JP5087102B2 - 蓄熱積層体 - Google Patents
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Description
例えば、夜間電力を利用した蓄熱システム、蓄熱床暖房システム等のアクティブ蓄熱を利用した省エネルギー住宅がある。このような省エネルギー住宅では、消費電力量を極力抑えることができる。
このような省エネルギー住宅としては、例えば、建築部材にパッシブ蓄熱を導入し、建築物全体の熱容量を高めたもの等がある。このような建築物は、夏場には、夜間の冷熱や冷房による冷熱を、冬場には、日中の温熱や暖房による温熱を蓄熱させ、冷暖房効率を向上させ、省エネルギー化を実現しようとするものである。
また、塗膜またはシート等に潜熱蓄熱カプセルを担持させ、内装用仕上げ材として利用するものがある(特許文献1)。
1.10.0W/(m・K)以上の熱伝導率を有する層、ウレタン樹脂多孔質体に充填された蓄熱材からなる蓄熱層、0.1〜1.0W/(m・K)の熱伝導率を有する層が順に積層され、
該蓄熱層が、ポリエステルポリオールとポリイソシアネートと有機潜熱蓄熱材とを混合し、硬化反応させたものである、
ことを特徴とする蓄熱積層体
2.1000kJ/(m3・K)未満の熱容量及び0.3W/(m・K)以下の熱伝導率を有する層、10.0W/(m・K)以上の熱伝導率を有する層、ウレタン樹脂多孔質体に充填された蓄熱材からなる蓄熱層、0.1〜1.0W/(m・K)の熱伝導率を有する層が順に積層され、
該蓄熱層が、ポリエステルポリオールとポリイソシアネートと有機潜熱蓄熱材とを混合し、硬化反応させたものである、
ことを特徴とする蓄熱積層体
2 アルミニウム板
3 蓄熱層1
4 スレート板
5 ポリウレタンフォーム
6 蓄熱層2
7 意匠合板
8 けい酸カルシウムボード
9 蓄熱層3
10 蓄熱層4
以下、本発明を、建築物の内装材に用いた場合を例として、その実施の形態とともに詳細に説明する。
本発明では、表面側(室内側)に、10.0W/(m・K)以上(好ましくは20.0W/(m・K)以上、さらに好ましくは100W/(m・K)以上)の熱伝導率を有する層が積層される。10.0W/(m・K)以上の熱伝導率を有することにより、熱の移動速度が速く、蓄熱層の熱効率性が向上する。10.0W/(m・K)以上の熱伝導率を有する材料としては、例えば、銅、アルミニウム、鉄、真鍮、亜鉛、マグネシウム、ニッケル等の金属材料からなる鋼板等、あるいはこれらの金属材料を含む塗膜またはシート等が挙げられる。本発明では、特に、アルミニウム板を好適に用いることができる。
高熱伝導率層の厚さとしては、特に限定されないが、通常5〜1000μm程度であることが好ましい。
本発明の蓄熱層は、優れた蓄熱性を有し、室内温度変化の抑制効果を発揮するものである。蓄熱層は、蓄熱性を有する蓄熱材を含有していれば、特に限定されないが、固−液変化に伴う潜熱を利用した潜熱蓄熱材を含有していることが好ましい。潜熱蓄熱材としては、無機系潜熱蓄熱材、有機系潜熱蓄熱材が挙げられる。
本発明では、特に有機潜熱蓄熱材を好適に用いることができ、有機潜熱蓄熱材を用いた場合、用途に応じた相変化温度の設定が容易であり、沸点が高くほとんど揮発することがないため、長期に亘り蓄熱性能が持続するため、好ましい。
本発明では、このようなウレタン樹脂多孔質体に充填された蓄熱材(好ましくは潜熱蓄熱材)を蓄熱層として用いることができる。
また、ウレタン樹脂多孔質体の孔内に蓄熱材が細分離化されているため、蓄熱材と蓄熱材との熱伝導が遅延され、蓄熱材の固−液変化が抑えられ、蓄熱効果が持続するため好ましい。
特に多孔質体成分の熱伝導率が低い場合(具体的には、0.15W/(m・K)以下)、熱伝導がより遅延され、蓄熱効果がより持続するため好ましい。
ウレタン樹脂多孔質体は、可とう性を有し、蓄熱材の固−液変化にともなう体積変化に追従することもできる。
具体的に蓄熱材含有率は、好ましくは40重量%以上、さらに好ましくは50重量%以上、より好ましくは60重量%以上、最も好ましくは65重量%以上の高い蓄熱材含有率を有することができる。
蓄熱層の裏面側には、0.1〜1.0W/(m・K)(好ましくは、0.1〜0.7W/(m・K))の熱伝導率を有する層を積層する。このような低熱伝導率層を積層することにより、熱の移動速度が遅延され、外気から蓄熱層への熱の侵入および蓄熱層から外気への熱の逃げを適度に制御することができ、室内温度を快適に保つことができる。
0.1〜1.0W/(m・K)の低熱伝導率を有する材料としては、スレート板、石膏ボード、ALC板、木毛セメント板、合板等が挙げられる。
0.1〜1.0W/(m・K)の低熱伝導率を有する層の厚さは、1mm〜30mmであることが好ましい。
表面層としては、けい酸カルシウムボード、石膏ボード等の無機系ボード、松、ラワン、ブナ、ヒノキ、合板等の木質材料、塗り材料、シート材料、壁紙等を用いることができ、これらのうち1種または2種以上を積層して用いることができる。
このような材料としては、0.3W/(m・K)以下の熱伝導率および1000kJ/(m3・K)未満の熱容量を有する層であれば特に限定されないが、けい酸カルシウムボードや松、ラワン、ブナ、ヒノキ、合板等の木質材料が好適に用いられる。また層の厚さとしては、2〜10mm程度が好ましい。
断熱層としては、特に限定されないが、0.1W/(m・K)未満(好ましくは0.01W/(m・K)以上0.07W/(m・K)以下)の熱伝導率および1000kJ/(m3・K)以上(好ましくは1000kJ/(m3・K)以上2000kJ/(m3・K)以下)の熱容量を有する層であることが好ましい。
断熱層に用いられる材料としては、ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム等の発泡系断熱層、グラスウール、ロックウール等の繊維系断熱材が用いられる。厚みは特に限定されないが、厚みが増すほど室内保温性は上がる。
表1、図1に示すように、アルミニウム板(150mm×150mm×0.8mm、熱伝導率200W/(m・K))とスレート板(150mm×150mm×3.0mm、熱伝導率0.6W/(m・K)、熱容量2400kJ/(m3・K))との間隔が5.0mmとなるように側面にバックアップ材を設け、平板状容器を作製した。
この平板状容器に、蓄熱材1(融点(固−液変化温度)が25℃の潜熱蓄熱材(パラフィン))を、ゼラチンでカプセル化したもの(1.5mmφ))を充填して蓄熱層1とし、蓄熱積層体を得た。さらに、アルミニウム板側に、仕上げ材(合成樹脂エマルションペイント、固形分60%)をローラーで、乾燥膜厚が50μmとなるように塗付した。さらにスレート板側には、ポリウレタンフォーム(150mm×150mm×25mm、熱伝導率0.03W/(m・K)、熱容量1200kJ/(m3・K))を接着剤で積層し、試験体を得た。
試験体を4枚用意し、ポリウレタンフォームを外側として、側面の最表面どうしを突き合わせ、内寸が150mm×150mm×150mmの立方体となる様にし、この上面、下面及び試験体間に生じた空隙を厚さ25mmのポリウレタンフォームで塞ぎ、試験体ボックスとし、ボックス内部に熱電対を設置した。
この試験体ボックスを恒温器内に設置し、恒温器内の温度を外気温度、試験体ボックス内の温度を室内温度と見たて、次の実験を行った。
恒温器内の温度を18℃で2時間保持し、その後30℃で6時間保持し、さらに18℃で7時間保持した時の、試験体ボックス内の温度を経時的に測定した。結果は図6に示す。
図6に示すように、外気温度の影響を受け難く、ボックス内の最高温度は25.8℃にしか達せず、ボックス内の保温性に優れた結果が得られた。
表1、図2に示すように、蓄熱層として、蓄熱層2を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、試験体を得、蓄熱性能評価試験を行った。
蓄熱層2:融点が25℃の潜熱蓄熱材(パラフィン)と21℃の潜熱蓄熱材(パラフィン)をポリエチレンフィルムを用いてラミネート処理したもの。
図7は、蓄熱性能評価試験の結果である。図7に示すように、外気温度の影響を受け難く、ボックス内の最高温度は25.2℃にしか達せず、ボックス内の保温性に優れた結果が得られた。
図3に示すように、参考例1で作製した蓄熱積層体のアルミニウム板側に、意匠合板(150mm×150mm×2.0mm、熱伝導率0.16W/(m・K)、熱容量550kJ/(m3・K))を接着剤で積層し、蓄熱積層体を得た。さらにスレート板側には、ポリウレタンフォーム(150mm×150mm×25mm)を接着剤で積層し、試験体を得、蓄熱性能評価試験を行った。
図8は、蓄熱性能評価試験の結果である。図8に示すように、外気温度の影響を受け難く、ボックス内の最高温度は25.0℃にしか達せず、ボックス内の保温性に優れた結果が得られた。さらに、蓄熱材1の固−液変化温度(25℃)に達するまでの温度変化を和らげることができた。
図4に示すように、けい酸カルシウムボード(150mm×150mm×5.0mm、熱伝導率0.22W/(m・K)、熱容量900kJ/(m3・K))とスレート板(150mm×150mm×3.0mm、熱伝導率0.6W/(m・K)、熱容量2400kJ/(m3・K))との間隔が5.0mmとなるように側面にバックアップ材を設け、平板状容器を作製した。
この平板状容器に、蓄熱材1(融点(固−液変化温度)が25℃の潜熱蓄熱材(パラフィン))を、アルミ蒸着フィルム(ポリエチレンテレフタレート/アルミニウム/ポリエチレン)を用いてラミネートした蓄熱層3を充填し、蓄熱積層体を得た。
さらに、けい酸カルシウムボード側に、仕上げ材(合成樹脂エマルションペイント、固形分60%)をローラーで、乾燥膜厚が50μmとなるように塗付した。さらにスレート板側には、ポリウレタンフォーム(150mm×150mm×25mm)を接着剤で積層し、試験体を得、蓄熱性能評価試験を行った。
図9は、蓄熱性能評価試験の結果である。図9に示すように、外気温度の影響を受け難く、ボックス内の最高温度は25.0℃にしか達せず、ボックス内の保温性に優れた結果が得られた。さらに、蓄熱材1の固−液変化温度(25℃)に達するまでの温度変化を和らげることができた。
表1、図5に示すように、蓄熱層として、蓄熱層4を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、試験体を得、蓄熱性能評価試験を行った。
蓄熱層4:融点が25℃の潜熱蓄熱材(パラフィン)を有機ベントナイトで増粘させ、ポリエステルポリオールとポリイソシアネートを加え均一に混合し、硬化反応させることにより、ウレタン樹脂多孔質体に潜熱蓄熱材を担持させたもの
図10は、蓄熱性能評価試験の結果である。図10に示すように、外気温度の影響を受け難く、ボックス内の温度は25.0℃で一定化し、ボックス内の保温性に優れた結果が得られた。
表1に示すように、蓄熱材を使用しない以外は、参考例1と同様の方法で、試験体を得た。図11に示すように、ボックス内の保温性が著しく低く、ボックス内の最高温度が30.0℃に達してしまった。
表1に示すように、スレート板をアルミニウム板に変えた以外は、参考例1と同様の方法で、試験体を得た。図12に示すように、ボックス内の保温持続性が低く、ボックス内の最高温度が28.0℃に達してしまった。
表1に示すように、スレート板をアルミニウム板に、アルミニウム板をスレート板に変えた以外は、参考例1と同様の方法で、試験体を得た。図13に示すように、ボックス内の保温持続性が低く、ボックス内の最高温度が27.6℃に達してしまった。
表1に示すように、スレート板を用いず、アルミニウム板をスレート板に変えた以外は、参考例1と同様の方法で、試験体を得た。図14に示すように、ボックス内の保温持続性が低く、ボックス内の最高温度が28.0℃に達してしまった。
Claims (2)
- 10.0W/(m・K)以上の熱伝導率を有する層、ウレタン樹脂多孔質体に充填された蓄熱材からなる蓄熱層、0.1〜1.0W/(m・K)の熱伝導率を有する層が順に積層され、
該蓄熱層が、ポリエステルポリオールとポリイソシアネートと有機潜熱蓄熱材とを混合し、硬化反応させたものである、
ことを特徴とする蓄熱積層体 - 1000kJ/(m3・K)未満の熱容量及び0.3W/(m・K)以下の熱伝導率を有する層、10.0W/(m・K)以上の熱伝導率を有する層、ウレタン樹脂多孔質体に充填された蓄熱材からなる蓄熱層、0.1〜1.0W/(m・K)の熱伝導率を有する層が順に積層され、
該蓄熱層が、ポリエステルポリオールとポリイソシアネートと有機潜熱蓄熱材とを混合し、硬化反応させたものである、
ことを特徴とする蓄熱積層体
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