JPS61247320A - 透明・断熱パネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、透明パネルに係り、特に、断熱特性が良好で
あるため、植物育成装置の壁体、建屋の採光窓、及び冷
凍ショーケース壁体に好適な透明・断熱パネルに関する
。

〔発明の背景〕

従来の透明パネルは特開昭５３−１１８８２６、特開昭
５４−６６２２７に記載のように、二重ガラスの中に、
熱線反射面を構成し、且つこれら層間厚さを１０ｗ以下
とする構成となっていた。しかし、いずれも、熱線反射
面の両面を活用する点、眉間厚さを、対流発生限界厚さ
以上に大きく設定する点、そして、空気以外のガスを活
用する点、就中、そのガスの利用の仕方の具体性につい
て等、配慮されていなかった。

その後、発明者等は、壁体の密閉空間層は、その距離り
を１０　ｍ＜Ｄ（２０ｍとすべきこと、又選択反射膜（
赤外線反射膜）を用いる場合には、その両面に密閉空間
層を形成する構成とすべきこと等を明らかにして、上記
の問題点の幾つかを解決してきた。

然るに、空気以外のガスの具体的利用には、全く配慮が
為されていなく、又、層間距離りについても、空気の場
合でしか通用し難く、然も、眉間温度差によってもＤの
最適範囲が異なることには、配慮が為されていないので
、今一つ不十分である。

即ち、熱線反射膜を利用することによって、放射伝熱量
の低減については、はぼ満足できるところまで到達した
が、対流及び伝導によるガス伝熱量を低減することにつ
いては、配慮が不十分である。

断熱パネルに於いては、この両方を同時に低減するので
なければ、不充分と言わねばならない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、放射伝熱量並びに対流及び伝導による
伝熱量の両方を、大巾に低減し、且つ経済的な透明・断
熱パネルに関する技術を提供することにある。

〔発明の概要〕

パネルからの伝熱量は、放射による成分（以下、放射伝
熱量と呼称）と、ガスの対流及び伝熱による成分（以下
、ガス伝熱量と呼称）とから成り、これらは、はぼ独立
に生じ得るものである。それ故、両方に対して、夫々、
有効な低減策を講じないと、全体としてみたときに、非
能率且つ不経済なパネルとなシかねない。

本発明は、先ず、放射伝熱量を大巾に低減するための熱
線反射面の使い方として、その両面が密閉空間層となる
構成にしたことであシ、このため、放射伝熱に対する熱
抵抗を従来の２倍にし得るものであり、従って、高価な
熱線反射材料を最大限に活用したことになる。次に、ガ
ス伝熱量を大巾に低減するために、一つは、「層間厚さ
を、従来のような、対流発生限界厚さくり、）以内にす
る考え方」を排し、むしろ、０６以上の範囲で、できる
だけ大きな熱抵抗を得るようにしたことであシ、他の一
つは、空気よりも熱伝導率の低いガスを活用したことで
ある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の内容について詳説する。先ず、種々タイ
プの透明・断熱パネル（以下、パネルと略称する）を試
験する方法として、ボックス法並びに放射収支計に依っ
た。

試験装置の概要を第１図に示す。測定用の断熱ボックス
１は、厚さ１００１１１１の発泡スチロール断熱材で形
成し、その内部の寸法は４２０ｍＷＸ５６０■ＬＸ　４
００■Ｈで、セして有底である。

上部は開口として、ここに供試パネル２を着・脱する。

ボックスの内部には、パネルヒータ３と放熱板４とを設
置し、更に内部気温分布を一様に保つためにファン５を
運転する。放熱板は、アルミ製のもので、一つは高反射
率を有するもの、他の一つは、黒色塗料を塗布した高吸
収率を有するもの、の２株類を用意した。

供試パネルの上部１５ｃｒｎの位置には、放射収支計６
を設置し、パネルからの放射伝熱量を測定できるように
した。温度の計測ポイントは、ボックス内気温ＴＩ％放
熱板の温度Ｔ２、外気温Ｔ０、ホックスの内外面温度１
０点、及び・くネル内のフィルム温度数点で、ｌ、これ
らと前記放射収支計の出力とを、データロガ−によって
処理した。

ボックスは、床面積５０ｒｒ？、高さ１０ｆｆｌの大形
環境実験室内に設置し、ボックス内気温Ｔ＋＝１６Ｃの
一定に保持し、一方、ボックス外の気温Ｔ、はＯＣとし
た。Ｔ＋を一定にするには、ヒータ入力電圧Ｖを、電圧
計７によって、モニターしながら、スライダック８で調
節すればよい。

装置が定常に達したとき、パネルの熱貫流率に、（日／
ｒｒ？・ｈ−１１：’）は、次の関係式によって求めら
れる。

但し、ＲＨ；ヒータの電気抵抗（Ω）、ｑＢ；ボックス
壁体部からの漏洩熱量（ｋｃｉｌ／　ｈ　）　、Ａｗ；
パネルの面積（７，！”）である。

ところで、パネルの熱貫流率ｋｌは、ガス伝熱（対流及
び伝導による）に関する分に、と放射伝熱に関する分ｋ
ｍとで合成されたものでおるから、ｋｉ＝ｋｍ＋に−・
・・・・・・・・（２）と表示できる。このうち、ｋＲ
は、前記の放射収支計で測定した放射量ｑｉＬをΔＴ＋
ｏで除して得られるから、残シに６は（ｋｔ　　ｋｍ）
として求まる。以降パネルの断熱特性は、この３徨類（
ｋ、。

ｋ、、に、）の観点から、評価する。

次に、供試パネルの代表的な構成を第２図に示す。即ち
、３ｍｍｔＸ６００間ＷＸ　８００閣りの板ガラス９上
に、５ｗｔのアルミ・アングル部材による４２０ａｍＷ
と５６０ｍＬの７レーム１０．２本ずつを方形に設置し
、これに対して各種フィルム（この図では熱線反射フィ
ルム１１と透明フィルム１２）を展張した。パネル部の
面積は０．２３５−１又、層間厚さは１５！ＤＩである
。

パ°ネルは全部で１１タイプ用意し、その断面図と記号
とを第３図に示す。記号の意味は次のとおりである。Ｇ
；ガラス、几；熱線反射フィルム、Ｅ；ポリエステルフ
ィルム、Ｐ；ポリエチレンフィルム、ＡＨアルミ箔（不
透明）。又、層間はハイフン「−」で示し、密着する場
合は、点「・」で示す。例えば、タイプｒＧ−ＲＪとｒ
Ｇ−ＲＪの相異は、°ガラスと熱線反射フィルムとを１
５認の間隔で設置したか、又は、密着設置したかに在る
。

各タイプの特性を第４図に示す。即ち、横軸にはガス伝
熱に依る成分に、を、縦軸には放射伝熱に依る成分ｋｌ
をとって、ｓｃ、−に、図表を作成し、この中に、各タ
イプのパネルの実測値及び第１式、２式に基づいた値を
、プロットしたものである。図中、白丸と黒丸の相異は
、ボックス内・放熱板の表面条件の相異を意味し、即ち
、前者は反射的、そして後者は吸収的である。

この図から、各タイプの特性が一目瞭然であシ、以下の
事が読みとれる。（イ）「Ｒ」を含むタイプは、同じ枚
数構成のパネルで比較すると、他のタイプよりもｋｎ　
、に、、ｋｔが小である（Ｇ−Ｒ，−Ｅ、Ｇ−Ｅ−Ｅ及
びＧ−Ｐ−Ｐの比較から）。

（ロ）「Ｒ」を含むタイプは、放熱面条件の変化に対す
るに、、に、の変化が他のタイプよりも小である。（ハ
）「Ｒ」を含むタイプに於いて、ｒＲＪの枚数が同じ構
成のとき、「Ｒ」をｒＧＪ上に密着するよりも、「Ｒ」
の両側を空気層にした構成の方が、ｋｙｘ　１　ｋ　＠
　、　ｋｔが小になる。

（Ｇ−几とＧ−Ｒ，並びにＧ−几−ＥとＧ−Ｒ−Ｅ１夫
々の比較から）。

（ニ）同じ枚数の構成では、最も放射伝熱量の大きいの
は、ポリエチレンフィルムのみを使ったタイプである。

（ホ）「Ｒ」の枚数を増加する程、ｋ、が小となり、又
放熱面条件の変化に対するに、の変化も小となる傾向に
ある。然し、Ｇ−Ｒ−ＥとＧ−Ｒ−Ｒとは熱的にはほぼ
同等である。

以上の現象は、理論的には、次のモデルによって説明で
きるものである。第５図に、水子、平行二面間の有効放
射率ｔＩ２と、熱抵抗γ、　（ｘｋｔ−Ｊとの関係を示
す。即ち、同図（ロ）のように温度Ｔ＋の下面から、温
度Ｔ２の上面に向って、放射伝熱量ｑｉと、対流及び伝
導によるガス伝熱量ｑｃとが平行して流れるから、この
ときの関係式は次のように考えられる。

膳−（Ｔｒ　　Ｔり　　　　　　　　　・・・・・・・
・・（８）ｒｔ ここで、ｒａは層間の空気抵抗、γ食は合成した（等測
的）総合熱抵抗である。従って、ｆｆ１２＝（ε、−１
＋６２−リ＝（１−ρ１）（１−ρｄ／（１−ρｌρ２
）・・・・・・・・・（５） 但し、’ｌｌ　　ε２　；夫々の面の放射率、ρｈρ鵞
；夫々の面の反故率である。又、ここではρ＋ε＝　１
．０　、即ちｔ　＝　Ｑの場合のモデルを扱っている。

第４式を、ε１２をパラメータとして表示すれば、第５
図の（イ）の如くなる。即ち、放射率が低い程換言すれ
ば、反射率が高い程熱抵抗γ、が大きくなることが了解
される。又、第５図に於いて、領域Ａはｒｔが厚さＤに
比例して増大し、領域Ｂは対流発生とともにｒｔの増加
率が減少する。そして、領域Ｃでは、ｒｔはほぼ飽和値
をとるが、微増はする。又、第５式に基づいて、ρ１．
ρ２とεＩ２との関係を第１表の如く表示した。

第　　　１　　　表 即ち、ρ１．ρ２のうち、一方が、かなシ大でおれば（
ρ＞０．９）、他方が、小さくともε１２はかなシ小に
なり得る。これは、必ずしも、相対する二面の夫々が反
射的である必要はない事を意味する。

以上の理論からも、前述の、Ｇ−Ｒ−Ｅタイプのパネル
が、「Ｒ」の特性を最大限に活用した最も合理的な構成
であることが納得できる。

更に、熱的特性（ｋＢ、に−、ｋｔ　）の面からだけで
はなく、可視光透過率や、夏季に重要な遮熱性、及びコ
ストを含めた総合的な評価について言及する。第６図に
、パネルの光学的・熱的な総合特性を示す。

図中に用いた記号は次のとおりである。τＶ；可視光透
過率、ＴａｏｔＨ太陽光透過率、ρｗｘｔｒ　；近赤外
反射率。これらを組み合わせて構成した指標は次のとお
ｐである。

（イ）昼間、冬向き特性は次の３種から成る。

τ’Ｖ　／　ｋ　！ｌ　；採光・断熱特性。特に放射冷
却に対する効果を表現するものであシ、例えば、晴天時
でも放射冷却の量が大きな条件下では、この指標の重要
性が増す。τｖ／ｋｔＨ採光・断熱特性。透明・断熱パ
ネルの代表的指標である。τ１１０ｔ／に％；入射・断
熱特性。これは、入射エネルギーと流出エネルギーとの
関係を表わすもので、可視光線をもエネルギーとして取
扱っている。

（ロ）昼間、夏向き特性としては、τＶ・ρ旧１、即ち
採光・遮熱特性が重要である。これは、光合成に必要な
可視光は入射させつつ、余分な熱線（近赤外線）は外へ
はじき返してしまうことに関する指標である。

（ハ）夜間特性としては、ｋ、−１（！γｔ）が重要で
ある。最も基本的な断熱の指標であシ、従来は、この指
標だけで、壁体やカーテン資材の特性を評価していたも
のである。

第６図は、Ｇ−Ｒ−Ｅタイプの特性を基準（１，００）
として、他のタイプの特性を、棒グラフで比較表示した
ものである。この図から、各タイプの特徴はあるものの
、全指標について、バランスが良くとれているのは、Ｇ
−Ｒ−Ｅタイプであることがわかる。即ち、冬季の断熱
性、採光性、並びに夏季の遮熱性を有するということは
、従来の可動形２層カーテンと、寒冷紗とを併せた特性
と有することと等価である。その上、取扱い性は、簡便
至極で、且つ無保守であることが期待できる。

又、パネルの構成要素の中、最も高価なものはｒＲｊ　
ｆ６る。ツレ故、パフォーマンス／コストの指標の観点
からも、Ｇ−Ｒ−Ｅタイプを選択すべきことがわかる。

なお、「Ｇ」の代りに塩ビ（Ｖ）を、「Ｅ」の代りにポ
リエチ（Ｐ）を用いても、即ち、Ｖ−Ｒ−Ｅ、Ｖ−Ｒ−
Ｐとしテモ、熱的特性は、Ｇ−Ｒ−Ｅとほぼ同等である
。

層間厚さとに、との関係について言及する。Ｇ−Ｒ−Ｅ
タイプについて、その眉間厚さＤを５閣、１０ｍ、　　
２０ｔｍ、　３０１ＤＩ及び４０鵡の５種類を作製して
、前記同様にボックス法によって実測した結果を第７図
に示す。図から、眉間厚さＤとともに、熱抵抗γ、が、
増し、（ｋｔは減少し）、２０１１ＩＩＩ前後でほぼ飽
和状態になる。この場合の説明は第４式及び第５図によ
っても一応了解できるが、更に、対流発生限界厚さり、
について言及すると、以下のようになる。即ち、水平、
平行２面間の対流発生状況を説明する式は １％、＝ｇ・β・Δ’Ｉ’−Ｄ３／α・ν　　・・・・
・・・・・（６）但しＲ１；レイレイ数、Ｄ：２面間距
離（ｍ）、ｇ；重力の加速度（ｍ／ｓ”　）、β；気体
の体膨張率（１／ｌｌ’）、ΔＴ；２面間の温度差１）
、α；気体の温度伝播率（ｒｒ？／Ｓ）、ν；気体の動
粘性係数（ｍ’／Ｓ）である。従って、対流発生限界厚
さり、は第６式を書き換えて Ｄ、＝（Ｒ，、・α・２７ｇ・β・ΔＴ）ｔ／ｓ・・・
・・・・・・（７） から求まる。但し、Ｒ，、は対流発生限界時のレイレイ
数であシ、約１７０８の値である。

本実験に於いては、一層間当シΔＴ中５（Ｃ）であるか
ら、第７式から、Ｄ、＝１４１１ＩＩｌが求まる。

このり、と、第７図とを併せ考察すると、Ｄ＞Ｄ。

の範囲でも、パネルの熱抵抗は、なお増加しつつあり、
熱抵抗を出来るだけ大きくとるためには、Ｄを大きくす
べきことを示している。一方従来はり、に、拘わシすべ
て、公知例に於いても、ノシネルの層間厚さＤのクレー
ムは、１０ＩｌｌＩＩＩ以下というのが多い。然し、こ
れは、上述の事実から、明らかに不利であり、且つ又、
これは、第７式かられかるように、温度差ΔＴによって
変化するものであシ、更には、空気以外のガスの種類に
よっても変り得るから、１０Ｗ以下という、従来のクレ
ーム表示は、科学的ではない。

それ故、厳密には、上述の全てを勘案して、Ｄ、＜Ｄ＜
１０Ｄ、とするのが最良である。

ここで、Ｄの上限を設定したのは、コスト及び省スペー
スの観点からであり、常識的な範囲であると判断される
。

ガス伝熱址（対流及び伝導による）ｑ、を更に低減する
為に、熱伝導率λが空気のそれよシも小なるガスを利用
する方法について言及する。先ず、パネルに採用さるべ
きガスの条件としては、無害で、熱的・化学的に安定で
あることは当然であシ、次に熱伝導率λが小さいことが
重要である。これ等条件を満すものとして、ＣＯｚ　、
Ａｒ、ＳＦｇ並びにフロン系冷媒を見出した。これ等ガ
スの緒特性を第２表にまとめた。

傾向として、分子量が大きくなると熱伝導率λが小さく
なること、又、対流発生限界厚さり、が小になること、
そしてその時の熱抵抗り、／λはオーダーとしては、は
ぼ同じであることがわかる。

それ故、λの小なるガスを利用すれば、パネルの厚さＤ
は小さくてすみ、フレームの材料費及び封入ガス量も小
さくなシ、経済的メリットが出てくる。そこで、第２表
に基づいて、Ｄ、とり、／λとの相関を算出して、これ
を第８図に示す。これから以下のことがわかる。（イ）
空気とＲ−２２の場合について比較すると、Δｔ＝１０
ｄｅｇのとき、対流発生限界・熱抵抗γ、は０．５３８
：０、４４８であるが、対流発生限界厚さり、は１０．
７：３．８７である。即ち、熱抵抗を同じに設定したと
きには、厚さに於いては、Ｒ−２２の場合は、空気に比
べて、約半分にし得る。或は、厚さを空気の場合と同じ
に設定したときには、Ｒ−２２の場合には、空気に比べ
て約２倍の熱抵抗を実現し得るが、但し、対流阻止のた
めに、透明フィルムを追加する盛装があろう。ＳＦ６の
場合にも、はぼ同様の傾向となる。

（口＞ｈｒの場合には、Ｄ、については空気に近く、即
ち、空気の場合と同じ厚さのパネルを、フィルムの追加
をすることなしに、そのまま使用することになシ、この
時の熱抵抗は、空気の場合よシも３０％高くなる。

（ハ）Ｃ０２の場合には、上記（イ）と（ロ）の場合の
中間的領域に存る。そして、ＣＯ，の場合には、所謂、
大気の温室効果（地球上のＣｏｔの量が増加するにつれ
て、千′均的気温が上昇する現象）に相当する効果も期
待できる。

このように、夫々のガスには、特徴があシ、傾向として
、層間を小さくとりたい場合にはＲ−２２を、層間が大
きくともよい時には、Ａｒ等を封入すれば、空気の場合
に比較して効果が得られることになる。

対流発生限界厚さり、毎に、透明フィルムを設置して、
熱抵抗を増大する場合について、検討すると、第９図（
イ）〜（二ヌようになる。これは、フィルム枚数Ｎの増
加に伴ない、パネルの熱抵抗ｒが増加するメリットと、
反対に、光線の透過率τ、が減少するデメリットとの兼
合いについて考察したものである。

先ず、同図（イ）は、パネル厚さとともに、対流を発生
させないように、透過率τ０のフィルムを追加してゆく
につれ、全体の透過率τマが減少してゆく状況を示し、
又、この時の全体の抵抗が増加する状況を示す。図中「
１」印は、夫々のガスの場合に於けるフィルムの設定位
置を示す。当然、Ｒ−２２の場合には、フィルム設置の
間隔が小さくなる。次に、同図（ロ）に於て、積τｖ×
ｒは、一つの効果指標として示したものであり、この値
が大きい程、効果が大きいことを意味する。

又、これは、フィルムの透明度τ０によっても変化をし
、τＧが大きい程、τＶ＝τｏＮが大きいから、Ｒ−２
２の場合には、特に、τ０の大小による影響が大きく表
われる。即ち、Ｔｏが大きい程Ｒ−２２の有効範囲（Ｄ
ｒ　）が広くなり、その逆も又真である。史に同図（ハ
）には、τ７×γをフィルム設置Ｎで除したものを示し
ており、これはフィルムのコストを含めた評価の指標で
ある。

この図をもつと見易くしたのが、同図（ニ）であり、即
ち、空気の場合の（τｖ　Ｘ　ｒ　）　／　Ｎを基準（
１，００）として、他のガスの場合のそれ等を相　′対
表示した。

図によると、パネルが薄い場合には、分子量の大きなガ
ス程、有利であり、その逆も又、真である傾向を示す。

Ｒ−２２では数１１１１、ＣＯ２では１０ｗ前後、Ａｒ
では２０１１１１程度の、夫々の厚さに於いて、総合的
効果を最もよく発揮（憔大値をとる）することがわかる
。従って、これらガスは、空気の場合よシも有利となる
範囲（匣い方）が存在するので、いずれも極めてｑ、又
はに、の低減のために、有用であることがわかる。

ガス封入の効果の、Ｄに対する変化（Ｖ　−Ｒ，−Ｅタ
イプについての実測例）を第１０図に示す。

これは、上記の説明を充分に裏付けるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、熱線反射膜を用いる透明・断熱パネル
に於いて、熱線反射膜の両面の反射特性を最大限に活用
する構造であシ、又、熱伝導率の低い気体を封入するか
ら、放射伝熱量及びガス伝熱量の両方を大巾に低減する
ことができ、且つ又、パフォーマンス／コストを大巾に
向上することができるので、これを植物育成装置や、建
物の採光部、或は冷凍ショーケース等の窓部に応用すれ
ば、著しい省エネルギーの効果を生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は透明・断熱パネルの試験装置の略図、第２図は
供試パネルの代表的な断面図、第３図は供試パネルの各
タイプ断面図、第４２図は供試パネルの特性を示すｋＲ
−に、図表、第５図は水平。 平行二面間の有効放射率ε宜２と熱抵抗γｔとの関係を
示す図表、第６図は供試パネルの光学的・熱的な総合特
性、第７図は水平、平行二面間の厚さＤと熱抵抗γｔと
の関係を示す図表、第８図は対流発生限界厚さり、と、
その時の熱抵抗り、／λとの関係図表、第９図は間隔を
り、でフィルムをＮ枚設置した場合のパネルの透過率τ
ｖ１熱抵抗γの関係図表、第１０図はＶ−１１，−Ｅタ
イプのパネルに於ける各徨気体封入の効果。 １・・・断熱ボックス、２・・・供試パネル、３・・・
パネルヒータ、４・・・放熱板、５・・・ファン、６・
・・放射収支計、７・・・電圧計、８・・・スライダッ
ク、９・・・ガラス、１０・・・フレーム、１１・・・
熱線反射フィルム、１２・・・透明フィルム。 代理人　弁理士　、ｌ＼）１＼蔭要 爾　１　　口 第　Ｚ　　図 第　３　図 第　４　　口 力−スイ云例を項　是Ｇ　びＱ（／−２ん、・ｃジχ　
５　　ロ ヒーＡ±８−十一〇 ＤＣ尻′ＷＬう Ｙ＋７　　図 第　δ　図 ｎ流１発生陽界厚ＦＤ己（帆シ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透明・熱線反射面（膜）の両側に、その両面から距
   離（Ｄ）を有して、透明板（膜）を対向配置して密閉パ
   ネルを形成し、この層間には気体を封入し、このＤは、
   対流発生 限界厚さをＤ＿ｃとするとき、Ｄ＿ｃ≦Ｄ＜１０Ｄ＿ｃ
   を満足する透明・断熱パネル。 ２、透明板（膜）のみで構成する断熱パネルに於いて、
   その全体の厚さをＤ＿ｔとするとき３ｍｍ≦Ｄ＿ｔ＜１
   ０ｍｍの場合にはＳＦ＿６並びにフロン系のガスを、１
   ０ｍｍ≦Ｄ＿ｔ＜２０ｍｍの場合にはＣＯ＿２ガスを、
   ２０ｍｍ≦Ｄ＿ｔ＜４０ｍｍの場合にはＡｒガスを、夫
   々密封する透明・断熱パネル。