JP4213709B2 - 室内暖房システム - Google Patents

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本発明は、室内暖房システムに関し、特に、自然エネルギーを利用することにより室内の温度を上昇させることができる室内暖房システムに関する。
従来、冬季において、ヒーターなどの暖房器具を運転させることにより、建物の室内の温度を上昇させることが行われている。この暖房器具を運転させる場合、ガスや石油などの化石エネルギーを浪費しており、地球環境に負荷を与えてしまうことが問題となっている。
この問題に対し、ビニールハウス内で暖めた外気を冬季の室内に送ることにより、室内の温度を上昇させる室内暖房システムが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
具体的には、室内暖房システムでは、地面が掘削された場所に砂利や木炭等が敷かれており、この砂利や木炭等が敷かれた上にビニールハウスが設置されている。また、室内暖房システムでは、ビニールハウスと室内とが送風管により繋がれており、ビニールハウス内の外気を送風管により室内へ送風させる。
このような室内暖房システムは、太陽光によりビニールハウス内が暖められるとともに、ビニールハウス内の外気が暖められ、この暖められた外気を送風管を介して室内へ送ることによって、室内の温度を上昇させることができる。
特開2005−24208号公報(第2頁−第3頁、第1図)
しかしながら、上述した従来の室内暖房システムでは、太陽光により暖められた外気によって室内の温度を上昇させることができるが、地面を掘削する必要があるため、手間やコストがかかってしまうという問題があった。
そこで、本発明は、手間やコストをかけることなく、自然エネルギーを利用することにより室内の温度を上昇させることができる室内暖房システムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第1の特徴は、建物の外壁(最外層の内側に設けられ、通過する外気が太陽光の放射熱を吸収可能な熱吸収部と、熱吸収部に外気を取り入れる外気取入部と、熱吸収部を通過した外気を建物の室内に吹き出す外気吹出部と、熱吸収部を通過した外気により暖められ、かつ、熱吸収部を通過した外気の温度を上昇可能な蓄熱材とを備え、熱吸収部が、外壁の裏面側に位置する外壁通路と、屋根の裏面側に位置する屋根通路とによって構成され、外壁通路が、外壁の裏面側に位置する外側外壁通路と、外側外壁通路よりも内側に位置する内側外壁通路とによって構成され、蓄熱材が、建物の床下及び建物の外壁内側に設けられ、外気取入部から取り入れられた外気が、建物の室内を通過せずに、少なくとも内側外壁通路を下降しながら直接建物の床下に向かうとともに、建物の床下に設けられた蓄熱材を経由して外気吹出部から建物の室内に吹き出すことを要旨とする。
かかる特徴によれば、通過する外気が太陽光の放射熱を吸収可能な熱吸収部と、熱吸収部に外気を取り入れる外気取入部と、熱吸収部を通過した外気を建物の室内に吹き出す外気吹出部と、熱吸収部を通過した外気により暖められ、かつ、熱吸収部を通過した前記外気の温度を上昇可能な蓄熱材とを室内暖房システムが備えることにより、手間やコストをかけることなく、自然エネルギーを利用することにより室内の温度を上昇させることができる。
具体的には、太陽光の放射熱を吸収可能な熱吸収部を外気が通過することにより、この外気は、太陽光の放射熱で暖められた外壁(すなわち、熱吸収部)の温度と熱交換されて暖められる(温度が上昇する)。この外気取入部から取り入れられた外気は、建物の室内を通過せずに、内側外壁通路を下降しながら直接建物の床下に向かうとともに、建物の床下に設けられた蓄熱材を経由して外気吹出部から建物の室内に吹き出すことにより、室内の温度を上昇させることができる。また、特別な装置を使用しないため、設置費用などが安価で、かつメンテナンスする必要がない(すなわち、手間やコストをかけることがない)。さらに、熱吸収部が建物の外壁(最外層の内側に設けられているため、建物の外観や内観を損なうことがない。また、外壁通路が、外壁の裏面側に位置する外側外壁通路と、外側外壁通路よりも内側に位置する内側外壁通路とによって構成されていることにより、外気取入口から取り入れた外気の熱交換時間(太陽光の放射熱を吸収する時間)を長くすることができるため、さらに効率的に室内の温度を上昇させることができる。
熱吸収部を通過した外気により暖められ、かつ、熱吸収部を通過した外気の温度を上昇可能な蓄熱材を室内暖房システムをさらに備えることにより、日中では、熱吸収部を通過した外気により蓄熱材が暖められ、夜間では、熱吸収部を通過した外気の温度を上昇させることができる。すなわち、太陽光のない夜間においても、日中に暖められた蓄熱材を通過した外気(蓄熱材で暖められた外気)を室内に吹き出すことが可能であるため、室内の温度を上昇させることができる。
本発明の第2の特徴は、外気取入部が、建物の外壁側に設けられた外壁側外気取入口と、建物の屋根側に設けられた屋根側外気取入口とによって構成されていることを要旨とする。
かかる特徴によれば、外気取入部が、建物の外壁側に設けられた外壁側外気取入口と、建物の屋根側に設けられた屋根側外気取入口とによって構成され、熱吸収部が、外壁の裏面側に位置する外壁通路と、屋根の裏面側に位置する屋根通路とによって構成されていることにより、外気取入口から取り入れた外気を太陽光の放射熱で暖められた外壁及び屋根の裏面側の温度と熱交換して暖めることができるため、効率的に室内の温度を上昇させることができる。
本発明の第の特徴は、蓄熱材が、建物の床下に配置されている蓄熱層と、熱吸収部の周囲に配置されている蓄熱シートとによって構成されていることを要旨とする。
かかる特徴によれば、蓄熱材が、建物の床下に配置されている蓄熱層と、熱吸収部の周囲に配置されている蓄熱シートとによって構成されていることにより、建物の外観及び内観を損なうことなく、床下や熱吸収部の周囲のスペースを有効活用することができる。
本発明の第の特徴は、蓄熱層が、割栗石、及び、蓄熱レンガ、水蓄熱の少なくとも何れかであり、蓄熱シートが、潜熱蓄熱材であることを要旨とする。
本発明の第の特徴は、熱吸収部の内側に位置し、建物内の室温を保温する断熱材を室内暖房システムがさらに備えることを要旨とする。
かかる特徴によれば、建物内の室温を保温する断熱材を室内暖房システムがさらに備えることにより、熱吸収部内の温度を保つことができるとともに、熱吸収部内を通過した外気によって暖められた室内の温度をも保つことができる。
本発明の第の特徴は、熱吸収部を通過した外気を建物の床下に送り込む床下送風機を室内暖房システムがさらに備えることを要旨とする。
かかる特徴によれば、熱吸収部を通過した外気を建物の床下に送り込む床下送風機を室内暖房システムがさらに備えることにより、熱吸収部を通過した外気を効率的に室内へ送風することができるため、より効率的に室内の温度を上昇させることができる。
本発明の第の特徴は、熱吸収部を通過した外気を建物の上方へ送り込む送風管と、送風管を通過した外気を室内へ送り込む床上送風機とを室内暖房システムがさらに備えることを要旨とする。
かかる特徴によれば、熱吸収部を通過した外気を建物の上方へ送り込む送風管と、送風管を通過した外気を室内へ送り込む床上送風機とを室内暖房システムがさらに備えることにより、送風管を通過した外気を建物の上方から吹き出すことができるため、例えば、2階建て以上の場合であっても、2階以上の室内の温度を効率的に上昇させることが可能となる。
本発明によれば、通過する外気が太陽光の放射熱を吸収可能な熱吸収部と、熱吸収部に外気を取り入れる外気取入部と、熱吸収部を通過した外気を建物の室内に吹き出す外気吹出部とを備えることにより、手間やコストをかけることなく、自然エネルギーを利用することにより室内の温度を上昇させることができる室内暖房システムを提供することができる。
次に、本発明に係る室内暖房システムの一例について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
(室内暖房システム)
図1は、本実施形態に係る室内暖房システムを設置した建物の正面断面図であり、図2は、本実施形態に係る室内暖房システムの屋根側拡大正面図であり、図3は、本実施形態に係る室内暖房システムの外壁側拡大正面図である。
図1〜図3に示すように、室内暖房システムは、建物1の最外層の内側に設けられ、通過する外気が太陽光の反射熱を吸収可能な外気通路3(熱吸収部)を備えている。この外気通路3は、外壁5の裏面側に位置する外壁通路3aと、屋根7の裏面側に位置する屋根通路3bとによって構成されている。
さらに、この外壁通路3aは、図3に示すように、外壁5の裏面側に位置する外側外壁通路3a−1と、外側外壁通路3a−1よりも内側に位置する内側外壁通路3a−2とによって構成されている。すなわち、外側外壁通路3a−1と内側外壁通路3a−2との間には、これらの通路を形成する中間層9が設けられている。
また、室内暖房システムは、外気通路3に外気を取り入れる外気取入口11(外気取入部)を備えている。この外気取入口11は、外壁5側に設けられた外壁側外気取入口11aと、屋根7側に設けられた屋根側外気取入口11bとによって構成されている。
また、室内暖房システムは、外気通路3(外壁通路3aや屋根通路3b)を通過した外気を建物1の室内に吹き出す外気吹出口13(外気吹出部)とを備えている。この外気吹出口13は、建物1の1階に配置された外気吹出口13aと、建物1の2階に配置された外気吹出口13bとによって構成されている。
また、室内暖房システムは、外気通路3(外壁通路3aや屋根通路3b)を通過した外気により暖められ、かつ、外気通路3を通過した外気の温度を上昇可能な蓄熱材15をさらに備えている。具体的には、蓄熱材15は、建物の床下に配置された蓄熱層15a(例えば、割栗石や蓄熱レンガ、水蓄熱)と、外気通路3の周囲に配置された蓄熱シート15b(例えば、潜熱蓄熱材)とによって構成されている。また、蓄熱層15aには、建物1の床下に外気を送りやすくするための送風管17が設けられている。
また、室内暖房システムは、外気通路3(外壁通路3aや屋根通路3b)の内側に位置し、建物1内の室温を保温する断熱材19をさらに備えている。
また、室内暖房システムは、外気通路3(外壁通路3aや屋根通路3b)を通過した外気を建物1の床下に送り込む床下送風ファン21(床下送風機)をさらに備えている。
さらに、室内暖房システムは、外気通路3(外壁通路3aや屋根通路3b)を通過した外気を建物1の上方(2階天井裏)へ送り込む送風管23と、送風管23を通過した外気を室内へ送り込む床上送風ファン25(床上送風機)とをさらに備えている。
(日中の外気の流れ)
次に、本実施形態に係る室内暖房システムを利用する日中の外気の流れについて、図面を参照しながら説明する。図4は、本実施形態に係る室内暖房システムを利用する日中の外気の流れ示すフロー図である。
図4に示すように、ステップ101において、外気は、外気取入口11(外壁側外気取入口11aや屋根側外気取入口11b)から取り入れられて、外気通路3(外壁通路3aや屋根通路3b)へ送り込まれる。
ステップ102において、外気通路3へ送り込まれた外気は、太陽光で暖められた外気通路3内の温度と熱交換されて暖められる(温度が上昇する)。この時、外気通路3へ送り込まれた外気は、蓄熱シート15bを暖めながら通過する。
ステップ103において、外気通路3を通過した外気は、蓄熱層15aを暖めながら通過する。
ステップ104において、蓄熱層15aを通過した外気は、室内に設けられた外気吹出口13から吹き出すことにより、室内の温度を上昇させる。このように、外気取入部11から取り入れられた外気は、建物1の室内を通過せずに、少なくとも外壁通路3を下降しながら直接建物1の床下に向かうとともに、建物1の床下に設けられた蓄熱材15(蓄熱層15a)を経由して外気吹出部13から建物1の室内に吹き出す。
(夜間の外気の流れ)
次に、本実施形態に係る室内暖房システムを利用する夜間の外気の流れについて、図面を参照しながら説明する。図5は、本実施形態に係る室内暖房システムを利用する夜間の外気の流れ示すフロー図である。
図5に示すように、ステップ201において、外気は、外気取入口11(外壁側外気取入口11aや屋根側外気取入口11b)から取り入れられて、外気通路3(外壁通路3aや屋根通路3b)へ送り込まれる。
ステップ202において、外気通路3へ送り込まれた外気は、外気通路3内の温度と熱交換されて暖められる(温度が上昇する)。ここで、外気通路3へ送り込まれた外気は、日中に暖められた蓄熱シート15bによって暖められる。
ステップ303において、外気通路3を通過した外気は、蓄熱層15aを通過する。ここで、外気通路3を通過した外気は、ステップ202において日中よりも温度の上昇が少ない場合であっても、日中に暖められた蓄熱層15aを通過することにより、この蓄熱層15aと熱交換されて暖められる。
ステップ104において、蓄熱層15aを通過した外気は、室内に設けられた外気吹出口13から吹き出すことにより、室内の温度を上昇させる。このように、外気取入部11から取り入れられた外気は、建物1の室内を通過せずに、少なくとも外壁通路3を下降しながら直接建物1の床下に向かうとともに、建物1の床下に設けられた蓄熱材15(蓄熱層15a)を経由して外気吹出部13から建物1の室内に吹き出す。
(作用・効果)
以上説明した本実施形態に係る室内暖房システムによれば、通過する外気が太陽光の放射熱を吸収可能な外気通路3と、外気通路3に外気を取り入れる外気取入口11と、外気通路3を通過した外気を建物1の室内に吹き出す外気吹出口13とを備えることにより、手間やコストをかけることなく、自然エネルギーを利用することにより室内の温度を上昇させることができる。
ここで、冬季において、太陽光を受ける建物1の最外層(外壁5や屋根7)の表面温度は45〜55℃になり、建物1の最外層の内側に設けられた外気通路3は40〜43℃となる。このため、外気取入口11から取り入れた外気は、外気通路3を通過することにより、太陽光の放射熱で暖められた最外層の内側(すなわち、外気通路3)の温度と熱交換されて暖められる(温度が上昇する)。この暖められた外気を、室内に設けられた外気吹出口13から吹き出すことにより、室内の温度を上昇させることができる。
また、特別な装置を使用しないため、設置費用などが安価で、かつメンテナンスする必要がない(すなわち、手間やコストをかけることがない)。さらに、外気通路3が建物1の最外層の内側に位置しているため、建物1の外観や内観を損なうことがない。
また、外気取入口11が、建物1の外壁5側に設けられた外壁側外気取入口11aと、建物1の屋根7側に設けられた屋根側外気取入口11bとによって構成され、外気通路3が、外壁5の裏面側に位置する外壁通路3aと、屋根7の裏面側に位置する屋根通路3bとによって構成されていることにより、外気取入口11から取り入れた外気を太陽光の放射熱で暖められた外壁5及び屋根7の裏面側の温度と熱交換して暖めることができるため、効率的に室内の温度を上昇させることができる。
また、外壁通路3aが、外壁5の裏面側に位置する外側外壁通路3a−1と、外側外壁通路3a−1よりも内側に位置する内側外壁通路3a−2とによって構成されていることにより、外気取入口11から取り入れた外気の熱交換時間(太陽光の放射熱を吸収する時間)を長くすることができるため、さらに効率的に室内の温度を上昇させることができる。
また、外気通路3を通過した外気により暖められ、かつ、外気通路3を通過した外気の温度を上昇可能な蓄熱材15をさらに備えることにより、日中では、外気通路3を通過した外気により蓄熱材15が暖められ、夜間では、外気通路3を通過した外気の温度を上昇させることができる。
すなわち、太陽光のない夜間においても、日中に暖められた蓄熱材15を通過した外気(蓄熱材15で暖められた外気)を室内に吹き出すことが可能であるため、室内の温度を上昇させることができる。
また、蓄熱材15が、建物の床下に配置されている蓄熱層15aと、外気通路3の周囲に配置されている蓄熱シート15bとによって構成されていることにより、建物1の外観及び内観を損なうことなく、床下や外気通路の周囲のスペースを有効活用することができる。
また、建物1内の室温を保温する断熱材19をさらに備えることにより、外気通路3内の温度を保つことができるとともに、外気通路3内を通過した外気によって暖められた室内の温度をも保つことができる。
また、外気通路3を通過した外気を建物1の床下に送り込む床下送風ファン21をさらに備えることにより、外気通路3を通過した外気を効率的に室内へ送風することができるため、より効率的に室内の温度を上昇させることができる。
さらに、外気通路3を通過した外気を建物の上方(2階天井裏)へ送り込む送風管23と、送風管23を通過した外気を室内へ送り込む床上送風ファン25とをさらに備えることにより、送風管23を通過した外気を建物1の上方から吹き出すことができるため、例えば、2階建て以上の場合であっても、2階以上の室内の温度を効率的に上昇させることが可能となる。
このように、本実施形態に係る室内暖房システムは、自然エネルギーを利用することにより、二酸化炭素の削減を実現することができ、地球温暖化の防止に寄与することが可能であるとともに、送風ファンの電力以外のランニングコストをかからなくすることができる。
また、特別な装置を使用しないため、設置費用などが安価で、かつメンテナンスする必要がないため、耐久年数に優れている。また、建築基準法で義務づけられている24時間換気システムの給気口とすることができ、特別に給気口を設けることがないため、建物1の建築費用を削減することが可能となる。さらに、外気通路3内を外気が通過することにより、外気通路3内の結露の発生を防ぎ、腐朽菌の発生をも防ぐことができるため、建物1の耐久年数を延ばすことができる。
(変更例1)
上述したように、本発明の一実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになろう。
例えば、上述した実施形態では、外側外壁通路3a−1と内側外壁通路3a−2との間には、これらの通路を形成する中間層9が設けられているものとして説明したが、本発明は、以下のように変更することができる。
図6は、変更例1に係る室内暖房システムの外壁側拡大正面図である。以下、上述した本発明の実施形態に係る室内暖房システムと相違する部分を主として説明する。
図6に示すように、室内暖房システムを構成する外壁通路3aは、外壁の裏面側に位置する外側外壁通路3a−1と、外側外壁通路3a−1よりも内側に位置する内側外壁通路3a−2とによって構成されている。
この内側外壁通路3a−2は、外側外壁通路の内側に位置する第1の内側外壁通路3a−2aと、第1の内側外壁通路3a−2aの内側に位置する第2の内側外壁通路3a−2bと、第2の内側外壁通路3a−2bの内側に位置する第3の内側外壁通路3a−2cとによって構成されている。すなわち、外側外壁通路3a−1から第3の内側外壁通路3a−2cまでの間には、通路を形成する中間層9a〜9cの3層が設けられている。
このように、外壁通路3aが外側外壁通路3a−1と内側外壁通路3a−2とによって構成されている、特に、複数の内側外壁通路3aが形成されている。これにより、外気取入部11から取り入れられた外気は、建物1の室内を通過せずに、少なくとも内側外壁通路3a−2を下降しながら直接建物1の床下に向かうとともに、建物1の床下に設けられた蓄熱材15(蓄熱層15a)を経由して外気吹出部13から建物1の室内に吹き出す。従って、外気取入口11から取り入れた外気の熱交換時間(太陽光の放射熱を吸収する時間)を長くすることができるため、さらに効率的に室内の温度を上昇させることができる。
[その他の実施形態]
上述したように、本発明の実施形態及び変更例を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。
具体的には、本発明に係る室内暖房システムは、外気通路3(熱吸収部)と、外気取入口11(外気取入部)と、外気吹出口13(外気吹出部)を少なくとも備えていればよい。
例えば、外気吹出口13a,13bは、室内の床に設けられているものとして説明したが、これに限定されるものではなく、室内の壁に設けられていてもよい。すなわち、外気吹出口13a,13bは、蓄熱層15aを通過した外気を吹き出すものとして説明したが、これに限定されるものではなく、外気通路3(外壁通路3aや屋根通路3b)を通過した外気を室内へ直接吹き出すものであってもよい。
また、熱吸収部は、外気通路3であるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、外気が通過可能なもの(例えば、パイプ)であっても勿論よい。
この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
本実施形態に係る室内暖房システムを設置した建物の正面断面図である。 本実施形態に係る本実施形態に係る室内暖房システムの屋根側拡大正面図である。 本実施形態に係る室内暖房システムの外壁側拡大正面図である。 本実施形態に係る室内暖房システムを利用する日中の空気の流れを示すフロー図である。 本実施形態に係る室内暖房システムを利用する夜間の空気の流れを示すフロー図である。 変更例1に係る室内暖房システムの外壁側拡大正面図である。
符号の説明
1…建物、3…外気通路、3a…外壁通路、3a−1…外側外壁通路、3a−2…内側外壁通路、3a−2a…第1の内側外壁通路、3a−2b…第2の内側外壁通路、3a−2c…第3の内側外壁通路、3b…屋根通路、5…外壁、7…屋根、9,9a〜9c…中間層、11…外気取入口、11a…外壁側外気取入口、11b…屋根側外気取入口、13,13a,13b…外気吹出口、15…蓄熱材、15a…蓄熱層、15b…蓄熱シート、17…送風管、19…断熱材、21…床下送風ファン、23…送風管、25…床上送風ファン

Claims (7)

  1. 建物の外壁に設けられ、通過する外気が太陽光の放射熱を吸収可能な熱吸収部と、
    前記熱吸収部に前記外気を取り入れる外気取入部と、
    前記熱吸収部を通過した外気を前記建物の室内に吹き出す外気吹出部と、
    前記熱吸収部を通過した前記外気により暖められ、かつ、前記熱吸収部を通過した前記外気の温度を上昇可能な蓄熱材とを備え、
    前記熱吸収部は、前記外壁の裏面側に位置する外壁通路と、前記屋根の裏面側に位置する屋根通路とによって構成され、
    前記外壁通路は、前記外壁の裏面側に位置する外側外壁通路と、前記外側外壁通路よりも内側に位置する内側外壁通路とによって構成され、
    前記蓄熱材は、前記建物の床下及び前記建物の前記外壁内側に設けられ、
    前記外気取入部から取り入れられた前記外気は、前記建物の室内を通過せずに、少なくとも前記内側外壁通路を下降しながら直接前記建物の床下に向かうとともに、前記建物の床下に設けられた前記蓄熱材を経由して前記外気吹出部から前記建物の室内に吹き出すことを特徴とする室内暖房システム。
  2. 前記外気取入部は、
    前記建物の外壁側に設けられた外壁側外気取入口と、
    前記建物の屋根側に設けられた屋根側外気取入口とによって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の室内暖房システム。
  3. 前記蓄熱材は、
    前記建物の床下に配置されている蓄熱層と、
    前記熱吸収部の周囲に配置されている蓄熱シートと
    によって構成されていることを特徴とする請求項に記載の室内暖房システム。
  4. 前記蓄熱層は、割栗石、及び、蓄熱レンガ、水蓄熱の少なくとも何れかであり、
    前記蓄熱シートは、潜熱蓄熱材であることを特徴とする請求項に記載の室内暖房システム。
  5. 前記熱吸収部の内側に位置し、前記建物内の室温を保温する断熱材をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか一項に記載の室内暖房システム。
  6. 前記熱吸収部を通過した前記外気を前記建物の床下に送り込む床下送風機をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか一項に記載の室内暖房システム。
  7. 前記熱吸収部を通過した前記外気を前記建物の上方へ送り込む送風管と、
    前記送風管を通過した前記外気を室内へ送り込む床上送風機と
    をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか一項に記載の室内暖房システム。
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