JP4485539B2

JP4485539B2 - ソーラーシステムハウス

Info

Publication number: JP4485539B2
Application number: JP2007012439A
Authority: JP
Inventors: 真弘鈴木
Original assignee: OM ENVIRONMENTAL PLANNING, INC.
Current assignee: OM ENVIRONMENTAL PLANNING, INC.
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2027-01-23
Also published as: JP2008180414A

Description

本発明は、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。

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ために、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。

日本の伝統的住宅においても、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。

さらに、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。その場合、蓄熱されるのは空気だけであるが、例えばコンクリート外壁の外側にガラス等でカバーを施し、その間を室内への空気循環路とすれば、この外壁自体が蓄熱体として作用し安定した熱の供給が得られる。

しかし、これらの方式はいずれも比較的南面した室内空間のコントロールにのみ限定されてしまい、北面した室内空間との間に大きな温度差が生じてしまうという欠点がある。

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の特許が下記特許文献に示すように存在する。
特許第２６４０２９７号（特開平６−２８１２６３号）

前記特許文献１のソーラーシステムハウスは、図１２にあるように、集熱面であるカラー鉄板の金属製屋根板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の一方の端は軒先に空気取入口３として開口し、さらに空気流路２の他方の端は集熟ダクトとしての棟ダクト４に連通させる。屋根板１の一部はガラス２３で覆い、ガラス付き集熱面とする。

内部に逆流防止兼流路切換えダンパー６、ファン７及び流路切換えダンパー８を設けたハンドリングボックス５を屋根裏空間である小屋裏３３に設置し、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の逆流防止兼流路切換えダンパー６の流入側は、前記棟ダクト４に連通させる接続ダクト３２と室内２０からの循環ダクト１８とに選択的に接続し、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に開口した。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。

ハンドリングボックス５の内部またはハンドリングボックス５と棟ダクト４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に連結する。図示は省略するが貯湯槽１７は循環ポンプと有し、また、必要に応じて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この貯湯槽１７に接続する。

このようにして、暖房が必要な冬の昼間は、軒先の空気取入口３から入った冷たい空気は、屋根板１に降り注ぐ太陽の熱によって徐々に暖められる。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内へ流下し、床下に送られる。

空気は床下に広がり、蓄熱土間コンクリート１１に熱を奪われ（蓄えさせ）ながら、床吹出口１４から温風として室内２０へと流れ出る。夕方、外気温が下がり始める頃から、昼間蓄熱土間コンクリート１１に蓄えられた熱が放熱を始め、床を温める。

つまり、太陽エネルギーは昼間に偏在しており、それを集熱してそのまま室内に放熱した場合は、逆に室温が高くなり過ぎてしまうのである。それを避けるために、昼間に集熱した熱を、床下の土間コンクリートに蓄熱、集熱部位と蓄熱部位を分ける。

コンクリートは、熱容量（熱を蓄える量）や熱伝導率（熱の伝わりやすさ）が大きい。コンクリートがもつこの性質は、昼間に蓄熱し夜間に放熱するという、一日のサイクルに適応しており、夜になって外気温が低下するとともに、昼間床下に蓄えられた熱が放熱し始め、室内の暖房用として使われる。

夏の昼間は暖房の不要な期間であり、図１３に示すように、太陽熱で温められた空気は、昼間、貯湯槽１７内の水を温めることに利用される。すなわち、流路切換えダンパー８の流出側を排気ダクト９に接続し、お湯とりコイル１５で湯を作るだけで、前記排気ダクト９から戸外へ捨てられる。

お湯とりコイル１５では、ここに循環配管１６を介して貯湯槽１７から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から各所へ給湯される。

快晴の日の雲のない夏の夜は、図１４に示すように、ファン７を駆動して軒先の空気取入口３から外気を空気流路２に取り込み、放射冷却現象（放射冷却で屋根全体が冷える）を利用して、涼しい外気を室内に取り込む。冷房のようには冷えないが、寝苦しくない夏の夜を演出できる。

この特許文献１では、ファン７を駆動している間は空気が床下に押し込まれるが、太陽光集熱が出来なくなった夕刻からではファン７を停止すると立下りダクト１０の煙突現象により床下の空気が立下りダクト１０を介して上昇してしまい、昼間蓄熱土間コンクリート１１に蓄えられた熱の放熱が暖房に有効に生かせないおそれがある。

また、補助暖房として、室内にストーブ等を置き、もしくは床下にファンベクターを設置することも考えられるが、かかる補助暖房はシステムとしては別個のものであり、２重設備となって面倒である。

さらに、２階の居室の暖房についてはシステムは作用せず、図１２〜１４に示すように２階家屋でも吹き抜けタイプに限定して、１階の部屋の暖房を間接的に得るしか方法がなかった。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、床下に集熱した熱がドラフトで上に放熱することを防止して、効果的な暖房が実現でき、また、補助暖房を有効に活用でき、さらに、１階のみならず、２階の部屋の暖房も確実に実現できるソーラーシステムを提供することにある。

本発明は前記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、屋根面を集熱面としてその直下に勾配を有する空気流路を形成し、この空気流路を集熟ダクトとしての棟ダクトに連通させ、内部に逆流防止ダンパー、集熱用ファン及び流路切換えダンパーを設けたハンドリングボックスを屋根裏空間である小屋裏に設置し、ハンドリングボックスの流路切換えダンパーの流出側の一方は排気ダクトにより屋外に開口し、また、ハンドリングボックスの逆流防止ダンパーの流入側を接続ダクトを介して前記棟ダクトに連通させ、流路切換えダンパーの流出側の他の一方を立下りダクトの上端に連結したソーラーシステムハウスにおいて、立下りダクトの下端に第２のハンドリングボックスを２階の床に設け、この第２のハンドリングボックスには、１階床下の蓄熱体としての土間コンクリートと床パネルとの間の空気流通空間に開口する立下りダクトへの接続口である床下への送風口と、室内への送風口を形成し、この２つの送風口を選択的に開閉するダンパーを設けたことを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、第２のハンドリングボックスはダンパーで床下への送風口と室内への送風口を選択的に開閉することができるので、通常の集熱運転で暖房が必要な冬の昼間は、ダンパーで床下への送風口を開き、室内への送風口を閉じれば、屋根での加熱空気は棟ダクトに集められてからファンによりハンドリングボックスに入り、第１のハンドリングボックスから第２のハンドリングボックスを経て、立下りダクト内へ流下し、床下に送られる。

そして加熱空気は床下に広がり、蓄熱土間コンクリートに熱を奪われ（蓄えさせ）ながら、温風として室内へと流れ出る。

夕方、外気温が下がり始める頃から、昼間蓄熱土間コンクリートに蓄えられた熱が放熱を始め、床を温めるが、この場合は第２のハンドリングボックスのダンパーで床下への送風口を閉じれば、床下の熱が立下りダクト内をドラフトすることはない。

さらに、梅雨時等で太陽光集熱の暖房を行わない場合にも、第２のハンドリングボックスのダンパーで床下への送風口を閉じ、室内への送風口を開いて室内に送風するようにすれば、循環ダクト→第１のハンドリングボックス→第２のハンドリングボックス→室内と空気が循環し、湿気対策になる。

さらに、１階のみならず、２階への暖房を可能とするものであり、第２のハンドリングボックスは、２階の床に設けることでダンパーを操作して室内への送風口からの送り出しは２階の室内へのものであり、また、床下への送風口へ送る場合は蓄熱土間コンクリートと１階の床パネルとの間の空気流通空間へ入り、この空気流通空間では加熱空気が床パネルを介して直接１階の床面下を温めるのと、蓄熱土間コンクリ−トに蓄熱させるのと床吹出口から温風として直接１階の室内へ吹き出させるのとの３通りの暖房作用を行う。

２階では、直接室内に送風することで、屋根で集熱し、空気を媒体にして取り込んだ熱をそのまま室内に放熱することで、特定の一室だけを短時間に間欠的に暖房することも可能である。

請求項２記載の本発明は、屋根面を集熱面としてその直下に勾配を有する空気流路を形成し、この空気流路を集熟ダクトとしての棟ダクトに連通させ、内部に逆流防止ダンパー、集熱用ファン及び流路切換えダンパーを設けたハンドリングボックスを屋根裏空間である小屋裏に設置し、ハンドリングボックスの流路切換えダンパーの流出側の一方は排気ダクトにより屋外に開口し、また、ハンドリングボックスの逆流防止ダンパーの流入側を接続ダクトを介して前記棟ダクトに連通させ、流路切換えダンパーの流出側の他の一方を立下りダクトの上端に連結したソーラーシステムハウスにおいて、立下りダクトの下端に第２のハンドリングボックスを設け、この第２のハンドリングボックスには、床下への送風口と、室内への送風口を形成し、この２つの送風口を選択的に開閉するダンパーを設け、前記２階の床は床下空間を有し、第２のハンドリングボックスの室内への送風口はこの床下空間に開口し、２階の床の２階室内への吹き出し口を介して２階室内へ送気することを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、前記請求項３の作用に加えて、２階の床下に加熱空気を広げ、床下暖房しながら、２階室内の暖房を行うことができる。

請求項３記載の本発明は、温水ボイラーに接続するコイルを補助暖房として第２のハンドリングボックス内に設けることを要旨とするものである。

請求項３記載の本発明によれば、第２のハンドリングボックス内に温水ボイラーに接続するコイルが設けられており、立下りダクト内を流下してくる空気が充分な熱を持たない場合には、温水ボイラーからのお湯でコイルを補助暖房として、加温することができる。この加温した空気は、床下への送風口から床下へ送り込む場合と、室内への送風口へ送り込む場合、およびその両方を行う場合（中間位置にダンパーを置く）とを選択できる。

以上述べたように本発明のソーラーシステムハウスは、床下に集熱した熱がドラフトで上に放熱することを防止して、効果的な暖房が実現でき、また、補助暖房を有効に活用でき、さらに、１階のみならず、２階の部屋の暖房も確実に実現できるものである。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明のソーラーシステムハウスの第１実施形態を示す縦断正面図、図２は要部の縦断正面図である。

ソーラーシステムハウス全体としては、前記従来例として図１２に示したのとほぼ同じであり、集熱面である金属製屋根板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の一方の端は軒先に空気取入口３として開口し、さらに空気流路２の他方の端は集熟ダクトとしての棟ダクト４に連通させる。屋根板１の一部はガラス２３で覆い、ガラス付き集熱面とする。

また、ハンドリングボックス５の逆流防止兼流路切換えダンパー６の流入側は、前記棟ダクト４に連通させる接続ダクト３２と室内からの循環ダクト１８とに選択的に接続し、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。

ハンドリングボックス５の内部またはハンドリングボックス５と棟ダクト４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に連結する。図示は省略するが貯湯槽１７は循環ポンプと有し、また、必要に応じて追焚き用の温水ボイラー１９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この貯湯槽１７に接続する。

本発明は前記小屋裏３３に設置するハンドリングボックス５を第１のハンドリングボックスとし、１階室内の床上で立下りダクト１０の下端に第２のハンドリングボックス２４を設置した。

この第２のハンドリングボックス２４は、床下への送風口２５と、室内への送風口２６を形成し、この２つの送風口２５、２６を選択的に開閉するダンパー２７を設けた。２７ａはこのダンパー２７の回転駆動モータである。

また、前記温水ボイラー１９に接続するコイル２８を補助暖房としてこの第２のハンドリングボックス２４内の上部に設けた。

第２のハンドリングボックス２４を設置する床パネル１２の下側は、床下蓄熱体としての土間コンクリート１１と床パネル１２との間の空気流通空間１３に開口した。さらに、該空気流通空間１３から室内への床吹出口１４を設けた点は前記従来例と同じである。

室内２０と屋根板１の直下の空気流路２とに温度センサー３０ａ、３０ｂを設置し、これでファン７及び温水ボイラー１９、ダンパー２７を制御するようにする。

次に、使用法および動作について説明する。図２〜図４はダンパー２７の切り換フローを示すもので、まず図２の運転フローを説明する。ステップ（ロ）で運転モードを選択し、暖房が必要な冬の昼間等の通常運転の場合と夜間外気取り入れの場合とに分かれ、また、通常運転の場合にはさらに補助暖房のサブルーチン［ステップ（ハ）］が必要な場合であるか否かによる。補助暖房が必要な場合は温水ボイラー１９を焚いてコイル２８に温水を送る。この補助暖房運転フローは図３に示すように、温水ボイラー１９の運転開始後、タイマーにより温水ボイラー１９の運転を停止する。

ステップ（ニ）で、ファン７が駆動しているか否かを判断し、さらに、室温+α（設定温度）であるかを判断する。設定温度よりも室温+αが低い場合、さらに設定温度よりも室温が低い場合はダンパー２７は図５に示すように床下への送風口２５を開き、室内への送風口２６を閉じる。

これにより、軒先の空気取入口３から入った冷たい空気は、屋根板１に降り注ぐ太陽の熱によって徐々に暖められ、この温められた空気は屋根勾配に沿って上昇して、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内へ流下し、第２のハンドリングボックス２４を経て床下に送られる。

そして、空気は床下に広がり、蓄熱土間コンクリート１１に熱を奪われ（蓄えさせ）ながら、床吹出口１４から温風として室内２０へと流れ出る。

設定温度よりも室温+αが高い場合、すなわち、ほぼ蓄熱土間コンクリート１１の蓄熱が完了した場合には、図６に示すように、床下への送風口２５を閉じ、室内への送風口２６を開く。これにより、温められた空気は図６に示すように直接室内２０へ送り出される。

また、図４に示すような停止フローの場合も図７に示すように、床下への送風口２５を閉じ、室内への送風口２６を開くが、この場合はファン７の運転は停止しており、床下への送風口２５が閉じられていることで、床下の熱が立下りダクト１０内をドラフトすることを防止できる。

図８は送風を循環させる場合で、ファン７を駆動させ、室内２０からの循環ダクト１８を介してハンドリングボックス５に送り込む。梅雨時等で太陽光集熱の暖房を行わない場合にも、前記図６と同じく第２のハンドリングボックス２４のダンパー２７で床下への送風口２５を閉じ、室内２０への送風口２６を開いて室内２０に送風するようにすれば、循環ダクト１８→第１のハンドリングボックス５→立下りダクト１０→第２のハンドリングボックス２４→室内２０と空気が循環し、湿気対策になる。

図９、図１０は本発明の第２実施形態を示すもので、吹き抜けを設けずに、上下階で独立した部屋が形成される２階の家屋の場合である。

この場合、第２のハンドリングボックス２４は、２階の床３１に設け、床下への送風口２５は１階床下の蓄熱体としての土間コンクリート１１と床パネル１２との間の空気流通空間１３に開口する立下りダクト１０′への接続口となる。他の構成は、前記図１で説明したのを同様であり、説明を省略する。

また、さらに応用形態として、図１１に示すように、２階の床３１は１階天井３５との間に床下空間３４を有し、第２のハンドリングボックス２４は床下空間３４に埋め込むことで室内への送風口２６はこの床下空間３４に開口するものとした。

前記図１０の場合も図１１の場合も、１階のみならず、２階への暖房を可能とするものであり、２階の部屋を暖房する場合は、ダンパー２７により床下への送風口２５を閉じ、室内への送風口２６を開く。

これにより、図１０の場合は温められた空気は直接２階の室内へ送り出され、図１１の場合は、床下空間３４に入り床下暖房しながら、床吹出口１４から出て２階室内の暖房を行うことができる。

１階の部屋を暖房する場合は前記のごとく、床下への送風口２５を開き、室内への送風口２６を閉じればよいが、ダンパー２７を中間位置にして床下への送風口２５、室内への送風口２６の両方を開くことで、１階、２階の同時暖房も可能である。

本発明のソーラーシステムハウスの第１実施形態を示す要部の縦断正面図である。本発明のソーラーシステムハウスのダンパー切換えフローの運転フロー図である。本発明のソーラーシステムハウスのダンパー切換えフローの補助暖房運転フロー図である。本発明のソーラーシステムハウスのダンパー切換えフローの停止フロー図である。本発明のソーラーシステムハウスの第２のハンドリングボックスの運転態様の第１例を示す縦断正面図である。本発明のソーラーシステムハウスの第２のハンドリングボックスの運転態様の第２例を示す縦断正面図である。本発明のソーラーシステムハウスの第２のハンドリングボックスの運転態様の第３例を示す縦断正面図である。循環モードを示す説明図である。本発明のソーラーシステムハウスの第２実施形態を示す縦断正面図である。本発明のソーラーシステムハウスの第２実施形態を示す要部の縦断正面図である。本発明のソーラーシステムハウスの第２実施形態の応用例を示す要部の縦断正面図である。ソーラーシステムハウスの全体概要を示す縦断正面図である。ソーラーシステムハウスの全体概要を示す夏の昼間の説明図である。ソーラーシステムハウスの全体概要を示す夏の夜間の説明図である。

１…屋根板２…空気流路
３…空気取入口４…棟ダクト
５…ハンドリングボックス６…逆流防止兼流路切換えダンパー
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…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…循環ダクト１９…温水ボイラー
２０…室内２１…給湯配管
２３…ガラス２４…第２のハンドリングボックス
２５…床下への送風口２６…室内への送風口
２７…ダンパー２７ａ…回転駆動モータ
２８…コイル３０ａ、３０ｂ…温度センサー
３１…２階の床３２…接続ダクト
３３…小屋裏３４…床下空間
３５…１階天井

Claims

屋根面を集熱面としてその直下に勾配を有する空気流路を形成し、この空気流路を集熟ダクトとしての棟ダクトに連通させ、内部に逆流防止ダンパー、集熱用ファン及び流路切換えダンパーを設けたハンドリングボックスを屋根裏空間である小屋裏に設置し、ハンドリングボックスの流路切換えダンパーの流出側の一方は排気ダクトにより屋外に開口し、また、ハンドリングボックスの逆流防止ダンパーの流入側を接続ダクトを介して前記棟ダクトに連通させ、流路切換えダンパーの流出側の他の一方を立下りダクトの上端に連結したソーラーシステムハウスにおいて、立下りダクトの下端に第２のハンドリングボックスを２階の床に設け、この第２のハンドリングボックスには、１階床下の蓄熱体としての土間コンクリートと床パネルとの間の空気流通空間に開口する立下りダクトへの接続口である床下への送風口と、室内への送風口を形成し、この２つの送風口を選択的に開閉するダンパーを設けたことを特徴とするソーラーシステムハウス。
屋根面を集熱面としてその直下に勾配を有する空気流路を形成し、この空気流路を集熟ダクトとしての棟ダクトに連通させ、内部に逆流防止ダンパー、集熱用ファン及び流路切換えダンパーを設けたハンドリングボックスを屋根裏空間である小屋裏に設置し、ハンドリングボックスの流路切換えダンパーの流出側の一方は排気ダクトにより屋外に開口し、また、ハンドリングボックスの逆流防止ダンパーの流入側を接続ダクトを介して前記棟ダクトに連通させ、流路切換えダンパーの流出側の他の一方を立下りダクトの上端に連結したソーラーシステムハウスにおいて、立下りダクトの下端に第２のハンドリングボックスを設け、この第２のハンドリングボックスには、床下への送風口と、室内への送風口を形成し、この２つの送風口を選択的に開閉するダンパーを設け、前記２階の床は床下空間を有し、第２のハンドリングボックスの室内への送風口はこの床下空間に開口し、２階の床の２階室内への吹き出し口を介して２階室内へ送気することを特徴とするソーラーシステムハウス。
温水ボイラーに接続するコイルを補助暖房として第２のハンドリングボックス内に設ける請求項１または請求項２記載のソーラーシステムハウス。