2004 年度卒業論文梗概 PCM を組み込んだソーラーチムニーの換気性能に関する基礎的研究発表者：金子豊指導教員：相良和伸　教授卒評論文の構成ある相変化材料 PCM（=Phase Change Material）第 1 章序論を用いることで、夜間の自然換気も可能な、24 第 2 章実験装置時間換気装置の開発を最終目的としている。第 3 章 PCM 特性の把握 PCM は相変化の際、温度がほぼ一定なため、第 4 章可視化実験による内部気流性状の把握吸熱時には温度が上がりすぎないことから熱損第 5 章チムニー各部の温度変化と温度分布の失が小さくなり、集熱効率がよいといえ、また放熱時には、外気との温度差を保てるため安定した把握第 6 章出口風速の測定および換気性能の把握放熱が可能となる（図 2）。第 7 章総括第 2 章　実際に PCM パネル 1 枚を組み込んだソーラーチムニーの小型模型と PCM パネル 6 枚卒業論文概要を組み込んだ実物大模型（図 3）を製作した。第第 1 章太陽熱を利用した自然換気システムと 3 章では小型模型を、第 4 章、第 5 章、第 6 章してソーラーチムニー（図 1）が注目されてきた。では実物大模型を用いて実験を行った。チムニーしかし、従来のものは日中の太陽熱を利用して換模型に組み込んだ PCM は硫酸ナトリウム 10 水気を行うものであるため、夜間の利用は難しく、塩（Na2SO410H2O）である（表 1）。また日射量の変動により換気量も変動するため、不安定な換気システムであるといえる。そこで本研究では、大きな蓄熱容量を有する潜熱蓄熱材で吸熱顕熱蓄熱潜熱蓄熱固体固体+液体放熱顕熱顕熱蓄熱放熱液体潜熱放熱顕熱放熱液体+固体固体相変化相変化気温等価外気温 PCM温度 32℃ （融点）上昇気流日射断熱材居室 PCM 6時 12時 18時 24時図 2　PCM の相変化概念図透明ガラス換気図 1 ソーラーチムニー概略図硫酸ナトリウム 10水塩表 1　硫酸ナトリウム 10 水塩 Na2(Na SO42SO 10H O 物性表 4 210H 2O) 融解温度 32 [℃] 凝固温度 30 [℃] 蓄熱量 176 [kJ/(kg K)] 液体時 3.5 比熱 [kJ/(kg K)] 固体時 3.6 液体時 0.22 熱伝導率 [W/(m K)] 固体時 0.19 液体時 1410 密度 [kg/m3] 固体時 1390 毒性無し大阪大学工学部地球総合工学科建築工学科目建築デザイン学講座建築・都市環境工学領域図 3 実物大模型写真 2004 年度卒業論文梗概第 3 章　第 2 章で製作した小型チムニー模型を PCM の一部が融点に達した日の結果を図 5、図 6 用いて、PCM の特性を把握する予備実験を行っに、b) 日射量が極端に少ない日の結果を図 7、図た。実験条件はチムニー傾斜角 45°、ガラス− 8 に示す。また、チムニー内空気温度の実測デー壁間距離 10 ㎝である。実験結果を図 1 に示す。タを用いて、チムニーを 1 室とした定常計算にこの結果より、安定して日射が得られた場合、より換気量を算出した。算出結果を図 9 に示す。 PCM が完全に融解するのは午後 2 時ごろである実物大のチムニーにおいても、融点を超えた場ことから、PCM の融解には、午前中のみならず、合、PCM 温度には潜熱放熱域が見られた。これ南中後にも安定した日射量が必要である。また等によりアルミ板表面も夜間において外気との安価外気温を PCM を組み込んでいない場合とみな定した温度差が得られ、チムニー内空気温度と外すと、PCM を組み込んだことにより、温度の上気温に温度差が生じ、夜間において安定した換気昇と下降が緩やかになっており、温度が上がりす量が得られた。一方、極端に日射の少なかった日ぎず冷めにくい安定した集熱壁となったといえについては、日中、PCM 温度は全く融点を超える。ていないため潜熱放熱域は見られず、夜間におけ第 4 章実物大チムニー模型を用いて、本学建るアルミ板と外気との温度差はとんどない。それ設棟 8 階建物屋上において可視化実験を行った。ゆえに、夜間における換気量はほとんどない。実験条件は傾斜角 45°、ガラス壁間距離 20 ㎝これらの結果から、蓄熱された PCM は夜間である。可視化により空気がチムニーに流入しにおける自然換気に優位に働いていることがわていることは確認できたが、外部風の影響が大きかった。く、明確な結果は得られなかった。第 6 章本章では、風速分布から換気量を算定第 5 章実物大チムニー模型を用いて、模型に組し、チムニーの換気性能を把握していく。み込まれた PCM の内部温度、集熱板であるアルミ板表面温度、チムニー内空気温度を測定した。a) 150 100 50 6:00 3:00 0:00 200 0 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00 3:00 time time 図4 アルミ表面とPCM内部の温度変化 20 外気温 15 10 PCM内部 25 20 15 潜熱放熱域外気温 10 30 40 30 外気温 20 25 15 18:00 3:00 0:00 21:00 18:00 15:00 9:00 12:00 6:00 3:00 0:00 21:00 18:00 3:00 0:00 21:00 0 18:00 0 15:00 0 12:00 0 9:00 5 time time 放熱時 35 35 30 10 図7 PCM内部温度（極端に日射が少なかった日） 20 15 アルミ板表面 10 0 3:00 -5 18:00 time 0:00 3:00 0:00 -5 放熱時 25 5 外気温 21:00 0 18:00 5 time アルミ板表面 15 0 21:00 3:00 0:00 21:00 18:00 time 20 5 -5 外気温 15:00 12:00 6:00 外気温 9:00 0 10 25 15:00 5 -5 15 30 9:00 10 PCM内部 12:00 15 20 18:00 20 25 6:00 temperature[℃] PCM内部 temperature[℃] t t [℃] 40 30 temperature[℃] 35 35 25 放熱時図6 アルミ板表面温度（PCMの一部が融解した日） 40 30 外気温 10 10 time アルミ板表面 20 5 time 3:00 放熱時アルミ板表面 50 5 図5 PCM内部温度（PCMの一部が融解した日） 0:00 time 外気温 time 3:00 25 30 temperature[℃] 潜熱放熱域 60 temperature[℃] 30 temperature[℃] 35 21:00 図9 流量の算定結果 35 PCM内部 6:00 temperature[℃] 40 極端に日射の少ない日 0:00 time 21:00 18:00 12:00 6:00 3:00 0:00 21:00 15:00 外気温 0 18:00 12:00 15:00 外気温 0 極端に日射の少ない日 250 PCMの一部が融解した日 3:00 20 300 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 18:00 0:00 30 10 10 PCMの一部が融解した日 350 21:00 20 400 PCM内部 21:00 アルミ板表面等価外気温 40 flow rate[m3/h] 30 50 flow rate[m3/h] 等価外気温 40 temperature[℃] 60 50 temperature[℃] temperature[℃] 60 放熱時図8 アルミ板表面温度（極端に日射が少なかった日）大阪大学工学部地球総合工学科建築工学科目建築デザイン学講座建築・都市環境工学領域