真空断熱材の建築用途への展開について

近畿大学理工学部建築学科
Department of Architecture School of Science & Engineering Kinki University
真空断熱材の建築用途への展開について
岩
近
理
建
Atsushi IWAMAE
前
篤
畿 大 学
工 学 部
築 学 科
[email protected]
概要
V 真空断熱材とは
V 実用化の実際
V 展開の期待
V 問題
V ブレークスルーポイント
V 今後の予定
熱伝導率 W/mK
無機系
0.03∼0.05
発泡系
0.02∼0.03
VIP
0.002∼0.01
空気
0.02
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真空断熱材とは？
V VIP（Vacuumed Insulated Panel）
V 多孔質の心材をラミネートフィルムで包み、内部を
１∼200Paまで減圧したもの
™１気圧：101,325Pa
同じ熱抵抗の硝子繊維断熱材と真空断熱材
（IEA Annex39 HPより）
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高断熱の鍵
V 魔法瓶のパネル化
V 熱伝導の３態
™伝導 固体同士の接触を減らす
™対流 減圧で、空気分子自体を減少させる
™放射 反射率を大きくする
V λ＝λ固体＋λ気体＋λ放射＋λ対流
™芯材の固体熱伝導率を低下させる
™減圧状態を維持する
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VIPの基本構造
V ラップ材：真空度の維持
V 芯材：熱伝導率と剛性
V 反り
V ゲッター剤
ゲッター剤：空気を吸着する
V 侵入した空気を吸着する
™ 物理吸着 活性炭、ゼオライトなど
™ 化学吸着 金属化合物、CaOなど
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芯材
V 多孔体で、固体熱伝導率の小さいもの → 断熱材
V ウレタン
回収品をリサイクルに用いる
V 粉末シリカ
極微粒の粉末により接触を小さくする
V 繊維
グラスウールなど
V 点接触の工夫
ランダムな繊維配列
↓
伝導成分が多くなる
層状に繊維を配列
↓
点接触が増える
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製造方法
V ラップ材成形
V ゲッター剤挿入
V 芯材挿入
V 減圧
V 端辺融着
V 検査
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Annex39
V High Performance Thermal Insulation Systems
(HiPTI)
V Markus Erb, Dr Eicher & Pauli AG, Switzerland
V Countries: Australia, Canada, Belgium, Denmark,
France, Germany, Italy, Netherlands, Sweden
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7th VIP Symposium 主なトピックス
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
One Century of Progress in Vacuum Insulation Technology
Aging and Service Life of VIP in Buildings
Influence of Water on the Total Heat Transfer in ‘Evacuated’
Insulations
Monitoring Gas Pressure in Vacuum Insulation Panels
Non-destructive Method to Determine the Water Vapour Pressure
in VIP
Applications of Vacuum Insulation Panels in Extreme
Environments
Finite Element Analysis Used to Model VIP Barrier Film
Performance
Thermal-hygric Suitability of Vacuum Insulation Boards for
Refurbishing of Buildings
Numerical Investigation on Thermal Bridge Effects in Vacuum
Insulating Elements
Practical Experience with VIPs in External Thermal Insulation
Composite Systems
Typology of Applications of Opaque and Translucent VIP in the
Building Envelope
Vacuum Insulation Glass
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文献紹介
V Mukhopadhyaya, P.; Kumaran, K.; Lackey, J.;
Normandin, N.; van Reenen, D.
V Methods for Evaluating Long-term Changes in
Thermal Resistance of Vacuum Insulation Panels
V Proceedings of the 10th Canadian Conference
on Building Science and Technology, Ottawa,
Ont., May 12-13, 2005, pp. 169-181
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熱伝導率 計測結果（標準状態）
V According to ASTM Standard C 518.
Thermal conductivity [W/mK]
0.0049
0.0048
0.0047
0.0046
0.0045
0.0044
0.0043
-5
5
15
25
35
Mean temperature [℃]
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芯材の影響
V 芯材によって、減圧の効果が異なる
Thermal conductivity [W/mK]
0.040
Open-cell Polystyrene
Open-cell Polyurethane
Precipitated Silica
Nanogel
0.035
0.030
0.025
0.020
0.015
0.010
0.005
0.000
1
10
100
1000
10000
100000
Pressure [Pa]
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初期熱抵抗のばらつき
V １つを除き、ほぼ安定した性能を示した。
V Sample-1は製造不良か．
Thermal Resistivity [mK/W]
300
250
200
150
100
50
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
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常温での経時変化
V 温度：21±1℃、湿度：約50%
V 初めの１ヶ月で６％低下、その後は安定
Thermal resistivity [mK/W]
300
Specimen 9
250
250
200
200
150
150
100
100
50
50
0
0
43
98 195 254 373
Time [Days]
Specimen 10
300
0
0
42
97 194 253 372
Time [Days]
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高湿状態での経時変化
V 90日∼190日の中で、23℃・90%RHに60日間おく
V 特に目立った変化は見られなかった。
Thermal resistivity [mK/W]
300
Specimen 4
250
200
90%
150
100
50
0
0
53
90
189
Time [Days]
264
377
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高温・高湿環境での経時変化
V 255∼290日の間で、１ヶ月間、32℃・90%におく
V わずかに変化に影響が見られた（？）
Thermal resistivity [mK/W]
Specimen 12
300
250
200
150
100
32℃・90%
50
0
0
44
95
246 294 372
Time [Days]
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端部の熱橋性状
V 30cm角のVIPを４枚並べて、ASTM C518の熱抵抗
測定を実施した。
VIP
VIP
VIP
VIP
60cm
V 結果は、5３ mK/W
V １枚づつでは、220 mK/W
V 端部熱橋の影響は非常に大きい
60cm
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内部気圧の変化
V 常温１５０日後の内圧変化
Pressure [milibar]
10
8
Initial Aged
6
4
2
0
482-61
482-71
482-81
482-91
Specimen ID
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建築への展開：在来木造の断熱
V 断熱材の場所
V 充填断熱
V 外張り断熱
外側：外張り
壁体内部：充填
V 室内側仕上げ
V 真壁
伝統木造：柱が室内に剥き出しになる
» 従来は土もしくは漆喰塗り（左官工事）
V 大壁
在来木造：柱が隠れる
» 壁クロスなどで無機的になる（内装工事）
» 構造が分からない。（鉄骨造もRCも同じ）
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充填断熱工法
V 最も多い工法
柱
間柱
外壁下地（合板）
断熱材
内壁下地（石膏ボード）
V 柱と間柱の間に袋入り断熱材（無機系）を詰める
V 問題とされる点
V 施工：触れるとチクチクする → 職人が嫌がる
V 隙間が出来やすい
V 内部で結露が起こる
V 配管・配線スペース？
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外張り断熱工法
V 最近増えている工法
気密合板
断熱材
外壁下地（合板）
配管・配線スペース
V 高気密に向いている
V 問題とされる点
V コストアップ
V 断熱性の限界 厚みを増やすと外装材に影響が出る
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真空断熱材（VIP）への期待
V 断熱性が良い。
V 薄くなる
™ GW 100mm → VIP 10mm?
V 軽くなる
V 意匠が変わる？ → 真壁？
V 問題とされる点
V 長期性能変化
V 熱橋
VIP
配管・配線スペース
内装下地
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実用への課題
V 熱橋性状
V ３つの熱橋
V 経時変化抑制とのトレードオフ
V 経時変化
V 内圧保持のためには、ラップ材端部の面積が必要
大
熱橋
小
高
密封性
低
V 形状保持
V バイメタル効果による反り？
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３つの熱橋
V 芯材の熱橋
V ラップ材の熱橋
V 壁体構成での熱橋
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まとめ
V 真空断熱材
V 熱橋を考慮すると、従来とレベルの異なる断熱材と
は言えない？
V 薄さ、硬さ
™展開
Š 断熱障子
Š 断熱雨戸
™温暖地の在来木造には向いているのでは？
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