JP6303105B2 - スマートエコ空調システム - Google Patents

Description

本発明は、２４時間換気システムに太陽熱と地中熱を利用し、さらにそれらの熱を蓄熱する蓄熱層を備え、エアコン装置で制御する２４時間換気する全館空調のスマートエコ空調システムに関する。

従来の２４時間換気システムは高額な機械式熱交換式システムと熱損失が多い自然給気排気式タイプの第３種換気が一般である。

従来の地熱利用の熱交換システムは、熱交換パイプを地中深く埋設するシステムや送風機や各種センサーなど多種の装置が必要なり、汎用性がない。

従来の太陽熱利用するシステムは屋根の一部に金属、ガラスの集熱材を取付け、棟から太陽熱を採取され、暖房システムとして使用されている。

従来の太陽熱、地中熱や蓄熱などを利用した空調システムは各専用送風ファンで室内を予冷暖房された状態のあり、健康的な住環境するために、新たなエアコン装置や暖房機器などが多種使用されている。

従来の蓄熱システムは、暖房専用の蓄熱システムが一般的である。

従来の太陽光パネルの冷却方法は、水を利用したシステムが一般的である。

引用文献１

特開２０１１−１１１８０６号公報

引用文献２

特開２０１３−１６５７２９号公報

引用文献３

特開２００６−０２３０４３号公報

引用文献４

特開平７−１２００７４号公報

以上に述べた引用文献１乃至４の発明の太陽熱、地中熱や蓄熱の利用した空調システムは、送風機や熱交換機など多種の装置と特別躯体工事が必要となり、複雑なゆえに高額な施工費となる。さらに運転時期が限られた季節のみ利用するのが一般的であり、その他の時期はエアコン装置や暖房機器などの２重３重の設備機器が必要となり、メンテナンスも高額になり、汎用性がない。

上記の課題に着目したものであり、本発明は２４時間換気する全館空調システムを安価で実用性があり、さらに再生可能エネルギー取入れ、１次エネルギーを大幅に削減し、ＣＯ２削減に貢献し、ヒートショックや熱中症を無くし、ゼロエネルギーで健康な暮らしができる２４時間換気する全館空調のスマートエコ空調システムを提供することを目的とする。

発明が解決するための手段

上記課題を解決するために、請求項１記載の２４時間換気するスマートエコ空調システムは、構成要素は、室内機、室外機、熱交換ブロック、三方弁又は開閉弁、屋根一体式太陽光パネル又は屋根置き式太陽光パネル、及び、蓄熱層を備えた２４時間換気する全館空調システムであって、前記太陽光パネルの中央裏から取入れる太陽熱を利用した太陽熱外気と、建物下に埋設した熱交換ブロックから取入れる地中熱を利用した地中熱外気とを温度制御し、三方弁又は開閉弁が前記太陽熱外気又は前記地中熱外気を自動的に切り替え、前記切り替えた外気と換気空気を室内機が給気し、さらに前記室内機が空調した給気空気を蓄熱層に蓄熱しながら床下と室内に吹出し、太陽熱、地中熱や蓄熱を利用したことを特徴とする。

請求項２記載のスマートエコ空調システムは、請求項１において、屋根一体式太陽光パネルの裏に前記温度制御した室内の空気を排気するシステムを備えたことを特徴とする。

請求項３記載のスマートエコ空調システムは、請求項１において、屋根置き式太陽光パネル間をカバーで塞ぎ、前記屋根置き式太陽光パネルの裏から太陽熱外気を取り入れ、及び、前記温度制御した室内の空気を排気するシステムを備えたことを特徴とする。

発明の効果

請求項１記載の本発明の２４時間換気する全館空調のスマートエコ空調システムは、外気温度に対して冬は太陽熱利用で最高２５℃以上高く、又は夏は地中熱利用で１０℃以上低い外気を室内機が取入れ、２４時間換気による熱損失を大幅に削減する。さらに前記の太陽熱外気は蓄熱層を蓄熱しながら、床下と室内と暖房し、特に晴天日は太陽熱外気が高い温度になり暖房費ゼロとなり、また夏は蓄熱層が地中熱で冷やされ、冷房費が大幅に削減される再生可能エネルギーを最大限利用した省エネシステムであり、１次エネルギー消費を大幅に削減し、ＣＯ２を削減し、ヒートショックや熱中症がない健康的な暮らしが可能となる２４時間換気する全館空調システムである。また、夏には２４時間排気熱を利用し、太陽光パネルを冷却し、太陽光発電効率を抑制する。

上記の課題解決手段は、２４時間換気システムの外気として、太陽光一体式屋根瓦システム（引用文献１）の折半裏の太陽熱で温められた外気と、建物の下に埋設した熱交換ブロックの地中熱で冷やされた外気を取入れ、さらに前記の熱交換した外気は室内や蓄熱層も冷暖房するシステムにも利用し、四季を通して再生可能エネルギーの太陽熱や地中熱を利用した健康的な暮らしができる２４時間換気する全館空調システムになる。

請求項２記載の本発明は屋根一体式太陽光パネル３の中央に排気熱Ｄを排気し、屋根一体式太陽光パネル１１に冷却し、太陽光パネルの発電効率をアップする効果を奏する。

請求項３記載の本発明は、屋根置き太陽光パネル１１間に蓋（カバー）１２ですき間をふさぎ、屋根一体式太陽光パネル３と同様に、屋根置き太陽光パネル１１の中央から太陽熱Ｂを取入れ、さらに排気熱Ｄを屋根置き太陽光パネル１１に排気し、太陽光パネルを冷却し、太陽光パネルの発電効率をアップする効果を奏する。

本発明の実施形態を示す構成面図である。 本発明のブロック形状の形態を示す比較面図である。 本発明の熱交換ブロックを配置した構成面図である。 本発明の蓄熱ブロックを配置した構成面図である。 本発明の太陽熱吸気を示す構成面図である。 本発明の太陽光パネル断面図を示す構成面図である。 本発明の屋根置き太陽光パネルの構成図である

以下、本発明の実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。

本発明は建物１００の実施形態を図１に示す。建物１００において、屋根一体式太陽光パネル３を屋根瓦として設置し、土間コンクリート地下に熱交換ブロック７と蓄熱層１０２を構成する蓄熱ブロック８を埋設し、室外機２の背面側に対して建物１００に風圧弁９設置し、建物１０１内に室内機１と三方弁又は開閉弁４と換気扇１０を設置し、２４時間換気する全館空調のスマートエコ空調システムである。

本発明の２４時間換気するスマートエコ空調システムは、構成要素は、室内機、室外機、熱交換ブロック、三方弁又は開閉弁、屋根一体式太陽光パネル又は屋根置き式太陽光パネル、及び、蓄熱層を備えた２４時間換気する全館空調システムであって、前記太陽光パネルの中央裏から取入れる太陽熱を利用した太陽熱外気と、建物下に埋設した熱交換ブロックから取入れる地中熱を利用した地中熱外気とを温度制御し、三方弁又は開閉弁が前記太陽熱外気又は前記地中熱外気を自動的に切り替え、前記切り替えた外気と換気空気を室内機が給気し、さらに前記室内機が空調した給気空気を蓄熱層に蓄熱しながら床下と室内に吹出し、太陽熱、地中熱や蓄熱を利用したシステムである。

また、屋根一体式太陽光パネルの裏に前記温度制御した室内の空気を排気するシステムを備えている。

さらに、屋根置き式太陽光パネル間をカバーで塞ぎ、前記屋根置き式太陽光パネルの裏から太陽熱外気を取り入れ、及び、前記温度制御した室内の空気を排気するシステムを備えている。

この発明は、２４時間換気システムの外気を取り入る屋根一体式太陽光パネル３は、山谷がある折半の上に太陽光パネル（図６）を施工した商品であり、水処理やメンテナンスも考慮したシンプルな屋根一体式工法であり、軒下から棟に向かって外気Ａａが山谷部を流れ、棟から排気するシステムであり、建物１００の屋根に軒先と棟間の中央に谷部を施工し、さらに破風間の中央から外気Ａａ取入れるフード１３を設置し、屋根一体式太陽光パネル３下の折半の山側から暖められた太陽熱外気Ｂが均等に効率良く吸気できる。

２４時間換気システムの暖房運転時は、室内機１のファンを利用し、屋根一体式太陽光パネル３の裏の外気Ａａは１７℃以上を吸気し、外気Ａａが１６℃以下の場合は外気Ａｂを吸気するように温度制御し、前記の温度制御されたそれぞれの太陽熱外気Ｂと地中熱外気Ｃは三方弁又は開閉弁４で制御し、室内機１内に吸気される。前記開閉弁としては電動弁や電磁弁などの流路を開閉する弁で有れば良い。

一方、冷房運転時は、すべて外気Ａｂから地中熱外気Ｃを室内機１に吸気し、外気Ａａは屋根一体式太陽光パネル３の棟から自然に大気に排気する再生可能エネルギーを利用した２４時間換気システムである。

前記の２４時間換気に吸気した太陽熱空気Ｂは、外気Ａａに対して最高２５℃以上アップし、蓄熱層１０２を暖めながら室内も暖房に利用するため、２４時間換気による熱損失が無くなり、一次エネルギー消費が大幅に減少する。さらに、暖房する電気代金では７５〜８０％以上大幅に削減できる。

また前記の地中熱空気Ｃは、建物１００の基礎下に防湿シート５を敷き、その上に断熱材６を敷き、その上に熱交換ブロック７（図２ａ）を配置施工（図４）し、その上に防湿シート５で被い、さらにその上に一般的な鉄筋入りの土間コンクリートを施工した構造体に外気Ａｂを熱交換ブロック７内に吸気し、地中熱温度１６〜２０℃や床下温度により、冷暖房された地中熱空気Ｃとなる。

２４時間換気システムの太陽熱外気Ｂと地中熱外気Ｃは、三方弁又は開閉弁４で制御され室内機１内に吸気され、還気空気Ｅと混合し、給気空気Ｆとなり、室内機１が蓄熱ブロック８に送り込み蓄熱層１０２に給気空気Ｆを蓄熱しながら床下と室内１０１を冷暖房する２４時間換気する全館空調システムである。

前記の蓄熱ブロック８は、建物１００の基礎下に防湿シート５を敷き、その上に断熱材６を敷き、蓄熱ブロック８（図２ｃ）を配置施工（図３）し、その上に防湿シート５で被い、さらにその上に一般的な鉄筋入りの土間コンクリートを施工した構造体であり、前記の太陽熱空気Ｂや給気空気Ｆなどを蓄熱する。よって、蓄熱ブロックにより、蓄熱層１０２が構成される。

上記の様に、室内機１のファンを利用し、２４時間換気システムとして太陽熱外気Ｂと地中熱外気Ｃを吸気し、（図に記載はありませんが、室内機１の前にフィルターや空気清浄機を設置するとより健康環境になる）建物１００に設置した風圧弁９から室内１０１の排気空気Ｄが室外機２に背面に向かって排気され、室外機２のヒートポンプ効率を抑制する第２種換気システムであり、室内の気圧が屋外よりも高くなるので、室内に塵やホコリなどが入りにくくなる一方、壁内結露が起こりやすい問題があるが、２４時間全館空調システムの特徴である除湿気味になりことにより、結露問題が解消される。一方、建物１００の構造体により、第１種や第３種換気システムに変更することも可能である。

さらに、冷房運転時の排気空気Ｄは、三方弁又は開閉弁４で制御し、換気扇１０で排気空気Ｄを屋根一式太陽光パネル３の裏に排気し、屋根一式太陽光パネル３裏の温度（特に真夏は７０℃以上）を排気空気Ｄ（２６℃）で冷却し、発電効率をアップさせる効果も備わる。

従来の蓄熱に使用されているブロックは図２ａに示すような基本ブロックや図２ｂに示すような横筋ブロックであり、図２ａの基本ブロックを配置した場合は、交互に配置した面の空気の通過面積がブロック中心の穴に対して５０％なり、空気循環抵抗が大きくなる。また、図２ｂの横筋ブロックを配置した場合は、交互に配置した面の外周のみ空気の通過経路となり、蓄熱する表面積が３０％以下となる。本発明である蓄熱ブロック８（図２ｃ）は、ブロック中心の３個の穴を貫通し、３方向の側面が半円になっているために、交互に配置（図３）した場合に、ブロック中心の３個の穴と側面の穴が同じ大きさになり、給気空気Ｆを均一に循環し蓄熱することが可能となる。

この発明の実施形態に示す図１の建物１００は、屋根や外壁、基礎などは高断熱高気密工法を採用し、窓は２重ガラス（Ｌｏｗ−Ｅ）以上が望ましい。

この発明の実施形態図１の暖房運転時の２４時間換気システムについて、たとえば冬の外気Ａｂが９℃の場合、晴れた日中は屋根一体式太陽光パネル３の裏の外気Ａａは３０℃以上になり、太陽熱外気Ｂ（３０℃以上）を２４時間換気用として吸気し、さらに室内１０１の暖房にも利用できる。

さらに冷房運転時の２４時間換気システムについては、たとえば夏の日中外気Ａｂが３２℃の場合、建物１００の地下に埋設した熱交換ブロック７（地中温度１９℃前後）を利用することにより、外気Ａｂが２９℃前後の地中熱外気Ｃになり、３℃冷やされた２４時間換気用として吸気し、前記の温度制御で三方弁又は開閉弁４が自動的に制御し、太陽熱空気Ｂ又は地中熱空気Ｃを効率的に取り入れ、再生可能エネルギーを利用した２４時間換気する全館空調システムである。したがって、熱交換ブロック７はエアコンの負荷をさらに減少させる効果がある。

この発明の蓄熱層１０２の効果は、たとえば上記の施工方法において、蓄熱ブロック８を約３５０個以上施工した場合の蓄熱効果は、深夜時間帯を利用した冷暖房運転を行い、室内機１から給気空気Ｆされる熱量１００％に対して、蓄熱層１０２の蓄熱量は約６０％以上あり（近畿大学データ解析）、残り熱量４０％以下で室内１０１を冷暖房している。蓄熱層１０２の熱量が不足の場合はエアコンが自動的に作動する。また、蓄熱効果を上手に利用することにより、日中の電力ピークカットに貢献し、温暖化防止にも貢献できる。

室内機１の設置場所は、図１に示すように床下空間に設置することが、ダクトや冷媒管が最短で施工でき、熱効率が良い案ですが、建物の状況により、屋根裏やロフトスペースに設置することも可能である。建物１００の大きさにより、三相三線式動力電力が必要となる場合には、一部の電力会社において、「低圧蓄熱調整契約」が可能になる。

さらに図７に示すように、屋根置き太陽光パネル１１間に蓋（カバー）１２ですき間をふさぎ、屋根一体式太陽光パネル３と同様に、屋根置き太陽光パネル１１の中央から太陽熱Ｂを取入れ、さらに排気熱Ｄを屋根置き太陽光パネル１１に排気し、太陽光パネルを冷却し、太陽光パネルの発電効率をアップするシステムも備える。

さらに、蓄電システムやエネファームシステムなどを組合せて施工することにより、省エネでかつ健康で安全なゼロエネ住宅が完成する。

１：室内機
２：室外機
３：屋根一体式太陽光パネル
４：三方弁又は開閉弁
５：防湿シート
６：断熱材
７：熱交換ブロック
８：蓄熱ブロック
９：風圧弁
１０：換気扇
１１：屋根置き太陽光パネル
１２：蓋（カバー）
１３：フード
１００：建物
１０１：建物室内
１０２：蓄熱層
Ａ（Ａａ／Ａｂ）：外気
Ｂ：太陽熱外気
Ｃ：地中熱外気
Ｄ：排気空気
Ｅ：還気空気
Ｆ：給気空気

Claims (2)

1. 室内機と室外機と熱交換ブロックと三方弁又は開閉弁と太陽光パネルと蓄熱層を備えた２４時間換気と全館空調するシステムであって、前記太陽光パネルの中央裏から取入れる太陽熱を利用した太陽熱外気と、建物下に埋設した前記熱交換ブロックを利用した地中熱外気とを前記三方弁又は開閉弁が自動的に切り替え、切り替えた前記外気と換気空気とを前記室内機が吸気し、さらに前記室内機が空調した給気空気を前記蓄熱層に送り込み、さらに床下と室内に吹出し、太陽熱と地中熱と蓄熱を取入れたことを特徴とする２４時間換気と全館空調システム。
2. 太陽光パネルの裏に室内空気を排気することを特徴とする請求項１に記載する空調システム。