| 研究概要 |
本研究は,熱と物質の複合移動に関する多成分連成系の数理モデルを構築すること,それを建築の熱・物質移動現象の解明に応用すること(熱移動と物質移動を連成させた室内環境の解析ツールを開発すること)を目的としている。
まず,非平衡熱力学を基に,物理吸着と化学吸着をともなう多成分連成系の熱・物質複合移動を,熱力学的平衡条件からの偏差を物質移動の駆動力とするポテンシャル系(同次元の熱エネルギーシステム)として統一的に理論体系化した。外力が働く場のエネルギー増加を応力ポテンシャルとして表現することで,物質移動の駆動力に場のエネルギー分布も含めた。次に,熱移動と物質移動にともなうエントロピー生成(非可逆過程のエントロピー増大)およびその流束と駆動力の関係を導き,オンサーガーの相反定理を用いて熱流と物質流の拡散係数と駆動力の関係について定義した。さらに,多孔質材内の物質拡散の形態を,分子拡散,クヌーセン拡散,細孔壁の表面拡散,毛管凝縮相の移動としてそれぞれの拡散係数を説明し,化学ポテンシャルの勾配を駆動力とする見かけの物質伝導率を定義した。
さらに,提案した数理モデルを使用して,建築の熱と水分と空気の連成シミュレーションソフトTHERB for HAMを開発した。汎用的な熱負荷計算ソフトでは無視することの多い壁体の吸放湿(熱・水分移動)が,室内湿度変動および顕熱・潜熱負荷に及ぼす影響について検討した。その結果,(1)THERBは室内および壁体の温湿度を精度よく予測できること,(2)吸放湿を考慮することにより室内湿度変動は緩慢になること,(3)吸放湿を無視する従来の簡易計算は室内湿度および潜熱負荷の誤差が大きいこと,(4)内装材の水分容量の多い壁体仕様(例えば珪藻土仕上げ)は調湿作用により冬季暖房時の過乾燥を緩和できること,などを明らかにした。
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