表面を通した伝導熱損失の計算
表面の熱損失は、その面積、熱流にどれだけ抵抗するか（R値）、そしてどれだけ大きな温度差を分離しているかに依存します：熱損失 = 面積 × 温度差 ÷ R値。 表面の面積、R値、室内外の温度を入力すると、この計算機がその表面が1時間あたり何BTU失うかを求めます。
R値が低い（断熱材が少ない）ほど、あるいは室内と室外の温度差が大きいほど、熱損失は増加します。これは、冬の日に断熱の悪い壁が触ると冷たく感じる理由と同じ根本的な関係であり、断熱材を追加することが家庭の暖房・冷房コストを削減する最も効果的な方法の1つである理由でもあります。
考慮すべき主な要因
- これは一度に1つの表面を計算します — 家全体の熱損失は、すべての壁・窓・屋根・床にわたる合計です。 窓は壁よりもR値がはるかに低いのが一般的で(窓ではR-2〜R-5程度であるのに対し、断熱材の入った壁ではR-13以上)、表面積1平方フィートあたりで見ると、窓が全体の熱損失に不釣り合いに大きく寄与することがよくあります。
- この公式は伝導による熱損失のみを捉えており、空気の侵入は含みません。 隙間、亀裂、密閉されていない貫通部から漏れる空気は、この計算に含まれない別の、しばしば相当な熱損失経路です — この公式上では十分に断熱されている(熱損失が少ない)表面を持つ家でも、この式が測定しない空気漏れを通じてかなりの熱を失うことがあります。
- 暖房設備のサイジングには、平均気温や記録的な寒さの気温ではなく、通常「設計温度」が使われます。 エンジニアは通常、サイジング見積もりが過剰にならずに保守的になるよう、平均的な日の気温や過去最も寒かった日の記録ではなく、その地域特有の現実的に寒い(ただし記録的ではない)地域の冬季設計温度を使用します。
- 完全な暖房・冷房負荷計算は、1つの表面の伝導だけでなく、それ以上の要素を考慮します。 適切な建物全体の負荷計算(業界標準のManual Jなど)は、空気の侵入、人や家電からの内部発熱、窓を通した太陽熱の取得も考慮に入れます — この計算機はそのより大きな全体像の一部を見積もるものであり、それ単独で完全な負荷計算になるわけではありません。
計算式
ここで $Q$ は熱損失(1時間あたりのBTU)、$A$ は表面積(平方フィート)、 は室内外の温度差(°F)、$R$ は表面のR値(ft²·°F·hr/BTU、標準的なヤード・ポンド法のR値の単位)です。
計算例
断熱等級R-13の500平方フィートの壁、室内温度70°F、室外30°Fの場合：
- 温度差：70 - 30 = 40°F。
- 熱損失：500 × 40 ÷ 13 ≈ 1,538 BTU/時。
R値を2倍にする（R-26に、断熱材をほぼ2倍にする）と、この熱損失は半分になります — 同じ壁、同じ温度差ですが、毎時逃げるエネルギーは半分になります。
よくある間違い
- U値をR値であるかのように入力すること。 窓はR値ではなくU値で評価されることが多く、2つは逆方向に動きます — U値が低いほど断熱性能が高く、R値が低いほど断熱性能が低いことを意味します。R値 = 1 ÷ U値であるため、U値をそのままR値の欄に入力すると、大きく間違った結果になります。
- 暖房設備のサイジングに、今日の外気温や季節平均気温を使用すること。 上で述べたように、設備のサイジングには地域の冬季設計温度を使うべきであり、穏やかな日の温度計の値をそのまま使うべきではありません — 平均気温に基づいて設備を過小にサイジングすると、最も寒い夜に家が対応できなくなります。
- 1つの表面の熱損失を家全体の暖房必要量として扱うこと。 この計算機は1つの壁、窓、または屋根部分を通した損失を求めます — 家全体の熱損失(したがって必要な炉やヒートポンプのサイズ)は、すべての外部表面にわたる合計であり、ここで入力した1つだけではありません。
- この数値にすでに隙間風や空気漏れが含まれていると想定すること。 上で述べたように、これは伝導損失のみです — 壁や窓のR値が優れている家でも、この式がまったく捉えない密閉されていない隙間から隙間風を感じ、かなりの熱を失うことがあります。
豆知識
R値とメートル法のRSI値は、単に小数点を移動させるだけでは互換性がありません。 米国外では、断熱材はR値（ft²・°F・hr/BTU）ではなくRSI値（m²・K/W）で表記されることが一般的です — 両者の換算はR値に約0.1761を掛ける（またはRSIを同じ係数で割る）ことで行われます。したがって、アメリカのR-13の壁は、メートル法では単に「13」ではなく、およそRSI-2.3に相当します。事前に換算せずに、一方のシステムの断熱材仕様書をもう一方のシステムの数値と直接比較すると、本来同等の断熱材が全く違うものに見えてしまいます。