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2016 年度 実績報告書

潜熱蓄熱材を適用した蓄熱建材の評価手法に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 16J09764
研究機関東京大学

研究代表者

草間 友花  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
キーワード潜熱蓄熱材 / パッシブ蓄熱 / 太陽熱利用 / 省エネルギー
研究実績の概要

我が国の伝統的な内装材として湿式左官工法が知られているが、本研究では、マイクロカプセル化された微細な潜熱蓄熱材を左官材料に混和させた潜熱蓄熱材(PCM)内装左官材を開発した。このPCM内装左官材は、蓄熱材の施工面積が広くすることができ、既往研究で提案されているような任意の場所、任意の厚みでの設置が可能である。
・本研究では、PCM内装左官材を中心に、基本的熱性能試験や、実験棟での省エネルギー効果、及び実住宅規模での検討を詳細に行った。中でも、パッシブ住宅の性能評価のために得られた重要な知見を3つに分類し、以下に示す。
潜熱蓄熱建材は、物質が状態変化するときの潜熱を利用した蓄熱材料であるため、加熱・冷却面と試験体を接触させないことが求められる。高い再現性を得られる試験方法は、対流加熱法で、昇温速度20[min./K]以上、相変化領域を含まない10℃以上の温度幅が必要であることがわかった。
・PCM内装左官材の省エネルギー効果の検証を、寒冷地の北海道において実験的な検討を行った。実験棟規模及び実住宅規模での、暖房エネルギーの省エネルギー効果は約30~50%となった。また、非定常熱負荷計算によるシミュレーションにおいて、日本各地における省エネルギー効果を検証したところ、地域特性は見られるものの、年間での削減率は概ね40%程度となった。
・潜熱蓄熱建材は、太陽熱を室内に蓄熱する性質をもつことから、夏季には冷房負荷が増大することが懸念されているものの、適切な融点の選定により、年間での省エネルギー効果が得られることが確認できた。また、高い断熱性能、計画的な換気手法や日射遮蔽等の住まい方の工夫により蓄熱建材の効果がさらに高まることから、これらの知見から我が国における「パッシブな住まい方」の提案を行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究の独創的な点は、自然エネルギー利用を考慮した省エネルギー基準に必要な資料を明らかにしていく点であり、特に、地域特性を考慮しながら、我が国のエネルギー消費の実態を検討し、将来の規格化に向けた検討を行う点である。
また、設計者や居住者が快適な室内環境を形成するために求められる指針を提示できる点である。研究が完成した時には、自然エネルギー利用の設計手法が確立され、快適性と省エネルギー性の観点から、我が国で世界トップクラスの住宅環境設計を一般の建築設計者が行うことができるようになる。
申請者のこれまでの研究では、日射による熱取得を有効利用するために潜熱蓄熱材(PCM)を用いた蓄熱建材を開発し、その省エネルギー効果と快適性ついて検討してきた。外気温が35℃に達する日でも、室内温度は快適範囲内を推移しており、地中熱や太陽熱等の自然エネルギーと蓄熱建材を組み合わせることにより、快適な室内環境形成に効果があることが示された。
また、本研究では、日本の気候特性、住宅の建築と設備の違いを考慮しつつ、我が国に適したパッシブハウスの基準を目指すべく、シミュレーションにより検討を進めた。
潜熱蓄熱材を適用することで、各地域で40%程度の負荷削減効果が確認できた。

今後の研究の推進方策

今後は、潜熱蓄熱(PCM)建材に関する普及率、需要、認知度を調査し、年間を通じた利用方法について、国内外を問わず、調査的な検討を行う。
また、これらの調査を踏まえたうえで、太陽熱利用システムと蓄熱建材を組み合わせた場合のシステムについて提案する。提案したシステムの、日本での適用可能性について言及し、シミュレーションにより、その効果を試算する。
最後に、外気温や日射量等の気候特性を考慮した環境設計手法について提案し、今後進められていく省エネルギー規格改正に役立つ指標を示していく。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] 潜熱蓄熱内装左官材の圧縮強度と施工性に関する研究2017

    • 著者名/発表者名
      草間友花、石戸谷裕二
    • 雑誌名

      日本建築学会技術報告集

      巻: 23(54) ページ: 535~538

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal effects of a novel phase change material (PCM) plaster under different insulation and heating scenarios2017

    • 著者名/発表者名
      Yuka Kusama, Yuji Ishidoya
    • 雑誌名

      Energy and Buildings

      巻: 141 ページ: 226-237

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 可搬型日射蓄熱暖房器の負荷抑制効果に関する研究, 第1報―基本的熱性能試験及びプロトタイプの日射利用特性2017

    • 著者名/発表者名
      草間友花, 石戸谷裕二
    • 雑誌名

      空気調和・衛生工学会論文集

      巻: No. 241 ページ: 29-36

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 偏向板を有する室内左官仕上げ表面近域の自由対流に関する研究2017

    • 著者名/発表者名
      草間友花, 石戸谷裕二
    • 雑誌名

      空気調和・衛生工学会論文集

      巻: No. 242 ページ: 1-10

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ノルボルナジエン(NBD)誘導体の光異性化反応を用いた蓄熱システムに関する研究, その1 光エネルギーの変換・蓄熱機能に関する基礎的検討2017

    • 著者名/発表者名
      三浦誠, 石戸谷裕二, 加藤泰, 草間友花
    • 雑誌名

      北海道職業能力開発大学校紀要

      巻: 第32号 ページ: 1-5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 潜熱蓄熱(PCM)内装左官材のパッシブ蓄熱効果に関する研究, 基本的熱性能試験の測定方法及び実験棟における環境改善効果と省エネルギー効果に関する検討2016

    • 著者名/発表者名
      草間友花, 石戸谷裕二, 三浦誠, 宮崎智仁
    • 雑誌名

      日本建築学会環境系論文集

      巻: 81(722) ページ: 367-374

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 潜熱蓄熱材の施工位置が省エネルギーと環境改善効果に及ぼす影響2016

    • 著者名/発表者名
      草間友花, 石戸谷裕二
    • 雑誌名

      日本建築学会技術報告集

      巻: 22(52) ページ: 1027-1030

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 潜熱蓄熱材(PCM)を適用した内装左官材の基本的熱性能及び比熱の定式化2016

    • 著者名/発表者名
      草間友花, 石戸谷裕二
    • 雑誌名

      日本建築学会環境系論文集

      巻: 81(729) ページ: 931-938

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 潜熱蓄熱内装左官材を適用したハイブリッド壁暖冷房システムに関する研究, ジオサーマルコイルと組み合わせたシステムの基本的熱性能試験及び実験住宅における通年での実測結果2016

    • 著者名/発表者名
      草間友花, 石戸谷裕二
    • 雑誌名

      日本建築学会環境系論文集

      巻: 81(730) ページ: 1085-1093

    • 査読あり
  • [学会発表] Heating Energy Saving Potential of PCM Plastered Wall for Housing with Difference of Thermal Insulation Performance and Regional Climate Characteristics2016

    • 著者名/発表者名
      Yuka Kusama, Yasunori Akashi, Jongyeon Lim, and Yuji Ishidoya
    • 学会等名
      IBPSA Asia Conference
    • 発表場所
      Korea,jeju
    • 年月日
      2016-11-27 – 2016-11-30
    • 国際学会
  • [学会発表] 潜熱蓄熱(PCM)内装左官材の断熱性能・設定室温の違いによる省エネルギー効果と快適性に関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      草間友花,赤司泰義,林鍾衍,石戸谷裕二
    • 学会等名
      空気調和・衛生工学会大会
    • 発表場所
      鹿児島大学
    • 年月日
      2016-09-14 – 2016-09-16
  • [学会発表] 脂肪酸エステル系潜熱蓄熱材(PCM)を適用した蓄熱建材に関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      草間友花,赤司泰義,林鍾衍,石戸谷裕二
    • 学会等名
      日本建築学会大会
    • 発表場所
      福岡大学
    • 年月日
      2016-08-24 – 2016-08-26
  • [学会発表] ノルボルナジエン(NBD)誘導体の光異性化反応を用いた蓄エネルギーシステムに関する研究,その1光エネルギーの変換・蓄熱機能に関する検討2016

    • 著者名/発表者名
      加藤泰, 三浦 誠, 石戸谷裕二, 草間友花
    • 学会等名
      日本建築学会北海道支部研究報告
    • 発表場所
      北海道職業能力開発大学校
    • 年月日
      2016-06-25 – 2016-06-25
  • [学会発表] ゲル状PCMによる日射蓄熱型暖房装置の負荷抑制効果に関する実験的研究, その2融点の異なる暖房装置の実験棟における蓄放熱特性の把握2016

    • 著者名/発表者名
      宮崎智仁, 三浦誠, 草間友花, 石戸谷裕二
    • 学会等名
      日本建築学会北海道支部研究報告
    • 発表場所
      北海道職業能力開発大学校
    • 年月日
      2016-06-25 – 2016-06-25
  • [学会発表] 粒状PCMを適用した蓄熱ダクトレス空調システムの負荷削減効果に関する研究,その2天井吹出し空調への適用性と省エネルギー効果2016

    • 著者名/発表者名
      田口夏生, 石戸谷裕二, 三浦誠, 草間友花
    • 学会等名
      日本建築学会北海道支部研究報告
    • 発表場所
      北海道職業能力開発大学校
    • 年月日
      2016-06-25 – 2016-06-25
  • [学会発表] ポリマーデシカント材適用した調湿建材に関する研究, その3吸放湿履歴が調湿性能に及ぼす影響2016

    • 著者名/発表者名
      内田樹, 石戸谷裕二, 草間友花, 三浦誠
    • 学会等名
      日本建築学会北海道支部研究報告
    • 発表場所
      北海道職業能力開発大学校
    • 年月日
      2016-06-25 – 2016-06-25

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公開日: 2018-01-16  

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