輻射式冷暖房について

質問

最近輻射熱方式の冷暖房機器の話題をテレビで見ます。が、まだ業務用のようです。効率はいいようで楽しみです。

１．家庭用の機器が安く出てくるのはいつごろになりますか？
２．輻射熱方式なので気温と直接関係ないのは知っていますが、現実的に１０畳とかの部屋で気温や湿度が何度くらいまでこの方式で対応可能でしょうか？
３．原理の問題として輻射は黒体放射のことだと思いますが、暖かいものからの黒体放射があった場合に暖房効果があるのはわかります。冷房の場合、機器が冷たくなっても機器からの黒体放射が減るだけで熱を吸収するような冷却効果があるわけではないと思いますが、なぜそれで涼しくなるのでしょうか？

通常は人体は周りの空気と熱のやり取りをしていますが、それ以外に室内なら壁や天井から黒体放射を受けています。それがないだけで(あるいは減るだけで)かなり涼しいものなのでしょうか？涼しくなるのでしょうか？

回答No.2

NemurinekoNya · ベストアンサー

こんばんはです。

☆３．原理の問題として輻射は黒体放射のことだと思いますが、暖かいものからの黒体放射があった場合に暖房効果があるのはわかります。冷房の場合、機器が冷たくなっても機器からの黒体放射が減るだけで熱を吸収するような冷却効果があるわけではないと思いますが、なぜそれで涼しくなるのでしょうか？
◇冷暖房器の温度をT1
　人間の体の表面温度をT2
　ステファン・ボルツマン定数をσ
とすると、
冷暖房器の放出する放射熱〔流束〕q1は
　q1 = σT1^4
人間の体が放出する放射熱〔流束〕q2は
　q2 = σT2^4
なので、人間の体が放出する正味の放射熱〔流束〕qは
　q = q2 - q1 = σ(T2^4 - T1^4)
ですから、人間の体の表面温度が輻射冷房機よりも高ければ、人間の体は冷却されます。入ってくる熱よりも、出てゆく熱の方が大きいわけですから、結果、体表面温度は低下します。
なので、一応、理屈には、かなっています。

熱伝達率は、ざっと計算したところ、最大で6w/m^2K程度なので、結構、体は冷えるのかもしれません。随分と粗い計算なので、オーダーの評価くらいに程度にしか使えませんが、通常の冷房よりも温度差(T2-T1)を大きくとれるので、いい方法なのかもしれません。

お礼

ご教示ありがとうございます。空気との熱のやり取りや汗の蒸発を合わせて計算してみないとわかりませんが、意外と壁や天井の放射熱がゼロだと気温37度でも寒かったりして。ちょっとびっくり。

補足

いろいろ定数を調べて計算してみました。

人体の排熱が60w/m^2(大人は1.7m^2ぐらいなのでちょうど一人で100wくらい)

気温28度のときに皮膚表面温が34.8度で、この温度傾斜ならちょうど空冷で60w/m^2の冷却ができる。
一方、σ=5.67x10^(-8)で計算すると、放射熱の収支はT2-T1が10度とか20度とかなら、おっしゃるとおり6w/m^2Kくらいだから、周囲の壁面の温度が25度くらいなら60w/m^2の冷却ができる。

つまり理論的には「気温が34.8度(肌の表面温度)で壁の温度が24.8度(放射冷却のみ)」と「気温が28度のときに壁の温度が34.8度(空冷のみ)」が釣り合います。

気温7度と黒体放射の温度差10度が等価なので、気温41.8度でも壁面温度が14.8度まで下がれば汗の蒸発無しでも吊り合いますね。

実際には床は施工が難しいし壁は家具を置くので天井だけとかになりそうですから10度くらいまでパネルを冷却するそうです。そうなるとやはり室内気温35度はきついかな。32度くらいならいけるか。普段我々が壁や天井から結構熱をもらって生活しているのだと言うことがよく分かりました。

かなり面白く勉強になりました。ありがとうございました。

回答No.1

noname#215107

私も疑問に思いました。

単に、天井付近の空気が冷やされて重くなり対流するだけのような気がします。
たしかに空気は冷たくなるでしょう。でも、昔の電気を使わない氷式の冷蔵庫との違いが分かりません。
もし人体からの赤外線の輻射を天井のパネル吸収するくらいなら、同じ気温、無風状態で比べると、天井がないほうが涼しいことになってしまいます。人体が発した赤外線ははるか上空に放射されてしまいますから。

お礼

まさにおっしゃる通りの疑問です。解放したらどこかから放射があるかもしれないのでアルミ箔で囲えばいいのか。そう考えると冷たい水のパイプよりも冷たいアルミ箔で囲うのが一番効率良いかもしれませんね。