WO2021111948A1

WO2021111948A1 - 断熱性の評価方法

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Publication number: WO2021111948A1
Application number: PCT/JP2020/043843
Authority: WO
Inventors: 佐々木　崇; 武藤　佳恭
Original assignee: 株式会社新潟テクノ
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2021-06-10
Also published as: JP2022191537A

Abstract

本発明の評価方法は、板状の試料の断熱性を評価する評価方法であり、広い空間内に試料を置き、試料の表面に光を照射する前の、試料の温度と空間内の温度を測定し、その後、試料の表面に光を照射した後の、試料の温度と空間内の温度を測定する温度測定工程と、空間を、試料の表面側に位置する第１空間部と、試料の裏面側に位置する第２空間部とに区分し、かつ試料の表面に光が照射されて、試料が温度測定工程の光照射時と同じ量の光を取得した場合における、試料から第２空間部側への熱流束ｑ_１２［Ｗ／ｍ^２］を算出する算出工程とを含む。

Description

断熱性の評価方法

　本発明は、断熱性の評価方法に関する。

　室内と室外とを区画する透光性部材は、可視光を充分に透過させるとともに、冷暖房使用時の省エネルギー化などの観点から断熱性が高いことが好ましいとされている。透光性部材としては、断熱性を高める観点から、積層体が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

　ここで、「断熱性」とは、室外の温度変化にかかわらず室内の温度変化を略一定に維持できる性能と解する。そして現在、この「断熱性」の指標として、ＪＩＳ　Ａ５７５９：２００８（以下、単に「ＪＩＳ規格」ということもある）において規格される熱貫流率が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

　そして、このＪＩＳ規格では、熱貫流率Ｕ［Ｗ／ｍ^２・Ｋ］は下記式（６）で算出されるものである。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・式（６）

　ここで、ε_ｅは室外側表面の修正放射率、ε_ｉは室内側表面の放射率である。

特開２０１７－０３２７７５号公報

　上記式（６）から分かるように、ＪＩＳ規格では、熱貫流率は、試料の室内側に位置する表面の放射率および試料の室外側に位置する表面の放射率の関数であり、室内側の表面の放射率および室外側の表面の放射率が高いほど熱貫流率も高くなり、断熱性に劣るものと評価される。

　しかしながら、本発明者らは、冬季に、放射率が高い試料を用いると、放射率が低い試料を用いる場合に比べて、室内の温度を維持できることを知見した。すなわち、このような放射率の高い試料について、熱貫流率に基づくＪＩＳ規格によって評価した場合、放射率が高い試料がもつ室内の温度を維持する能力について必ずしも適切に評価することができていなかった。

　本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、積層体に代表される試料がもつ室内の温度を維持する能力について、より適切に評価するための評価方法を提供することを目的とする。

　本発明者らは、上述した目的を達成するために鋭意検討を重ねた。その結果、上記のＪＩＳ規格の評価方法では、日射による材料の温度の上昇による断熱性への影響や実際の使用環境における風の影響を考慮していないため、放射率の高い材料がもつ室内の温度を維持する能力について適切に評価することができていないことを見出すとともに、板状の試料の断熱性を評価する評価方法であって、広い空間内に試料を置き、試料の表面に光を照射する前の、試料の温度と空間内の温度を測定し、その後、試料の表面に光を照射した後の、試料の温度と空間内の温度を測定する、温度測定工程と、空間を、試料の表面側に位置する第１空間部と、試料の裏面側に位置する第２空間部とに区分し、かつ試料の表面に光が照射されて、試料が温度測定工程の光照射時と同じ量の光を取得した場合における、試料から第２空間部側への熱流束ｑ_１２［Ｗ／ｍ^２］または試料から第１空間部側への熱流束ｑ_２１［Ｗ／ｍ^２］を所定の式により算出する算出工程を含む、評価方法によれば、日射による材料の温度の上昇及び風の影響による断熱性への影響を考慮して、試料がもつ室内の温度を維持する能力について、より適切に評価することを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に、本発明は以下のものを提供する。

　［１］板状の試料の断熱性を評価する評価方法であって、広い空間内に前記試料を置き、前記試料の表面に光を照射する前の、前記試料の温度と前記空間内の温度を測定し、その後、前記試料の表面に光を照射した後の、前記試料の温度と前記空間内の温度を測定する、温度測定工程と、前記空間を、前記試料の表面側に位置する第１空間部と、前記試料の裏面側に位置する第２空間部とに区分し、かつ前記試料の表面に光が照射されて、前記試料が前記温度測定工程の光照射時と同じ量の光を取得した場合における、前記試料から前記第２空間部側への熱流束ｑ_１２［Ｗ／ｍ^２］を下記式（１）により算出する算出工程とを含む、評価方法。
　ｑ_１２＝Ｉ×Ｓ_ａｂ×ε_ｂ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｂ ^４）／［｛ε_ｂ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｂ ^４）｝＋｛ε_ｆ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｆ ^４）｝］　　・・・式（１）
　前記式（１）中、Ｉ［Ｗ／ｍ^２］は前記試料の光取得量、Ｓ_ａｂは日射吸収率、ε_ｆは前記試料表面の放射率、ε_ｂは前記試料裏面の放射率、σ［Ｗ／（ｍ^２・ｋ^４）］はステファン－ボルツマン定数、ΔＴ_ｄは、前記温度測定工程における、光照射後の前記試料の温度から、光照射後の前記空間の温度を差し引いたときの温度差［Ｋ］と前記第１空間部の温度［Ｋ］との和、Ｔ_ｆ［Ｋ］は前記第１空間部の温度、Ｔ_ｂ［Ｋ］は前記第２空間部の温度である。

　［２］前記熱流束ｑ_１２が正または０の場合に、完全断熱が可能であると評価する、上記［１］に記載の評価方法。

　［３］板状の試料の断熱性を評価する評価方法であって、広い空間内に前記試料を置き、前記試料の表面に光を照射する前の、前記試料の温度と前記空間内の温度を測定し、その後、前記試料の表面に光を照射した後の、前記試料の温度と前記空間内の温度を測定する、温度測定工程と、前記空間を、前記試料の表面側に位置する第１空間部と、前記試料の裏面側に位置する第２空間部とに区分し、かつ前記試料の表面に光が照射されて、前記試料が前記温度測定工程の光照射時と同じ量の光を取得した場合における、前記試料から前記第１空間部側への熱流束ｑ_２１［Ｗ／ｍ^２］を下記式（２）により算出する算出工程とを含む、評価方法。
　ｑ_２１＝－Ｉ×Ｓ_ａｂ×ε_ｆ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｆ ^４）／［｛ε_ｂ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｂ ^４）｝＋｛ε_ｆ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｆ ^４）｝］　　・・・式（２）
　前記式（２）中、Ｉ［Ｗ／ｍ^２］は前記試料の光取得量、Ｓ_ａｂは日射吸収率、ε_ｆは前記試料表面の放射率、ε_ｂは前記試料裏面の放射率、σ［Ｗ／（ｍ^２・ｋ^４）］はステファン－ボルツマン定数、ΔＴ_ｄは、前記温度測定工程における、光照射後の前記試料の温度から、光照射後の前記空間の温度を差し引いたときの温度差［Ｋ］と前記第１空間部の温度［Ｋ］との和、Ｔ_ｆ［Ｋ］は前記第１空間部の温度、Ｔ_ｂ［Ｋ］は前記第２空間部の温度である。

　［４］前記熱流束ｑ_２１が負または０の場合に、完全断熱が可能であると評価する、上記［３］に記載の評価方法。

　本発明によれば、日射や風が、試料がもつ室内の温度を維持する能力に影響を与える場合であっても、そのような能力について、より適切に評価するための評価方法を提供することができる。

温度上昇測定装置の模式斜視図である。直射防止材を設けた場合の試料の模式斜視図である。他の態様の直射防止材を設けた場合の試料の模式斜視図である。ガラスの熱流束対室外温度と室内温度との温度差のプロットである。試料Ａの熱流束対室外温度と室内温度との温度差のプロットである。

　以下、本発明の具体的な実施形態について、詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。

　なお、本明細書において、光の「照射量」とは、光を発する装置（光源）から発生する光量をいい、「取得量」とは、その照射量のうち、照射された試料が取得する成分をいう。

　本発明の第１の態様の評価方法は、板状の試料の断熱性を評価する評価方法であって、広い空間内に試料を置き、試料の表面に光を照射する前の、試料の温度と空間内の温度を測定し、その後、試料の表面に光を照射した後の、試料の温度と空間内の温度を測定する、温度測定工程と、空間を、試料の表面側に位置する第１空間部と、試料の裏面側に位置する第２空間部とに区分し、かつ試料の表面に光が照射されて、試料が温度測定工程の光照射時と同じ量の光を取得した場合における、試料から第２空間部側への熱流束ｑ_１２［Ｗ／ｍ^２］を下記式（１）により算出する算出工程とを含む、評価方法である。
　ｑ_１２＝Ｉ×Ｓ_ａｂ×ε_ｂ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｂ ^４）／［｛ε_ｂ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｂ ^４）｝＋｛ε_ｆ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｆ ^４）｝］　・・・式（１）
　上記式（１）中、Ｉ［Ｗ／ｍ^２］は試料の光取得量、Ｓ_ａｂは日射吸収率、ε_ｆは試料表面の放射率、ε_ｂは試料裏面の放射率、σ［Ｗ／（ｍ^２・ｋ^４）］はステファン－ボルツマン定数、ΔＴ_ｄは、温度測定工程における、光照射後の試料の温度から、光照射後の空間の温度を差し引いたときの温度差［Ｋ］と第１空間部の温度［Ｋ］との和、Ｔ_ｆ［Ｋ］は第１空間部の温度、Ｔ_ｂ［Ｋ］は第２空間部の温度である。

　また、本発明の第２の態様の評価方法は、板状の試料の断熱性を評価する評価方法であって、広い空間内に試料を置き、試料の表面に光を照射する前の、試料の温度と空間内の温度を測定し、その後、試料の表面に光を照射した後の、試料の温度と空間内の温度を測定する、温度測定工程と、空間を、試料の表面側に位置する第１空間部と、試料の裏面側に位置する第２空間部とに区分し、かつ試料の表面に光が照射されて、試料が温度測定工程の光照射時と同じ量の光を取得した場合における、試料から第１空間部側への熱流束ｑ_２１［Ｗ／ｍ^２］を下記式（２）により算出する算出工程とを含む、評価方法である。
　ｑ_２１＝－Ｉ×Ｓ_ａｂ×ε_ｆ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｆ ^４）／［｛ε_ｂ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｂ ^４）｝＋｛ε_ｆ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｆ ^４）｝］　・・・式（２）
　上記式（２）中、Ｉ［Ｗ／ｍ^２］は試料の光取得量、Ｓ_ａｂは日射吸収率、ε_ｆは試料表面の放射率、ε_ｂは試料裏面の放射率、σ［Ｗ／（ｍ^２・ｋ^４）］はステファン－ボルツマン定数、ΔＴ_ｄは、温度測定工程における、光照射後の試料の温度から、光照射後の空間の温度を差し引いたときの温度差［Ｋ］と第１空間部の温度［Ｋ］との和、Ｔ_ｆ［Ｋ］は第１空間部の温度、Ｔ_ｂ［Ｋ］は第２空間部の温度である。

　すなわち、このような評価方法では、温度測定工程において、板状の試料に対し光を照射し、その照射光のうち特定の量取得した場合の試料の温度平衡時の温度上昇を測定する。次いで、試料から第２空間部側への熱流束（ｑ_１２）の有無やその程度を確認する場合、または試料から第１空間部側への熱流束（ｑ_２１）の有無やその程度を確認する場合のいずれかに場合分けをする。具体的に、前者の場合には上記式（１）、後者の場合には上記式（２）を用いて、その温度上昇を考慮して熱流束を算出し、熱流束の値の大小や正負によって試料の断熱性を評価する。特に、試料から発する熱流束が存在する方向の逆の方向へ伝導熱が通り抜けできないものとして、完全断熱を評価することもできる。このようにして、試料がもつ室内の温度を維持する能力について、より適切に評価することができる。

［温度測定工程］
　温度測定工程は、広い空間内に試料を置き、試料の表面に光を照射する前の、試料の温度と空間内の温度を測定し、その後、試料の表面に光を照射した後の、試料の温度と空間内の温度を測定する。

　具体的に、温度測定工程においては、例えば、図１に示す温度上昇測定装置１を用いて行う。図１に示すとおり、温度上昇測定装置１は、主として、光照射装置１０と、試料温度計１１と、送風装置１２と、風量計１３と、空間温度計１４とを備え、光照射装置１０による光の照射による試料Ｌの温度上昇を測定するものである。また、その他、温度上昇測定装置１は、試料支持体１５および直射防止材１６、１７（図１には図示せず。）を備えることができる。

　そして、光照射装置１０および板状の試料Ｌは、例えば風速０．１５ｍ／ｓ以下に制御された広い空間内（例えば室内など）に配置される。この空間は、光照射装置１０の稼働による室温への温度上昇の影響をほぼ無視できる程度に十分に広いことを要し、例えば試料Ｌの体積に対して少なくとも１万倍以上、好ましくは１０万倍以上、より好ましくは５０万倍以上、特に好ましくは１００万倍以上の体積を有しているものとする。

　なお、温度上昇測定装置１において、試料Ｌおよび試料支持体１５は、当該広い空間を分断するものでなく、試料Ｌの表面Ｌ_ｆ側（光照射装置１０が配置されている側）の空間と、裏面Ｌ_ｂ（表面と反対の面）側の空間は分断されておらず、図１の例で言えば、試料Ｌおよび試料支持体１５の上部や、試料支持体１５の外側では、一つの空間としてつながっている。ただし、以下においては、説明の便宜上、試料Ｌを境にして、「試料Ｌの表面Ｌ_ｆ側の空間」および「試料Ｌの裏面Ｌ_ｂ側の空間」と呼ぶことがあるが、両者の空間が物理的に分断されていることを意図したものではない。

　また、試料Ｌの表面Ｌ_ｆ側の空間および裏面Ｌ_ｂ側の空間の少なくともいずれかには、温度調整装置（図示せず）が配置されていてもよい。なお、温度調整装置は、任意の構成要素であり、例えばエアコンなどであってよい。表面Ｌ_ｆ側の空間および裏面Ｌ_ｂ側の空間の温度を一定にできるのであれば必ずしも設ける必要はない。

　（試料）
　試料Ｌは、その断熱性を評価する対象である。試料Ｌとしては板状であれば特に限定されず、断熱材の候補となり得るあらゆる材料が対象となる。試料Ｌとしては、例えば、板状の基材の少なくとも片面に、その基材とは異なる材料からなる副材を形成してなるものが挙げられる。また、基材製造時に副材を添加し、副材が基材と同一形状内に収まり形成してなるもの、より具体的には、ガラスの端面に断熱フィルムを貼ったものや、断熱フィルムを２枚のガラスで挟んだもの、ガラス製造時に特殊金属粉末を添加したものも含む。

　なお、図１においては、試料Ｌが直立した例を示しているが、試料Ｌは必ずしも直立しておらず、後述する光照射装置から垂直に光を照射している限りにおいてどのように設置されていてもよく、例えば、平置きされていてもよい。

　（光照射装置）
　光照射装置１０は、試料Ｌの一方の面（表面Ｌ_ｆ）に対向して配置され、試料Ｌに向けて光を照射するための光源を有する装置である。

　具体的に、光照射装置１０としては、略一定の光量を照射可能な光源を有する装置であれば特に限定されないが、例えばハロゲンライトや疑似太陽光ランプなどを用いることができる。

　光照射装置１０の光照射量としては、特に限定されないが、例えば０超１２００Ｗ／ｍ^２以下の範囲で光を照射可能であることが好ましい。

　光照射装置１０の光照射時間としては、例えば、試料Ｌの温度が温度平衡になる（照射を続けてもそれ以上温度が上昇しない）時間であればよく、試料、試料が配置された空間内の温度、算出工程において仮定する試料が配置される環境の条件などによって選択することができ、例えば１０分～数時間であってよい。

　（試料温度計）
　試料温度計１１は、試料Ｌの副材側に接触して、試料Ｌの温度を測定するものである。

　試料温度計１１としては、試料Ｌの温度を測定できるものであれば特に限定されないが、例えば、Ｋ型熱電対、白金系熱電対（Ｒ型熱電対、Ｓ型熱電対）などの各種熱電対や、サーミスタ式温度計、放射率を変更可能な放射温度計などがあり、測定対象により正確に測定できる温度計を適宜選択することができ、その中でも、接触式のＫ型熱電対を用いることが好ましい。

　試料温度計１１の測定可能な温度としては、特に限定されないが、少なくとも－２０℃～８０℃の範囲で測定可能であることが好ましい。

　（送風装置）
　送風装置１２は、試料Ｌに対して送風して、その送風による試料Ｌの温度上昇への影響を考慮するために設けるものである。

　送風装置１２としては、その送風量を制御可能なものであれば特に限定されないが、例えば、各種ファン（例えば、ＰＣ冷却ファンなど）を用いることができ、発熱が少なく、風量が安定する物が好ましい。

　送風装置１２の位置としては、第１空間部側、かつ光照射装置１０の光を遮らない位置（光照射装置１０の光軸上以外）に配置されることが好ましい。また、送風装置１２は、試料Ｌの表面Ｌ_ｆに対して、例えば０°（平行方向）や４５°など、一定の角度に固定し、試料Ｌの表面Ｌ_ｆに一定の空気の流れが生じるように送風することが好ましい。

　送風装置１２の風量としては、特に限定されないが、後述する風量計１３における測定値、すなわち、試料Ｌの表面Ｌ_ｆ近傍における測定値が、現実的な気象データで有り得る風速、例えば０超３０ｍ／ｓ以下の範囲であることが好ましく、測定への影響を考慮して発熱を少なくする観点から、０超３ｍ／ｓ以下や０超１０ｍ／ｓ以下の範囲でも良い。

　なお、後述する算出工程において、無風条件で熱流束を算出する場合には、送風装置１２及び風量計１３を用いなくてよい。

　（風量計）
　風量計１３は、送風装置１２から試料Ｌに対して送風される風量を測定するものである。

　風量計１３の位置としては、試料Ｌの表面Ｌ_ｆの側に、光照射装置１０の光を遮らない位置に、風量計１３が送風装置１２とともに、光照射装置１０の光源を挟むように風下に配置されていればよい。風量計１３は、試料Ｌに対する風速の影響を考慮することを目的として用いているため、より正確に試料Ｌ近傍の風量を測定する観点から、風量計１３は、試料Ｌの近傍に配置することが好ましい。

　（試料支持体）
　必須の構成要素ではないが、試料支持体１５は、測定対象たる試料Ｌを支持し、試料Ｌを直立させて、試料Ｌの面（表面Ｌ_ｆ）を、光照射装置１０による光の照射を垂直又は略垂直に受けることが可能な状態とするものである。

　試料支持体としては、試料Ｌを直立（試料Ｌの面をその配置面と垂直に）させることができるものであれば特に限定されず、例えば、試料Ｌの面両端を挟持して支持する支持体などである。

　（直射防止材）
　図２は、直射防止材を設けた場合の試料の模式斜視図である。直射防止材１６は、試料Ｌが例えば光透過性を有している場合に、試料温度計１１に対応する位置に設置して、光照射装置１０からの光が試料温度計１１に直接照射することを防止し、直接光が照射されることによる温度上昇を排除するものである。なお、図２では、試料温度計１１を副材が配置される裏面Ｌ_ｂに配置する場合について示しているが、副材が表面Ｌ_ｆに配置される場合、試料温度計１１も表面Ｌ_ｆに配置される。この場合、直射防止材１６は、表面側の試料温度計１１に被せるようにして配置すればよい。

　直射防止材１６は、透光性を有しない非透光頂面１６１と、試料Ｌに接着可能な支持部１６２とからなる台状の部材であり、支持部１６２と試料Ｌとが接着して、非透光頂面１６１が試料Ｌの表面Ｌ_ｆと略平行になるよう配置されている。これにより、光照射装置１０からの光が直接試料温度計１１に照射されることを防止することができる。なお、直射防止材としては、光照射装置１０から照射される光の光路（の全部）を遮らないように配置すればよく、図２のような台状部材以外に、例えば、透光性を有しない板状材料を天井から吊るしたり、底面から支持棒などを用いて直立させたりすることもできる。

　また、図３は他の態様の直射防止材を設けた場合の試料の模式斜視図である。直射防止材１７は、透光性を有しない２枚の非透光板１７１、１７２からなる切妻屋根状の部材である。直射防止材１７がこのような形状であり、且つ非透光板１７１、１７２を反射の大きい材料とすることで、直射防止材１７に照射された光が反射されて、試料Ｌに取得されるため、図２の台状の直射防止材１６と比較して、光取得における損失を減らすことができる。なお、図３においては、直射防止材１７が２枚の非透光板１７１、１７２からなる例を示しているが、直射防止材１７は１枚の非透光板を曲げて切妻屋根状の部材としてもよい。

　非透光頂面１６１としては、特に限定されないが、例えば黒体塗料を塗布した材料や、アルミニウムなど高い反射率を有する材料など、各種材料が挙げられる。

　そして、このような温度上昇測定装置１を用い、光照射装置１０の光照射量および風量計１３の風速を制御しながら、試料Ｌの表面Ｌ_ｆに光を照射して、例えば、数分以上経過するか、または温度平衡状態とした際の、光取得量および風速の組み合わせ条件（後述する算出工程において、その条件に置かれた場合の試料Ｌの断熱性の評価を行う）ごとの試料Ｌの温度を測定する（光照射後の試料の温度）。そして、この際（光照射後）に、試料Ｌを配置した広い空間の温度（光照射後の空間の温度）も測定する。この測定には、空間温度計１４を用いる。この温度計は、光照射装置１０から光が照射されず、かつ試料Ｌから５０ｃｍ程度以内の位置に配置されており、上述した温度計１１と同じ高さの空間の温度を測定する。そして、光照射後の試料の温度と、光照射後の空間の温度の差（光照射後の試料Ｌの温度－光照射後の空間の温度）をΔＴ_ｄとして算出する。

　なお、温度測定工程において、試料が取得した光取得量（Ｊ／ｍ^２）は、日射計を用いて測定する。具体的には、温度測定工程の前に、予め同条件（同じ、空間内、照射量、照射時間、室温）で、図１～３の試料Ｌの代わりに、日射計を、高さおよび距離も含め試料Ｌと同じ位置に置き、その日射計が測定した日射量（Ｗ／ｍ^２）に、照射時間を積算して算出することができる。また、光照射装置１０が全方向に（日射計の指示値の影響がない程度に）ほぼ等しく照射可能な装置である場合などには、温度測定工程の際に、日射計を、試料Ｌと同じ高さで、かつ、その日射計と光照射装置１０の距離が、試料Ｌと光照射装置１０の距離と等しくなるように配置し、その日射計により測定した日射量（Ｗ／ｍ^２）に、照射時間を積算して算出することもできる。なお、上述したいずれの算出方法でも、日射計の指示値である日射量が、照射時間とともに変化するような場合には、定期的（例えば、１秒に１回、１分に１回など）に日射量を記録して、その測定間隔だけ時間を積算し、総和することで光取得量をより正確に算出することができる。

　なお、日射計を用いて予め日射量を算出する場合、その日射量と、温度測定工程における光取得量とを、誤差が無視できる程度に一致（再現）させる必要がある。両者に誤差が生じ得る要因としては、光照射装置１０から試料Ｌまでの距離と光照射装置１０から日射計までの距離との誤差、温度計の誤差、日射計の誤差などが挙げられる。また、光照射装置１０として、例えばハロゲンライトを用いる場合、その電源電圧により、光照射装置１０の照射量が変化し、日射計によって測定した日射量が大きく変動し得る。家庭用電源では、±５Ｖ程度の変化が見られるが、安定器などを用いて例えば±０．１Ｖ以下の変動に抑制することが好ましい。

［算出工程］
　算出工程では、試料Ｌの表面Ｌ_ｆに、上述の温度測定工程で送風装置１２において生じさせた風と同様の風が生じている場合の熱流束ｑ_１２、ｑ_２１を算出する。具体的に、算出工程では、空間を、試料Ｌの表面Ｌ_ｆ側に位置する第１空間部と、試料Ｌの裏面Ｌ_ｂ側に位置する第２空間部とに区分し、かつ試料Ｌの表面Ｌ_ｆに光が照射されて、試料が温度測定工程の光照射時と同じ量の光を取得した場合における、試料Ｌから第２空間部側への熱流束ｑ_１２［Ｗ／ｍ^２］を以下の式（１）により算出する。

　ｑ_１２＝Ｉ×Ｓ_ａｂ×ε_ｂ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｂ ^４）／［｛ε_ｂ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｂ ^４）｝＋｛ε_ｆ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｆ ^４）｝］　・・・式（１）

　ここで、Ｉ［Ｗ／ｍ^２］は試料の光取得量、Ｓ_ａｂは日射吸収率、ε_ｆは試料表面の放射率、ε_ｂは試料裏面の放射率、σ［Ｗ／（ｍ^２・ｋ^４）］はステファン－ボルツマン定数、ΔＴ_ｄは、温度測定工程における、光照射後の試料の温度から、光照射後の空間の温度を差し引いたときの温度差［Ｋ］と第１空間部の温度［Ｋ］との和、Ｔ_ｆ［Ｋ］は第１空間部の温度、Ｔ_ｂ［Ｋ］は第２空間部の温度である。

　なお、より詳細に、ε_ｆおよびε_ｂは、それぞれ試料Ｌの表面Ｌ_ｆを構成する材料および裏面Ｌ_ｂを構成する材料の放射率であって、それぞれの垂直放射率をＪＩＳ　Ａ５７５９：２００８の表１５に規定する係数によって換算した数値である（以下、このようにして換算した放射率を、「補正放射率」ということもある）。なお、試料Ｌが単一の素材から構成される場合には、ε_ｆ＝ε_ｂとして、単一の素材の放射率を適用すればよい。また、試料Ｌが３枚以上の積層体から構成される場合には、第１空間部、第２空間部の最表面の放射率をそれぞれε_ｆ、ε_ｂとする。また、ステファン－ボルツマン定数σは、５．６７×１０^－８［Ｗ／（ｍ^２・ｋ^４）］である。

　また、Ｓ_ａｂは、日射吸収率であって、ＪＩＳ　Ａ５７５９：２００８に規定される方法によって測定された日射透過率と日射反射率との和を１から引いた数値である。

　そして、このようにして算出された熱流束ｑ_１２が正の場合、第２空間部の温度が第１空間部の温度よりも高い（第１空間部の温度が第２空間部の温度よりも低い）にもかかわらず、第２空間部から第１空間部に熱が流れない。すなわち、このような場合、光照射による試料Ｌの温度上昇を測定した際の風速条件と同じ風速条件において、試料Ｌがその際の照射量と同じ量の光を取得し、かつ第１空間部の温度Ｔ_ｆ、第２空間部の温度Ｔ_ｂの条件において、完全断熱が達成できると判断することができる。すなわち、熱流束ｑ_１２が正または０であれば、熱流束ｑ_１２の値の大小や、第１空間部と第２空間部との間の温度差には関係なく、第２空間部の伝導熱は第１空間部へ移動しない。つまり、このような場合には、試料Ｌを用いて完全断熱を達成可能と判断することができる。

　このことについてより具体的な例を挙げて説明する。第１空間部が外気、第２空間部が室内であり、試料Ｌを用いて外気と室内を区分した場合において、熱流束ｑ_１２が正または０であれば、室内の伝導熱は外気へ移動しないことを意味している。

　また、他の態様において、算出工程では、空間を、試料Ｌの表面Ｌ_ｆ側に位置する第１空間部と、試料の裏面Ｌ_ｂ側に位置する第２空間部とに区分し、かつ試料Ｌの表面Ｌ_ｆに光が照射されて、試料Ｌが温度測定工程の光照射時と同じ量の光を取得した場合における、試料Ｌから第１空間部側への熱流束ｑ_２１［Ｗ／ｍ^２］を下記式（２）により算出する。

　ｑ_２１＝－Ｉ×Ｓ_ａｂ×ε_ｆ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｆ ^４）／［｛ε_ｂ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｂ ^４）｝＋｛ε_ｆ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｆ ^４）｝］　・・・式（２）

　そして、このようにして算出された熱流束ｑ_２１が負の場合、第１空間部の温度が第２空間部の温度よりも高い（第２空間部の温度が第１空間部の温度よりも低い）にもかかわらず、第１空間部から第２空間部に熱が流れない。すなわち、このような場合、光照射による試料Ｌの温度上昇を測定した際の風速条件と同じ風速条件において、試料Ｌがその際の照射量と同じ量の光を取得し、かつ第１空間部の温度Ｔ_ｆ、第２空間部の温度Ｔ_ｂの条件において、完全断熱が達成できると判断することができる。すなわち、熱流束ｑ_２１が負または０であれば、熱流束ｑ_２１の値の大小や、第１空間部と第２空間部との間の温度差には関係なく、第１空間部の伝導熱は第２空間部へ移動しない。つまり、このような場合には、試料Ｌを用いて完全断熱を達成可能と判断することができる。

　このことについてより具体的な例を挙げて説明する。第１空間部が外気、第２空間部が室内であり、試料Ｌを用いて外気と室内を区分した場合において、熱流束ｑ_２１が負または０であれば、外気の伝導熱は室内へ移動しないことを意味している。

　以上の式（１）および式（２）の算出方法について、具体的に説明する。

　試料Ｌが、特定の照射量（Ｉ）の光を取得した場合、その取得した光は、透過光、反射光および吸収光の３つの成分に分けられる。このうち、吸収の成分は、試料の光取得量をＩ、日射吸収率をＳ_ａｂとして、Ｉ×Ｓ_ａｂと表される。そして、Ｉ×Ｓ_ａｂで表されるエネルギーは、試料Ｌから第１空間への熱流束（上記式（１）にて求められる熱流束）、および試料Ｌから第２空間への熱流束（上記式（２）にて求められる熱流束）に分けられる。具体的に、Ｉ×Ｓ_ａｂで表されるエネルギーのうち、それぞれの方向についての熱流束は、熱放射の量に比例して分けられる。

　ここで、ある１つの空間内（気温Ｔ_ｓ）での物体（温度Ｔ_ｏ）の同空間内への熱放射はステファン－ボルツマンの基本式（下記式（３））で表される。

　ε×σ×（Ｔ_ｏ ^４－Ｔ_ｓ ^４）　・・・式（３）

　ここで、εは放射率、Ｔ_ｏは物体の温度、Ｔ_ｓは空間の温度である。

　このステファン－ボルツマンの基本式より、試料Ｌから第２空間部側への熱放射の割合、および試料Ｌから第１空間部側への熱放射の割合は、それぞれ下記式（４）および式（５）で表される。

　ε_ｂ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｂ ^４）／［｛ε_ｂ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｂ ^４）｝＋｛ε_ｆ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｆ ^４）｝］　・・・式（４）

　ε_ｆ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｆ ^４）／［｛ε_ｂ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｂ ^４）｝＋｛ε_ｆ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｆ ^４）｝］　・・・式（５）

　ε_ｆは試料表面の放射率、ε_ｂは試料裏面の放射率、σ［Ｗ／（ｍ^２・ｋ^４）］はステファン－ボルツマン定数、ΔＴ_ｄは、温度測定工程における、光照射後の試料の温度から、光照射後の空間の温度を差し引いたときの温度差［Ｋ］と第１空間部の温度［Ｋ］との和、Ｔ_ｆ［Ｋ］は第１空間部の温度、Ｔ_ｂ［Ｋ］は第２空間部の温度である。

　Ｉ×Ｓ_ａｂに、それぞれ、上記式（４）および式（５）で表される割合を掛けることで、試料Ｌから第２空間部側への熱流束ｑ_１２［Ｗ／ｍ^２］、および試料Ｌから第１空間部側への熱流束ｑ_２１［Ｗ／ｍ^２］を算出する上記式（１）および式（２）が導かれる。

　なお、放射率εは、より詳しくは、波長範囲５．５～２５．２μｍの反射率は、その範囲の波長の電磁波を照射したときの反射率を用い、波長範囲２５．２～５０μｍの反射率は、２５．２μｍの波長の電磁波を照射したときの反射率を用い、（１－反射率）の式から算出する。

　算出工程において、熱流束を算出するための系は、試料Ｌによって第１空間部と第２空間部の２つの空間に区分（分断）されている。そして、試料Ｌが吸収した熱は、各要素の絶対温度の４乗の差と、試料Ｌの第１空間部側の表面（Ｌ_ｆ）の素材と、第２空間側の裏面（Ｌ_ｂ）の素材が持つそれぞれの放射率に比例して、各方向に分配されて放射される。試料Ｌが吸収した熱量は、（光取得量Ｉ×日射吸収率Ｓ_ａｂ）であり、このときエネルギー保存則から、｜ｑ_２１｜＋｜ｑ_１２｜に等しい。上記式（３）を用いて算出した、試料Ｌから第１空間部側への熱放射率をｑ_１、試料Ｌから第２空間部側への熱放射率をｑ_２とすると、試料Ｌから第１空間部への熱流束ｑ_２１は、ｑ_２１＝－光取得量Ｉ×日射吸収率Ｓ_ａｂ×ｑ_１／（ｑ_１＋ｑ_２）と分配される。また、試料Ｌから第２空間部への熱流束ｑ_１２は、ｑ_１２＝光取得量Ｉ×日射吸収率Ｓ_ａｂ×ｑ_２／（ｑ_１＋ｑ_２）と分配される。

　以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されない。

　（断熱性の確認）
　６面全て厚さ５ｍｍのガラス（日射吸収率９．７％、放射率０．８４２）で出来た同じケースを２つ用意した。一方には、その表面６面全てにフィルム（日射吸収率４４．５％、放射率０．８８７）を貼付して用いた（以下、同じガラスに同じフィルムを貼付して得られた試料を「試料Ａ」と呼ぶ。）。もう一方は、何も貼付することなく、そのままガラスのケースを用いた。

　これらのケースについて、第１空間部をケースの外側、第２空間部をケースの内側とした。環境条件は、自然太陽光の下（平均２．０６ＭＪ／ｍ^２の日射量）、外気温１７℃、風速０．５８ｍ／ｓであった。ガラスケースの内側には、１００Ｗ電球を１つ設置し、ケースの外側より１３Ｋ高い温度（３０℃）になるまで一度加熱し消灯する。ここから１℃（２９℃、外気温より１２Ｋ高い温度）下がったら再点灯させ、これを繰り返し、ガラスケース内が２９～３０℃の範囲で６０分維持し、その消費電力を記録した。この結果、フィルムを貼付しなかったケースを用いた場合、消費電力が４４．６Ｗｈであり、これに対しフィルムを貼付したケース（試料Ａを６面配置して構成したケース）を用いた場合、消費電力が実験開始時に１７℃から３０℃へケース内温度を上げるときに消費した２．２Ｗｈのみであり、以降、消費電力は０であった。このように試料Ａは、ガラスに比べて、室内の温度を維持する能力が優れることが分かった。

　（比較例）
　試料Ａについて、熱貫流率をＪＩＳ　Ａ５７５９：２００８にしたがい測定したところ、第１空間部側の表面（ガラス）の補正放射率ｅ_ｆが０．８４２、第２空間部側の裏面（フィルム貼付側）の補正放射率ｅ_ｂが０．８８２であり、熱貫流率Ｕは６．１［Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）］と算出された。すなわち、ＪＩＳ　Ａ５７５９：２００８によれば、この試料Ａは、ガラス（熱貫流率：６．０［Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）］）よりも熱貫流率が高く、ガラスより断熱性に劣るものと判断された。

　（実施例）
　図１に示す装置を用いて、試料Ａおよびガラスについて、略無風（下記表１において、「≒０」と示す）または風速０．５ｍ／ｓ、１ｍ／ｓ、２ｍ／ｓもしくは３ｍ／ｓそれぞれの条件において、５５．６Ｗ／ｍ^２、１３９Ｗ／ｍ^２、２７８Ｗ／ｍ^２、５５５Ｗ／ｍ^２または８３３Ｗ／ｍ^２の光照射量を取得したときの、試料Ａまたはガラスと測定室温度との温度差（Ｔ_ｄ）を算出した。結果を表１に示す。

　試料Ａ（５ｍｍの板ガラスに日射吸収率４４．５％、放射率０．８８７のフィルムを貼付）を用いて、閉空間内で第１空間部および第２空間部を分断し、第２空間部の温度２０℃、第１空間部の風速０．１５ｍ／ｓ、光照射取得量５５５Ｗ／ｍ^２の場合において、第１空間部の温度を変化させた場合の、式（１）を用いて算出した表面側から裏面側への熱流束、および式（２）を用いて算出した裏面側から表面側への熱流束対第１空間部温度と第２空間部温度との温度差のプロットを図５に示す。また、試料Ａに代えてガラスを用いた場合の、式（１）を用いて算出した表面側から裏面側への熱流束および式（２）を用いて算出した裏面側から表面側への熱流束対第１空間部温度と第２空間部温度との温度差のプロットを図４に示す。

　図４および図５の横軸は、第１空間部の温度と第２空間部の温度との差（第１空間部の温度－第２空間部の温度）である。また、図４および図５の縦軸（熱流束）が正である場合、熱流束が試料から第２空間へ向いていることを示し、縦軸（熱流束）が負である場合、熱流束が試料から第１空間へ向いていることを示す。熱力学第二法則にしたがえば、熱流束が正の場合に対応する温度差を、第１空間部と第２空間部とが有している場合、第２空間部から第１空間部へ伝導熱が移動しないことを意味する。一方、熱流束が負の場合に対応する温度差を、第１空間部と第２空間部とが有している場合、第１空間部から第２空間部へ伝導熱が移動しないことを意味する。

　次に、図４および図５の縦軸（熱流束）が０となるときの横軸（温度差）、つまり、試料Ａから第２空間部への熱流束が始まる横軸（温度差）の位置（以下、「起点」ということもある。）に注目すると、試料Ａの起点の方が、ガラスの起点より左側、つまりガラスよりも第１空間部と第２空間部との温度差がより大きいときでも熱流束が発生していることが分かる。例えば、第１空間部を屋外、第２空間部を室内とし、室内を暖房して室温が２０℃の場合に、試料Ａの起点（熱流束が０になるときの、第１空間部と第２空間部との温度差）は－２０．９Ｋであるから、外気温が－０．９℃以上で完全断熱が起こる。これに対し、ガラスの起点（熱流束が０になるときの、第１空間部と第２空間部との温度差）は－１１．８Ｋであるから、外気温が８．２℃以上のときに完全断熱が起こる。よって試料Ａはガラスのみと比較して、外気温が９．１Ｋ低い条件でも完全断熱が起きるといえ、試料Ａの断熱性はガラスより優れると評価できる。

　以上のとおり、ＪＩＳ　Ａ５７５９：２００８の規格に基づく評価方法では、試料Ａは、ガラスに比べて断熱性が劣っているとの評価結果であったのに対し、本発明に係る評価方法によれば、試料Ａは、ガラスに比べて断熱性が優れているとの評価結果が得られた。そして、本発明に係る評価方法の結果は、実際に断熱性を確認した結果と一致する。

　１　　温度上昇測定装置
　１０　　光照射装置
　１１　　試料温度計
　１２　　送風装置
　１３　　風量計
　１４　　空間温度計
　１５　　試料支持体
　１６，１７　　直射防止材
　１６１　　非透光頂面
　１６２　　支持部
　１７１，１７２　　非透光板
　Ｌ　　試料
　Ｌ_ｆ　　（試料の）表面
　Ｌ_ｂ　　（試料の）裏面

Claims

　板状の試料の断熱性を評価する評価方法であって、
　広い空間内に前記試料を置き、前記試料の表面に光を照射する前の、前記試料の温度と前記空間内の温度を測定し、その後、前記試料の表面に光を照射した後の、前記試料の温度と前記空間内の温度を測定する、温度測定工程と、
　前記空間を、前記試料の表面側に位置する第１空間部と、前記試料の裏面側に位置する第２空間部とに区分し、かつ前記試料の表面に光が照射されて、前記試料が前記温度測定工程の光照射時と同じ量の光を取得した場合における、前記試料から前記第２空間部側への熱流束ｑ_１２［Ｗ／ｍ^２］を下記式（１）により算出する算出工程と
を含む、評価方法。
　ｑ_１２＝Ｉ×Ｓ_ａｂ×ε_ｂ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｂ ^４）／［｛ε_ｂ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｂ ^４）｝＋｛ε_ｆ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｆ ^４）｝］　　・・・式（１）
　前記式（１）中、Ｉ［Ｗ／ｍ^２］は前記試料の光取得量、Ｓ_ａｂは日射吸収率、ε_ｆは前記試料表面の放射率、ε_ｂは前記試料裏面の放射率、σ［Ｗ／（ｍ^２・ｋ^４）］はステファン－ボルツマン定数、ΔＴ_ｄは、前記温度測定工程における、光照射後の前記試料の温度から、光照射後の前記空間の温度を差し引いたときの温度差［Ｋ］と前記第１空間部の温度［Ｋ］との和、Ｔ_ｆ［Ｋ］は前記第１空間部の温度、Ｔ_ｂ［Ｋ］は前記第２空間部の温度である。
　前記熱流束ｑ_１２が正または０の場合に、完全断熱が可能であると評価する、請求項１に記載の評価方法。
　板状の試料の断熱性を評価する評価方法であって、
　広い空間内に前記試料を置き、前記試料の表面に光を照射する前の、前記試料の温度と前記空間内の温度を測定し、その後、前記試料の表面に光を照射した後の、前記試料の温度と前記空間内の温度を測定する、温度測定工程と、
　前記空間を、前記試料の表面側に位置する第１空間部と、前記試料の裏面側に位置する第２空間部とに区分し、かつ前記試料の表面に光が照射されて、前記試料が前記温度測定工程の光照射時と同じ量の光を取得した場合における、前記試料から前記第１空間部側への熱流束ｑ_２１［Ｗ／ｍ^２］を下記式（２）により算出する算出工程と
を含む、評価方法。
　ｑ_２１＝－Ｉ×Ｓ_ａｂ×ε_ｆ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｆ ^４）／［｛ε_ｂ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｂ ^４）｝＋｛ε_ｆ×σ×（ΔＴ_ｄ ^４－Ｔ_ｆ ^４）｝］　　・・・式（２）
　前記式（２）中、Ｉ［Ｗ／ｍ^２］は前記試料の光取得量、Ｓ_ａｂは日射吸収率、ε_ｆは前記試料表面の放射率、ε_ｂは前記試料裏面の放射率、σ［Ｗ／（ｍ^２・ｋ^４）］はステファン－ボルツマン定数、ΔＴ_ｄは、前記温度測定工程における、光照射後の前記試料の温度から、光照射後の前記空間の温度を差し引いたときの温度差［Ｋ］と前記第１空間部の温度［Ｋ］との和、Ｔ_ｆ［Ｋ］は前記第１空間部の温度、Ｔ_ｂ［Ｋ］は前記第２空間部の温度である。
　前記熱流束ｑ_２１が負または０の場合に、完全断熱が可能であると評価する、請求項３に記載の評価方法。