2014年6月5日木曜日

表面温度/人工木材だからなのか?

相当外気温度の推定はできましたが、定常状態を仮定したときの表面温度は?
少々強引ですが、見慣れた?熱貫流の温度変化図にしてみると・・



日射のあたる表側から裏側に熱が流れるはずなのですが、
(ベンチの座面材は細長いものだろうから実際はこう単純にはいかなそうですが…^^;
日射の熱が、相当外気温度(SAT)からベンチの表面温度(T)に流れ、それがベンチの裏側(T)へ熱伝達率の割合でと伝わり裏側の外気へ放熱されるイメージです・・本当ですか?
【03011】【11051】【13034】【20012】【21102】【23042】などから、
熱貫流抵抗Rtは、
 Rt = Ri + R + Ro
となりますが、この場合は両面とも同じ温度の外気に接していることになるので、
Ri = Ro = 1/23で想定します。
人工木材の熱伝導率は、自然木(乾燥木材:0.15〜0.25(W/mK)_理科年表)と同等くらい?
探しても見つからないのでとりあえず0.2(W/mK)として、ベンチの厚さを40mmとすると、
熱貫流率:1/Rtは、3.48(W/㎡K)になります。

SAT(dark brown):70.1℃のときは、

熱貫流量は
 Q = 1/Rt ×(SAT − 裏側気温)= 3.48 × (70.1 − 35)= 122.15W/㎡
この熱貫流量が相当外気温度からベンチ表面に流れる熱量と同じなので
 23 ×(SAT − T= 23 ×(70.1 − T= 122.15  表 64.8(℃)
ベンチ裏側も同様に考えて、
 23 ×(T  気温= 23 ×(T  35= 122.15  裏 40.3(℃)

SAT(light brown):52.5℃のときは、
熱貫流量は
 Q = 1/Rt ×(SAT − 裏側気温)= 3.48 × (52.5 − 35)= 60.9W/㎡
この熱貫流量が相当外気温度からベンチ表面に流れる熱量と同じなので
 23 ×(SAT − T= 23 ×(52.5 − T= 60.9  表 = 49.9(℃)
ベンチ裏側も同様に考えて、
 23 ×(T  気温= 23 ×(T  35= 60.9  裏 = 37.6(℃)

SAT(white):42.8℃も計算してみると、

熱貫流量は
 Q = 1/Rt ×(SAT − 裏側気温)= 3.48 × (42.8 − 35)= 27.1W/㎡
この熱貫流量が相当外気温度からベンチ表面に流れる熱量と同じなので
 23 ×(SAT − T= 23 ×(42.8 − T= 27.1  表 = 41.6(℃)
ベンチ裏側も同様に考えて、
 23 ×(T  裏側気温= 23 ×(T  35= 27.1  裏 = 36.2(℃)


仮に、人工木材の熱伝導率が自然木より大きめ(熱が伝わりにくい)の0.1(W/mK)だとすると熱還流率1/Rtは、2.05(W/㎡K)になります。


とすると、SAT(dark brown):70.1℃のときは、

熱貫流量は
 Q = 1/Rt ×(SAT − 裏側気温)= 2.05 × (70.1 − 35)= 71.96W/㎡
この熱貫流量が相当外気温度からベンチ表面に流れる熱量と同じなので
 23 ×(SAT − T= 23 ×(70.1 − T= 71.96  表 67.0(℃)
ベンチ裏側も同様に考えて、
 23 ×(T  裏側気温= 23 ×(T  35= 71.96  裏 38.1(℃)
熱が伝わりにくくなるので、表面温度は(相当)外気温に近づくことになります。
(熱が伝わりにくい→断熱性能が高い→温度勾配が急

逆に、人工木材の熱伝導率が自然木より小さめ(熱が伝わりやすい)の0.4(W/mK)だとすると熱還流率1/Rtは、5.35(W/㎡K)になります。


とすると、SAT(dark brown):70.1℃のときは、

熱貫流量は
 Q = 1/Rt ×(SAT − 裏側気温)= 5.35 × (70.1 − 35)= 187.79W/㎡
この熱貫流量が相当外気温度からベンチ表面に流れる熱量と同じなので
 23 ×(SAT − T= 23 ×(70.1 − T= 187.79  表 61.9(℃)
ベンチ裏側も同様に考えて、
 23 ×(T  裏側気温= 23 ×(T  35= 187.79  裏 43.2(℃)
熱が伝わり易くなるので、表面温度は(相当)外気温と差ができることになります。
(熱が伝わり易い→断熱性能が低い→温度勾配が緩

図にすると、

ベンチの表面温度

なので、ベンチの表面温度が上がらないようにするには、
相当外気温度を下げる→日射吸収率を下げる≒白(に近い色)
 &
熱貫流をよくする→熱伝導率の良い材料にして吸収した熱は裏側に逃がす
とすればよいはず。
木はある意味断熱材に近い材料なので、人工木材を天然木にしても炎天下では熱くなりそうです。たぶん・・本当ですか?

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