Intelligent Building Envelope System Capable of Passive Dehumidification and Solar Heat Collection Utilizing Solar Heat

本研究では，再生可能エネルギーを利用した省エネルギー住宅の設計を目的として，室内外の熱力学ポテンシャル差を利用して空気循環により夏季は自然に冷却・除湿し，冬季は太陽集熱する熱性能可変型のインテリジェント・パッシブシステム（PDSC: Passive Dehumidification and Solar Collection）を開発するとともに，その温湿度制御性能および省エネルギー効果について検討している。まず，温度・濃度・圧力・外力等の水蒸気移動に関わる各種物理量を，同次元のエネルギー（熱力学関数で定義される水分ポテンシャル）に統一化して表現し，熱・水分・空気の連成現象を非平衡熱力学に則ったエネルギーの流れとして表すことで，PDSC外被システムの基本概念を理論的に説明した。次に，実大の実証住宅を用いたフィールド実験により，本システムが夏季は冷却・除湿による室内温湿度の低下，冬季は太陽集熱と吸放湿による温度上昇と調湿の機能を有することを実証した。さらに，熱・水分・空気連成を考慮した建築環境シミュレーションを行い，計算条件（対象地域と建物仕様）を変更したパラメトリック感度解析により，本システムの優れた恒温恒湿性能と顕熱・潜熱負荷の低減効果を明らかにした。以上，冷暖房時の顕熱負荷のみならず，これまでは極めて困難であった冷房時の潜熱負荷をも削減する技術を提案するとともに，その実用化を目指すもので，先進的で萌芽性・学術性に優れる。また，非平衡熱力学に則った熱・水分・空気の複合移動解析方法は斬新的で工学的有用性が高く，建築環境工学に寄与するところが大きい。

本研究では，再生可能エネルギーを利用した省エネルギー住宅の設計を目的として，室内外の熱力学ポテンシャル差を利用して空気循環により夏季は自然に冷却・除湿し，冬季は太陽集熱する熱性能可変型のインテリジェント・パッシブシステム（PDSC: Passive Dehumidification and Solar Collection）を開発するとともに，その温湿度制御性能および省エネルギー効果について検討している。まず，温度・濃度・圧力・外力等の水蒸気移動に関わる各種物理量を，同次元のエネルギー（熱力学関数で定義される水分ポテンシャル）に統一化して表現し，熱・水分・空気の連成現象を非平衡熱力学に則ったエネルギーの流れとして表すことで，PDSC外被システムの基本概念を理論的に説明した。次に，実大の実証住宅を用いたフィールド実験により，本システムが夏季は冷却・除湿による室内温湿度の低下，冬季は太陽集熱と吸放湿による温度上昇と調湿の機能を有することを実証した。さらに，熱・水分・空気連成を考慮した建築環境シミュレーションを行い，計算条件（対象地域と建物仕様）を変更したパラメトリック感度解析により，本システムの優れた恒温恒湿性能と顕熱・潜熱負荷の低減効果を明らかにした。以上，冷暖房時の顕熱負荷のみならず，これまでは極めて困難であった冷房時の潜熱負荷をも削減する技術を提案するとともに，その実用化を目指すもので，先進的で萌芽性・学術性に優れる。また，非平衡熱力学に則った熱・水分・空気の複合移動解析方法は斬新的で工学的有用性が高く，建築環境工学に寄与するところが大きい。