JP3797685B2 - 建物の暖房装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建物の暖房装置に関し、住宅や店舗などの建物に対する暖房などに利用できる。
【０００２】
【背景技術】
近年、建物には冷暖房などの空調設備が広く普及しており、年間を通じて快適な室内環境が得られるようになってきている。
住宅などにおいては、各居室毎に設置されたルームエアコンなどの利用や、集中空調装置による全館冷暖房などにより、快適な室内温度が保たれている。
さらに、近年では、建物の高気密化や高断熱化により、エネルギ効率の向上が図られている。
【０００３】
ところで、冬季の暖房を行う暖房装置としては、都市ガスや灯油などを室内で燃焼させるストーブや温風暖房機が多く用いられているが、換気が必要であり、火災の原因にも成り得ることなどから、近年では、電気発熱を用いた輻射型ストーブや温風暖房機などの他、屋外の熱を冷媒に吸収させて室内に運び込むヒートポンプ式のルームエアコンなどが一般に用いられている。
一方、最近では、化石燃料の代替エネルギ源として太陽エネルギが注目されており、暖房に利用する場合は、屋根などに集熱器を設置して、太陽熱を水などに集めて居室等に放熱させるなどする太陽熱利用暖房システムが一般的である。
【０００４】
一方、冬の前後の期間などにおいては、日中は気温が上昇するため、暖房装置による暖房が行われることは少ないが、気温が低下した夜間には暖房が行われることが多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述したルームエアコンや電気ストーブなどは電力を動力源とするので、運転時間が長くなることや、高負荷で運転することにより、電力消費量が増大するという問題がある。
とくに、冬期などにおいて、これらを日中から夜間にかけて連続して運転させると、暖房コストは相当なものになる。
【０００６】
また、太陽熱により温水を得る太陽熱利用暖房システムは、暖房に利用された後の水を再び屋根などの集熱器に送り込む必要がある。このため、水を循環させる配管などの設備が複雑であり、水を汲み上げる動力も必要とされるので、設置が困難でありコストがかかるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、適切な暖房効果が得られるとともに消費電力量を削減することができる簡単な構造の建物の暖房装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、集熱面より太陽熱（日射）を集熱し、これにより加熱された空気を暖房に利用することで前記目的を達成しようとするものである。
具体的に、本発明の建物の暖房装置は、表面から集熱可能な集熱面とその裏面に設けられた通気層とを有し、通気層を通過して温められた空気を建物の加熱対象に供給する暖気取り入れ路を備え、前記加熱対象は前記建物内の暖房対象区画であり、前記暖気取り入れ路は前記暖房対象区画内に連通されており、前記暖房対象区画には外気との換気を行う換気手段が設けられており、前記換気手段は、暖房対象区画内の空気を外に排出する内気排出経路の排出経路ダンパ、および、外気を暖房対象区画内に吸入する外気吸入経路の吸入経路ダンパの開度調整によって、暖房対象区画からの排気を所定量に保持しつつ、暖房対象区画に対する給気量を調節可能であり、前記換気手段の給気量と排気量とのバランスを調節することで、所望の量の暖気を前記暖気取り入れ路から前記暖房対象区画へ供給することを特徴とする。
【０００９】
ここで、加熱対象としては、建物内の暖房対象区画や、外気から得た熱を建物の暖房に利用する熱伝達手段の吸熱部が適用できる。例えば、暖房対象区画には建物内の居室空間や収納や通路等が挙げられ、熱伝達手段の吸熱部にはルームエアコンの室外機部分などが挙げられる。
【００１０】
このような本発明においては、先ず、外気が通気層を通過する間に、集熱面で集熱された太陽熱により温められて、次に、この暖気が暖気取り入れ路により加熱対象に導かれて加熱対象を加熱し、これにより暖房が行われる。
つまり、通気層で太陽熱により空気集熱を行い、この集熱空気により加熱対象を加熱することで、太陽熱を暖房用の熱源として利用できるようになり、その分、従来のルームエアコン等に消費される大電力を削減可能となる。
【００１１】
また、集熱されるのは空気であるため、暖房に利用されて熱を失った空気は、そのまま屋外に排出すればよいので、配管などの構造が簡単になり、容易に設置できるようになり、設置コストの削減が図られる。
これらにより、前記目的が達成される。
【００１２】
加熱対象としては、居室等の暖房対象区画を採用することができ、この場合には、暖気取り入れ路を居室等の内部に連通させるようにする。
これにより、通気層を通過した暖気を直接暖房対象区画に導入可能となり、その区画内を暖房できるようになるとともに、ルームエアコンなどに使用される大電力を削減することが可能となる。
【００１３】
また、暖房対象区画内に導入される暖気の温度は、一般に温風暖房機などから吹き出される空気ほど高温ではないため、導入風が直接人体にあたっても不快に感じることがない。
さらに、暖房のために屋内でガスや灯油を燃焼させる場合、屋内の空気が汚れるため、換気が必要となるが、外気により室内温度が低下する恐れがある。この際に、前述した暖気の取り入れを行えば、暖房対象区画内には、温められた新鮮な外気が導入されるため、室内温度を低下させずに済み、ガスや灯油の使用量も削減できるようになる。
【００１４】
ここで、居室等に外気との換気を行う換気手段を設け、暖気取り入れ路が換気手段の外気吸入経路に連通する構造とすることで、居室内部と暖気取り入れ路とを連通させてもよい。この換気手段は、予め建物に設置されていたものを流用してもよい。
このようにすれば、暖気の居室等内部への導入を換気用の外気吸入経路を流用して行えるようになり、暖気を居室まで導く設備や施工の手間を省略でき、設備コストの削減が図られる。
【００１５】
さらに、外気吸入経路の途中にファン等の送風手段を設け、暖気取り入れ路はファンなどよりも外気取り入れ口側に連通させることが望ましい。
これにより、暖気がファンなどにより確実に外気吸入経路に取り込まれて居室等の内部に送り込まれるようになり、通気層に暖気が滞ることを回避できるようになる。
【００１６】
このように外気吸入経路を流用する他に、換気手段を居室等からの排気を所定量に保持しつつ居室等に対する給気量を調節可能として、暖気取り入れ路を直接居室等の内部に導いてもよい。
これにより、排気量よりも給気量を少なくして室内を負圧とすれば、暖気取り入れ路から居室等に暖気を確実に取り込めるようになる。
このように、給気量と排気量とのバランスを調節することで、所望の量の暖気を居室等へ供給できるようになり容易に温度を調節できるようになる。
【００１７】
そして、この換気手段は複数の暖房対象区画に対して、それぞれの暖房対象区画に対する給気量を調節可能な集中換気装置等であることが望ましい。
このようにすることで、暖気の供給量を居室毎に設定できるようになり、所望の居室を選択的に暖房することが可能となる。
【００１８】
一方、加熱対象としては、熱伝達手段の吸熱部を採用することができ、この場合には、暖気取り入れ路を熱伝達手段の吸熱部へ送風可能に構成することが望ましい。
これによれば、吸熱部に熱を与えることにより、熱伝達手段を介して間接的に居室等の暖房対象区画を暖房できるようになる。
例えば、ルームエアコンの室外機部分の吸熱部、或いは室外の熱を室内に伝達するヒートパイプ等の吸熱側に対して、暖気を吹き付け可能な位置に暖気取り入れ路を導けば、通常の外気から吸熱するよりも多くの熱を獲得できるようになり、室内に比較的多くの熱を送り込むことが可能となり、暖房効率の向上が図られる。
【００１９】
そして、暖気取り入れ路ないし加熱対象の一部には、蓄熱体を含む蓄熱手段が形成されていてもよい。蓄熱体としては、水などの熱容量の大きなものであればよく、基礎部分に埋め込むなどして利用するなどすればよい。
このようにすることで、日中に暖気から得られた熱を蓄えれば、いつでも簡単に暖房として利用できるようになり、暖房コストを削減可能となる。
例えば、日中に暖房するほど低温でない冬の前後の期間には、日中に暖気による熱を蓄熱体に蓄えて、夜間に蓄熱体を介して居室等に送風し、温風を居室内に送り込んで暖房してもよい。また、熱を蓄えた蓄熱体から、暖房に利用される熱伝達手段の吸熱側に熱を送り込んでもよい。
【００２０】
前述のような暖房装置において、集熱面および通気層は建物の屋根上面に設置することが望ましい。
これにより、別途設置場所を設定する必要なしに、広い面積の集熱面が確保できるようになり、空気集熱量を増加して暖房能力を向上することが可能となる。
【００２１】
さらに、通気層は傾斜させて設けるとともに、通気層の傾斜の上端近傍および下端近傍にはそれぞれ開口部を設け、暖気取り入れ路はこの上端側の開口部からの空気を加熱対象に導くことが望ましい。
このようにすれば、下端側の開口部から入った空気は加熱されて傾斜方向に上昇して上端側の開口部から流出し、暖気は通気層を通過する気流の圧力により押し出されて暖気取り入れ路を通過し、加熱対象に供給されるようになる。
従って、ファンなどの動力設備を利用することなく外気を通気層に通過させ加熱対象へ搬送する気流を得ることが可能となり、設備が省略できるようになるとともにそれらに対する電力も不要となる。
また、通常の建物の傾斜屋根を利用して通気層を形成できるようになる。
【００２２】
このような、傾斜した通気層は下端側の開口部から上端側の開口部に連通する通気経路を有することが望ましく、この通気経路は仕切りなどによって形成してもよい。
ここで、通気経路の形態は、空気を傾斜方向に沿って直線的に流通させるものであってもよく、空気を傾斜方向に沿って蛇行して流通させるものであってもよい。
【００２３】
通気経路を直線的にすれば、通気経路が簡単な構造となるため、空気が流通し易くなり比較的多量の暖気が得られるようになるとともに、容易に施工できるようになる。
また、通気経路を蛇行させれば、通気経路の距離が通気層の長さに比べて長くなり、空気の通気経路通過時間とともに集熱時間も長くなるため、十分な集熱効果が得られるようになる。
【００２４】
一方、通気層を挟む集熱面側の面と集熱面に対向する面との何れかは太陽電池とすることが望ましい。
すなわち、従来より、建物用の太陽光発電装置においては、太陽電池と太陽電池を支持する屋根面との間に隙間を設け、外気を通して太陽電池を冷却し、過熱による光電変換効率の低下を防いでおり、このような隙間をそのまま暖房用として利用してもよい。また、太陽電池の表面に沿って所定間隔をおいて保護用ガラスを配置する場合、このガラスとの間の隙間を利用してもよい。
従って、既に太陽電池が設置されている住宅であれば、その冷却用の隙間と加熱対象と結ぶ暖気取り入れ路を設けるだけでよいため、簡略な設備で済み、容易に施工可能となるとともに、設備コストの低減が図られる。
【００２５】
ここで、通気層が太陽電池冷却用の隙間を流用して構成される場合、太陽電池冷却用の外気排出と暖房用の外気取り出しとを切り換えるべく、通気層ないし暖気取り入れ路には外気に連通されかつ開閉可能な屋外開口部を設けることが望ましく、この屋外開口部よりも加熱対象側の通気層ないし暖気取り入れ路には空気を遮断可能な開閉手段を設けることが望ましい。
【００２６】
これらにより、通気層を、太陽電池冷却用の隙間のみとして利用したり、通気層および太陽電池冷却用の隙間として同時に利用するなど利用形態が容易に選択できるようになり、通気層は太陽電池冷却用の隙間と兼用可能となる。
【００２７】
すなわち、開閉手段を閉じて屋外開口部を開くことで、通気層が加熱対象と遮断されるとともに外気に開放されて、太陽熱により昇温した太陽電池から熱を奪った空気は屋外に排出されるようになる。
また、開閉手段を開けて屋外開口部を閉じることで、通気層が加熱対象と連通されて、太陽電池の熱を奪って温められた空気は加熱対象に導かれるようになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態を図面に基づいて説明する。
［第一の実施の形態］
図１〜図３には、本発明の第一の実施の形態に基づく暖房装置１１を備えた建物１０が示されている。
建物１０は、屋根部２０と複数の加熱対象である居室４０とを有し、屋根部２０内には小屋裏部３０が形成されている。また、建物１０内には、各居室４０への換気を行うための換気手段である換気装置５０が設置されている。
【００２９】
屋根部２０は表面が傾斜したいわゆる勾配屋根であり、表面材として矩形の太陽電池パネル２５２が複数配列されて太陽電池２５が構成されている。
屋根部２０は、骨組みに板材などが張られて傾斜した屋根下地面２６を有し、この表面には、全面にアスファルトルーフィングなどの防水面材が張られている。
屋根下地面２６には、複数対のレール状部材２５１が太陽電池パネル２５２の幅に応じた間隔を空けて、傾斜方向に平行に敷設されている。レール状部材２５１は略四角形状の断面を有する細長い筒状部材である。
これら太陽電池２５および屋根下地面２６により、屋根面２０Ａが形成されている。
【００３０】
太陽電池パネル２５２は、所定数のソーラーセルを平板状の完全防水ケースの内部に収めた規格化されたサイズのものである。
太陽電池パネル２５２はレール状部材２５１により両端が支持されるため、屋根下地面２６と太陽電池パネル２５２との間には傾斜方向に沿って直線的に延びる隙間が生じており、この隙間により、各レール状部材２５１で仕切られた複数の平行な通気経路２１１が形成される。
【００３１】
屋根面２０Ａの棟側端部には、太陽電池２５に沿って連続した棟部材２３が設けられている。棟部材２３は内部に中空の集合部２３２を備えており、側面には屋外開口部２３１が形成されている。なお、屋外開口部２３１は、図示しないルームコントローラにより開閉自在なダンパ２３３を備えている。この屋外開口部２３１により、集合部２３２は屋外に連通される。
【００３２】
屋根面２０Ａの軒側端部には、太陽電池２５に沿って連続した軒部材２２が設けられている。軒部材２２は、内部に中空部２１２を備えており、軒下側の側面には軒側開口部２２１が形成されている。この軒側開口部２２１により、中空部２１２は屋外に連通される。
【００３３】
これら通気経路２１１と、中空部２１２と、集合部２３２とにより通気層２１が構成されている。
この通気層２１は、太陽電池２５の過熱を防ぐための冷却路として利用することができ、外気を軒側開口部２２１から屋外開口部２３１へと通過させることで太陽電池２５を冷却する。
【００３４】
集合部２３２からは、空気を導く暖気取り入れ路２４が暖房対象区画である各居室４０の天井面に形成された給気口４２へ延びており、暖気取り入れ路２４の途中には開閉手段であるダンパ２４２が設置されている。
これにより、通気層２１と各居室４０とが連通されて、軒側開口部２２１から取り入れられた外気が暖気取り入れ路２４を介して各居室４０内部に導入できるようになっており、この導入はダンパ２４２により適宜遮断可能となっている。
【００３５】
換気装置５０は、建物１０の図示しない壁面に沿って設置された全熱交換換気装置５１を備えている。
全熱交換換気装置５１は、室内側還気口５２２と、室内側給気口５３２と、屋外側吸気口５３１と、屋外側排気口５２１とを有する既存のものである。
全熱交換換気装置５１内部では、内気排出経路５２により、室内側還気口５２２は屋外側排気口５２１に連通され、外気吸入経路５３により、外気取り入れ口である屋外側吸気口５３１は室内側給気口５３２に連通されている。
内気排出経路５２と外気吸入経路５３とは、互いに熱交換が行われるように構成されており、各々の経路には送風手段であるファン５２３、５３３が設けられている。
【００３６】
各居室４０の天井面には、それぞれ吸込口４１および給気口４２が設置されており、ダクト５２４、５３４により、それぞれ全熱交換換気装置５１の室内側還気口５２２および室内側給気口５３２と接続されている。
【００３７】
このような換気装置５０において、屋外側吸気口５３１から取り込まれた外気は、ファン５３３により、室内側給気口５３２を介してダクト５３４に送り込まれ、給気口４２から居室４０内部に導入される。また、吸込口４１から取り込まれた居室４０内の空気は、ダクト５２４を通り、室内側還気口５２２を介して、ファン５２３により、屋外側排気口５２１から屋外に排出される。
これらにより、居室４０の換気が行われる。ただし、全熱交換換気装置５１の全熱交換により、居室からの排気の熱は給気に回収されるので無駄がない。
【００３８】
ダクト５２４、５３４の途中には、ダンパ５２５、５３５が設置され、図示しないルームコントローラによって開度調整可能となっており、各居室４０への給気量と排気量を調節できるようになっている。
ダクト５３４は、暖気取り入れ路２４と連通されており、外気と暖気とを混合して居室４０内に供給できるようになっている。
【００３９】
このような第一の実施の形態においては、ダンパ２３３、２４２の切り換えにより、太陽電池２５の冷却のみ、或いは太陽電池２５の冷却および居室４０の暖房が同時に行われる。
先ず、太陽電池２５の冷却のみを行う場合、図２に示すように、暖気取り入れ路２４のダンパ２４２を閉じて集合部２３２と居室４０内部とを遮断するとともに、屋外開口部２３１のダンパ２３３を開けて集合部２３２と屋外とを連通させる。
これにより、通気層２１は軒側開口部２２１と屋外開口部２３１とにより外気に連通される。
【００４０】
軒側開口部２２１から侵入した外気は、通気層２１に達して太陽電池２５から熱を奪って温まる。温まった空気は上昇して通気経路２１１を屋根面２０Ａの傾斜に沿って進み、屋外開口部２３１から排出される。
このように通気層２１を通過する空気により、太陽電池２５の冷却が行われる。
【００４１】
次に、太陽電池２５の冷却と居室４０の暖房とを同時に行う場合、図１に示すように、屋外開口部２３１のダンパ２３３を閉じて、集合部２３２と屋外とを遮断し、暖気取り入れ路２４のダンパ２４２を開けて、集合部２３２と居室４０内部とを連通させる。これにより、通気層２１は、軒側開口部２２１により屋外に連通され、給気口４２により居室４０内部に連通される。
【００４２】
また、ルームコントローラによりダンパ５２５を開けて、内気排出経路５２を居室４０内部と連通させるとともに、ダンパ５３５を閉じて居室４０への外気吸入経路５３を遮断する。
ここで、換気装置５０を運転させることにより、換気装置５０は居室４０に対して排気のみを行う。
【００４３】
一方、軒側開口部２２１から侵入した外気は、太陽電池２５の冷却のみを行う場合と同様に、太陽電池２５から熱を吸収して上昇し、通気経路２１１を屋根面２０Ａの傾斜に沿って進む。このとき、太陽電池２５は太陽熱により温められており、通気層２１内の空気に熱を与えることで集熱面として機能する。
通気経路２１１を通過して集合部２３２まで達した暖気は、暖気取り入れ路２４を通り、給気口４２から居室４０内部に取り込まれる。
【００４４】
このとき、居室４０内部は換気装置５０による排気が行われて負圧になっているため、居室４０内に向かう暖気は、円滑に通気層２１を通過するとともに、給気口４２から居室４０内部に引き込まれる。
【００４５】
なお、それぞれの居室４０への暖気供給量は、各居室４０の内気排出経路５２のダンパ５２５および外気吸入経路５３のダンパ５３５の開度調整を行うことにより増減できる。この調整は暖気の所要供給量や所要換気量などに応じて適宜設定すればよい。
例えば、暖気の供給量を減らしたい場合には、ダンパ５３５の開度をダンパ５２５よりも少ない範囲内で増加させれば、居室４０内の減圧の度合いが低減されるとともに、外気と暖気とが混合されて居室４０内に導入されるため、給気口４２から取り込まれる空気の温度が低下する。
【００４６】
このような第一の実施の形態によれば以下のような効果がある。
すなわち、太陽電池２５裏面に形成された通気層２１は、暖気取り入れ路２４により各居室４０とを連通されているため、通気層２１を通過して太陽電池２５の集熱作用により太陽熱で温められた空気を直接各居室４０内に取り込むことができる。
これにより、居室４０に対する暖房効果が得られ、その分ルームエアコンなどに使用される大電力を削減できる。
【００４７】
また、通気層２１において集熱されるのは空気であるため、暖房に利用されて熱を失った空気はそのまま屋外に排出すればよく、温水を循環させる太陽熱利用暖房システムなどよりも配管などの構造が簡単になり、容易に設置できるようになり、設置コストの削減が図られる。
さらに、これによる暖気は、一般的な温風暖房機等から吹き出される空気ほど高温ではないため、直接人体にあたっても不快に感じることがない。
【００４８】
そして、太陽電池２５と屋根下地面２６との間の仕切られた隙間を通気路２１１に利用するため、別途通気層や集熱面を設置する施工作業が省略でき、設置コストも削減される。
また、通気層２１の棟側の屋外開口部２３１と暖気取り入れ路２４とに、それぞれダンパ２３３、２４２を設けたことにより、ダンパ２３３、２４２のどちらか一方を開状態にするだけで、通気層２１の利用形態を、太陽電池２５の冷却のみ、或いは太陽電池２５の冷却および居室４０の暖房の何れかに容易に切り換えることができる。
さらに、太陽電池２５は、屋根面２０Ａを構成しており、設置面積が比較的広いため、集熱面として機能する場合、集熱面積が広く確保されて高い集熱能力が得られる。
【００４９】
通気層２１は、棟側から軒側に向かって傾斜しているので、軒側開口部２２１から導入された外気は温められて上昇するようになるため、通気層２１内の空気を円滑に流通させられるとともに、居室４０内へ暖気を送り込む動力も得られる。
【００５０】
また、建物１０には、それぞれの居室４０に対して給排気量を制御する換気装置５０が設置されているので、給気量よりも排気量を多く設定し、所望の居室４０内を外気よりも負圧にすることで、給気口４２から暖気を引き込むことができる。従って、通気層２１が傾斜していなくても、外気を通気層２１に引き込んで流通させる気流を形成でき、暖気を居室４０内部に引き込むことができる。
【００５１】
暖気取り入れ路２４は、外気吸入経路５３のダクト５３４に連通されているため、ダンパ５３５の開度調節により、居室４０へ暖気をそのまま供給したり、外気と暖気とを混合して供給するなどすれば、所望の温度の空気を居室４０内に供給できる。
さらに、給気量と排気量とのバランスを調節することで、各居室４０への暖気の供給量を個別に増減できるため、各々の居室４０内の暖房状態を個別に調節できる。
【００５２】
［第二の実施の形態］
図４には、本発明の第二の実施の形態の暖房装置６１を備えた建物６０が示されている。本第二の実施の形態の暖房装置６１と建物６０は、前記第一の実施の形態の暖房装置１１および建物１０と略同様な構成を備え、暖気取り入れ路２４の構成が異なるのみである。従って、同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略し、以下には異なる部分のみを詳述する。
【００５３】
図４において、加熱対象は居室４０であり、暖気取り入れ路６１０は、外気吸入経路５３のファン５３３よりも外気取り入れ口である屋外側吸気口５３１側に接続されている。従って、暖気取り入れ路６１０からの暖気は、外気吸入経路５３により、居室４０内部へ導かれる。
暖気取り入れ路６１０の途中には、蓄熱手段６２０が形成されており、この蓄熱手段６２０は、通気層２１を通過させて得られた暖気の熱を蓄熱可能に構成されている。
【００５４】
蓄熱手段６２０は、内部に熱媒を有する蓄熱タンク６２１と、暖気取り入れ路６１０から蓄熱タンク６２１を通って屋外に延びる屋外排気路６２２および屋外吸気路６２３と、屋外排気路６２２と屋外吸気路６２３とを蓄熱タンク６２１内部で連通させる連通路６２４とを有する。
【００５５】
蓄熱タンク６２１は、熱媒の周囲が図示しない断熱材に覆われた構造であり、内部の熱媒としては、増粘剤を配合した水などの熱容量の比較的大きなものが利用されている。
蓄熱タンク６２１内部では、屋外排気路６２２、屋外吸気路６２３、連通路６２４と、熱媒との間で熱交換が行われる。
【００５６】
屋外排気路６２２と屋外吸気路６２３とには、蓄熱タンク６２１よりも屋外側に、それぞれダンパ６２５、６２６が形成されており、暖気取り入れ路６１０と屋外との連通が個別に遮断可能となっている。
連通路６２４の途中には、ダンパ６２７が形成されており、屋外排気路６２２と屋外吸気路６２３との連通を遮断可能となっている。
暖気取り入れ路６１０のうち、屋外排気路６２２の分岐部分と屋外吸気路６２３の分岐部分との間には、ダンパ６１１が介装されている。
【００５７】
このような第二の実施の形態においては、ダンパ２４２を開けた状態で、ダンパ６１１、６２５、６２６、６２７を切り換えることにより、蓄熱および暖房が行われる。
先ず、蓄熱手段６２０を利用しない暖房を行う場合、図５（Ａ）に示すように、ダンパ６１１を開状態にし、ダンパ６２５、６２６、６２７を閉状態にすれば、通気層２１で温められた暖気は、暖気取り入れ路６１０により、外気吸入経路５３に取り込まれて居室４０の暖房が行われる。
【００５８】
次に、蓄熱を利用した暖房を行う場合、図５（Ｂ）に示すように、ダンパ６１１、６２７を開けた状態で、ダンパ６２５と６２６とを交互に開けることで、暖気による蓄熱と、蓄熱を利用した暖房とを切り換える。
日中に暖気による蓄熱を行う際は、ダンパ６２５を開状態にしてダンパ６１１、６２６、６２７を閉状態にすれば、暖気は、暖気取り入れ路６１０から屋外排気路６２２に導入され、蓄熱タンク６２１を通過する間に蓄熱が行われ、熱を奪われた空気は屋外に排出される。
夜間などに蓄熱を利用した暖房を行う際は、ダンパ６２６を開状態にしてダンパ６１１、６２５、６２７を閉状態にすれば、外気が、屋外吸気路６２３に導入されて、蓄熱タンク６２１を通過する間に吸熱し、暖気取り入れ路６１０と外気吸入経路５３を経て、居室４０に供給される。
このように、蓄えられた熱を再び暖気として利用することで、集熱とは時間をずらして居室４０の暖房が行われる。
【００５９】
なお、蓄熱後の空気を居室４０内に送り込んでもよい。この場合、図５（Ｃ）に示すように、ダンパ６２７を開状態にし、ダンパ６１１、６２５、６２６を閉状態にすれば、暖気は、暖気取り入れ路６１０から屋外排気路６２２に導入され、連通路６２４と屋外吸気路６２３を経て、再び暖気取り入れ路６１０に導かれ、外気吸入経路５３により居室４０内に供給される。
このとき、暖気が蓄熱タンク６２１を通過する間に蓄熱が行われるとともに、蓄熱後の空気を居室４０に送り込むことで暖房が行われる。
このような暖房は、暖気の熱が熱媒に奪われるため弱いものであるが、暖気の温度は外気温より高いため、暖房効果はある。
【００６０】
また、蓄熱と暖房とを並行して行うこともできる。この場合、図５（Ａ）において、ダンパ６２７を開状態にすれば、暖気は、暖気取り入れ路６１０から屋外排気路６２２に導入され、連通路６２４と屋外吸気路６２３を通過して、再び暖気取り入れ路６１０に導かれる経路と、暖気取り入れ路６１０をそのまま通過する経路とに分配される。
【００６１】
屋外排気路６２２に導入された暖気は、蓄熱タンク６２１を通過して蓄熱が行われた後に居室４０へ向かい、暖気取り入れ路６１０をそのまま通過する暖気は熱を保持したまま居室４０へ向かう。これらの空気は暖気取り入れ路６１０の途中で混合されて居室４０に供給される。
ここで、ダンパ６１１、６２７の開度調節を行うことにより、蓄熱と暖房とに送り込む暖気の分配比率を調節でき、居室４０の暖房と蓄熱とが同時に行われる。
【００６２】
このような第二の実施の形態によれば、蓄熱手段６２０を利用しない暖房を行う場合には、前記第一の実施の形態と略同様な効果が得られる。
加えて、暖気を導入することで蓄熱可能な蓄熱手段６２０を暖気取り入れ路６１０の途中に形成したので、暖気の利用形態を任意に選択でき、集熱した太陽熱を有効利用できる。
すなわち、日中に暖房が必要ないときに蓄熱して、夜間などの暖房にその熱を利用したり、蓄熱後の空気を利用して比較的弱い暖房を行いながら蓄熱することもできる。
【００６３】
そして、暖気取り入れ路６１０を外気吸入経路５３のファン５３３よりも屋外側吸気口５３１側に導いたので、居室４０内への暖気の取り込みを換気用の外気吸入経路５３を流用して行うことができるとともに、ファン５３３により暖気を確実に各居室４０内に取り込むことができる。
さらに、ファン５３３の動力により、空気が通気層２１に留まるのを回避できる。
【００６４】
また、蓄熱手段６２０に屋外吸気路６２３を形成したので、夜間などに蓄熱手段６２０を利用した暖房を行う場合、外気をそのまま蓄熱タンク６２１内部に導入して温めるので、容易に外気温以上の暖気が得られるとともに、蓄えた熱を有効利用できる。
すなわち、夜間には、太陽電池２５が放熱面として機能するため、通気層２１を通過した空気は放射冷却により外気温以下となる。これを蓄熱タンク６２１に導入すると、温めるのに多くの熱を必要とし、蓄熱タンク６２１を通過する間に外気温以上に達しない恐れがある。
しかし、屋外吸気路６２３は通気層２１とは別の経路なので、放射冷却の影響を受けない空気を蓄熱タンク６２１に導入できる。
【００６５】
なお、本発明は前記第一および第二の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形なども本発明に含まれる。
すなわち、前記各実施の形態では、加熱対象は居室４０であったが、特には限定されず、建物内の暖房を行う場合に加熱を要する部分であればよい。
【００６６】
すなわち、居室４０以外の通路や収納などの建物１０内の他の暖房対象区画であってもよい。
【００６７】
前記各実施の形態では、集熱面として太陽電池２５を利用し、通気経路２１１は太陽電池パネル２５２と屋根下地面２６との間の隙間を流用したが、太陽電池の表面に沿って所定間隔をおいて保護用ガラスを配置する場合、このガラス面を集熱面とし、太陽電池とガラス面との間の隙間を通気経路に流用してもよい。
【００６８】
さらに、通気層および集熱面は、別途ガラスや金属などの材料を用いて形成してもよく、通気層を形成する二つの面がともに集熱面であってもよい。集熱面および通気層を構成する具体的な材料の種類や形態は任意であり、実施にあたって適宜選択すればよい。
【００６９】
前記各実施の形態では、通気層２１は、集熱面である太陽電池２５とともに屋根面２０Ａを構成していたが、地表近傍に形成されていてもよく、建物の壁面に設けられていてもよい。要するに、集熱面が太陽に向けられて、集熱が行われる状態にあれば、設置場所は任意である。
【００７０】
前記各実施の形態では、通気経路２１１は、太陽電池２５の冷却用の隙間をそのまま流用したため、屋根面２０Ａの傾斜に沿って直線的に延びていたが、例えば、傾斜に沿って蛇行した形態としてもよく、網目状であってもよい。さらに、仕切り部分を設けずに通気経路が形成されていなくてもよい。
しかし、太陽電池２５の冷却用の隙間を通気経路に流用すれば、簡単に設置でき設置コストも削減されるため、好ましい。
【００７１】
前記各実施の形態では、太陽電池２５が傾斜した屋根下地面２６に沿って設置されていたため、通気層２１は傾斜していたが、地面に対して水平であっても垂直であってもよい。
但し、通気層２１が水平である場合には、空気を流通させるための送風手段が必要になるため、傾斜させることが望ましい。
【００７２】
前記各実施の形態では、通気層２１には屋外開口部２３１および軒側開口部２２１の二つの屋外に連通する開口部が設けられていたが、二つに限定されず三つ以上であってもよい。また、開口される場所は、通気層の上端部と下端部に限らず、他の部分であってもよい。
【００７３】
前記各実施の形態では、暖気取り入れ路２４、６１０は、集合部２３２から直接居室４０内部に、或いは換気手段５０の外気吸入経路５３と接続されていたが、配置などの形態は任意であり、暖気を加熱対象に導くことができればよい。
【００７４】
前記各実施の形態では、一台の換気装置５０により複数の各居室４０の換気が行われていたが、各居室毎に換気装置が設置されていてもよい。
しかし、一箇所で居室毎の換気状態を集中的に調節できるとともに、暖気を各居室へ容易に分配できるため、集中換気装置などを利用することが望ましい。
【００７５】
また、前記各実施の形態では、建物１０、６０の換気装置５０は全熱交換換気装置５１を備えていたが、全熱交換換気装置５１の形式や性能、給排気を行うための動力などは実施にあたって適宜選択すればよい。また、換気装置は、熱交換機能を備えていなくてもよい。
【００７６】
前記第二の実施の形態では、蓄熱手段６２０は暖気取り入れ路６１０の途中に利用可能な状態に形成されていたが、暖気取り入れ路６１０の途中に蓄熱体を配置してもよく、蓄熱体を居室４０内に配置するなどして、蓄熱体が加熱対象の一部を形成していてもよい。要するに、蓄熱手段が、通気層２１を通過して温められた空気の熱を蓄熱可能に構成されていればよく、設置場所も任意である。
また、蓄熱手段は必要に応じて省略してもよい。
蓄熱体としては、熱容量の大きなものであればよく、具体的な熱媒の種類は実施にあたって適宜選択すればよい。
【００７７】
前記各実施の形態では、暖房装置１１、６１は、建物１０、６０の暖房のみを行う目的で構成されているが、通気層２１を冷房および暖房に兼用可能としてもよい。
例えば、図７に示すように、通気層２１の軒側部分に冷気取り出し路７１１を設け、開閉可能なダンパ７１３を備えた冷気取り出し口７１２により、居室４０内部とを連通させるとともに、軒側開口部２２１に開閉可能なダンパ２２２を設置すれば、通気層２１は、放射冷却を利用した冷房としても利用可能となる。
【００７８】
すなわち、夜間に、ダンパ２２２、２４２を閉状態にし、ダンパ２３３、７１３を開状態にすれば、屋外開口部２３１から取り入れられた空気は、通気層２１で放射冷却により冷却されて、屋根面２０Ａの傾斜に沿って下降し、冷気取り出し路７１１により、冷気取り出し口７１２から居室４０内部に導かれて冷房に利用される。このとき、換気装置５０により前記第一の実施の形態と同様に居室４０から排気のみを行えば、冷気を円滑に居室４０内に取り込むことができる。
また、ダンパ２４２、７１３を閉状態にし、ダンパ２２２、２３３を開状態にすれば、通気層２１を太陽電池２５の冷却に利用できる。
【００７９】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、外気を通気層に通過させるだけで、集熱された太陽熱により温められた空気が得られ、この暖気を暖気取り入れ路により、建物を暖房する際に加熱を要する加熱対象に供給することで、暖房効果が得られ、その分、エアコンなどを運転するための電力が不要となる。
また、集熱されるのは空気であるため、配管などの構造が簡単になり、容易に設置できるようになり、設置コストの削減が図られる。
【００８０】
ここで、加熱対象を建物の暖房対象区画とすることで、その区画内を暖房できるとともに、従来のルームエアコン等に消費される大電力を削減できるという効果がある。
【００８１】
この際、暖房対象区画に対する給気量を調節可能な換気手段を設ければ、室内を負圧とすることで、所望の量の暖気を暖房対象区画へ供給して暖房状態を調整できるという効果がある。
また、暖気取り入れ路を換気手段の外気吸入経路に連通させれば、確実に暖房対象区画内に暖気を導入できるという効果がある。
これらの換気手段に、予め建物に設置されているものを流用する場合は、設置コストや手間が削減できるという効果がある。
【００８２】
そして、加熱対象を暖房対象区画へ放熱する熱伝達手段の吸熱部とすることで、吸熱部から比較的多くの熱を回収して暖房対象区画へ放熱し、間接的に暖房を行うことができ、暖房効率が向上して電力消費量を削減できるという効果がある。
【００８３】
一方、集熱面や通気層を屋根上面に設置することで、簡単に設置場所を確保でき、高い集熱効果が得られる。
また、通気層を傾斜させて、その傾斜の上端近傍および下端近傍に開口部をそれぞれ設け、暖気取り入れ路により上端側の開口部と加熱対象とを接続させることで、外気を通気層に通過させ加熱対象へ搬送する気流が得られ、設備が省略できるようになるとともにそれらに対する電力も不要となるという効果がある。
【００８４】
そして、通気層を挟む集熱面側の面と集熱面に対向する面との何れかを太陽電池とすることで、太陽電池冷却用の隙間をそのまま通気層として利用でき、容易に施工できるとともに、通気層は太陽電池冷却用の隙間と兼用できるという効果がある
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態を示す概略構成図。
【図２】前記第一の実施の形態の他の状態を示す概略構成図。
【図３】前記第一の実施の形態の屋根部分を示す斜視図。
【図４】本発明の第二の実施の形態を示す概略構成図。
【図５】前記第二の実施の形態の空気流通経路を示す部分構成図。
【図６】本発明の変形の形態を示す概略構成図。
【図７】本発明の他の変形の形態を示す概略構成図。
【符号の説明】
１０，６０ 建物
１１，６１ 暖房装置
２０ 屋根部
２０Ａ 屋根面
２１ 通気層
２１１ 通気経路
２３２ 集合部
２４，６１０，７１２ 暖気取り入れ路
２４２ 開閉手段であるダンパ
２２１ 軒側開口部
２３１ 屋外開口部
２５ 集熱面である太陽電池
４０ 加熱対象である居室
５０ 換気手段である換気装置
５１ 全熱交換換気装置
５３ 外気吸入経路
５２３，５３３ 送風手段であるファン
５３１ 外気取り入れ口である屋外側吸気口
６２０ 蓄熱手段
７１０ 熱伝達手段
７１１ 放熱部

Claims (13)

1. 屋外に面しかつ表面から集熱可能な集熱面と、その裏面に設けられた通気層と、前記通気層を通過して温められた空気を建物の加熱対象に供給する暖気取り入れ路とを備え、前記加熱対象は前記建物内の暖房対象区画であり、前記暖気取り入れ路は前記暖房対象区画内に連通されており、前記暖房対象区画には外気との換気を行う換気手段が設けられており、前記換気手段は、暖房対象区画内の空気を外に排出する内気排出経路の排出経路ダンパ、および、外気を暖房対象区画内に吸入する外気吸入経路の吸入経路ダンパの開度調整によって、暖房対象区画からの排気を所定量に保持しつつ、暖房対象区画に対する給気量を調節可能であり、前記換気手段の給気量と排気量とのバランスを調節することで、所望の量の暖気を前記暖気取り入れ路から前記暖房対象区画へ供給することを特徴とする建物の暖房装置。
2. 請求項１に記載した建物の暖房装置において、前記暖気取り入れ路は前記換気手段の外気吸入経路に連通されていることを特徴とする建物の暖房装置。
3. 請求項２に記載した建物の暖房装置において、前記外気吸入経路には途中に送風手段が設けられており、前記暖気取り入れ路は前記外気吸入経路の送風手段よりも外気取り入れ口側に連通されていることを特徴とする建物の暖房装置。
4. 請求項１から請求項３までの何れかに記載した建物の暖房装置において、前記換気手段は複数の暖房対象区画に対してそれぞれの暖房対象区画に対する給気量を調節可能な換気手段であることを特徴とする建物の暖房装置。
5. 請求項１から請求項４までの何れかに記載した建物の暖房装置において、前記暖気取り入れ路ないし前記加熱対象の一部には、蓄熱体を含む蓄熱手段が形成されていることを特徴とする建物の暖房装置。
6. 請求項５に記載した建物の暖房装置において、前記蓄熱手段は、内部に前記蓄熱体としての熱媒を有する蓄熱タンクと、前記暖気取り入れ路から前記蓄熱タンクを通って屋外に延びる屋外排気路および屋外吸気路と、前記屋外排気路と前記屋外吸気路とを前記蓄熱タンク内部で連通させる連通路とを有し、前記屋外排気路と前記屋外吸気路とには、前記蓄熱タンクよりも屋外側に、それぞれ排気路ダンパ、吸気路ダンパが、前記暖気取り入れ路と屋外との連通を個別に遮断可能に形成されており、前記連通路の途中には、前記屋外排気路と前記屋外吸気路との連通を遮断可能な連通路ダンパが形成されており、前記暖気取り入れ路のうち、前記屋外排気路の分岐部分と前記屋外吸気路の分岐部分との間には、分岐部分間ダンパが介装されていることを特徴とする建物の暖房装置。
7. 請求項１から請求項６までの何れかに記載した建物の暖房装置において、前記集熱面および前記通気層は建物の屋根上面に設置されていることを特徴とする建物の暖房装置。
8. 請求項７に記載した建物の暖房装置において、前記暖気取り入れ路は前記暖房対象区画の天井面に形成された給気口へ延びており、当該吸気口を介して当該暖房対象区画内に連通されていることを特徴とする建物の暖房装置。
9. 請求項１から請求項８までの何れかに記載した建物の暖房装置において、前記通気層は傾斜して設けられているとともに、前記通気層の傾斜の上端近傍および下端近傍にはそれぞれ開口部が設けられており、前記暖気取り入れ路はこの上端側の開口部からの空気を前記加熱対象に導くことを特徴とする建物の暖房装置。
10. 請求項９に記載した建物の暖房装置において、前記通気層の傾斜の下端側部分に前記暖房対象区画内に連通される冷気取り出し路を設け、当該冷気取り出し路は開閉可能な冷気取り出し路ダンパを備え、前記通気層の傾斜の下端側の開口部に開閉可能な下端側ダンパを設置し、前記暖気取り入れ路は開閉可能な暖気取り入れ路ダンパを備え、前記通気層の傾斜の上端側の開口部に開閉可能な上端側ダンパを設置することを特徴とする建物の暖房装置。
11. 請求項９または請求項１０に記載した建物の暖房装置において、前記通気層は下端側の開口部から上端側の開口部に連通する通気経路を有し、この通気経路は空気を傾斜方向に沿って直線的に流通可能であることを特徴とする建物の暖房装置。
12. 請求項９または請求項１０に記載した建物の暖房装置において、前記通気層は下端側の開口部から上端側の開口部に連通する通気経路を有し、この通気経路は空気を傾斜方向に沿って蛇行して流通可能であることを特徴とする建物の暖房装置。
13. 請求項１から請求項１２までの何れかに記載した建物の暖房装置において、前記通気層を挟む前記集熱面側の面と前記集熱面に対向する面との何れかは太陽電池であり、前記通気層ないし暖気取り入れ路には外気に連通されかつ開閉可能な屋外開口部が設けられているとともに、この屋外開口部よりも加熱対象側の通気層ないし暖気取り入れ路には空気を遮断可能な開閉手段が設けられていることを特徴とする建物の暖房装置。

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