JP3848652B2

JP3848652B2 - ソーラーシステムハウス

Info

Publication number: JP3848652B2
Application number: JP2003432803A
Authority: JP
Inventors: 真弘鈴木
Original assignee: 株式会社オーエムソーラー協会
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: CN1637218A; CN1637218B; JP2005188873A

Description

この発明は、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ソーラーシステムハウスに関するものである。

人間活動の結果であるＣＯ_２の増加は、今や地球環境それ自体を脅かすに至っているが、技術開発の状況は、1980年代前半の石油危機直後に最盛期を迎え、その後は停滞していると言える。

今、先進国がなすべきことは、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ことである。そこで、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。

住宅環境について言えば、太陽熱利用のものとして、比較的普及している水式ソーラーシステムは、凍結防止・水漏れ防止・耐用年数を長くするなどの改善課題に応え切れていない。

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る。これを一歩進めて、下記特許文献には、きれいなクリーンエネルギー・ソースを利用するために空気式ソーラーシステムが提示されている。
特開２００２−２３５９５５号公報 United States Patent No.5,849,107の特許公報

この空気式ソーラーシステムでは、ソーラーシステムハウスは、傾斜する屋根を有するものであり、太陽熱が屋根板表面を使うことによって集められて、床加熱、温水供給などのために利用される。

図６に示すように屋根は太陽熱の集熱部分として、カラー鉄板等の金属製もしくは瓦やその他の材質のもので加熱することができる屋根板１の直下に屋根勾配を有する空気流路２を形成した。この空気流路２の下側は断熱で遮蔽し、また、この空気流路２の一方の端は軒先等に空気取入れ口３として開口した。

さらに空気流路２の他方の端は屋根の高い部分に位置させて空気流出口３１とし、これにダクト３２を接続して集熟ダクトとしての棟ダクト４に連通させる。

この棟ダクト４は断熱材で形成した棟ダクト４であり、これは屋内に設けるが、例えば、屋根裏空間である小屋裏２９に設置する。棟ダクト４の形状は、図示のような円形のダクトの他に、半円形のダクトでも、また、矩形や三角形のダクトでもよい。

前記のような太陽熱の集熱部分を有する屋根で集熱した太陽熱を蓄熱・放熱する部分としては、図示のように蓄熱土間コンクリ−ト１１を床下蓄熱体として利用する。そのため、蓄熱土間コンクリ−ト１１と床パネル１２との間に空気流通空間１３を設け、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。

また、これら太陽熱を集熱する部分と、太陽熱を蓄熱・放熱部分する部分とを結ぶものとして、送風制御を司るハンドリングボックス５を屋根裏空間である小屋裏２９に設置した。

このハンドリングボックス５は、集熱用ファン７を内蔵するファンボックスを中央にして、風下側には集熱した空気を室内または屋外へ切り換える流路切換えダンパー８を内蔵するダンパーボックスを、風上側には逆流防止を行う逆流防止ダンパー６を内蔵するダンパーボックスを左右に設けて構成した。

そして、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の逆流防止ダンパー６の流入側の開口５ａをダクト３２を介して前記棟ダクト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蓄熱土間コンクリ−ト１１と床パネル１２との間の空気流通空間１３に開口した。

ハンドリングボックス５の内部で、例えば、集熱用ファン７を内蔵するファンボックス内にお場とりコイル１５を設け、このお湯とりコイル１５はコイル循環配管１６で貯湯槽１７および循環ポンプ１９と連結し、該貯槽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。

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に集められてから集熱用ファン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内に流下し、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せるのとの３通りの暖房作用を行う。

一方、お場とりコイル１５で、ここにコイル循環配管１６を介して貯湯槽１７から循環ポンプ１９によって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１８で再加熱されて給湯配管２１から各所へ給湯される。

前記のように、ハンドリングボックス５は屋根裏空間である小屋裏２９に設置され、ハンドリングボックス５を通過する熱気の屋外への排気は小屋裏２９を通る排気ダクト９を介してなされる。

このような排気が頻繁に行なわれるのは夏等暖房の必要がない季節が多いが、夏季では集熱温度が高く、集熱した高温な空気が通過すると、屋内にあるハンドリングボックス５が熱くなり、室内の温度を上昇させてしまう。

また、増改築などにおいてソーラーシステムを設置する場合、ハンドリングボックス５を屋内に置くため、ハンドリング設置、ダクト工事等改良工事が多く発生してしまう。

さらに、従来のように、ハンドリングボックス５が屋内にあると、お場とりコイル１５等の破損でお湯が漏れ出すなどすると屋内の家屋の破損につながる。

この発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、室内の温度上昇の要因を無くし、住宅における快適環境を確保でき、また、ハンドリングボックスを屋外に置いた場合の施工性を高め、屋根としての防水性を高めることができ、工事も屋根上で完了するので簡易ですみ、お場とりコイル等の破損も屋内に影響を与えることがないソーラーシステムハウスを提供することにある。

請求項１記載のこの発明は前記目的を達成するため、第１に、太陽熱集熱部と、この太陽熱集熱部で集熱した温かい空気を室内に送るための構成からなり、太陽熱集熱部は、屋根板の直下に、屋根と同様の勾配を有する空気流路を形成してなるものであり、温かい空気を室内に送るための構成としては、集熱用のダクトである棟ダクトボックスに続いて集熱用ファンを内蔵するファンボックス、風下側には集熱した空気を室内または屋外へ切り換える流路切換えダンパーを内蔵するダンパーボックス、排気口を側部に設けた排気チャンバーボックスを形成したハンドリングボックスを屋根上に設置し、さらに、ハンドリングボックスのダンパーボックスには立下りダクトを接続したことを要旨とするものである。

請求項１記載のこの発明によれば、ハンドリングボックスを屋外である屋根上に設置したので、このハンドリングボックス部分が加熱しても室内への温度上昇を起こすことはない。また、ハンドリングボックスは屋根上に設置した集熱用のダクトに連接するものであり、集熱用のダクトとの接続用のダクトも不要で、施工性を簡略化し、意匠性を高めることができる。しかも、このように、集熱用のダクトとハンドリングボックスを一体化することで、従来あった逆流防止ダンパーを廃止することができる。

本発明は、まず、屋根で集熱するものであることに特徴を有する。太陽エネルギーのエネルギーとしての特徴とは何かといえば、それは、「うすく、ひろく、まんべんなく」という点といえる。石油で得られる熱のように、集中的高温ではないことは、大規模で集中的な発電には不向きである。つまり、太陽エネルギー利用は、一つ一つの建物が、その「屋根」を利用すること、それがもっとも現実的であり、エネルギーのもつ特徴にもよく合っている。そこで本発明のソーラーシステムハウスは、一番太陽を広く受ける「屋根」で、太陽エネルギーを集め、建物の中に取り込むものである。

地域における建物の高度制限がきびしく、たとえそのために、室内に日照を得られないとしても、たいがい「屋根」には、太陽エネルギーが豊かに降り注いでいる。つまりこの利用は、屋根本来の雨風を防ぐ「シェルター」という機能に、「熱を取り込む」という新しい機能を加えたものである。

次に、空気で熱を移送するものである。室内に熱を取り込むとき、広く行われているのが、水に移し替える方法である。本発明のソーラーシステムハウスは、水の替わりに、「空気」を暖かくして取り入れるものである。その理由は、水集熱には多くの難しい面があるためである。一滴の水も漏れないようにしなければならないこと、太陽エネルギーにより水の沸騰がしばしば起こり、その沸騰の蒸気圧に耐えなければならないこと、凍るという現象が起こること、さらに管の膨張収縮を起こることなどが、その理由として上げられる。

これに対して空気は、少しぐらいは漏れても誰にも迷惑をかけない、何より気づかない。また、空気は気体だから沸騰することはありえない。このことから、空気を使うことは、たいへん安心である。

集熱ボックスとしてのダクトは屋外に設置する屋根上ダクトであるので、ダクト取り付け工事を屋根工事の段階で外部から行うことができ、屋根裏の棟空間が十分取れないような構造の建物でもダクトを設置することができる。しかも、屋外棟ダクトとして形成するので、一番高い集熱位置にこの集熱ボックスとしてのダクトを設置でき、効率良く集熱でき、さらに、設置場所を取らずにダクトを設置することができる。

棟ダクト部をハンドリングボックス内に設けるようにすれば、吸気ダクトの施工をする必要性がなくなり、ダクト抵抗を小さくすることができる。

請求項２記載のこの発明は、排気口は、ハンドリングボックスに形成した排気チャンバーから外気に直接開口することを要旨とするものである。

請求項２記載のこの発明によれば、排気チャンバーをハンドリングボックス内に設けることで、排気ダクトの施工をする必要がなくなり、また、ハンドリングボックスに排気チャンバーおよび排気口を設けことで、屋外への排気抵抗を小さくできる。

請求項３記載のこの発明は、ハンドリングボックス内にお湯とりコイルを設け、このお湯とりコイルは循環配管で貯湯槽または温水暖房ボイラーと接続することを要旨とするものである。

請求項３記載のこの発明によれば、お湯とりコイルはこれをハンドリングボックス内に設けることでこのお湯とりコイルも屋根上に設けることになり、お湯とりコイルの余熱が室内への温度上昇を招くこともない。

以上述べたようにこの発明のソーラーシステムハウスは、室内の温度上昇の要因を無くし、住宅における快適環境を確保でき、また、ハンドリングボックスを屋外に置いた場合の施工性を高め、屋根としての防水性を高めることができるものである。

以下、図面についてこの発明の実施の形態を詳細に説明する。図１はこの発明のソーラーシステムハウスの１実施形態を示す縦断正面図、図２は同上要部の縦断正面図、図３は同上要部の縦断正面図、図４は屋根の伏図で、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。

この発明のソーラーシステムハウスも従来と同じく、傾斜する屋根を有するものであり、太陽熱が屋根板表面を使うことによって集められて、床加熱、温水供給などのために利用される。

太陽熱の集熱部分としての屋根は、カラー鉄板等の金属製もしくは瓦やその他の材質のもので加熱することができる屋根板１の直下に屋根勾配を有する空気流路２を形成した。この空気流路２の下側は断熱で遮蔽し、また、この空気流路２の一方の端は軒先等に空気取入れ口３として開口する。

屋根板１の上の一部はガラス２２で覆い、この部分を集熱ガラスユニットとして風雨の影響を受けないエリアを確保した。

さらに、空気流路２の他方の端は屋根の高い部分に位置させて空気流出口３１を形成し、この空気流出口３１を介して屋根上に設置する集熟ダクトとしての棟ダクト４に連通させる。

この棟ダクト４は断熱材で形成したダクトであり、これは屋根の棟部に沿って設けるが、前記空気流路２を形成した屋根面（例えば南側の面）と反対側の面に設ける。

また、屋根上には太陽電池２３を配設する。

一方、前記のような太陽熱の集熱部分を有する屋根で集熱した太陽熱を蓄熱・放熱する部分としては、図示のように蓄熱土間コンクリ−ト１１を床下蓄熱体として利用する。そのため、蓄熱土間コンクリ−ト１１と床パネル１２との間に空気流通空間１３を設け、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。

また、これら太陽熱を集熱する部分と、太陽熱を蓄熱・放熱部分する部分とを結ぶものとして、送風制御を司るハンドリングボックス５を前記棟ダクト４に連接して屋根上に設置した。

これら棟ダクト４とハンドリングボックス５の関係は、ハンドリングボックス５内に棟ダクトボックス２５を形成し、この棟ダクトボックス２５が棟ダクト４の一部をなすものとする。

このハンドリングボックス５は、前記棟ダクトボックス２５に続いて集熱用ファン７を内蔵するファンボックス２６、風下側には集熱した空気を室内または屋外へ切り換える流路切換えダンパー８を内蔵するダンパーボックス２７、排気口２４を側部に設けた排気チャンバーボックス２８を形成した。この排気口２４はハンドリングボックス５が屋外に直接開口するものである。

また、流路切換えダンパー８の流出側の一方に立下りダクト１０の上端を連結する。

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−ト１１と床パネル１２との間の空気流通空間１３に開口した。

ハンドリングボックス５の内部で、例えば、集熱用ファン７を内蔵するファンボックス２６内にお場とりコイル１５を設け、このお湯とりコイル１５はコイル循環配管１６で貯湯槽１７および循環ポンプ１９と連結し、該貯槽１７には、必要に応じて追焚き用の給湯ボイラー（図示せず）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。

一方、お場とりコイル１５で、ここにコイル循環配管１６を介して貯湯槽１７から循環ポンプ１９によって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２１から各所へ給湯される。

また、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チャンバーボックス２８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チャンバーボックス２８の排気口２４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。

また、夏の夜間に集熱用ファン７を運転し、夜間の冷気を金属製屋根板１の直下の空気流路２に取り込み、屋根面からの放射冷却も作用させ、この空気を立下りダクト１０を介して床下蓄熱体と床パネル１２との間の空気流通空間に送り、床下蓄熱体としての蓄熱土間コンクリート１１に蓄冷させることもできる。

他の実施形態として、図５の（ｃ）に示すように、立下りダクト１０の下端近くに室内への直接的な吹出口４１を設けるようにしてもよい。なお、図示は省略するがこの吹出口４１には開閉扉を設けて、開閉自在とすることもできる。

さらに他の実施形態として、図５の（ｂ）に示すように立下りダクト１０を床パネル１２の下に開口させず、前記下端近く設ける室内への直接的な吹出口４１のみとしてもよい。この図５の（ｂ）の例では床下を介さずに温風が直接室内へ吹き出されるので、特定の一室を短時間で温めるのに最適である。

この発明のソーラーシステムハウスの１実施形態を示す縦断正面図である。この発明のソーラーシステムハウスの１実施形態を示す要部の縦断正面図である。この発明のソーラーシステムハウスの１実施形態を示す要部の斜視図である。この発明のソーラーシステムハウスの１実施形態を示す屋根の伏図である。立下りダクト下端の各例を示す説明図である。ソーラーシステムハウスの従来例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…空気取入れ口４…棟ダクト
５…ハンドリングボックス５ａ…開口
６…逆流防止ダンパー７…集熱用ファン
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…お場とりコイル
１６…コイル循環配管１７…貯湯槽
１８…給湯ボイラー１９…循環ポンプ
２１…給湯配管２２…ガラス
２３…太陽電池２４…排気口
２５…棟ダクトボックス２６…ファンボックス
２７…ダンパーボックス２８…排気チャンバーボックス
２９…小屋裏３１…空気流出口
３２…ダクト４２…吹出口

Claims

太陽熱集熱部と、この太陽熱集熱部で集熱した温かい空気を室内に送るための構成からなり、太陽熱集熱部は、屋根板の直下に、屋根と同様の勾配を有する空気流路を形成してなるものであり、温かい空気を室内に送るための構成としては、集熱用のダクトである棟ダクトボックスに続いて集熱用ファンを内蔵するファンボックス、風下側には集熱した空気を室内または屋外へ切り換える流路切換えダンパーを内蔵するダンパーボックス、排気口を側部に設けた排気チャンバーボックスを形成したハンドリングボックスを屋根上に設置し、さらに、ハンドリングボックスのダンパーボックスには立下りダクトを接続したことを特徴とするソーラーシステムハウス。
排気口は、ハンドリングボックスに形成した排気チャンバーから外気に直接開口する請求項１記載のソーラーシステムハウス。
ハンドリングボックス内にお湯とりコイルを設け、このお湯とりコイルは循環配管で貯湯槽または温水暖房ボイラーと接続する請求項１または請求項２のいずれかに記載のソーラーシステムハウス。