一級建築士【環境・設備】伝熱・結露の計算を丁寧に解説｜熱貫流率・熱抵抗・結露判定を図解

環境・設備シリーズ第4弾は伝熱・結露です。

この分野は計算問題が出るのが特徴。熱貫流率・熱貫流量・結露判定は、式の意味さえ分かれば確実に得点できます。この記事では計算の手順を一歩ずつ追っていきます。電卓いらずの考え方で進めるので、安心してください。

⚠️ 数値（熱伝導率など）は代表値です。計算手順の理解を目的としています。

熱の伝わり方は3つ

まず、熱がどう伝わるかの基本から。

伝わり方	内容
伝導	固体の中を熱が伝わる（壁・材料の内部）
対流	空気や水の流れが熱を運ぶ
放射	電磁波で離れた物へ直接伝わる（真空でも伝わる）

壁を通る熱は、「室内空気→壁表面（対流＋放射）→壁の中（伝導）→外表面→外気（対流＋放射）」とリレーします。この一連を1つの数値で表すのが、これから計算する熱貫流率です。

2つの「率」を区別する——伝導率と伝達率

計算の前に、似た2語を区別します。ここが混乱の元です。

用語	記号・単位	意味
熱伝導率 λ	W/(m·K)	材料の中の熱の伝わりやすさ。材料固有の値
熱伝達率 α	W/(m²·K)	表面と空気の間の熱の移りやすさ（対流＋放射）

熱伝導率λ：大きいほど熱を通す（金属は大、断熱材は小）
熱伝達率α：壁の表面と空気のやりとり

そして計算では、これらを**「抵抗」**に直して使います。抵抗は大きいほど熱が伝わりにくい＝断熱性が高い、というイメージです。

抵抗	求め方	単位
材料の熱伝導抵抗	厚さ d ÷ 熱伝導率 λ	m²·K/W
表面の熱伝達抵抗	1 ÷ 熱伝達率 α	m²·K/W

「厚い断熱材（dが大）・伝えにくい材料（λが小）ほど、抵抗 d/λ が大きい」——直感どおりです。

熱貫流率Kの計算——「抵抗を全部足して、逆数」

壁全体の熱の通しやすさが熱貫流率 K［W/(m²·K)］。求め方は3ステップです。

① 各部分の熱抵抗を求める → ② 全部足して総熱抵抗R → ③ Kは R の逆数（K＝1/R）

熱は「室内表面→各層→室外表面」と直列に通るので、抵抗を単純に足し算できます（電気の直列抵抗と同じ）。

表面熱伝達抵抗には、計算用の標準値があります（覚えておくと計算が速い）。

表面	熱伝達抵抗（標準）
室内側	約 0.11 m²·K/W
室外側	約 0.04 m²·K/W

室外側のほうが小さい（熱が移りやすい）のは、屋外は風があって対流が活発だからです。

例題：熱貫流率を計算してみる

次の壁の熱貫流率Kを求めます。

部分	数値	熱抵抗 R
室内表面	—	0.11
コンクリート	厚さ0.15m、λ=1.6	0.15÷1.6 ＝ 0.094
断熱材	厚さ0.05m、λ=0.04	0.05÷0.04 ＝ 1.25
室外表面	—	0.04

ステップ① 各抵抗 → ② 合計：

R ＝ 0.11 ＋ 0.094 ＋ 1.25 ＋ 0.04 ≒ 1.49 m²・K/W

ステップ③ 逆数でK：

K ＝ 1 ÷ 1.49 ≒ 0.67 W/(m²・K)

ポイントは、断熱材の抵抗1.25が全体の大半を占めること。断熱材を厚くすればRが増え、Kが小さく（断熱性が高く）なります。「Kが小さい＝熱を通さない＝高断熱」と覚えます。

熱貫流量Qの計算——「K × 面積 × 温度差」

熱貫流率Kが出れば、実際に壁を通って逃げる熱の量（熱貫流量Q）が計算できます。

熱貫流量 Q ＝ K × 面積A × 室内外の温度差Δt　［W］

例題の続き

先ほどの壁（K＝0.67）が面積10m²、室内20℃・室外0℃（温度差20℃）のとき：

Q ＝ 0.67 × 10 × 20 ＝ 134 W

この壁から1時間あたり134W分の熱が逃げている、という意味です。温度差が2倍になればQも2倍、Kが半分（高断熱）になればQも半分。比例関係を押さえれば、選択肢の大小判断は計算しなくても分かります。

熱橋（ヒートブリッジ）——結露の温床

壁の一部に熱を通しやすい部分があると、そこだけ熱が集中して逃げます。これが熱橋（ヒートブリッジ）。

内容	ポイント
熱橋になりやすい所	鉄筋コンクリート造の梁・柱・スラブ端部など、断熱材が途切れる部分
何が問題か	そこだけ室内側表面温度が下がり、結露・カビが生じやすい
対策	外断熱にして躯体を連続的に包む／熱橋部を補強断熱する

熱橋は「断熱の弱点＝局所的に冷たい点」。外断熱は熱橋を生じにくい（躯体を外側で連続して覆う）のが頻出ポイント。

熱容量と蓄熱——「重い建物は遅れて効く」

断熱（通しにくさ）とは別に、熱をためる力＝熱容量も重要です。

用語	内容
熱容量（容積比熱×体積）	大きいほど温まりにくく冷めにくい。コンクリートなど重い材料は大きい
時間遅れ	外の温度変化が室内に伝わるまでの遅れ。熱容量が大きいほど大きい
温度振幅の減衰	外気の温度の振れ幅が室内では小さくなること。熱容量が大きいほど減衰が大きい

重い（熱容量大）建物は、昼の熱を夜にずらして放熱（時間遅れ）し、室温の変動を和らげる。日中外出が多い住宅では蓄熱が有利、間欠運転の部屋では不利、と使い分けで問われる。

中空層・放射の抑制

項目	ポイント
中空層（空気層）の熱抵抗	厚さを増やしても抵抗は頭打ち（厚いと内部で対流が起き効果が伸びない）
放射率を下げる	アルミ箔・Low-E面を中空層に向けると、放射による熱移動を抑え抵抗が増す

結露——「表面温度 vs 露点温度」で判定

ここからが計算分野のもう一つの山、結露です。

露点温度とは

空気は温度が高いほど水蒸気を多く含めます。空気を冷やしていくと、ある温度で含みきれなくなって水滴になる——この温度が露点温度。

物の表面温度が、その場の空気の露点温度より低くなると、表面に結露する。

表面結露の判定——表面温度を計算する

結露するかは「壁の室内側表面温度」と「室内空気の露点温度」を比べます。表面温度は、先ほどの熱抵抗から計算できます。

熱は壁を一定の流れで通るので、温度は抵抗の大きさに比例して下がっていきます。室内側表面温度θsは：

θs ＝ θi −（室内表面抵抗 ÷ 総熱抵抗R）×（θi − θo）

例題：結露するか判定

先ほどの壁（R＝1.49、室内表面抵抗0.11）、室内20℃・室外0℃の場合の室内側表面温度：

θs ＝ 20 −（0.11 ÷ 1.49）×（20 − 0）
   ＝ 20 − 0.0738 × 20
   ＝ 20 − 1.48 ≒ 18.5℃

仮に室内空気の露点温度が**12℃**だったとすると：

表面温度 18.5℃ ＞ 露点 12℃　→ 結露しない ○

断熱を厚くする→室内側表面温度が上がる→露点を上回る→結露しない。これが結露対策で断熱が効く理由です。逆に断熱が薄いと表面が冷たくなり、露点を下回って結露します。

表面結露と内部結露——対策が違う

種類	起こる場所	主な対策
表面結露	壁・窓の室内表面	断熱を強化（表面温度を上げる）／換気で湿度を下げる／表面付近の空気を動かす
内部結露	壁の内部	防湿層を断熱材の室内側に設け、湿気の侵入を防ぐ

内部結露は施工の断熱記事でも扱いました。湿気は暖かい室内側から入るので、防湿層は室内側（暖かい側）に置くのが鉄則です。

結露対策の3本柱は——

断熱：表面・内部の温度を露点より上に保つ
防湿：壁内に湿気を入れない（内部結露対策）
換気：室内の湿度そのものを下げる

「温度を上げる（断熱）・湿気を入れない（防湿）・湿気を出す（換気）」の3方向で覚えます。

○×で総チェック

Q1. 熱伝導率λは、表面と空気の間の熱の移りやすさを表す。

→ ×。それは熱伝達率α。熱伝導率は材料の中の伝わりやすさ。

Q2. 材料の熱伝導抵抗は、厚さ÷熱伝導率で求められる。

→ ○。厚いほど・λが小さいほど抵抗大（断熱性大）。

Q3. 熱貫流率Kは、各部分の熱抵抗を合計した総熱抵抗の逆数である。

→ ○。K＝1/R。Kが小さいほど高断熱。

Q4. 室外側の表面熱伝達抵抗は、室内側より大きい。

→ ×。室外は風で対流が活発なため小さい（約0.04＜室内0.11）。

Q5. 熱貫流量は、室内外の温度差に比例する。

→ ○。Q＝K×A×Δt。

Q6. 断熱材を厚くすると、壁の室内側表面温度は下がる。

→ ×。断熱を厚くすると室内側表面温度は上がり、結露しにくくなる。

Q7. 物の表面温度が露点温度より高いと、その表面に結露が生じる。

→ ×。逆。表面温度が露点より低いと結露する。

Q8. 内部結露を防ぐには、防湿層を断熱材の屋外側に設けるとよい。

→ ×。防湿層は**室内側（暖かく湿気の多い側）**に設ける。

Q9. 外断熱は、内断熱に比べて熱橋（ヒートブリッジ）が生じやすい。

→ ×。逆。外断熱は躯体を外側で連続的に覆うため熱橋が生じにくい。

Q10. 熱容量の大きい（重い）建物ほど、外気温度変化に対する室温の時間遅れが大きく、温度振幅の減衰も大きい。

→ ○。蓄熱で変動を和らげる。

Q11. 中空層の熱抵抗は、層を厚くするほど比例して増え続ける。

→ ×。厚いと内部で対流が起き、抵抗は頭打ちになる。放射率を下げる（Low-E）方が効く。

まとめ——伝熱・結露は「抵抗」と「温度差」で解ける

熱の伝わり方は伝導・対流・放射。壁の熱はこれらのリレー
**熱伝導率λ（材料内）／熱伝達率α（表面と空気）**を区別。計算では「抵抗」に直す
熱貫流率K＝1/総熱抵抗R、R＝0.11＋Σ(d/λ)＋0.04。Kが小さいほど高断熱
熱貫流量Q＝K×A×Δt（温度差に比例）
**熱橋（ヒートブリッジ）**は局所的に冷えて結露しやすい→外断熱で抑える
熱容量が大きい（重い）建物は時間遅れ・温度振幅の減衰が大きい（蓄熱）／中空層は厚くしても頭打ち・Low-Eで放射抑制
結露判定は表面温度 vs 露点温度。断熱を厚くすると表面温度↑で結露しにくい
対策3本柱：断熱（温度↑）・防湿（室内側）・換気（湿度↓）

計算問題も「抵抗を足して逆数」「温度差をかける」「表面温度と露点を比べる」の3パターン。手順さえ覚えれば、伝熱・結露は確実な得点源になります。

次回は**音（音響・遮音・吸音）**を取り上げます。

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