JP5608573B2 - 太陽光集熱システム - Google Patents
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Description
この太陽光集熱システムは、建物の屋根面に、シースルー型太陽電池モジュールが前記屋根面との間に空気流通層を介在させた状態で設けられており、前記空気流通層に、建物内に配置されて熱を蓄える蓄熱手段に連結する伝熱手段が接続されているものである。
このような太陽光集熱システムでは、屋根面に設けられたシースルー型太陽光発電モジュールによって、太陽光を電気(電力)に変換することができ、建物で消費する電力を賄うことができるため、電力の自給自足を行うことができる。
また、シースルー型太陽電池モジュールと屋根面との間に空気流通層が形成され、この空気流通層に、床下の蓄熱手段に連結する伝熱手段が接続されているので、太陽熱が空気流通層内の空気に伝達されることによって、その空気が加熱されて、さらに伝熱手段を介して蓄熱手段で蓄熱される。その結果、蓄熱手段に蓄熱された熱を床暖房に利用できるとともに、暖房機器等に使用される電力を削減することが可能となる。
したがって、このように発電と集熱とを同時に行うことができるため、太陽エネルギーの利用効率の向上を図ることができる。
前記空気流通層Sの空気を床下に搬送する第1空気搬送手段13が設けられ、
部屋15の空気を取り込んで再び前記部屋15に戻す第2空気搬送手段16が設けられ、
前記第1空気搬送手段13によって搬送されている空気と、前記第2空気搬送手段16によって搬送されている空気との間で熱交換する熱交換器17が設けられており、
前記第1空気搬送手段13は、前記空気流通層Sの空気を直接床下に搬送する直接型空気搬送手段131と、
前記熱交換器17によって熱交換された空気を床下に搬送する熱交換型空気搬送手段132とを備えていることを特徴とする。
そして、熱交換型空気搬送手段132によって床下に搬送された空気は熱交換されたものであり、空気流通層Sの空気より温度が低くなっているが、直接型空気搬送手段131によって、空気流通層Sの暖かい空気を直接床下に搬送するので、熱交換型空気搬送手段132のみによって床下に搬送された空気より温度を高くでき、床下暖房の温度低下(床下空間の温度低下)を防止できる。
前記第2空気搬送手段16は、前記部屋15の天井裏または壁内の少なくともいずれか一方に設けられた配管16aと、この配管16aの一端部に設けられて天井または壁の少なくともいずれか一方に開口する吸込口16bと、前記配管16aの他端部に設けられて、前記天井または壁の少なくともいずれか一方に開口する吹出口16cと、前記部屋15の空気を前記吸込口16bから吸い込んで、前記吹出口16cから吹き出させるファンとを備え、
前記配管16aの途中が前記熱交換器17に接続されていることを特徴とする。
なお、空気の吸込み、吹出しの態様としては、天井から吸込んで壁から吹出す、壁から吸込んで壁から吹出す、壁から吸込んで天井から吹出すなどが挙げられる。
前記第1空気搬送手段13によって床下に搬送されて、当該床下で冷めた空気を外部に排出する排出手段18が設けられていることを特徴とする。
また、屋外のにおいや花粉などの物質や構造体から発生するVOC(揮発性有機化合物)等を室内に入れないですむ。
前記第1空気搬送手段13は、床下に配置され、かつ、前記空気流通層の空気が流入する床下配管14を有し、この床下配管14に複数の空気吹出口14aが形成されていることを特徴とする。
そして、熱交換型空気搬送手段によって床下に搬送された空気は熱交換されたものであり、空気流通層の空気より温度が低くなっているが、直接型空気搬送手段によって、空気流通層の暖かい空気を直接床下に搬送するので、熱交換型空気搬送手段のみによって床下に搬送された空気より温度を高くでき、床下暖房の温度低下(床下空間の温度低下)を防止できる。
図1において、符号4は建物の屋根を示す。屋根4は、複数の屋根パネルを敷設することによって構成されている。屋根パネル41は、図4に示すように框材を矩形枠状に組み立てるとともに、この矩形枠の内部に補強用の桟材を縦横に組み付けて枠体41aを構成し、枠体41aの上面に野地板等の面材41bが設けられてなる。そして、図5に示すように、屋根パネル41が複数敷設されることによって、棟5の両側に棟5から軒先に向かって下り勾配を有する屋根面42が形成されている。
太陽電池モジュール8は、矩形薄板状をなすものであり、単結晶シリコンのPVセルをEVA樹脂を使って封入したものである。
フレーム9は、屋根4の傾斜方向に沿って左右に配置される一対の縦枠部9Aと、これら縦枠部9Aの上下端部を接続し、かつ、屋根4の桁方向に沿って配置される上枠部9B及び下枠部9Cとを備えている。これら縦枠部9A、上枠部9B及び下枠部9Cによって太陽電池モジュール8の防水及び補強がなされている。
フレーム9は、屋根4の傾斜方向に沿って左右に配置される一対の縦枠部9Aと、これら縦枠部9Aの上下端部を接続し、かつ、屋根4の桁方向に沿って配置される上枠部9B及び下枠部9Cとを備えている。これら縦枠部9A、上枠部9B及び下枠部9Cによって太陽電池モジュール8の防水及び補強がなされている。
支持レール10は、屋根面42に屋根4の軒先から棟に向けて延在する長尺なものであり、該支持レール10は、棟方向に所定間隔で複数設けられ、隣り合う支持レール10,10によって太陽電池モジュール8が支持されている。
支持レール10は、図4に示すように、内部が中空で縦枠部9Aの固定片92Aを受けてビスB3で固定される縦枠受部101と、この縦枠受部101を支持し、屋根面42上にビスB4で固定される縦枠支持部102とを備えている。縦枠受部101の長手方向に沿った両端には、太陽電池モジュール8及びカバー部材93Aとの間から万が一侵入してきた雨水等が屋根面42上に落ちることを防ぐ止水部103が形成されている。
すなわち、太陽電池モジュール8には、その周縁部が縦枠部9A、上枠部9B及び下枠部9Cの一対の突出片91A、93B、95C内に嵌め込まれることによってフレーム9が取り付けられている。また、図4に示すように、屋根面42上には、支持レール10がその縦枠支持部102がビスB4で固定されることによって取り付けられており、この支持レール102に縦枠部9Aが支持されることによって太陽電池モジュール8が取り付けられている。
具体的には、上下方向に互いに隣接する太陽電池モジュール8は、図5及び図6に示すように、下方に配置される太陽電池モジュール8の上枠部9Bと上方に配置される太陽電池モジュール8の下枠部9Cとにおいて、下枠部9Cの鍔部92Cが上枠部9Bの枠本体91Bの上面に当接するとともに、上枠部9Bの当接片92Bが下枠部9Cの枠本体91Cの側面に当接することによって、互いに遊嵌している。
また、左右方向に互いに隣接する太陽電池モジュール8は、右側に配置される太陽電池モジュール8の縦枠部9Aと左側に配置される太陽電池モジュール8の縦枠部9Aとにおいて、支持レール10の縦枠受部101に各縦枠部9Aの固定片92AがビスB3でそれぞれ固定されている。さらに、これら両縦枠部9Aの上面に形成された開口Kには、ビスB2によりカバー部材93Aが取り付けられている。つまり、左右に隣接する太陽電池モジュール8どうしの間に、カバー部材93Aが配置されている。
このようにして太陽電池モジュール8が、前記屋根面42との間に空気流通層Sを介在させた状態で設けられている。
なお、図1に示すように、太陽電池モジュール8は屋根4の傾斜方向に複数枚設置されるが、棟近傍には、太陽電池モジュール8に代えて、PVセルがないことを除いて太陽電池モジュール8と同様の構造の半透明ガラスモジュール8aが設置される。これによって、空気流通層Sの温度上昇と集熱量向上を図ることができる。なお、半透明ガラスモジュール8aの納まりは、太陽電池モジュール8と同様である。
また、太陽電池モジュール8に代えて、シースルー型太陽電池モジュールや通常の透光性を有するガラス板を使用してもよい。シースルー型太陽電池モジュールは、単結晶シリコンのPVセルを強化ガラス(上面)と透明バックシート(下面)との間に、EVA樹脂を使って封入したものであり、PVセルとPVセルとの間に照射された太陽光が透明バックシートを透過することによって、採光性を確保するようになっている。
ここで、第1空気搬送手段13を屋根面42の棟5側に形成された開口部424に接続したのは、空気流通層S内で加熱された空気を屋根4の棟5側からそのまま第1空気搬送手段13に伝達することができるためである。つまり、温度の高い空気は屋根4の棟5側に上昇し易いことから、第1空気搬送手段13を棟5側に設けた方が軒先側に設ける場合よりも集熱率が高くなるため好ましい。
ダクト13aは、一端部が前記屋根面42に形成された開口部424に接続され、他端部が前記チャンバー13dに接続されたものである。開口部424は屋根の棟方向に沿って複数設けられており、各開口部424にそれぞれダクト13aが接続されている。
ダクト13bは、一端部が前記チャンバー13dに接続され、他端部が前記ファンユニット13eに接続されたものである。
ダクト13cは、その一端部がファンユニット13eに接続されたうえで、建物内に床や壁を貫通して床下に導入されている。
上記のような第1空気搬送手段13は、図1に示すように、空気流通層Sの空気を直接床下に搬送する直接型空気搬送手段131と、後述する熱交換器によって熱交換された空気を床下に搬送する熱交換型空気搬送手段132とを備えている。
第2空気搬送手段16は、部屋15の天井裏に設けられた配管16aと、この配管16aの一端部に設けられて天井に開口する吸込口16bと、配管16aの他端部に設けられて、前記天井に開口する吹出口16cと、部屋15の空気を吸込口16bから吸い込んで、吹出口16cから吹き出させる図示しないファンとを備えている。このファンは前記吸込口16bの近傍に内蔵されている。
また、部屋15の天井裏には、第1空気搬送手段13によって搬送されている空気と、第2空気搬送手段16によって搬送されている空気との間で熱交換する熱交換器17が設けられている。
熱交換器17は、図3に示すように、ダンボールの断面のような形状をしたものを交互に重ねることによって、複数の空気流通路17aを互いに直角に交差するように配置したものであり、一方向の空気流通路17aと他方向の空気流通路17aに温度差のある空気を流すことで、これらの空気が混ざることなく熱の移動を可能としたものである。
そして、本実施の形態では、屋根4の空気流通層S内の加熱された空気を矢印a方向に熱交換器17に流通させ、ファンからの冷たい室内空気を矢印b方向に熱交換器17に流通させ、この熱交換器17にてこれらの空気どうしで熱交換をするようになっている。
熱交換されて少し冷めた空気流通層Sからの空気は床下配管14に流入し、熱交換された暖められた空気は吹出口16cから部屋15に吹出すようになっている。
第1および第2電動ダンパは、図示しないコントローラに接続され、このコントローラに、前記透明ガラスモジュール8aの近傍の空気流通層Sに設置された図示しない温度センサが接続されている。
そして、第1および第2電動ダンパは、空気流通層Sの温度変化に伴って、前記コントローラによって自動的に開閉されるようになっている。例えば、夏季の日中は、第1電動ダンパを閉じるとともに、第2電動ダンパを開けることによって、空気流通層S内の加熱された空気を妻壁の換気ガラリから自然排気し、冬季の日中は、第1電動ダンパを開けるとともに、第2電動ダンパを閉じることによって、空気流通層Sで加熱された空気を、前記第1空気搬送手段13によって床下に搬送するとともに、第2空気搬送手段16によって搬送されている空気との間で熱交換器17によって熱交換するようになっている。
また、空気流通層S内の加熱された空気は、第1空気搬送手段13を構成する熱交換型空気搬送手段132のファンユニット13eのファンによって、空気流通層Sから吸い込まれ、ダクト13a、チャンバー13d、ダクト13b、ダクト13cを流通し、さらに熱交換器17を流通する。
一方、部屋15の比較的冷たい空気は、第2空気搬送手段16のファンによって吸込口16bから吸い込まれ、配管16a、熱交換器17を流通して、吹出口16cから吹き出して再び部屋15に戻される。この際、吸込口16bから吸い込まれた冷たい空気は、第1空気搬送手段13によって搬送されている暖かい空気と、熱交換器17によって熱交換されて加熱されたうえで、吹出口16cから吹き出して再び部屋15に戻される。
また、熱交換器17を流通して熱交換された空気流通層Sからの空気は、床下配管14に流入し、この床下配管14に形成された空気吹出口14aから床下内に吹出す。
そして、直接型空気搬送手段131と熱交換型空気搬送手段132のそれぞれの床下配管14の空気吹出口14aから床下の吹出された暖かい空気は床下暖房として利用され、
床下で冷めた空気は排出手段18によって外部に排出される。
また、部屋15の天井に開口する吸込口16bと吹出口16cとが天井裏に設けられた配管16aによって接続されているので、部屋15の空気を取り込んで再び部屋15に戻すことを容易に行えるとともに、配管16aを流れる冷たい空気は、熱交換器17によって、第1空気搬送手段13によって搬送されている暖かい空気と、熱交換されて加熱されるので、冷たい空気を暖かくして部屋15に確実に戻すことができる。
また、床下で冷めた空気を排出手段18によって外部に排出しているので、この空気が床上の室内に回り込むことがない。したがって、床下に施した防蟻処理等の薬剤が室内に入るのを防止できる。
また、屋外のにおいや花粉などの物質や構造体から発生するVOC(揮発性有機化合物)等を室内に入れないですむ。
加えて、床下配管14に形成された空気吹出口14aから暖かい空気が吹出すので、床下を満遍なく暖めることができる。
また、屋根4の軒先から棟に向けて延在する支持レール10が棟方向に所定間隔で複数設けられており、第1空気搬送手段13が屋根の棟側において空気流通層Sに接続されているので、空気流通層S内で加熱された空気が支持レール10の延在方向に沿ってスムーズに流れて、第1空気搬送手段13に至る。
また、本実施の形態では、第2空気搬送手段16を1系統設けたが、2系統以上設けてもよい。この場合、それぞれの系統の第2空気搬送手段16の配管16aの途中を熱交換器17に接続すればよい。
8 太陽光発電モジュール
13 第1空気搬送手段
14 床下配管
14a 空気吹出口
15 部屋
16 第2空気搬送手段
16a 配管
16b 吸込口
16c 吹出口
17 熱交換器
42 屋根面
S 空気流通層
131 直接型空気搬送手段
132 熱交換型空気搬送手段
Claims (4)
- 建物の屋根面に空気流通層が設けられ、
前記空気流通層の空気を床下に搬送する第1空気搬送手段が設けられ、
部屋の空気を取り込んで再び前記部屋に戻す第2空気搬送手段が設けられ、
前記第1空気搬送手段によって搬送されている空気と、前記第2空気搬送手段によって搬送されている空気との間で熱交換する熱交換器が設けられており、
前記第1空気搬送手段は、前記空気流通層の空気を直接床下に搬送する直接型空気搬送手段と、
前記熱交換器によって熱交換された空気を床下に搬送する熱交換型空気搬送手段とを備えていることを特徴とする太陽光集熱システム。 - 請求項1に記載の太陽光集熱システムにおいて、
前記第2空気搬送手段は、前記部屋の天井裏または壁内の少なくともいずれか一方に設けられた配管と、この配管の一端部に設けられて天井または壁の少なくともいずれか一方に開口する吸込口と、前記配管の他端部に設けられて、前記天井または壁の少なくともいずれか一方に開口する吹出口と、前記部屋の空気を前記吸込口から吸い込んで、前記吹出口から吹き出させるファンとを備え、
前記配管の途中が前記熱交換器に接続されていることを特徴とする太陽光集熱システム。 - 請求項1または2に記載の太陽光集熱システムにおいて、
前記第1空気搬送手段によって床下に搬送されて、当該床下で冷めた空気を外部に排出する排出手段が設けられていることを特徴とする太陽光集熱システム。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の太陽光集熱システムにおいて、
前記第1空気搬送手段は、床下に配置され、かつ、前記空気流通層の空気が流入する床下配管を有し、この床下配管に複数の空気吹出口が形成されていることを特徴とする太陽光集熱システム。
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