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2026-03-27 23:03:00
新しい分析により、相変化材料を壁、天井、床内に正確に配置すると、建物のエネルギー使用量を大幅に削減できることが判明しました。
この発見は、通常の建物の表面を、冷暖房システムが稼働する前に室内温度を安定させることができるアクティブな温度調節器として再構築するものです。
なぜ配置が重要なのか
壁、屋根、天井、床に関する 3,300 件を超える記録を通じて、これらの材料の性能に同じパターンが表面化し続けました。
一連の証拠を分析しているのは、Frédéric Kuznik 教授です。 INSA リヨン 配置と材料の選択が、蓄熱が室内条件を変えるかどうかを直接決定することを実証しました。
建物の毎日の温度サイクル内の適切な瞬間に材料が融点に達したかどうかに応じて、性能が上昇または低下します。
この制約は、貯蔵容量だけでは影響を保証できないことを示しており、これらの材料が実際にどのように熱を管理するかを理解する必要性が生じています。
建物の壁の PCM
エンジニアはこれを相変化材料 (PCM) と呼んでいます。これは、目標温度付近で溶けて硬化する蓄熱化合物です。
溶解中、温度を上昇させることなく吸収されるエネルギーである潜熱により、壁は暖かさを屋内に伝えるのではなく吸収します。
有機ブレンドは多くの場合、予測どおりに動作しますが、結晶内に水を蓄える塩である水和塩は、より速く熱を移動させることができます。
このトレードオフは、すべての建物、気候、予算、安全目標に適合する単一のレシピがない理由を説明しています。
PCM から建物が得られるもの
冷暖房は依然として建物のエネルギー需要の大半を占めているため、熱流のわずかな遅れでもすぐに効果が現れます。
現場および実験室でのテストでは、PCM が繊維に混合されました 絶縁 熱流を約30%カットします。
別の 1 年間の比較では、PCM を備えた建物と備えていない同様の建物の間で、温熱快適性が 54% 向上していることがわかりました。
快適性の向上は、請求書が完全に反応する前に快適性が向上するため、乗員が午後の急な急上昇や夜間の寒さの低下を感じる場合に最も重要です。
現地の天気に合わせて
完全に溶けたり凍ったりしない物質は多くを蓄えることができないため、PCM が適切にサイクルするかどうかは気候によって決まります。
カザフスタンでの研究では、華氏 79 度付近の融点がモデル化された建物の夏季効率 39.1% を実現することが判明しました。
カザフスタンの 6 つの都市全体で、最適化された選択により熱エネルギー効率が約 37% 向上し、地域の天候がいかに重要であるかを示しています。
したがって、特に昼夜の温度変化が大きい場所では、設計者は材料データと同じくらい気候データも必要とします。
天井内にPCMを設置する
化学反応が正しいと判断されると、漏れなく PCM を石膏、コンクリート、またはパネルに注入することがより困難になります。
直接混合するのは簡単ですが、液体の浸透や化学反応により、高アルカリ性の建材の結合が弱まる可能性があります。
PCM をシェル内に密閉するカプセル化は、液体が留まったまま熱が移動するため役立ちます。
カプセルが小さいほど熱がよく拡散しますが、通常はコストが高くなるため、価格と性能の両方がカプセル化の選択に従います。
屋内のベストスポット
石膏ボードは、室内ブランコが最初に現れるパーティションや天井にすでに設置されているため、人気があります。
レビューにまとめられたテストによると、部屋が華氏82度以上に保たれた時間は、標準的な部屋では50時間だったのに対し、わずか5時間だった。
屋根上で PCM と 反射面 熱流束が 66.8% 減少し、表面温度が華氏約 4 度低下しました。
このようなパフォーマンスの違いは、なぜ場所がそれほど重要なのかを説明しています。建物の層が異なれば、熱パターンも大きく異なります。
熱をより速く移動させる
PCM は熱が到達する速度でしか機能しませんが、それが依然としてこの分野の最大の制限の 1 つです。
研究者の中には、グラファイト、金属酸化物、またはカーボンナノチューブを添加することで、熱伝導率、つまり熱の移動のしやすさを高めた人もいます。
レビューにまとめられた最近の研究では、熱伝導率が 40% ～ 150% 向上し、建築材料内の充電と放電が高速化されたことが報告されています。
熱の流れが速くなると、より小さい PCM 層が有用になりますが、余分な添加剤によりコストが上昇したり、製造が複雑になったりする可能性があります。
耐久性とリスク
実際の建物は材料を何年にもわたって使い続けるため、火災の危険性、漏れ、繰り返しのサイクルによって、有望な実験結果が存続するかどうかが決まります。
有機 PCM は燃えやすくなりますが、一部の塩水和物は過冷却、つまり部屋が冷えたときに熱の放出が遅くなる遅延凍結を起こします。
膨張を繰り返すと、近くの材料に亀裂が入ったり、混合成分が分離したりする可能性があり、サイクルを重ねると確実に保管量が減少します。
火災の危険性、漏洩、サイクルによる損傷は、標準化された火災試験と長期にわたる理由を説明するのに役立ちます。 試練 研究室の進歩にはまだ遅れをとっています。
建物内の PCM の次のステップ
特に設計者が重量で約 10% ～ 20% の PCM を超える壁を設置する場合、コストが依然として大規模プロジェクトの妨げとなります。
バイオベースのブレンドと安価な鉱物担体は、材料コストを削減し、火災の懸念を軽減できるため、有望に見えます。
最近の一つ 複合 は 2,000 サイクル後も安定しており、実際の建物にとってより実用的な製品であることを示しています。
それでも、隠れた蓄熱装置が日常的に使用されるようになる前に、建設業者はコード、サプライチェーン、並べて配置された現場データを必要とします。
化学物質、気候、配置が毎日の暑さのリズムと一致すると、PCM が成功するという証拠が示されています。
PCM をうまく使えば、普通の壁や屋根を内蔵の蓄熱庫に変えることができますが、マッチングが不十分だと依然としてお金とスペースが無駄になります。
この研究は、 熱科学と工学の進歩。
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Eric Ralls と Earth.com が提供する無料アプリ、EarthSnap で私たちをチェックしてください。
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#建物のエネルギーを節約するために材料を壁に隠すことができます