地球温暖化対策の家の開発～１年中 快適温度の家を目指して～

福島県立福島西高等学校 科学部
佐藤 颯人、舟山 海斗、瀬川 悠太
大久保 旭、松川 隼士、後藤 健太（2020 年９月１日 発表）

地球温暖化が進行する中、猛暑の福島盆地でも快適に住むことができる家の開発を目的として、状態変化の際に物質が熱を吸収することに注目し、融点が 24℃～34℃のラード（豚脂）で周囲を覆い、中心部の温度変化を測定した。
その結果、紙粘土で覆った実験体よりも、ラードで覆った実験体の方が、高温（60℃）の環境下でも低温（－５℃～０℃）の環境下でも温度変化が少なく、快適温度（25℃～28℃）を保持することがわかった。

１緒言

近年、毎年のように最高気温が更新され、50 年の一度の大雨が降り続き、各地で観測史上最高気温が記録されており、地球温暖化が進行していることが実感としてある。
熱中症で病院に搬送される人数も大多数おり、非常に危惧する状況である。
気候変動に関する政府間パネル（IPCC）

図１

世界の平均気温の変化の報告書によると、世界平均気温は、1880
化学の授業で、「状態変化とエネルギー」年から 2012 年の期間に 0.85℃上昇しを学習した。融解熱の学習内容は以下のとた（図 1）。

おりである。
固体を加熱すると、粒子の熱運動が激し1

くなっていく。そして融点に達すると、粒子融点が 25℃前後の物質を調査したところ、の一部が粒子間の引力を振り切って自由に無機物質ではフランシウム(27℃)、ガリウ動き出し、液体になり始める（融解）。このム(29.8℃)、セシウム(28.4℃)、有機化合物

とき、温度は融点のまま一定に保たれる。こでは、オクタデカン（融点 27.8℃）、2-アミ

れは、与えられた熱が、規則正しく並んだ粒

ノベンゼンチオール（融点 23℃）
、イソチオ子の配列を崩して、液体にするのにつかわシアン酸 p-トリル（融点 25～26℃）などが。
れるためである（図 2）あるが、科学部の生徒会予算の範囲内であ融解している間は、温度が一定であるこること、毒性が低いこと、身近な物質であるとを利用して、家の壁の中に融点約 25℃のことなど総合的に判断して、ラード（ミヨシ

物質を入れておけば、外気温が上昇しても油脂株式会社 LOT No.2002190OMG）を実

一定の温度を保つことができるのではない験材料として採用した。

かと仮定した。
2・2 装置2・2・1 湯煎
ラードは可燃性であるため、湯煎を用いて融解させる。

図 2 加熱による状態変化

室内の温度が一定に保たれることにより、光熱費ひいては二酸化炭素排出の削減につ2・2・2 水槽

ながり、地球温暖化防止に寄与できるもの

観賞用水槽（400mm×260mm×275mm）と考えた。の中央に三角フラスコ（100mL）を設置し、２実周囲にラードを高さ 150mｍまで入れる（下験

図２-Ａ）。対照実験用として、三角フラスコ

2・1 試薬を同位置に設置し、周囲を空気にした水槽

快適温度とは、自律神経が体温を調節すを用意する（下図２-Ｂ）。異物混入を防ぐたる必要が無い範囲と言われており、冬期でめにラップで上面を覆った。

20～24℃、夏期で 25～27℃が大半の人が満足を得られる環境となる。
2

2・2・4 冷却装置
冷却による内部温度変化を測定するため、冷却装置を作製した。

２-Ａ

プラスチック製水槽に氷を敷き詰め、材料を冷却した。
氷が融解しても連続的に冷却を可能にするため、周囲をスポンジやガラス器具で押２-Ｂさえ、冷却できる氷の形状を保った。

2・2・3 加熱装置
被覆した建築材料による内部温度変化を３測定するため、連続的に加熱する実験装置

実験と結果3・1 ラードの融点を作製した。

市販のラードの融点を測定した。結果のグ電球(36Ｗ)を福島市の夏至の南中高度

ラフを図 3-1 に示す。

75.7°から距離 40cm で照射した。
また、ドライヤー（600Ｗ）を斜め上方角度 45°、距離 20√2cm の距離で温風を照射

ラードの加熱時間と温度温度[℃]6055した。

固体

固体と液体が共存

液体50

照射する材料はビーカー（300mL）に入4540れた353025200306090 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660

時間[s]図 3-1 ラードの加熱時間と温度２４℃で融け始め、３４℃で融け終わった。その間に連続的な温度上昇が見られることからラードは混合物であることが分かる。
また、一度融解させ、液体にしたラードを空3気中で自然に冷却すると、液体と固体に分か２℃であった。加えられた熱が、状態変化離した。に使用されているからだと考えられる。

液体部分は融点の低い不飽和脂肪酸（リラードの溶解は確認できなかった。

ノール酸（融点-５℃）、α-リノレン酸（融3・3 被覆材量の加熱比較実験

点-11℃）、パルミトレイン酸（融点-0.1℃）、＜材料＞オレイン酸（融点 13.4℃）および酸化防止剤のトコフェノール（融点３℃）であり、固被覆しない温度計（3-Ａ）

体部分は融点の高い飽和脂肪酸（ミリスチ

紙粘土（3-Ｂ） ラード（3-Ｃ）

ン酸（融点 54.4℃）、パルミチン酸（融点

均質ラード（3-Ｄ）

62.9℃）、ステアリン酸（融点 69.6℃）が含まれると考えられる。

材料比較実験

温度［℃］

また、一度融解させた液体ラードを冷凍65庫で急冷させた場合、均質の固体ラード（以60下：均質ラード）になった。

50（３ーＡ）

5545403・2 空気とラードの比較実験

3020

装置２-Ａ）と光が通過する水槽（実験装置

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600（紙粘土）２-Ｂ）を直射日光のあたる校舎３階の渡り(ラード）（急冷ラード）直接

時間［秒］

直接、ドライヤーの熱風を吹き付けた温廊下に設置した。

度計（３－Ａ）は、実験開始 90 秒で 61℃

天候は晴れ。気温は３１℃であった。に達した。

温度変化の結果を図３-２に示す。

紙粘土で周囲が覆われている温度計（３Ｂ）は、ある程度熱を防ぐことはできるが、温度[℃]

10 分間で 36.1℃まで連続的に上昇した。真空気40

夏の住居には適さないことがわかる。

35

ラードで覆われた温度計（３-Ｃ）は、開始４分後から 10 分後まで、正確に 29.0℃

30ラードを保った。表面 5mm が融解した。状態変化

25

時間[秒]
20（３ーＣ）（３ーＤ）

25

大量のラードに囲まれている水槽（実験45（３ーＢ）

35

0120

240

360

480600720

8409601080

している間は、温度が一定になることが証1200

明された。

図 3-2 空気とラードの比較実験結果

一度融解して急冷したラードで覆われた空気層を通過して、直射日光が当たる実温度計（３-Ｄ）は、10 分間で 26℃台をキ

験装置（２-Ｂ）は、1200 秒で４３℃まで連ープすることができた。表面 5mm が融解続的に上昇した。

した。融解・急冷を経て均質になったラード

一方、多量のラードに囲まれている実験

は、通常のラードよりも温度上昇を抑える装置（２-Ａ）は、1200 秒で上昇温度がわずはたらきがあることがわかった。
43・4 耐久実験

想されるのに対し、ラードで被覆した温度

実験 3.3 の均質ラードは、10 分間温度上計のグラフは、上がったり下がったりを繰昇を抑えることができた。同様な実験環境り返しながら、ゆるやかに冷却されていく。の下、どのくらいの時間、融解しないかを確

50 分間後でも 20℃以上であった。ラード中認する実験を行った。の成分の凝固により凝固熱が放出されるた

温度[℃]

め、温度が時々上昇するものと考えられる。

ラード耐久試験50454090min

35４3025

結言

20

ラード、特に一度融解させ、急冷して固化

1510590min

した均質ラードには、真夏の太陽熱を融解

時間[分]110192837465564738291100109118127136145
154
163
172
181
190
199
208
217

0

熱として吸収することにより、内部を快適90 分間、30℃未満に抑え、融解しなかっ温度に維持することができる。

た。餅のような物質が最後まで残っていた。

また、均質ラードは、夜間に外気温度が下200cm3 のラードで、60℃の熱風中においてがる時に凝固熱を放出することにより、空も 90 分間 30℃以下を保持することを考慮

間内の温度効果を大幅に遅らせる効果があすると、家の壁の体積の大きさを考慮するる。と、福島市が猛暑日（35.0℃以上）を連日記

建築材料に使用することにより、冷暖房録したとしても、夏季の数か月の間、快適温の使用が抑えられ、結果的にＣＯ２の排出を度を保つことを期待できる結果となった。

削減され、地球温暖化防止に寄与するものと考えられる。

3・5 被覆材量の冷却比較実験

将来、砂漠や月面・火星など昼夜の温度差

＜材料＞

60.0

が激しい場所に住居を建設する際には、た紙粘土（5-Ａ）

いへん効果的な建築材料になると考えられ一度融解させ急冷したラード（5-Ｂ）

る。

冷却実験

温度
[℃]

50.0
40.0
30.0
20.0
10.0

5-Ｂ0240
480
720
960
1200
1440
1680
1920
2160
2400
2640
2880
3120
3360
3600
3840
4080
4320
4560
4800
5040
5280
5520
5760
6000
6240
6480

0.0

5-Ａ

冷却時間 [秒]

紙粘土で被覆した温度計は直線的に冷却し、40 分後に０℃まで冷却されることが予5