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

利用太阳能热能进行被动除湿和太阳能集热的智能建筑围护结构系统

基本信息

批准号：
19J11417
负责人：
李学成
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J11417/
关键词：
再生可能エネルギー自然除湿放射冷却太陽熱集熱湿度調節

项目摘要

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。

This study aims to make use of renewable energy to save energy and to design residential buildings. The thermodynamic differences between indoor and outdoor are utilized. The thermal performance of air circulation can be varied from natural cooling and dehumidification in summer to solar heat collection in winter. PDSC: Passive Dehumidification and Solar Collection (PDSC) is developed to control temperature and humidity and to save energy. In this paper, various physical quantities related to water vapor movement such as temperature, concentration, pressure and external force are unified and expressed in the same dimension, and the basic concept of PDSC is explained theoretically. In addition, it has been proved that the indoor temperature and humidity in summer are low, and the temperature and humidity in winter are high. In addition, the heat, moisture and air conditions are taken into account in the construction environment, and the calculation conditions (for image areas and building conditions) are changed to improve the sensitivity analysis. The optimization of this system is based on the constant temperature and humidity performance and the heat and latent load reduction effect. The heat load reduction technology proposed above is extremely difficult to achieve when heating and cooling rooms, and the application of the technology is very advanced. The method of complex movement analysis of heat, moisture and air in non-equilibrium thermodynamics is highly useful in engineering, and it is widely used in building environmental engineering.