断熱材の厚さと水温の経時変化

断熱材の厚さと水温の経時変化の関係を見るために、ここでは、単純化のため、立方体の水をコンクリートで囲ったモデルを考えて数値シミュレーションしてみます。(図-1)

与条件を下記のとおりとします。この条件下で、時間の経過とともにどう温度変化するか、数値シミュレーションにより比較します。試算パターンは、初期水温の違う、下記の3ケースです。なお、コンクリートの熱容量は考慮しないものとしました。

【条件】

  • コンクリート厚さ=100mm
  • 容積1m3の立法体(1m×1m×1m)
  • 初期水温=80℃
  • 周囲温度=20℃(空気)

【試算パターン】

  • ケース1 断熱材あり ポリスチレンフォーム40mm
  • ケース2 断熱材あり ポリスチレンフォーム20mm
  • ケース3 断熱材なし
シミュレーションモデル

図-2は、数値シミュレーションの結果です。
断熱材の厚さが大きい方の温度降下が小さいことがわかります。
熱流束は下記の式で表わされるため、熱通過率Kの値が小さいほど放熱量が小さくなるためです。

dQ/ dτ=K*A*(T1-T2)
Q 熱量[J]
τ 時間[sec]
K 熱通過率[W/m2・℃]
A 面積[m2
T1 高温側温度[℃]
T2 低温側温度[℃]
断熱材の厚さと水温の経時変化
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