１．はじめに

　工学に関連した熱、湿度、材料等の物性値の単位は、例えば圧力では、ｍｂ　(ミリバール)、Ｋｇｆ/ｃｍ2、Ｐａ（パスカル）、ｍｍＡｑ（水中）、ｍｍＨｇ（水銀柱）、熱伝導では、Kcal/ｍ・ｈ・℃、Ｗ/ｍ・Ｋ、Ｊ/ｍ・ｈ・℃、透湿係数では、ｇ/ｍ2・ｈ・ｍｍＨｇ、ｎｇ/ｍ・ｓ・Ｐａと、それぞれ異なる幾つかの単位で表され、いずれも未だに用いられています。そのために材料が同じであっても、単位が異なって用いられている場合は、性能を評価に当たって、単純に数値の比較が出来ず、どうしたらよいかと、戸惑ことがしばしば遭遇します。このような混乱を回避するためには、熱、湿度、材料等の物性値の持つ単位について、しっかりと理解を深めていく必要があります。
　この様な事を踏まえて、熱に関連する物性値を取り上げて、それぞれに用いられている単位の物理的解釈と、それらの相互の換算方法について、分かり易く解説を行ったものです。
 

２．物理量の単位

2.1　単位と単位系について 
　単位系には、基本単位を異にした幾つかの単位系が使用されています。単位系は、次に示す３通りものが現在、主に用いられています。

（ａ）　国際単位系（ＳＩ単位系）
基本単位として、表１に示すものを採用しています。

（b）　重力単位系（工学単位系）
基本単位として、表２に示すものを採用しています。

 

（c）　絶対単位系（物理単位系）
基本単位として、表３に示すものを採用しています。

　ここで力を例に取りますと、SI単位系では、力の単位は
１ニュートン（Ｎ）＝質量１Kg×加速度ｍ/ｓ2
で表されます。
　工学単位系においては、力の単位は，Kgfになります。ＮとKgfとの間には、
１Kgf(キログラムジュウ)＝質量１Kg×重力加速度9.80665ｍ/ｓ2
＝9.80665Ｎ
の関係が成立します。
　このように基本単位の違いによって、物理量の単位がそれぞれの単位系で、全く異なることになるわけです。そのために、この単位系混在の不便さをなくする上で、国際単位系（International System of Units；通称ＳＩ）が確立され、国際的にはこの単位系が用いられてきています。しかしながら、依然として、種々の単位系が用いられている為に、一つの物理量が色々な単位を持っていることになるわけです。
 

３．熱の移動

 　先ず熱伝導は、図２に示すように、物体内での熱移動で、高温側の分子運動が直接低温側の分子運動に伝えられ、その時物質の移動がないものを称します。金属は分子が緻密であるために、熱は良く伝わります。空気は分子密度が小さいために、分子運動の伝達が起こりにくいので熱伝導は小さくなります。

 　次に対流熱伝達は、図３に示すように、固体表面とそれに接する空気との間で生じる熱の移動であります。この固体と接する空気の動きが大きいほど伝熱量は大きくなります。熱い湯を冷ます時、息を吹き付けるのは、熱の移動量をおおきくし、早く冷ますまめです。また建物の場合は、固体表面とそれに接する空気との間に対流熱伝達が行われるが、同時に固体表面は、他の個体面との間でふく射伝熱が起こります。両者を合せて総合熱伝達といいますが、単に熱伝達という場合は両者を含んでいます。

3.2　熱移動に関する用語
　現在、熱移動に関しては、表４に示すように多くの用語が用いられています。 

 

3.3　用語の物理的解釈
（１）熱流束
　図５に示すように、熱は材料の両面における温度差（Ｔ１－Ｔ２）によって、材料内を移動します。これを熱流束と称します。熱流束を支配する移動方程式は、次のようになります。

ここで、λは熱伝導率で、材料固有の値となります。

（２）熱伝導率
　材料の両面の温度差によって生じる熱の移動量を表すもので、以下のように定義されます。

 
（３）熱伝導比抵抗
［熱伝導比抵抗に関するまとめ］
　①熱伝導比抵抗は、熱伝導率と湿気伝導率の逆数で、単位は、［ｍ・ｈ・℃/ Kcal］となる。
 ②値が大きくなれば、それらの移動量は少なくなる。いわゆる、断熱性能が高くなることになる。すなわち、熱の移動の抵抗が大きくなる。
  
（４）熱伝導抵抗(熱抵抗)
［熱伝導抵抗に関するまとめ］　
　①熱伝導比抵抗に材料の厚さを掛けると、使用する材料そのものの熱抵抗を表す、いわゆる、熱伝導抵抗［ｍ2・Ｋ/Ｗ］となる。したがって、両者においては、以下の関係式が成立する。 

 
（５）熱伝達率と熱伝達抵抗
［熱伝達率と熱伝達抵抗に関するまとめ］　
　①熱伝達係数ともいう。固体表面積１ｍ2あたり、固体表面との温度差１℃につき、１時間に移動する熱量である。
　②熱伝達率の逆数が熱伝達抵抗となり、熱伝達抵抗が大きい程、熱は伝わり難くなる。
 
（６）熱貫流率と熱貫流抵抗
［熱貫流率と熱貫流抵抗に関するまとめ］
　①熱伝導率は材料自体の熱伝導を評価する値であるのに対して、熱貫流率（K値）は、仕様材料の断熱性能を示したものである。
　②熱貫流率は、熱伝達率に基づいて求められます。すなわち、
 

　③熱伝導抵抗及び熱伝達抵抗が分かると、建物の壁の熱貫流率Kは、下記の式を用いることによって、評価出来ます。

（７）熱損失係数Ｑ値 
　図６に示すように、室内の温度が屋外よりも高い場合、熱エネルギーは住宅の壁や屋根、床、窓、玄関などのあらゆる所から逃げていきます。これらの熱損失のトータルを延べ床面積で割った物を、熱損失係数と称します。

［熱損失係数Ｑ値に関するまとめ］
　①　熱損失係数は、Ｑとも称され、住宅の断熱性能を表わし、値が小さいほど住宅の性能が高いことになります。
　②　熱損失係数の単位は、［Ｗ/ｍ2・Ｋ］である。
　③　室内外の温度差１℃の時に、１時間に家全体から床面積１ｍ２あたりに逃げ出す熱量である。

 

４．単位の換算

4.1　熱量の単位について

（１）［Kcal/ｍｈ℃］から［Ｗ/ｍＫ］への換算 
　①１Kcal＝1/0.860［Ｗｈ］＝1.1628［Ｗｈ］
　②１℃＝１Ｋ（ケルビン） 
これらを［Kcal/ｍｈ℃］に代入すると、

となります。
（２）［Kcal/ｍｈ℃］から［Ｊ/ｍｈ℃］への換算
１Kcal＝4.18605×103Ｊとなることから、これを［Kcal/ｍｈ℃］に代入すると、次のようになります。

５．まとめ

　工学に関連した熱、湿度、材料等の物性値の単位の表示は、幾通りのものがある為に混乱し、理解にほど遠いものとなっています。その為には其々の単位において、お互いに如何なる関係が成立するかを良く理解しなければなりません。また熱は、空気と同じく目に見えず、その挙動は複雑です。それ故に学ぶ側にとっては、なかなか理解し難いものとなっています。会社も第１種換気の取扱いを本格的に始めました。此れを機会に是非とも熱に関して理解を深めて頂きたいと思います。