JP2013185729A - 空気式ソーラーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】集熱部をリフォーム（後付け）することを前提に、集熱部を複数並列に並べ、これらを棟ダクトの端部から接続する場合でも、簡単に各集熱部の通過風量を均一化し、その結果、均一の集熱が得られる。
【解決手段】集熱面を設け、この集熱面下を勾配を有する空気流路とした空気式集熱部２８を集熱ダクトとしての棟ダクト４に連通させ、棟ダクト４からの温風を送風ファンで建物内に取り込む空気式ソーラーシステムにおいて、前記上面を集熱面とした空気流通の集熱部２８は複数を並設して棟ダクト４に接続し、また、集熱部２８の各空気入口２９は入口ダクト３０により共通させ、この入口ダクト３０の空気取入れ開口３１は下向きに開口した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽エネルギーを利用するものとして、太陽で温められる空気によって暖房等を行う空気式ソーラーシステムに関するものである。

生活のレベルを低下させることなく、生活の高度化をはかりつつ、環境負荷を低減させる方法を生み出すために、風およびその他気象条件だけではなく、外部環境条件に柔軟に対応する住居および建物を建設して室内暖房、冷房、換気、除湿、および給湯のための太陽エネルギー利用を最適化することが求められる。

日本の伝統的住宅においても、太陽熱利用をはかる方法としては住宅の南部に大きな開口部を取って冬の日射を大量に取入れ、夏にはその一部を開け放って通風を図ることが行われることがあり、さらに、これを一歩進めて、居室の外側にサンルームを作り、これを温室としてここから居室へ温められた空気を取入れることも行われている。その場合、蓄熱されるのは空気だけであるが、例えばコンクリート外壁の外側にガラス等でカバーを施し、その間を室内への空気循環路とすれば、この外壁自体が蓄熱体として作用し安定した熱の供給が得られる。

しかし、これらの方式はいずれも比較的南面した室内空間のコントロールにのみ限定されてしまい、北面した室内空間との間に大きな温度差が生じてしまうという欠点がある。

これを一歩進めて、居室の外側にサンルームを作り、これを温室としてここから居室へ温められた空気を取入れることも行われている。これを合理的に推進させ、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の特許が下記特許文献に示すように存在する。
特許第３２７４８５８号公報

前記特許文献１のソーラーシステムハウスは、図１２にあるように、集熱面であるカラー鉄板の金属製屋根板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の一方の端は軒先に空気取入口３として開口し、さらに空気流路２の他方の端は集熟ダクトとしての棟ダクト４に連通させる。屋根板１の一部はガラス２３で覆い、ガラス付き集熱面とする。

内部に逆流防止兼流路切換えダンパー６、ファン７及び流路切換えダンパー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、ハンドリングボックス５の流路切換えダンパー８の流出側の一方は排気ダクト９により屋外に開口する。

また、ハンドリングボックス５の逆流防止兼流路切換えダンパー６の流入側は、前記棟ダクト４に連通させる接続ダクトと室内２０からの循環ダクト１８とに選択的に接続し、流路切換えダンパー８の流出側の他の一方を立下りダクト１０の上端に連結する。

立下りダクト１０の下端は床下蓄熱体としての土間コンクリート１１と床パネル１２との間の空気流通空間１３に開口した。さらに、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の内部またはハンドリングボックス５と棟ダクト４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に連結する。図示は省略するが貯湯槽１７は循環ポンプと有し、また、必要に応じて追焚き用の給湯ボイラーを途中へ設けて、風呂や洗面所、台所へとつながる給湯配管をこの貯湯槽１７に接続する。

このようにして、暖房が必要な冬の昼間は、軒先の空気取入口３から入った冷たい空気は、屋根板１に降り注ぐ太陽の熱によって徐々に暖められる。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内へ流下し、床下に送られる。

空気は床下に広がり、蓄熱土間コンクリート１１に熱を奪われ（蓄えさせ）ながら、床吹出口１４から温風として室内２０へと流れ出る。夕方、外気温が下がり始める頃から、昼間、蓄熱土間コンクリート１１に蓄えられた熱が放熱を始め、床を温める。

つまり、太陽エネルギーは昼間に偏在しており、それを集熱してそのまま室内に放熱した場合は、逆に室温が高くなり過ぎてしまうのである。それを避けるために、昼間に集熱した熱を、床下の土間コンクリートに蓄熱、集熱部位と蓄熱部位を分ける。

コンクリートは、熱容量（熱を蓄える量）や熱伝導率（熱の伝わりやすさ）が大きい。コンクリートが持つこの性質は、昼間に蓄熱し夜間に放熱するという、一日のサイクルに適応しており、夜になって外気温が低下するとともに、昼間床下に蓄えられた熱が放熱し始め、室内の暖房用として使われる。

夏の昼間は暖房の不要な期間であり、太陽熱で温められた空気は、昼間、貯湯槽１７内の水を温めることに利用される。すなわち、流路切換えダンパー８の流出側を排気ダクト９に接続し、お湯とりコイル１５で湯を作るだけで、前記排気ダクト９から戸外へ捨てられる。

お湯とりコイル１５では、ここに循環配管１６を介して貯湯槽１７から送り込まれる熱媒が加熱され、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で再加熱されて給湯配管から各所へ給湯される。

快晴の日の雲のない夏の夜は、ファン７を駆動して軒先の空気取入口３から外気を空気流路２に取り込み、放射冷却現象（放射冷却で屋根全体が冷える）を利用して、涼しい外気を室内に取り込む。冷房のようには冷えないが、寝苦しくない夏の夜を演出できる。

この特許文献１では、屋根全体を集熱面とするもので、ガラス２３で覆い、温室空気越しの高温集熱を行う高温集熱面とそれ以外の低温集熱面とに分かれるものの、図１３に示すように、金属板瓦棒葺き（浮屋根工法）による。

通常のソーラーシステムハウスの場合、集熱部としての金属製屋根板１の直下に屋根勾配を有する空気流路２とヘッダーダクトとしての棟ダクト４との関係は、棟ダクト４の中央から接続して、それをファン７に送る。

しかし、新築ではなく、リフォーム（後付け）施工とする場合は、設置スペースがないことから、中央から接続することが難しく、棟ダクト４の端から接続する必要が生じる。

後付けタイプの集熱部２８を図１４に示すように複数を並列に並べ、これらをそれぞれ棟ダクト４に接続すると、棟ダクト４の送風側（送風側ファン７）に近いものほど、集熱部２８の通過風量が多く温度が低くなり、棟ダクト４の送風側に遠いものほど、集熱部２８の通過風量が多く温度が高くなり、アンバランスが生じてしまう。

図中２９は集熱部２８の端部に形成する空気入口であるが、この部分で各集熱部２８に均等な風量を流し均等な集熱温度を得ようとすると、施工時において各列での空気入口２９の空気流量調整が必要で、手間が大変である。

また、風量調整をすると集熱部２８の開口面積を減らすことになり、その結果、空気入口２９の通過流速が速まり、振動や騒音の発生の元となる。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、集熱部をリフォーム（後付け）することを前提に、集熱部を複数並列に並べ、これらを棟ダクトの端部から接続する場合でも、簡単に各集熱部の通過風量を均一化し、その結果、均一の集熱が得られる空気式ソーラーシステムを提供することにある。

前記目的を達成するため請求項１記載の本発明は、集熱面を設け、この集熱面下を勾配を有する空気流路とした空気式集熱部を集熱ダクトとしての棟ダクトに連通させ、棟ダクトからの温風を送風ファンで建物内に取り込む空気式ソーラーシステムにおいて、前記上面を集熱面とした空気流通の集熱部は複数を並設して棟ダクトに接続し、また、集熱部の各空気入口は入口ダクトにより共通させ、この入口ダクトの空気取入れ開口は下向きに開口したことを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、入口ダクト（チャンバー部）を設けて、取り入れ口の開口面積および配置で調整することで、風量調整を行うので、調整箇所が減り、また、集熱部の入口面積を減らさないので風速等の問題は生じない。

請求項２記載の本発明は、入口ダクトの上面も集熱面とすることを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、入口ダクトの上面も集熱面とすることで、この部分にも集熱機能を持たせることができる。

以上述べたように本発明の空気式ソーラーシステムは、集熱部をリフォーム（後付け）することを前提に、集熱部を複数並列に並べ、これらを棟ダクトの端部から接続する場合でも、簡単に各集熱部の通過風量を均一化し、その結果、均一の集熱が得られるものである。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の空気式ソーラーシステムの要部の斜視図で、後付けタイプの集熱部２８を図１４に示すように複数を並列に並べ、これらをそれぞれ棟ダクト４に接続するもので、図中２９は集熱部２８の端部に形成する空気入口である。

なお、空気式ソーラーシステム全体としては、図示は省略するが、図１２に示すように、内部に逆流防止兼流路切換えダンパー６、ファン７及び流路切換えダンパー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に設置し、ハンドリングボックス５の流路切換えダンパー８の流出側の一方は排気ダクト９により屋外に開口する。

また、ハンドリングボックス５の逆流防止兼流路切換えダンパー６の流入側は、前記棟ダクト４に連通させる接続ダクトと室内２０からの循環ダクト１８とに選択的に接続し、流路切換えダンパー８の流出側の他の一方を立下りダクト１０の上端に連結する。

立下りダクト１０の下端は床下蓄熱体としての土間コンクリート１１と床パネル１２との間の空気流通空間１３に開口した。さらに、該空気流通空間１３から室内への床吹出口１４を設けた。

本発明は、前記並列して棟ダクト４に接続する集熱部２８の空気入口２９は入口ダクト３０により共通させ、この入口ダクト３０の空気取入れ開口３１は下向きに開口した。

図２〜図４は詳細を示すもので、集熱部２８は垂木３２の上に貼設した野地板３３の上に芯木３４を間隔を存して並べて空間を確保し、その上に集熱板３５を貼設して形成した。この集熱板３５にはアルミ、亜鉛、トタン、鋼板、カラーステンレスなどの長尺金属板が採用できるが、日射吸収率を考慮して暗褐色系のものが好ましい。このようにして区画された複数の集熱部２８が並列して形成され、棟ダクト４の端に接続する。

入口ダクト３０は集熱部２８に連続するチャンバー部であり、集熱部２８の空気入口２９は共通化させるため、並列して棟ダクト４に接続する集熱部２８に対して横方向に流すように形成される。

本実施形態では、入口ダクト３０の上面も集熱板３５で形成して集熱面とするようにした。なお、入口ダクト３０は集熱部２８に連続するもので、この集熱板３５も集熱部２８のものを延長利用できる。

また、前記従来例と同じく、ガラス２３で覆い、温室空気越しの高温集熱を行う高温集熱面とそれ以外の低温集熱面とに分かれるものとした。図中３７はガラス固定金物である。

このようにして、入口ダクト３０を設けることで集熱部２８の空気入口２９の開口面積および配置を調整し、風量調整を行うことができる。

図１１は図１に対応した風量調整の特性を示す説明図で、（ａ）は入口ダクト３０を設けない場合で、５番が一番風量が多く、1番が少ない。５→１へ徐々に減っていく。

（ｂ）は空気取入れ開口３１を１番に対応させて設けた場合で、１番が一番風量が多く、５番が少ない。１→５へ徐々に減っていく。

（ｃ）は空気取入れ開口３１を適宜の間隔で複数設けた場合で、ほぼ均一になる。

なお、棟ダクト４とハンドリングボックス５のファン７の関係は、その接続位置は端部になるが、図５、図６に示すように左右および前後において可能である。また、端部は必ずしも端になる必要がなく、少し中心によってもかまわない。

図７〜図１０に、集熱部２８と棟ダクト４との取り合いを示す。図７、図９、図１０は棟ダクト４が下側に、図８は横側に位置する。図中３６は集熱出口である。

本発明の空気式ソーラーシステムの要部の斜視図である。 本発明の空気式ソーラーシステムの１実施形態の平面図である。 本発明の空気式ソーラーシステムの１実施形態の正面図である。 本発明の空気式ソーラーシステムの１実施形態の側面図である。 棟ダクトとファン（送風機）の接続位置を示す平面図である。 棟ダクトとファン（送風機）の接続位置を示す平面図である。 集熱部と棟ダクトの取り合いを示す斜視図である。 集熱部と棟ダクトの取り合いの一例を示す側面図である。 集熱部と棟ダクトの取り合いの他例を示す側面図である。 集熱部と棟ダクトの取り合いのさらに他例を示す側面図である。 風量調整の特性を示す説明図である。 ソーラーシステムハウスの全体概要を示す縦断正面図である。 集熱面の施工を示す縦断側面図である。 後付けタイプの集熱部を複数を並列に並べ棟ダクトに接続した説明図である。

１…屋根板 ２…空気流路
３…空気取入口 ４…棟ダクト
５…ハンドリングボックス ６…逆流防止兼流路切換えダンパー
７…ファン
８…流路切換えダンパー ９…排気ダクト
１０…立下りダクト １１…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…循環ダクト １９…温水ボイラー
２０…室内 ２１…給湯配管
２２…小屋裏 ２３…ガラス
２８…集熱部 ２９…空気入口
３０…入口ダクト ３１…空気取入れ開口
３２…垂木 ３３…野地板
３５…集熱板 ３６…集熱出口
３７…ガラス固定金物

Claims (2)

1. 集熱面を設け、この集熱面下を勾配を有する空気流路とした空気式集熱部を集熱ダクトとしての棟ダクトに連通させ、棟ダクトからの温風を送風ファンで建物内に取り込む空気式ソーラーシステムにおいて、
   前記上面を集熱面とした空気流通の集熱部は複数を並設して棟ダクトに接続し、
   また、集熱部の各空気入口は入口ダクトにより共通させ、この入口ダクトの空気取入れ開口は下向きに開口したことを特徴とする空気式ソーラーシステム。
2. 入口ダクトの上面も集熱面とする請求項１または請求項２記載の空気式ソーラーシステム。

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