JP2000017749A

JP2000017749A - 屋根材

Info

Publication number: JP2000017749A
Application number: JP10184633A
Authority: JP
Inventors: Naotatsu Yano; 直達矢野
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-18

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】屋根材本体５に形成した内部空間に、日
射による熱を吸収するための集熱板３と、集熱板３の表
面側に熱回収流路８とを設けると共に、集熱板３の裏面
側に断熱層７を介して蓄熱部Ａを設けてあり、内部空間
の空気を熱回収流路８と蓄熱部Ａとの間で循環させる第
１状態と、蓄熱部Ａを熱回収流路８から遮断して居住空
間２に連通させる第２状態とに切換可能な切換手段１１
を備え、第１状態および第２状態の双方の状態におい
て、蓄熱部Ａに空気を循環させるためのファン９を有
し、室外機１３および熱媒配管１４に連通接続した熱交
換器１２を、蓄熱部Ａに隣接させつつ内部空間に備えて
ある。

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、屋根材本体に形成した内
部空間に、日射による熱を吸収するための集熱板と、前
記集熱板の表面側に熱回収流路とを設けると共に、前記
集熱板の裏面側に断熱層を介して蓄熱部を設けてあり、
前記内部空間の空気を前記熱回収流路と前記蓄熱部との
間で循環させる第１状態と、前記蓄熱部を前記熱回収流
路から遮断して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循環させ
るためのファンを有し、室外機および熱媒配管に連通接
続した熱交換器を、前記蓄熱部に隣接させつつ前記内部
空間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。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
には前記ファンが確実に作動するから、日射によって暖
められた屋根材本体の内部の空気を蓄熱部に導くことが
でき、蓄熱に際しての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、昼間の日射によ
る熱エネルギーを屋根１に設けた蓄熱部Ａに蓄熱してお
き、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お
よび図２に示すごとく、主に集熱板３と蓄熱体４とを備
えた屋根材本体５からなり、前記集熱板３に対して日光
が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６を設
けてある。当該採光窓６より日射を取り入れ、前記集熱
板３を加熱する。そのために当該採光窓６は透明なガラ
ス板等で構成する。特に、当該採光窓６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６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】（集熱板）屋根材本体５の内部には日射を
受けて温まり易い材料で構成した集熱板３を設ける。当
該集熱板３は、例えば各種の金属板や石材、セラミック
ス等を用いて構成する。また、集熱効率を向上させるた
めに集熱板３の表面は波状に構成するとよく、集熱板３
の表面は黒色に着色しておくとよい。

【００１２】（蓄熱部）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、前記集熱板３の
裏側に設けてあり、前記集熱板３と当該蓄熱部Ａとの間
には断熱層７ａを用いた断熱層７を設けてある。尚、前
記断熱層７は、蓄熱部Ａに蓄熱した熱が前記集熱板３を
介して外部に放出されるのを防止するためのものであ
る。前記蓄熱部Ａは、複数の蓄熱体４を並設して形成し
てある。個々の蓄熱体４は、前記集熱板３と同様に表面
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４の表面積を大きくし、
熱交換効率を向上させることができる。特に、蓄熱体４
の表面に形成した波状は、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４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４に接触させると共に、蓄熱体４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４の内部は空洞に形成する。当
該空洞部には蓄熱材４ａを充填する。蓄熱材４ａ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。前者の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、後者の
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４ａ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】（熱回収路）前記屋根材本体５の内部にあ
っては、図１および図２に示すごとく、前記採光窓６と
前記集熱板３との間に、および、前記複数の蓄熱体４ど
うしの間には空間を設けてある。これにより、前記集熱
板３の表側と裏側とにわたって屋根材本体５の内部の空
気が循環するような熱回収流路８を形成してある。

【００１５】（ファン）前記熱回収流路８に空気を循環
させるために、図１および図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９を
設けてある。当該ファン９は、例えば屋根材本体５の外
面に設けたソーラーセル１０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。図１および図２では、蓄熱体４の下端部にフ
ァン９を設けたが、これとは逆に、蓄熱体４の上方に隣
接させて設けてもよい。当該ファン９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１１を設けて
ある。当該切換手段１１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１１ａによって構成す
る。図２は、屋根材本体５の内部空間の空気を前記熱回
収流路８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９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１１ａは、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１１ａを開状態とする。この状態では、
前記熱回収流路８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１１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１１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１１ａ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２および図３に示
すごとく、蓄熱体４に隣接させた状態に熱交換器１２を
設けてある。当該熱交換器１２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９を作動させることで、前記蓄熱体４に冷熱を蓄え
るのである。

【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１１を第２状態に切り換えておき、前記熱
交換器１２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９の回転
方向を選択することで、蓄熱体４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のカーテンボックス
１６に連通させる。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１
７を吊るすためのカーテンボックス１６の内部に吸引口
１９を設けておく。当該吸引口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。また、前記吸引
口１９の内部には吸引口切換機構２０を設けておく。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、居住空間２の側の空気の温度が高い場合には、当該
側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をカーテンボックス１６に設けること
で、居住空間２の高温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、吸引口１９が目立たず、居
住空間２の内観が損なわれることもない。

【００２２】前記供給路１５ｂは、例えば、居住空間２
の壁２１の下方にある巾木２２あるいは床２３等に開口
させておく。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２４を目立たなくすることができ
る。尚、前記供給路１５ｂは居住空間２の上方の、例え
ば回り縁２５あるいは天井２６に設けるものとしてもよ
い。本構成であれば、冷房を行う場合に居住空間２の内
部を効率的に冷房できて好都合であり、前記供給口２４
を目立たなくすることができる。勿論、前記供給路１５
ｂ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。

【００２３】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。

【００２４】（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、前記切換手段１１を第１状態に設定し、ファン９
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１１を第２状態に切換え、ファン９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。

【００２５】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
１１を第１状態に設定しておき、室外機１３およびファ
ン９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１１を第２状態に切換え、フ
ァン９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。

【００２６】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１１を第
２状態に設定しておき、室外機１３およびファン９を運
転する。これにより、熱交換器１２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。

【００２７】（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。

【００２８】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一部切欠平面
図

【図２】屋根材の一部詳細を示す縦断面図

【図３】屋根材の使用例を示す説明図

【図４】本発明の屋根材を用いた空調設備の一部詳細を
示す断面図

【符号の説明】

２居住空間３集熱板５屋根材本体７断熱層８熱回収流路９ファン１０ソーラーセル１１切換手段１２熱交換器１３室外機１４熱媒配管Ａ蓄熱部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】屋根材本体（５）に形成した内部空間
に、日射による熱を吸収するための集熱板（３）と、前
記集熱板（３）の表面側に熱回収流路（８）とを設ける
と共に、前記集熱板（３）の裏面側に断熱層（７）を介
して蓄熱部（Ａ）を設けてあり、前記内部空間の空気を前記熱回収流路（８）と前記蓄熱
部（Ａ）との間で循環させる第１状態と、前記蓄熱部
（Ａ）を前記熱回収流路（８）から遮断して居住空間
（２）に連通させる第２状態とに切換可能な切換手段
（１１）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）に空気を循環させるためのファン
（９）を有し、室外機（１３）および熱媒配管（１４）に連通接続した
熱交換器（１２）を、前記蓄熱部（Ａ）に隣接させつつ
前記内部空間に備えてある屋根材。
【請求項２】前記熱交換器（１２）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。
【請求項３】前記ファン（９）を駆動させるためのソ
ーラーセル（１０）を備えている請求項１または２に記
載の屋根材。