JP3182544B2 - ソーラーシステムハウス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気を熱媒として日中
の太陽熱の集熱を行うソーラーシステムハウスの集熱に
関する。

【０００２】

【従来の技術】住宅の南側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
を図ることは古くから行われていることである。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を出願人は先に提案し、出願
した。特願昭61-311485 号（特開昭63-165633 号公
報）、特願昭62-234666 号（特開昭64-75858号公報）が
それである。

【０００３】図６についてその概略を説明すると、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半円形の集熱ボッ
クスとしての棟ダクト４に連通させる。カラー鉄板等の
金属製屋根板１の直下に形成する屋根勾配を有する空気
流路２の下側面はグラスウール等を敷き詰めた断熱層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。

【０００４】内部に逆流防止ダンパー６、ファン７及び
流路切換えダンパー８を設け、該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
置する。排気ダクト９の先端排気口は外壁に設けられた
排気ガラリ25で囲う。

【０００５】このハンドリングボックス５の逆流防止ダ
ンパーの流入側を前記棟ダクト４に連通させ、流路切換
えダンパー８の流出側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。

【０００６】なお、前記のごとくハンドリングボックス
５の逆流防止ダンパー６の流入側は棟ダクト４に接続さ
れるが、この逆流防止ダンパー６の流入側は天井等で室
内に開口する循環用ダクト19にも接続され、該逆流防止
ダンパー６はこの棟ダクト４側と循環用ダクト19側との
流路を切り換える流路切換えダンパーとして構成する。
また、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階に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。

【０００７】ハンドリングボックス５内で、逆流防止ダ
ンパー６とファン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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】ところで、夏季等高温時で暖房の必要のな
い季節では屋根板１で温められた加熱空気は全部外気に
放出して捨てることが必要となる。その場合は流路切換
えダンパー８で流出側の一方である立下りダクト10側を
閉塞し、流出側の他の一方である排気ダクト９側を開放
すれば、ハンドリングボックス５から加熱空気は排気ダ
クト９を介して屋外へ捨てられる。なお、加熱空気はハ
ンドリングボックス５を通ることでお湯とりコイル15の
加熱は行うので、夏季等高温時でも太陽熱利用で湯が得
られることは確保できる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記図６に示すソーラ
ーシステムハウスは、建物の表面で日射を多く受ける屋
根面を太陽熱集熱部として構成している。さらに、集熱
面の空気流路２は屋根の断熱層24の外側に構成し、集熱
部の空気を集める棟ダクト４およびこの棟ダクト４とハ
ンドリングボックス５を連結する第１のダクト、集熱空
気を外へ排出する排気ダクト９および排気ガラリ用チャ
ンバーなどは、屋根の断熱層24の屋内側に構成される。

【００１２】また、夏に、屋根が受ける日射熱が建物内
に伝わる熱量を少なくするために、集熱空気層を強制排
気する。そのときの高温の排気は、屋根の断熱層24の内
側にあるダクトを流れて、外壁に設けられた排気ガラリ
25から排出される。

【００１３】このように建物の内側に設けられたダクト
等に集熱空気を流すと、集熱空気の熱がダクトを通して
建物内に放熱することになる。そして、冬は集熱空気の
温度が下がることから、有効に利用できる熱量が少なく
なり、夏にはダクトから建物内への放熱により、建物内
が暑くなる。

【００１４】以上の状況から、ダクト内を流れる集熱空
気から建物内への放熱量を減らすためには、棟ダクトや
その他のダクトに施す断熱材を厚くするべきだが、断熱
材はコストが比較的高いことや施工手間が大きくなるこ
と、廃棄処分が容易でないことから、断熱材を十分に厚
くすることはほとんど実施されていない。

【００１５】また、排気ガラリを外壁に設ける場合は、
排気する集熱空気が比較的高温であること、排気音がす
ることから、近隣に影響を与えない位置にする配慮が要
求される。また、屋外風が排気ガラリに吹き付けると風
圧により排気風量が減ることから、暑い時期の季節風の
方向をさけて排気ガラリの位置を計画することが要求さ
れる。このように排気ガラリの計画時に要求される事項
は建築計画の制約になる。

【００１６】本発明の目的は前記従来例の不都合を解消
し、屋根を空気式集熱面とするソーラーシステムハウス
において、集熱空気と建物の間の断熱性の向上が得ら
れ、さらに集熱部と排気部の施工の簡素化を実現し、ま
た、使用材料の削減によりコストダウンを可能とするソ
ーラーシステムハウスを提供することにある。

【００１７】さらに本発明は、平均的な屋外風速におい
て、気候が暑いときのソーラーシステムの強制排気と屋
根面の屋根通気の排気を合わせて排出する換気能力をも
つ棟換気装置をヘッダーダクトと組み合わせることによ
り、屋根全面にわたる通気層の排気で日射の建物内侵入
量を低減することができ、ファン動力の軽減や排気音の
低減を可能にするソーラーシステムハウスを提供するこ
とにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、第１に、屋根の頂（棟）の空間を南寄り、北
寄りで分割し、断熱部材で屋内側と区画したヘッダーダ
クトとして構成し、このヘッダーダクトの南寄り部分は
第１のダクトとして、また、北寄り部分は第２のダクト
としてそれぞれ先端が屋外または小屋裏に連通する屋根
板下の空気流路の一端に連通させたこと、第２に、屋根
頂部に棟換気装置を設け、これを北寄り部分である第２
のダクトに連通させたこと、第３に、第１のダクトをフ
ァン内蔵のハンドリングボックスの流入側に連通させ、
ハンドリングボックスの流出側は立下りダクトと第２の
ダクトとに連通させ、ハンドリングボックスの流入口に
は逆流防止ダンパーを、流出口には立下りダクトと第２
のダクトへの流路切換ダンパーを設け、立下りダクト下
端は蓄熱及び放熱部となるコンクリートスラブと仕上床
との間に形成する空気流通空間に連通させたことを要旨
とするものである。

【００１９】

【作用】請求項１記載の本発明によれば、屋根まわりの
集熱部と排気部の構成を設備的ダクトにかえて建築的断
熱部材の形状で工夫することにより、集熱ダクトとして
の第１のダクトを設備的ダクトの断熱に比べて断熱性が
高い屋根断熱部材で構成したことで、第１のダクトの建
物内に対する放熱量が小さくできるので、冬の集熱時に
は集熱空気の温度低下が小さくなり、夏の強制排気時に
は建物内への放熱が小さくなる。

【００２０】また、従来の排気チャンバーにかえて、排
気ダクトとしての第２のダクトを第１のダクトと同様に
屋根断熱部材で構成したことで、第２のダクトの建物内
に対する放熱量が小さくできるので、夏の強制排気時に
は建物内への放熱が小さくなる。このように、集熱空気
の建物内への放熱量が小さくなることに対応して、冬は
建物内で有効に利用できる熱量が多くなり、夏には建物
内の温度が上がらなくなる。

【００２１】施工性に関しては、従来の設備的な棟ダク
トや集熱ダクトと排気ガラリなどにかえて、屋根断熱部
材をステージ状にした第１、第２のダクトにすること
で、全体の構成が簡素になり、ステージ状部分での作業
ができることから施工性が向上し、廃棄処分が容易でな
い断熱材料などの使用量の削減が可能となる。

【００２２】請求項２記載の本発明によれば、前記作用
に加えて、集熱空気の強制排気と屋根通気で自然排気す
る空気の排出に十分な換気能力をもつ棟換気装置と排気
ヘッダーを組み合わせることにより、夏の集熱空気の排
気を、近隣に対する高温空気の排出や排気音の配慮がい
らない棟部で処理できるようになる。このとき、棟換気
装置の排気空気の通過面積は従来の排気ガラリより大き
く取りやすいことから、排気音レベルも小さくできる。

【００２３】そして、屋外風速に比例して換気能力の大
きくなる棟換気装置により集熱空気の排出も行うことか
ら、従来の排気ガラリでの風圧で排気風量が減ることも
解消できるにとどまらず、屋外風速が大きくなるほど棟
換気装置の換気能力が増す分、ファン動力の軽減が可能
となる。

【００２４】さらに、南寄りの集熱面の強制排気と同時
に、北寄りの屋根の屋根通気の空気を排出することによ
り、日射が建物内に伝わる熱量を屋根全面にわたり小さ
くできる。

【００２５】請求項３記載の本発明によれば、ハンドリ
ングボックスを組み合わせることにより、設備をこのハ
ンドリングボックスに集約化させ、全体をコンパクト
に、かつ、使い易くすることができるとともに配管工事
その他の施工の合理化を図ることができる。

【００２６】

【実施例】以下、図面について本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は本発明のソーラシステムハウスの１実
施例を示す要部の縦断側面図、図２は同上一部切欠いた
斜視図、図３は全体の一部切欠いた斜視図で、前記従来
例を示す図６と同一構成要素には同一参照符号を付した
ものである。

【００２７】南寄りの屋根では、太陽熱集熱面としての
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として開口す
る。この空気流路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。

【００２８】本発明は北寄りの屋根でも同様に、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として開口する。この
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として構成した。

【００２９】屋根の頂（棟）の空間を南寄り、北寄りで
断熱壁27で分割し、さらに断熱部材26で屋内側と区画し
たヘッダーダクトとして構成し、このヘッダーダクトの
南寄り部分は第１のダクト28として、また、北寄り部分
は第２のダクト29とした。これら第１のダクト28と第２
のダクト29は屋根断熱部材26をステージ状にすることで
全体の構成が簡素になり、ステージ状部分での作業がで
きることから施工性が向上し、廃棄処分が容易でない断
熱材料などの使用量の削減が可能となる。

【００３０】前記南寄りの屋根での金属製屋根板１の直
下の空気流路２の一端を第１のダクト28に連通させ、北
寄りの屋根での金属製屋根板１の直下の空気流路２の一
端を第２のダクト29に連通させた。

【００３１】また、屋根頂部に棟換気装置30を設け、こ
れに北寄り部分である第２のダクト29を連通させる。図
示の例ではこの棟換気装置30は棟カバー状のエアーベン
トのごとき棟換気金物による自然排気のものとしたが、
チャッキ弁を有するファン駆動による強制排気のもので
もよく、さらに自然排気のものでも煙突状のもの、ガラ
リ状、スリット状の開口によるものなど種々考えられ
る。

【００３２】前記第１のダクト28と第２のダクト29とが
ここから他所、例えば床下空間、室内空間、屋外、その
他相互に連通するかは適宜選択でき、また、これらにフ
ァンを有するダクトをどのように接続するかも適宜に選
択できる。例えば、図示は省略するが、ファンを有する
立ち下がりダクトを第１のダクト28に接続し、その途中
を分岐した分岐ダクトを第２のダクト29に接続するなど
や、第１のダクト28と第２のダクト29とのそれぞれにフ
ァンを有する立ち下がりダクトを接続するなども一例で
ある。また、ファンを第１のダクト28と第２のダクト29
内に設置することも可能である。

【００３３】図示の例では、第１のダクト28をファン７
を内蔵したハンドリングボックス５の流入側にダクト31
を介して連通させ、ハンドリングボックス５の流出側は
立下りダクト10とダクト32を介して第２のダクト29とに
連通させた。

【００３４】ハンドリングボックス５の流入口には逆流
防止ダンパー６を、流出口には立下りダクト10と第２の
ダクト29に繋がるダクト32への流路切換ダンパー８を設
け、立下りダクト10の下端は図３に示すように前記従来
例と同じく下端は蓄熱・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を設けた。

【００３５】なお、前記のごとくハンドリングボックス
５の逆流防止ダンパー６の流入側はダクト31を介して第
１のダクト28に連通されるが、この逆流防止ダンパー６
の流入側は天井等で室内に開口する循環用ダクト19もし
くは循環口にも連通され、該逆流防止ダンパー６はこの
ダクト31側と循環用ダクト19側もしくは循環口との流路
を切り換える流路切換えダンパーとして構成する。

【００３６】ハンドリングボックス５内で、逆流防止ダ
ンパー６とファン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は前記従来例と同じく循環配管で
貯湯槽と連結し、該貯湯槽には、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
湯配管を接続する。さらに、お湯とりコイル15はデュア
ルコイルとしてここに補助暖房用のコイルを組み合わせ
ることもある。

【００３７】このようにして、南寄りの屋根では、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、この加熱空気は集熱ダクトとし
ての第１のダクト28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。

【００３８】一方、お湯とりコイル15で、ここに循環配
管を介して貯湯槽から送り込まれる水が加熱され、湯と
して貯湯槽へ蓄えられ、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。

【００３９】ところで、夏季等高温時で暖房の必要のな
い季節では屋根板１で温められた加熱空気は全部外気に
放出して捨てることが必要となる。その場合は流路切換
えダンパー８で流出側の一方である立下りダクト10側を
閉塞し、流出側の他の一方である排気ダクトとしての第
２のダクト29へのダクト32側を開放すれば、ハンドリン
グボックス５から加熱空気はダクト32を介して第２のダ
クト29へ入り、棟換気装置30から屋外へ捨てられる。な
お、加熱空気はハンドリングボックス５を通ることでお
湯とりコイル15の加熱は行うので、夏季等高温時でも太
陽熱利用で湯が得られることは確保できる。

【００４０】この棟換気装置30からの排気は、北寄りの
屋根での金属製屋根板１の直下の空気流路２の空気を排
出を誘引することになり、南寄りの集熱面の強制排気と
同時に、北寄りの屋根の屋根通気の空気を排出すること
により、日射が建物内に伝わる熱量を屋根全面にわたり
小さくできる。

【００４１】ところで、夏の夜間にファン７を運転し、
夜間の冷気を外気取入口３から南寄りの屋根での金属製
屋根板１の直下の空気流路２の一端空気流路に取り込
み、屋根板１からの放射冷却も作用させ、この空気を立
下りダクト10を介して床下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に送り、蓄熱土間コン
クリート11に蓄冷されるのと、床吹出口から冷風として
直接室内へ吹出されるのとの冷却作用を行うことも行わ
れる。

【００４２】かかる冷却作用をさらに詳しく説明する。
非常に良く晴れた青空は−40°〜−60°Ｃという超低温
である。それと地上のものの表面の間で輻射熱のやりと
りがある。地上のものの方が温度が高いから熱を奪われ
る。夜は日射がないので、もっぱら地表の熱は奪われ
る。それが夜間放射である。

【００４３】図５は本発明の第２実施例を示すもので、
屋根の一部をガラス23で覆うことに代えて、透光板33で
上面を閉塞した集熱パネル34を設置するようにした。こ
の集熱パネル34は屋根勾配と同じく日射の方向に向けて
傾斜させたものであり、下位置に屋根板１の直下の空気
流路２と連通させ、その上位置は第１のダクト28に連通
させる。この集熱パネル34は底部を断熱層として形成す
る。

【００４４】なお、前記第２のダクト29はこれを排気ダ
クトではなく、集熱ダクトとして機能させることも可能
である。すなわち、北寄りの部分では夏季に夜間冷気を
外気取入口３から空気流路２を介して取り込み、これを
第２のダクト29に集めてから室内に取り込むようにする
ことも可能である。

【００４５】この場合には前記ハンドリングボックス５
ではなく、別途吸引ファンを有する縦ダクトを設けてこ
れを行うことになる。

【００４６】

【発明の効果】以上に述べたように本発明のソーラシス
テムハウスは、屋根を空気式集熱面とするソーラーシス
テムハウスにおいて、屋根まわりの集熱部と排気部の構
成を設備的ダクトにかえて建築的断熱部材の形状で工夫
することにより、集熱空気と建物の間の断熱性を向上さ
せることができ、また、集熱部と排気部の施工の簡素化
が実現でき、しかも、使用材料の削減を可能とするもの
である。

【００４７】さらに、平均的な屋外風速において、気候
が暑いときのソーラーシステムの強制排気と屋根面の屋
根通気の排気を合わせて排出する換気能力をもつ棟換気
装置を第２のダクトと組み合わせることにより、屋根全
面にわたる通気層の排気で日射の建物内侵入量を低減で
き、ファン動力の軽減や排気音の低減を可能にするもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のソーラシステムハウスの第１実施例を
示す要部の縦断側面図である。

【図２】本発明のソーラシステムハウスの第１実施例を
示す要部の一部切欠いた斜視図である。

【図３】本発明のソーラシステムハウスの第１実施例を
示す全体の一部切欠いた斜視図である。

【図４】棟換気装置の一例を示す斜視図である。

【図５】本発明のソーラシステムハウスの第２実施例を
示す要部の縦断側面図である。

【図６】ソーラーシステムハウスの従来例の概要を示す
縦断側面図である。

【符号の説明】

１…屋根板 ２…空気流路 ３…外気取入口 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…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 23…ガラス 24…断熱層 25…排気ガラリ 26…断熱部材 27…断熱壁 28…第１のダク
ト 29…第２のダクト 30…棟換気装置 31，32…ダクト 33…透光板 34…集熱パネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24J 2/42 F24F 3/00 F24F 5/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 屋根の頂（棟）の空間を南寄り、北寄り
   で分割し、断熱部材で屋内側と区画したヘッダーダクト
   として構成し、このヘッダーダクトの南寄り部分は第１
   のダクトとして、また、北寄り部分は第２のダクトとし
   てそれぞれ先端が屋外または小屋裏に連通する屋根板下
   の空気流路の一端に連通させたことを特徴とするソーラ
   ーシステムハウス。
2. 【請求項２】 屋根頂部に棟換気装置を設け、これを北
   寄り部分である第２のダクトに連通させた請求項１記載
   のソーラーシステムハウス。
3. 【請求項３】 第１のダクトをファン内蔵のハンドリン
   グボックスの流入側に連通させ、ハンドリングボックス
   の流出側は立下りダクトと第２のダクトとに連通させ、
   ハンドリングボックスの流入口には逆流防止ダンパー
   を、流出口には立下りダクトと第２のダクトへの流路切
   換ダンパーを設け、立下りダクト下端は蓄熱及び放熱部
   となるコンクリートスラブと仕上床との間に形成する空
   気流通空間連通にさせたことを特徴とする請求項１また
   は請求項２記載のソーラーシステムハウス。