cm)までは厚さが増すにつれて増大するが、それ以上ではほぼ一定となる。

中空層の厚さが一定以上になると、熱伝導の効果がほぼ飽和し、抵抗は増加しなくなります。

選択肢5. ガラス繊維などの断熱材の熱伝導率が小さいのは、繊維材によって内部の空気の流動が阻害されるためである。

断熱材は空気を閉じ込め、熱の伝達を遅延させるため、熱伝導率が低くなります。

まとめ

熱伝導率は材料の水分量や密度、構造によって影響を受けます。

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02

最も不適当なものは、固体内を流れる熱流は、局所的な温度勾配に熱伝導抵抗を乗じて求められる。です。

熱の流れは、温度差があるときに、高い温度の方から低い温度の方へ進みます。
固体の中を伝わる熱流は、温度勾配に熱伝導率を用いて考えます。
熱伝導抵抗を使う場合は、「温度差を熱抵抗で割る」と考えるため、「温度勾配に熱伝導抵抗を乗じる」という説明は合っていません。

選択肢1. 一般に、同一材料でも内部に水分を多く含むほど、熱伝導率は大きくなる。

これは適当です。

材料の中に空気が多く含まれていると、熱は伝わりにくくなります。
一方、水は空気よりも熱を伝えやすいです。

そのため、同じ材料でも内部に水分を多く含むと、熱が伝わりやすくなり、熱伝導率は大きくなります。
この記述は合っています。

選択肢2. 固体内を流れる熱流は、局所的な温度勾配に熱伝導抵抗を乗じて求められる。

これが最も不適当です。

固体の中を伝わる熱流は、温度の変化の大きさである温度勾配と、材料の熱の伝わりやすさである熱伝導率によって決まります。

つまり、温度勾配に関係するのは熱伝導抵抗ではなく、熱伝導率です。
熱伝導抵抗を使う場合は、

熱流量=温度差÷熱抵抗

のように考えます。

そのため、「温度勾配に熱伝導抵抗を乗じて求める」という説明は不適当です。

選択肢3. 一般に、密度が大きい材料ほど、熱伝導率は大きくなる。

これは適当です。

一般に、材料の中身が詰まっていて密度が大きいほど、熱は伝わりやすくなります。
反対に、空気を多く含む軽い材料は、熱が伝わりにくく、断熱材として使われることがあります。

そのため、密度が大きい材料ほど熱伝導率が大きくなりやすい、という説明は合っています。

選択肢4. 中空層の熱抵抗は、一定の厚さ(2〜5cm)までは厚さが増すにつれて増大するが、それ以上ではほぼ一定となる。

これは適当です。

中空層とは、壁などの中にある空気の層のことです。
空気は熱を伝えにくいので、ある程度までは空気層が厚くなるほど熱抵抗は大きくなります。

しかし、厚くなりすぎると、空気の中で対流が起こりやすくなります。
そのため、熱抵抗はいつまでも増え続けるわけではなく、ある厚さを超えるとほぼ一定になります。

選択肢5. ガラス繊維などの断熱材の熱伝導率が小さいのは、繊維材によって内部の空気の流動が阻害されるためである。

これは適当です。

ガラス繊維などの断熱材は、内部に多くの空気を含んでいます。
空気は熱を伝えにくいですが、空気が大きく動くと熱も運ばれやすくなります。

そこで、細かい繊維が空気の動きを妨げることで、熱が伝わりにくくなります。
そのため、この記述は合っています。

まとめ

この問題では、熱伝導率熱伝導抵抗の違いを押さえることが大切です。

熱伝導率は、材料がどれだけ熱を伝えやすいかを表します。
一方、熱伝導抵抗は、熱の伝わりにくさを表します。

固体内の熱流を温度勾配から考えるときは、熱伝導抵抗ではなく、熱伝導率を用います。
熱伝導抵抗を使う場合は、温度差を熱抵抗で割って熱流量を求めます。

したがって、「固体内を流れる熱流は、局所的な温度勾配に熱伝導抵抗を乗じて求められる。」という記述が不適当です。

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