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昨日の石焼き芋投稿の続きです。
だって毛糸の熱伝導率について、尻切れトンボだったでしょ？
その事について、少しだけ書きたいと思います。
少し、硬い話になります。
ご覚悟を・・・。
まずは繊維系断熱材の雄、高性能グラスウールに関することからスタートです。
グラスウールは、ご存知ですよね？
住宅の断熱材として、もっとも採用されている繊維系断熱材です。
従来のグラスウールは、密度10ｋｇ/㎥品が主流でした。
でも最近は密度16ｋｇ/㎥以上のものも、ザラにあります。
ある程度の密度までは、密度が高い程熱伝導率が低いと言われています。
ちなみに1.0ｍ×1.0ｍ×1.0ｍの大きさの重量が10ｋｇであれば10K、16ｋｇであれば16Kと表記します。
ここからは、硝子繊維協会のHPからの複写となります。
そもそもグラスウールは、リサイクルガラスを主原料に高温で溶解し綿状に繊維化した、細い繊維の集まりです。
この細い繊維が絡み合ってグラスウール中に連続空気室をつくっています。
連続空気室の中では空気が静止していて動かないため熱が移動しにくく、高い断熱性能を発揮します。
これがグラスウールの保温のしくみです。
また、グラスウールの断熱性能に大きく影響するのは密度と繊維の太さです。
グラフのように、密度が増えるに従いグラスウール中の空気室がより細分化されるので、断熱性能が良くなります。
但し、60kg/㎥以上は変わりません。
仮に密度が同じでも、繊維の太さによって断熱性能は変わります。
繊維の太さが細くなると同じ密度でも繊維の本数が増える為、グラスウール中の空気室がより細分化され断熱性能が高くなる訳です。
通常のグラスウールの繊維の太さは平均7～8μm程度ですが、高性能グラスウールと呼ばれる製品では平均4～5μm程度となっています。
上イラストは旭ファイバーグラスのアクリアのカタログからの複写です。
確かに繊維が細かいですよね。
もっと細かい繊維の製品も発売されているようです。
断熱材の性能は、個々の素材の性能と、そのバランスに左右されるそうです。
グラスウールであれば、ガラス繊維（バインダーも含みます。）と空気が素材です。
前者の熱伝導率は、だいたい1.0W/m・Kくらいです。
そして後者のソレは、だいたい0.026W/m・Kくらい。
モデル図をつくってみました。
赤がガラス繊維です。
そして青が動かない空気室を示しています。
そして上の2つは密度の違いを示しています。
また左の2つは繊維の太さの違いを示しています。
これを使って断熱性能について説明したいと思います。
でもその前に、まずは熱移動の話を思い出していただきます。
熱の移動には3つあります。
熱伝導
そして
熱対流
最後が
熱輻射です。
思い出していただけたでしょうか？
物体の熱伝導率によって、移動量が異なります。
これって、伝導と対流が関係しています。
当然、放射も関係しているんですが、ここでは無視することに決めました。
イラストの赤い部分『ガラス繊維』の場合は、伝導で熱が伝わります。
そして青い部分『動かない空気』の場合は、対流で熱が伝わります。
熱伝導率を比較すると、前者の方がかなり高くなっています。
これって前者の方が熱を伝えやすいことを示しています。
だからガラス繊維を限りなくゼロにすれば、断熱性能は限りなく0.026W/m・Kに近づく筈。
でも、これって無理でしょ？
では、どうしたら良いでしょうか？
方法は2つあります。
➀本数を減らす
②繊維を細くする。
どちらを実施しても、赤い部分は少なくなります。
そう、密度が下がるんです。
あれ
密度を高めた方が、断熱性能って高くなる筈では・・・。
そう、矛盾しますよね？
秘密は動かない空気にあります。
ポイントは動かないです。
ガラス繊維の本数を減らせば、空気室が大きくなります。
大きくなれば、小さい時よりも冷たい空気は下に降り、暖かい空気は上に上がります。
対流が増える訳です。
熱が移動しちゃいます。
③対流を防ぐには、室を細かく仕切るのが有効です。
室を細かく仕切ろうとすれば、密度は大きくなってしまいます。
そこで、繊維を細くする必要性が生まれます。
➀②③のバランスを考えなくてはなりません。
でも、ガラス繊維と空気の熱伝導率はかなり違います。
結局、細い繊維で仕切りを増やすのが効果的なんです。
理論的に言えば、動かない空気の力を使った断熱材の熱伝導率は0.030W/m・K当たりが限界なんだそうです。
参考までに言えば、アクリアαの熱伝導率は0.032W/m・K、これってかなり凄いらしい・・・。
だから、それ以上の性能を求めるのであれば、空気以外の力を使うしかありません。
真空だったり、不活性ガスだったり・・・。
この仕組みは、毛糸でも同じです。
繊維径を細くしたり、繊維の密度を高くして動かない空気をふやせば、断熱性能を高めることが出来ます。
羊毛ウールという断熱材をご存知ですか？
羊の毛でつくった綿状の断熱材です。
ウールの繊維は、複雑な構造から成っています。
2種類の異なった細胞からできたウール繊維は、それぞれ細胞の成長スピードが違うため、1本1本くるくると捻れた繊維を作ります。
クリンプと呼ばれるこの縮れがウールの最大の秘密です。
クリンプによってウールは60％もの空気を含むことができ、この空気の層が外気を遮断することで、ウールは優れた断熱性を発揮します。
ウールブレスのHPから、その一部を複写しました。
毛糸も同じですよね？
この断熱材の熱伝導率を調べてみると、0.040～0.044W/m・Kとの事。
毛糸の0.37W/m・Kとは、大きく違います。
熱抵抗で比較してみます。
厚さ100ｍｍの羊毛ウールの熱抵抗は2.5です。
これと同等性能にする場合に必要な毛糸の厚さは92.5ｃｍです。
ねっ、凄い違いでしょ？
同じ素材を使っても、製法でここまで違いが出るんですね。
改めて凄さを感じました。
今日の話は、これでおしまいです。
以下にガラス繊維協会のページを貼っておきます。
ご興味のある方は、ご自身の目でご確認ください。
https://www.glass-fiber.net/glasswool_short_dannetu.html
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