熱伝導率

熱伝導率とは材料の熱の伝わりやすさを表す値です。熱が物質の中を、温度の高い部分から低い部分へと伝わることを熱伝導といい、熱の伝わり方は材料によって大きな差異があります。熱が物質の中を、温度の高い部分から低い部分へと伝わることを熱伝導といい、熱の伝わり方は材料によって大きな差異があります。


厚さ1mの材料の両面に温度差が1℃あるとき、その材料の1m2を通して1秒間に流れる熱量[W/(m•K)]で表します。厚みに関係なく一定の数値となり、数値が小さいほど熱が伝わりにくい材料といえます。
 

熱伝導率イメージ

熱の伝わり方

伝導:熱が物質によって運ばれる現象 
伝導とは、金属以外の固体では原子・分子の格子振動の伝播によって、金属の場合は自由電子の移動によって、熱が運ばれていく現象のことです。伝導は、固体>液体>気体の順に熱を伝えやすく、また、同じ物質の中でも接触した異なる物質の間でも起きます 。例えば、スプーンの先を熱すると、その熱が移動して柄の方まで熱くなります。


対流:流体の循環による伝熱。
対流とは、流体(気体や液体)が流動することによって熱が移動する現象のことです。流体 (液体や気体) は、温度が上昇すると体積が増加し密度が小さくなり、温度が下降すると体積が減少し密度が大きくなります。密度が小さくなり軽くなると流体は上昇し、密度が大きくなり重くなると下降します。このように、流体自体が熱を帯びて循環する熱の伝わり方を対流といいます。対流の例には、エアコンや蝋燭によって温められた空気の循環などがあげられます。


輻射(放射) :電磁波のよる伝熱
輻射(放射)とは、熱が電磁波の状態で放出され離れたところに熱が伝わる現象のことです。
物質を介さず、空気中でも真空中でも伝わりますが、間に障害物があれば、
そこで遮られてしまいます。太陽からの日射熱が輻射(放射)の例としてあげられます。
 

熱伝導率の単位

国際単位系(SI)において、熱伝導率はワット毎メートル毎ケルビン[W/(m・K)]で表されます。これは、長さ1メートルにつき1ケルビンの温度差のある1平方メートルの断面を垂直方向に通過して1秒につき1ジュール伝導される熱量を示します。熱伝導率は熱の伝わりやすさを表しており、数字が大きいほど熱が伝わりやすく数字が小さいほど熱が伝わりにくいといえます。

𝟏𝑾=𝟏 𝑱∕𝒔
𝟏𝒄𝒂𝒍=𝟒.𝟏𝟖𝟔𝟖𝑱
𝟏 𝒌𝒄𝒂𝒍∕𝒉=𝟏.𝟏𝟔𝟑𝑾
 

温度と熱伝導率

熱伝導率は温度によって変化します。温度が高いほうが熱伝導率が大きくなります。熱伝導率は測定温度によって値が異なりますので、何℃で測定したかが重要です。グラスウール等の人造鉱物繊維断熱材の場合、JIS A 9521で平均温度23±1℃で測定するように規定されています。

グラスウール の熱伝導率と温度の関係

グラスウールの熱伝導率と温度の関係

各種材料等の熱伝導率

 

建材の名称 熱伝導率
55

コンクリート

1.6
天然木材 0.12
土壁 0.69
せっこうプラスター 0.62
ガラス 1.0
合板 0.16
高性能グラスウール断熱材16K相当 0.038

出典:一般社団法人 住宅性能評価・表示協会 長期優良住宅認定等に係る技術的審査マニュアル

熱伝導率は、材料の密度や厚さ、温度、および湿度などの条件によって変化することがあります。上記の数値は一般的な範囲であり、特定の製品やブランドによって異なる場合があります。
 

断熱材の性能を表すのは熱抵抗値

断熱材製品には異なる素材・厚みのものがあり、断熱材の性能は使用する断熱材の「厚さ」と「熱伝導率」によって決まります。熱伝導率に断熱材の厚みを考慮した数値が「熱抵抗値(R)」であり、数値が大きいほど断熱性能が高いことを表します。


熱抵抗は以下の計算式で計算されます。

[熱抵抗]=[厚さ]÷[熱伝導率]
この計算式が示す通り、熱抵抗は、厚さが厚いほど大きくなり熱伝導率が小さいほど大きくなります