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【流体】vol.2 なぜサウナのベンチは鉄製ではなく木製なのか

素朴な疑問

なぜサウナのベンチは鉄製ではなく木製なのでしょうか。
「鉄で作ったら熱くて座れないでしょうが!」という当然の答えが返ってきますよね。
でも木のベンチでも室内の温度は90℃とかになっていますのでベンチの温度も90℃に近い温度になっていると思います。

それでは、なぜ木製のベンチは熱くないのか、という疑問になります。5歳の女の子に叱られる前に解析してみました。

解析モデルと解析条件

下図のように指がベンチの表面に接触している形状を作成しました。

初期状態として、指の温度は36℃、ベンチの温度はサウナの室内が90℃でそれと同じになっていると仮定しました。
そして時間依存解析で温度の変化を解析しました。

解析結果

下記に示すのが指とベンチの接触面の温度の時間変化です。
木製のベンチでは人体の温度に近い47℃程度になっていますが、鉄製のベンチではほぼベンチの温度に近い90℃になっています。

鉄と木材の熱の伝わり方の違い

ではなぜこのような違いがあるのでしょうか。鉄、木材、人体の熱特性は以下のように仮定しました。


ポイントは次の2点です。

人体と木材では単位体積あたりの熱容量が人体のほうが5倍大きいです。
そのため人体の温度は変化しづらく、つまり人体の温度は上昇しづらく、木材の温度のほうが先に温度が下がります。
この点では、人体と鉄では単位体積あたりの熱容量がほぼ同等ですので、同時に変化します。

また、木材に比べて鉄の熱伝導率は100倍大きいです。その分、大きな熱量が人体側に移動し、人体の温度が上昇します。

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