出典：建築物衛生管理技術者試験令和6年度(2024年)｜空気環境の調整第50問
問題
熱放射に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
(1) 常温物体から射出される電磁波は、波長が10μm付近の赤外線が主体である。
(2) アスファルトは、新しい亜鉛鉄板より長波長放射率が大きい。
(3) 放射熱伝達式の簡略化では、放射熱伝達率が用いられる。
(4) アスファルトは、光ったアルミ箔（はく）より日射吸収率が大きい。
(5) 物体表面から放射される単位面積当たりの放射熱流は、絶対温度の二乗に比例する。
ビル管過去問｜熱放射の基礎（電磁波赤外線放射熱の特徴）を解説
この問題は、熱放射の基本的な性質について問う問題です。ポイントは、常温物体が出す放射の波長域、材料ごとの放射率吸収率の違い、そして放射熱流の温度依存性を正しく理解しているかどうかです。正しい選択肢は、常温物体の放射の中心が赤外線であることを述べたもの、アスファルトの長波長放射率が大きいことを述べたもの、放射熱伝達率を用いて簡略化することを述べたもの、アスファルトの日射吸収率が高いことを述べたものです。不適当なのは、放射熱流が絶対温度の二乗に比例するとした記述です。実際には、ステファンボルツマンの法則により、放射熱流は絶対温度の四乗に比例します。
(1) 常温物体から射出される電磁波は、波長が10μm付近の赤外線が主体である。
適切です。その理由は、常温付近の物体が放射する電磁波は、可視光ではなく赤外線の領域が中心になるからです。室温程度の物体は高温の太陽のように短波長の光を強く出すわけではなく、より長い波長の赤外線を主に放射します。実務でも、人体や壁、床、天井などの熱放射を考えるときは、長波長の赤外線を扱うという理解が基本になります。10μm付近という数値感覚は、常温物体の熱放射を押さえるうえで重要です。
(2) アスファルトは、新しい亜鉛鉄板より長波長放射率が大きい。
適切です。その理由は、一般にアスファルトのような黒っぽく粗い表面は、長波長放射率が高い性質をもつからです。一方で、新しい亜鉛鉄板のような金属光沢のある表面は、放射率が低く、放射よりも反射の性質が強くなります。建築環境では、表面の仕上げ材料によって熱のやり取りのしやすさが変わります。アスファルトは熱を受けやすく、また放射もしやすい材料であるのに対し、金属光沢面は放射しにくいという対比で覚えると判断しやすいです。
(3) 放射熱伝達式の簡略化では、放射熱伝達率が用いられる。
適切です。その理由は、放射による熱移動を厳密に扱うと温度の四乗が関係して式が複雑になるため、実務上は扱いやすい形に直して計算することが多いからです。その際に用いられるのが放射熱伝達率です。これは、放射による熱移動を、見かけ上、温度差に比例する形で表したものです。対流熱伝達率と同様に扱えるため、伝熱計算や室内環境の検討で便利です。試験では、放射は本来四乗則で動くが、計算上は熱伝達率で近似することがある、という二段階で理解しておくことが大切です。
(4) アスファルトは、光ったアルミ箔（はく）より日射吸収率が大きい。
適切です。その理由は、アスファルトは日射をよく吸収する材料であり、逆に光ったアルミ箔のような明るく反射性の高い表面は日射を吸収しにくいからです。これは日常感覚とも一致しやすく、真夏にアスファルトが高温になりやすいのは、太陽からの短波長放射を強く吸収するためです。一方で、光沢のあるアルミ箔は日射を反射しやすいため、吸収率は低くなります。試験では、黒っぽい面は吸収しやすく、光沢金属面は反射しやすい、という基本原則を押さえておくと解きやすくなります。
(5) 物体表面から放射される単位面積当たりの放射熱流は、絶対温度の二乗に比例する。
不適切です。その理由は、物体表面から放射される熱流は、絶対温度の二乗ではなく、絶対温度の四乗に比例するからです。これはステファンボルツマンの法則で表される、熱放射の最重要公式の一つです。ここで注意したいのは、温度を摂氏ではなく絶対温度で扱う点です。たとえば20℃と40℃の差を単純に二倍と見るのではなく、絶対温度に直して四乗で効いてくるため、放射熱は温度上昇の影響を非常に強く受けます。この選択肢は、二乗というもっともらしい数字にして受験者を迷わせていますが、正しくは四乗です。
この問題で覚えるポイント
常温物体の熱放射は、主として長波長の赤外線であり、波長10μm付近が代表的です。 熱放射では、太陽のような高温放射源から来る短波長放射と、人体や壁面など常温物体から出る長波長放射を区別して考えることが重要です。 黒っぽく粗い表面は、一般に放射率と吸収率が高い傾向があります。アスファルトはその代表例です。 金属光沢面は、一般に放射率が低く、反射率が高い傾向があります。新しい亜鉛鉄板や光ったアルミ箔はその典型です。 放射熱流は、ステファンボルツマンの法則により、絶対温度の四乗に比例します。二乗ではありません。 放射計算は本来四乗則ですが、実務では温度差に比例する形に近似するため、放射熱伝達率を用いることがあります。 吸収率、放射率、反射率は表面性状と深く関係します。特に不透明体では、吸収しやすい面は放射しやすい、反射しやすい面は放射しにくい、という対応関係を押さえると正誤判断に直結します。
ひっかけポイント
もっとも多い罠は、放射熱流の温度依存性を二乗や三乗と取り違えることです。伝熱には比例関係がいくつも出てくるため、感覚で処理すると誤答しやすいです。放射は四乗、と機械的に思い出せるようにしておくことが大切です。 赤外線という言葉が出ると、すべて同じ放射として一括りに考えてしまいがちですが、試験では短波長の日射と長波長の熱放射を分けて考える必要があります。ここを混同すると、吸収率や放射率の判断も崩れます。 金属は熱を伝えやすいという日常知識から、金属表面は放射もしやすいと思い込むのは危険です。熱伝導率の大きさと、表面の放射率の大きさは別の性質です。 「光っている」「黒い」といった見た目は、単なる印象ではなく、反射率や吸収率に直結する重要な手がかりです。ただし、可視光での印象と熱放射での性質を混同しないように注意が必要です。 「簡略化」という言葉が出ると不正確に見えて疑ってしまう受験者がいますが、実務計算では近似や熱伝達率の導入は一般的です。厳密式と実務式の関係を理解していれば迷いません。
