JP2005200829A - ソーラーシステムハウスの集熱屋根 - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来の木製垂木をやめて金属部品で構成することで、シーリング材を使用しないで長期にわたって安定した信頼性の高い屋根の施工が可能であり、その上にガラスを設置する場合に、ガラスと屋根板の距離を可能な限り近くして、集熱効率を上げることができ、また、フラット化によって屋根を構成する上での補足部材となる役物も形状、納まりが単純化され、施工者の技量、経験に頼らずに施工することができる。
【解決手段】 屋根板１ははぜ折り接合部２７を下向きに突設して屋根面は突起のないフラットなものとし、この屋根面直下を屋根勾配を有する空気流路２とし、屋根面上の一部には隙間を存して集熱ガラス２３を並行に設置した。
【選択図】 図１
【解決手段】 屋根板１ははぜ折り接合部２７を下向きに突設して屋根面は突起のないフラットなものとし、この屋根面直下を屋根勾配を有する空気流路２とし、屋根面上の一部には隙間を存して集熱ガラス２３を並行に設置した。
【選択図】 図１
Description
この発明は、空気を熱媒として日中の太陽熱の集熱を行うパッシブソーラー利用のソーラーシステムハウスの集熱屋根に関するものである。
近年、方位に限定されず、太陽光により集熱した空気を効果的に利用できるソーラーシステムハウスが下記特許文献等により知られている。
図１６についてその概略を説明すると、屋根に設ける太陽熱集熱部として、カラー鉄板等の金属製屋根板１の直下に屋根勾配を有する空気流路２を形成し、この空気流路２の一端は軒先等（小屋裏の場合もある）に外気取入口３として開口し、他端は断熱材による集熱ボックスとしての棟ダクト４に連通させる。
前記空気流路２の下側面はグラスウール等のパネルボードによる断熱層２４として構成し、また、屋根の一部はガラス２３で覆うようにした。このガラス２３は外部風が強い場合などにこの風が金属製屋根板１が太陽熱で加熱されるのを冷却により阻害するのを防止する。
内部に流入側ダンパー６、集熱ファン７及び流出側ダンパー８を設けたハンドリングボックス５を屋根裏空間である小屋裏２２に設置し、該流出側ダンパー８の流出側の一方は排気ダクト９により屋外に開口し、他の一方を立下りダクト１０の上端に連結する。この立下りダクト１０の下端は蓄熱・放熱部としての蓄熱土間コンクリート１１と床パネル１２との間の空気流通空間１３に開口し、該空気流通空間１３から室内への床吹出口１４を設けた。
ハンドリングボックス５の流入側ダンパー６の流入側の一方を前記棟ダクト４に連通させ、他の一方を天井等で室内に開口する循環用ダクト１９に接続した。なお、この循環用ダクト１９が開口する吸込口２０を設ける部屋はこれが２階であれば、前記室内への床吹出口１４を設けた床パネル１２がある１階の部屋とは吹き抜け構造として空気が自由に流れるようにすることが望ましい。
ハンドリングボックス５内で、流入側ダンパー６と集熱ファン７との間にお湯とりコイル１５を設け、このお湯とりコイル１５は循環配管１６で貯湯槽１７と連結し、該貯湯槽１７には、追焚き用の給湯ボイラー１８を途中へ設けて、風呂や洗面所、台所へとつながる給湯配管２１を接続する。
このようにして、太陽光で加熱された金属板である屋根板１が空気流路２へ入った外気を温め、この温められた空気は屋根勾配に沿って上昇する。そして、この加熱空気は棟ダクト４に集められてから集熱ファン７によりハンドリングボックス５に入り、ハンドリングボックス５から立下りダクト１０内を流下し、蓄熱土間コンクリート１１と床パネル１２との間の空気流通空間１３へ入る。この空気流通空間１３では加熱空気が床パネル１２を介して直接床面下を温めるのと、蓄熱土間コンクリート１１に蓄熱させるのと、床吹出口１４から温風として直接室内へ吹出されるのとの３通りの暖房作用を行う。
一方、お湯とりコイル１５で、ここに循環配管１６を介して貯湯槽１７から送り込まれる水が加熱され、湯として貯湯槽１７へ蓄えられ、さらにここから必要に応じて追焚き用の給湯ボイラー１８で再加熱されて給湯配管から各所へ給湯される。
前記屋根に設ける太陽熱集熱部としては、例えば、図１７に示すように、瓦棒葺き形式の浮き屋根として、径の異なる垂木２５ａ，２５ｂを大きい径の垂木２５ａを下にして上下ダブルにして段差のあるものとし、ここにカラー鉄板による屋根板１を葺いて下側に空気層２ａを確保して空気流路２としている。
この空気層２ａの気密性は、垂木２５ａ，２５ｂの外面にシリコンコーキングなどのシーリング材２６をコーキングガン等で塗布してから屋根板１の端を重ねるなどして確保するようにしている。
前記瓦棒葺き形式の浮き屋根では、集熱部に用いられる材料は、夏場において高温の空気に晒されることになり、使用材料によっては耐久性、長期信頼性の面で不安を感じる場合がある。
特に材料の品質をコントロールしづらい木材に関しては、反りや腐り、熱痩せ等が発生して屋根材の取付強度等に影響が出る可能性がある。
前記浮き屋根構造の瓦棒葺きのものでは、屋根板１とガラス２３の距離は、防水性を図る必要があり、４０−５０ｍｍ程度必要とされた。これは、屋根板が防水を図るために、４０−５０ｍｍ程度上向きに折り曲げるためである。
この発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、従来の木製垂木をやめて金属部品で構成することで、シーリング材を使用しないで長期にわたって安定した信頼性の高い屋根の施工が可能であり、その上にガラスを設置する場合に、ガラスと屋根板の距離を可能な限り近くして、集熱効率を上げることができ、また、フラット化によって屋根を構成する上での補足部材となる役物も形状、納まりが単純化され、施工者の技量、経験に頼らずに施工することができるソーラーシステムハウスの集熱屋根を提供することにある。
請求項１記載のこの発明は前記目的を達成するため、屋根板ははぜ折り接合部を下向きに突設して屋根面は突起のないフラットなものとし、この屋根面直下を屋根勾配を有する空気流路とし、屋根面上の一部には隙間を存して集熱ガラスを並行に設置したことを要旨とするものである。
請求項１記載のこの発明によれば、屋根板ははぜ折り接合部を下向きに突設して屋根面は突起のないフラットなものとしたので、構成部品を全て金属化することにより、シーリング材を使用しないで一体的なものとし、しかも、ガラスと屋根板の距離を可能な限り近づけるように、自由に設定できる。ガラスと屋根板の距離は伝熱工学上近いほど集熱効率を上がるので、従来に比べて集熱効率を向上させることができる。
請求項２記載のこの発明は、はぜ折り接合部は屋根板の端部をほぼ直角に曲成して少なくともその先端部を重ね合わせ、このはぜ折り接合部を野地板上に配置した樋兼用のチャンネル状ガーター内に収め、中央に凹部を形成した略Ｍ形の吊子を前記ガーターにバンド掛けしてガーター内に入る前記吊子の凹部に前記はぜ折り接合部を固定することを要旨とするものである。
請求項２記載のこの発明によれば、前記作用に加えて、はぜ折り接合部への浸水は、樋兼用のチャンネル状ガーターで集められて、他に漏れることなく、確実に排水できる。また、はぜ折り接合部は中央に凹部を形成した略Ｍ形の吊子で固定することで、吊子の上端とこの部分との２箇所で屋根板を吊子で確実に固定支承できる。
請求項３記載のこの発明は、集熱ガラスの枠は吊子上に固定するベース板とこのベース板にネジで締め付け可能な押え板間で挟み込み固定することを要旨とするものである。
請求項３記載のこの発明によれば、集熱ガラスの枠はこれをベース板と押え板間で挟み込み固定することで吊子上に簡単かつ安定して設けることができ、また、集熱ガラスを屋根板に近づけて設置できる。
以上述べたようにこの発明のソーラーシステムハウスの集熱屋根は、シーリング材を使用しないで屋根の施工が可能であり、その上にガラスを設置する場合に、ガラスと屋根板の距離を可能な限り近くして、集熱効率を上げることができるものである。
すなわち、従来の集熱屋根は、野地面より集熱空気層分浮かせた金属製瓦棒葺き屋根の上に集熱ガラスを設置するという構造か、または集熱パネルを使用しているが、この発明では、野地面から集熱空気層分浮かせたフラット形状の金属屋根が得られる。
この発明では、従来の木製垂木をやめて金属部品で構成するので、長期にわたって安定した信頼性の高いものとなる。
また、屋根形状をフラット化し、屋根パネルの接合部に集水用のガーターを設けて雨水を確実に処理できる。
フラット化によって屋根を構成する上での補足部材となる役物も形状、納まりが単純化され、施工者の技量、経験に頼らずに施工することができる。
さらに、フラット化によりガラスの取付位置を制約するものが無くなった為に、屋根の上に集熱ガラスユニットを設置してガラス付集熱面を構成するのに、集熱ガラスと集熱板との間隔は屋根に求められる防水性の観点から決められていることなく、この位置関係を集熱性能に重点を置いた寸法に設定することができる。
以下、図面についてこの発明の実施の形態を詳細に説明する。図１はこの発明のソーラーシステムハウスの集熱屋根の１実施形態を示す縦断正面図で、図２は同上要部の拡大縦断正面図で、集熱ガラスを省略した場合である。
屋根に設ける太陽熱集熱としては、前記図１６にも示したように、カラー鉄板（カラーガルバリウム鋼板）等の金属製屋根板１の直下に屋根勾配を有する空気流路２を形成し、この空気流路２の一端は軒先等（小屋裏の場合もある）に外気取入口３として開口する。前記空気流路２の下側面は断熱層として構成する。なお、屋根板１は金属製以外の場合も考えられる。
屋根の上部エリアにおいて屋根板１の上部は上下間隔を存してガラス２３で覆うようにした。
屋根板１は端部をほぼ直角に曲成してこの部分全体を、または、少なくともその先端部を重ね合わせることで、はぜ折り接合部２７を下向きに突設して屋根面は突起のないフラットなものとし、この屋根面直下を屋根勾配を有する空気流路２とする。
本実施形態では、前記はぜ折り接合部２７は一方の屋根板１は端部をほぼ直角に曲成したその先を外向きにＬ字に折り曲げて第１の折り曲げ部２８ａとし、他方の屋根板１の端部はこの外向きにＬ字に折り曲げた第１の折り曲げ部２８ａを挟み込むように水平な折り返し部２８ｃを形成し、さらにその先端を直角に立ち上げた立ち上げ片２８ｄを形成してなる第２の折り曲げ部２８ｂとした。
なお、前記屋根板１は端部をほぼ直角に曲成してこの部分全体を密に重ね合わせる必要はなく多少隙間を有してもよいが、雨仕舞いを考慮した場合に、密着度を向上させることが望ましい。
図１４、図１５はその一例を示すもので、前記第１の折り曲げ部２８ａと第２の折り曲げ部２８ｂとの関係で水平な折り返し部２８ｃで第１の折り曲げ部２８ａを挟み込むようにする際に、突条形成用の曲折部２８ｆ、２８ｆ′を双方に形成し、これらを嵌合させるなど、形状的な変化を加味するようにしてもよい。
図中２９はガルバリウム鋼板などによる樋兼用のチャンネル状ガーターで、逆大形状の本体の上端に内向きの水平フランジ２９ａを形成した。
また、図中３０は亜鉛メッキ鋼板による吊子で、これは図４、図５に示すように幅のある帯金を略Ｍ形に曲成して中央に凹部３０ａを形成し、また、下端を外側に水平に折り曲げて固定フランジ３０ｂとする。
さらに、図中３１は同じくガルバリウム鋼板などによる中間支持部材で、横向きコ字形の本体部の下端を水平外向きに折り曲げ、水平フランジ３１ａを形成している。
前記ガーター２９は野地板３２上に配置され、このガーター２９に対して吊子３０をバンド掛けして固定フランジ３０ｂをビス止めすることで、ガーター２９を吊子３０により固定する。その際、吊子３０の凹部３０ａはガーター２９内に収まる。
前記屋根板１は吊子３０の上端で支承するが、屋根板１相互のはぜ折り接合部２８ａは前記吊子３０の凹部３０ａに差し入れてここで支承し、第２の折り曲げ部２８ｂの水平な折り返し部２８ｃの一片の先端をビス止めすることではぜ折り接合部２７の全体を固定する。
このようにして、適宜間隔で配置する吊子３０とガーター２９とで屋根板１を下側から適宜間隔で支持するが、中間には中間支持部材３１を配置してこれで支える。
なお、ガーター２９の端は図１２に示すように、屋根の軒先に設ける雨樋３３に連携させるようにする。
次に、屋根面上の一部には隙間を存して集熱ガラスを並行に設置するが、このガラス２３の設置について説明する。
ガラス２３にはサッシとして枠３４があるが、この枠３４を挟み込み固定するものとして、ベース板３５とこのベース板３５にネジ３６で締め付け可能な押え板３７を用いる。
枠３４、ベース板３５、押え板３７にはアルマイト処理したアルミ押出し成型品を使用するのが好適であり、ベース板３５は図１１に示すように中央に中空矩形な突条３５ａを長さ方向に形成した水平板体で、突条３５ａ内にナット３８を溶接固定で納めている。
押え板３７もベース板３５とほぼ同幅の水平な板であり、ベース板３５を前記吊子３０上にビス止めし、先端をナット３８に螺合するネジ３６で前記枠３４を挟み込んだベース板３５と押え板３７とを締結する。
図８、図１０は両側ではなく片側のみ枠３４を固定する場合で、押え板３７の代わりに押え板とベース板３５に接地する脚部３９ａが一体となったケラバ用金物３９を使用する。
図１３は屋根の一例を示すもので、屋根板１によりはぜ折り接合部２７のでスリットが平行して形成される屋根面となり、その一部に隙間を存して集熱用のガラス２３が並行に設置される。
図中４０は図１６でのハンドリングボックス５内の集熱ファン７などと駆動する電源を得る太陽電池パネルである。
このようにして、屋根板１の下が屋根勾配と同じ勾配の空気流路２となり、太陽光で加熱された金属板である屋根板１が空気流路２へ入った外気を温め、この温められた空気は屋根勾配に沿って上昇して、この加熱空気は集熱される
図１６の例では、ハンドリングボックス５から立下りダクト１０内を流下し、蓄熱土間コンクリート１１と床パネル１２との間の空気流通空間１３へ入る。この空気流通空間１３では加熱空気が床パネル１２を介して直接床面下を温めるのと、蓄熱土間コンクリート１１に蓄熱させるのと、床吹出口から温風として直接室内へ吹出されるのとの３通りの暖房作用を行う。
一方、お湯とりコイル１５で、ここに循環配管１６を介して貯湯槽１７から送り込まれる水が加熱され、湯として貯湯槽１７へ蓄えられ、さらにここから給湯配管から各所へ給湯される。
前記屋根での集熱において、ガラス２３がある部分は屋根面との間に空気層２ａがあり、風等の影響を受けずに効率のよい集熱ができるが、特にガラス２３は１０ｍｍ程度まで屋根板１に近づけて設置できる。
また、雨水ははぜ折り接合部２７に浸入するものも少しはあるが（このはぜ折り接合部２７は密着接合であり、ほとんど浸入はない）、これはガーター２９に集められ、雨樋３３へと導かれる。
１…屋根板 ２…空気流路
２ａ…空気層
３…外気取入口 ４…棟ダクト
５…ハンドリングボックス ６…流入側ダンパー
７…集熱ファン ８…流出側ダンパー
９…排気ダクト １０…立下りダクト
１１…蓄熱土間コンクリート １２…床パネル
１３…空気流通空間 １４…床吹出口
１５…お湯とりコイル １６…循環配管
１７…貯湯槽 １８…給湯ボイラー
１９…循環用ダクト ２０…吸込口
２１…給湯配管 ２２…小屋裏
２３…ガラス ２４…断熱層
２５ａ，２５ｂ…垂木 ２６…シーリング材
２７…はぜ折り接合部 ２８ａ…第１の折り曲げ部
２８ｂ…２の折り曲げ部 ２８ｃ…水平な折り返し部
２８ｄ…立ち上げ片 ２８ｆ、２８ｆ′…曲折部
２９…ガーター
２９ａ…水平フランジ ３０…吊子
３０ａ…凹部 ３０ｂ…固定フランジ
３１…中間支持部材 ３１ａ…水平フランジ
３２…野地板 ３３…雨樋
３４…枠 ３５…ベース板
３５ａ…突条
３６…ネジ ３７…押え板
３８…ナット ３９…ケラバ用金物
３９ａ…脚部 ４０…太陽電池パネル
２ａ…空気層
３…外気取入口 ４…棟ダクト
５…ハンドリングボックス ６…流入側ダンパー
７…集熱ファン ８…流出側ダンパー
９…排気ダクト １０…立下りダクト
１１…蓄熱土間コンクリート １２…床パネル
１３…空気流通空間 １４…床吹出口
１５…お湯とりコイル １６…循環配管
１７…貯湯槽 １８…給湯ボイラー
１９…循環用ダクト ２０…吸込口
２１…給湯配管 ２２…小屋裏
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２７…はぜ折り接合部 ２８ａ…第１の折り曲げ部
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２９…ガーター
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３９ａ…脚部 ４０…太陽電池パネル
Claims (3)
- 屋根板ははぜ折り接合部を下向きに突設して屋根面は突起のないフラットなものとし、この屋根面直下を屋根勾配を有する空気流路とし、屋根面上の一部には隙間を存して集熱ガラスを並行に設置したことを特徴とするソーラーシステムハウスの集熱屋根。
- はぜ折り接合部は屋根板の端部をほぼ直角に曲成して少なくともその先端部を重ね合わせ、このはぜ折り接合部を野地板上に配置した樋兼用のチャンネル状ガーター内に収め、中央に凹部を形成した略Ｍ形の吊子を前記ガーターにバンド掛けしてガーター内に入る前記吊子の凹部に前記はぜ折り接合部を固定する請求項１記載のソーラーシステムハウスの集熱屋根。
- 集熱ガラスの枠は吊子上に固定するベース板とこのベース板にネジで締め付け可能な押え板間で挟み込み固定する請求項１または請求項２記載のソーラーシステムハウスの集熱屋根。
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