JP2009092314A

JP2009092314A - 太陽熱集熱壁装置

Info

Publication number: JP2009092314A
Application number: JP2007263806A
Authority: JP
Inventors: Tatsuichiro Tashiro; 達一郎田代
Original assignee: Shin Nikkei Co Ltd
Current assignee: Shin Nikkei Co Ltd
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2027-10-09
Also published as: JP5049725B2

Abstract

【課題】簡単な構造で、室内の空気を外気に触れることなく室内に循環させることによって、太陽熱で十分に昇温させた後、室内に戻す。
【解決手段】建物の壁躯体Ｂの屋外側に、屋外側から順に透光性を有するパネル１とスパンドレル２と断熱材３とを適宜の間隔を隔てて配置固定し、上記パネル１とスパンドレル２との間には第１の空間部Ｓ１を形成し、スパンドレル２と断熱材３との間には第２の空間部Ｓ２を形成し、第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２とを端部で連通させるとともに、上記壁躯体Ｂの室内側に給気ファン３５と排気ファン３６とを取り付け、給気ファン３５に接続する給気ダクト３３を上記第２の空間部Ｓ２に開口させるとともに、排気ファン３６に接続する排気ダクト３４は上記第１の空間部Ｓ１に開口させた。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽熱を効率よく利用して温めた空気を室内に導入する太陽熱集熱壁装置に関するものである。

最近、環境保護の見地や自然エネルギーを有効に利用しようとする観点から、太陽光から発電したり、太陽熱を直接に集熱して暖房に利用したり、風呂水を沸かすのに利用したりすることができる装置が市場に出回るようになっている。

その中で、金属製の下地材の表側に多数の小孔を有するアルミニウム製の集熱パネルを配設してなる集熱ユニットと、この集熱ユニットを建物の外壁に添って配設し、上記下地材の上部に開口部を形成し、上部開口部を上記外壁に貫通した貫通口を通して換気ファンに接続した構成の集熱システムが知られている（特許文献１参照）。このシステムは、上記集熱パネルの小孔から外気を集熱ユニットの内部に導入し、この空気を太陽熱により加熱された集熱パネルに接触させて昇温し、換気ファンを作動させることにより上部貫通口から室内に吸引するものである。これにより、冬季には暖められた空気が室内に取り込まれるので、太陽熱の有効利用の一形態として有望視されている。

ところが、上記集熱システムは、集熱パネルのほぼ全面に多数の小孔を形成しなければならないので加工が面倒である。また、小孔は全て外気と連通しているので、集熱ユニットの内部の空気が昇温した後、その一部は上記小孔から再び屋外側に逃げていったり、小孔から雨が内部に入り込み、酸化による腐食が促される可能性があるので、下地材の上からさらにガラス等の透明パネルで覆う必要がある。したがって、構造が複雑で製造コストが高くなるという問題があった。

そこで、特願２００７−８７５７５のように、外壁に集熱パネルの代わりにスパンドレルを配設し、構造を簡単にするとともに、コストを低く抑える太陽熱の集熱壁構造が提案されている。
特開２００５−２２１１０１公報

しかしながら、スパンドレルは金属製であるとともに、外気温の影響を受けやすく、また外気がスパンドレルの内側の空間内に導入されてから室内に取り込まれるまでの距離が短いため、空気は十分に昇温される前に室内に取り込まれるので、あまり昇温せず、想定されたような効果は得られなかった。

本発明は、上記問題点を解消し、簡単な構造で、室内の空気を外気に触れることなく室内に循環させることによって、太陽熱で十分に昇温させた後、室内に戻すことができる太陽熱集熱壁装置を提供することをその課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、建物の壁躯体の屋外側に、屋外側から順に透光性を有するパネルとスパンドレルと断熱材とを適宜の間隔を隔てて配置固定し、上記パネルとスパンドレルとの間には第１の空間部を形成し、スパンドレルと断熱材との間には第２の空間部を形成し、第１の空間部と第２の空間部とを端部で連通させるとともに、上記壁躯体の室内側に給気ファンと排気ファンとを取り付け、給気ファンに接続する給気ダクトを上記第２の空間部に開口させるとともに、排気ファンに接続する排気ダクトは上記第１の空間部に開口させたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、上記第１の空間部と第２の空間部とは、上記スパンドレルの長手方向の一端部に取り付けられた縁材に形成された連通孔によって連通されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、上記第１の空間部と第２の空間部とは下端部で連通し、上記給気ファンと排気ファンとは、それぞれ第１の空間部と第２の空間部の上部に配置されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、上記パネルとスパンドレルとは上下左右に組んだ枠体によってユニット化されて上記断熱材に取り付けられたことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、スパンドレルは太陽熱の輻射熱によって高温になった状態で第１の空間部内の空気に接触するので、第１の空間部内の空気は昇温するが、透光性を有するパネルはそれ自体が断熱性を有するので、第１の空間部内の空気はいったん昇温すれば、そのまま高い温度に保持される。第２の空間部内の空気もスパンドレルに接触して昇温し、断熱材によって高い温度に保持される。

したがって、給気ファンと排気ファンとを同時に作動させると、室内側の空気は排気ファンから排気ダクトを通って第１の空間部に送られると同時に、第１の空間部と第２の空間部内の空気は給気ファンによって室内側に引き出される。したがって、室内側の空気はまず排気ファンによって第１の空間部に送られる。ここで太陽熱によって昇温された後、下方に移動し、連通孔から第２の空間部に送られる。ここでも輻射熱によって高温になっているスパンドレルに接触してさらに昇温しながら移動し、給気ファンによって給気ダクトから再び室内側に還流して送られる。

そして、第１の空間部と第２の空間部とが２層になっているとともに、第１の空間部と第２の空間部とは連通しているので、外気は第１の空間部を通り、さらに第２の空間部を通過して給気ダクトから室内に取り込まれることになる。このように、第１の空間部と第２の空間部の２つの層の全長は長いので、外気は十分に暖められた後に室内側に取り込まれる。

第１の空間部と第２の空間部とが２層になっており、室内側から送り込まれた空気はこれら２つの層で昇温された後に暖気となって室内側に還流していくことになり、第１の空間部と第２の空間部の２つの層の全長は長いので、空気は十分に暖められた後に室内側に取り込まれる。

したがって、給気ファンと排気ファンとを同時に作動させると、室内側の空気は排気ファンから排気ダクトを通って第１の空間部に送られ、ここで太陽熱によって昇温された後、第２の空間部に送られる。ここでも輻射熱によって高温になっているスパンドレルに接触してさらに昇温し、給気ファンによって給気ダクトから再び室内側に還流して送られる。このように、室内の空気を外気に触れることなく室内に循環させることによって、太陽熱で十分に昇温させた後、室内に戻すことができる。このように、冷たい外気を暖めるのではなく、室内の比較的暖かい空気を太陽熱で暖めて再び室内に循環させる構造であるから、太陽熱を有効かつ効率的に集熱して利用することができる。

請求項２に係る発明によれば、第１の空間部と第２の空間部とは、上記スパンドレルの長手方向の一端部に取り付けられた縁材に形成された連通孔によって連通されているから、スパンドレルを加工することなしに第１の空間部と第２の空間部とを連通させることができる。

請求項３に係る発明によれば、第１の空間部と第２の空間部とは下端部で連通し、給気ファンと排気ファンとは、それぞれ第１の空間部と第２の空間部の上部に配置されているから、給気ファンと排気ファンとを作動させたとき、室内の空気は排気ファンから第１の空間部の上部に導入されて下端に移動し、さらに第２の空間部の下端から上部に移動した後に給気ファンから室内に還流する。このように、第１の空間部と第２の空間部の全空間を有効に使うので、集熱効率が良い。

請求項４に係る発明によれば、パネルとスパンドレルとを上下左右に組んだ縁材によってユニット化して上記断熱材に取り付けたので、迅速に作業することができる。

図１は太陽熱集熱壁装置を配設した建物の正面図、図２および図３はそれぞれ図１のＸ−Ｘ線及びＹ−Ｙ線上の断面図であり、図４はその横断面図である。

上図において符号Ｂは壁躯体、Ｃ１、Ｃ２はそれぞれ上部窓サッシ、下部窓サッシを示し、Ａは太陽熱集熱壁装置を示す。この太陽熱集熱壁装置Ａは、建物の壁躯体Ｂの屋外側に、屋外側から順に透明な（透光性があればよい）パネル１とスパンドレル２と断熱材３とを適宜の間隔を隔てて配置固定し、上記パネル１とスパンドレル２との間には第１の空間部Ｓ１を形成し、スパンドレルと断熱材との間には第２の空間部Ｓ２を形成し、室内の空気を上記空間部Ｓ１、Ｓ２に送り、太陽熱で加熱されたスパンドレル２によって昇温させ、上記空間部Ｓ１、Ｓ２内の空気を室内に導入するようにしたものである。

太陽熱集熱壁装置Ａを構成する壁躯体Ｂは、上部窓サッシＣ１の下枠４と、下部窓サッシＣ２の上枠５と、左右の柱６、６との間に設けられ、その室内側には内装材７が取り付けられ、屋外側には壁断熱材８が取り付けられ、さらに壁断熱材８の屋外側には下地材１０が配置されている。

スパンドレル２は図４に示すように熱伝導性のよいアルミニウムの押出型材からなる複数のスパンドレルパネル２ａを横方向に並べて連結したもので、各スパンドレルパネル２ａは凸状部１１と凹状部１２とが連続する角波形に形成され、一側の凸状部１１の基部は内側に折り曲げられて固定縁１３を形成し、また他側には係合縁１４が形成されている。固定縁１３と係合縁１４とは断熱材３に当接可能に形成されている。また、固定縁１３の基部には係合縁１４の端部が係合可能なＬ形係合溝１５が形成されている。さらに、外方に突出する凸状部１１の背面側には複数のリブ状放熱フィン１６が平行に形成されている。なお、スパンドレル２は日射吸収率のよいブラック、ブラウン、ネイビー、ダークブラウン、ダークグレー等の色に着色表面処理されているものが好ましい。

ところで、上記パネル１とスパンドレル２とは、アルミニウムの押出型材製の上枠１７と下枠１８と左右の縦枠１９とによって構成され、断熱材３とほぼ同じ大きさの外形を有する枠体２０により枠組みされてユニット化されている。すなわち、図５（ａ）に示されるように、上枠１７と下枠１８は対称に形成され、外方の中空部２１と内方の嵌合溝２２とを取付縁２３で連結したもので、嵌合溝２２にはスパンドレル２が嵌合されるとともに、その屋外側にパネル１が配置され、該パネル１の上下端は、嵌合溝２２の屋外側のビード材２４と中空部２１に係止された押縁２５とによって固定されている。

なお、下枠１８の嵌合溝２２の溝底には一定の間隔で連通孔２６が形成されている。連通孔２６は上記嵌合溝２２に嵌合されたスパンドレル２の凸状部１１と凹状部１２との共通壁２７を跨ぐように形成されている。

縦枠１９は、図５（ｂ）に示されるように、外方の見切り縁２８の内方に取付縁２８を介して挟持溝３０を連続形成し、見切り縁２８にＬ字形の押縁２５を係脱可能に設けてなるもので、上記挟持溝３０の内側にはスパンドレル２の両側縁と縦枠１９の中間部に設けた桟材３１とが挟持されてビス止め固定されている。また、上記パネル１の両側部は挟持溝３０の屋外側のビード材３と見切り縁２８に係止された押縁２５とによって固定されている。

スパンドレル２とパネル１とをユニット化するには、スパンドレル２を、隣り合うスパンドレル２の一方の係合縁１４の端部を他方のＬ形係合溝１５に係合して面方向に並べ、全てのスパンドレル２ａを横切るように上記桟材３１にビスでスパンドレル２の固定縁１３を固定する。そして、各スパンドレル２の下端と上端をそれぞれ下枠１８の嵌合溝２２と上枠１７の嵌合溝２２に嵌合して背面側からビスで止めするとともに、スパンドレル２の側端部と桟材３１とを両側の縦枠１９の挟持溝３０の間に挟持させ、桟材３１を挟持溝３０の溝壁にビス止めする。そして、上下枠１８と左右縦枠１９とを四隅で枠組みする。さらに、スパンドレル２の上からパネル１を配置し、パネル１の周縁部を４つの押縁２５によって押えて固定すればよい。

上記構成のパネル・スパンドレルユニットＤを建物の上部窓サッシＣ１と下部窓サッシＣ２との間に取り付けるときは、まず壁躯体Ｂの屋外側にスペーサ３２を介して断熱材３をネジ止めし、その周囲をコーキング処理した後、上記ユニットの枠体２０を断熱材３の上に重ね、枠体２０の取付縁２３から木ネジ３２を挿通して断熱材３に止着固定し、最後に断熱材３の外周とパネル・スパンドレルユニットＤの外周とサッシの上下枠４、５との間をコーキング材によって処理すればよい。

上記構成によれば、パネル１とスパンドレル２と断熱材３とが適宜の間隔を隔てて配置され、上記パネル１とスパンドレル２との間には第１の空間部Ｓ１が形成され、スパンドレル２と断熱材３との間には第２の空間部Ｓ２が形成される。

なお、下枠１８の嵌合溝２２の溝底に形成された連通孔２６はスパンドレル２の下端の凸状部１１と凹状部１２との共通壁を跨ぐように形成されているから、第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２とは、連通孔２６を介して連通している。

次に、断熱材３の上部には壁躯体Ｂを貫通して室内側に開口する一対の給気ダクト３３と排気ダクト３４とが左右に並んで２組配設されている。給気ダクト３３の屋外側は第２の空間部Ｓ２に開口し、室内側には給気ファン３５が取り付けられている。排気ダクト３４の屋外側は第１の空間部Ｓ１に開口し、室内側には排気ファン３６が取り付けられている。

ここで、上記構成の太陽熱集熱壁装置の作用について説明する。

まず、スパンドレル２は太陽熱の輻射熱によって高温になった状態で第１の空間部Ｓ１内の空気に接触する。スパンドレル２は角波形に形成されているので表面積が大きいので放熱面積が大きい。このため、第１の空間部Ｓ１の空気は短時間のうちに暖められて温度が上昇する。透光性を有するパネル１はそれ自体が断熱性を有するので、第１の空間部Ｓ１内の空気はいったん昇温すれば、そのまま高い温度に保持される。第２の空間部Ｓ２内の空気もスパンドレル２に接触して昇温し、断熱材３によって高い温度に保持される。

そこで、給気ファン３５と排気ファン３６とを同時に作動させると、室内側の空気は排気ファン３６から排気ダクト３４を通って第１の空間部Ｓ１の上部に送られると同時に、第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２内の空気は給気ファン３５によって室内側に引き出される。したがって、室内側の空気はまず排気ファン３６によって第１の空間部Ｓ１の上部に送られる。ここで太陽熱によって昇温された後、下方に移動し、連通孔２６から第２の空間部Ｓ２に送られる。ここでも輻射熱によって高温になっているスパンドレル２に接触してさらに昇温しながら上方に移動し、給気ファン３５によって給気ダクト３３から再び室内側に還流して送られる。このようにして空気の流れが連続することにより、室内側の空気はだんだんと暖められていく。

以上のように、冷たい外気を暖めるのではなく、室内の比較的暖かい空気を太陽熱で暖めて再び室内に循環させる構造であるから、太陽熱を有効かつ効率的に利用することができる。

また、第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２とは、上記スパンドレル２の長手方向の下端部に取り付けられた下枠（縁材）１８に形成された連通孔２６によって連通されているから、スパンドレル２を加工することなしに第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２とを連通させることができる。

さらに、第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２とが２層になっているとともに、第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２とは下部で連通しているので、第１の空間部Ｓ１に導入された空気は第２の空間部Ｓ２を通って再び室内側に戻るまでに、上部から下部へ、下部から上部へとＵ字状に流れる。このように、第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２の２つの層の全長は長く、第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２の全空間を有効に使うので、集熱効率が良い。

しかも、パネル１とスパンドレル２とを上下左右に組んだ枠材によってユニット化して上記断熱材３に取り付けたので、迅速に作業することができる。

さらに、スパンドレル２を加工する必要はないから、構造が簡単で、製造コストも低く抑えることができる。

さらにまた、パネル１を透明にすればスパンドレル２が見えることになるが、スパンドレル２は本来外壁材として使用されている部材であるから、これを外壁に取り付けても外観上の違和感はない。しかも、建物の壁躯体Ｂの上下の窓サッシの間のつなぎ部分に設けられているので、上下の窓サッシと一体になって外壁の外観をカーテンウォール調にすることができる。

しかも、スパンドレル２の背面側に放熱フィン１６が形成されているので、日射によりスパンドレル２が加熱され、背面側の放熱フィン１６により放熱面積が大きいので、スパンドレル２の内側空間部の空気は短時間のうちに暖められて温度が上昇する。

なお、給気ダクト３３と排気ダクト３４の位置は特に限定されない。下部に設け、第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２とは、上枠１７の連通孔により上記スパンドレル２の上端部で連通する構成でもよい。

また、第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２との連通孔は、スパンドレルの端部に設けられた縁材であれば枠材ではなくてもよく、またスパンドレル２の側面部の下部又は上部に貫通形成してもよい。

さらに、スパンドレル２として角波板を用いた場合は、そのリブ効果によって表面の全体強度が高められるとともに、表面積が大きくなって集熱効率が良い。しかし、その断面形状に特に制限はなく、金属製の外装材であればよく、通常の波板状折板を使用することもできる。

さらにまた、太陽熱集熱壁装置は左右の窓サッシの間に配設する構成であってもよい。

本発明に係る太陽熱集熱壁装置を備えた建物の正面図図１のＸ−Ｘ線上の縦断面図図１のＹ−Ｙ線上の縦断面図図１の拡大横断面図スパンドレルの拡大図（ａ）（ｂ）はパネル・スパンドレルユニットの縦断面図及び横断面図

符号の説明

Ａ太陽熱集熱壁装置
Ｂ壁躯体
Ｓ１第１の空間部
Ｓ２第２の空間部
１パネル
２スパンドレル
３断熱材
３５給気ファン
３６排気ファン

Claims

建物の壁躯体の屋外側に、屋外側から順に透光性を有するパネルとスパンドレルと断熱材とを適宜の間隔を隔てて配置固定し、上記パネルとスパンドレルとの間には第１の空間部を形成し、スパンドレルと断熱材との間には第２の空間部を形成し、第１の空間部と第２の空間部とを連通させるとともに、上記壁躯体の室内側に給気ファンと排気ファンとを取り付け、給気ファンに接続する給気ダクトを上記第２の空間部に開口させるとともに、排気ファンに接続する排気ダクトは上記第１の空間部に開口させたことを特徴とする太陽熱集熱壁装置。
上記第１の空間部と第２の空間部とは、上記スパンドレルの長手方向の一端部に取り付けられた縁材に形成された連通孔によって連通されていることを特徴とする、請求項１に記載の太陽熱集熱壁装置。
上記第１の空間部と第２の空間部とは下端部で連通し、上記給気ファンと排気ファンとは、それぞれ第１の空間部と第２の空間部の上部に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２のいずれかに記載の太陽熱集熱壁装置。
上記パネルとスパンドレルとを上下左右に組んだ縁材によってユニット化して上記断熱材に取り付けたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽熱集熱構造。