JP2013537270A - Ｐｃｍを収容する建材、及び耐候性外装材 - Google Patents

Abstract

耐候性外装材の建材は、床、壁、屋根、窓、及び成形枠を構成し、吸熱効果を有する表面層を有する木材（１）により形成される外側層と、表面金属層を有する断熱材（２）と、空気が材料の内部を循環（７）することができ、隣接する部屋に向かって、床空間（６）からの取り入れ空気を経て出て行くことができる空気層（３）と、ＰＣＭ材料（５）を表面金属層で包囲して、住宅を冷暖房し、水を加熱し、食物を加熱及び冷蔵する空間（４）と、を備える。耐候性外装材は、ガラスを外側木材層に代えて用いた場合に太陽熱集熱器を収容し、直方体又は角柱の形状を有することにより、エネルギーを伝達し、貯蔵する。耐候性外装材は、当分野の当業者ではない人間が、１５平方メートルの面積を有し、かつ住宅モジュールを構成する建材キットを組み付けることにより製造することができ、この住宅モジュールでは、幾つかのモジュールが、より大規模な建物を構成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、独立請求項の序文に記載の建物の耐候性外装材の建材、及び建物を断熱し、暖房し、冷房し、そして換気する外側木材層を備える耐候性外装材に関する。本発明は更に、小規模構造における住宅用耐候性外装材を製造する方法に関し、この耐候性外装材は、より大規模な建物に組み付けることができる。

耐候性外装材は、建物の外郭、すなわち壁、床、及び屋根である。窓及び屋外扉も耐候性外装材に含まれる。熱は、窓及び扉、壁、屋根、床、及び地下を通って放散されるだけでなく、換気により放散される。建物は、熱損失を小さくし、冷房の必要性を低く抑え、冷暖房を効率的に利用するだけでなく、ＣＯ₂排出を低減することによって、エネルギー消費が少なくなるように設計される必要がある。寒冷気候における新規建築及び断熱改修の両方に対応する断熱材の推奨厚さは、壁の場合は３０〜５０ｃｍ、屋根の場合は４０〜５０ｃｍ、床の場合は最小３０ｃｍである（スウェーデンエネルギー省による）。この推奨厚さには幾つかの不具合がある。

屋内の断熱材の厚さを相当厚くすると、居住スペースが最大１０％減り、別の構成として、屋外側断熱材を改修する、又は施工する場合、平方メートル当たりのコストは上昇する。熱が逃げるのは、すなわち外装材による断熱効果が悪くなるのは、普通、窓飾り、扉、階と階の間の空間、屋根の軒、及び外装材の室外側コーナー部からの熱漏れに起因する。熱が逃げると、熱損失が生じ、屋内の表面材が冷たくなる。木材の断熱能力は、６倍も重いコンクリート梁の断熱能力の８倍である。１立方メートルの木材によってＣＯ₂排出量を約１．１トン低減することができ、０．９トンのＣＯ₂を貯留することができる（Ｍｉｔｔｈｏｇｓｋｏｌａｎ，Ｇｕｓｔａｖｓｓｏｎ）。セメント及びコンクリートは、全世界のＣＯ₂排出量の４〜５％を占める。耐用年数が非常に長い固形木材で建築される住宅は、小規模に建築される。太陽熱集熱器及びパネルが取り付けられ、かつエネルギーを高効率に利用する断熱外装材は、気候を積極的に取り入れた耐候性外装材である。

家屋を密閉する建築方法はコストが高く付く。湿気によるダメージの危険は、壁が２０ｃｍよりも厚い場合に高まる。湿気が浸透する危険を減らすために外郭をより厚くし、外郭の硬度をより高くする作業は敬遠される場合が多い（ＩＶＡ，ｓｅｍｉｎａｒｉｕｍ Ｔｒａｈｕｓｂｙｇｇａｎｄｅ，２００９，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ ＫＴＨ））。独立検査協会による２１ｃｍのミネラルウール断熱材に相当する薄い断熱材、例えば３ｃｍの断熱材が存在する。嵩張る断熱材を用いる従来の施工法が最も普及している。密閉家屋は、良好な換気、及び排気の熱を再利用する熱交換を必要とする。住宅、アパート、商業地区、及びビルディングの市場に利用することができる換気、空調、及び冷暖房システムは複雑であり、非常に多くの上方からの新鮮外気取り入れ／空調方式が開発されている。高温の温水を貯留すると、結果的にエネルギーコストが高く付く。太陽光パネル及び太陽熱集熱器が開発されて、１年のうちの温かい時期に、南、東、及び西を指して使用され、太陽が最も近づく時期に使用され、過剰な熱エネルギーが生成される虞があり、これによって今度は、熱貯蔵、例えば余分の温水貯留タンクが必要となる。多くの場合、屋内温度が高くなり過ぎる。寒い季節の間、太陽光パネル、太陽熱集熱器の規模が小さ過ぎるので、熱が殆ど生成されない。暑い季節になると、温暖な国では、エネルギーは冷房に費やされる。

換気に費やされるエネルギーは、上方からの新鮮外気取り入れと比較して、半分に減らすことができる。部屋の中の熱源の周りの空気の移動に関するコンピュータシミュレーションから、熱は、自然に天井に向かうことが分かる。下方から取り入れる新鮮な冷気は自動的に、熱交換が生じる熱源に至る当該冷気の経路を見付け出す。研究から、部屋の中の熱源からの自然な熱拡散を邪魔しないように新鮮外気取り入れを如何にして管理すべきかが分かる。熱交換を部屋の中の熱源に集中して、熱交換の影響を人間が気流として受けることがないようにする。エネルギーの必要性は、上方からの新鮮外気取り入れと比較して、半分に減らすことができる。エネルギー消費をこのように大幅に減らすことができる可能性があることは、実際の建物に関する研究により検証されている（Ｃｈｏ，Ａｗｂｉ，Ｋａｒｉｍｉｐａｎａｈ，Ｂｌｏｍｑｖｉｓｔ，Ｓａｎｄｂｅｒｇ，Ｍｏｓｈｆｅｇ）。冷却部材を天井に取り付け、かつ新鮮外気を上方から取り入れる従来の建築方法は、上昇する温かい不純な空気が下降冷気と混ざり合って空気の循環を必要とするので、エネルギーの使用量が増え、屋内空気の質が低下することを意味する。

ＰＣＭ（Ｐｈａｓｅ Ｃｈａｎｇｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：相変化物質）は公知のテクノロジーである（Ｓｕｎｄｂｅｒｇ，Ｔｅｒｍｉｓｋ ｅｎｅｒｇｉｌａｒｇｒｉｎｇ ｇｅｎｏｍ Ｆａｓａｎｄｒｉｎｇｓｐｒｏｃｅｓｓｅｒ．Ｌｕｌｅａ ｔｅｋｎｉｓｋａ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｅｔ．Ａｖｄｅｌｎｉｎｇｅｎ ｆｏｒ Ｆｏｒｎｙｅｌｓｅｂａｒ ｅｎｅｒｇｉ，２００５）。ＰＣＭテクノロジーに関するプロセスは、２つの段階で記述することができる。第１段階では、熱がＰＣＭに周囲の熱源から伝達される。これは、熱源の温度がＰＣＭの温度よりも高いときに生じる。この熱は、例えば人体の熱、又は太陽で加熱される屋内空気の熱から成る。この段階では、ＰＣＭは蓄熱材として作用して、熱を吸収し、相を、例えば固相から液相に変化させる。

当該プロセスは、ＰＣＭ（相変化物質）の熱エネルギーが増大するのに対し、熱エネルギーが低下する逆の現象が熱源に対して当てはまることを意味する。この段階では、ＰＣＭの近傍の事物が冷却される、例えばＰＣＭの傍の暖かい人体又は屋内空気が、当該ＰＣＭが相変化を経るときに冷却される。同時に、ＰＣＭに熱が、すなわちこの時点で潜熱である熱が蓄積され、ＰＣＭは、熱の放出を開始する状態になる。熱は、ＰＣＭの温度が蓄熱材の温度よりも高い第２段階で、ＰＣＭから周囲の蓄熱材に向かって放出される。

蓄熱材は、この段階では、冷却されている元の熱源とすることができる、及び／又はＰＣＭの近傍の別の受熱体とすることができる。ＰＣＭは、この段階では、熱源と見なすことができ、ＰＣＭの温度が低下し、かつＰＣＭが逆方向の相変化を経る、例えば液相から固相に変化するときに、蓄熱を拡散させる。当該プロセスは、ＰＣＭ（相変化物質）の熱エネルギーが低下するのに対し、熱エネルギーが増大する逆の現象が蓄熱材に対して当てはまることを意味する。

この段階では、ＰＣＭが熱を、当該ＰＣＭの周囲の事物に、例えば冷えた人体、又は冷たい屋内空気に、ＰＣＭが冷気の貯蔵を開始すると同時に伝達する。ＰＣＭはこの時点で、当該ＰＣＭの近傍の事物の温度が上昇する場合に、熱を吸収する能力を獲得しており、当該過程で、当該ＰＣＭの周囲の事物を再び、段階１に従って冷却することができる。ＰＣＭは、システム又は製品及び用途の目的によって異なる相変化温度に基づいて選択される。

ＰＣＭが、例えば冷気を住宅内の人間に供給するように設計される場合、２０℃以下の相変化温度を適正とすることができ、そうではなく、当該ＰＣＭを利用して食料品を冷却する場合、別の相変化温度を適正とすることができる。利用するＰＣＭの量は、当該ＰＣＭが満たす必要がある暖房能力及び／又は冷房能力によって異なる。特定の暖房能力及び／又は冷房能力に対応する量の使用ＰＣＭは、必ずしも単一ユニットにより構成される必要はなく、サブユニット群に分割することができる。当該ＰＣＭを分割して小ユニット群として、ＰＣＭへの、そしてＰＣＭからの熱伝達を向上させ、ＰＣＭに割り当てることができるスペースを異なるサイズにすることができるという利点が得られる。

１９世紀の末には、固体を４４．４℃で溶融／変化させるＰＣＭを金属ケースに収納して、熱を列車の客室に蓄積し、２０世紀の初頭では、ＰＣＭを利用して、冷気を異なる輸送列車に貯蔵していた（Ｄｉｎｃｅｒ．ｏｃｈ Ｒｏｓｅｎ，２００２）。その後、ホットプレートが開発されて、ホテル及びレストランで食物を客のために温かい温度に保持することができ、電気あんかで病院の患者を快適な状態に保持することができた（Ｌａｎｅ、１９８３）。１９４０年代の初めには、電気あんか（ｂｅｄ ｗａｒｍｅｒｓ）用ＰＣＭ（Ｂｏｗｅｎ，１９４９）が開発された。１９４６年には、ＰＣＭを住宅内で利用して、多数の太陽熱収集装置からのエネルギーを、ファンシステムを使用して貯蔵していた。２１トンのＰＣＭを利用することにより、当該システムは、約１１ＭＪの熱（エネルギー）を貯蔵することができた。

ＬＴＥＳシステムは、２１℃の熱を住宅に、天候が曇りの最大７日の期間に亘って、他の暖房システムを使用することを全く必要とすることなく、供給する能力を持っていた（Ｆｒｙｓｉｎｇｅｒ ｏｃｈ Ｓｌｉｗｋｏｗｓｋｉ，１９８７）。建築業向けシステムソリューションが１９６０年代に、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ（ジェネラルエレクトリック）社のＨｅｒｒｉｃｋ（ヘリック）及びＥｔｈｅｒｉｎｇｔｏｎ（エザリントン）と共にＴｅｌｋｅｓ（テックス）に対して特許査定され、その後、ＵＳＡ（米国）において使用された（Ｂｒｏｍｌｅｙ ｏｃｈ ＭｃＫａｙ，１９９４）。

ＰＣＭに関して１９７０年代に業界をリードする研究開発部門を持っていたＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ（ダウケミカル）社は、米国の国立科学財団の委託により、略２０，０００種類の異なるＰＣＭの利用可能性を検討した。結果は、調査したすべての種類のＰＣＭのほんの約１パーセントのみが、実際の用途に利用することができる可能性があり、詳細な検討に値すると考えられた。これらのＰＣＭは、非一致溶融性の水和塩、及び有機材料であった（Ｌａｎｅ、１９８３）。

１９７０年代及び１９８０年代には、幾つかの機関が、太陽熱を蓄熱する相変化製品を供給することができた。Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ（ダウケミカル）社は、固体を２７．２℃で溶融／変化させる製品を保有していたが、当該製品が、太陽熱暖房市場を牽引することはなかった。１９８２年には、Ｔｒａｎｓｐｈａｓｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．（トランスフェーズシステムズ社）が、ＰＣＭ塩（相変化物質塩）を利用した商業建物及び工業用建物向けの冷気貯蔵システムを導入した（Ｄｉｎｃｅｒ ｏｃｈ Ｒｏｓｅｎ、２００２）。ＰＣＭテクノロジーは、暖気及び冷気の長期貯蔵及び短期貯蔵に利用される。

長期貯蔵では、目的は、ＰＣＭと当該ＰＣＭの周囲物との間の熱伝達を最小限に抑えることにあるが、その理由は、僅かな熱伝達量でも合計すると、貯蔵サイクルに亘る損失が膨大になるからである。長期貯蔵では、ＰＣＭ（相変化蓄熱材）を断熱することが重要である。本文における長期貯蔵（ｌｏｎｇ ｔｅｒｍ ｓｔｏｒａｇｅ）とは、数か月を意味する。短期貯蔵では、時間の長さは、数時間及び数日である。短期貯蔵では、ＰＣＭは、熱エネルギーを迅速に放出する／吸収する必要があり、そのようにして、温度変化に直ちに反応する必要がある。

建物の内部では、大気は、温度が２４時間で殆ど変化せず、かつＰＣＭを利用して、一定の屋内温度を建物内に生じさせることができる場合に、快適であると感じられるが、その理由は、大気が冷房に適しており、かつ冷気が常に、天井の高さから部屋に供給されるからである。ＰＣＭは、建築用建材−天井、壁、床−に内蔵させることもできる、又は別体のユニット群として収納する、或いは家具に収納して屋内の温度変動を最小限に抑えることもでき；屋内温度が高くなると、ＰＣＭが熱を吸収し、温度が下がると熱を放出する。

建物はこのようにして、新規のやり方で；より低い能力で済む能動的暖房／冷房システム、及び／又はより小規模の大量の建築用建材の何れかを用いて建築することができ−これらの建築用建材に固有の比較的高い貯蔵能力により、大量の建築用建材は、日中と夜間との間の温度移行を「更にゆっくり」、かつ緩やかにすることができる。ＰＣＭは、床用建材（Ｒｕｂｉｔｈｅｒｍ，２００５）、及び壁用建材（ＢＡＳＦ，２００５）に利用される。

ＰＣＭテクノロジーは、他の既存のエネルギーシステムに取り入れることにより、主としてエネルギーシステムの最大負荷を管理することができ、１つの用途が、ＰＣＭを利用して太陽熱を蓄熱する蓄熱システムである。ＰＣＭシステムは、建物内の換気システム、及び温水タンク（貯留タンク）に適用することができると考えられる。ＰＣＭテクノロジーをこのようにして利用する幾つかの実証現場がある。南オーストラリア大学のＢｅｌｕｓｋｏ（ベルスコ）及びＳａｍｍａｎ（サマン）は、太陽熱システムを開発し、この太陽熱システムでは、波形鉄板を太陽熱集熱器として用いて、空気を加熱している。従って、暖気が屋内の供給システム内を循環する。ＰＣＭを供給システムに接続し、利用することにより、暖気及び冷気を貯蔵する。

ＴＥＡＰ社は、ＰＣＭを利用する温水システムを実演展示した。当該システムは、一戸建て住宅に合わせた寸法になっている。当該システムでは、５８℃の融点の無機塩を用いた。１５０ｋｇのＰＣＭをプラスチック容器に、２５０Ｌ（リットル）の温水タンクの内部に取り付ける前に収納した。ＰＣＭは熱を２．４ｋＷ電気ヒータから、所望の温度に達するまで吸収する。

暖房が必要な場合、冷水がエンドユーザに届く前に、冷水が当該温水タンクを通って流れるようにすることができる。規格試験は、オーストラリア国立試験認可者協会（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ａｕｔｈｏｒｉｔｉｅｓ）により実施されている。この試験とは、温度が元の７５℃から４５℃に下がってしまうまでに、温水を数回の連続する時点で取り出すことを指している。これらの試験から、ＰＣＭを温水タンク内で利用する場合、４０８．６Ｌ（リットル）の温水を、当該温水の温度が４５℃に下がってしまう前に取り出すことができることが分かった。ＰＣＭを利用しない場合、２３０Ｌ（リットル）の温水しか取り出せなかった。このようなシステムに、太陽熱集熱器からの熱を蓄えておくことができる。

暖気及び冷気を必要に応じて供給するＰＣＭシステムの例は、今日では比較的少ない。ＰＣＭテクノロジーを利用する利点を見付け出すことは容易である。ＰＣＭテクノロジーを利用する場合、ランダムに選択されるエネルギーシステムの最大負荷の一部を供給することができる。これは、設備投資が小さいことを意味するはずであるが、その理由は、最大負荷がより小さくなるように寸法決定されるエネルギーシステムは、より低い冷暖房能力を持つ構成要素を用いて管理することができるからである。例えば、より小型の冷房システム、ポンプ、ファンなどを挙げることができる。ＰＣＭテクノロジーによって蓄熱して、熱を後の時点で利用することができるので、当該テクノロジーを利用すると、再生可能エネルギー源、例えば太陽熱の利用が促進されることになる。

これは、これらのエネルギー源が多くの場合、エネルギーの必要性が低くなるときにエネルギーを供給するからであり、ＰＣＭテクノロジーを利用することにより、これらの条件によって、化石エネルギー源と引き換えに、再生可能エネルギー源の利用効率を高めることができるからである。今日では、主として固相−液相に相変化するＰＣＭが利用される。当該ＰＣＭは、比較的高いエネルギー貯蔵能力、位相変化時の比較的小さい体積変化を有し、利用することにより我々人間を快適な状態に保つことができる相変化温度範囲を有する。

国際特許出願第ＷＯ８５／００２１２号は、住宅を、ＰＣＭ（相変化物質）による蓄熱を利用して直接暖房するために特に開発された太陽熱集熱システムを示している。ＰＣＭは、相を特定の温度で変化させ、熱エネルギーを貯蔵する、又は伝達して、必要に応じて暖房及び／又は冷房を行なう。独国特許第１０２００６０２０５３５（Ａ１）号は、ＰＣＭ（相変化物質）及びヒートポンプを利用して暖房及び冷房を行なうソーラーシステムに関する。ＰＣＭ素子（相変化素子）は、国際特許出願第ＷＯ８５／００２１２号に記載されている。米国特許第４，９０８，１６６号は、建材及びＰＣＭについて言及している。建物に対応して異なる特性を持つＰＣＭ製品は、例えばＢＡＳＦ（バスフ社）及びＤｕＰｏｎｔ（デュポン社）から購入することができる。米国特許第４，９２４，９３５号は、ＰＣＭ材料を利用したフラット屋根／天井システム（ｆｌａｔ ｒｏｏｆ／ｃｅｉｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）について記載している。国際特許出願第ＷＯ２００６／１２８５６５号は、ＰＣＭ材料に関する特許である。スウェーデン特許第０８０２３Ａ−１号は、熱エネルギーを利用した建物用冷暖房システムに関し、この冷暖房システムでは、液体タンクが、壁、天井、及び床の一部となっている。

建物の１階の下の断熱空間は、国際特許出願第ＷＯ２００８／１０５７３３号、米国特許第２００８／１６４３３３（Ａ１）号、国際特許出願第ＷＯ２００８／１０５７３３（Ａ１）号に記載されているように、暖房に利用することができることが知られている。天井に空調手段を配設する構成に関するＰＣＭ特許として、独国特許第１０２００６０２９５９７（Ａ１）号がある。スウェーデン特許第Ｂ−４６８０５７号、スウェーデン特許第５１４６８０Ｃ２号は、床冷暖房システムについて記載している。換気用空気を加熱する、水を加熱する、及び／又は水を液媒として加熱することにより、熱を熱交換器に伝達する太陽熱集熱器が知られている。仏国特許第２５０００３６号は、空気式簡易太陽熱集熱器である。米国特許第４，０５４，１２４号及び米国特許第４，２６２，６５７号は、更に高性能の太陽熱集熱器を示している。共通する特徴の一つとして、太陽熱集熱パネルの背面を断熱して、集熱器の熱効率を向上させていることである。英国特許第２，２１４，７１０号は、太陽熱集熱器及び太陽パネルを組み合わせて暖房を行なうことを示している。デンマーク特許第１７４９３５ＢＩ号は、空気が通過することができる背面を持つ太陽熱集熱器及び太陽電池を有している。

上に挙げた特許群は何れも、環境に優しい木材加工技術、効率的な薄い蓄熱断熱材、ＰＣＭ、新鮮外気を下方から取り入れる構成の換気、最小限に少なくした熱の逃げ道、コスト効率の高い太陽熱暖房、蓄熱、及びより低温の温水暖房、及び空冷によって例示される、耐候性外装材に関する問題を、該当する特許の全内容において解決することができず、更には、組み付けが容易であり、かつ気候を積極的に取り入れたコスト効率の高い完全な耐候性外装材を提供することができない。

居住用建物の耐候性外装材の殆どは、建築場所に異なる職人／業者が、モジュールとして提供された状態で、又は別の構成としてモジュールとして供給された状態で建て付けることにより、建築に要する時間を短くすることができる。通常の購入者が、家具のように、住宅の殆どの部分を、彼自身又は彼女自身で組み付ける／組み立てることができる技法はない。購入者は、簡単なパッケージとして購入することにより組み付けることができる。本発明は更に、設置面積が１５平方メートルであり、かつ高さが最大で３メートルである住宅用耐候性外装材を製造する方法を含み、これらの外装材は、より大規模な建物に組み付けることができ、かつ移動させることができる。

従来の住宅では、暖房、睡眠、着座、及び食事のために耐候性外装材が機能するためのソリューションは、住宅の内部にある。食料品を冷蔵しておくテクノロジーは知られている。これに関する不具合は、エネルギーが、外部温度が低くても消費されることである。これまで、簡単な冷却／換気を行なう食品貯蔵庫が標準的であった。ベッド、長椅子、及びテーブルを折り畳み、食料品を低温で貯蔵し、食物を狭い場所で加熱し、雨水を浄化して収集し、水を貯留する技術は、キャラバン、ボート、及びレジャー−及びホテル建築物に適用される、外装材に係る公知の技術である。耐候性外装材の外側層の空間を利用して、ベッド、家具、食物を加熱及び冷却し、水を沸騰させることができる。この機能の一部を耐候性外装材に組み込むことにより、熱効率を高めることができる。

建物の冷暖房は、地球温暖化ガス排出の主要な原因である。良好に断熱され、換気される耐候性外装材、及び再生可能エネルギーの利用によって、排出量を減らすことができる。太陽エネルギーを効率的に建物内で、天候の影響を受けないように保持し、循環させ、貯蔵し、供給することは困難である。今日のこれまでの耐候性外装材に係るソリューションは何れも、薄い高効率断熱材をＰＣＭと組み合わせて、太陽からの熱を蓄熱し、水及び空気による暖気及び冷気を貯蔵する構成とはなっていない。本発明による気候を積極的に取り入れた耐候性外装材は、サーモスタット状の薄い木材製換気外郭であり、この換気外郭は、例えば外部環境からの良好な保護機能により、太陽からの熱を蓄熱し、例えば、空気の冷気を貯蔵し、更には取り付けが容易である。上に挙げた機能のすべては、本発明を利用している。

国際特許出願第ＷＯ８５／００２１２号 独国特許第１０２００６０２０５３５（Ａ１）号 米国特許第４，９０８，１６６号 米国特許第４，９２４，９３５号 国際特許出願第ＷＯ２００６／１２８５６５号 スウェーデン特許第０８０２３Ａ−１号 国際特許出願第ＷＯ２００８／１０５７３３号 米国特許第２００８／１６４３３３（Ａ１）号 国際特許出願第ＷＯ２００８／１０５７３３（Ａ１）号 独国特許第１０２００６０２９５９７（Ａ１）号 スウェーデン特許第Ｂ−４６８０５７号 スウェーデン特許第５１４６８０Ｃ２号 仏国特許第２５０００３６号 米国特許第４，０５４，１２４号 米国特許第４，２６２，６５７号 英国特許第２，２１４，７１０号 デンマーク特許第１７４９３５ＢＩ号

上記目的は、独立請求項に記載の本発明により達成される。

従って、従来のシステムよりも良好な暖房及び冷房効率を達成し、また、更に健康的な生活環境及び更に効率的な断熱を行なう住宅を提供するシステムを実現することが本発明の目的である。

本発明の別の目的は、建物内の部屋、水、食物に関する冷房及び／又は暖房システムであって、電気エネルギーを必要とすることなく動作させることができる冷房及び／又は暖房システムを実現することにある。

組み立て方法を提供することが本発明の更に別の目的である。

好適な実施形態は従属請求項に示される。

耐候性外装材を模式的に示している。 請求項１に記載の特徴を特徴付ける様子を示している。 耐候性外装材の簡易図を示している。

建物に対する環境に優しい断熱、冷房、暖房を可能にするために、冷気及び暖気を貯蔵し、供給する機能がユニット群として、建物の耐候性外装材に一体的に収容される構成の材料を利用することができる。材料が第１層及び第２層を含み、かつ複数の中間層が第１層と第２層との間に配置される構成の建物用耐候性外装材の建材は、当該中間層が、第１層から第２層に向かう方向に、断熱材料（２）と、空気層（３）と、外側空間（４）と、ＰＣＭ材料（５）と、内側空間と、更に別の断熱材料層（２）と、を備えることを特徴としている（図２）。

耐候性外装材の建材は、前記第１及び第２外側層が、吸熱効果を持つ表面層（１Ａ）を有する木材（１）により形成されることを特徴とし、当該断熱材料が、０．００５〜０．０１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲の熱伝導率、２５〜７０ｍｍの断熱材厚さにより例示される高性能を示すことを特徴とし、断熱材料（２）が金属（２Ａ）によって取り囲まれることを特徴とし、ＰＣＭ材料（５）が金属（５Ａ）によって取り囲まれることを特徴とし、外側空間が、空気、液体、又は固体材料、及びこれらの物質の組み合わせを含むことができることを特徴としている。

建材を含む建物用耐候性外装材は、当該耐候性外装材が基本的に、外側及び内側が閉鎖される閉鎖空間であり、当該耐候性外装材が、上記建材を含む壁、床、屋根、扉、及び窓、及び窓枠／扉枠を含むことを特徴としている。空気層（３）は、より冷たい新鮮外気が床下で十分な量だけ加熱される場合に、自然に循環する（７）。内側木材層及び外側木材層は、幾つかの物理的特性を持つセラミック表面層を有する。これらの物理的特性を表わす科学用語としては、吸熱効果を持つ表面層という表現が用いられる。吸熱効果を持つ場合、建物内の熱損失は小さくなり、この小さくなった熱損失は、暖房コストの１２〜２４パーセントの節約に寄与することができる。０．３ｍｍの表面層は、１平方メートル当たり１２〜２０百万個の大理石を含み、これらの大理石は、短波長かつ高温の可視熱線を反射し、分散させる。

当該耐候性外装材によって、空気は建材の内部を流れることができ、床空間（６）から取り入れられる新鮮外気を経て隣接する部屋に向かって進み、排気通路（８）を通って出て行くことができる。取り入れ新鮮外気を利用する床吹出し冷暖房システムは、相変化温度が１９〜２３℃であるＰＣＭ材料を収容する床に設置され、この場合、夜間の冷気を利用して、快適な冷房を行なうことができる。部屋に流入する取り入れ新鮮外気は、冬期は１９℃以上に暖める必要がなく、熱がこもった部屋では、２２℃以下に冷たくする必要がない。従って、空調を利用した空気の冷却は、スウェーデンのような国では必要ではない。夜間の空気が冷たいより温暖な緯度では、ＰＣＭを夜間にファンで冷却して、日中の屋内温度を大幅に下げることができる。床内部の空気の動きは比較的緩慢であり、取り入れ新鮮外気に付随してくるほこり及び他の不純物は、床下の空気層に滞留する。成形幅木及び床を緩めて、必要に応じて掃除することができる。

床空間の空気は、ＰＣＭを通過して、機械バルブを通って機械的に分岐した屋外空気を経て、必要に応じて、分岐した太陽熱経路を経て、ヒートポンプ及び新鮮外気取り入れファンにより、温度を変化させる。加熱又は冷却される空気は、屋外空気、建物内部からの空気、又はこれらの両方の空気の組み合わせとすることができる。空気は床に取り入れ空気として、成形幅木（６）を通って、木材床の空気層を通って供給され、この空気層は、木材内の自然な動きによって異なるが、湿度によって異なるが、及び／又は木材床が幅木の壁面にぴったり重なる、又は重ならない場合に収縮し、そして膨張し、この幅木は、冷暖房用液体媒体を流す管を取り囲む金属で取り囲まれるＰＣＭ、及び高衝撃力を与えて、部屋の中で生じる熱交換の合計運動エネルギーよりも大きい流動力を生み出すことができる空気取り入れ管の両方を収容する。

従って、取り入れ空気の動きを予測し、最適化することができ、この場合、必要に応じて高衝撃力を利用する。部屋の中の温度に近い温度の取り入れ新鮮外気が、人間及び熱源に向かって下方から広がる。この場合、気流を伴わない下方からの空気が、上方に向かうより暖かい対流空気と入れ替わる。床内の取り入れ空気は、ＰＣＭから放出される暖気又は冷気に触れるので、当該空気が床空間及び部屋に拡散する前に温度を変化させる。暖気はこれにより、建物に、木材床と壁との間の空気層を通って、そしてＰＣＭ収容成形幅木を通って供給されることになる。幅木には、外壁に押圧固定されて暖気又は冷気を貯蔵するＰＣＭを取り付ける、又は暖気及び冷気を供給することができるときに通過する銅管の付いたアルミニウム板を取り付けることができる。

床は、下方の基礎から良好に断熱される。空気は、ＰＣＭとの熱交換によって加熱又は冷却され、空気が床の底面よりも上昇することにより、床を暖房する。成形幅木及び傾斜金属板材を通過すると、熱が蓄熱されるとともに、熱によって空気流が床の中心に誘導される。空気は、建物の床、壁、及び天井の空気層を流れ、下方に向かって床に、そして熱交換器に戻る。太陽エネルギーのような自然熱をＰＣＭに蓄熱してＰＣＭを冷暖房源とし、冷たい夜気を利用して冷気を貯蔵することができる。ＰＣＭを床に上記のように一体的に収容し、壁及び天井に一体的に収容する。ＰＣＭの熱質量が大きいので、環境の温度変動が屋内温度に与える影響を最小限に抑えることができる。ＰＣＭは、冷房及び暖房に、冷気及び暖気を天井及び壁に貯蔵することにより極めて効果的となり得る。床下の熱を利用して、天井の高さから、建物の自然循環空気層に在る耐候性外装材に流入する外部取り入れ空気を予め加熱する。

耐候性外装材に、前記高耐候性外装建材を収容する屋外側成形枠材及び屋内側成形枠材（９）を取り付ける。成形断熱材を、従来の断熱法で十分とすることができる場所に配設する。内側枠には空気があり、液体が、銅管を覆うアルミニウム枠に流れる。窓枠、扉、階層間、天井の軒、及び室外側コーナー部の熱の逃げ道を最小限に抑える。耐候性外装材は、スライド窓（１１）と、スライド扉（１３）と、を備える。窓は、断熱能力が高く、留め磁石が取り付けられ、かつ窓及び扉枠だけでなく屋外断熱窓シャッターを効果的に密閉するベルクロ（Ｖｅｌｃｒｏ）（登録商標）が取り付けられる屋内断熱カーテンを備える。

窓（１０）は、二重又は三重窓ガラス（１０）を備える。固定窓の場合、ガラスは、窓枠に取り付けられる。開閉窓の場合、窓サッシが窓枠に取り付けられる。屋外側ガラス及び屋内側ガラスは、外側木材層及び内側木材層の一部を除去することにより取り付けられる。屋外側金属層を「薄いフィルム」で覆って、吸光度及び輻射率を向上させることができ、屋外側金属層は、エネルギーを伝達する銅管を含む。窓には、請求項１に記載の断熱材料により形成される日よけ具を、すなわち垂直方向に調整することができるルーバー付き調整可能水平引きシャッターを取り付けることができる。

窓シャッターは、枠と、バッテリを動作させるためのソーラーセル群を備えるソーラーパネルと、を含むことができる。窓シャッターは複数窓を、これらの窓シャッターを閉めると断熱する。これらの窓シャッターを開けると、これらの窓を、太陽の方向に機械的に向けることができる。ブラインドには、自動コンピュータ制御太陽電池駆動モータを取り付けることができ、この太陽電池駆動モータで、窓及びルーバーの位置を自動的に調整する。プログラムは経度位置及び緯度位置に基づいている。この機構は、挟み込み防止機構であり、この挟み込み防止とは、指の動き方向が、挟み込み物体の動き方向である場合にモータが停止することを指している。室外及び室内の窓ブラインドは、鉄含有量が少ない場合が多い強化ガラス、及びＰＣＭ及び銅管を収容する断熱枠から成る。

窓に管を接続して、液媒又は固体媒質を流すことができる。ポンプ又はファンは、サーモスタットにより制御される。温度差が所定の値に達すると、ポンプによって、窓ガラスの間の銅管が充填される。ＰＣＭ壁又は屋根は、大量の太陽光放射熱を、屋外側木材層の一部がガラスに入れ替わり、かつ屋外側断熱材を介して、例えば金属層によって包囲される銅管を介して接続される場合に捕捉することができる。下地金属は、吸熱手段として作用し、熱をＰＣＭに、暖気又は熱液媒が流れる管を介して伝達することができる。

屋外側ビード材の一部では、第１木質材料層をガラスで置き換えて、隣接する金属が、空気又は液体を収容することができる金属管を包囲するようにし、薄いフィルムで覆って、出来る限り多くの太陽エネルギーを吸収することができるようにする。垂直屋外側ビード材及び成形材は、空気及び液媒が被覆アルミニウム板で包囲される銅管を流れる構成の複合型太陽熱集熱器である。耐候性外装材は、窓、扉、窓枠のコーナー部及びルーフ部を含む太陽光利用システムを収容し、この場合、すべての層が、木材ではなくガラスである。水平成形枠材は、液媒が循環するソーラーセルパネル及び太陽熱集熱器である。窓は、上に詳述した材料層を有する太陽熱集熱器を備える。成形枠材は、幅を変えることができる。７．５ｃｍ及び１５ｃｍの幅部分は、銅管を包囲するアルミニウム板から成る。当該アルミニウム板は、ナノテクノロジーを利用した薄いフィルムで覆われる。当該製品は、供給業者からソーラーパネル製造業者に供給される。本発明における銅管は、空気を予熱するために、又は水又は他の液媒を流して、相を高温で変えるＰＣＭに蓄熱するために使用することができる。成形枠材は、薄い断熱層を収容する。

壁に当たる太陽光をＰＣＭに当てて蓄熱する。壁は、建材の異なる層から成る。壁に達する太陽光放射熱は、ＰＣＭによって吸収され、壁に、窓及び成形枠材に一体的に設けられるソーラーパネルを介して蓄熱される。この蓄熱は、住宅内の暖房及び換気に利用される。換気は、部屋に床下の空間を通って至る換気口である外側空間で加熱される。

壁は、耐候性外装材空間を提供して、水を浄化及び貯蔵し、水を加熱し、食材を加熱し、食物を冷却し、空気を貯蔵及び浄化することができる。耐候性外装材は、室内空間の画成部分を壁に有し、この画成部分によって熱をＰＣＭ材料に蓄熱して、折り畳み式ベッドのような、外側空間又は内側空間にある材料を暖房することができる。耐候性外装材は、上記内側空間の画成部分を壁に有し、この画成部分によって空気を、温度制御空気取り入れファン、及び例えば、７℃の低い相変化温度を有するＰＣＭ材料を通って循環させることにより、食物（１４）を冷蔵することができる。耐候性外装材は更に、内側空間を壁に有し、この内側空間によって熱を、例えば５８℃の高い相変化温度を有するＰＣＭ材料に蓄熱することにより、低温水流（１５）を加熱することができる。ＰＣＭタンクは、耐酸性鋼材により作製され、この場合、室内のコイル管が耐酸性鋼材により作製されて、ＰＣＭを加熱するとともに、冷水を直接加熱する。

冷水は、成形幅木及び成形天井材を走る管を通る室内空気の温度を利用することにより予熱することができ、２つのタンク室を持つ冷水タンクに収容されるＰＣＭタンクの上方に回収され；一方のタンク室は、濾過した雨水を貯留し、新鮮な飲料水が他方のタンク室に貯留される。冷水タンク及びＰＣＭタンクは、台所流しの上方に、かつ棚板及び網材とともに壁に一体的に配設されるＰＣＭキャビネットに設置されて、空気を循環させ、流しから排水し（水漏れの危険がある）、更に別の冷水タンク及びＰＣＭタンクは、ＷＣ（トイレ）及び浴室の流しがある狭いシャワー空間の壁に設置される。

シャワー洗面ユニットを銅管及びアルミニウムによって構成して、温シャワー水を、水／取り入れ空気、及び別の換気済み空気を予熱することにより再利用する。簡易型スプリンクラーシステムをＷＣ、及び壁に設けた雨水タンクに接続する。壁に一体的に設けられるＰＣＭクローゼットでは、空気清浄器を当該クローゼットの下側部分に設けて、部屋の空気を前面の換気口を介して回収し、浄化する。当該クローゼットは、調理台表面に接続される４つの換気口を含み、１つの換気口は、排気用上側縁部に設けられ、２つの換気口は、ＰＣＭが位置する場所に設けられる。壁の下側部分では、一体的に設けられる台所流しは、開閉することができるバルブが上側縁部及び下側縁部に配設され、かつ温度時間制御ファンが配設された状態の良好に断熱された低温空間（１４）である。このＰＣＭは、約７℃の低い相変化温度を有する。

それ自体で空気の排気（１２）を行なう壁設置式ストーブ、及びオーブンキャビネットは、相を高温で変化させるＰＣＭを収容する。オーブンは、太陽熱集熱器に直接接続されて、高温を発生することができる銅管及びアルミニウム板を収容する。ストーブキャビネットは、開けることができる窓の付いた壁に、南向きに設置される。ストーブは、壁付きの箱と、太陽熱集熱器群付きの底部とから構成され、これらの太陽熱集熱器は、透明カバーで被覆することができ、太陽光を調理容器が収納される箱に集中させる１つ、又は幾つかの集熱反射板（ｅｘｔｒａｃｔａｂｌｅ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ）によって取り囲むことができる。

耐候性外装材は窓敷居を有し、この窓敷居の場所で、第１ガラス層を取り外すことができ、背後の空間の形状を整えて、壁、床が、太陽熱集熱器として、そしてホットプレートとして作用し、上記ガラス密閉植木箱が、断熱材を含む１つ、又は幾つかの反射カーテンによって取り囲まれ、この反射カーテンで太陽光を、調理容器を収容することができる箱に集中させるようにし、室外空間及び室内空間が金属で包囲され、かつ隣接する金属が、空気又は液体を収容することができる金属管を包囲するようにし、ＰＣＭ材料が、高い相変化温度を有することにより、食物を加熱し、温かく保つようにする。

建材キットは、建材部品の集まりであり、床材、壁材、及び屋根材が正しく組み付けられてモジュラー部材となると、これらの建材が、供給業者が組み付ける通りの、対応する耐候性外装材として作用することができる。モジュール群を組み付けることにより、当分野の当業者ではない２人の人間で、表面処理材、架設材、及び内装材を、平坦な小さな地面に用意しておくことができる。建築現場では、搬入が行なわれるとした場合の資材搬入後、モジュール群を基礎の上に組み付け、完成させて完成建物とする。建物は、サイズ及びフロア計画によって異なるが、１６モジュールを最大とする１モジュールと、２階を最大とする建物の大量のモジュールとから構成することができる。基礎は、砂利及び断熱材から成る排水床に用いる砂利、又は別の構成として、石又はコンクリートから成る台座に用いる砂利を敷き詰めて平坦にした平坦な固い地面である。

住宅の他に、同じモジュール群は、オフィス、学校、及びホテルに利用することができるが、その理由は、機能が耐候性外装材に内蔵されており、利用範囲を経時的に容易に変更することができるからである。モジュール式の建物構造は、膨大な量の木材である。大量のモジュールは、上部建造物を基礎と同時に施工することができるので、迅速に組み付けられる。これにより、時間を節約し、品質のモニタリングが向上する可能性が高まる。可搬性は、建物を解体してモジュール群を再度分離することができるので、極めて高い。この可搬性によって、建物を特定の期間に亘って賃貸しすることができる可能性が生じる。

建材キットは、直方体建材及び角柱建材を含む。直方体建材は、６個の矩形側面、８個のコーナー、及び１２個の辺により定義される。直方体建材測定値は、２７５０ｍｍの幅、５５００ｍｍの長さ、及び２７５０ｍｍの高さである、別の構成として、３０００ｍｍの長さ、５０００ｍｍの長さ、２８００ｍｍの高さである。より大きい直方体建材は、５５００ｍｍの幅、１１０００ｍｍの長さ、５５００ｍｍの高さに、第１分類の４個を第１階層に使用し、別の４個を第２階層に使用することにより組み立てられる。他の分類のより大きく、かつ測定値が６０００の幅、２００００ｍｍの長さ、及び６０００ｍｍの高さを呈する直方体建材は、第２分類の８個の１８個の直方体建材を第１階層に使用し、８個を第２階層に使用することにより組み立てることができる。角柱建材は、約１５平方メートルである五角形表面を有する。これらの側面は、４５００ｍｍの長さ、３５００、２５００、及び約１０００ｍｍ、及び６０００ｍｍの高さである。１６個の角柱建材が耐候性外装材を構成し、この場合、８個の角柱建材が第１階層に使用される。

直方体建材キットは、構造に対応する６０メートルの長さの９０×９０×５０００ｍｍ規格の集成材梁と、屋外壁及び内壁に対応する６０個の大量の２８×２４６０×６００ｍｍ規格の木板とから構成される。木製屋根は、１５平方メートルの場合に４２ｍｍの厚さである。木材表面に塗装する。断熱性金属薄板は、２×６６平方メートルである。鉄板屋根である。ＰＣＭ、窓、扉、ソーラーパネル、温水ヒータ、空気熱交換器、電気、及び水、及び水質浄化キット、シャワー及びトイレ（ＷＣ）キャビネット、ミニキッチンが配設される。

本発明は、上記好適な実施形態に限定されない。種々の代替物、変形物、及び等価物を用いることができる。従って、上記実施形態は、添付の請求項により規定される本発明の範囲を限定するものとして捉えられてはならない。

Claims (8)

1. 建物の耐候性外装材の建材であって、
   前記建物の外側を向いた第１外側層と、当該建物の内側を向いた第２内側層と、これらの層の間に配置される複数の中間層と、を備え、
   前記中間層は、前記外側から前記内側に向かう方向に、断熱材（２）と、空気層（３）と、空気、液体、又は固体材料、或いはこれらの組み合わせで満たされる外側空間（４）と、ＰＣＭ材料（５）と、空気、液体、又は固体材料、或いはこれらの組み合わせで満たされる内側空間と、更に別の断熱材層（２）と、を備えることを特徴とする耐候性外装材の建材。
2. 請求項１記載の耐候性外装材の建材において、
   前記第１層及び前記第２層は、表面にセラミック表面層（１Ａ）が形成される構成の木材（１）により形成され、前記断熱材（２）は金属（２Ａ）で包囲され、前記ＰＣＭ材料（５）は金属（５Ａ）で包囲される、耐候性外装材の建材。
3. 請求項１記載の耐候性外装材の建材において、
   前記外側空間（４）によって、空気が前記材料の内部を循環（７）することができ、隣接する部屋に向かって、床空間（６）からの取り入れ空気を経て出て行くことができ、当該床空間（６）は、例えば１９〜２３℃の範囲の相変化温度を有するＰＣＭ材料を含む、耐候性外装材の建材。
4. 請求項２記載の耐候性外装材の建材において、
   前記外側空間（４）によって、空気が前記材料の内部を循環（７）することができ、隣接する部屋に向かって、床空間（６）からの取り入れ空気を経て出て行くことができ、当該床空間（６）は、例えば１９〜２３℃の範囲の相変化温度を有するＰＣＭ材料を含む、耐候性外装材の建材。
5. 請求項１又は３記載の耐候性外装材の建材において、
   前記外側層は、太陽熱集熱機能を果たすことができるガラスを含む、耐候性外装材の建材。
6. 請求項１、２、及び４の何れかに１項記載の耐候性外装材の建材において、
   壁の前記内側空間の画成部分によって、前記内側空間における材料の加熱が可能になり、壁の前記内側空間の画成部分によって、空気が、温度制御ファン、及び例えば７℃の低い相変化温度を有するＰＣＭ材料を通って循環することにより、例えば食物を冷蔵することができる、耐候性外装材の建材。
7. 請求項１または２に記載の耐候性外装材の建材において、
   壁の前記内側空間の画成部分によって、太陽熱を、例えば５８℃の高い相変化温度を有するＰＣＭ材料に蓄熱することにより、低温水流を加熱することができる、耐候性外装材の建材。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の建材を備える建物の耐候性外装材において、
   前記耐候性外装材は、壁、床、屋根、扉、窓、窓シャッター、及び成形窓枠を含む、耐候性外装材。

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