JP2000017748A - 屋根材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 日射等による熱を有効に蓄熱できると共に、
必要な場合には即座に居住空間の空調を行い得る屋根材
を提供する。 【解決手段】 日射を透過させる採光窓３を屋根材本体
５に形成し、屋根材本体５の内部空間に日射を受け得る
状態に蓄熱部Ａを設け、採光窓３と蓄熱部Ａとの間に日
射を遮蔽可能な可動ブラインド４を設け、内部空間にお
いて蓄熱部Ａに流通させた空気を再び蓄熱部Ａに循環流
通させるための戻り流路９を蓄熱部Ａに沿って形成し、
内部空間の空気を蓄熱部Ａと戻り流路９との間で循環さ
せる第１状態と、戻り流路９を蓄熱部Ａから遮断して蓄
熱部Ａを居住空間に連通させる第２状態とに切換可能な
切換手段１２を備え、第１状態および第２状態において
蓄熱部Ａに空気を流通させるためのファン１１と、熱媒
配管１４を介して室外機に接続した熱交換器１０とを、
蓄熱部Ａの近傍に備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、居住空間の空調を
行うために、主に日射による蓄熱を行うための屋根材に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、居住空間の空調を行う場合に蓄熱
機能を利用するものとしては、例えば、蓄熱材を内装し
た蓄熱パネルを壁部等に立てかけておき、昼間の日射に
よる太陽熱を当該蓄熱パネルに貯えておいて、夜間等に
当該蓄熱を取り出して居住空間の暖房を行うものがあっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の屋
根材によれば、前記蓄熱パネルを建物と別体に設ける必
要があったり、蓄熱パネルと居住空間とに亘って長距離
の蓄熱輸送用のパイプを敷設しなければならず、熱媒を
当該パイプの内部を輸送する最中に蓄熱が失われたりす
ることがあった。また、上記従来の屋根材では、原則と
して蓄熱運転による空調しか行えなかったから、蓄熱が
十分でない場合には、即座に居住空間の暖房あるいは冷
房を行うことができず、使用に際して制限を受ける場合
があった。

【０００４】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消し、日射等による熱を有効に蓄熱できると共に、必
要な場合には即座に居住空間の空調を行い得る屋根材を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】〔構成１〕本発明の屋根
材は、請求項１に示すごとく、日射を透過させる採光窓
を屋根材本体に形成すると共に、屋根材本体の内部空間
に日射を受け得る状態に蓄熱部を設け、前記採光窓と前
記蓄熱部との間に日射を遮蔽可能な可動ブラインドを設
け、前記内部空間において前記蓄熱部に流通させた空気
を再び前記蓄熱部に循環流通させるための戻り流路を、
前記蓄熱部に沿って形成し、前記内部空間の空気を前記
蓄熱部と前記戻り流路との間で循環させる第１状態と、
前記戻り流路を前記蓄熱部から遮断して前記蓄熱部を居
住空間に連通させる第２状態とに切換可能な切換手段を
備え、前記第１状態および前記第２状態の双方の状態に
おいて前記蓄熱部に空気を流通させるためのファンと、
熱媒配管を介して室外機に連通接続した熱交換器とを、
前記蓄熱部の近傍に備えて構成した点に特徴を有する。 〔作用効果〕本構成であれば、たとえば前記切換手段を
第２状態に設定しておいてファンを作動させることで、
春季、秋季、冬季等において、昼間に日射による熱を蓄
熱材に蓄熱しておくことができ、当該蓄熱を夜間に取り
出して居住空間の暖房に供することができる。しかも、
本構成であれば、蓄熱部に日光が直に照射されるから蓄
熱をより効率的に行うことができる。これにより、空調
の省エネ化を図ることができる。また、一般に冬季等に
おいては、空調のための電力需要は夜間に増大するため
一日の電力需要のピークは夜間に生じる。しかし、本構
成であれば、昼間に温熱を蓄熱しておくことができるた
め、電力需要のピークカットに貢献することができる。
さらに、本構成のごとく室外機および熱交換器を備えて
いれば、仮に太陽の日射が得られないような場合でも蓄
熱することができるから、居住空間の空調に備えて蓄熱
することが可能である。この場合にも、電力需要のピー
クを外して蓄熱することができるため、経済的な空調を
行うことができ、電力需要のピークカットに貢献できる
こととなる。

【０００６】〔構成２〕本発明の屋根材は、請求項２に
記載したごとく、前記熱交換器をヒートポンプ式のもの
で構成することができる。 〔作用効果〕本構成のごとく、室外機およびヒートポン
プ式の熱交換器を備えていれば、温熱を蓄えるのみなら
ず、冷熱を蓄えることが可能となる。このため、夏場に
おいては蓄熱を利用した冷房を行うことができ、経済的
な空調が可能となる。また、本構成であれば、仮に蓄熱
が十分でない場合においても居住空間の暖房および冷房
を即座に行うことができる。つまり、切換手段を第２状
態に設定し、室外機を運転することで、温熱あるいは冷
熱を居住空間に供給することができるため、居住空間を
常に快適な状態に維持することができる。

【０００７】〔構成３〕本発明の屋根材は、請求項３に
記載したごとく、前記可動ブラインドおよび前記ファン
を駆動させるためのソーラーセルを備えて構成すること
ができる。 〔作用効果〕本構成であれば、例えば、日射がある場合
には前記可動ブラインドおよび前記ファンをソーラーセ
ルによる発電で作動させることができるため、蓄熱に際
して省エネ化を図ることができる。また、日射がない場
合であっても昼間の明るさによってソーラー発電は可能
である。よって、前記熱交換器を用いて昼間に居住空間
の空調を行う場合にも、前記空気循環路に空気を流通さ
せることができて、空調に際しての電力消費量を削減す
ることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】(概要)本願発明の屋根材の一例を
図１および図２に示す。当該屋根材は屋根１に設けてお
き、昼間のうちに日射による熱エネルギーを蓄熱部Ａに
蓄熱しておいて、当該蓄熱を夜間に取り出して居住空間
２の暖房に利用するものである。つまり、本発明の屋根
材は主に日射のエネルギーによる蓄熱を利用して居住空
間２の空調を行うためのものであり、空調の省エネ化を
図るものである。

【０００９】（屋根材本体）本発明の屋根材は、図１に
示すごとく、主に、採光窓３および可動ブラインド４、
蓄熱部Ａを備えた屋根材本体５からなり、前記蓄熱部Ａ
に対して日光が直接照射するように構成してある。当該
屋根材本体５は、建物の屋根１の全体に敷設してもよい
し、屋根１の一部として敷設することもできる。

【００１０】（採光窓）屋根材本体５には採光窓３を設
けてある。当該採光窓３より日射を取り入れ、前記蓄熱
部Ａを加熱する。そのために当該採光窓３は透明なガラ
ス板等で構成する。特に、当該採光窓３を復層ガラスで
構成すると、屋根材本体５の内部の熱が当該採光窓３か
ら外部に放出されることが防止できて好都合である。

【００１１】（可動ブラインド）屋根材本体５の内部に
は、図１（イ）に示すごとく、前記蓄熱部Ａに対して日
射を照射させる状態と、図１（ロ）に示すごとく、前記
蓄熱部Ａに対する日射の照射を遮断する状態とに切換可
能な可動ブラインド４を設けてある。可動ブラインド４
は、例えば、複数の揺動自在な短冊状のブラインド部材
４ａで構成することができる。そして、これら複数のブ
ラインド部材４ａはリンク機構６で連接しておき、何れ
か一つのブラインド部材４ａを揺動することで、他のブ
ラインド部材４ａを同時に揺動させて前記採光窓３の実
質的な開閉を行うのである。当該ブラインド部材４ａ
は、例えば、断熱性を有する部材で構成しておくのが好
ましい。断熱部材で構成しておけば、後述するごとく仮
に前記蓄熱部Ａに冷熱を蓄熱する場合に、日射の熱によ
って前記蓄熱部Ａが温められるのを防止することができ
る。当該可動ブラインド４は、例えば屋根材本体５の外
面に設けたソーラーセル７による電力を用いて駆動す
る。本発明の屋根材は主に昼間に温熱を蓄えるものであ
り、昼間であれば太陽エネルギーを容易に得ることがで
きるから、上記蓄熱に際しての省エネルギーを図ること
ができる。

【００１２】（蓄熱部）図１および図２に示すごとく、
前記屋根材本体５の内部には蓄熱部Ａを設けてある。当
該蓄熱部Ａは、前記採光窓３を介して入射した日光が直
に照射されるように構成してある。前記蓄熱部Ａは、複
数の蓄熱体８を並設して形成してある。個々の蓄熱体８
は、表面を波状に構成した偏平状の部材で構成してあ
る。表面を波状に構成することで、蓄熱体８の表面積を
大きくし、日光との熱交換効率および屋根材本体５の内
部を流通させる空気との熱交換効率を向上させることが
できる。特に、蓄熱体８の表面に形成した波状形状は、
屋根材本体５の内部空間を循環する空気の流れに抵抗す
る方向に設ける。当該構成にすることで、蓄熱体８の表
面に沿って循環する空気に乱流が生じ、循環空気のうち
できるだけ多くの部分を蓄熱体８に接触させると共に、
蓄熱体８と空気との接触時間を増大させて効率的な熱伝
達が可能となる。

【００１３】前記蓄熱体８の内部は空洞に形成する。当
該空洞部には蓄熱材８ａを充填する。蓄熱材８ａとして
は、例えば、塩化カルシウム水和物と水との混合物、あ
るいは、低融点の各種プラスチック、パラフィン類、ワ
ックスなど熱の吸収・放出に伴って相変態する潜熱を利
用する材料を用いて構成する。また、石材、各種金属、
セメント板のごとく単に顕熱を利用する材料を用いて構
成することもできる。後述するごとく、当該屋根材には
居住空間２の高温空気を導いて蓄熱する場合があるが、
前記潜熱を利用する材料の場合には、室内温度がおよそ
１８℃〜２７℃の間で変動すると想定して、例えば２３
℃前後の温度において相変態可能に設定しておく。潜熱
を利用する場合には、熱の吸収・排出量を大きく確保す
ることができる。一方、前記顕熱を利用する物質の場合
には、熱伝達が適度に行われるものを使用する。何故な
ら、熱伝達が極めて早く行われる材料では、一旦蓄熱し
た熱が早期に放出されてしまうし、熱伝達が極めて遅い
材料では、蓄熱すること自体が困難となって、何れの場
合も蓄熱を有効に利用できなくなるからである。尚、顕
熱を利用する材料を用いる場合には、蓄熱材８ａが洩れ
出す等のトラブル発生が皆無となるから取扱が容易とな
る。

【００１４】（戻り流路）前記屋根材本体５の内部にあ
っては、図１に示すごとく、前記内部空間において前記
蓄熱部Ａに流通させた空気を再び前記蓄熱部Ａに循環流
通させるための戻り流路９を前記蓄熱部Ａに沿って形成
してある。日射による蓄熱を行う場合に、当該戻り流路
９は特に必要ではないが、後述するごとく、屋根材の内
部に設けた熱交換器１０を用いて温熱あるいは冷熱を蓄
熱する場合には、屋根材本体５の内部において空気を循
環させる方が蓄熱効率は向上する。よって、このような
場合に、前記戻り流路９を設けておけば、蓄熱部Ａの表
面において空気の流れが停滞する部位が生じることを低
減でき、蓄熱部Ａの表面に沿って確実に空気を流通させ
ることができるため、蓄熱効率が向上するのである。

【００１５】（ファン）前記屋根材本体５の内部に空気
を循環させるために、図２に示すごとく、屋根材本体５
の内部であって前記蓄熱部Ａの近傍にファン１１を設け
てある。当該ファン１１も前記可動ブラインド４と同様
に、前記ソーラーセル７による電力を用いて駆動する。
これにより、蓄熱に際しての省エネルギーを図ることが
できる。図２では、蓄熱体８の下端部にファン１１を設
けた例を示したが、これとは逆に、蓄熱体８の上方に隣
接させて設けてもよい。当該ファン１１の位置は、施工
上の都合等によって適宜決定するとよい。

【００１６】（切換手段）本発明の屋根材においては、
蓄熱を行う場合には、多くの場合、屋根材本体５の内部
において空気を循環させる。しかし、蓄えた熱エネルギ
ーを利用する場合には、屋根材本体５の内部空間を居住
空間２と連通させ、取り出した蓄熱を居住空間２に供給
する必要がある。そのため、当該屋根材本体５には、空
気の循環状態を切り換えるための切換手段１２を設けて
ある。当該切換手段１２は、例えば、屋根材本体５の上
端部と下端部とに設けた切換弁１２ａによって構成す
る。図１（イ）は、屋根材本体５の内部空間の空気を前
記戻り流路９と前記蓄熱部Ａとの間で循環させる第１状
態に設定した例である。この状態で前記ファン１１を作
動させれば、屋根材本体５の内部において蓄熱が行われ
る。

【００１７】一方、前記切換弁１２ａは、図１（ロ）に
示すごとく、前記蓄熱部Ａを居住空間２に連通させるこ
とができる。この場合には、前記切換弁１２ａを開状態
とする。この状態では、前記戻り流路９と前記蓄熱部Ａ
とが遮断される。図示は省略するが、前記切換手段１２
の切換操作は、自動で行ってもよいし、手動で行っても
よい。例えば、居住空間２の空調を行わない昼間におい
て、前記集熱板３の温度が高まった場合、あるいは、図
示は省略するが照度計等を備えておいて日射があること
を当該照度計が認識した場合などには前記切換手段１２
を第１状態にして蓄熱を行う。そして、夜間等において
居住空間２の空調を行う場合には前記切換弁１２ａを第
２状態に設定するものとする。

【００１８】（熱交換器）本発明の屋根材は、主に蓄え
た温熱を利用するものであるが、冷熱を蓄熱することも
可能である。本発明の屋根材では、図１〜図３に示すご
とく、蓄熱体８に隣接させた状態に熱交換器１０を設け
てある。当該熱交換器１０は、屋根材本体５とは別個に
設けた室外機１３に熱媒配管１４を介して接続してあ
る。つまり、当該室外機１３を運転し、かつ、前記ファ
ン１１を作動させることで、前記蓄熱体８に冷熱を蓄え
ることができる。

【００１９】さらに、本構成であれば、蓄熱を行わず、
居住空間２を直接に空調することも可能である。即ち、
前記切換手段１２を第２状態に切り換えておき、前記熱
交換器１０を運転することで、温熱あるいは冷熱を居住
空間２に供給することができる。尚、その際には冷風あ
るいは温風が蓄熱部Ａを通過するようにファン１１の回
転方向を選択することで、蓄熱体８への蓄熱を同時に行
うことができる。尚、ここで用いる室外機１３は、例え
ば一般に用いられているヒートポンプ式のものを利用す
ることができる。

【００２０】（空気循環路）図３に示すごとく、前記屋
根材本体５と居住空間２とは空気循環路１５を介して接
続してある。ここでは、前記空気循環路１５は、吸引路
１５ａと供給路１５ｂとで構成する。

【００２１】このうち、吸引路１５ａは、例えば図３に
示すごとく南側に面した居住空間２のカーテンレール１
６の近傍に開口させる。つまり、カーテン１７の近傍で
暖められた空気を蓄熱部Ａに導いて前記蓄熱の補充を行
うのである。例えば、昼間に居住者が外出する場合に
は、通常、カーテン１７を閉めておくが、この場合に、
カーテン１７は日射によって暖められ、カーテン１７と
窓１８との間に存在する空気が高温に暖められる。この
高温となった空気を利用すべく、図４に示すようにカー
テン１７を吊るすためのカーテンレール１６の近傍に吸
引口１９を設けておく。当該吸引口１９は、吸引口切換
機構２０によって、前記カーテン１７の外側に開口する
状態と、居住空間２の側に開口する状態とに設定可能に
構成する。例えば、日中にカーテン１７を閉めている場
合には、カーテン１７に対して外側の空間の温度が高ま
るため、この時には前記吸引口１９をカーテン１７の外
側に開口させておく。一方、カーテン１７を閉めている
場合であっても、カーテン１７の外側の温度よりも居住
空間２の側の温度が高い場合には、居住空間２の空気を
吸引すべく吸引口１９を居住空間２の側に開口させてお
くのである。このように、その向きを切換可能な吸引口
１９をカーテンレール１６の近傍に設けることで、より
高温の空気を適切に蓄熱部Ａに吸引できる。また、本構
成であれば、前記吸引口１９の開閉状態を居住空間２の
内部より視認できるため、外出時に前記吸引口切換機構
２０の状態を確実に設定することができる。

【００２２】尚、前記吸引口１９は、カーテン１７の幅
の略全長に亘って形成しておくと、高温の空気を多く取
り入れることができて好都合である。さらに、前記吸引
口１９は居住空間２の天井２１に設けることも可能であ
る。このように、カーテンレール１６よりも高い位置に
吸引口１９を設けておけば、居住空間２の高温空気を蓄
熱部Ａに導く場合に、より高温の空気を吸引することが
可能となる。

【００２３】一方、前記供給路１５ｂは、例えば、居住
空間２の壁２２の下方にある巾木２３あるいは床２４等
に開口させておくとよい。本構成であれば、居住空間２
を暖房する場合に、居住空間２の下方部から温風を供給
することができるため、居住空間２を効率的に暖房する
ことができるうえに、空気の供給口２５を目立たなくす
ることができる。尚、居住空間２の冷房を行う場合を考
慮して、前記供給路１５ｂを、居住空間２の上方の例え
ば回り縁２６あるいは天井２１に設けるものとしてもよ
い。本構成であれば、前記供給口２５を目立たなくする
ことができる。また、前記カーテンレール１６の近傍に
設けた前記吸引口１９を居住空間２に開口させる状態に
設定しておいて、当該吸引口１９を冷気の供給口として
使用することも可能である。これらの構成であれば、居
住空間２の上方から冷気を供給することができるため、
居住空間２の内部を効率的に冷房できて好都合である。

【００２４】勿論、前記供給路１５ｂを居住空間２の上
方部と下方部とに設けておき、暖房あるいは冷房を行う
際に適宜切り換えるように構成することもできる。

【００２５】上記の空気循環路１５は、例えば消音管２
７を用いて構成する。本構成であれば、空調に際して発
生する空気の流動音が居住空間２に進入するのを低減す
ることができ、居住空間２の騒音レベルを低く維持する
ことができる。

【００２６】（運転要領）本発明の屋根材を用いれば、
例えば以下のような空調が可能である。冬季あるいは春
季・秋季等の日中と夜間との温度差が比較的大きい時期
であって、夜間だけ居住空間２を暖房したい場合には、
昼間、切換手段１２を第１状態に設定し、ファン１１を
作動させて日射による蓄熱を行う。また、天候が変化し
て日射がなくなった場合であっても、居住空間２の温度
はしばらく高温であるので、このような場合には前記切
換手段１２を第２状態に切換え、ファン１１を作動させ
て、居住空間２の暖かい空気を蓄熱部Ａに導いて蓄熱を
行う。そして、夜間に当該蓄熱を取り出して居住空間２
の暖房を行う。これにより、日射によるエネルギーを有
効に利用することができて空調設備の省エネ運転が可能
になる。

【００２７】一方、夏季においては、夜間のうちに冷熱
を蓄熱しておくことができる。つまり、夜間に切換手段
１２を第１状態に設定しておき、室外機１３およびファ
ン１１を作動させて、蓄熱部Ａに冷熱を蓄熱しておく。
そして昼間には前記切換手段１２を第２状態に切換え、
ファン１１を作動させて蓄冷熱を居住空間２に供給す
る。このように電力需要のピークを外した冷房運転を行
うことで、経済的な冷房を行うことができる。

【００２８】さらに、夏季の日中においては、常時冷房
を行うこともできる。その場合には、切換手段１２を第
２状態に設定しておき、室外機１３およびファン１１を
運転する。これにより、熱交換器１０において冷却され
た空気が蓄熱部Ａを通ったあと居住空間２に供給される
から、居住空間２を瞬時に冷房することができる。尚、
この場合には、蓄冷熱も同時に行われるから、当該蓄冷
熱を夜間に利用できることは言うまでもない。

【００２９】（効果）本発明の屋根材であれば、夜間の
暖房に供する温熱等を昼間の日射によって蓄えることが
できるため、暖房等を経済的に行うことができるばかり
でなく、省エネ運転が可能となり、さらに、電力需要の
ピークカットにも貢献することができる。

【００３０】尚、上記特許請求の範囲の記載中、図面を
参照し、図面との対照を便利にするために符号を記す
が、当該記入により本発明が添付図面の構成に限定され
るものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る屋根材の概要を示す縦断面図

【図２】本発明に係る屋根材の概要を示す一部切欠平面
図

【図３】屋根材の使用例を示す説明図

【図４】空気吸引口の一部詳細を示す断面図

【符号の説明】

２ 居住空間 ３ 採光窓 ４ 可動ブラインド ５ 屋根材本体 ７ ソーラーセル ９ 戻り流路 １０ 熱交換器 １１ ファン １２ 切換手段 １３ 室外機 １４ 熱媒配管 Ａ 蓄熱部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 日射を透過させる採光窓（３）を屋根材
   本体（５）に形成すると共に、屋根材本体（５）の内部
   空間に日射を受け得る状態に蓄熱部（Ａ）を設け、 前記採光窓（３）と前記蓄熱部（Ａ）との間に日射を遮
   蔽可能な可動ブラインド（４）を設け、 前記内部空間において前記蓄熱部（Ａ）に流通させた空
   気を再び前記蓄熱部（Ａ）に循環流通させるための戻り
   流路（９）を、前記蓄熱部（Ａ）に沿って形成し、 前記内部空間の空気を前記蓄熱部（Ａ）と前記戻り流路
   （９）との間で循環させる第１状態と、前記戻り流路
   （９）を前記蓄熱部（Ａ）から遮断して前記蓄熱部
   （Ａ）を居住空間２に連通させる第２状態とに切換可能
   な切換手段（１２）を備え、 前記第１状態および前記第２状態の双方の状態において
   前記蓄熱部（Ａ）に空気を流通させるためのファン（１
   １）と、熱媒配管（１４）を介して室外機（１３）に連
   通接続した熱交換器（１０）とを、前記蓄熱部（Ａ）の
   近傍に備えてある屋根材。
2. 【請求項２】 前記熱交換器（１０）がヒートポンプ式
   のものである請求項１に記載の屋根材。
3. 【請求項３】 前記可動ブラインド（４）および前記フ
   ァン（１１）前記を駆動させるためのソーラーセル
   （７）を備えている請求項１または２に記載の屋根材。