相変化材料を用いた太陽熱暖房システムの開発

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本研究は、太陽熱利用暖房における高密度蓄熱システムの開発に関する研究であり、特に、飛躍的に大きい蓄熱容量を有し高密度蓄熱材料である相変化蓄熱材(PCM)を活用しようとするもので、コンパクトで一定温度の出力が可能であるというPCMならではの特徴を活かした研究である。太陽熱を利用した冬期の暖房と夏期の自然換気促進のためのソーラーチムニーの研究を以前より継続して行っており、PCMを蓄熱材として活用することにより日射がない夜間の性能向上を図ることができると期待される。本研究にあたっては、ソーラーチムニーに最適な相変化温度のPCMの探索、PCMの熱物性の測定、蓄熱システムの伝熱特性のモデル化、システムシミュレーションによるシステム性能の検証を順次実施することにしている。これまでは、蓄熱材が無い条件ではあるが、実験によるソーラーチムニー内部の空気流動特性と伝熱特性の把握、伝熱モデルの構築と共に、ソーラーチムニーを装備した戸建住宅を対象モデルに日本各地の気象条件によるシミュレーションを実施してきた。それらの成果を踏まえ、初年度は、蓄熱材として用いるPCMの基本的な熱特性把握とシステム特性の予測に関する研究を中心とした以下の研究を行った。1.安全で安価な種々のPCMの熱物性を検討することにより、ソーラーチムニーに最適な相変化温度、潜熱を持つPCMを探索・検討すると共に、検討したPCMの熱物性の調査を行い、相変化温度の範囲と潜熱量を確認した。2.蓄熱を持たない場合の様々なシミュレーションをパーソナルコンピュータを用いて行い、設置場所や季節変化の影響、日サイクルのシステム特性などを検討することにより、蓄熱した場合のソーラーチムニーの効果予測のための準備を行った。3.ソーラーチムニーを有効に活用できる換気・暖房システムの検討を行い、PCM蓄熱装置の組込み位置および組込み方法の検討を行った。