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建物の外皮と熱箱模型実験キット

建物の外皮と熱箱模型実験キット

箱模型実験キット建物の外皮と熱のふるまいを学ぶ

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仕掛けの異なる箱を電球の周りに置いて、点灯と消灯を繰り返したときの内部の温度変化がどうなるかを予測し、実測値をグラフに書込んでいきます。そして、その結果について、どうしてそうなったのかを考察します。

「仕掛けの異なる箱」をいろいろな組合せで実験することができますが、まずは基本の実験として「冬の実験」「夏の実験」をおすすめします。

このちがいは何だろう?

箱模型実験は、建物に見立てた箱に、断熱材や蓄熱材、遮蔽材、窓材などをいろいろな組合わせで取り付け、 それを太陽光に見立てた電球で照らしたり消したりして、箱内部の温度変化を観察する実験です。
この実験は、武蔵工業大学の宿谷昌則教授が 考案されました。もとは 環境工学を学ぶ大学生のためのワークショップで行われていましたが、環境省・学校エコ改修と環境教育事業(エコフロー事業)モデル事業で採用され、 講座の深度こそ違え、小学生から建築技術者にまで、 幅広く効果的であると高く評価されています。
というのも、素材に触りながら予測しながら行い、結果を数値で受け止め考察するこの実験は、熱環境への感性を養い、体験を通して得た事実は、省エネルギーで快適な住まい方やエコ建築を進めるための大切な礎となるからです。

冬の実験

主に断熱、蓄熱と室内の温熱環境の関わりについて学びます。

〈実験の準備〉

1.断熱材の有無、蓄熱材の有無、の組合せで下記の3つの箱を用意します。

  A.断熱材も蓄熱材もなくシングルガラス窓の箱
  B.蓄熱材だけ入ったシングルガラス窓の箱
  C.断熱材と蓄熱材の入ったペアガラス窓の箱

  箱模型実験キット

2.4本の棒温度計を、先端の溜まりをアルミ箔で包んで用意します。

3.3つの箱を、棒温度計を取り付けた後、電球のまわりに、電球から等距離になるように配置します。
  ※電球のフィラメントの向きにご注意

4.4本目の棒温度計を、電球からの距離が他のものと同等になるように置きます。

  箱模型実験   箱模型実験

〈実験の進め方〉

電球の点灯時間15分間、消灯時間15分間、点灯時間15分間、合計45分間の実験です。
この間、3分間ごとに温度計測を行い、計測値をグラフ用紙に書き込みます。
(点灯/消灯時間や計測間隔は、講座のスケジュールに合わせて、伸ばしたり縮めたり調整することができます。)

1.電球のスイッチを入れる前に、温度計4本の温度を測り、計測値を書き込みます。

2.実験を開始します。

3.実験が終わったら折れ線グラフを完成し、なぜそうなったのか、実際の住まいと重ねて考えてみましょう。

  
  グラフの一例…どの箱がどの折れ線でしょう?(※上記説明の色とは連動していません。)

夏の実験

主に遮熱、日射遮蔽、夜間換気と室内の温熱環境の関わりについて学びます。

〈実験の準備〉

1.すべてに断熱材が入っていますが、下記のように、日射遮蔽方法の違い、遮熱材、蓄熱材、換気の有無が違う3つの箱を用意します。

  A.内側にカーテンの付いたシングルガラス窓の箱
  B.外側にすだれの掛かったシングルガラス窓の箱
  C.外側にすだれの掛かったペアガラス窓、蓄熱材入、夜間換気口付きの箱

  箱模型実験キット

2.4本の棒温度計を、先端の溜まりをアルミ箔で包んで用意します。

3.3つの箱を、棒温度計を取り付けた後、電球のまわりに、電球から等距離になるように配置します。
  ※電球のフィラメントの向きにご注意

4.4本目の棒温度計を、電球からの距離が他のものと同等になるように置きます。

  箱模型実験   箱模型実験

〈実験の進め方〉

電球の点灯時間15分間、消灯時間15分間、点灯時間15分間、合計45分間の実験です。
この間、3分間ごとに温度計測を行い、計測値をグラフ用紙に書き込みます。
(点灯/消灯時間や計測間隔は、講座のスケジュールに合わせて、伸ばしたり縮めたり調整することができます。)

1.電球のスイッチを入れる前に、温度計4本の温度を測り、計測値を書き込みます。

2.実験を開始します。

3.はじめの点灯時間15分が経過した時点で、Cの箱の正面のすだれとペアガラス窓、背面の夜間換気口を開け、うちわであおいで箱内部に風を通します。消灯時間15分の間、この状態を続けます。
  箱模型実験

4.2回目の点灯時間15分が始まる時点で、Cの箱の正面のペアガラス窓とすだれ、背面の夜間換気口を閉じます。

5.実験が終わったら折れ線グラフを完成し、なぜそうなったのか、実際の住まいと重ねて考えてみましょう。

  
  グラフの一例…どの箱がどの折れ線でしょう?(※上記説明の色とは連動していません。)

 

いろいろな実験

冬の実験、夏の実験を応用して様々な実験を行うこともできます。

組立て方法

「冬の実験」の3つの箱をつくる

箱模型実験キット

冬-A

・紙だけの箱
・シングルガラスの窓

1.中箱と外箱をそれぞれ組み立てる。

箱模型実験キット

2.2枚のスペーサーも組み立てる。

箱模型実験キット

3.中箱と外箱を入れ子状に組み合わせる。

 箱模型実験キット
・中箱の下と上にスペーサーを入れて、中箱と外箱の空間を一定に保つようにします。

箱模型実験キット

4.窓をはめる。

 
・白いリボンの付いたシングルガラス窓を、箱の窓枠に外側から押し込みます。

箱模型実験キット

5.棒温度計をつける。

   
・棒温度計の液たまりをアルミ箔で被います。
・棒温度計に棒温度計固定材をはめます。
・入れ子の箱の上から棒温度計を差します。
・棒温度計の液たまりが箱のほぼ中央になるよう、高さを調節します。

箱模型実験キット

冬-B

・タイルが入った箱
・シングルガラスの窓

1.中箱と外箱をそれぞれ組み立てる。

  
・中箱の中に、蓄熱材(タイル)を2枚入れます。

箱模型実験キット

2.2枚のスペーサーも組み立てる。

箱模型実験キット

3.中箱と外箱を入れ子状に組み合わせる。

 箱模型実験キット
・中箱の下と上にスペーサーを入れて、中箱と外箱の空間を一定に保つようにします。

箱模型実験キット

4.窓をはめる。

 
・白いリボンの付いたシングルガラス窓を、箱の窓枠に外側から押し込みます。

箱模型実験キット

5.棒温度計をつける。

   
・棒温度計の液たまりをアルミ箔で被います。
・棒温度計に棒温度計固定材をはめます。
・入れ子の箱の上から棒温度計を差します。
・棒温度計の液たまりが箱のほぼ中央になるよう、高さを調節します。

箱模型実験キット

冬-C

・タイルと断熱材が入った箱
・二重ガラスの窓

1.中箱と外箱をそれぞれ組み立てる。

  
・中箱の中に、蓄熱材(タイル)を2枚入れます。

箱模型実験キット

2.断熱材を用意する。

箱模型実験キット

3.中箱と外箱を入れ子状に組み合わせる。

 
・中箱と外箱の間に断熱材を入れて組み合わせます。

箱模型実験キット

4.窓をはめる。

 
・ピンク色のリボンの付いたペアガラス窓を、箱の窓枠に外側から押し込みます。

箱模型実験キット

6.棒温度計をつける。

   
・棒温度計の液たまりをアルミ箔で被います。
・棒温度計に棒温度計固定材をはめます。
・入れ子の箱の上から棒温度計を差します。
・棒温度計の液たまりが箱のほぼ中央になるよう、高さを調節します。

箱模型実験キット

「夏の実験」の3つの箱をつくる

箱模型実験キット

夏-A

・断熱材が入った箱
・シングルガラスの窓
・中にカーテンが掛かっている

1.中箱と外箱をそれぞれ組み立てる。

  
・中箱の内側に、カーテンを取り付けます。

箱模型実験キット

2.断熱材を用意する。

箱模型実験キット

3.中箱と外箱を入れ子状に組み合わせる。

 箱模型実験キット
・中箱と外箱の間に断熱材を入れて組み合わせます。

箱模型実験キット

4.窓をはめる。

 
・白いリボンの付いたシングルガラス窓を、箱の窓枠に外側から押し込みます。

箱模型実験キット

6.棒温度計をつける。

   
・棒温度計の液たまりをアルミ箔で被います。
・棒温度計に棒温度計固定材をはめます。
・入れ子の箱の上から棒温度計を差します。
・棒温度計の液たまりが箱のほぼ中央になるよう、高さを調節します。

箱模型実験キット

夏-B

・断熱材が入った箱
・シングルガラスの窓
・外にすだれが掛かっている

1.中箱と外箱をそれぞれ組み立てる。

箱模型実験キット

2.断熱材を用意する。

箱模型実験キット

3.中箱と外箱を入れ子状に組み合わせる。

 
・中箱と外箱の間に断熱材を入れて組み合わせます。

箱模型実験キット

4.窓をはめる。

 
・白いリボンの付いたシングルガラス窓を、箱の窓枠に外側から押し込みます。

箱模型実験キット

5.箱の外側にすだれをつける。

   
・外箱の蓋を一旦開けて、蓋の内側から、ミニすだれ用フック2個を取り付けます。
・ミニすだれを、箱の外側からフックに引っ掛けます

箱模型実験キット

6.棒温度計をつける。

   
・棒温度計の液たまりをアルミ箔で被います。
・棒温度計に棒温度計固定材をはめます。
・入れ子の箱の上から棒温度計を差します。
・棒温度計の液たまりが箱のほぼ中央になるよう、高さを調節します。

箱模型実験キット

夏-C

・断熱材が入った箱
・タイルも入っている
・二重ガラスの窓
・外にすだれが掛かっている
・夜は窓を開けて風を入れる

1.中箱と外箱をそれぞれ組み立てる。

  
・中箱の中に、蓄熱材(タイル)を2枚入れます。

箱模型実験キット

2.断熱材を用意する。

箱模型実験キット

3.中箱と外箱を入れ子状に組み合わせる。

 箱模型実験キット
・中箱と外箱の間に断熱材を入れて組み合わせます。
・中箱の蓋の端を折り込んで、背面に換気口を開けておきます。

箱模型実験キット

4.窓をはめる。

 
・ピンク色のリボンの付いたペアガラス窓を、箱の窓枠に外側から押し込みます。

箱模型実験キット

5.箱の外側にすだれをつける。

   
・外箱の蓋を一旦開けて、蓋の内側から、ミニすだれ用フック2個を取り付けます。
・ミニすだれを、箱の外側からフックに引っ掛けます

箱模型実験キット

6.棒温度計をつける。

   
・棒温度計の液たまりをアルミ箔で被います。
・棒温度計に棒温度計固定材をはめます。
・入れ子の箱の上から棒温度計を差します。
・棒温度計の液たまりが箱のほぼ中央になるよう、高さを調節します。

箱模型実験キット

 

キットの内容 〜各セットの内容

Aセット 夏の実験と冬の実験ができる「推奨セット」+「すだれと霧吹きの実験セット」
Bセット 夏の実験と冬の実験ができる「推奨セット」
Cセット 2つの箱で比較実験する「ミニマムセット」
Dセット 「すだれと霧吹きの実験セット」
Eセット 箱と部品が全部3個ずつ揃っている「フルセット」+「すだれと霧吹きの実験セット」
Fセット 箱と部品が全部3個ずつ揃っている「フルセット」

※各セットに含まれる部品については各商品ページをご確認ください。

グラフ用紙のダウンロードはこちら

箱模型実験グラフ用紙…実験時間30分間(点灯10分間消灯10分間点灯10分間、計測2分間隔)【PDF(156KB)】
学校の授業1時間分に納めやすい、短縮タイプです。

箱模型実験グラフ用紙…実験時間45分間(点灯15分間消灯15分間点灯15分間、計測3分間隔)【PDF(156KB)】
標準タイプです。

箱模型実験グラフ用紙…実験時間60分間(点灯20分間消灯20分間点灯20分間、計測2分間隔)【PDF(156KB)】
温度変化をていねいに見ることができる、ロングタイプです。

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