温暖湿潤気候における日中放射冷却デバイスの性能限界

摘要

自然の冷却機構である放射冷却は，電力を消費 せずに物体の冷却が可能であり，日本の夏季ピーク時には電力需要の53%にも達する冷房による エネルギー消費を大幅に抑制できる可能性があ る[1].近年，発熱の原因となる可視光を完全反 射し，熱放射を担う中赤外光を選択的に放射する ナノフォトニック構造が提案され，太陽光照射下において気温から約-5°Cの高効率冷却が実証さ れた[2].—方で，放射冷却デバイスの性能は気 温や湿度の影響を受けるため，アジアのような高 温多湿環境では，大気中の水蒸気の熱放射によつ て性能が低下する.しカゝし，これまでの日中放射 冷却の実験的評価は主に北アメリカの低湿度環 境で行われており，高温多湿環境での性能は明ら かでない.そこで本研究では，金属-誘電体多層 膜を用いた放射冷却デバイスを作製し，高温多湿 な夏季の日本•岡山において冷却性能に対する湿 度の影響を評価した.図1(a)に，本研究で作製し た放射冷却デバイスの断面模式図を示す.可視領 域に高い反射率を示すAlミラー上に，中赤外領 域に選択的な放射を示すSiCb/PMMA層を積層し ている.図1(b)に示すように25X25 mm2のガラ ス基板上に多層膜構造を成膜し，太陽光照射下に おける放射冷却実験を行った.図2に示す測定結 果から，デバイス温度は平均37.2°Cであり，中 赤外光の選択的な放射によってA1ミラーに対し 平均で3.4°C温度低下した.次に冷却性能に対す る湿度の影響を評価するため，各時刻におけるデ バイス温度を理論的に計算し，測定結果との比較 を行った.ここで湿度の影響は，可降水量 (Precipitable Water Vapor: PWV)の上昇に伴う大 気の透過率の変化として導入した.デバイス温度 の測定結果は，初夏の日本において典型的な値で あるPWV 20 mmの計算結果によって最も良く再現でき，乾燥地域で観測される値であるPWV1 mmに対して約1°C上昇することがわかった.講 演では，高温多湿環境における冷却性能限界につ いても議論する.