JP2015102264A

JP2015102264A - 建物

Info

Publication number: JP2015102264A
Application number: JP2013241994A
Authority: JP
Inventors: 千葉　陽輔; Yosuke Chiba; 陽輔千葉; 築山　祐子; Yuko Tsukiyama; 祐子築山
Original assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Current assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2015-06-04

Abstract

【課題】熱供給システムの集熱部における太陽光の受光効率を高めた建物を提供する。
【解決手段】建物１の二階以上の外壁面に集熱部３１が設けられており、外壁面の前方には床６が張り出している。そして、この床６に太陽光を集熱部３１に反射する反射面が形成されている。これにより、集熱部３１は、太陽の直射光を受光するとともに、反射面による太陽の反射光も受光することになる。そのため、直射光のみを受光する場合に比べて、集熱部３１における太陽光の受光効率が高くなり、効率よく空気を暖めることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、建物に関し、特に、太陽熱利用システムを備えた建物に関する。

従来、太陽光の照射による熱を外壁に蓄熱し、この熱で暖められた空気を室内の暖房として利用する方法が知られている。例えば、特開昭５７−１００５２号公報には、太陽熱を吸収して蓄熱する太陽熱吸収壁と、この太陽熱吸収壁との間に空気層が形成されるように外側に設けられる窓ガラスと、を備えた建物が開示されている。この建物では、室内の下端側に、室内の空気を空気層に送るための吸入口が設けられ、室内の上端側に、空気層の暖められた空気を室内に送るための開口部が設けられている。

特開昭５７−１００５２号公報

しかしながら、上記した建物は、単に太陽の直射光を太陽熱吸収壁に受けるだけであり、太陽熱吸収壁における太陽光の受光効率を高めるための特別な構成は備えていない。そのため、太陽熱吸収壁に照射する直射光しか空気層の温度の上昇に利用されていないという課題があった。

本発明は、熱供給システムの集熱部における太陽光の受光効率を高めた建物を提供することを目的とする。

本発明の建物は、太陽光によって暖められた熱媒体を部屋または床下空間へ供給する熱供給システムを備えた建物であって、熱供給システムは、太陽光を受光する集熱部を有し、集熱部は、二階以上の外壁面に設けられており、外壁面の前方に張り出す床には、太陽光を集熱部に反射する反射面が形成されていることを特徴とする。

この建物では、外壁面の前方に床が張り出しており、この床に太陽光を集熱部に反射する反射面が形成されている。この場合、集熱部は、二階以上の外壁面において、太陽の直射光を受光するとともに、反射面による太陽の反射光も受光することになる。そのため、直射光のみを受光する場合に比し、集熱部における太陽光の受光効率が高くなり、効率よく熱媒体を暖めることができる。

また、反射面は、床の仕上げ面であってもよい。これによれば、床の仕上げ面自体が反射面として機能するため、床に対して別途反射面を設置する必要がない。

また、反射面は、太陽電池モジュールの受光面であってもよい。これによれば、熱供給システムの集熱部は、太陽の直射光を受光するとともに、太陽電池モジュールの表面に入射した太陽光の反射光を受光することになる。そのため、太陽電池モジュールと熱供給システムとによって、太陽光のエネルギーを効率良く利用できる。

また、反射面には、外壁面から離れる方向に向かって下り勾配が設けられていてもよい。これによれば、暖められた熱媒体を部屋または床下空間に供給する必要のない夏季には、太陽高度との関係で、反射面による反射光の外壁面に対する入射角が小さくなる。そのため、夏季における、外壁面及び集熱部への太陽光の入射が抑制される。

また、集熱部が設けられた外壁面とその外壁面とは別の外壁面とによって、入隅部が形成されていてもよい。入隅部では、風の通り抜けが抑制されるため、入隅部を形成する外壁面に集熱部を設けることで、集熱部に風があたることが抑制される。これにより、集熱部で暖められた熱媒体が、風によって冷却されることを抑制することができる。

本発明によれば、熱供給システムの集熱部における太陽光の受光効率を高めた建物を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る建物を示す正面図である。図１に示す建物の平面図である。図１に示す建物の断面図である。図１に示す建物の断面図である。図１に示す建物に設けられた集熱部を示す斜視図である。図５に示す集熱部の縦断面図である。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。便宜上、実質的に同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。なお、本発明は、二階以上の階に設けられる外壁を備えた建物に広く適用可能であるが、ここでは一例として鉄骨二階建ての建物に適用した場合について説明する。

図１に示される建物１は、高気密・高断熱化された鉄骨造の二階建て住宅である。この建物１の二階部分Ｆ２の外壁２０には、太陽光を受光する集熱部３１が設けられている。建物１は、集熱部３１によって暖められた熱媒体としての空気を、室内の暖房（またはその補助）に活用する熱供給システム３０（図３参照）を備えている。建物１の外壁２０は、躯体を構成する鉄骨に対して、複数の外壁パネル２１が連接して設けられることによって形成されている。外壁２０には窓３，５が設けられており、採光、換気等を行うことができるようになっている。なお、図２において、外壁２０が連続するように描かれているが、これは説明の簡単のためである。

（建物）
図２に示されるように、建物１の一階部分Ｆ１が平面視において四角形状であるのに対して、建物１の二階部分Ｆ２は、Ｌ字形状となっている。そして、Ｌ字形状の内側である外壁２０Ａ及び外壁２０Ｂによって入隅部９が形成されている。上記の集熱部３１は、入隅部９を形成している一方の外壁２０Ａに設けられている。風の通り抜けが抑制される入隅部を形成する外壁２０Ａに集熱部３１を設けることで、集熱部３１で暖められた空気が、風によって冷却されることを抑制することができる。

入隅部９には、外壁２０Ａ及び２０Ｂの前方に張り出す床６が設けられている。この床６は、階下である一階部分Ｆ１の屋根面（屋上）によって構成されている。床６には、ポリ塩化ビニル等の防水シート、タイル、遮熱塗料など、所定の反射率をもった仕上材による仕上げ面７が形成されている。仕上げ面７は、排水のために、建物外側に向かって例えば１／１００の勾配で傾斜が設けられている。床６には、集熱部３１が設けられた外壁２０Ａの前方の位置に、太陽電池モジュール４０が設置されている。太陽電池モジュール４０は、建物１に対する電力供給の補助に利用されるものであるが、集熱部３１に対して太陽光を反射するための反射面としても利用される。

本実施形態では、集熱部３１の設けられている外壁２０Ａが南側を向いているため、太陽電池モジュール４０は外壁２０Ａの南側に設置されている。また、図３に示されるように、太陽電池モジュール４０は、外壁２０Ａから離れる方向に向かって、所定の角度（例えば約５度〜１０度）で下り勾配が設けられている。

図４は、北緯３４度の地点での冬季（冬至）及び夏季（夏至）の南中高度における太陽光と建物１との関係を示したものである。太陽電池モジュール４０の受光面に対する冬季の入射光Ｗ１及び反射光Ｗ２が破線で、夏季の入射光Ｓ１及び反射光Ｓ２が実線で描かれている。図４に示されるように、冬季の太陽光は、南中高度が３２度程度と低くなる。そのため、入射光Ｗ１が太陽電池モジュール４０の受光面に入射すると、その反射光Ｗ２は集熱部３１に当たるように反射される。これにより、集熱部３１は、冬季の太陽光のエネルギーを効率良く受光できる。一方で、夏季の太陽光は、南中高度が７８度程度と高くなる。そのため、入射光Ｓ１が太陽電池モジュール４０に入射すると、その反射光Ｓ２は集熱部３１の上方に向かって反射される。これにより、夏季には集熱部３１、外壁２０、窓３における受光が抑制されることになる。

なお、図示はされていないが、集熱部３１に所定の角度で入射した太陽の直射光は、集熱部３１の表面でその一部が反射して太陽電池モジュール４０の受光面に入射するものである。よって、集熱部３１と太陽電池モジュール４０とは、互いの反射光を利用することで、太陽光をより効率的に利用していることになる。

仕上げ面７は所定の反射率をもった仕上材によって仕上げられている。そのため、床６に太陽電池モジュール４０が設置されていない場合には、反射面としての仕上げ面７に反射した太陽光が集熱部３１に入射されるものである。このように床６に太陽電池モジュール４０を設置しない場合には、床６の仕上げ面７に南側に向かって下り勾配を所定の角度（例えば約５度〜１０度）で設けることで、夏季の集熱部３１における受光が抑制されることになる。

（外壁パネル）
図６に示される外壁パネル２１は、所定寸法に形成された軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）パネルである。外壁パネル２１の上下両端部は、鉄骨によって組まれた躯体に対して、ロッキング構法にて取り付けられている。外壁パネル２１の下端は、躯体（鉄骨）２２に締結部材２２ａで固定された下地鋼材としてのアングル材２３に対して、外壁パネル取付具２４によって取り付けられている。この外壁パネル取付具２４は、外壁パネル２１とアングル材２３とに架け渡される取付プレート２５を備えている。取付プレート２５は、その中央で鋼板の折り曲げ加工によりアングル材２３の厚みに相当する量だけ屈曲させられている。

外壁パネル２１にはボルト２６が植設され、ボルト２６の端部には孔部を備えたリング部２６ａが設けられている。リング部２６ａは、孔部を貫通するように水平方向に延在する鋼棒２７によって外壁パネル２１に固定される。この鋼棒２７は、外壁パネル２１内を水平方向に貫通することで、外壁パネル２１に固定されている。

ボルト２６のネジ部２６ｂは、取付プレート２５に設けられた長穴（図示省略）から外部に突出し、ボルト２６のネジ部２６ｂにナット２６ｃを螺着させる。そして、ナット２６ｃを締め込むことで、取付プレート２５が外壁パネル２１及びアングル材２３に強く押し付けられ、外壁パネル２１がアングル材２３に固定される。外壁パネル２１の上端も同様にして躯体に固定されている。これにより、地震時の躯体の変化に応じて、外壁パネル２１が１枚ごとに僅かに回転（ロッキング）して追従するようになっている。

外壁パネル２１の室内側には断熱材２９が設置されている。断熱材２９は、フェノールフォーム等の気密性を有するプラスチック系断熱材を用いて平板状に形成された断熱ボードである。この種の断熱材２９は、設置する部位のサイズに応じて複数のブロックに分割され、そして各ブロックは外壁パネル２１の室内側の所定位置に設置され、継ぎ目が気密テープなどで覆われて設置されている。なお、断熱材２９としては、ロックウールやグラスウール等の繊維系断熱材も適宜に用いられるものである。実施形態で外壁パネル２１に使用されるＡＬＣパネルの熱伝導率は、コンクリートの１／１０程度であり、熱の移動はコンクリートに比べて抑制されるが、このように、外壁パネル２１の裏面に断熱材２９を設置することによって、集熱部３１の熱が外壁パネル２１に面する部屋Ｒ１（図３参照）に移動してしまうことを更に抑制でき、集熱部３１内の温度上昇を効率的に行うことができる。

隣接する外壁パネル２１間の目地部２８（図５参照）は、例えばポリウレタン系樹脂のシーリング材によってシーリングされており、雨水等の浸入を防止している。このように、隣接する外壁パネル２１間は直接接触していないため、外壁パネル２１間における熱の移動は、シーリング材を介すか、放射によるものかのいずれかとなるため、外壁パネル２１間での熱の移動は極めて低く抑えられる。

（熱供給システム）
図５及び図６に示される熱供給システム３０は、外壁２０に設けられた集熱部３１によって暖められた空気を、暖めたい部屋Ｒ２に供給するためのものである。熱供給システム３０は、透明パネル３２と枠体３３とを有する集熱部３１と、集熱部３１に空気を供給する給気部３４と、集熱部３１から空気を排出する排気部３５とを備えている。透明パネル３２は、矩形状に形成された透明なガラス板であり、外壁パネル２１に固定されたアルミニウム製からなる枠体３３によって周縁部を囲まれている。これにより、透明パネル３２は、外壁パネル２１に対向して配置されることになり、透明パネル３２と外壁パネル２１との間には、枠体３３の内側に所定の空間Ｓが形成される。なお、本実施形態における透明パネル３２は、外壁面に対して平行になるように対向しており、透明パネル３２と外壁パネル２１との間に形成される空間Ｓの厚さは約１６ｍｍである。このように構成された空間Ｓ内部の空気は、透明パネル３２を透過した太陽光によって外壁パネル２１が蓄熱されることで、暖められることになる。また、空間Ｓ内部で暖められた空気は、枠体３３によって外部に漏出するのを制限されている。

枠体３３は、上下方向に延びる右辺部３３ａ及び左辺部３３ｂと、左右方向に延びる上辺部３３ｃ及び下辺部３３ｄと、によって四辺が形成されており、透明パネル３２の周縁部を保持できるように透明パネル３２より一回り大きな矩形状となっている。この枠体３３は、図示しないＡＬＣ用のビスにより外壁パネル２１に固定されるものであり、外装部材である。枠体３３は、一枚の外壁パネル２１内に収まって固定されるものであり、連接される外壁パネル２１間の目地部２８を跨がない。そのため、集熱部３１によって外壁パネル２１の目地部２８が覆われることはない。これにより、集熱部３１内の温度上昇によって目地部２８におけるシーリング材の劣化が促進されてしまうことを抑制できる。さらに、例えば地震などによって建物１が揺れた際に外壁パネル２１がロッキングしても、集熱部３１は固定されている外壁パネル２１の動きに追従するため、集熱部３１及び外壁パネル２１の破損を防止することができる。

枠体３３が固定されている外壁パネル２１は、表面に溝等が形成されておらず、平坦となっている。外壁パネル２１の表面に横方向の溝が形成されている場合、外壁パネル２１よりも外側の空気のみが上昇して溝の部分の空気は滞留し、この滞留する空気によって外壁パネル２１と上昇する空気との接触面積が減少し、外壁パネル２１から空気へ熱を伝達する効率が下がってしまう。そのため、横溝を形成しないことにより、空気が滞留してしまうことを抑制でき、集熱部３１内部において外壁パネル２１から空気へ効率よく熱を伝達して暖めることができる。

枠体３３は、内部の空間Ｓに雨水等を浸入させないために、また、内部の空間Ｓの空気を外に逃がさないために、外壁パネル２１に対して止水処理としてのシーリングがされている。同様に、透明パネル３２は枠体３３に対して止水処理としてのシーリングがされている。これらのシーリングは、外壁パネル２１の外壁面と枠体３３との接触部分である枠体３３の周縁部に施されるシーリング材３６ａと、枠体３３と透明パネル３２との接触部分である透明パネル３２の周縁部に施されるシーリング材３６ｂとによってなされている。外壁パネル２１の表面が平坦に形成されているため、枠体３３の形状も平坦なシンプルな形状とすることができる。

枠体３３には、集熱部３１の内外を連通する給気部３４が設けられている。給気部３４は、枠体３３の下辺部３３ｄにおいて、左右方向に並ぶ複数個の貫通孔として形成されている。給気部３４には、図示しない通気性のよいネットが設けられており、虫等の侵入を抑えながら外気の流入を可能としている。

また、枠体３３の右辺部３３ａ及び左辺部３３ｂの上端側には、空間Ｓ内の空気を屋外に排出するための開閉機構部３７が設けられている。開閉機構部３７は、通常は閉状態であり、集熱部３１内の温度が設定温度以上になった場合に開状態となって、集熱部３１の内外を連通するものである。熱供給システム３０を稼働させない夏季には、集熱部３１の温度上昇によって開閉機構部３７が開状態となり、集熱部３１の空気が外部に排気される。これにより、集熱部３１内の過度な温度上昇を抑制することができる。なお、開閉機構部３７は、例えば形状記憶合金で動作制御される開閉ガラリによって構成されるものである。

集熱部３１には、暖められた空気を部屋に排出する排気部３５が設けられている。排気部３５は、外壁パネル２１及び断熱材２９を貫通することで、集熱部３１内の空間と室内とを連通するものであり、集熱部３１の上端側に円筒状をなす開孔として設けられている。このように、排気部３５が外壁パネル２１の上端側に設けられることで、暖められて集熱部３１の上部側に集まりやすくなった空気を効率的に室内側に排気することができる。

排気部３５には、集熱部３１から暖められた空気を屋内へ流通させる管として、ダクト３８が貫通している。ダクト３８は、天井裏や壁内に配置されて、集熱部３１と屋内とを連通するものであり、例えば躯体を構成する梁やスラブ等に対して取り付けられている。ダクト３８と排気部３５との間には緩衝スペースとしての隙間３５ａが設けられている。これにより、例えば建物の揺れによって、外壁パネル２１とダクト３８とが別々の挙動を示した場合に、外壁パネル２１とダクト３８とが接触して破損することを抑制することができる。ダクト３８と排気部３５との間に隙間３５ａが設けられているが、外壁パネル２１と集熱部３１とはシーリングによる止水処理がなされているため、隙間３５ａに雨等の水が浸入することはない。なお、隙間３５ａは、弾性を有するパッキン等で塞がれていてもよい。

また、ダクト３８として、外壁パネル２１の動きに追従して変形することができる可撓性のダクトを採用してもよい。この場合、ダクトは、材料自体が可撓性を備えているもののほか、蛇腹状に形成されることで可撓性を備えるものであってもよい。これにより、ロッキングする外壁パネル２１の動きによって外壁パネル２１又はダクト３８が破損することを抑制することができる。このため、ダクトと排気部３５との間に緩衝スペースを設けなくてもよい。

ダクト３８は、集熱部３１と、集熱部３１が固定された外壁パネル２１に面する部屋Ｒ１とは別の部屋Ｒ２（図３参照）と、を連通している。なお、図２に示されるように、集熱部３１が固定されている外壁パネル２１は南向きであり、ダクト３８によって連通される部屋Ｒ２は北向きとなる。ダクト３８の途中にはファン３８ａが設けられており、ファン３８ａを動作させることによって集熱部３１側から部屋Ｒ２側に空気を送ることができる。ダクト３８は、天井内や壁内を経由し、部屋Ｒ２に設けられた排気口３８ｂに連結されており、これによって集熱部３１で暖められた空気を部屋Ｒ２に排出することができる。なお、ダクト３８は、床下空間を経由し、部屋Ｒ２に設けられた排気口３８ｂに連結されてもよい。この場合、経路途中の床下空間内においてダクトに排気口を設けることで、集熱部３１で暖められた空気を床下空間に排出し、間接的に部屋Ｒ２を暖めるものであってもよい。

このように構成された熱供給システム３０における空気の流れについて説明する。まず、集熱部３１に設けられた給気部３４から屋外の空気が取り込まれる。この空気は、集熱部３１の空間Ｓ内において、太陽光で蓄熱された外壁パネル２１によって暖められながら上方に移動する。そして、集熱部３１の上端側に設けられた排気部３５からダクト３８内に流入し、排気口３８ｂからターゲットとなる暖めたい部屋Ｒ２に送られる。これによって、集熱部３１で暖められた空気を、日当たりの悪い部屋Ｒ２に送り込むことができる。

本実施形態の建物１では、外壁２０Ａの前方に床６が張り出しており、この床６に太陽光を集熱部３１に反射する反射面が形成されている。この場合、集熱部３１は、二階部分Ｆ２の外壁２０Ａの外壁面において、太陽の直射光を受光するとともに、反射面による太陽の反射光も受光することになる。そのため、直射光のみを受光する場合に比し、集熱部３１における太陽光の受光効率が高くなり、効率よく空気を暖めることができる。

また、反射面が床６の仕上げ面７によって構成される場合には、仕上げ面７自体が反射面として機能するため、床６に対して別途反射面を設置する必要がない。

また、反射面が太陽電池モジュール４０によって構成される場合、集熱部３１は、太陽の直射光を受光するとともに、太陽電池モジュール４０の表面に入射した太陽光の反射光を受光することになる。そのため、太陽電池モジュール４０と熱供給システム３０とによって、太陽光のエネルギーを効率良く利用できる。

また、反射面には、外壁２０Ａから離れる方向に向かって下り勾配が設けられているため、暖められた空気を部屋Ｒ２に供給する必要のない夏季には、太陽高度との関係で、反射面による反射光の外壁面に対する入射角が小さくなる。そのため、夏季における、集熱部３１や外壁２０への太陽光の入射が抑制され、集熱部３１等の過度な温度上昇が抑制される。

また、入隅部９では、風の通り抜けが抑制されるため、入隅部９を形成する外壁２０Ａに集熱部３１を設けることで、集熱部３１に風があたることが抑制される。これにより、集熱部３１で暖められた空気が、風によって冷却されることを抑制することができる。

以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等を行ってもよい。例えば、本実施形態に示された太陽電池モジュール４０や仕上げ面７の傾斜角度は一例であり、これに限定されないことはいうまでもない。

また、外壁２０Ａの前方の床６が、階下である一階部分Ｆ１の屋根面によって構成されている例を示したが、これに限定されない。例えば、床は、外壁の前方に張り出したベランダやバルコニーによって構成されていてもよい。この場合、太陽光がベランダ等に設けられる手摺に遮られないように、透光性を有するパネルや縦桟を備えた手摺を採用することが好ましい。

また、熱供給システムに使用される熱媒体が空気である例を示したが、これに限定されない。例えば、熱媒体として、不凍液を使用してもよい。この場合、外装部材として、不凍液を暖めるための集熱器を外壁に固定するものである。集熱器で暖められた不凍液は管によって室内側に流通されることで、床暖房等に利用することができる。

また、集熱部３１の固定されている外壁パネル２１が南向きである例を示したが、これに限定されない。集熱部に対して、太陽の直射光が所定時間入射し得る向きであればよく、例えば南東向きや南西向きであってもよい。

また、外壁２０Ａ及び外壁２０Ｂによって入隅部９が構成されている例を示したが、これに限定されない。例えば、平面視において凹形状を形成する３面の外壁のうち、隣接する２面の外壁によって入隅部が構成されていてもよい。

１…建物、６…床、７…仕上げ面、９…入隅部、２０、２０Ａ…外壁、２１…外壁パネル、２８…目地部、２９…断熱材、３０…熱供給システム、３１…集熱部、３２…透明パネル、３３…枠体、３４…給気部、３５…排気部、３５ａ…隙間、３８…ダクト（管）、４０…太陽電池モジュール、Ｒ１，Ｒ２…部屋、Ｓ…空間。

Claims

太陽光によって暖められた熱媒体を部屋または床下空間へ供給する熱供給システムを備えた建物であって、
前記熱供給システムは、太陽光を受光する集熱部を有し、
前記集熱部は、二階以上の外壁面に設けられており、
前記外壁面の前方に張り出す床には、太陽光を前記集熱部に反射する反射面が形成されていることを特徴とする建物。
前記反射面は、前記床の仕上げ面であることを特徴とする請求項１記載の建物。
前記反射面は、太陽電池モジュールの受光面であることを特徴とする請求項１記載の建物。
前記反射面には、前記外壁面から離れる方向に向かって下り勾配が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の建物。
前記集熱部が設けられた前記外壁面と前記外壁面とは別の外壁面とによって、入隅部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の建物。