JP6968235B2 - 太陽熱ルーフィングシステム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１４年３月７日に出願された「太陽熱ルーフィングシステム」との名称の米国仮出願第６１／９４９，４８２号の利益を主張し、２０１３年９月６日に出願された「ルーフィング、クラッディング又はサイディング製品、その製造、及びその太陽エネルギー回収システムの一部としての使用」との名称の米国特許出願第１４／００３，７４１号に関連する。これらの開示はここに、その全体がすべての目的のために参照により組み入れられる。

このセクションは、特許請求の範囲に記載される本発明の背景又は文脈を与えることを意図する。ここでの記載は、追及され得る概念を含み得るが、必ずしも、以前に着想され又は追及されてきたものではない。したがって、ここに特に示されない限り、このセクションに記述されることは、本願の明細書及び許請求の範囲に対する先行技術というわけではなく、このセクションに含まれることによって先行技術として認められるわけでもない。

太陽熱収集システムは、集熱器を介して太陽スペクトルから太陽エネルギーを熱として収集する。例えば、太陽熱収集システムは、建物内の水又は環境を加熱するべく使用される太陽エネルギーを収集するために、建物のルーフすなわち屋根に設置され得る。しかしながら、このシステムは、取り付けブラケット又は他のハードウェアにより、既存の屋根及び／又は壁にボルト留めされ得る。こうしたタイプのシステムは、建物の構造物に統合されることがないのが典型的であり、太陽エネルギーを効率的に収集して建物に提供することができない。

本開示の一実施形態は、太陽熱制御システムに関する。制御システムは、太陽エネルギーを受けるべく構成された膜を含む。膜は、当該膜と構造物の外面との間に、当該外面に結合することによってキャビティを形成するべく構成される。太陽エネルギーはキャビティ内の空気を加熱するべく構成される。膜は、当該外面に接触して当該外面の上方に一定距離だけ当該膜を持ち上げて当該キャビティを形成するべく構成された（例えばパッカーとして一体的又は別個に設置される）脚を含んでよい。外面上方の距離、及びキャビティのサイズは、脚の高さに直接関連し得る。

制御システムはまた、キャビティに接続されて当該キャビティからの空気を受けて方向付けするべく構成された熱収集ユニットを含む。熱収集ユニットは、当該外面に取り付けられるように構成されたフランジを有するフードを含み得る。フランジは、外面のピッチに整合するように構成される。熱収集ユニットはまた、熱交換モジュール及びファンモジュールを含み得る。ファンモジュールは空気を、システムを通るように駆動する。システムはまた、熱収集ユニットに結合されたダクトシステムを含む。ダクトシステムは、熱収集ユニットからの空気を、構造物の内部及びベントの少なくとも一方へと方向付けるように構成される。システムはまた、熱収集ユニットからの空気を受けて当該空気を外気中に排出させるべく構成されたベントリッジも含み得る。ベントリッジは、空気をベントするための一以上の抽出点を含み得る。

本開示は、同じ参照番号が同じ要素を言及する添付図面と併用される以下の詳細な説明からより十分に理解される。
典型的な一実施形態に係る太陽熱制御システムの模式的な例示である。 典型的な一実施形態に係る太陽熱制御システムのためのルーフィングタイルの底面図である。 図２のルーフィングタイルの側面図である。 典型的な一実施形態に係る一連のオーバーラップするルーフィングタイルの側面図である。 他実施形態に係る平坦なルーフ膜のためのオーバーラップするルーフィングタイルの正面斜視図である。 典型的な一実施形態に係る太陽熱制御システムのための熱収集ユニットの等角図である。 典型的な一実施形態に係る熱収集ユニットのためのフードの等角図である。 典型的な一実施形態に係る修正構成のフードの等角図である。 典型的な一実施形態に係る追加の機能モジュールを有する熱収集ユニットの分解図である。 図８の熱収集ユニットの等角図である。 典型的な一実施形態に係る太陽熱制御システムのベントリッジのためのリッジクリップの斜視図である。 典型的な一実施形態に係るベントリッジのためのリッジタイルの斜視図である。 典型的な一実施形態に係るベントリッジの斜視図である。 一実施形態に係る太陽熱制御システムの模式的な例示である。 一実施形態に係る可撓性ダクトシステムを有する太陽熱制御システムの模式的な例示である。 一実施形態に係る逆空気流を有する太陽熱制御システムの模式的な例示である。 一実施形態に係る逆空気流を有する他の太陽熱制御システムの模式的な例示である。 第１のルーフィングタイル試験環境の例示である。 第２のルーフィングタイル試験環境の例示である。 一実施形態に係る双方のルーフィングタイル試験環境において測定された、雲のない日の温度のグラフ表現である。 一実施形態に係る５日間にわたる熱交換器の前段及び後段における温度の相関のグラフ表現である。 一実施形態に係る周囲空気との熱交換器の前段及び後段における温度のグラフ表現である。 一実施形態に係る熱交換器に接続された温水シリンダとの熱交換器の前段及び後段における温度のグラフ表現である。 一実施形態に係る一定期間の日々にわたるエネルギー及び効率の計算を示す表である。 一実施形態に係る異なるルーフスパンに対するルーフキャビティ空気温度のグラフ表現である。 一実施形態に係るルーフキャビティを通る空気流のグラフ表現である。 一実施形態に係る水タンクを加熱するシミュレーションのグラフ表現である。 一実施形態に係る太陽熱制御システムの模式的表現である。 一実施形態に係る制御センサを有する太陽熱制御システムの模式的表現である。 一実施形態に係るファン速度制御を有する太陽熱制御システムの模式的表現である。 一実施形態に係る水循環を有する太陽熱制御システムの模式的表現である。 一実施形態に係る空間加熱を有する太陽熱制御システムの模式的表現である。 一実施形態に係る太陽熱制御システムのための閉ループ構成の模式的表現である。 一実施形態に係るハイブリッド水加熱特徴部を有する太陽熱制御システムの模式的表現である。 一実施形態に係るハイブリッド太陽熱制御システムの模式的表現である。 一実施形態に係る太陽熱制御システムのための様々な構成の模式的表現である。 一実施形態に係る太陽熱制御システムのための様々な構成の模式的表現である。 一実施形態に係る太陽熱制御システムのための様々な構成の模式的表現である。 一実施形態に係る太陽熱制御システムのための様々な構成の模式的表現である。 一実施形態に係る太陽熱制御システムの異なる構成に関連付けられた様々な性能統計値のグラフ表現である。 一実施形態に係る太陽熱制御システムの異なる構成に関連付けられた様々な性能統計値のグラフ表現である。 一実施形態に係る吸収ベースの空間冷却を有する太陽熱制御システムの模式的表現である。 一実施形態に係る太陽熱制御システムの様々な構成に関連付けられた加熱性能のグラフ表現である。 一実施形態に係る太陽熱制御システムの様々な構成に関連付けられた加熱性能のグラフ表現である。 一実施形態に係る太陽熱制御システムの様々な構成に関連付けられた加熱性能のグラフ表現である。 一実施形態に係る太陽熱制御システムの様々な構成に関連付けられた加熱性能のグラフ表現である。 一実施形態に係る水加熱プロセス中の太陽熱制御システムの様々な構成に関連付けられた性能統計値のグラフ表現である。 一実施形態に係る水加熱プロセス中の太陽熱制御システムの様々な構成に関連付けられた性能統計値のグラフ表現である。 一実施形態に係る太陽熱制御システムの模式的表現である。 典型的な一実施形態に係る太陽熱制御システムのための熱収集ユニットの側面図である。 図４０の熱収集ユニットの分解等角図である。 典型的な一実施形態に係る図４０に示された熱収集ユニットのためのフードの分離側面図である。

典型的な実施形態を詳細に例示する図面を参照する前に理解すべきことだが、本願は、明細書に記載された又は図面に示された詳細又は方法論に限定されない。またも理解すべきことだが、用語は説明のみを目的としており、制限と認めるべきではない。

一般に図面を参照すると、太陽熱システムが示される。太陽熱システムが図面全体を通してルーフ設置として示されるにもかかわらず、このシステムは、建物又は構造物の任意の下支え材料（例えば壁、ルーフ等）に、当該構造物において太陽エネルギーを収集するべく取り付けられ又は結合されてよい。太陽熱システムは、建物構造物の下支え材料とともにキャビティを形成する外側クラッディング又は外部膜（例えば一以上のルーフィングタイル）からなる太陽収集器を含み得る。このシステムは、キャビティから空気を抽出することによって態様エネルギーから熱を収集するべく構成される。太陽熱システムはまた、熱収集ユニット（例えば保熱箱）も含む。熱収集ユニットは、外部膜の下に取り付けられてキャビティに接続され、当該キャビティからの空気流を収集及び方向付けすることができる。このシステムはまた、太陽熱システムの中で空気の流れを方向付けるダクト（すなわちダクトシステム）も含み得る。ここに記載されるシステムは、暖かい季節の間に建物又は他の関連構造物の中への熱負荷を低減することと、寒い季節の間に建物又は他の構造物の中で生成される熱エネルギーの逃避を低減することとにより、建物の効率（例えばエネルギー効率）を与えるという付加的な利益を与える。

図１を参照すると、典型的な一実施形態に係る太陽熱制御システム１００が示される。システム１００は、建物又は他の構造物の最も外側の（例えば最上位の）表面を形成するべく構成され得る。システム１００は、関連建物の下支え材料１１２（例えば建築用紙、合板、乾式壁材）を覆うべく構成されたルーフィング膜１０２を含む。ルーフィング膜１０２は少なくとも部分的に、下材料１１２を含む構造物を風雨から保護するべく全天候型材料から作ることができる。ルーフィング膜１０２は、太陽光を吸収するべく構成されたソーラーパネルのような材料から作ることもできる。典型的な一実施形態において、ルーフィング膜１０２は、図２から４に示されるように複数のオーバーラップするセクション（例えばタイル、屋根板等）から作られる。

ルーフィング膜１０２は、空気が膜１０２と下材料１１２との間を流れるキャビティ１０８を形成するべく構成される。典型的な一実施形態において、キャビティ１０８内の空気は、ルーフィング膜１０２が捕捉した太陽光（すなわち太陽エネルギー）によって加熱される。暖かい空気が、キャビティ１０８から引き出され、保熱箱１０４として示される熱収集ユニットの中に入る。暖かい空気の典型的な経路が図１の矢印で例示される。保熱箱１０４は、キャビティ１０８に流体接続され、キャビティ１０８から暖かい空気を受けるべく構成される。保熱箱１０４及び他の同様の収集ユニットは、図５から９に具体的に示されるとともに以下にさらに詳述される。

空気は熱収集ユニット１０４から引き回されて（図１によれば下方の）建物の中に入り、建物内の水又は環境を加熱するべく使用されるか、又は、空気は、システム１００のベントリッジ１０６を介して外気へと排気される。そうでなければ空気はまた、この実施形態又は他実施形態における建物から（例えば切妻端のような外壁へのダクトを介して）ベントされてもよい。ベントリッジ１０６は、ルーフィング膜１０２の一部分を覆うべく構成され、少なくとも一つの抽出箇所を与える。この抽出箇所は、過剰な暖かい空気をシステム１００から（例えば保熱箱１０４から）排気する開口１１４として示される。システム１００は、他実施形態において任意数の抽出箇所（例えば開口、排気エリア等）を含み得る。抽出箇所の数は、ルーフ若しくは関連建物のサイズ及び／若しくは形状、並びに／又は熱制御システム１００の特定アプリケーションに依存し得る。典型的な一実施形態において、抽出箇所の数は、熱制御システム１００の特定の機能又はアプリケーションに役立つように最小限にされる。例えば、一実施形態において、システム１００は、ルーフのリッジ線沿いの中心に位置決めされた一つの抽出箇所を含み得る。ベントリッジ１０６及びその主要コンポーネントは、図１０から１２に具体的に示されるとともに以下にさらに詳述される。

ここで図２及び３を参照すると、典型的な一実施形態に係るルーフィングタイル２００が示される。この実施形態において、図４に示されるように、ルーフィング膜１０２、又はシステム１００のための他の同様の外側クラッディング若しくはカバーを形成するべく、２つ以上のルーフィングタイル２００を組み合わせる（例えば結合、積層、重ね合わせ等をする）ことができる。各ルーフィングタイル２００は、アンダーラップセクション２０２（例えば底部セクション、下方セクション等）及び例えば２０４（例えば頂部セクション、上方セクション等）を含む。これらのセクション２０２及び２０４は同様の材料から作られてよい。典型的な一実施形態において、これらのセクション２０２及び２０４は、膜１０２を形成するべく当該セクション２０２及び２０４がオーバーラップするように、同様の寸法を有し、同様のエリアを含む。

アンダーラップセクション２０２は、関連建物の下材料１１２（又は他の外面）上に載置される脚２０６を含む。脚２０６は、アンダーラップセクション２０２の残りの部分を、下材料１１２から一定距離だけ持ち上げる。脚２０６が下材料１１２上に載置されているとき、アンダーラップセクション２０２と下材料１１２との間に（すなわち脚２０６まわりに又は脚２０６同士の間に）キャビティ１０８が形成される。脚２０６は、所望の又は必要なキャビティ１０８に応じた形状とされ得る。例えば、脚２０６の高さは、キャビティ１０８を通るように意図される空気流に関連し、高さが高くなると空気流が多くなる。脚２０６の形状及びサイズは、理想的な空気流のために最適化することができる。一例として、脚２０６のような脚は、空気が収集ユニット（例えば保熱箱１０４）に向かって横切っている間の最大限の熱利用を目的として層流をかく乱するように配置され得る。脚は、当該脚及び／又はシステム１００の特定のアプリケーション及び要件に応じて中実又は中空としてよい。脚２０６は、空力抵抗を最小限にして脚２０６まわりの及びキャビティ１０８を通る空気流を増進させ得る。例えば、脚２０６は、丸まった前縁を有してよく、近似的にＵ字形状としてよい。典型的な一実施形態において、脚２０６は、（例えば脚２０６及び／又はキャビティが近似的に２０ミリメートルの高さを有する場合）ルーフィングタイル２００と下材料１１２との間に近似的に２０ミリメートルの空隙を与えるサイズ及び形状である。空隙（例えばキャビティ１０８）は、空気を一セクション（例えばルーフィングタイル２００）又はルーフ（例えば膜１０２）全体から、中心に位置決めされた熱収集ユニット（例えば保熱箱１０４）へと引き込むことが意図される。しかしながら、建物構造物のルーフは、熱エネルギー取り出しを最適化するべく複数の収集ユニットを包含してよい。例えば、一実施形態において、太陽熱エネルギーは、第１ルーフ表面から収集して（例えばダクト及びダンパーのシステムを介して）第２ルーフ表面へと向けて当該第２ルーフ表面上の雪を溶融することができる。他実施形態において、複数ルーフ表面の第１ルーフ表面又は一セクションを水加熱に利用することができ、複数ルーフ表面の第２ルーフ表面又は一セクションを空間加熱に利用することができる。

アンダーラップセクション２０２は、システム１００の特定のアプリケーションに適切な任意数の脚２０６を含み得る。例えば、アンダーラップセクション２０２は、大量の空気流がキャビティ１０８を通る必要がある場合（すなわちキャビティ１０８内に大きな空気空間をもたらすべく）少ない脚２０６を含み得る。アンダーラップセクション２０２はまた、ルーフィングタイル２００が特に重い材料から作られている場合（すなわちタイル２００の重量を支持するべく）多くの脚２０６を含んでもよく、ルーフの、歩行往来が相対的に高いエリアに（例えば任意のサービス要員又は他の人のルーフ上の重量を支持するべく）配置される。脚２０６は、下材料１１２の上方にアンダーラップセクション２０２を適切な距離だけ持ち上げてキャビティ１０８をもたらすべく、アンダーラップセクション２０２にわたって近似的に等間隔とされ得る。

アンダーラップセクション２０２はまた、セクション２０２と２０４との間の分割線２１０近くに位置決めされる固定箇所２０８も含む。固定箇所２０８は、ルーフィングタイル２００を保熱箱１０４のような熱収集ユニットに取り付ける取り付け箇所を与え得る。固定箇所２０８は、サイズが決められて、例えばタイル２００をユニット１０４に取り付けるように、関連熱収集ユニット１０４の一以上の特徴物に対してアンダーラップセクション２０２に位置決めされる。固定箇所２０８は、熱収集ユニットを参照して以下にさらに詳述される（図５から９を参照）。

ここで図４Ａ及び４Ｂを参照すると、典型的な一実施形態に係るルーフィング膜１０２が示される。ルーフィング膜１０２は、傾斜した若しくは角度付きのルーフ（図４Ａ）又は実質的に平坦なルーフ（図４Ｂ）のために構成することができる。図４Ａの実施形態において、ルーフィング膜１０２は、複数のオーバーラップするルーフィングタイル２００から形成される。各タイル２００のオーバーラップセクション２０４は、隣接タイルのアンダーラップセクション２０２を覆う。一実施形態において、タイル２００のセクション２０２及び２０４は、ルーフィング膜１０２を安定にするべく互いに結合され得る。例えば、セクション２０２及び２０４はそれぞれが、タイル２００を結合するべく互いに連動するように構成された対応ロックアセンブリを含み得る。さらに、ロックアセンブリは、上基板表面と下基板表面との間の熱伝達を最適化するように構成することができる。

ルーフィング膜１０２は、この実施形態においてシール１１６を含む。シール１１６は、キャビティ１０８（すなわちルーフィング膜１０２と下材料１１２との間の空間）を、シール１１６のエリアにおいてシールするように構成される。典型的な一実施形態において、シール１１６は、キャビティ１０８内の空気の方向付け及び収集を支援するべく、ルーフの最も高い箇所においてルーフィング膜１０２の下に設置される（例えば図４Ａのルーフのような傾斜ルーフにおいて）。他実施形態において、システム１００は、空気をシステム１００内に（例えばキャビティ１０８内に）シールするべく、シール４０２と同様の他のシールも含み得る。このシールは、空気及びデブリ双方と水分の浸入を防止及び大幅に低減するべく構成された雨よけを含む。加えて、空気の通過を許容しながらデブリ及び水分の浸入を防止するべく（例えば開始段のタイルの下に）フィルタを設置してもよい。

ここで図５を参照すると、典型的な一実施形態に係る熱収集ユニット１０４が示される。熱収集ユニット１０４は、キャビティ１０８に流体接続され、キャビティ１０８から方向付けされた空気（例えば加熱された空気）を収集するべく構成される。 この空気は、関連建物内で使用される水を加熱するべく、又は熱若しくは他のエネルギーを建物環境に与える（例えば建物内の周囲温度を上昇させる）べく、熱収集ユニット１０４から方向転換させてもよい。他実施形態において、熱収集ユニット１０４は、空気から熱、ひいては湿度（例えば水分）を除去する。その後、除湿かつ冷却された排気は、関連建物の居住可能空間を冷却するべく使用することができる。除去された熱は、水塊（例えばタンク、プール、スパ等）又は他の流体若しくは媒体に伝達され得る。熱収集ユニット１０４は、関連建物の外側から設置してよい。熱収集ユニット１０４は典型的に、ルーフィング膜１０２の取り付け又は設置に先立って設置される。例えば、建物のルーフの中に（例えば下材料１１２を通るように）、熱収集ユニット１０４にフィットするサイズとされた開口が形成され得る。この開口は、下材料１１２に孔を開けることによって形成してよい。熱収集ユニット１０４は、開口の中に置かれ、当該開口をシールするルーフィング膜１０２により覆われる。熱収集ユニット１０４が特に、例示のルーフ内に設置されるように構成され、ルーフィングタイル２００により形成されたキャビティ１０８から空気を受けるように構成されるにもかかわらず、ユニット１０４は、波形の鉄タイル又はテラコッタタイルを含む下側部に同様のキャビティを与える任意の同様な熱制御システムとともに使用してよい。

図５に例示の実施形態において、熱収集ユニット１０４は、複数のリブ５０４とベース５０６とを有するフード５０２を含む。ベース５０６からは空気がダクト通気される。フード５０２は、熱収集ユニット１０４を設置するときに、建物のルーフのピッチ（例えば、勾配、角度、険しさ等）に近似的に整合させる必要があり得る。フード５０２は、ベース５０６と結合して熱収集ユニット１０４を形成するように構成される。リブ５０４は、熱収集ユニット１０４が建物に設置された後にフード５０２に付加してよい。リブ５０４は、ルーフィングタイル２００の固定箇所を与え得る。例えば、タイル２００のうちの一つの固定箇所２０８は、タイル２００をユニット１０４に結合するべくリブ５０４に取り付け又は結合することができる。これにより、タイル２００及び／又はユニット１０４を安定にすることができる。一実施形態において、シール１１６は、第１端が当該リブ５０４のうちの一つに結合され、第２端がルーフィング膜１０２に結合されるように構成される。これにより、近似的に気密なシールが膜１０２と熱収集ユニット１０４との間に形成される。他実施形態において、様々なルーフピッチに適合してシールするべく可撓性かつアコーディオン状の材料を使用してよい。

フード５０２はまた、熱収集ユニット１０４の頂部にあるリブ５０４同士の間に配置された開口５０８、５１０及び５１２を含む。開口５０８、５１０及び５１２は、ベントリッジ１０６における抽出箇所を通してキャビティ１０８から空気を受け及び／又は建物の外側に空気を方向転換若しくは排気するように構成してよい。他実施形態において、フード５０２は、これよりも多い又は少ない開口を含んでよく、当該開口は、それ以外に、太陽熱制御システム１００及び／又は熱収集ユニット１０４の特定のアプリケーションに応じて構成してよい。例えば、開口は、特定の建物のエネルギー要求及びベント要求に応じたサイズとして位置決めしてよい。典型的な一実施形態において、熱収集ユニット１０４は、開口５０８及び５１０を通して空気を収集し又は受け、開口５１２を通してベントリッジ１０６まで空気を送るように構成される。他実施形態において、空気は、閉じた系を形成するべく膜１０２の下にあるルーフの低い部分へと排気される。かかる実施形態は、寒い気候（例えば、赤道から離れた地域、高度が高い環境等）において好ましくなり得る。空気は、ひとたびフード５０２の中に受け入れられると、ベース５０６を通して建物の中へと方向転換され得る。ベース５０６の頂部開口５１６は、フード５０２からの空気を受けるべく構成され、その空気は、ベース５０６の底部開口５１４を通して関連建物の中へ方向転換され得る。

熱収集ユニット１０４を建物の中に設置するべく、下材料１１２に（例えばユニット１０４の一以上の寸法に応じて）ユニット１０４の近似形状の孔を開けてもよい。ユニット１０４はその後、開口の部位に設置され得る。ユニット１０４は、ユニット１０４を下材料１１２に取り付け又は結合するべく構成された一以上の特徴物を含み得る。ここで図６及び７を参照すると、熱収集ユニット１０４のためのフード６０２が示される。フード６０２は、フード５０２と同様としてよく、フード５０２を参照して記載されたいずれかの特徴物又は機能を含んでよい。図６は、予め修正された（例えばフランジのない）構成のフード６０２を示す。図７は、修正された（例えばフランジ付き）構成のフード６０２を示す。この構成は、フード６０２を建物の中に設置するのに有用となり得る。

図６に示されるように、フード６０２は、熱収集ユニットを建物のルーフに固定するフランジ６０６をもたらすべく曲げられる余剰材料６０４（図７参照）を含む。余剰材料６０４は、フランジ６０６をもたらすときの支援となる一連のマーキング６０８を含む。例えば、各マーキング６０８は、標準の又は典型的なピッチのような、ルーフの固有のピッチに対応し得る。図７に示されるように、余剰材料６０４は、フランジ６０６を形成するべく曲げられ及び／又は切断され得る。例えば、余剰材料６０４は、フード６０２の後方コーナー６１０に沿って切断されてよく、側部６１２は、図７の構成に近似するように曲げられてよい。ひとたびフード６０２がルーフピッチに合わせて修正されると、フード６０２は、ベース（例えばベース５０６）に接続してよく、完全な熱収集ユニット１０４がルーフの中に（例えば下材料１１２にある孔を通して）挿入される。フランジ６０６はその後、熱収集ユニット１０４を所定位置に保持又は固定するべく関連建物のルーフに（例えば下材料１１２に接触するように）取り付けられ得る。その後リブ５０４が設置され、ユニット１０４は、ルーフィング膜１０２によって覆われる。代替的に、適切なシールを維持しながらルーフピッチに自動的に合わせるべく、可撓性材料（例えばアコーディオンスタイル）を使用してもよい。

ここで図８及び９を参照すると、一実施形態に係る他の熱収集ユニット８００が示される。ユニット８００は、ユニット１０４と同様であるが、付加的な特徴物及び／又は機能を含むように修正されている。この実施形態において、ユニット８００は、リブ８０４を有するフード８０２を含む。これらは、熱収集ユニット１０４のフード５０２及びリブ５０４と同様である。熱収集ユニット８００はまた、ユニット１０４のベース５０６と同様の態様でフード８０２の底に結合される熱交換モジュール８０６も含む。熱交換モジュール８０６は、フード８０２から空気を受けるように構成される。明確性を目的として、熱交換モジュール８０６は、一つのコンポーネント又はセクションに包含された媒体から、他のコンポーネント又はセクションに包含された媒体へと熱エネルギー又は熱を伝達するモジュールであり、システム１００の特定のアプリケーションに適した熱交換器、蒸発器（例えばヒートポンプ）、ヒートシンク、及び他のコンポーネントのようなコンポーネントを含んでよい。エネルギーの流れは、一方向性、多方向性、及び／又は可逆性であり得る。ファンモジュール８０８が、熱交換モジュール８０６の底部分に結合されるように構成される。ファンモジュール８０８は、キャビティ１０８から受けた空気流を建物の中へと駆動するべく構成されたファンを含み得る。ファンはまた、フード８０２を通って、及びベントリッジ１０６の抽出箇所を通って戻るように、空気流を反対方向に駆動するように構成されてもよい。ユニット８００はまた、フード８０２、交換モジュール８０６及びファンモジュール８０８の後ろ部分に結合されるように構成されたダクトモジュール８１０も含む。ダクトモジュール８１０は、ベントリッジ１０６の下に着座するように構成され、過剰な空気を、ベントリッジ１０６の一以上の抽出箇所を通るように方向付け又は排気若しくはベントする。

ここで図１０から１２を参照すると、典型的な一実施形態に係るベントリッジ１０６が示される。リッジ１０６は、ルーフィング膜１０２に結合され、太陽熱制御システム１００をシール（例えば防塵防滴シール）するように構成される。リッジ１０６はまた、建物の天井空間から受けた空気を排気又はベントするべく構成され、熱収集ユニットから受けた任意の排気を収容するべく構成される。リッジ１０６はリッジクリップ１０００を含む。リッジクリップ１０００は、リッジ１０６の頂部に固定され、リッジタイル１１００を受容するべく構成される。ベントリッジ１０６はまた、システム１００から外側大気中へと排気される空気をフィルタリングするべく構成されたフィルタも含んでよい。このフィルタは、リッジクリップ１０００のスロット１００２内に嵌め込まれる。

ここで図１３〜１５を参照すると、他実施形態に係る太陽熱制御システムが示される。図１３のシステム１３００は、代替構成の熱収集ユニット１３０２を含む。この構成において、熱収集ユニット１３０２は、建物の天井部分１３０４に結合される。空気は、建物の中へと下降するのではなく、ルーフ膜の下のキャビティ１３０６から横方向へと向けられる。空気はその後、建物の中へと向けられ、又はベントリッジ１３０８へと向けられて外側大気中に排気される。図１４のシステム１４００は、可撓性ダクトシステム１４０２として示される熱収集ユニットを含む。可撓性ダクトシステム１４０２は、ルーフ下のキャビティ１４１２から引き回しユニット１４０６の中に空気を引き回すべく構成された第１ダクト１４０４を含む。引き回しユニット１４０６からの空気は、建物環境を加熱するべく使用されるようにダクト１４０８に引き回され、又は外側大気中に排気されるようにダクト１４１０の中に引き回される。図１５のシステム１５００は、逆方向の空気流を有する。例えば、降雪がある場所において、加熱された空気が建物から引き回され、熱収集ユニット１５０２を通って上昇し、ルーフィング膜１５０６の下のキャビティ１５０４へと向かい、当該建物のルーフ上の雪及び／又は氷の溶融を支援することができる。

ここで図１６を参照すると、雪／氷溶融システムのための、一実施形態に係る閉ループ構成システム１６００が示される。システム１６００は、ここに記載されるいずれかの熱交換システムと同様としてよい。この実施形態（すなわちシステム１６００）において、熱交換モジュール１６０２（すなわち熱収集ユニット）は、発熱又は蓄熱要素（例えば温水タンク）からの熱を、閉ループを通過する空気へと伝達するべく、「反転して」動作又は機能し得る。一実施形態において、関連水ポンプが、熱交換モジュール１６０２を通る最も熱い液体を循環させるべく反転され、空気を加熱して雪／氷を溶融させる。加熱された空気は、熱交換モジュール１６０２からルーフデッキとルーフ膜との間の空間（例えばキャビティ１５０４）の中へと排気されて当該ルーフ上の雪／氷を溶融させる。最も熱い空気は、最も低い箇所（例えばひさし、谷等）において排気され、熱収集ユニット（例えばモジュール１６０２）のファンを介してルーフの上へと又はルーフを横切るように吸引される。この空気はその後、システム１６００を通って戻る途上で再加熱され得る。

ここで図１７及び１８を参照すると、ルーフィング環境の例が示される。以下に記載されるのは、図１７及び１８それぞれに別個に示される各ルーフィング環境において行われた測定の結果である。図１７は、９００ｍｍのルーフィングタイル１７０２の５平方メートル列を有するルーフトップ１７００を示す。ルーフィングタイル１７０２は、タイル２００と同様としてよい。図１８に示されるのは、４メートル×３．５メートルの片側ルーフ１８００である。図１７及び１８はまた、ルーフ１７００及び１８００の下に又は頂部上に様々な（番号付きの）温度センサ１７０４が配置されるのを示す。図１７及び１８の例において、温度は、例えば空気入口において空気が保熱箱（例えばユニット１０４）の熱交換器に入る前、及び（例えば空気出口において）空気が熱交換器から出た後の双方において測定された。

ここで図１９を参照すると、グラフ１９００に、（Ａ）ルーフ１７００（図１７のルーフタイル）の頂点におけるルーフィングタイル１７０２の表面温度と、（Ｂ）保熱箱の吸気セクション（図１８のルーフトップ１８００）における空気温度との相関が示される。グラフ１９００に描かれる結果は、周囲温度が摂氏２６度のニュージーランドのオークランドにおける晴れた夏の日に、近似的に１００立方メートル／時の流速を使用して取得された。

ここで図２０を参照すると、グラフ２０００に、ニュージーランドのオークランドにおける冬の５日間の、熱交換器前段の（例えば空気入口での）温度と、熱交換器後段の（例えば空気出口での）温度との相関が、周囲空気温度とともに示される。これらの結果は、近似的に２５２立方メートル／時の流速を使用して取得された。

ここで図２１及び２２を参照すると、グラフ２１００及び２２００に、（Ａ）熱交換器前後と周囲空気との温度（グラフ２１００に示される）、及び（Ｂ）熱交換器前後と熱交換器に接続された４５リットルの温水シリンダとの温度（グラフ２２００に示される）の、１日の相関が示される。これらの結果は、近似的に２５２立方メートル／時の流速を使用して取得された。グラフ２１００に関連付けられた条件によれば、空気温度が２０℃を上回るとファンがオンになる。

ここで図２３を参照すると、表２３００に、ニュージーランドのオークランドにおける連続した冬の日の間に収集されたエネルギー及び効率の計算値が示される。ルーフィングタイルは、積層タイル／構造の中に太陽電池を含み、動作温度と電池効率との相関が良好に確立されている。キャビティ内の空気流によるルーフィングタイルの頂面（例えばタイル２００）の冷却効果を決定するべく、一連の実験が行われ、静止系と比較したときに近似的に１．４ｍ／秒の流速で摂氏６℃の温度低下が達成されることが示された。リアルタイム測定と平行して、一連のシミュレーションも行われた。空気の温度勾配に及ぼすルーフ長さの影響を推定するべく、オブジェクト指向シミュレーションツールが使用された。

ここで図２４を参照すると、グラフ２４００に、空気の温度勾配に及ぼすルーフ長さの影響を推定するべく使用されたシミュレーションの結果が示される。この結果は、所与の日のルーフキャビティ内の温度勾配の形状を予測する。シミュレーションは、異なるルーフスパンに対して異なるルーフキャビティ空気温度とし、空気速度を近似的に１ｍ／秒として行われた。結果は、所与の流量（１メートル／秒）においてはルーフが長ければ長いほど、キャビティを通る経路に沿った加熱が大きくなることを示す。しかしながら、この関係は最適点に到達し、その最適点を超えるとさらなる熱利得が最小になる（例えば熱伝達率を制限する漸近線に近づく）ので、その最適点においては増加した流量を使用する必要がある。

ここで図２５を参照すると、ルーフキャビティを通る空気流を模擬するべく、流体力学シミュレーションが使用された。タイル脚の簡略化モデル２５００がソフトウェアにおいて構築された。頂部にあるタイルによって近似的に４メートル×２メートルのチャンバが作られた。実験条件には、本開示の太陽熱収集器における設定を模擬する試みとして、チャンバの頂部中心にある一つの出口に対し、ゼロ（０）パスカルの入口空気圧力、２メートル／秒の空気速度が含まれた。結果は、空気流によりベル形状の温度分布がもたらされることを示し、出口近くの境界における速度が、頂部エッジにおける速度よりも高い。出口からの垂直距離が増大されると空気流が均衡状態となる。この均衡状態は、頂部から２メートルにおいて許容される。この結果が、同様の分布を示した寸法４メートル×４メートルの実験ルーフと比較された。

ここで図２６を参照すると、シミュレーションソフトウェアが使用されて、２００リットルの水タンクを摂氏１５度から４５度まで加熱するのにかかる時間が推定された。８メートル×４メートル（５００立方メートル／時）のルーフ及び１メートル／秒の流速が使用された。結果は、摂氏５０度及び６０度の気温に対して図２６のグラフ２６００に示される。摂氏４５度を達成するのに、それぞれ２．４時間及び４．２時間かかることが示される。

ここで図２７〜３２を参照すると、様々な実施形態に係る様々な特徴物及びコンポーネントを有する太陽熱制御システムが示される。特に図２７を参照すると、一実施形態に係る太陽熱制御システム２７００（すなわち熱制御システム）が示される。太陽熱制御システム２７００は、ファン速度制御コンポーネント（例えばファン速度制御部２７１２、熱収集ユニット２７２８）、水タンク２７０２及び水ポンプ２７０４を含む水循環コンポーネント、空間加熱コンポーネント（例えば供給プレナム２７１４）、従来の加熱コンポーネント（例えば水加熱器２７０６）、並びに従来のＨＶＡＣコンポーネント（例えばＨＶＡＣシステム２７０８）を含み又はこれらに結合されてよい。熱収集ユニット２７２８は、ユニット１０４及び８００を含む他の熱収集ユニットと同様としてよい。ファン速度制御部２７１２は、熱収集ユニット２７２８を含む制御システム２７００を空気が通って循環する速度を制御するべく使用することができる。

制御システム２７００はまた、いくつかの（包括的な）機能特徴部を含んでよい。例えば、制御システム２７００は、水加熱、空間加熱、床下加熱、プール・スパ加熱、及び他の加熱のアプリケーションを目的として利用可能な特徴部を含んでよい。制御システム２７００はまた、一以上のプール・スパ加熱特徴部に結合され得る熱駆動空調特徴部を組み入れることもでき、又は様々な吸収技術を利用することもできる。制御システム２７００はまた、アクティブなルーフエリアから雪及び氷のダムを除去する特徴部を組み入れることもできる。制御システム２７００はまた、方向依存ルーフ勾配熱最適化のための特徴部を組み入れることもできる。

制御システム２７００はまた、夏季の（すなわち暖かい）月の間に熱負荷を低減するベントルーフ２７１０のような受動的特徴部、及び冬季の（すなわち寒い）月の間に熱損失を低減する特徴部を含んでよい。一実施形態において、制御システム２７００は、冬モード及び夏モードを含む一を超える動作モードを含む。冬モードは、空間加熱、水加熱、雪溶融、及びレジオネラ（すなわちバクテリア）制御を含み得る。夏モードは、ルーフ冷却、水加熱、空調、プール・スパ加熱、及びレジオネラ（すなわちバクテリア）制御を含み得る。

ここで図２８を参照すると、太陽熱制御システム２７００は、様々な制御センサを含む。これらは、熱収集ユニット２７２８に又はその近くにあってファン速度制御部２７１２が利用する空気温度センサ２７１６（図２８のＡに示される）、供給プレナム２７１４に又はその近くにある排気空気温度センサ２７１８（図２８のＢに示される）、ＨＶＡＣシステム２７０８に又はその近くにある室温センサ２７２０（図２８のＣに示される）、水タンク２７０２に又はその近くにある底部水タンク温度センサ２７２２（図２８のＤに示される）、水タンク２７０２に又はその近くにある頂部水タンク温度センサ２７２４（図２８のＥに示される）、及び水ポンプ２７０４に又はその近くにある水流センサ２７２６（図２８のＦに示される）を含む。他実施形態において、制御システム２７００はまた、とりわけ、太陽全天放射センサ、周囲温度センサ、外部表面温度センサ、風速及び／又は風向センサ、並びに雨センサのような付加的な制御センサを含んでもよい。

ここで図２９を参照すると、太陽熱制御システム２７００がファン速度制御部２７１２及び空気温度センサ２７１６を含むように示される。（例えばファンモジュール８０８又は熱交換モジュール８０６のための）ファン速度制御部２７１２は、０〜１０ボルト（Ｖ）の制御信号を有し得る。ファン速度制御部２７１２は、不変の空気流を維持して制御システム２７００を介した熱伝達を最大化するべく使用することができる。ファン速度制御部２７１２はまた、制御システム２７００内の過剰加熱を回避するべく使用することもできる。例えば、ファン速度制御部２７１２を利用する第１オプションは、不変の空気流を制御システム２７００内に維持することにある。この第１オプションは、最低空気温度（例えば２５℃）に到達したときに制御システム２７００（例えばファンモジュール８０８、熱交換モジュール８０６等）のファンをオンにして予め設定された速度にすることを含む。空気温度は、空気温度センサ２７１６から受信した信号に基づいて熱収集ユニット２７２８において又はその近くで決定することができる。第２オプションは、ファン速度の制御を含み得る。第２オプションは、最低空気温度に到達したときにファンをオンにして予め設定された速度にすることと、最高温度（例えば６５℃）（未満又はその温度）を維持するべく高温のときにファンの速度を制御することとを含み得る。比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラを、第１オプション及び第２オプション内の機能のいずれかを実行する目的のために構成することができる。

ここで図３０を参照すると、太陽熱制御システム２７００が、その制御システム２７００の水循環機能に関連する様々なコンポーネントを含むように示される。水循環機能を果たすべく、少なくとも空気温度センサ２７１６、底部水タンク（冷）温度センサ２７２２、頂部水タンク（熱）温度センサ２７２４、水流センサ２７２６、及び格子状連結（ガス又は電気）加熱要素２７３０を利用することができる。制御システム２７００はまた、空気において適切な温度に到達したときに循環水ポンプ２７０４をアクティブにするべく構成された水ポンプコントローラを含み得る。水ポンプコントローラは、オン・オフ電磁リレー及び１アンペア（Ａ）の最大スイッチング電流を有する制御信号を含み得る。一実施形態において、水ポンプコントローラは、空気（すなわち空気温度センサ２７１６による）とタンク２７０２内の水（すなわち温度センサ２７２２及び２７２４の一以上による）との最小温度差に到達したときに水ポンプ２７０４をオンにして水を循環させる。例えば、水ポンプ２７０４は、８℃の温度差に到達したときに起動し、その後４℃の温度差に到達したときに起動解除してよい。

ここで図３１Ａを参照すると、太陽熱制御システム２７００が、制御システム２７００の空間加熱機能に関連する様々なコンポーネントを含むように示される。空間加熱機能を利用するべく、少なくとも排気温度センサ２７１８、部屋（又は建物）温度センサ２７２０、及び供給プレナム２７１４を利用してよい。空間加熱制御要求の一部として、制御システム２７００は、ルーフ２７１０に形成された（ベント）リッジ２７３２から出るように排気をベントしてよい。リッジ２７３２は、ベントリッジ１０６と同様としてよい。

図３１Ｂは、上述した空間加熱機能を果たすべく利用され得る他の太陽熱制御システム３１００を示す。太陽熱制御システム３１００は、制御システム２７００と同様としてよく、同様のコンポーネントを含み得る。しかしながら、制御システム２７００とは異なり、制御システム３１００は閉ループ構成を有する。制御システム３１００は、排気をリッジ２７３２のようなリッジへとベントするのではなく、排気を関連建物のひさしへと再循環させることができる。例えば、高い高度の又は赤道から遠く離れた場所に設置される場合、特に寒い季節には、閉ループ構成から、温度の増大を得るとの利益が得られる。さらに、閉ループ構成には、雪／氷の溶融のための装備を与えることができる。

制御システム２７００及び３１００は、関連建物の空間温度（例えば室温センサ２７２０が測定する温度）を制御するサーモスタットを含み得る。排気中の空気が目標温度を上回ると、サーモスタット（又はコントローラ）は、排気の換気システムへの接続を許容するダンパーを起動する。換気システムは、排気をベントリッジ（例えばリッジ２７３２）から出るようにベントするべく構成され、又は制御システムが閉ループ構成を利用するか否かに応じて排気をひさしまでリサイクルするべく構成され得る。サーモスタットは、建物において（室温センサ２７２０が測定する）目標温度が達成されると、又は（排気温度センサ２７１８が測定する）排気温度が建物における温度（すなわち空間温度）を下回ると、空気ダンパーを起動解除する。雪／氷の溶融を目的として、ダンパーは、保熱箱の排気をＨＶＡＣ循環から結合解除して直接ルーフのひさしマニホルドへと向かわせる。水タンク２７０２の中の水を加熱するべく、格子状連結加熱要素（例えば要素２７３０）を利用してよい。水ポンプ２７０４はその後、温水を熱交換器（例えば熱収集ユニット２７２８）へともたらすべく起動され、循環している空気を温める。

ここで図３２を参照すると、他実施形態に係る太陽熱制御システム２７００が示される。この実施形態において、制御システム２７００は、制御システム２７００のハイブリッド／従来の水加熱システム又は機能に関連する様々なコンポーネントを含む。この実施形態において、制御システム２７００は、電気加熱器、ガスボイラー、オイルボイラー、ヒートポンプ等のようなバックアップ又は代替の水加熱器を含んでよい。バックアップ水加熱器は、水タンク２７０２における水を加熱するべく、オン・オフ電磁リレー及び近似的に１０アンペア（Ａ）の最大スイッチング電流を有する制御信号によるトリガを受ける。例えば、コントローラは、バックアップ水加熱システムの一部としてのバックアップ水加熱器に結合され、このバックアップ水加熱器を、制御信号の通信によって制御するように構成される。バックアップ水加熱器は、予め設定された時刻にトリガを受け（すなわち水を加熱し）、予め設定されたスイッチオン温度及び／又は予め設定されたスイッチオフ温度を有し得る。一実施形態において、例えば、バックアップ水加熱器は、２４時間以内の所定数の予め設定された期間（例えば３つの期間）の間にトリガを受け得る。これらの期間のうち一つの間に、バックアップ水加熱器（すなわちバックアップ水加熱システム）は、水タンク２７０２の頂部の温度（すなわち頂部水タンク温度センサ２７２４が測定する温度）が予め設定されたスイッチオン温度を下回るときにオンになる。バックアップ水加熱器はその後、水タンク２７０２の頂部の温度が（予め設定された）スイッチオフ温度に到達するとオフにされる。いくつかの実施形態において、例えば温度センサ２７２４が存在しない場合、バックアップ水加熱器をオンにするか又はオフにするかを決定するべく、水タンク２７０２の底部の温度（すなわち底部水タンク温度センサ２７２２が測定する温度）が使用されてよい。一実施形態において、従来の水加熱システムは、タンク２７０２内の水の加熱プロセスを終了させる。

ここで図３３を参照すると、一実施形態に係るハイブリッド水加熱システム３３００が示される。ハイブリッドシステム３３００は、制御システム２７００の任意のコンポーネント、並びにヒートポンプ水加熱器３３０２及び水格納タンク３３０４を含み得る。水加熱器３３０２は、冷水入口３３０６及び温水出口３３０８を含む。水加熱器３３０２は、太陽熱制御システム（例えば制御システム２７００）の水加熱能力を補うことができる。水加熱器３３０２の性能係数（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（ＣＯＰ））を改善するべく、暖かい排気を熱収集ユニット（例えばユニット２７２８）から水加熱器３３０２の空気入口へと送達することができる。ＣＯＰは、一コンポーネントにおいて受容又は利用されるエネルギー量と、当該一コンポーネントが与える（すなわち供給する）エネルギー量との関係を言及し得る。熱収集ユニットにおける周囲空気取り込みのためのダンパーが、熱収集ユニットから水加熱器３３０２へと向かう空気温度を最適化することができる。水加熱器３３０２はその後、空調に適した冷たい空気を排気し得る。水格納タンク３３０４は、スイミングプール又はスパのような補助加熱を伴わない格納タンクとしてよい。格納タンク３３０４からの温水／冷水を、水加熱器３３０２の冷水入口３３０６まで送達することができる。水加熱器３３０２はその後、加熱プロセスを終了させ、温水出口３３０８を介して必要なだけの温水を送達する。なお、ハイブリッドシステム３３００は、結合解除されて特定のルーフ面に割り当てられてもよい。例えば、温水を、ルーフの南面を加熱するべく使用し、当該ルーフの北面において、ヒートポンプ及び格納タンクを有する空調を使用してよい。

太陽熱制御システム及びヒートポンプを有するハイブリッド水加熱システム３３００又は他のハイブリッドシステムは、空気から熱を抽出するべく使用することができる。例えば、空気源水ヒートポンプを、水加熱及び空気冷却の補助システムとして使用することができる。熱ルーフを介した太陽放射は水を予熱し、この水は一次飲料水タンク（例えばタンク２７０２）に格納され得る。システム３３００はこの場合、ヒートポンプを通して水を循環させる。ヒートポンプは、（１）一次水タンクにおいて所望温度を達成させるべく、（２）当該空気からの熱を二次格納タンク３３０４へとダンプするべく、及び（３）システム３３００に関連付けられた居住空間に冷たい乾燥した空気を与えるべく、保熱箱排気又は周囲空気から熱を抽出している。保熱箱（例えば熱収集ユニット２７２８）からの排気は、ヒートポンプの熱源として使用され、ヒートポンプのＣＯＰを増大させる。ヒートポンプは、水の加熱を終了させてよい。必要な又は所望の温度にヒートポンプが到達できない場は、電気加熱コイルが一次温水タンクに存在してよい。

ここで図３４Ａ〜Ｄ及び図３５Ａ〜Ｂを参照すると、様々な実施形態に係る「ハイブリッド」太陽熱制御システムのための潜在的な構成が図示及び記載される。第１構成は熱交換器を含む。第２構成は周囲空気によるヒートポンプを含む。第３構成はルーフ空気によるヒートポンプを含む。第４構成は熱交換器及びヒートポンプを並列に含む。第５構成は熱交換器及びヒートポンプを直列に含む。図３５Ａ〜Ｂは、図３４Ａ〜Ｄに示されるハイブリッド太陽熱制御システムの様々な構成に対する性能統計値を示す。図３５Ａの表１は、様々な構成の全体的な性能を示し、当該様々な構成に関連付けられた熱エネルギー（ｋＷｈ）、消費エネルギー（ｋＷｈ）及び性能係数（ＣＯＰ）を含む。図３５Ｂの表２は、様々な構成の水加熱性能を示し、初期水温（℃）、最終水温（℃）、及び最終水温到達時間（分）を含む。

ここで図３６を参照すると、一実施形態に係る吸収ベースの空間冷却を有する太陽熱制御システム３６００が示される。制御システム３６００は、ここに記載される制御システムのいずれかと同様としてよく、同コンポーネントのいずれも含んでよい。制御システム３６００は、吸収器３６０２、並びに空気供給部３６１２及び空気戻り部３６１４を有する蒸発器３６０４を含むように示される。空気戻り部３６１４は、居住空間からの空気を蒸発器３６０４に戻し、空気供給部３６１２は蒸発器３６０４からの空気を居住空間に供給する。制御システム３６００はまた、冷却材供給部３６１６及び冷却材戻り部３６１８を有する凝縮器３６０６を含むように示される。冷却材戻り部３６１８は、加熱された冷却材を凝縮器３６０６に戻し、冷却材供給部３６１６は、システム３６００に関連付けられた他の場所（例えば水タンク、周囲空気、プール又はスパ等）に冷却材を供給する。制御システム３６００はまた、ジェネレータ３６０８として示される加熱要素、及び水ポンプ３６１０も含む。加熱要素（すなわちジェネレータ３６０８）は従来のガス又は電気としてよい。代替的に、システム３６００は、ＣＯＰを増大させるべく、熱供給を目的として太陽加熱空気を受容する並列ヒートポンプを利用し得る。

ここで図３７Ａ〜Ｄを参照すると、様々なタイプの太陽熱制御システムのための冷却に関連する様々な性能統計値が示される。図３７Ａのグラフ３７００は、周囲空気によるヒートポンプを有する制御システムの加熱性能を示し、経時的なヒートポンプの空気出口及び空気源の空気温度を含む。図３７Ｂのグラフ３７０２は、ルーフ空気によるヒートポンプを有する制御システムの加熱性能を示し、経時的なヒートポンプの空気出口及び空気源の空気温度を含む。図３７Ｃのグラフ３７０４は、熱交換器及びヒートポンプを有する制御システムの加熱性能を示す。グラフ３７０４は、経時的な加熱コンポーネントの空気出口及び空気源の空気温度を含み、双方とも並列及び直列で使用された。図３７Ｄのグラフ３７０６は、熱交換器を有する制御システムの加熱性能を示し、経時的な熱交換器の空気出口及び空気源の空気温度を含む。

ここで図３８Ａ〜Ｂを参照すると、グラフ３８００及び３８０２が、様々なタイプの太陽熱制御システムのための水加熱に関連する様々な性能統計値を描く。図３８Ａのグラフ３８００は、ヒートポンプ（ＨＰ）及び熱交換器（ＨＥＸ）を直列に有する制御システム、ヒートポンプ及び熱交換器を並列に有する制御システム、ルーフ空気によるヒートポンプ、周囲空気によるヒートポンプ、及び熱交換器のみを含む様々な水加熱構成を使用しての経時的な水の温度を描く。図３８Ｂのグラフ３８０２は、水加熱プロセス中の様々な水加熱構成のそれぞれに対する経時的な総合ＣＯＰ（すなわちシステムＣＯＰ）を描く。これは、水加熱デバイスが使用するエネルギー量対水加熱デバイスが生成又は供給するエネルギー量に基づき得る。

ここで図３９を参照すると、一実施形態に係る太陽熱制御システム３９００が示される。制御システム３９００は、制御システム２７００と同様としてよく、又はここに開示される他の制御システム若しくはルーフィングシステムのいずれかと同様としてよい。制御システム３９００のこの実施形態において、熱エネルギーは、システム３９００内で方向が変えられ、他のルーフスロープ３９０２（例えば熱エネルギーを収集するべく使用されるもの以外のルーフスロープ）へと向かう。例えば、熱エネルギーは、第２ルーフスロープ上の雪又は氷を溶融するべく使用してよい。同様のシステムは図１６にも示される。

ここで図４０及び４１を参照すると、典型的な一実施形態に係る熱収集ユニット４００（すなわち保熱箱、熱交換ユニット）が示される。熱収集ユニット４００は、ユニット１０４、８００、１３０２、１５０２、１６０２及び２７２８を含むここに記載される熱収集ユニット又はモジュールのいずれかと同様としてよい。熱収集ユニット４００は、キャビティ１０８のようなキャビティに流体接続して当該キャビティから向けられた加熱された空気を取集することができる。ユニット４００は、その加熱された空気を方向転換して、関連建物内の水を加熱し、又は熱若しくは他のエネルギーを建物環境に与えことができる。熱収集ユニット４００はまた、空気から熱を除去し、ひいては湿分（例えば水分）を除去するべく構成してよい。その後、除湿かつ冷却された排気は、関連建物の居住可能空間を冷却するべく使用することができる。熱収集ユニット４００は、ユニット１０４と同様の態様で関連建物の外側から設置してよい。

ユニット４００は、フード４２８（すなわちフードアセンブリ）を含む。フード４２８は、第１（枢動可能）フードセクション４０２（部分、セグメント、片、部等）及び第２フードセクション４０６（すなわちフードベース）を含み得る。例示の実施形態において、第１フードセクション４０２は、第２フードセクション４０６の頂部に配置されてこれに結合される。フード４２８は、熱収集ユニット４００が関連建物に設置されるときに当該建物のルーフのピッチ（勾配、角度、険しさ等）に実質的に整合することが要求される。第１フードセクション４０２はそれゆえ、ユニット４００の第２フードセクション４０６又は他のコンポーネントに対して枢動して、ユニット４００のいずれの部分も切断又は除去することなく関連ルーフのピッチに実質的に整合するように構成され得る。例えば、第１フードセクション４０２は、枢動して第２フードセクション４０６に結合されてよく、ルーフのピッチに整合するように第２フードセクション４０６に対して枢動するべく構成されてよい。一実施形態において、フードセクション４０２及び／又は４０６を様々なルーフピッチに適合させるべく、フードセクション４０２及び４０６の少なくとも一つにおいて可撓性のアコーディオン状材料を使用することができる。第１フードセクション４０２の可動域４３０の一例が図４２に示される。

フード４２８はまた、リブ４０４も含む。リブ４０４は、熱収集ユニット４００が建物に設置された後にフード４２８に付加してよい。リブ４０４は、ルーフィングタイル２００の固定箇所を与え得る。例えば、タイル２００のうちの一つの固定箇所２０８は、タイル２００をユニット４００に結合するべくリブ４０４に取り付け又は結合することができる。これにより、タイル２００及び／又はユニット４００を安定にすることができる。一実施形態において、シール１１６は、第１端が当該リブ４０４のうちの一つに結合され、第２端がルーフィング膜１０２に結合されるように構成される。これにより、近似的に気密なシールが膜１０２と熱収集ユニット４００との間に形成される。フード４２８はまた、熱収集ユニット４００を建物のルーフに固定する（すなわち取り付ける）べく使用されるフランジ４１４及び４２２も含む。フランジ４１４は第１フードセクション４０２に位置決めしてよく、フランジ４２２は第２フードセクション４０６に位置決めしてよい。

フード４２８はまた、各リブ４０４間にかつ第１フードセクション４０２内に位置決めされた開口４１６、４１８及び４２０も含む。開口４１６、４１８及び４２０は、ベントリッジ１０６における抽出箇所を通してキャビティ１０８から空気を受容し及び／又は建物の外側に空気を方向転換若しくは排気するように構成してよい。典型的な一実施形態において、熱収集ユニット４００は、開口４１６及び４１８を通して空気を収集又は受容し、開口４２０を通してベントリッジ１０６まで空気を送るように構成される。他実施形態において、空気は、閉じた系を形成するべく膜１０２の下にあるルーフの低い部分へと排気される。空気は、ひとたび第１フードセクション４０２の中に受け入れられると、第２フードセクション４０６を通して建物の中へと方向転換され得る。第２フードセクション４０６の頂部開口４２４は、第１フードセクション４０２からの空気を受けるべく構成され、その空気は、第２フードセクション４０６の底部開口４２６を通して関連建物の中へ方向転換され得る。

熱収集ユニット４００はまた、フード４２８に結合されたベース部分４３４も含む。ベース部分４３４は、フード４２８からの空気を受けるべく構成された熱交換モジュール４０８を含む。ベース部分４３４はまた、キャビティ１０８から受けた空気流を建物の中へと駆動するべく構成されたファンを含み得るファンモジュール４１２も含む。ファンはまた、フード４２８を通って、及びベントリッジ１０６の抽出箇所を通って戻るように、空気流を反対方向に駆動するように構成されてもよい。ベース部分４３４はまた、ダクトモジュール４１０も含む。ダクトモジュール４１０は、ベントリッジ１０６の下に着座するように構成され、過剰な空気を、ベントリッジ１０６の一以上の抽出箇所を通るように方向付け又は排気若しくはベントする。

ここで図４２を参照すると、フード４２８の可動域が示される。図示のように、フード４２８（例えば第１フードセクション４０２）は、第１フードセクション４０２がユニット４００の他のコンポーネントに対して枢動（例えば回転、拡大、伸縮等）を可能にするべく構成された後ろ部分４３２を含み得る。例えば、後ろ部分４３２（又はフード４２８の他のコンポーネント）は、フード４２８のピッチを調整するべく可撓性のアコーディオン状材料から作ることができる。一例の実施形態において、第１フードセクション４０２は、少なくとも図４２に示される範囲４３０の可動域を有する。いくつかの実施形態において、第１フードセクション４０２は、第２フードセクション４０６に対して実質的に平坦なピッチ（すなわち角度）から、第１フードセクション４０２が実質的に垂直かつ第２フードセクション４０６の前縁に平行となるピッチまで延びる枢動可能範囲を有し得る。

ここに記載される制御システムはいずれも、未塩素処理水に対する抗レジオネラを含む付加的な制御機能を含んでよい。タンク頂部の温度が一定期間低いときに水タンク内でバクテリアが発生するのを防ぐために、コントローラは７日ごとに自動的に水の温度をチェックする。この期間中に温度が目標温度（例えば７０℃）を決して超えないのであれば、バックアップシステムは、バクテリアが死滅する当該目標温度まで水を加熱するトリガを受ける。その後、この機能はリセットされる。他の付加的な制御機能には、同制御システムをバックアップシステムとして使用する空調（ヒートポンプの使用が必要）、反転可能ファン又は空気再循環を使用する溶雪、同制御システムを水循環として使用するプール／スパ加熱、熱エネルギー測定、電力消費、及び光起電力エネルギー測定が含まれ得る。

典型的な一実施形態によれば、本開示の太陽熱システムは有利なことに、建物の外部パネルを空気流チャンバ（例えばキャビティ）と統合し、空気の太陽加熱を使用して建物用の熱源を与え又は増強する。太陽熱システムが、ルーフパネル（例えばタイル）を含む例として示されるが、このシステムは、他の建築材料（例えばサイディング、ファサード等）に統合されてもよい。このようなバリエーションはすべてが、本開示の範囲内にあることが意図される。

様々な典型的実施形態に示される太陽熱システムの構造及び配列は、例示にすぎない。本開示において、少数の実施形態のみが詳細に記載されているにもかかわらず、ここに記載される主題の新規な教示及び利点から実質的に逸脱することなく、多くの修正が可能である（例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状及び比率のバリエーション、パラメータの値、取り付け配列、材料の使用、色、配向等）。一体的に形成されるように示されるいくつかの要素を、多数の部品又は要素から構成してよく、要素の位置を反転又は変化させてよく、個別の要素又は位置の性質又は数を改変又は変化させてよい。任意のプロセス、論理アルゴリズム、又は方法ステップの順序又は配列は、代替実施形態に応じて変化させ又は再配列することができる。本発明の範囲から逸脱することなく、様々な典型的実施形態の設計、動作条件及び構成において、他の置換、修正、変更及び省略を行うこともできる。

Claims (16)

1. システムであって、
   構造物の外面に結合されるように構成された膜であって、前記外面と前記膜との間にキャビティが形成され、前記膜はさらに、太陽エネルギーを受けて前記キャビティの中の空気を加熱するべく構成され、前記膜は複数のタイルを含み、前記複数のタイルはそれぞれが、前記複数のタイルの少なくとも一つのタイルが他の一つのタイルによってオーバーラップされるように構成され、又は前記複数のタイルの少なくとも一つのタイルをオーバーラップするように配列される膜と、
   前記外面に形成され、前記膜により覆われ、及び前記キャビティに接続された第１外面開口まわりで前記外面に結合されるように構成された熱収集ユニットと、
   前記膜が前記外面に結合されるときに前記キャビティを周囲環境から分離するべく前記複数のタイルの一つのタイルに結合されるように構成されたシールと、
   前記熱収集ユニットに結合されて前記第１外面開口を通って前記構造物の中に延びるように構成されたダクトシステムと
   を含み、
   前記熱収集ユニットは、前記第１外面開口の中に受容されるように構成されたフードを含み、
   前記フードは、前記キャビティから空気を受けるべく構成されたフード開口を画定し、
   前記フードは、前記フード開口にわたって延びるリブを含み、
   前記シールは、前記複数のタイルの前記一つのタイルに対向するように前記リブに結合され、
   前記複数のタイルの前記一つのタイルと前記リブとの間に気密シールが形成される、システム。
2. 前記複数のタイルの前記一つのタイルは、前記複数のタイルの他のタイルのいずれによってもオーバーラップされることがない、請求項１のシステム。
3. 前記外面は、最も高い箇所を有するスロープに沿って配置され、
   前記複数のタイルの前記一つのタイルは、前記複数のタイルの前記他のタイルよりも前記最も高い箇所の近くに位置決めされる、請求項１のシステム。
4. 前記複数のタイルの前記一つのタイルは、前記熱収集ユニットに結合されるように構成された固定箇所を含む、請求項１のシステム。
5. 前記固定箇所は、前記第１外面開口の上に位置決めされるべく構成される、請求項４のシステム。
6. 前記熱収集ユニットは、前記第１外面開口の中に受容されるように構成されたフードを含み、
   前記フードは、前記キャビティから空気を受けるべく構成されたフード開口を画定し、前記フード開口にわたって延びるリブを含み、
   前記固定箇所は前記リブに結合される、請求項５のシステム。
7. 前記キャビティは、前記膜が前記外面に結合されるときに前記外面の第１部分にわたって延び、
   前記ダクトシステムは、前記外面の前記第１部分における第２外面開口まわりで前記外面に結合されるように構成され、
   前記キャビティ、前記ダクトシステム及び前記熱収集ユニットは、前記周囲環境から分離された閉じた系を形成するように構成される、請求項１のシステム。
8. 前記膜が前記外面に結合されるときに前記外面の前記第１部分を第１温度に到達させ、前記膜が前記外面に結合されるときに前記外面の、前記第１部分を含まない第２部分を前記第１温度よりも低い第２温度に到達させるべく動作可能な熱源をさらに含む、請求項７のシステム。
9. 前記第２温度と前記第１温度との差により前記膜において雪又は氷の少なくとも一方の溶融が促される、請求項８のシステム。
10. システムであって、
    構造物の外面に結合されるように構成された膜であって、前記外面と前記膜との間にキャビティが形成され、前記膜はさらに、太陽エネルギーを受けて前記キャビティの中の空気を加熱するべく構成され、前記膜は複数のタイルを含み、前記複数のタイルはそれぞれが、前記複数のタイルの少なくとも一つのタイルが前記複数のタイルの他の一つのタイルによってオーバーラップされるように構成され、又は前記複数のタイルの他の一つのタイルをオーバーラップするように配列され、前記複数のタイルはそれぞれが複数の脚を含み、前記複数のタイルの一つのタイルが固定箇所を含む膜と、
    前記固定箇所に結合され、前記外面に形成された第１外面開口の中に受容され、前記膜により覆われ、及び前記キャビティに接続されるように構成された熱収集ユニットと、
    前記熱収集ユニットに結合されて前記第１外面開口を通って前記構造物の中に延びるように構成されたダクトシステムと、
    前記膜が前記外面に結合されるときに前記キャビティを周囲環境から分離するべく前記複数のタイルの一つのタイルに結合されるように構成されたシールと
    を含み、
    前記熱収集ユニットは、前記第１外面開口の中に受容されるように構成されたフードを含み、
    前記フードは、前記キャビティから空気を受けるべく構成されたフード開口を画定し、
    前記フードは、前記フード開口にわたって延びるリブを含み、
    前記シールは、前記複数のタイルの前記一つのタイルに対向するように前記リブに結合され、
    前記複数のタイルの前記一つのタイルと前記リブとの間に気密シールが形成される、システム。
11. 前記複数のタイルの前記一つのタイルは、前記複数のタイルの他のタイルのいずれによってもオーバーラップされることがない、請求項１０のシステム。
12. 前記外面は、最も高い箇所を有するスロープに沿って配置され、
    前記複数のタイルの前記一つのタイルは、前記複数のタイルの前記他のタイルよりも前記最も高い箇所の近くに位置決めされる、請求項１０のシステム。
13. 前記キャビティは、前記膜が前記外面に結合されるときに前記外面の第１部分にわたって延び、
    前記ダクトシステムは、前記外面の前記第１部分における第２外面開口まわりで前記外面に結合されるように構成され、
    前記キャビティ、前記ダクトシステム及び前記熱収集ユニットは、周囲環境から分離された閉ループを形成する、請求項１０のシステム。
14. 前記閉ループは、前記膜が前記外面に結合されるときに前記外面の前記第１部分を第１温度に到達させ、前記膜が前記外面に結合されるときに前記外面の、前記第１部分を含まない第２部分を前記第１温度よりも低い第２温度に到達させるべく、熱源からの熱を前記キャビティの中へと向けるように構成され、
    前記第２温度と前記第１温度との差により前記膜において雪又は氷の少なくとも一方の溶融が促される、請求項１３のシステム。
15. システムであって、
    構造物の外面に結合されるように構成された膜であって、前記外面と前記膜との間にキャビティが形成され、前記膜はさらに、太陽エネルギーを受けて前記キャビティの中の空気を加熱するべく構成され、前記膜は複数のタイルを含み、前記複数のタイルはそれぞれが、前記複数のタイルの少なくとも一つのタイルが前記複数のタイルの他の一つのタイルによってオーバーラップされるように構成され、又は前記複数のタイルの他の一つのタイルをオーバーラップするように配列され、前記複数のタイルの一つのタイルが固定箇所を含み、前記キャビティは前記外面の第１部分にわたって延びる膜と、
    前記固定箇所に結合され、前記外面に形成された第１外面開口の中に受容され、前記膜により覆われ、及び前記キャビティに接続されるように構成された熱収集ユニットと、
    前記膜が前記外面に結合されるときに前記キャビティを周囲環境から分離するべく前記複数のタイルの一つのタイルに結合されるように構成されたシールと
    を含み、
    前記熱収集ユニットは、前記外面の前記第１部分に形成された第２外面開口に接続されるように構成され、
    前記キャビティと前記熱収集ユニットとの間には閉ループが形成され、
    前記熱収集ユニットは、前記第１外面開口の中に受容されるように構成されたフードを含み、
    前記フードは、前記キャビティから空気を受けるべく構成されたフード開口を画定し、
    前記フードは、前記フード開口にわたって延びるリブを含み、
    前記シールは、前記複数のタイルの前記一つのタイルに対向するように前記リブに結合され、
    前記複数のタイルの前記一つのタイルと前記リブとの間に気密シールが形成される、システム。
16. 前記閉ループは、前記膜が前記外面に結合されるときに前記外面の前記第１部分を第１温度に到達させ、前記膜が前記外面に結合されるときに前記外面の、前記第１部分を含まない第２部分を前記第１温度よりも低い第２温度に到達させるべく、熱源からの熱を前記キャビティの中へと向けるように構成され、
    前記第２温度と前記第１温度との差により前記膜において雪又は氷の少なくとも一方の溶融が促される、請求項１５のシステム。

Images