••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••特 集
建築における蓄熱技術の評価と実践

潜熱蓄熱建材普及に向けた取り組み
Initiatives to spread of Phase Change Material for Buildings

横山昌弘 *
を使用することで，蓄熱性能向上により冬季昼間の1．PCM 建材とは1.1

日射等の再生可能エネルギーを高断熱な建物内部に社会的背景熱として取り込み，それを直接空調負荷低減に利用

近年，住宅・建築物において構造や工法，建材等することができる．また，夏季において PCM 建材の工夫によって高断熱化・高気密化が進むとともに，と高効率機器との組合せを検討，技術成熟させるこより少ないエネルギーで暖冷房を行うことや，日射とで太陽光発電の系統負担をかけづらい自立的な使熱などの再生可能エネルギーの有効活用や，太陽光用の可能性も考えられ，蓄えた熱エネルギーを利用発電で得られた電力の積極的な自立利用などが求めすることで，電力需要のピークシフト効果もあるこられている．とから，「省エネルギー技術戦略 2016」において重具体的には 2014 年に閣議決定されたエネルギー要課題に位置付けられている，電力需給の平準化に基本計画に基づいて検討・作成された経済産業省のも効果が期待できる．さらに，同戦略では，快適性「ZEH ロードマップ」において，2020 年には新築戸を犠牲にしない省エネルギーの実現が目標とされて建て住宅の過半を ZEH とする目標が掲げられ，

おり，PCM 建材は，室温を一定範囲に維持する効ZEH 支援事業が実施されている他，資源エネルギー果があることからも，同戦略の推進に寄与する技術庁が NEDO とともに策定した「省エネルギー技術であるといえる．

戦略 2016」においても家庭・業務部門の重要技術1.2として ZEH およびパッシブ技術が特定されている．

PCM 建材は主に建築物の床・壁・天井等の内装

なお，平成 30 年度からは経済産業省，国土交通省，材として躯体蓄熱利用される．PCM 建材が蓄えた環境省の 3 省合同で ZEH 支援事業が開始されてい熱エネルギーを室温の安定に寄与させることで住宅る．の暖冷房負荷削減効果や快適性向上への効果がある

ZEH の実現手法としては，断熱性・遮熱性等の事が確認されており，住宅・建築分野における省エ外皮性能の強化や高効率な冷暖房設備による消費エネルギーの促進と温熱環境向上による快適な暮らしネルギー削減と太陽光発電によるエネルギー取得をへの貢献が期待されている．2018 年度には経済産組み合わせた方法が普及しつつある．そのような中，業省所管での補助金（次世代省エネ建材支援事業）

2009 年度より太陽光発電等の再生可能エネルギー対象に PCM 建材が選ばれるなど，確実にその有用から作られた電力の固定価格買い取り制度（FIT 制性について認知が広がってきている．現在，PCM度）が始まった．ただ，現在の FIT 制度は買い取建材については，①その省エネルギー効果，快適性り価格が系統電力並みに引き下げられている上に，向上効果を定量的に評価できていない，②様々な2019 年からは契約期間を終了する物件が出始めてPCM 建材の蓄熱特性試験を行えない，という課題いる（いわゆるアフター FIT，卒 FIT）
．そのようがある．PCM 建材の活用による住宅・建築分野にな状況から，太陽光発電余剰電力の自家消費率／自おける省エネルギーの促進及び温熱環境向上による立利用率の向上が今後の課題とされており，さらな快適性の向上に寄与する為に PCM 建材等を扱う

る ZEH 政策推進のための一つの要素となっている．

* 一般社団法人日本潜熱蓄熱建材協会

潜熱蓄熱材を使用した建築材料（以下，PCM 建材）
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産業界の動向横山.indd

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横山昌弘：

写真 1

複合型蓄熱建材例

写真 2 ボ ード・シート型蓄熱建材例

図 1 （一社）日本潜熱蓄熱建材協会活動ロードマップ

メーカー，学術機関，評価機関が参加し設立された一般社団法人日本潜熱蓄熱建材協会（会長 大道正人）が，これらの課題解決に向けた取り組みを進めている．後程詳細は説明するが，主に①については，PCM 建材が住宅に施工されたときの温熱環境を計算できる独自のシミュレーションソフトを開発．②

写真 3

容器内蔵型蓄熱建材例

写真 4塗り壁型建材例については PCM 建材の蓄熱特性試験として 2018
年に『建材試験センター規格（JSTM 規格）』JSTM

相転移付近に設定すれば効率よく熱エネルギーを利O 6101 を完成させ，現在は 2021 年度公示を目標に用できるが，顕熱利用の場合はせっかく蓄熱をしてJIS 化に向けた取り組み．となっている．なお，②も冬に暖まらない，夏に冷えない状況になる場合がで得られた蓄熱挙動のデータはそのまま独自のシある．
PCM 建材は製品の形態も近年の各メーカーによミュレーションソフトに入力できる仕様となっている開発で，多くのラインナップ（複合建材型，ボーる．
同協会では PCM 建材を普及させるために前述以ド・シート型，容器内蔵型，塗り壁型など）が揃い外にも様々な活動を行っており，ホームページ

つつあり，建築物における要求能力・納まりなどの（https://jpcm.jp/）に最新の情報を掲載している．

様々な条件に合った，適切な製品を選択することが1.3できるようになっている．

潜熱蓄熱建材とはPCM 建材とは現在一般的に蓄熱建材として使用

1.4

PCM 建材の利用方法

されている顕熱を主として使う建材（コンクリート

PCM 建材を用いて再生可能エネルギー等を躯体やレンガ，石など）とは違い，物質が相変化する際に蓄熱することで，向上した外皮性能，高効率暖冷に吸収・放出する潜熱を使用することを特徴として房設備を有した住宅を更に省エネ化することができいる．その相転移点付近で多量の熱エネルギーを吸る．また，PCM 建材を目的の効果温度に調整する収・放出する作用により，顕熱による蓄熱建材に比ことで室温の安定化を図ることができ，ノン・エナべて，特定の温度範囲において少量で大容量の蓄熱ジー・ベネフィット（NEB）への寄与も期待される．
太陽エネルギーの取得に関しては，開口部からのが可能である．潜熱利用の場合は目的の温度範囲を侵入日射熱を蓄熱するパッシブ利用，太陽熱集熱器や太陽光発電等の設備を用いて蓄熱するアクティブ利用などがある．
1.4.1 パ ッシブ利用による冬季暖房負荷低減，室温安定化
冬季において PCM 建材を使用して躯体蓄熱する
事で昼間の日射による室温の温度上昇（オーバーヒート）を抑え，夕方以降の外気温低下時に放熱する事で夜の暖房時間帯の暖房負荷低減と室温の安定
図2

PCM 建材と顕熱蓄熱建材利用イメージ

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－ 16 －

2020 年

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潜熱蓄熱建材普及に向けた取り組み

図3 P
 CM 建材を用いた冬季暖房負荷低減，室温安定化モ
デル

図7 P
 CM 建材を用いた躯体蓄熱による電力自立利用イ
メージに再生可能エネルギーを活用することが特徴である．
1.4.3

夏季，中間期冷房負荷低減，室温安定化

夏季及び中間期において，日中は温度が高いが夜間の温度が下がる日較差が大きい地域では，PCM建材を用いて夜間に躯体蓄冷し昼に放冷する事で，図4 P
 CM 建材を用いたパッシブ躯体蓄熱による冬季暖房負荷低減，室温安定化イメージ

昼の冷房負荷低減と室温の安定化が可能になる．
1.4.4

太陽光発電電力の自立利用

高断熱高気密住宅において，太陽光発電の余剰電
1.4.2

アクティブ利用による冬季暖房負荷低減

力を用いてヒートポンプや電気ヒーターなどの電気

冬季昼間の太陽熱，太陽光等の再生可能エネル式空調設備を熱源として稼働させ，PCM 建材にアギーを太陽熱集熱器や太陽光発電等を用いて積極的クティブ利用蓄熱をすることで，冬は躯体蓄熱，夏に熱エネルギーとして住宅内に入れ，夜間の暖房負は躯体蓄冷し蓄熱・蓄冷したエネルギーを夜間に有荷の低減を行う．パッシブと違い，設備機器（床暖効利用する（PCM 建材のアクティブ利用）．これに房，エアコン，放射パネルなど）等を用いて積極的より，電力需要がピークを迎える日中の時間帯に，電力ピークシフト（自家消費）が可能になり電力系統負荷低減が期待できる．

2．PCM 建材の評価（一社）日本潜熱蓄熱建材協会では，様々な形状の PCM 建材の蓄熱特性を知るための試験方法の確
立，PCM 建材の躯体蓄熱効果の可能性を検討するための環境試験室試験・実証試験等を実施，PCM建材の効果予測を行うための計算ツールの開発を行っている．
図5 P
 CM 建材を用いたアクティブ躯体蓄熱による冬季暖房負荷低減，室温安定化イメージ

2.1

PCM 建材の蓄熱特性試験法

2019 年 3 月に（一財）建材試験センター規格である，JSTM O 6101：2018『PCM 建材の蓄熱特性試験方法（熱流計法）』が確立されており，さらには 2021 年中を目指して PCM 建材の蓄熱特性試験方法の JIS 制定も進めている．これらの評価規格制
定により，様々な形態の PCM 建材を同じ試験規格で性能評価・比較することができるようになる．また，この製品個別の試験結果は後述の効果予測計算

図6 P
 CM 建材を用いたパッシブ躯体蓄冷による夏季中間期の冷房負荷低減，室温安定化イメージ
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ツールに活用することができる．

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太陽エネルギー

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横山昌弘：

2.2

環境試験と温熱環境シミュレーション①

OFF 時の室内温度低下も抑制され，室内温熱環境（1）試験目的の平準化効果を確認できた．蓄熱プレート有の時の日中のオーバーヒートによる熱エネルギーや，太室内温度挙動（点線：室温 1（PCM 有））と室外温陽光発電によって日中に得られる電気エネルギーか度挙動，蓄熱プレート無の時の室内温度挙動（実線：ら変換された余剰熱エネルギーを PCM 建材で住宅室温 2（PCM 無））と室外温挙動を示す．室外温度

内に貯蔵，夜間活用することによる，建物の温熱環挙動（外気温 1，外気温 2）は，いずれの日も 10℃

境平準化ならびに余剰電力自立利用の可能性を確認に保持されており条件が同等であることが確認できすることを目的として，屋内環境における蓄熱材のる．

吸熱放熱挙動，および室内温熱環境の変化を計測し（3）ミュレーションによる実験結果の再現性可否検証ている．

実験で得られた結果をシミュレーションで再現で（2）環境試験室試験東京大学工学系研究科所有の環境試験室を用いきるかの確認を行った．開発中の PCM 建材計算アて，室内に PCM 建材プレート（サイズ：300mm

ルゴリズムを導入したシミュレーションソフト上で× 300mm × 8mmt，200J/g）40 枚を縦置きに設置

図 10 のような間取りモデルを作成した．PCM 建材した．なお，室外環境は 10℃に維持した．室内にを高さの低い間仕切り壁内に導入し，室内の PCMは 1200W のセラミックヒーターを設置し，タイマー建材導入量は実験値に合わせた．

により入り切りを制御した．PCM 建材有無での室※試験用に縦型短冊状に室内配置した PCM 建材は，シミュレーション上では潜熱蓄熱材が配置された内の温度変化を計測した．
実験結果を図 12 に示す．図に示す通り，蓄熱建間仕切りを短冊形状で表現することによりモデル材を室内に設置することによって，ヒーター ON 時化した．実住宅での配置は床壁天井の層構成内にの室内温度上昇が抑制される一方で，ヒーター組み込まれることが多い．
本ソフトでは PCM 建材の蓄熱性能モデルも自在に作ることができ，今回は先述の JSTM O 6101 の評価結果を用いたモデルを図 11 の通り作成した．

図8試験状況
図 10

図9

環境試験室内の温度変動と室外気温の挙動

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図 11－ 18 －シミュレーションソフト上のモデル

PCM 建材蓄熱性能モデル作成イメージ2020 年

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潜熱蓄熱建材普及に向けた取り組み

図 13

図 12

温熱環境シミュレーション結果

パッシブ標準プランの外観および間取り間仕切り・外壁（石膏ボード裏），床（フローリング裏）

本モデルでシミュレーションした結果を図 12 に開口部条件：市販品の分布を踏まえ，最高性能レ示す．図 9 と比較すると，ヒーター OFF にしてかベルのトレードオフライン上の下記 4 種類を選択しらすぐの温度低下挙動や，OFF にしてから ON にた．
・ηg ＝ 0.79，Ug ＝ 2.6（Rg ≒ 0.38）透明複層ガする直前の最終到達室内温度において若干の差が見ラス（アルゴンガス入り）られたが，概ね挙動を再現できた．不一致に関して

ηg ＝ 0.68，
・
Ug ＝ 1.1（Rg ≒ 0.91）三層ガラス（アは，実験においてヒーター OFF 直前には生じていルゴンガス入り）た温度差が急冷時にほぼ解消してしまっており，こ・ηg ＝ 0.58，Ug ＝ 0.75（Rg ≒ 1.34）Low-E 三のタイミングでは蓄熱材の潜熱域温度に到達してい層ガラス（クリプトンガス入り）ないことから，実験の計測上の問題（ヒーターの風・ηg ＝ 0.48，Ug ＝ 0.55（Rg ≒ 1.82）Low-E 三の影響を受けた可能性等）があると思われ，シミュ層ガラス（クリプトンガス入り）

レーションに関しては妥当な結果が得られている．
2.3

温 熱環境シミュレーションを用いた PCM
建材の省エネ性，快適性

各開口部の使用でシミュレーションを行った結果，各仕様における暖冷房負荷，負荷削減量，負荷（1）目的削減率については表 1 の結果となった．Uw 値 1.76

PCM 建材がその性能を有効に発現するかは，熱，η＝ 0.49 の組み合わせで暖房負荷がW/（m2・K）

容量，蓄放熱温度のような蓄熱材そのものの特性だ最小となり，PCM 導入で暖房負荷がさらに 18.8％けではなく，パッシブ設計においては開口部などの減少した．

設計などが非常に重要であり，省エネの観点で有効

これらのシミュレーション結果のうち，Uw 値 1.76

な使用方法について前述のシミュレーションソフト

，η＝ 0.49 の 開 口 部 設 計 時 に お け る
W/（m2・K）を用いて探索する．

LDK ゾーンの温度分布の潜熱蓄熱建材有無による（2）シミュレーション差を図 14 に示す．

物件：一般財団法人建築環境・省エネルギー機構

潜熱蓄熱建材がない仕様の場合，30℃以上のオー自立循環 PJ「パッシブ設計 ミニ公開シンポジウ

バーヒート状態の頻度が高く，ヒストグラムのピーム」にて公開されたパッシブ標準プランを使用した．

ク位置は 20℃（暖房設定温度）と合致しているが，（http://www.jjj-design.org/wp-content/

潜熱蓄熱建材が導入された仕様の場合，30℃以上のuploads/2019/01/190322tokyo_passive-2-2.zip）

オーバーヒート状態の頻度が有意に少なくなり，ヒ住宅の仕様：断熱性能は概ね 6 地域におけるストグラムのピーク位置も 23℃と，潜熱蓄熱建材の潜熱ピーク温度（22℃）近傍となることが分かっ

HEAT20 G2 基準相当とした．
気象条件：拡張アメダス気象データ （東京，標た．
このことから，実物件でも，潜熱蓄熱建材は，室準年）
潜熱蓄熱建材：潜熱量 100J/g ピーク温度 22℃

内の温度変動を抑制し，快適温度帯の頻度を高める（融解開始 19℃，融解完了 25℃）二等辺三角形モ作用をすることが確認できた．

デル 比重 1.0 厚み 3mm
潜熱蓄熱建材施工位置：天井（石膏ボード裏），Vol.46. No4

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横山昌弘：表1 各
 開口部仕様における潜熱蓄熱建材有無による暖冷房負荷及び潜熱蓄熱建材導入による暖冷房負荷削減
率
断熱性能
暖冷房条件

開口部

熱交換
換気
Blank

暖房負荷
［GJ］

冷房負荷
［GJ］

暖冷房負荷
［GJ］

9.7

9.4

19.1

UA=0.55
ηAC=2.2

U=2.74
η=0.57

PCM
床・外壁・間仕切・天井

8.4

9.3

17.7

Blank

7.3

9.5

16.8

UA=0.46
ηAC=2.2

U=1.76
η=0.49PCM
床・外壁・間仕切・天井

5.9

9.3

15.3

UA=0.44ηAC=1.9

U=1.53
η=0.42なし

UA=0.43
ηAC=1.7

U=1.39η=0.35

Blank

7.4

9.2

16.7

PCM
床・外壁・間仕切・天井

6.3

9.1

15.4

Blank

7.9

9.1

17.0

PCM
床・外壁・間仕切・天井

6.9

9.0

16.0

暖房負荷
削減量
［GJ］
削減率
［%］

暖冷房負荷削減量［GJ］削減
率［%］

1.3
13.5%

1.4
7.5%

1.4
18.8%

1.5
8.9%

1.2
15.5%

1.3
7.6%

0.9
11.7%

1.0
6.1%

3．まとめ
（一社）日本潜熱蓄熱建材協会では 2021 年度を『PCM 建材普及元年』と位置づけ，2021 年 4 月までにメンバー一丸となって 3 つの柱を立ち上げることを目指している．
（1）PCM建材の効果予測ができる温熱環境シミュ
レーションソフト正式版の完成．
（2）PCM 建材の設計ガイドラインの発行．
（3）PCM 建材評価方法の標準化となる JIS 規格制定．
これらの最新情報・動向を当協会ホームページ（https://jpcm.jp）やシンポジウム等で外部への発信を積極的に行っていく．多くの方々に潜熱蓄熱材を用いた躯体蓄熱を認知いただき，その適用をご検討

30℃
20℃

18℃していただければ幸いである．

23℃

著者略歴
1998 年 3 月 日本大学理工学部卒業，
PCM なし

図 14

その後民間企業勤務，2016 年 9 月蓄PCM あり 熱蓄熱建材なしの場合（左）とありの場合（右）潜の LDK ゾーンの温度分布

熱建材コンソーシアム理事就任，2018
年 11 月一般社団法人日本潜熱蓄熱建材協会副会長就任

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