[論文レビュー] Inflatable Evergreen Polar Zone Dome (EPZD) Settlements

Alexander Bolonkin, Richard B. Cathcart|ArXiv.org|Jan 9, 2007

Planetary Science and Exploration参考文献 17被引用数 19

ひとこと要約

この論文は、反射板による太陽光の集光と断熱材を用いて、年間を通じて地中海気候に類似した気候を維持するため、地球の極地方における持続可能な人間の居住を目的とした、膨張可能で二重層構造の半球型ドーム（EPZD）を提案している。熱力学的モデルを用いた分析により、現在の技術でこのような構造が実現可能であることが示され、極地方の極寒と長時間の夜間にもかかわらず、年間を通じた極地方居住が可能であることが明らかになった。

ABSTRACT

Sustaining human life at the Earth antipodal Polar Regions is very difficult especially during Winter when water-freezing air temperature, blizzards and whiteouts make normal human existence dangerous. To counter these environmental stresses, we offer the innovative artificial Evergreen Polar Zone Dome (EPZD), an inflated half-hemisphere with interiors continuously providing a Mediterranean Sea-like climate. The Evergreen EPZD structural theory is developed, substantiated by key computations that show it is possible for current building technology to construct and heat large enclosed volumes inexpensively. Specifically, a satisfactory result is reached by using sunlight reflectors and a special double thin film, which concentrates all available solar energy inside the EPZD while, at the same time markedly decreasing the heat loss to exterior Polar Region air. Someday a similar, but remarkably more technological, EPZD design may be employed at proposed Moon and Mars settlements. Key words: artificial hemisphere, inflatable film building, Polar Region homes, solar energy concentrator.

研究の動機と目的

• 冬季に気温が氷点下に下がり、白銀の吹きさらし（白銀の吹きさらし）が発生する極地方における人間の生存に直面する極めて厳しい課題に対処すること。
• 安定した温帯気候を維持できる低コストでスケーラブルかつエネルギー効率の高い居住施設システムの設計。
• 既存の建築および太陽光技術を活用し、長期的な極地方居住のための実用的プロトタイプを構築すること。

提案手法

• 太陽光の吸収を最大化するため、透明な外層と反射性の内層を持つ、膨張可能で二重膜構造の薄いフィルムドームを設計すること。
• 大規模なパラボリック反射板を用いて、日光を集光し、ドーム内部への太陽エネルギーの入射量を増加させること。
• 二重膜構造による断熱戦略を採用し、極寒の外部環境への熱損失を最小限に抑えること。
• 熱力学的モデルを適用して、熱保持とエネルギー収支を計算し、実際の極地方環境下での実現可能性を示すこと。
• 体積対表面積比と日光の受光量を最大化するため、ドームの形状を半球形に最適化すること。
• 実用的な展開性を保証するため、現在の材料および建設技術を用いて概念を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽光と断熱のみを用いて、大規模で膨張可能で二重膜構造のドームが、極地方で安定した温帯気候を維持できるか。
• RQ2 極地方の冬期に極端に低い外部温度を補うために、どの程度の太陽光集光と熱保持性能が求められるか。
• RQ3 現在の材料および工学的実務技術を用いて、EPZD設計が技術的にも経済的にも実現可能か。
• RQ4 ドームの形状と反射板システムが、内部温度の安定性とエネルギー効率にどのように影響を与えるか。
• RQ5 このシステムは、地球の極地方における恒久的居住施設にスケーラブルに適用可能であり、月や火星の基地への応用も可能か。

主な発見

• 熱力学的モデルに基づく分析により、EPZD設計は極寒の冬季でも地中海気候に類似した気候（約20°C）を維持するのに十分な内部熱保持性能を達成していることが示された。
• パラボリック反射板の使用により、日光を集光することで太陽エネルギーの入射量が増加し、熱的性能が顕著に向上した。
• 二重膜構造により、外部環境への熱損失が著しく低減され、長期的な熱的安定性が実現可能であることが分かった。
• 半球形の形状は体積対表面積比を最適化し、エネルギー効率を向上させた。
• 本研究では、現在の建築および太陽光技術が、このようなシステムの構築と運用に十分であることが確認された。
• この概念はスケーラブルであり、将来的に月や火星の基地など、地球外の居住環境にも応用可能である可能性を有する。