JP4885517B2 - 太陽熱利用の暖房外壁構造 - Google Patents

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Description

本発明は、太陽熱利用の暖房外壁構造に関する。
屋内の暖房方法として、従来より、種々のものが提供されているが、太陽熱をパッシブに利用して屋内を効果的に暖房することができるものは、未だ提供されてはいない。
本発明は、上記のような問題点に鑑み、太陽熱をパッシブに利用して屋内を効果的に暖房することができるようにすることを課題とする。
上記の課題は、太陽熱集熱材が備えられると共に、
該太陽熱集熱材の屋外側に隣り合って透明多孔質断熱材が設けられ、太陽熱集熱材が透明多孔質断熱材を通じて太陽光を受けるようになされており、かつ、
太陽熱集熱材で集熱された太陽熱が屋内側の壁面を通じて屋内に伝えられるようになされていることを特徴とする、太陽熱利用の暖房外壁構造によって解決される（第１発明）。
この構造では、集熱材が太陽光を透明多孔質断熱材を通じて受けることができて集熱材で太陽熱を集熱することができると共に、集熱材に集熱された太陽熱は透明多孔質断熱材によって屋外側に放散するのが防がれ、これにより、太陽熱を集熱材に効率良く集熱することができ、集熱された太陽熱が屋内側の壁面を通じて屋内に伝えられて、屋内を太陽熱のパッシブな利用によって効果的に暖房することができる。
特に、外壁に適用したものであるから、太陽の低い冬季において太陽熱を効果的に集熱することができ、屋内を太陽熱のパッシブな利用によって効果的に暖房することができる。
なお、太陽熱集熱材は、黒色塗料を塗布した集熱材であってもよいが、特に、金属の表面部に太陽光吸収性能と赤外線放射抑制性能の両方に優れた選択吸収膜が設けられた集熱材であるのが好ましい。
また、透明多孔質断熱材としては、例えば、溶媒を含んだ湿潤状態のゲル状化合物を超臨界乾燥などの特殊乾燥方法によって乾燥することで前記溶媒を除去して得られる空隙率の非常に高い多孔質材料として知られているエアロゲル、特にシリカエアロゲルなどが好適に用いられる。
第１発明において、屋内側の壁面を形成する放熱板が太陽熱集熱材との間に間隔をおいて空気通路が形成され、放熱板の下端側に屋内に開口する空気取入れ口が設けられると共に、放熱板の上端側に屋内に開口する吹出し口が設けられ、集熱材で集熱された太陽熱が空気通路に伝えられて、該空気通路に上昇気流が形成され、取入れ口から空気通路に取り込まれた屋内の空気が太陽熱で加温された後、吹出し口から屋内に返流されるようになされているとよい（第２発明）。
この場合は、屋内側の壁面を通じた放熱のほか、放熱板と太陽熱集熱材との間の空気通路で形成される上昇気流によっても屋内が暖房され、集熱材で集熱された太陽熱を効率良く回収して、屋内を太陽熱のパッシブな利用によって効果的に暖房することができる。
第２発明において、太陽熱集熱材と放熱板との間に熱伝導用のフィンが備えられ、太陽熱集熱材で集熱された太陽熱が該フィンを通じて放熱板に伝えられるようになされているとよい（第３発明）。
この場合は、放熱板に伝えられる太陽熱が、空気通路内に形成される上昇気流によってその多くを奪われてしまうのを抑制して、放熱板への太陽熱の伝熱を促進し、空気通路における上昇気流による暖房と、放熱板からの放熱による暖房の均衡を図ることができる。
また、第１〜第３発明において、太陽熱集熱材の屋内側に隣り合って蓄熱材が設けられ、集熱材で集熱された太陽熱が蓄熱材に蓄熱され、蓄熱材に蓄熱された太陽熱が屋内側の壁面を通じて屋内に伝えられるようになされているとよい（第４発明）。
この場合は、太陽の射す日中は、上記のようにして、屋内を太陽熱のパッシブな利用によって効果的に暖房することができると共に、蓄熱材に太陽熱が蓄熱され、太陽の射さない例えば夜間等は、蓄熱材に蓄熱された太陽熱が屋内側の壁面を通じて屋内に伝えられることで、太陽熱のパッシブな利用によって、屋内を暖房することができる。
また、上記の課題は、太陽熱集熱材が備えられると共に、
該太陽熱集熱材の屋外側に隣り合って透明多孔質断熱材が設けられ、太陽熱集熱材が透明多孔質断熱材を通じて太陽光を受けるようになされており、かつ、
屋内側の壁面を形成する内壁板が太陽熱集熱材との間に間隔をおいて空気通路が形成され、内壁板の下端側に屋内に開口する空気取入れ口が設けられると共に、内壁板の上端側に屋内に開口する吹出し口が設けられ、集熱材で集熱された太陽熱が空気通路に伝えられて、該空気通路に上昇気流が形成され、取入れ口から空気通路に取り込まれた屋内の空気が太陽熱で加温された後、吹出し口から屋内に返流されるようになされていることを特徴とする、太陽熱利用の暖房外壁構造によって解決される（第５発明）。
この構造では、集熱材が太陽光を透明多孔質断熱材を通じて受けることができて集熱材で太陽熱を集熱することができると共に、集熱材に集熱された太陽熱は透明多孔質断熱材によって屋外側に放散するのが防がれ、これにより、内壁板と太陽熱集熱材との間の空気通路で形成される上昇気流によって屋内が暖房され、集熱材で集熱された太陽熱を効率良く回収して、屋内を太陽熱のパッシブな利用によって効果的に暖房することができる。特に、外壁に適用したものであるから、太陽の低い冬季において太陽熱を効果的に集熱することができ、屋内を太陽熱のパッシブな利用によって効果的に暖房することができる。
第５発明において、太陽熱集熱材の屋内側に隣り合って蓄熱材が設けられ、集熱材で集熱された太陽熱が蓄熱材に蓄熱され、蓄熱材に蓄熱された太陽熱が、空気通路に伝えられるようになされているとよい（第６発明）。
この場合は、太陽の射す日中は、上記のようにして、屋内を太陽熱のパッシブな利用によって効果的に暖房することができると共に、蓄熱材に太陽熱が蓄熱され、太陽の射さない例えば夜間等は、蓄熱材に蓄熱された太陽熱で空気通路に上昇気流が形成されることにより、太陽熱のパッシブな利用によって、屋内を暖房することができる。蓄熱材に蓄熱された太陽熱は透明多孔質断熱材によって屋外側に放散するのが防がれる。
また、第１〜第６発明の太陽熱利用の暖房外壁構造が、外壁採光部下の腰壁部に組み込まれている場合は、上記のようにして屋内に送られる暖房熱が天井側にこもるのを防ぐことができると共に、太陽の射す日中の採光部におけるコールドドラフトを抑制することができる。特に、第４発明や第６発明に適用される場合には、太陽の射さない夜間等において、蓄熱された太陽熱で採光部におけるコールドドラフトを抑制することができる。
本発明は、以上のとおりのものであるから、太陽熱をパッシブに利用して屋内を効果的に暖房することができる。
次に、本発明の実施最良形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す実施形態の外壁構造において、１は屋外に面して設けられたガラス板、アクリル板等の透明板であり、該透明板１によって採光部２が設けられると共に、該採光部２の下に腰壁部３が設けられ、腰壁部３の屋外側の面部も前記透明板１でカバーされている。この腰壁部３に太陽熱利用の暖房機構が組み込まれている。
即ち、該腰壁部３内には、透明板１の内側に面状の太陽熱集熱材４が設けられると共に、太陽熱集熱材４と透明板１との間に透明多孔質断熱材としてのシリカエアロゲル５がサンドイッチ状態に設けられ、太陽熱集熱材４が、透明板１及びシリカエアロゲル５を通じて太陽光を受けることができるようになされている。
そして、放熱板として機能する内壁板６が太陽熱集熱材４との間に間隔をおいて設けられて、内壁板６と太陽熱集熱材４との間に空気通路７が形成され、内壁板６の下端側に屋内に開口する空気取入れ口８が設けられると共に、内壁板６の上端側に屋内に開口する吹出し口９が設けられ、太陽熱集熱材４で集熱された太陽熱によって空気通路７に上昇気流が形成され、取入れ口８から空気通路７内に取り込まれた屋内空気が太陽熱で加温され、吹出し口９を通じて屋内１０に吹き出して返流されるようになされている。
また、太陽熱集熱材４と内壁板６との間には、図１（ハ）に示すように、前記空気通路７における空気の流通を阻止しない態様で、即ち、空気通路７において、その幅方向に所定の間隔おきに潜熱蓄熱材等による蓄熱材１１…が設けられ、各蓄熱材１１は、集熱材４と内壁板６の両方に接触状態にされて、集熱材４で集熱された太陽熱が蓄熱材１１に効果的に蓄熱されるようになされている。
また、集熱材４で集熱された太陽熱を、集熱材４から内壁板６に伝える熱伝導用のフィン１２…が設けられ、該フィン１２…は集熱材４と内壁板６の両方に接触して、集熱材４で集熱された太陽熱が内壁板６に効果的に伝えられるようになされている。なお、本実施形態では、該フィン１２は、各蓄熱材１１の側面部に設けられて、空気通路７内に面する部分と蓄熱材１１に接触する部分と備え、集熱材４で集熱された太陽熱が空気通路７内や蓄熱材１１にも伝えられるようになされている。
上記の暖房外壁構造では、太陽の射す日中は、図１（イ）に示すように、集熱材４が太陽光を透明板１とシリカエアロゲル５を通じて受けて集熱材４で太陽熱を集熱し、集熱材４に集熱された太陽熱はシリカエアロゲル５によって屋外側に放散するのが防がれて、太陽熱は集熱材４に効率良く集熱され、こうして集熱された太陽熱は、内壁板６の屋内側の壁面を通じて屋内１０に伝えられると共に、内壁板６と集熱材４との間の空気通路７…で形成される上昇気流によっても屋内１０が暖められ、屋内１０を太陽熱のパッシブな利用によって効果的に暖房することができる。特に、外壁に適用して構成されたものであるから、太陽の低い冬季において太陽熱を効果的に集熱することができ、屋内１０を太陽熱のパッシブな利用によって効果的に暖房することができる。
また、本実施形態では、太陽熱集熱材４と内壁板６とに接触するフィン１２…が備えられているので、内壁板６に伝えられる太陽熱が、空気通路７内に形成される上昇気流によってその多くを奪われてしまうのが抑制され、内壁板６への太陽熱の伝熱を促進し、空気通路７における上昇気流による暖房と、内壁板６からの放熱による暖房の均衡を図ることができる。
また同時に、集熱材４で集熱された太陽熱は、蓄熱材１１…に蓄熱されていく。従って、太陽の射さない例えば夜間等においては、図１（ロ）に示すように、蓄熱材１１に蓄熱された太陽熱が内壁板６を通じて屋内１０に伝えられると共に、内壁板６と集熱材４との間の空気通路７…に上昇気流が形成されることで、夜間等においても、太陽熱のパッシブな利用によって、屋内が暖房される。蓄熱材１１に蓄熱された太陽熱はシリカエアロゲル５によって屋外側に放散するのが防がれ、屋内１０が効果的に暖房される。
更に、本実施形態では、採光部２の下の腰壁部３に上記のような太陽熱利用の暖房機構が組み込まれているので、屋内１０に送られる暖房熱が天井側にこもるのを防ぐことができると共に、太陽の射す日中の採光部２におけるコールドドラフトを抑制することができると共に、太陽の射さない夜間等においても、蓄熱された太陽熱で採光部２におけるコールドドラフトを抑制することができる。
以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、内壁板６が放熱板からなり、該内壁板６を通じて屋内１０に太陽熱が放熱されるようになされている場合を示したが、内壁板６を非放熱板とし、空気通路７における上昇気流で屋内１０が暖房されるようにしてもよい。また、内壁板６を放熱板にすると共に、暖房のための空気通路７を省略し、内壁板６を通じた放熱で屋内１０が暖房されるようにしてもよい。
また、上記の実施形態では、採光部２の下の腰壁部に暖房機構を備えさせた場合を示したが、本発明では、採光部２の有無は問わないし、暖房機構部分は、床面と天井面との間の任意に高さ範囲に備えられていてよい。また、本発明では、フィン１２…や蓄熱材１１…の採用不採用は任意である。
実施形態の太陽熱利用の暖房外壁構造を示すもので、図（イ）は太陽の射す日中の作動状態を示す断面側面図、図（ロ）は太陽の射さない夜間の作動状態を示す断面側面図、図（ハ）は図（イ）のＩ−Ｉ線断面図である。
符号の説明
２…採光部
３…腰壁部
４…太陽熱集熱材
５…シリカエアロゲル（透明多孔質断熱材）
６…内壁板（放熱板）
７…空気通路
８…空気取入れ口
９…空気吹出し口
１０…屋内
１１…蓄熱材
１２…フィン

Claims (4)

  1. 太陽熱集熱材が備えられると共に、
    該太陽熱集熱材の屋外側に隣り合って透明多孔質断熱材が設けられ、太陽熱集熱材が透明多孔質断熱材を通じて太陽光を受けるようになされており、かつ、
    太陽熱集熱材で集熱された太陽熱が屋内側の壁面を通じて屋内に伝えられるようになされており、
    前記屋内側の壁面を形成する放熱板が太陽熱集熱材との間に間隔をおいて空気通路が形成され、放熱板の下端側に屋内に開口する空気取入れ口が設けられると共に、放熱板の上端側に屋内に開口する吹出し口が設けられ、集熱材で集熱された太陽熱が空気通路に伝えられて、該空気通路に上昇気流が形成され、取入れ口から空気通路に取り込まれた屋内の空気が太陽熱で加温された後、吹出し口から屋内に返流されるようになされており、
    太陽熱集熱材と放熱板との間に熱伝導用のフィンが備えられ、太陽熱集熱材で集熱された太陽熱が該フィンを通じて放熱板に伝えられるようになされていることを特徴とする、太陽熱利用の暖房外壁構造。
  2. 太陽熱集熱材の屋内側に隣り合って蓄熱材が設けられ、集熱材で集熱された太陽熱が蓄熱材に蓄熱され、蓄熱材に蓄熱された太陽熱が屋内側の壁面を通じて屋内に伝えられるようになされている請求項１に記載の、太陽熱利用の暖房外壁構造。
  3. 太陽熱集熱材の屋内側に隣り合って蓄熱材が設けられ、集熱材で集熱された太陽熱が蓄熱材に蓄熱され、蓄熱材に蓄熱された太陽熱が、空気通路に伝えられるようになされている請求項１又は２に記載の、太陽熱利用の暖房外壁構造。
  4. 外壁採光部下の腰壁部に組み込まれている請求項１乃至３のいずれか一に記載の、太陽熱利用の暖房外壁構造。
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