JP2001132986A - 太陽熱利用暖房システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンパクトな放熱器で熱媒の熱を十分に取り
出すことができる太陽熱利用暖房システムを提供する。 【解決手段】 屋外に、太陽熱を集熱して熱媒を温める
集熱器３０を設ける。一方、基礎１０と床材１１とで形
成された密閉された床下空間１ｂにファンコイルユニッ
ト３１（放熱器）を設ける。このファンコイルユニット
３１と集熱器３０との間を上記熱媒が循環されることに
よって、ファンコイルユニット３１が、熱媒の熱を取り
出すとともに床下空間１ｂに放出する。この放出された
熱が床材１１に吸収されて室内１ａを暖房する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、太陽熱を利用し
て建物の室内を暖房するシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開平５−４４９５０号公報に
記載された暖房システムは、屋外に、太陽熱を集熱して
空気などの熱媒を温める集熱器が設けられている。一
方、床下の地面には断熱材を介して基礎コンクリートが
打設され、この基礎コンクリートの上面に、扁平をなす
密閉された蓄熱容器が、基礎コンクリートを覆うように
して敷設されている。この蓄熱容器の内部空間の下半分
に、塩化カルシウムなどの蓄熱材が封入され、上半分は
空間になっている。この上半分の空間に上記太陽熱で温
められた熱媒が送られる。これによって、蓄熱材が熱媒
の熱を吸収し、固体から液体に相変化する。すなわち、
熱を潜熱として蓄熱する。蓄熱材に熱を与えた後の熱媒
は、集熱器に還流される。夜になると、上記蓄熱材が、
液体から固体に相変化しながら熱を放出する。これによ
って、床下空間が温められ、さらに床材が温められるこ
とによって、室内が暖房される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上掲公報に記載の従来
システムでは、蓄熱材が固体から液体に相変化すること
によって蓄熱される潜熱の分しか、熱媒から熱を取り出
すことができない。このため、蓄熱材の量が少ないと、
集熱器で集熱した熱を十分に取り出すことができず、熱
の利用度が落ちてしまう。一方、蓄熱材の量を多くする
と、熱媒から潜熱として取り出せる熱量は増えるが、こ
の蓄熱材を入れる蓄熱容器が大型化し、製作コストが高
くなり、床下への設置作業も煩雑になってしまう。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、請求項１に係る発明は、太陽熱を集熱して熱媒を温
める集熱器を備え、上記温められた熱媒を用いて建物の
室内を暖房する太陽熱利用暖房システムにおいて、上記
建物が、基礎と、この基礎上に配されるとともに上記室
内に面する床材とを備え、これら基礎と床材とで作る床
下空間が密閉され、この床下空間に放熱器が設けられて
おり、この放熱器と上記集熱器との間を上記熱媒が循環
されることによって、上記放熱器が、上記熱媒の熱を取
り出すとともに上記床下空間に放出し、この放出された
熱が上記床材に吸収されて上記室内を暖房することを特
徴とする。ここで、上記基礎に断熱材を設けるのが望ま
しい。また、上記放熱器が、上記熱媒の通路を形成する
熱媒管と、この熱媒管に風を当てる送風手段とを有して
いることが望ましい。

【０００５】また、上記床材に、上記床下空間から吸収
した熱を潜熱として蓄える蓄熱材を設けるのが望まし
い。その場合、上記蓄熱材を封入した多数のカプセルを
上記床材内に混入してもよく、または、上記蓄熱材入り
の多数のカプセルを塗膜に混入し、この塗膜を上記床材
における床下空間を向く下面に塗ってもよい。

【０００６】上記熱媒が、上記集熱器と上記放熱器との
間を循環する途中で貯湯槽をも経由し、この貯湯槽内の
給湯用の水を温めるようにしてもよい。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
面を参照して説明する。図１は、太陽熱利用暖房システ
ムを示したものである。このシステムは、建物１と、こ
の建物１に備え付けられた太陽熱利用サイクルＣとによ
って構成されている。

【０００８】建物１は、鉄筋コンクリートからなる基礎
１０と、合板からなる床材１１と、壁１２と、天井材１
３とを備えている。床材１１、壁１２、および天井材１
３によって室内１ａが形成されている。室内１ａには、
室内器２１（冷暖気吹出器）が設けられている。室内器
２１は、屋外に配されたヒートポンプ２２（冷暖気供給
源）に接続されている。なお、室内１ａの暖房は、主
に、この室内器２１とヒートポンプ２２とからなるエア
コンディショナー２０によって行われる。このエアコン
ディショナー２０の負荷を軽減するために、本発明に係
る太陽熱利用暖房システムが補助として用いられる。

【０００９】基礎１０は、地表に打設された底盤１４
と、この底盤１４の周縁に設けられた側板１５とを有し
ている。底盤１４の上面と側板１５の屋外側面とには、
断熱材１６が設けられている。側板１５の上端部には、
例えば床梁などの土台１７が設けられている。左右の土
台１７間に根太１８（床支持部材）が架け渡され、この
根太１８によって上記床材１１が支持されている。これ
ら基礎１０、床材１１、土台１７、および根太１８によ
って、密閉された床下空間１ｂが形成されている。

【００１０】この床下空間１ｂに、その温度を測定する
ための温度計Ｔ１と、上記太陽熱利用サイクルＣのファ
ンコイルユニット３１（放熱器）とが設けられている。
ファンコイルユニット３１は、蛇行された熱媒管３１ａ
と、この熱媒管３１ａに風を当てるファン３１ｂ（送風
手段）とを有している。

【００１１】太陽熱利用サイクルＣは、屋外に設けられ
た集熱器３０、この集熱器３０と上記ファンコイルユニ
ット３１の熱媒管３１ａの上流端とを繋ぐ往路３２、お
よび、熱媒管３１ａの下流端と集熱器３０とを繋ぐ復路
３３、並びに、往路３２に設けられ、熱媒を集熱器３
０、往路３２、熱媒管３１ａ、復路３３の順に循環させ
るポンプ３４を備えている。熱媒としては、例えば、エ
チレンプロピレングリコールが用いられる。集熱器３０
は、太陽熱を集熱して熱媒を温める。集熱器３０には、
温められた熱媒温度を測定する温度計Ｔ２が設けられて
いる。

【００１２】往路３２においてポンプ３４より上流側
（集熱器３０側）には、熱交換通路３５が、往路３２を
迂回するようにして設けられている。往路３２における
熱交換通路３５の迂回部分３２ａには、開閉弁Ｖ１が設
けられ、熱交換通路３５には、開閉弁Ｖ２が設けられて
いる。熱交換通路３５は、給湯用の水が貯められた貯湯
槽３６内に収容されている。貯湯槽３６には、上記給湯
用水の温度を測定する温度計Ｔ３が設けられている。ま
た、熱交換通路３５の下流端（貯湯槽３６から出て往路
３２の迂回部分３２ａと合流する端部）には、熱媒温度
を測定するための温度計Ｔ４が設けられている。

【００１３】往路３２においてポンプ３４より下流側
（ファンコイルユニット３１側）の通路部分３２ｂと復
路３３とは、バイパス通路３７によって短絡されてい
る。往路３２の下流側通路部分３２ｂには、開閉弁Ｖ３
が設けられ、バイパス通路３７には、開閉弁Ｖ４が設け
られている。

【００１４】本システムは、さらにコントローラ３８
（制御手段）を備えている。コントローラ３８は、温度
計Ｔ１〜Ｔ４の検出値に基づいてポンプＰや開閉弁Ｖ１
〜Ｖ４の制御を実行する。

【００１５】上記コントローラ３８による制御動作を、
図２および図３のフローチャートにしたがって説明す
る。まず、図２に示すように、温度計Ｔ２による集熱器
３０での熱媒温度ｔ２と、温度計Ｔ３による貯湯槽３６
内の給湯用水温ｔ３とを比較する（ステップ１０１）。
晴天の日中などには、集熱器３０で集熱した太陽熱によ
って熱媒温度ｔ２が上昇し、ｔ２＞ｔ３となる。そこ
で、ステップ１０２に進み、開閉弁Ｖ１を閉じ、開閉弁
Ｖ２を開く。

【００１６】次に、温度計Ｔ４による熱交換通路３５の
下流端での熱媒温度ｔ４と、温度計Ｔ１による床下空間
１ｂの温度ｔ１とを比較する（ステップ１０３）。そし
て、熱媒温度ｔ４が床下温度ｔ１より高いときは（ｔ４
＞ｔ１）、開閉弁Ｖ３を開き、開閉弁Ｖ４を閉じる（ス
テップ１０４）。その後、ポンプ３４を駆動するととも
に、ファンコイルユニット３１のファン３１ｂを回す
（ステップ１０５）。

【００１７】これによって、集熱器３０で温められた熱
媒が、往路３２から熱交換通路３５に迂回されて貯湯槽
３６の給湯用水を温めた後、ファンコイルユニット３１
の熱媒管３１ａに送られる。この熱媒管３１ａにファン
３１ｂの送風が当てられることによって、熱媒から熱が
取り出される。その後、熱媒は、復路３３を通って集熱
器３０に戻される。

【００１８】上記ファンコイルユニット３１は、熱媒か
ら熱を取り出して放出する放熱機能のみを有し、取り出
した熱を自ら潜熱として蓄える蓄熱機能は有していな
い。したがって、熱媒の熱を、蓄熱容量の範囲内という
制限を受けることなく、十分に取り出すことができる。
また、ファンコイルユニット３１は、蓄熱容量を大きく
する必要もないので、コンパクトにすることができ、製
造コストを低廉化できるとともに、床下空間１ｂへの設
置も簡単に行うことができる。

【００１９】ファンコイルユニット３１によって熱媒か
ら取り出された熱は、床下空間１ｂに放出される。この
放出された熱は、基礎１０に設けた断熱材１６によって
地中や屋外に漏れるのが阻止され、床下空間１ｂ、並び
にこの床下空間１ｂに面する基礎１０の側板１５、土台
１７、根太１８、および床材１１に顕熱として蓄熱され
る。この顕熱は、床材１１の上面から室内１ａに放射さ
れる。これによって、太陽熱利用暖房システムによる室
内１ａの暖房が行われ、エアコンディショナー２０の負
荷を軽減することができる。

【００２０】コントローラ３８は、上記ステップ１０５
の後、ステップ１０１に戻って制御フローを反復する。
夜になって集熱器３０が太陽熱を集熱できなくなると、
熱媒温度ｔ２が低下する。図３に示すように、熱媒温度
ｔ２が、貯湯槽３６の給湯用水温ｔ３および床下温度ｔ
１の何れよりも低くなると、ステップ１０１において
「Ｎｏ」と判断されてステップ１０８に進み、さらに、
このステップ１０８においても「Ｎｏ」と判断される。
これによって、すべての開閉弁Ｖ１〜Ｖ４が閉じられ、
ポンプ３４およびファン３１ｂが停止される（ステップ
１１０）。

【００２１】床下空間１ｂと、これに面する各部材１
５，１７，１８，１１には、日中に蓄えた顕熱が残って
いるので、ファンコイルユニット３１による放熱停止後
も、太陽熱利用暖房システムによる室内１ａの暖房作用
が継続される。これによって、夜間においても、エアコ
ンディショナー２０の負荷を軽減することができる。

【００２２】なお、図２に示すように、上記ステップ１
０３で、熱媒温度ｔ４が床下温度ｔ１以下のときは（ｔ
４≦ｔ１）、開閉弁Ｖ３を閉じ、開閉弁Ｖ４を開いたう
えで（ステップ１０６）、ポンプ３４を駆動する。ファ
ン３１ｂは停止させておく（ステップ１０７）。これに
よって、熱媒は、貯湯槽３６を経由して給湯用水を温め
た後、ファンコイルユニット３１には送られることな
く、バイパス通路３７および復路３３を通って集熱器３
０に戻される。

【００２３】また、図３に示すように、上記ステップ１
０８において、集熱器３０の熱媒温度ｔ２が床下温度ｔ
１より高いときは（ｔ２＞ｔ１）、開閉弁Ｖ１を開く一
方、開閉弁Ｖ２を閉じ、かつ、開閉弁Ｖ３を開く一方、
開閉弁Ｖ４を閉じる（ステップ１０９）。その後、ポン
プ３４を駆動するとともに、ファン３１ｂを回す（ステ
ップ１０７）。これによって、熱媒が、熱交換通路３５
を経由せずにファンコイルユニット３１に送られ、床下
空間１ｂに放熱した後、集熱器３０に戻される。

【００２４】次に、本発明の他の実施形態を、図４およ
び図５を参照して説明する。これら他の実施形態は、上
記床材１１の変形例に関するものである。図４に示す床
材１１’は、コンクリートや樹脂で形成されており、そ
の内部に多数の微小なカプセル４０が混入されている。
カプセル４０は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ
エステルなどで形成されており、その大きさ（直径）は
１０μｍ程度である（図では、誇張して示す）。このカ
プセル４０内に、蓄熱材４１が封入されている。

【００２５】蓄熱材４１は、例えばパラフィンワックス
からなり、日中のファンコイルユニット３１の作動時に
は、床下空間１ｂから熱を吸収することによって固体か
ら液体に相変化する（吸収した熱を潜熱として蓄熱す
る）。したがって、この実施形態によれば、床下空間１
ｂや、これに面する各部材１５，１７，１８，１１’に
顕熱としてだけ蓄えるよりも多量の熱を蓄熱することが
できる。そして、夜間には、室内１ａに上記顕熱が放射
されるのに加えて、蓄熱材４１が液体から固体に相変化
することによって上記潜熱が放射される。これによっ
て、太陽熱利用暖房システムによる室内１ａの暖房能力
をより高めることができる。

【００２６】図５に示す変形例では、合板などからなる
床材１１の下面に、塗料や接着剤などからなる薄い（図
では誇張して示す）塗膜５０が設けられている。この塗
膜５０に、図４と同様の蓄熱材４１が封入された微小カ
プセル４０が多数混入されている。

【００２７】本発明は、上記実施形態に限定されず、種
々の形態を採用可能である。例えば、放熱器は、送風手
段を有していなくてもよい。断熱材１６を、基礎１０の
底盤１４の上面に設けるのに代えて、底盤１４の下面に
設けてもよい。また、側板１５の屋外側面に設けるのに
加えて、またはそれに代えて屋内側面に設けてもよい。
基礎１０や土台１７や根太１８についても、図４の床材
１１’と同様に、蓄熱材４１入りのカプセル４０を内部
に混入したり、図５の床材１１と同様に、床下空間１ａ
を向く面に、蓄熱材４１入りカプセル４０を混入した塗
膜５０を設けてもよい。集熱器の熱は、放熱器からの放
熱による暖房に優先的に利用し、余った分を給湯に利用
することにしてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明では、放熱器が、自らの蓄熱容量の範囲内という制限
を受けることなく、熱媒の熱を十分に取り出すことがで
き、集熱器で集熱した熱の暖房への利用度を高めること
ができる。また、放熱器をコンパクトにすることがで
き、製造コストを低廉化できるとともに、床下空間への
設置も簡単に行うことができる。請求項２に係る発明で
は、放熱器から放出された熱が、基礎を伝って屋外や地
中に漏れるのを阻止でき、熱の利用度を一層高めること
ができる。請求項３に係る発明では、熱媒の熱を確実に
放熱することができる。請求項４に係る発明では、より
多量の熱を蓄熱することができ、室内の暖房能力を一層
高めることができる。請求項５、６に係る発明では、床
材に蓄熱材を簡単に担持させることができ、ひいてはシ
ステムの施工性を高く維持することができる。請求項７
に係る発明では、システムを給湯にも利用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る太陽熱利用暖房シス
テムの概略構成図である。

【図２】上記システムの制御内容を示すフローチャート
である。

【図３】上記システムの制御内容を示すフローチャート
である。

【図４】上記システムにおける床材の変形例を示す断面
図である。

【図５】上記床材の他の変形例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 建物 １ａ 室内 １ｂ 床下空間 １０ 基礎 １１，１１’ 床材 １６ 断熱材 ３０ 集熱器 ３１ ファンコイルユニット（放熱器） ３１ａ 熱媒管 ３１ｂ ファン（送風手段） ３６ 貯湯槽 ４０ カプセル ４１ 蓄熱材 ５０ 塗膜

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽熱を集熱して熱媒を温める集熱器を
   備え、上記温められた熱媒を用いて建物の室内を暖房す
   る太陽熱利用暖房システムにおいて、 上記建物が、基礎と、この基礎上に配されるとともに上
   記室内に面する床材とを備え、これら基礎と床材とで作
   る床下空間が密閉され、この床下空間に放熱器が設けら
   れており、 この放熱器と上記集熱器との間を上記熱媒が循環される
   ことによって、上記放熱器が、上記熱媒の熱を取り出す
   とともに上記床下空間に放出し、この放出された熱が上
   記床材に吸収されて上記室内を暖房することを特徴とす
   る太陽熱利用暖房システム。
2. 【請求項２】 上記基礎に断熱材を設けたことを特徴と
   する請求項１に記載の太陽熱利用暖房システム。
3. 【請求項３】 上記放熱器が、上記熱媒の通路を形成す
   る熱媒管と、この熱媒管に風を当てる送風手段とを有し
   ていることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽
   熱利用暖房システム。
4. 【請求項４】 上記床材に、上記床下空間から吸収した
   熱を潜熱として蓄える蓄熱材を設けたことを特徴とする
   請求項１〜３の何れかに記載の太陽熱利用暖房システ
   ム。
5. 【請求項５】 上記床材に多数のカプセルが混入されて
   おり、このカプセルに上記蓄熱材が封入されていること
   を特徴とする請求項４に記載の太陽熱利用暖房システ
   ム。
6. 【請求項６】 上記床材における床下空間を向く下面に
   塗膜が設けられ、この塗膜に多数のカプセルが混入され
   ており、このカプセルに上記蓄熱材が封入されているこ
   とを特徴とする請求項４に記載の太陽熱利用暖房システ
   ム。
7. 【請求項７】 上記熱媒が、上記集熱器と上記放熱器と
   の間を循環する途中で貯湯槽をも経由し、この貯湯槽内
   の給湯用の水を温めることを特徴とする請求項１〜６の
   何れかに記載の太陽熱利用暖房システム。