(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁材の表面側に、太陽光反射率が高く且つ８〜１３μｍの波長範囲における赤外線放射率が高い白色のアクリル系樹脂材から形成した第一断熱層を設け、その第一断熱層の上に、熱伝導率が低く且つ８〜１３μｍの波長範囲における赤外線透過率が高いポリエチレンフォームから成る第二断熱層を設けてある壁構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、壁構造に関し、更に詳しくは、太陽光反射率が高く且つ赤外線放射率が高い断熱層を備えている壁構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の壁構造は、例えば住居やマンションや小屋や倉庫等の建物、そして低温タンクや車や電車や人工衛星等の構造物などにおいて採用されるものであり、従来は、図４の説明断面図に示すような、壁材１１の上に単に断熱層１２を設けてある構造が採用されている。
【０００３】
そして前記断熱層１２は、次のような機能１）乃至３）を備えている白色塗料や断熱塗料等から形成され、建物や構造物の外側からの熱エネルギーがそれらの内部へ侵入するのを防ぐことができるように構成されている。
【０００４】
１）太陽光反射率が高いことから、外気からの太陽光を反射することで建物や構造物の外壁表面の温度上昇を抑制して、太陽光の熱エネルギーが建物や構造物の内部へ侵入するのを防ぐ。
２）熱伝導率が低いことから、外気の雰囲気温度が建物や構造物の内部へ伝導し難くして、外気の熱エネルギーが熱伝導により建物や構造物の内部へ侵入するのを防ぐ。
３）赤外線放射率が高いことから、放射冷却現象により外壁の極表面側の温度を冷却して、外気の熱エネルギーが赤外線放射により建物や構造物の内部へ侵入するのを削減する。尚、前記放射冷却現象とは、次のようなものである。つまり大気には、８〜１３μｍの波長範囲に非常に透過率の高い領域（いわゆる「大気の窓」）が存在するので、かかる波長範囲において大気中の物体から放射される赤外線は大気を通過して、高層大気または宇宙にまで達することとなる。よって、かかる波長範囲において物体から放射される赤外線量が多く、他の物体或いは低層大気からの放射により流入する総赤外線放射熱量よりも前記物体から放出される総赤外線放射熱量の方が上回る場合には、前記物体は放射冷却されることとなり、このことを放射冷却現象という。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の壁構造によれば、断熱層１２の表面が直接外気に接することから、次のような不具合があった。
つまり、前述した断熱層１２の機能３）によりその極表面側１２ａは、放射冷却現象によって温度が低下するものの、直接接する外気つまり空気中からの熱伝達作用により打ち消され、短時間で温度が上昇してしまい易いという不具合があった。
このため、放射冷却現象を有効に利用することができず、結果として、建物や構造物の外側からの熱エネルギーがそれらの内部へ侵入するのを十分には防ぐことができず、まだ改善の余地が残されていた。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、建物や構造物の外側からの熱エネルギーがそれらの内部へより侵入し難くすることができる壁構造を提供するところにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の特徴構成は、図１に例示するごとく、壁材の表面側に、太陽光反射率が高く且つ８〜１３μｍの波長範囲における赤外線放射率が高い白色のアクリル系樹脂材から形成した第一断熱層を設け、その第一断熱層の上に、熱伝導率が低く且つ８〜１３μｍの波長範囲における赤外線透過率が高いポリエチレンフォームから成る第二断熱層を設けてあるところにある。
【０００８】
尚、本発明において、壁構造とは、建物や構造物の構造部分のうち外気に接する部分を全て意味し、その側壁部分は勿論のこと、上壁部分すなわち屋根部分や天井部分の構造をも含むものである。
【０００９】
〔作用効果〕
第一断熱層は、太陽光反射率が高いので、外気からの太陽光を反射することで建物や構造物の外壁表面の温度上昇を抑制して、太陽光の熱エネルギーが建物や構造物の内部へ侵入するのを防ぐことができる。
そして、その第一断熱層の上に設けられる第二断熱層の表面が外気に露出することとなるが、その第二断熱層は熱伝導率が低いので、外気の雰囲気温度が建物や構造物の内部へ伝導し難くして、外気の熱エネルギーが熱伝導により建物や構造物の内部へ侵入するのを防ぐことができる。
【００１０】
さらに、前記第一断熱層は８〜１３μｍの波長範囲の赤外線放射率が高いので、その内側つまり建物や構造物内部からの熱エネルギーを赤外線として放射することができ、その放射された赤外線は８〜１３μｍの波長範囲における赤外線透過率の高い第二断熱層を透過して外気側に放射されるため、第一断熱層の極表面側は放射冷却現象により冷却される。しかも、その冷却される第一断熱層の極表面側は外気ではなく第二断熱層と接しており、その第二断熱層は熱伝導率が低いので、第一断熱層の放射冷却された極表面が熱伝達により温度上昇し難くなり、その放射冷却状態を比較的長期間保持して、放射冷却現象を有効に利用することができるようになる。
尚、第一断熱層の赤外線放射率は、殊に８〜１３μｍの波長範囲における赤外線の放射率が高いほど、放射冷却現象が促進されるため好ましく、同様の理由から、第二断熱層の赤外線透過率は、殊に８〜１３μｍの波長範囲における赤外線の透過率が高いほど、より好ましい。
【００１１】
従って、結果として、建物や構造物の外側からの熱エネルギーがそれらの内部へより侵入し難くすることができ、例えば建物や構造物の内部を一定温度に保つ必要がある場合（例えば低温タンクの場合等）には、建物や構造物の内部への熱エネルギーの流入量を低減することにより、その内部の温度制御のために必要となる消費電力を削減することができるのである。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明に係る壁構造の一実施形態の説明断面図を図１に示す。
【００１６】
図１に示すように、前記壁構造は、壁材１の表面側に、太陽光反射率が高く且つ赤外線放射率が高い第一断熱層２を設け、その第一断熱層２の上に、熱伝導率が低く且つ赤外線透過率が高い第二断熱層３を設けてある。
【００１７】
前記壁材１は、建物や構造物の外壁材であり、例えばその外壁自体や外壁に取り付ける外装材（例えば断熱材等）に相当するものである。
【００１８】
前記第一断熱層２は、太陽光反射率が高く且つ赤外線放射率が高くなるように設けてあれば、如何なる材料から形成してあっても良いが、例えば、白色のアクリル系樹脂材（アクリル樹脂エマルジョン塗料等）から形成すれば、塗布などにより容易に第一断熱層２を設けることができるので、簡便である。尚、第一断熱層２を設けるにあたっては、少なくとも一定厚さの層（或いは膜）を形成することができれば、塗布に限らず、その他の如何なる方法を採用しても良いのはいうまでもなく、例えばシート状の材料を壁材１上に貼着しても良く、粉末上の材料を壁材１上に付着させても良い。
尚、太陽光反射率とは主に０．３μｍ〜２．５μｍの波長範囲にある太陽光線の反射率を意味する。
【００１９】
因みに、この第一断熱層２の熱伝導率は如何なるものでも良いが、先述したように第一断熱層２の極表面側２ａは放射冷却現象により冷却されることから、熱伝導率が高いほど、その冷却作用が壁材１側へより効率的に働くようになり、結果として、外気から壁材１側への熱エネルギーの流入量を一層低減することができるようになるため、好適である。そして、第一断熱層２の厚さも同様の理由から、薄いほどより好ましい。
【００２０】
前記第二断熱層３は、熱伝導率が低く且つ赤外線透過率が高くなるように設けてあれば、如何なる材料から形成してあっても良いが、例えば、ポリエチレン樹脂又はポリメチルペンテン樹脂又は臭化カリウムから形成すれば、十分な赤外線放射率及び熱伝導率を備える第二断熱層を設けることができ、好適である。そして、第二断熱層３を設けるにあたっては、少なくとも一定厚さの層（或いは膜）を形成することができれば、如何なる方法を採用しても良く、例えばスラリー状の材料を第一断熱層２上に塗布しても良く、シート状の材料を第一断熱層２上に貼着しても良く、粉末上の材料を第一断熱層２上に付着させても良い。そして、第二断熱層３にも太陽光を反射させる機能を備えさせても、勿論良い。
【００２１】
以上のような構成を備えた本発明に係る壁構造によれば、建物や構造物の外側からの熱エネルギーがそれらの内部へより侵入し難くすることができ、例えば建物や構造物の内部を一定温度に保つ必要がある場合（例えば低温タンクの場合等）には、建物や構造物の内部への熱エネルギーの流入量を低減することにより、その内部の温度制御のために必要となる消費電力を削減することができるのである。
【００２２】
【実施例】
以下に本発明の効果を確認するための具体的な実施例、比較例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２３】
実施例１
図１に示すような本発明に係る壁構造を有する低温タンクを想定し、計算機シミュレーションを行った。この際、前記低温タンクの内部の保持温度をＴb（Ｋ
）、その外側の大気の温度をＴa（Ｋ）、壁構造の表面側すなわち第二断熱層３
の表面の温度をＴs（Ｋ）とする。
【００２４】
すると、前記Ｔsは、風速に依存する大気からの熱伝達及び低温タンクの表面１ａの温度Ｔbとの間の熱勾配によって決定される。すなわち、前記第二断熱層３はポリエチレンフォームより形成してあると想定し、そのポリエチレンフォームの熱伝導率の測定値０．０３６（Ｗ／ｍＫ）を用い、大気からの熱伝達をマックアダムスによる実験式（種村栄、太陽エネルギー利用ハンドブック、日本太陽エネルギー学会、１９８５，ｐ．１８０）で与えられるとすると、次式（１）  ｈ（Ｔa−Ｔs）＝α（Ｔs−Ｔb）／ｔ          （１）
からＴsを導出することができる。ただし、αは第二断熱層の熱伝導率（０．０３６（Ｗ／ｍＫ））であり、ｔは壁構造の厚さ（つまり第一断熱層と第二断熱層の総厚）であり、本実施例では第一断熱層の厚さは十分薄いものを想定して第二断熱層の厚さを総厚とし、ｔ＝１ｃｍとした。そして、ｈはマックアダムスによる実験式で与えられる大気からの熱伝達率であり、次式（２）
ｈ＝５．７＋３．８ｖ          （２）
から導出される。ただし、ｖ（ｍ／ｓ）は壁構造の表面側における風速であり、本実施例では大気の風速とした。
【００２５】
以上の条件を用いて、Ｔa＝３００Ｋ、Ｔb＝２５０Ｋの場合の低温タンク表面１ａへの流入熱量を計算した。
前記流入熱量は、１）大気からの赤外線放射、２）壁構造を介する低温タンク表面への熱伝導、３）低温タンク表面から壁構造を介しての赤外線放射  のバランスから求めることができる。
１）大気からの赤外線放射は、３００Ｋの黒体放射に大気の放射率（または吸収率）（R.M.GoodyandY.L.Yung,AtmosphericRadiation,OxfordUniversity
Press,1989,p.4）を乗じて得られる。
２）壁構造を介する低温タンク表面への熱伝導は、α（Ｔs−Ｔb）／ｔで与えられる。
３）低温タンク表面から壁構造を介しての赤外線放射は、２５０Ｋの黒体放射で近似した。
尚、第一断熱層の太陽光反射率は１と近似し、太陽光による壁構造の熱上昇はないものと仮定した。
風速ｖが０ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓまで変化した場合の流入熱量の計算結果を、図２の点線に示す。
【００２６】
実施例２
低温タンクの内部の保持温度Ｔb＝２００（Ｋ）としたこと以外は、上記実施例１と同様にして計算機シュミレーションを行った。その計算結果を図３の点線に示す。
【００２７】
比較例１
従来の技術の欄において詳述した図４に示すような壁構造を有する低温タンクを想定し、計算機シュミレーションを行った。この際、前記低温タンクの内部の保持温度をＴb（Ｋ）、その外側の大気の温度をＴa（Ｋ）、壁構造の表面側すなわち断熱層１２の表面１２ａの温度をＴs（Ｋ）とする。
【００２８】
本比較例１では、断熱層１２の赤外線放射によるその表面１２ａの放射冷却現象を考慮する必要があるため、前記Ｔsは、風速に依存する大気からの熱伝達及び低温タンクの表面１１ａの温度Ｔbとの間の熱勾配とともに、大気からの赤外線放射と断熱層１２からの赤外線放射とのバランスによって決定される。上述の実施例１と比較できるように、前記断熱層１２の熱伝導率としては０．０３６（Ｗ／ｍＫ）を用い、そして、大気からの熱伝達をマックアダムスによる実験式（種村栄、太陽エネルギー利用ハンドブック、日本太陽エネルギー学会、１９８５，ｐ．１８０）で与えられるとすると、次式（３）
ｈ（Ｔa−Ｔs）＋Ｅatmosphere＝α（Ｔs−Ｔb）／ｔ＋Ｅsurface（３）からＴsを導出することができる。ただし、αは断熱層１２の熱伝導率（０．０３６（Ｗ／ｍＫ））であり、ｔは壁構造の厚さ（つまり断熱層１２の厚さ）であり、本比較例では１ｃｍとした。そして、Ｅatmosphereは大気からの赤外線放射、Ｅsurfaceは断熱層１２の表面１２ａからの赤外線放射である。尚、ｈは実施例１と同様に前記（２）式から与えられる。
【００２９】
以上の条件を用いて、Ｔa＝３００Ｋ、Ｔb＝２５０Ｋの場合の低温タンク表面１１ａへの流入熱量を計算した。
前記流入熱量は、１）壁構造を介する低温タンク表面への熱伝導、２）壁構造（断熱層）の表面からの赤外線放射  のバランスから求めることができる。
１）壁構造を介する低温タンク表面への熱伝導は、α（Ｔs−Ｔb）／ｔで与えられる。
２）壁構造の表面からの赤外線放射は、２５０Ｋの黒体放射で近似した。
尚、断熱層の太陽光反射率は１と近似し、太陽光による壁構造の熱上昇はないものと仮定した。
風速ｖが０ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓまで変化した場合の流入熱量の計算結果を、図２の実線に示す。
【００３０】
比較例２
低温タンクの内部の保持温度Ｔb＝２００（Ｋ）としたこと以外は、上記比較例１と同様にして計算機シュミレーションを行った。その計算結果を図３の実線に示す。
【００３１】
図２に示した結果からは、低温タンクの内部の保持温度Ｔb＝２５０（Ｋ）のときには、実施例１と比較例１はいずれも、風速と共に低温タンク表面への流入熱量も単調に増大するが、実施例１は、比較例１よりも常に低い流入熱量値となっており、殊に風速ｖ＝２（ｍ／ｓ）以上では、比較例１よりも１／３〜１／２の値となっていることがわかる。
また、図３に示した結果からも、低温タンクの内部の保持温度Ｔb＝２００（Ｋ）のときには、実施例２は、風速ｖ＝２．７（ｍ／ｓ）以上では比較例２よりも低い流入熱量値となっていることがわかる。
従って、本発明に係る壁構造によれば、確かに、建物や構造物の外側からの熱エネルギーがそれらの内部へより侵入し難くできることを確認できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る壁構造の説明断面図
【図２】  本発明に係る壁構造の効果を示す説明図
【図３】  本発明に係る壁構造の効果を示す説明図
【図４】  従来の壁構造の説明断面図
【符号の説明】
１    壁材
１ａ  壁材の表面
２    第一断熱層
２ａ  第一断熱層の表面
３    第二断熱層
３ａ  第二断熱層の表面
１１  壁材
１１ａ壁材の表面
１２  断熱層
１２ａ断熱層の表面
【図１】
0004743365.tif 000002
【図２】
0004743365.tif 000003
【図３】
0004743365.tif 000004
【図４】
0004743365.tif 000005