2022 Fiscal Year Annual Research Report
木造住宅暖房負荷最小化に向けた潜熱蓄熱建材の特性および配置の最適化に関する研究
| Project/Area Number |
21J21376
|
|---|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
季 思雨 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
|
| Keywords | ダイレクトゲイン / 木造住宅 / 蓄熱 / 日射熱取得 / ロールスクリーン |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
木造住宅に対し、潜熱蓄熱材(PCM)および開口部からの日射取得(ダイレクトゲイン)を最大限活用するためには、正確的に室内表面温度分布を予測する必要がある。一般的な熱負荷シミュレーションでは室内各表面を一質点扱うため、開口部による日射熱取得を考慮した位置別表面温度を考慮していない。
本年度では、屋外実大実験で取得したデータと既存シミュレーション（EnergyPlusを使用）より計算した結果とのギャップに着目した。PCMを床仕上げ材の裏に敷設した場合、窓から透過した直達日射が床表面への分布を考慮することにより、窓近傍の位置において、日推移吸熱量が一般計算の約1.5倍になり、実験値とよく一致した。
一方、窓の室内側に付属物を使用する場合では、窓と付属物間の空気温度が高温になり、天井近辺では暖かい空気が滞留し、天井表面温度が上昇することを計算するモデルは既存機能として存在しない。そこで、本研究では天井の付属物近傍に新たなゾーンとして定義し、上昇気流に伴う対流熱が新設したゾーンと室内ゾーン間に循環換気を行い、換気量を実験値から抽出し、この現象を再現するための計算法を一例として提案した。この内容について、2023年度日本建築学会大会で発表するよていであり、フィードバックを得る。
木造住宅における潜熱蓄熱建材の導入効果に関して、室内付属物を考慮した潜熱蓄熱建材の敷設方法の効果比較を行い、査読付き学術誌（日本建築学会技術報告集）に掲載された。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究では、今まで実大実験で蓄積したデータから異なる部位・位置のPCMの吸熱量の違いを把握した上、既存シミュレーションではこの違いを計算できない点を注目し、このギャップを埋めようとした。
開口部付属物がない場合、床表面を多質点とし、光線追跡法を用い、日射量平面分布を考慮した各質点の温度を計算することにより、実験で得られた温度分布を精度よく再現できた。この点から、床の窓近傍に一部高融点PCMを使用することの計算ができるようになり、より効率的な敷設法提案することに対して重要である。また、開口部に付属物を付加した場合、多数ゾーンのモデルを使用することで、開口部と付属物間の上昇気流と伴う対流熱の時々刻々配分計算によって、天井表面温度の分布を再現できるようにモデル構築の提案を行った。
上記の研究への取組から、最終年度まで、開口部の日射熱取得による室内表面温度分布を考慮した潜熱蓄熱建材の選定および配置の最適化をできるようと期待している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今まででは、屋外実大実験で取得したデータと既存シミュレーション計算結果とのギャップに着目し、PCMを床仕上げ材の裏に敷設した場合、窓から透過した直達日射が床表面への分布を考慮することにより、実験値とよく一致したが、窓の室内側に付属物を使用する場合において、上昇気流に伴う対流熱が新設したゾーンと室内ゾーン間の配分比率を実験値から抽出し、計算法を一例として提案したが、開口部に対する間口方向の予測精度をさらに上げる必要がある。
今後では、設計者にもこの評価方法を使用できるように、床と天井表面の表面温度分布を考慮しつつ、最も精度が高いモデルから一部簡略化の分割方法の上、計算方法を確立することを進める。さらに、床において、日射熱取得から簡易的に低融点部と高融点部間の融点差を予測するツールの開発を試みる。また、より精緻な実験を行い、シミュレーション精度と対応できる条件を明記した上、計算モデルを公開する予定である。
|
