JPH08500966A

JPH08500966A - 曇天冬季用太陽熱暖房建造物

Info

Publication number: JPH08500966A
Application number: JP6500738A
Authority: JP
Inventors: デイチャーロウディ，
Original assignee: デイチャーロウディ，
Priority date: 1992-05-26
Filing date: 1993-05-25
Publication date: 1996-02-06
Also published as: DE69327102D1; EP0650320A1; EP0650320A4; DE69327102T2; CA2136759A1; WO1993023987A1; EP0650320B1; AU4392493A; ATE186813T1; US5524381A

Abstract

(57)【要約】外的反応性太陽エネルギ一空調システムにおける熱損失及び熱利得を効果的に制御する高効率光透過断熱材光シャッタ太陽エネルギーコレクタ（ＨＥＴＩＯＳＳＣ）を有する建造物。ＨＥＴＩＯＳＳＣは、保護ガラス層、光透過断熱材、光シャッタ、任意の太陽輻射吸収体及び任意の蓄熱要素を備える。建造物及びその蓄熱が過度に温度上昇した場合、光シャッタ層が過熱を防ぐよう不透明になる。曇りがちで寒冷な冬季の間、ＨＥＴＩＯＳＳＣは、さらに暖房用の太陽光を集めるのに充分大きな太陽エネルギー透過及び断熱効果を発揮する。壁面よりはむしろ屋根にＨＥＴＩＯＳＳＣを配置することにより、建造物の形状と向きを変更する必要がなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】曇天冬季用太陽熱暖房建造物関連出願の前後参照本出願は、コピーが添付され、その全容が参照によりここに組み込まれている１９９１年３月１９日出願の米国出願０７／６７０，７８３号の一部継続出願である。他の関連情報の参照本出願はまたその主題に関して、フラウンホーファー・インスティチュート（ Fraunhofer Institute）主催によりドイツ、フライブルグで開催された光透過断熱技術会議（Transparent Insulation Technology Conference）において、１９９２年５月２６日にデイ・チャーロウディ（Day Chahroudi ）により提出された「気候パネル開発及び構造」（"Weather Panel Development And Architecture" ）という名称の書類と、デイ・チャーロウディ著１９９２年５月１９日付「曇天冬季用太陽熱暖房建造物の設計」（"Solar Heated Building Designs For Cloud y Winters"）という名称の公開書面とに関連している。上記書面及び書類はともに、その全容が参照によりここに組み込まれているとともに、それらのコピーが本出願に添付されている。発明の背景１．発明分野本発明は太陽熱暖房建造物の改良設計を対象としている。特に、本発明は、建造物の設計及び建造の容易性の改良、コストダウン、及び特に、曇った冬季の気候において既存の外的反応性太陽熱暖房設計を超える優れた性能を提供する、太陽熱暖房建造物の改良設計に関する。２．関連技術の説明太陽エネルギーを収集し蓄積し放出するために使用される数多くの公知のシステムがある。既存の太陽エネルギー収集器は、一般に、冬季において１カ月につき１日ないし１０日間の晴天日の間太陽熱を収集する。上記既存のソーラーシステムは、晴天日にのみ収集された熱を蓄積し、曇天の気候の間にその熱を放出する。世界の人口の大部分は冬季が曇りがちな地域に住んでいる。従来、ソーラーシステム設計者は、冬季において１カ月につき１日ないし１０日間の晴天日の間太陽熱を収集し、その熱を蓄積し、その後曇天の気候の間に上記熱を放出するという設計戦略に対応してきた。このような設計はいくつかの不都合を招いている。例えば、この種の設計は、長期にわたる曇天日の間に熱の蓄えが使い果たされた場合に充分な大きさのバックアップ化石燃料ヒータを使用することを余儀なくさせる。それはまた、高価でかつ蓄積した熱の一部を放出し得る大きな蓄熱ユニットを必要とするとともに、赤道、冬季の太陽の方向に向かい、更に高価な大面積の太陽エネルギーコレクタを必要とする。この太陽エネルギーコレクタは、南向き壁及び／または屋根の大部分を占めることになり、建造物の形状、方向及び外観に厳しい制約を課する。この制約は、従来の太陽熱暖房建造物の設計を、美観、建物形状、利用制限、立地制限、コスト、太陽エネルギー効率という対立する種々の要件の間の高度に技術的な妥協物にしてしまう。上記太陽エネルギー効率、コストダウン、建造の容易さ、美観、建物形状、立地という対立する要件の調和が困難であり、時に不可能であるために、太陽熱空間暖房及び採光は、未だにその約束された役割を果たしきれていない。太陽光を収集し蓄積するための様々な類似の建造物設計が過去に使用されてきた。にもかかわらず、それら公知の設計のいずれもが、建物の美観、形状、向き、或いは構造設計上の機能性を変えることなく、或いは、太陽エネルギー収集効率を犠牲にすることなく、建造物に太陽エネルギーコレクタを組み込む効果的な手段を提供していない。上記従来の太陽熱暖房システムは、大規模の蓄熱ユニットと、一般に建物の南壁に配置される大規模の赤道向太陽エネルギーコレクタとを必要としている。上述の公知のシステムのいずれもが、曇天日に太陽光を効果的に収集し蓄積し得るという大きな有利性を提供していない。同様に、上記技術のいずれもが、屋根の設計が太陽エネルギーの条件よりはむしろ建築上の条件により指令された場合には、建造物の屋根に太陽エネルギーコレクタを配置させていない一方で、代わりに、太陽エネルギーコレクタを建物の南壁或いは屋根に配置する場合には、伝統的な建物設計及び建物配置の実質的な変更を必要とする。発明の要約本発明の目的の一つは、太陽エネルギー効率を最大に活用するとともに、特別な建造物設計プランや美観上の妥協をなくすことである。本発明の更なる目的は、屋根部材や壁部材に対して付加物を必要とするのではなく、屋根部材や壁部材の代わりに太陽エネルギーコレクタを用いることを可能にして、屋根のコストが上記太陽エネルギーコレクタのコストから差し引かれるようにすることである。本発明の更に他の目的は、太陽エネルギーコレクタの配置や配向の問題を解決することである。本発明の更に他の目的については、以下の記述により当該分野の技術者にとって明きらかになるであろう。本発明によれば、建造物の屋根に組み込まれた一連の多層太陽エネルギーコレクタを有する建造物が提供される。各多層太陽エネルギーコレクタは、この多層太陽エネルギーコレクタの最外面に位置する透明ガラス材の層と、光透過断熱材の層と、光シャッタの層と、蓄熱要素とを備えている。上記光シャッタは、太陽光を吸収することによって不透明になる場合には、上記透明ガラス材と光透過断熱材との間にそれぞれに隣接して配置される。これにより、上記シャッタの光吸収により生成された熱が必要でない場合には、この熱が遮断される。この実施例では、上記蓄熱要素は、入射太陽光の移動方向に対して光透過断熱材層の後に配置される。上記光シャッタは、反射により太陽光を拒絶する場合には、反射手段として利用される。この場合、光シャッタは、光透過断熱材と蓄熱要素との間でこれらと隣接し、蓄熱要素と熱伝達関係で配置されるか、或いは、上記ガラス材と光透過断熱材との間に配置される。或いは、光シャッタが反射手段として使用される場合には、蓄熱要素は太陽エネルギー吸収材料で置き換えられてもよい。「熱伝達関係」とは、蓄熱要素がこの要素に熱を伝達するような関係にある要素と充分な熱的接触状態で位置していることを意味する。熱は、対流、伝導、或いは建物内全体にわたって暖められた空気を移動させるファンなどの強制熱輸送など、いかなる適宜な手段によって蓄熱要素に伝達されてもよい。上記「要素」とは、板状の岩、家具、鉢植え植物など、熱を吸収し得る建物内の物、或いは、内装煉瓦壁、集合石など、建造物の構造的な部材を意味する。気候次第で、上記多層太陽エネルギーコレクタは建造物の屋根の大部分に組み込まれる。上記光透過断熱材の熱伝導率は０．３ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆより小さい必要がある。また、７０％より大きい太陽エネルギーのスペクトル吸収率を有する太陽輻射吸収材料を備える別の層が、光シャッタ及び光透過断熱材により許容される太陽光を吸収し得る場所に配置される必要がある。また、本発明の条件を満たすためには、光シャッタは、その透明状態において不透明状態の少なくとも３倍以上の太陽輻射を透過させなければならない。ここで利用される太陽エネルギーコレクタは、好ましくは、高効率光透過断熱材光シャッタ太陽エネルギーコレクタ（ＨＥＴＩＯＳＳＣ）である。この種の太陽エネルギーコレクタは、不透明状態になってパネルの過熱を防ぐ光シャッタを備えている。曇天の冬季の日昼に、上記ＨＥＴＩＯＳＳＣは、それが配置された建造物の屋上において建造物を暖房するのに充分な太陽熱エネルギーを収集する程に、充分高い太陽エネルギー透過効率を有している。以下により詳細に指摘されているように、建造物の屋根に太陽エネルギーコレクタを配置することは、従来技術に優る大きな利点をもたらす。例えば、側壁よりもむしろ屋根に太陽エネルギーコレクタを配置するならば、建造物の向きと形状により建造物の太陽エネルギーに対する性能が左右されない。これにより、効率的な太陽熱暖房建造物を設計するのに必要な技術を大幅に減らすことができる。上記ＨＥＴＩＯＳＳＣは、不適切に配置された場合、単に不透明な断熱パネルになるのみで、このような設計ミスは重大なことではない。本発明の他の有利点は、本設計が既存の屋根構造に付加するよりはむしろ従来の屋根部材に代わるよう働き、従来の屋根のコストが太陽エネルギーコレクタのコストから差し引かれるようになることである。本発明の更に他の有利点は、断熱値及び本設計を完成するコストが従来の屋根構造と（必ずしも同じである必要はないが、）同等であるので、屋根の一部が多大な付加コストや夜間の熱損失なしに取り替え可能である。従って、大規模な夜間バックアップ用化石燃料（或いは他の非太陽熱暖房システム）が不要になる。本発明の更に他の有利点は、北緯地域の寒い冬の気温の間でさえ、曇った天候の間に採取可能な比較的少なく散乱した太陽エネルギーを収集する効率を上昇させたことであり、また、そのような太陽エネルギーコレクタが曇った天候の間に熱を収集するのに充分大きな太陽エネルギー透過率と断熱値とをともに有している点である。本発明自体は、更なる目的及び付随する長所とともに、以下の詳細説明及び関連する添付図面を参照することで理解されるであろう。図面の簡単な説明図１はその屋根に太陽エネルギーコレクタを組み込んだ建造物を示す。図２は上記屋根及び太陽エネルギーコレクタを有する建造物の断面図を示す。図３Ａないし図３Ｃは熱変色性シャッタを用いた太陽エネルギーコレクタをその屋外側（左）から屋内側（右）に見た断面図を示す。図３Ｄはパネル構成の一例の３／４図を示す。図４は太陽エネルギーコレクタにおける吸収型光シャッタ層に隣接する透明ガラス材層の相対位置を概略的に示す。図５は一般的な周囲温度に対する光シャッタの反射率を示し、太陽輻射に対する反射が温度変化とともに変動する様子を示す。図６は太陽エネルギーコレクタにおける光透過断熱材層及び任意の太陽輻射吸収材層に対する熱変色性反射型光シャッタ層の相対位置を概略的に示す。図７は、１層または２層の低放射率層がガラスに覆われた真空空間の内側表面に貼着された構成の光透過断熱材層の別の実施例を概略的に示す。図８はハニカム材料を利用した光透過断熱材層の一実施例を示す。図９は開口部が構造上のガラス及び屋根とほぼ垂直に構成されたハニカム光透過断熱材を概略的に示す。図１０は開口部が建造物の床にほぼ垂直に配向されたハニカム材料の一例を概略的に示す。図１１はエーロゲル光透過断熱材層の一例を概略的に示す。図１２Ａは太陽エネルギーコレクタに対して必要な層及び任意の層全ての様々に可能な配置を示す。図１２Ｂは図１２Ａにおいて描写された様々に可能な層の確認識別のための図である。図１３は蓄熱要素の様々な変形例と配置及び水の蒸発器及び凝縮器の可能な配置を概略的に示す。図１４はダクトを通じたファンによる空気循環により熱を輸送する一例を概略的に示す。図１５は両空気循環路において空気を移動させるよう接続された個々のファンを有する空気間熱交換器を概略的に示す。図１６は水、パイプ及びポンプを用いた熱循環を概略的に示す。図１７は熱放射により屋根下の床に含まれた蓄熱要素から建造物内部の残りの個所まで熱を輸送する方法を概略的に示す。図１８は太陽エネルギー蒸留器の配置及び作用を概略的に示す。図１９は空気間熱交換器の作用を示す。図２０は建造物の屋根の垂木及び蒸留水を集める凝縮経路に多層太陽エネルギーコレクタを取り付ける構造の詳細を示す。発明の詳細な説明図面を見るに、図１はその屋根２４に太陽エネルギーコレクタ２２を組み込んだ建造物２０を示す。この建造物２０の設計は、美観あるいは経済的影響との対立を最少限に抑え、そして、特にこの実施例は、４階建て１５００平方フィートの住宅になっている。屋根２４の傾斜は３０度であり、それは雪が屋根から滑落する最小限の角度である。屋根２４は、従来の屋根材料からなる外辺部を除いて、太陽エネルギーコレクタ２２から形成されている。その透明状態において、太陽エネルギーコレクタ２２は、散乱する太陽輻射（より正確には、半球状の太陽エネルギースペクトル）を３０％を超える割合で透過させる。本発明において使用される太陽エネルギーコレクタ建造物構造（図１３に示すように、吸収体及び蓄熱要素が建造物の一部であり、コレクタが建造物の一部でなくてもよい）はいずれも以下の能力を有する。すなわち、太陽エネルギーの透過率が３０％以上であり、光シャッタの透過率の最大値と最小値の比が３：１以上であり、吸収体の太陽エネルギー吸収率が７０％以上であり、最も寒い月の平均日において一夜中の熱消費の７０％を超える蓄熱量を有していることである。適切な太陽エネルギーコレクタは、ここでは、高効率光透過断熱材光シャッタ太陽エネルギーコレクタ（ＨＥＴＩＯＳＳＣ）と称される。そのようなＨＥＴＩＯＳＳＣからなる太陽エネルギーコレクタの好ましい実施例は、ここに添付された「光許容熱絶縁構造」という名称でデイ・チャーロウディ（Day Chahroudi ）により１９９１年３月１９日に出願された係属中の米国特許出願０７／６７０，７８３号に詳細に記載されている。理解を容易にするため、本出願の「対流バッフル」という用語は前記｀７８３出願のＣＢＴＬＴＲという部材に相当するものである。簡単に言えば、上記出願の光許容熱絶縁構造とは、その内部と外部との間で光及び太陽輻射を透過させる改良された熱抵抗を有する光許容熱パネルと、このパネルの外側表面の近傍に位置する（熱放射熱対流抑制材料からなる）１層以上の光透過断熱層と、建造物の内部の近くに位置する光シャッタ層及び任意の太陽輻射吸収層とを備えている。上記ＨＥＴＩＯＳＳＣは、暖房される建造物の屋根や壁に配置されるかこれらを形成するよう設計されている。上記対流バッフルは、気体で満ちたキャビティをいくつかの部屋に分けることによって、キャビティ内の気体による対流熱移動を抑制するよう設計された構造である。また、対流バッフルは、透明な低放射率層とともに使用される場合、太陽光及び熱放射透過材料の薄いシートやフィルムから形成されてもよい。上記バッフルの表面は、ポリオレフィン、好ましくは非常に高い結晶性のポリエチレンあるいは非常に低い結晶性を有するポリエチレンのポリオレフィンから構成されてもよい。上記低放射率層とは、光を透過させるか或いは吸収する層である。この層は、熱放射を反射するとともに放出しないことにより熱の伝達を防ぐ材料からなる１層以上の被膜或いは層を含んでいる。上記低放射率層は透明であってもよいし、光を吸収してもよい。上記低放射率層については更に後に説明する。上記光シャッタは、光の透過を規制して太陽光の形での熱の流れを防ぐ層である。シャッタは、局部温度（熱変色性）、入射光度（光変色性）、電流または電場（電気変色性）、或いは局部温度と入射光度の両方（熱光変色性）により、可逆的に作動されてもよい。上記光シャッタは、所望の太陽熱の規制を可能にするとともに、それにより太陽エネルギー存在領域の温度が他に向けられ転換されることを可能にする。デイ・チャーロウディに対し１９７８年４月２５日に特許付与された「光透過断熱システム」という名称の米国特許４，０８５，９９９号、デイ・チャーロウディに対し１９８１年１２月２９日に特許付与された「太陽エネルギー制御システム」という名称の米国特許４，３０７，９４２号、「自動光弁の構造及び作成」という名称の１９８６年１２月２１日出願の米国特許出願０６／９４８，０３９号、及び「自動光弁」という名称の１９８９年１１月２８日出願の米国特許出願０７／４４１，９０７号は、同様に、それらの全容の参照によりここに組み込まれており、上記｀０３９出願及び｀９０７出願のコピーが添付されている。米国特許４，０８５，９９９号はいくつかの断熱システムを開示している。米国特許４，３０７，９４２号は温度の関数としての可視光線透過率の制御を開示している。上記米国特許出願｀０３９号及び｀９０７号は本発明で利用される太陽エネルギーコレクタにおいて使用され得る光シャッタのいくつかの例を開示している。本発明（図１）では、太陽エネルギーコレクタ２２は曇りの日の最大限の太陽熱収集のために、建造物の垂直壁ではなく、屋根２４上に設置される。図２に見るように、屋根２４及び太陽エネルギーコレクタ２２を備える建造物２０の一実施例の断面が示されている。図２に示すように、建造物は、例えば、住居やオフィスを含む低価格の建物であってもよい。屋根２４は雪が滑落し得るように３０度或いはそれ以上の傾斜度で構成されてもよい。２００フィート（６５メートル）の広い吹き抜け区間（図示せず）からなる断熱被覆体２３が、スパン及び縁部に沿った雪の堆積を制限するよう使用されてもよい。６５フィート（２０メートル）の高さの断熱被覆体２３は、風を捕捉するとともに煙突効果によって夏の冷房を容易にする。建造物２０の上記断熱被覆体２３の内部には、蓄熱要素が含まれており、この蓄熱要素は、建造物２０の不透明かつ光透過性の断熱体及び建造物が建つ地面から内側に位置するか或いは断熱体の内部に含まれたものから構成されている。これにより、例えば、建造物の外側表面仕上げ（図示せず）を形成する煉瓦壁や、天窓（図示せず）の外装透明ガラスは含まれなくなるであろう。上記断熱被覆体２３を構成する時折半透明で時折透明な吹き抜けの内側には、観覧席のように積み重ねられた数段の部屋２５が存在する。これらの部屋の天井は新鮮な食物、水及び空気を提供するよう使用される菜園２６で覆われてもよいし、上記部屋２５の非断熱性の構造内に熱が蓄えられてもよい。上階の住居用の庭園が下階の住居の屋根上に位置してもよい。この庭園は植物で覆われた格子垣や低木により隣室の庭園から見えないように形成されてもよい。この建造物設計が住居用に使用されない場合は、屋根の庭園は、上記被覆体が大木用の空間を作るために部屋側から少し離れて動かされるようにして、公共の場として使用されてもよい。１年中夏の公園、庭園、アスレチック広場及びスイミングプールが、住居の列の間及び上記被覆体区間が結合したり曲がっている場所において高木で覆われていてもよい。図３Ａないし図３Ｃには、低放射率コーティング、熱変色性シャッタ及び対流バッフルとともに形成されたＨＥＴＩＯＳＳＣ太陽エネルギーコレクタ２２の様々な実施例の断面図が概略的に示されている。図３Ａないし図３Ｃには、屋外側（左）から屋内側（右）に向かって各層が描写されている。図３Ａないし図３Ｃは、透明ガラス材層２６を示しており、この層はガラス、プラスチックシートやフィルム、半透明ガラス繊維補強プラスチックなどの太陽輻射を透過させる材料である。上記透明ガラス材２６に隣接して、光透過断熱材層３０があり、この層は太陽輻射を良好に透過させるが、０．３ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆより低い熱伝導率を有して熱を良くは通さないようになっている。ここでの使用において、「隣接」という言葉は別の層とほぼ平行であるが必ずしも接触していない状態を意味する。光透過断熱材３０は、低放射率コーティング及びバッフルを、ハニカム、エーロゲル及び低放射率コーティングされた窓を含む真空空間にするようにして、１層以上の低放射率層３２と対流熱伝達を抑制する効果を発揮するとともにさらに太陽輻射に対して透過性を有する１層以上の層３４とから構成されてもよい。上記層３４に好ましい材料は、対流バッフル３４もしくはハニカム構造、間が真空化された複数の窓、エーロゲル、及び非反射性プラスチックフィルムもしくはガラスの多層窓である。低放射率層３２は、太陽輻射を透過させる一方で熱放射を反射する材料、例えば、Ｉｎ₂０₃／Ａｇ／Ｉｎ₂０₃、或いは真空コーティングにより形成された他の絶縁体／金属／絶縁体積層体、或いは熱分解により形成された酸化インジウム層または酸化すず層から構成される。上記層３４の次に、光シャッタの機能を発揮する層３６がある。この層３６は、好ましくは、電圧、電流、熱或いは光によって作動される反射型または吸収型シャッタから形成される。この層３６の次には、コレクタの構造体表面（保護層）の機能を発揮する層３７（独立に図示はしていない）が位置し、光吸収性であっても光透過性であってもよい。この層３７は金属、プラスチック、ガラス、プラスチックフィルム、繊維強化プラスチックなどの堅い材料から形成され得る。この層３７の機能はコレクタに機械的剛性と保護を付与することであり、更に、熱を蓄える機能を有してもよい。図３Ｂ及び図３Ｃはそれぞれ４つの層３４（対流バッフル）を含む太陽エネルギーコレクタの一実施例を示す。これらの実施例では、ソーラーパネルは上述のＨＥＴＩＯＳＳＣ太陽エネルギーコレクタである。光透過断熱材３０は１ないし２インチのプラスチック発泡樹脂と等しい断熱値を有し、一般的な屋根及び壁構造の断熱値にほぼ匹敵する（必ずしも等しくはない）。同時に、そのような高性能の光透過断熱材は入射太陽エネルギーの３０％ないし７０％を透過させる。図７ないし図１１は様々なタイプの光透過断熱構成部分を太陽エネルギーコレクタ２２に組み込んだ状態を例示している。図３Ａ，図３Ｂ及び図３Ｃでは、低放射率層３２は、３ないし４０ミクロンの波長範囲で室温熱放射の大部分を放射しない（すなわち、２５％以下を放射する）材料である。この低放射率層３２は透明であり、例えば、両側の２層の絶縁層により光を反射しない（太陽輻射をあまり反射しない）薄い銀の層、或いは酸化インジウムまたは酸化すずの層からなっていてもよい。低放射率層３２は太陽輻射に対して吸収性を有し、例えば、アルミニウム層の上に次酸化ニッケル層を置く構成であってもよい。低放射率層が吸収性である場合、コレクタ２２の内部でかつ対流バッフル３４と建造物２０の内装との間に配置される。対流バッフルは好ましくは３ミクロンの波長と４０ミクロンの波長の間で熱放射の２５％以下を吸収する材料の層である。対流バッフル３４として使用される適切な材料は、一例として、０．００１インチの厚さのポリエチレンフィルムである。対流バッフル３４は（対流バッフルのない太陽エネルギーコレクタに比べ）太陽エネルギーコレクタ２２の熱抵抗を２倍にするとともに、低価格である。上記ポリエチレン材料が対流バッフルとして使用される場合、大部分のプラスチックと同様に、３ミクロンの波長と４０ミクロンの波長との間で長波長の赤外線放射に対して９０％の透過性を有し、太陽光に対して極めて高い透過性を有するとともに、太陽光の紫外線に３０年間耐え得る。対流バッフル３４が熱放射を吸収しすぎる場合、低放射率層３２の有効性を損なうことになるだろう。対流バッフル３４の使用は低放射率層３２の断熱値を倍増させることができるが、第２低放射率層３２のコストの一部に相当するにすぎない。図３Ａないし図３Ｃは光透過断熱材が太陽エネルギーコレクタ２２に装備された様子を示す。上記光透過断熱材３０に隣接して、そのどちらかの側には、制御された可逆的に変動可能な太陽輻射透過率を有する材料もしくは装置を備えるとともに、不透明状態の３倍以上の太陽輻射エネルギーを透明状態において透過させる光シャッタ３６を備える層が位置している。光シャッタ３６を通過する太陽エネルギー透過率は、例えば、（図５に示す）温度によって、電流、電圧などの電気的手段によって、あるいは機械的作用によって制御されてもよい。そして、反射或いは吸収により太陽輻射を遮断してもよい。光シャッタ３６の配置は、図１２の光シャッタ３６が反射手段として機能するか或いは吸収手段として機能するかに依存する。吸収型のシャッタの場合、光シャッタ３６は透明ガラス材２６と光透過断熱材３０との間で両者に隣接して配置されている（図４参照）。反射手段として利用される場合、光シャッタ３６は、光透過断熱材３０、任意の蓄熱要素４２、或いは、もし存在すれば、（図１２に示すような）太陽エネルギー吸収材の任意の層４０のどれかに隣接して配置される。図３Ｃは低放射率型の光透過断熱材を利用した太陽エネルギーコレクタの更に別の実施例を示し、このコレクタは互いに独立した７層を含んでいる。この太陽エネルギーコレクタはまた太陽エネルギー吸収材の層４０を含んでもよい。この太陽エネルギー吸収材４０は、例えば、輻射を吸収するとともに建造物２０の外装に適合する暗色の塗料、及び例えば、建造物２０の内装に心地よい外観を与えかつ／または洗浄しやすい壁紙、石膏、木の層の内装仕上げをふくむ。一例として、図３Ａないし図３Ｃの３つの典型的な太陽エネルギーコレクタの熱伝導率と太陽エネルギー透過率比較が以下に示される。上記表の太陽エネルギー透過率と熱抵抗は、ＵＳＤＯＥローレンス・バークレイ研究所（USDOE Lawrence Berkeley Laboratory）のウインドウ３．１プログラム（Window 3.1program）を用いて算出される。これらの値の大部分はまた、ドイツ、フライブルグのフラウンホーファー・インスティチュート（Fraunhofer Ins titute）、ドイツ、ハノーヴァーのＩＳＦＨ、及びベルギー、ブリュッセルのＢＢＲＩによっても測定された。上記の測定はどのケースにおいてもコンピュータモデルを証明した。図３Ａの太陽エネルギーコレクタ２２の太陽エネルギー透過率に関して上記列挙された高い値は、温室での使用を示唆している。図３Ｂ及び図３Ｃの太陽エネルギーコレクタ２２に関する高い断熱値は、曇りの日の間に熱を収集する際の使用を示唆している。図４は吸収型の光シャッタ層の太陽エネルギーコレクタ２２における相対位置の拡大詳細断面を示す。透明ガラス材２６は吸収型光シャッタ層３６に隣接し、この層が次に光透過断熱材３０に隣接し、この光透過断熱材３０が、本実施例では、任意の太陽エネルギー吸収材４０に隣接している。この図は吸収手段により作動する光シャッタ３６を用いることにより必要とされる様々な層の構造的な配列を示す。光シャッタ３６は、吸収性になり温度上昇する際、光透過断熱材３０によって建造物の内部から遮断されねばならない。したがって、吸収型の光シャッタ３６はガラス２６と光透過断熱材３０との間に配置されるべきである。光シャッタ３６が反射型である場合には、光透過断熱材３０のどちらの側に配置されてもよい。図５に示すように、熱変色性反射型光シャッタ３６の周囲温度に対する反射率は周囲温度に対して曲線で描かれる。この図は、建造物内部温度或いは蓄熱要素温度を一定に保つように建造物の内部或いは蓄熱要素の隣に配置された図６の熱変色性反射型光シャッタに関して、太陽輻射の反射が周囲温度の変化に従っていかに変動するかを示している。上述の実施例には変形が存在し得る。例えば、図６は太陽エネルギーコレクタ２２の断面図を示す。図６において、透明ガラス材層２６が光透過断熱材層３０に隣接し、この層が、本実施例では、反射型光シャッタ層３６に隣接しており、次に、この光シャッタ層が任意の太陽エネルギー吸収材４０に隣接している。図６はまたクラウドゲル（Cloud Gel ）などの反射型光シャッタが太陽エネルギーコレクタ２２に装備される様子を示す。上記クラウドゲルは、熱変色性反射型光シャッタであり、サンテック社（Suntek,Inc.）の商標である。その他の材料がここで使用される太陽エネルギーコレクタにおいて反射型光シャッタとして使用されてもよい。クラウドゲルは、係属中でそれぞれの全容が参照によりここに組み込まれている、「自動光弁の構造と作成」という名称のデイ・チャーロウディ（Day Chahroudi）により１９８６年１２月３１日に出願された米国特許出願０６／９４８，０３９号、及び「自動光弁」という名称のデイ・チャーロウディにより１９８９年１１月２８日に出願された米国特許出願０７／４４１，９０７号に詳細に説明されている。また、ポピュラーサイエンス１９８４年３月号の「思考型窓は過熱時に太陽を遮断する」（"Thinking Window Switches Off the SunW hen it is Hot"）、及び１９９０年３月の米国外的反応性太陽エネルギー会議（ U.S.Passive Solar Conference）における私の論文「請負業者が外的反応性暖房、冷房及び採光を設計した」（"Contractor Designed Passive Heating,Cooling ,and Daylighting"）を参照。簡単に言えば、クラウドゲルはポリマー及び溶剤からなる熱−光シャッタ層であり、上記ポリマーはその遷移温度を超える溶解状態から可逆的に凝結することにより、光を反射する。上記ポリマー及び溶剤はきれいに分割された個別の位相を形成する。それら位相の一方は溶剤リッチ（solvent rich）であり、他方の位相はポリマーリッチ（polymer rich）である。光シャッタ３６は、コレクタ２２内の温度が太陽光を集束させずに４００°Ｆまで達し得るので、コレクタ２２に陰影を付与して建造物の過熱を防ぐようになっている。クラウドゲル、すなわち熱変色性光シャッタは、快適な室温以上に過熱されると不透明な白色に可逆的に変色して光の全スペクトルの９０％までを反射させ、その後冷却されると９０％の太陽エネルギー透過率を有する透明状態に戻る。遷移温度及び最大反射率は人間及び植物のための様々な室内気候を作り上げる間に設定される。単なる一例として、他のタイプの光シャッタ３６が電子（electronic）電流または電圧により作動されてもよい。これらの光シャッタ３６は電気変色性として分類され、太陽輻射を吸収または反射する特性を有するように制御され得る。上記光シャッタは電気的（electric）電圧または電流により制御されてもよい。図４は吸収型光シャッタ３６が太陽エネルギーを吸収している際に建造物を加熱するのを避けるよう太陽エネルギーコレクタ内に装備された様子を示す。例えば、液体水晶光シャッタは時間区分でデジタル表示の生成が可能なものとして公知のこれらの化学物質と同じタイプの活性成分を有している。例えば、時折ポリマーマトリックス内で小滴の形で存在する液体水晶が、電極として作用する酸化インジウムまたは酸化すずの極薄膜層などの透明な導電体でコーティングされたガラス或いはプラスチックフィルムの間に挟持される。電圧が上記電極に印加されると、液体水晶はガラスと垂直に整えられ、光がそこを通過する。電圧が切られると、液体水晶は太陽輻射を散乱させ、光シャッタ３６を半透明な白色に変える。液体水晶を用いた実施例の変形においては、透明電池に例えられている電気変色性ガラスを含んでいる。本実施例は電気変色性材料（すなわち、不純物添加タングステン、酸化バナヂウムなどの酸化遷移金属と呼ばれる無機半導体）の層の光吸収特性を電子的に変更することによって作動する。これらのシャッタにおいても２個の透明電極を使用している。電流が印加されると、ある１つの層からイオンがそして他の層から電子が第３の層、すなわち電気変色性材料に移動する。その結果起こる化学反応はガラスに光を吸収させてガラスを暗色（一般的に青色）に変色させる。この効果を逆転させるためには、電極の極性が反転される。ここに開示された液体水晶ガラス及びクラウドゲル光シャッタ以外にも、他のタイプのシャッタ、例えば電気変色性シャッタが適している。これらの材料は電気変色性材料の層の光吸収特性を電子的に変えることにより作動する。適切な電気変色性材料はある種の無機半導体、例えば、不純物添加タングステン、酸化バナヂウムなどの酸化遷移金属である。これらの材料を利用したシャッタは２個の透明電極を含んでいる。電圧が印加されると、ある１つの層からイオンがそして他の層から電子が第３の層、すなわち電気変色性材料に移動する。その結果起こる化学反応はガラスに光を吸収させてガラスを暗色（一般には青系色）に変色させる。この効果を逆転させるためには、２個の電極の極性が反転される。電気変色技術を開発している会社としては、ペンシルバニア州ピッツバーグのＰＰＧ社、ニューヨーク州ヴァレイコテージ（Valley Cotage）のＳＡＧＥ社（SAGE Corp .）、コロラド州ゴールデン（Golden）の太陽エネルギー調査研究所（the Solar Energy Research Institute）、カリフォルニア州バークレイのローレンス・バークレイ研究所（Lawrence Berkeley Laboratory）などがある。別のタイプの電気変色性シャッタとして、懸濁粒子状光シャッタがある。懸濁粒子状光シャッタは活性成分、例えばポリヨウ化水晶が印加電圧に反応して配向を変化させる液体水晶技術に似る。最近まで、開発者は濃度の高い液体内に懸濁され再度透明導電材料でコーティングされた２枚のガラスシートの間に挟持された針状の水晶を用いていた。電圧が印加されると、針は光の通過を許容しながら壁と垂直に並ぶ。電気が切られると、粒子が散乱して光を吸収しガラスがダークブルーに見えるようになる。ある開発者、すなわちニューヨーク州ウッドベリー（Woodbury）のリサーチフロンティアズ社（Research Frontiers,Inc.）プラスチックフィルム内で粒子を含む液体の滴をカプセル状にする処理に取り組んでいる。対流バッフルは、好ましくは、ここで使用される太陽エネルギーコレクタの低放射率コーティングに加えることができる。シャッタが入射する太陽輻射の熱を拒絶するように吸収性になる際、シャッタ自体が温度上昇して建造物の内部から光透過断熱材によって断熱されねばならない。従って、吸収型のシャッタは図４に示すようにガラスと光透過断熱材との間に配置されねばならない。光シャッタが反射型のものである場合には、光透過断熱材のどちらの側に配置されてもよい（図１２参照）。蓄熱要素も透明である場合には、その後反射型光シャッタは透明蓄熱要素のどちらの側に配置されてもよい。反射型光シャッタが（例えば、クラウドゲルのような）熱変色性である場合には、図３Ａ，図３Ｂ及び図６に示すように、光透過断熱材から構造の内側に配置され、建造物及び／またはその蓄熱要素が温度上昇し過ぎた時に反射性になり、建造物及び／またはその蓄熱要素が温度低下し過ぎた時に不透明になるよう構成されてもよい。他の変形において、図７は光透過断熱材層３０の他の一実施例を示し、１層または２層の低放射率層３２がガラスで覆われた真空空間４３の内部表面に貼着されている。更に他の変形例として、図８は光透過断熱材層３０の別の実施例を示し、ハニカム材料の層４４が、その開口４６が透明ガラス材料の入れ物状の層２６にほぼ垂直になる状態で配向されている。この実施例では、光シャッタ３６はガラス材層２６の上もしくはそれより下方に任意に配置される。図９はその開口４６が透明ガラス材層及び屋根外装２４にほぼ垂直になった状態のハニカム材料４４を示す。更に別の変形例では、図１０はその開口４６が建造物２０の床５０にほぼ垂直に向けられたハニカム材料４４の別の実施例を示す。更に別の変形例として、図１１は透明ガラス材層２６に隣接するエーロゲル５２からなる光透過断熱材層の別の実施例を示す。エーロゲル５２は太陽輻射の１／４波長（１００ｎｍ）より薄い固体材料を備え熱放射を吸収する細かく区分された材料である。図７ないし図１１に例示された好ましい光透過断熱部材は従来技術として公知のもので、それらは、例えば、１９９０年３月、光学エンジニアリング国際学会（Internatinal Society For Optical Engineering）の「光学材料技術（OPTICA L MATERIALS TECHNOLOGY）」の「光透過断熱材料」（"Transparent InsulationM aterials"）第２８４頁にフォルカー・ウィットワー（Volker Wittwer）により開示されたハニカム構造、私の米国特許出願０７／６７０，７８３号に開示された対流バッフル、デイ・チャーロウディ（Day chahroudi ）の米国特許３，９５３，１１０号、同じく４，０８５，９９９号及び４，３８９，４５２号に開示されたハニカム構造及び低放射率コーティング、１９９０年３月の米国太陽エネルギー学会の第１５回全国外的反応性太陽エネルギー会議（15th National Passiv e Solar Conference）における「熱循環真空窓の評価」（"Evaluation of a The rmally Circulating Vacuum Window"）第４３頁にＪ．Ｄ．ギャリソン（J.D.Gar rison ）により開示された真空空間、及び、１９８６年１１月２７日ないし２８日に開催された国際太陽エネルギー学会ドイツ部門の第１回国際外的反応性太陽エネルギー利用光透過断熱材料研究会（The lst International Workshop onTra nsparent Insulation Materials for Passive Solar Energy Utilization）において提出されたＭ．ミエルケ他（M.Mielke et al ）著「エーロゲル−新しい部類の材料」（"Aerogels - a new class of materiar"）第２５頁に開示されたエーロゲルなどである。上記特許及び公開書面の全てはその全容が参照によりここに組み込まれている。蓄熱の必要性はここで利用される太陽エネルギーコレクタの使用とともに実質的に削減されるけれども、完全には取り除かれず、蓄熱は、熱を建造物に一夜中供給するのに充分な暖房能力を確保するのを助ける役割をする。図１２Ａでは、太陽エネルギーコレクタ２２を形成するのに使用され得る様々な必要及び任意の層の様々な相対的配置が概略的に示されている。この図はこの後太陽エネルギーコレクタ２２の構造の様々な実施例を説明するための基礎を提供するために含まれている。図１２Ａにおいて、太陽エネルギーコレクタ２２の断面図は蓄熱要素４２を含んでおり、同様の蓄熱要素が図１３（要素５０及び５６）、図１４（要素５０）及び図２（要素２５）に示されている。図１２Ａに示されるように、蓄熱要素４２の配置は太陽エネルギーコレクタ２２の一部に対して下方で近接した配置（ここでは「熱輸送関係」とも称される）であってもよい。この近接した配置は、蓄熱要素４２が、太陽エネルギーコレクタにより受け取られたエネルギーが以下に説明するように熱輸送機構により蓄熱要素４２に輸送されるような太陽エネルギーコレクタの残りの部分に対する関係において配置されることを意味している。例えば、図１２Ａは蓄熱要素４２の配置のいくつかの可能性、例えば、その配置が４０Ａまたは４０Ｂとして指示された太陽輻射吸収材料と任意の内装仕上げ５４との間でこれらに隣接した位置、内装仕上げ５４と光シャッタ３６Ｂまたは光透過断熱材３０との間でこれらに隣接した位置などを示している。蓄熱要素４２は図１２Ａに示すように、光透過断熱材３０の下方に配置されねばならない。蓄熱要素４２が透明である場合には、その後反射型熱変色性光シャッタ３６は、３６Ｃもしくは３６Ｄの配置で示されるように、透明蓄熱要素４２のどちらの側に配置されてもよい。反射型光シャッタ３６が熱変色性である場合には、図３Ａ、図３Ｂ及び図６に示すように、構造体２０（図示せず）及びその蓄熱要素４２が温まり過ぎた時にこの反射型光シャッタが反射性になるとともに、構造体２０及び／またはその蓄熱要素４２が冷えすぎた時にこの反射型光シャッタが不透明になるように、反射型光シャッタ３６は光透過断熱材３０から構造体２０（図示せず）の内側に配置されるべきである。図１２Ａを伴う様々な実施例のより完全な説明は本出願の実施例１４及び１５に含まれている。図１３は蓄熱要素４２の配置に関するいくつかの更なる変形例を示す。この図は本発明の他の実施例に比べてわずかにコストを上昇させる代わりに、熱に加えて新鮮な果物、野菜、花、水及び空気を供給するような一軒の家族用の住宅設計を示す。例えば、蓄熱要素４２（図示せず）は、建造物２０の断熱被覆体２３の内部で、屋根２４の下方の床５０であったり床５０内に配置されたり、床５０と屋根２４との間の空間６０内であったり、あるいは建造物２０の最上階または屋根裏６４内に位置する温室６０における植物６２、土（５６）などの対象内であってもよい。図１３に示すように、鉢植えの木及び天井の真下に吊り下げられたプランター群により与えられた陰を有する温室６０はその最上階６４をまぶしさから解放する。この空間は居間、ダイニングルーム或いは台所として使用されてもよい。植物６２用の土５６は蓄熱作用をもたらす。また、植物６２は空気の汚染を除去しＣＯ₂をＯ₂に置換することによって空気を浄化させる。洗浄や家庭の雑用に使用された水は植物に供給され、そこで最終的に葉から発散する。この蒸留された排出復水は太陽エネルギーコレクタ２２の天井の内側表面から集められてもよい。或いは、蓄熱要素４２は建造物の断熱被覆体２３内に他の目的で既に配置された物、例えば、蓄熱以外の理由で建造物２０内に配置された物に配置されてもよい。これにより、例えば、板状の岩もしくは石膏ボードの壁、天井表面、セメント床、家具などは全て熱を良く蓄積するが、通常は熱を蓄積する能力とは関係なく建造物２０の内部に配置されている。図１３に示された屋根裏６４は太陽エネルギー蒸留器として代用される。太陽エネルギー蒸留器は太陽輻射を使って蒸発及び液化により水を純化させるとともに、その後復水を集める装置である。図１３では、空気中の水分、例えば、植物の葉を通して発散された湿気が空気の流れ及び拡散のせいで屋根に向かって上昇し、そこでガラス表面上で凝縮される。この凝縮物はその後純粋な水として集められる。植物６２は蒸発器７０（個別には図示せず）の機能を発揮し、太陽エネルギーコレクタ２２の内側表面は凝縮器及び蒸留された水の収集器７２の機能を発揮する。凝縮物は太陽エネルギーコレクタの内側表面に沿って屋根２４の下方の縁５４に位置する収集点及び収集槽７４まで流れる（図１３、図１８及び図２０参照）。図１４は建造物２０を通る空気の流れを概略的に示す。図１４に示すように、熱の輸送はダクト８０を介したファン７６による空気循環によって実現される。図１４では、例えば、天井５０が蓄熱要素として働く。暖められた空気はダクト８０を介したファン７６により蓄熱要素２４及び２６から建造物２０内部の残りの部分まで運ばれる。冬季には、このような方法で熱が屋根裏または最上階５１から建造物２０の残りの部分まで循環されてもよい。この空気循環路（５９Ａ、５９Ｂ、５９Ｃ）は天井または床通気口５８（１つのみが図示されているが、複数個の場合も含む）を通じて下方の階５９から屋根裏５１まで満たされる。夏季には、同じファン７６が大部分の屋根付き建造物に一般的に設けられている通気口（図示せず）を通じて外部から空気を取り入れることにより屋根裏５１を通じて外気を循環させるように使用されてもよい。日中の間は、熱循環は太陽エネルギーコレクタ２２の不透明状態における太陽エネルギー透過の少なさに起因する熱負荷を廃棄する。夜には、ファン７６が夜の空気を使って建造物２０全体及び的熱要素５０を冷却する。空気循環のパターンは図１４に矢印５９Ａ，５９Ｂ及び５９Ｃにより概略的に示されている。図１５は空気間熱交換器７４を示し、この熱交換器７４はこれに接続され循環路８２において空気を移動させるファン７７Ａ、７７Ｂを有している。この空気間熱交換器７４は、断熱被覆体２３の内部において（屋根裏５１の代わりとして図１３に６０で参照された）上方階の温室に蓄えられた熱を建造物の下方の階に伝達する一方で、湿気が建造物２０の内部２４の上方レベルに残るのを防ぐように使用され得る。空気循環のパターンは図１５に矢印Ａ、Ｂ、Ｃで概略的に示されている。図１６は熱が水に蓄えられる実施例を示す。図１６では、例えば、建造物２０の屋根２４は水８４を保持するように設けられており、水８４により保持され太陽エネルギーコレクタ２２から生成された熱はポンプ８６及び建築物２０の内装を貫く一連の暖房部材に接続されたパイプ９０などのパイプネットワークによって建築物２０の内部２３の他の部分に循環される。好ましい暖房部材は、例えば、ラヂエータ９２などのラヂエータである。このようにして断熱被覆体２３の全体が暖房される。屋根２４は好ましいいかなる方法によって水を保持するようにしてもよい。例えば、屋根はそれにはんだづけされた管を有する金属シートや水蓄熱及び水循環の経路を有するプラスチック押し出し成形品から構成されてもよい。図１７は蓄熱要素４２が太陽エネルギーコレクタの屋根２４の下方の床５０に含まれ、建造物２０の内部８３の残りの部分への熱輸送が矢印Ａで概略的に図示された熱放射により発生し得る実施例を示す。図１８は太陽エネルギー蒸留器６６の配置及び作用を示す。汚れた水７０は屋根裏の床５０で蒸発され太陽エネルギーコレクタ２２の内側部分で凝縮される。結果としての復水或いは蒸留水はその後天井２２の下方縁５４に配置された収集手段７２により集められる。上記汚れた水は、例えば、悪くなった井戸水や衣服、食器及び人体からの洗浄水である。上記床５０は１インチ以上の水の層を支持し得るよう構成されなければならない。それ故、床５０は、例えば、従来構造の平屋上の耐水プラスチックフィルムから形成される。上記収集手段は天井の底縁で（図示しない）端壁に位置する槽７４である。図１９は空気間熱交換器７４の作用を示し、ここではファン７６は湿気を含んだ暖房空気を移送し、ファン７８は、例えば、復水の滴が蓄えられ復水排出パイプ８０に流れる従来の熱交換器と異ならない凝縮装置を介して相対的により冷たい空気を移送するようになっている。この図は図１５の熱交換器の詳細図であり、同様にして建造物に設置されている。暖房された湿潤な空気は例えば図１８の屋根裏６６または図１３の屋根裏６４によって生成される。冷たい空気は図１３及び図１８の太陽エネルギーコレクタ下方の建造物及び水蒸気発生器６８から来る。図２０は建造物（図示せず）の屋根（図示せず）の垂木１００に対する多層太陽エネルギーコレクタ２２の取付の詳細を示す。７４は蒸留水の収集用水路である。太陽エネルギーコレクタ２２はゴム気密シールにより木、鋼またはアルミニウムから形成された格子状の垂木１００にシールされる。ここで使用されるＨＥＴＩＯＳＳＣは光シャッタ層、保護ガラス、任意の蓄熱要素、任意の太陽エネルギー吸収材及び光透過断熱材を含んでもよい。光透過断熱材は、例えば、低放射率層、或いは対流バッフルを備えた低放射率層、或いは真空層を備えた低放射率層、或いはハニカム材料もしくはエーロゲル材料から形成されてもよい。ここで使用されるＨＥＴＩＯＳＳＣのいくつかの要素は特許付与された或いは係属中の米国特許出願の対象である。例えば、「鏡状伝達及び散乱反射光シャッタ」（"Specularly Transmitting and Diffuse Reflecting Opti cal Shutter"）という名称の米国特許出願０７／６７０，７８４号は本発明の光シャッタ要素の一例を説明している。同様に、「光許容断熱建造物」（"Light A dmitting Thermal Insulating Building"）という名称の米国特許出願０７／６７０，７８３号は本発明のガラス、光透過断熱光シャッタ及び吸収体要素のいくつかの構成を開示している。簡単に言えば、ＨＥＴＩＯＳＳＣは建造物の外装面を形成する透明ガラス、０．３ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆより小さい熱伝達率を有する光透過断熱材、透明状態において不透明状態の３倍以上の太陽輻射エネルギーを透過する光シャッタ、太陽エネルギー吸収材の任意の層、蓄熱材料の任意の層、及び内装仕上げの任意の層の各層を有する太陽エネルギーコレクタである。ＨＥＴＩＯＳＳＣは建造物内の屋根または壁部材に取って代わる。その透明状態では、ＨＥＴＩＯＳＳＣは３０％を超える太陽エネルギー透過率（より正確には、半球状太陽エネルギースペクトル透過率）を有する。本発明において特許請求されているのは、ＨＥＴＩＯＳＳＣ或いはその他の太陽エネルギーコレクタではなく、そのような太陽エネルギーコレクタを用いた建造物設計である。高性能光透過断熱材が曇天の間に太陽エネルギーを収集するように使用される本発明の新規な外的反応性太陽熱暖房設計戦略は、太陽熱暖房に極めて効果的である。熱模型作成では、この設計戦略が特別な建造物設計次第で共に寒く非常に曇りがちな冬を持つ都市であるボストン及びベルリンにおいて、それぞれ８０ないし１００％の太陽熱暖房と６３ないし１００％の太陽熱暖房とをもたらすことを示している。熱が曇天の間に収集されるので、一夜間の蓄熱のみで足りるとともに、バックアップヒータがより小型になりかつ低価格になる。また、屋根の一部または全体がコレクタとして使用されるとともに、太陽エネルギーに関する性能はコレクタの向きに対して比較的感度が悪いので（太陽輻射は曇天の間あらゆる方向から来るので）、美観上の影響が最少に抑えられるとともに、それにより設計者または請負業者がほぼ完全な設計面の自由を得ることになる。光透過断熱材及び光シャッタは従来の平均的な屋根構造に匹敵するコストで屋根に組み込まれ得る。これらＨＥＴＩＯＳＳＣは北部地方の気候において良く性能を発揮するとともに完全に化石燃料を用いて暖房された建造物の初期コスト、設計及び建造の容易さに匹敵する外的反応性暖房建造物の設計戦略を可能にする。上記に参照された米国特許出願０７／６７０，７８３号に記載されたＨＥＴＩＯＳＳＣ技術の登場とともに、全く異なる設計戦略が可能になった。ＨＥＴＩＯＳＳＣの光透過断熱材は低放射率コーティング、対流バッフル、透明毛細管付きハニカム建造物、真空窓、エーロゲル、及び非反射性プラスチックフィルムまたはガラスの多層窓ガラスを含み得る。（１９８６年、１９８８年、１９８９年、１９９１年、ドイツ、フライブルグのフラウンホーファー・インスティチュート（Fraunhofer Institute）における国際研究会（International Workshop）の太陽エネルギー変換用光透過断熱技術（Transparent Insulation Technology forS olar Energy Conversion）と、１９９０年３月、光学エンジニアリング国際学会（Internatinal Society For Optical Engineering）、光学材料技術（OPTICAL MATERIALS TECHNOLOGY）のフォルカー・ウィットワー（Volker Wittwer）による「光透過断熱材料」（Transparent Insulation Materials）第２８４頁と、デイ．チャーロウディ（Day chahroudi）によりそれぞれ出願された、１９７４年出願の米国特許３，９５３，１１０号、１９７６年出願の米国特許４，０８５，９９９号及び１９７８年１月１８日出願の米国特許４，３８９，４５２号と、１９９０年３月の米国太陽エネルギー学会の第１５回全国外的反応性太陽エネルギー会議（15th National Passive Solar Conference）におけるジョン．Ｄ．ギャリソン（John D.Garrison）による「断熱真空窓の評価」（Evaluation of a Therm ally Insulating Vacuum Window）第４３頁と、１９８６年１１月の国際太陽エネルギー学会ドイツ部門の光透過断熱材料（Transparent Insulation Materials ）におけるＭ．ミエルケ他（M.Mielke et al）)著「エーロゲル−新しい部類の材料」（Aerogels - a new class of material）第２５頁とを参照。）これらの材料は１ないし２インチのプラスチック発泡材料と等しい断熱値を有し、この値は一般的な屋根及び壁構造の断熱値に対して（必ずしも等しくはないが）これに匹敵する。同時に、これら高性能の光透過断熱材は入射太陽エネルギーの５０％から７０％を透過させる。上記光透過断熱材の断熱値は充分に高く、太陽エネルギーコレクタは不透明断熱の個別の層を使用することなく建造物の構造に組み込まれることができ、夜間の熱損失を防ぐことができる。従って、ＨＥＴＩＯＳＳＣは外側から付加されるのではなく、完全な屋根もしくは壁の代わりに直接代用されることができる。ＨＥＴＩＯＳＳＣは平均的な屋根や壁と同じ程度のコストであるので、太陽熱空間暖房を備え付けるコストが大幅に削減される。この新規な設計戦略は曇りの日に熱を収集することを必要とするので、ＨＥＴＩＯＳＳＣ表面は雲りの際に上方に向く。従って、南壁よりは屋根の方が太陽エネルギーコレクタにとって好ましい配置になる。壁パネルではなく屋根を太陽エネルギーコレクタで置き換えることの更なる利点は、建造物の美観にほとんど悪影響を与えないことである−ＨＥＴＩＯＳＳＣ太陽熱暖房建造物はその屋根をガラス張りにした場合にのみ外観上従来の非太陽熱暖房建造物と変わることになるであろう。曇天時の太陽光は直上から来るので、ＨＥＴＩＯＳＳＣ暖房建造物及びその屋根のコレクタの配向は決定的な要因ではないし、平面プランについてもそうであるので、設計者にほとんど完全な設計の自由を与えることができる。太陽光は曇天の間あまり強くないので、その地方の気候次第では、屋根の半分以上がＨＥＴＩＯＳＳＣからなる広面積のコレクタが必要とされる。対流バッフルは図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示すような低放射率コーティングに付加される。対流バッフルとして好ましい材料は透明なプラスチックフィルムである。このフィルムを対流バッフルとして使用することにより、低放射率コーティングの断熱値がほぼ２倍になり得るとともに、第２低放射率コーティングを設けるコストの一部で利用可能である。対流バッフルは９２％までの優れた太陽エネルギー透過特性を有する耐太陽光ポリエチレンから形成され得る。その機能は低放射率コーティングされたガラスまたはプラスチックフィルムの作用と干渉せずにＨＥＴＩＯＳＳＣの気体空間内での対流を禁ずることである。大部分のプラスチックとは異なり、このポリエチレンは熱を移送する種類の放射である３ミクロンから４０ミクロンの間の長波赤外線放射に対して９０％の透過率を有する。（上記バッフルが多くの赤外線を吸収すれば、低放射率コーティングされた層があるにもかかわらず熱放射を移送するように作用するとともに、低放射率層の効果を大いに減少させるだろう。）大部分のポリエチレンと異なり、このポリエチレンは太陽光に対して極めて透過率が高く、３０年間太陽の紫外線のもとで耐え得る。対流バッフルは低放射率コーティングを単独で過度に使用するＨＥＴＩＯＳＳＣの熱抵抗の２倍になり、そのコストは非常にわずかになるだろう。ＨＥＴＩＯＳＳＣの断熱値は従来の壁及び屋根に匹敵する。その予想される寿命は３０年間に達し得る。製造量が多量になれば、太陽熱や照射を全く捕捉しない平均的な壁や屋根とほぼ同じコストになるだろう。間違った場所に備え付けられた場合には、単に不透明な状態になりその状態を維持する結果、過度の熱利得や熱損失やまぶしさがほとんどなくなる。低放射率層１層、対流バッフル２層及びクラウドゲル層（図３Ａ参照）を有しているので、ＨＥＴＩＯＳＳＣは、０．２０ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆ（１．１ワット毎平方メートル゜Ｋ）の熱伝導率を有し、その太陽エネルギー透過率は７０％と７％との間で変動するとともに、この変化の大部分は３゜Ｆ（約２℃）の変化以上に発生する。このＨＥＴＩＯＳＳＣ構成の高い光透過率はそれが温室での使用に向いていることを示している。４層の対流バッフルと１層のクラウドゲル（図３Ｂ及び図３Ｃ）の代わりに２層の低放射率コーティングを用いれば、太陽エネルギー透過率が５０％ないし５％の状態で、熱伝導率が０．１０ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆ（０．５７ワット毎平方メートル゜Ｋ）になる。これら気候パネルの低熱伝導率はこれら気候パネルを曇天の期間中に熱を収集するのに適切なものにしている。上記ＨＥＴＩＯＳＳＣは、外的反応性空間暖房、採光（天窓）、温室、及びそれ自体の環境を生成する透明建造物被覆体を含む様々な市場部門に答えるように、プラスチックフィルム、低鉄ガラス、繊維強化プラスチック或いはプラスチックシートのいずれかからなるガラス層で表面仕上げされてもよい（図２参照）。１９８９年アメリカ合衆国デンバーにおける第１４回米国外的反応性太陽エネルギー会議（14th U.S.Passive Solar Conference）においてデイ・チャーロウディにより開示され、その全容が参照によりこの明細書に組み込まれているような、この種の光透過断熱被覆体は、０．３０ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆを超える熱伝導率を有していた。また、それゆえ、ここで使用される光透過断熱被覆体よりも低い熱性能を有していた。上記の書類に開示されていた建造物設計では、対流バッフルを使用せずに低放射率コーティングである上記開示の光透過断熱材を使用すれば、北の地方の気候ではあまりよく効果を発揮しないであろう。従って、本発明で使用される太陽エネルギーコレクタは０．３０ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆより小さい熱伝導率を有する光透過断熱材を用いることが重要である。図３Ｃに示すように、これらＨＥＴＩＯＳＳＣ構成はいずれも建造物の外装に適合するとともに太陽輻射を吸収するように暗色に塗られた室内表面を有していてもよい。この表面はその後、例えば、内装仕上げ用の壁紙や石膏で覆われてもよい。上記気候パネルの縁及び図２０に示されたフレーム構造によって与えられる陰は、わずか約４％である。ＨＥＴＩＯＳＳＣを用いて曇天の期間中に充分な太陽熱を集めることを基にした設計戦略は集める太陽熱の蓄熱の必要性を大幅に減少させるけれども、蓄熱の必要はなくならない。しかしながら、次の曇の日まで建造物を暖房するのにわずか一晩の蓄熱で足りる。一晩の蓄熱は、壁の内部、天井の内部及び建造物に既存の家具においてであってもよいし、図２（要素２５）、図９（要素５０）、図１０（要素５０）、図１２Ａ（要素４２）、図１３（要素５０及び５６）、図１４（要素５６）、図１６（要素５６）、図１７（要素５０）、図１８（要素７０）などに示すように、個別の蓄熱要素が使用されてもよい。コンピュータモデルは、建造物が位置する場所の気候の年間で最も寒い月の平均日に必要な一晩の蓄熱量を超えて蓄熱が増大すると、太陽熱暖房により供給された年間熱負荷の割合が急速に上昇することを示している。しかしながら、従来の晴天日外的反応性設計戦略と異なり、熱が次の日の曇の天候によって供給されるので、蓄熱量が一晩の蓄熱を超えて上昇すると、太陽エネルギーにより供給される暖房の割合が非常にゆっくりと上昇する。実施例１ないし１３建造物太陽エネルギー性能のコンピュータモデル化建造物太陽エネルギー性能のコンピュータモデルの１３個の実施例の熱モデル化の結果が、下記の表に要約されている。ボストン及びシアトルは外的反応性暖房にとって米国内で最も悪条件の気候を有している。東京、パリ及びロンドンはボストン及びシアトルと非常に似た冬季の気候を有している。これらの結果は少し楽観的であり、実際の建造物は建設業者の技術次第で、これらコンピュータモデルの性能にわずかに接近しているばかりである。非太陽エネルギーの基準となる建物は非常によく断熱されているので、この表に示された補足の熱の割合は熱の絶対値の小ささを示している。これらの性能値は晴天の冬の気候用にコレクタを設計し曇りの日用に熱を蓄える従来の戦略により曇天時に達成され得る値よりもはるかに優れている。カリフォルニア州バークレイのバークレイ太陽エネルギーグループ（Berkeley Solar Group）から入手可能な、ＵＳＤＯＥ・ローレンス・バークレイ研究所（USDOE Lawrence Berkeley Laboratory）により開発されたＣａｌｐａｓ３が、この表の太陽熱暖房性能の割合を作成するために使用された。実施例１−１３太陽熱暖房の割合（実施例番号は括弧の中）図１、図２及び図１３ないし図１８に示された設計の性能はＣａｌｐａｓ３のプログラムを用いてモデル化された。このプログラムは光シャッタをモデル化していないので、ＨＥＴＩＯＳＳＣは常にその最大透過率の状態であると仮定され、過度の熱は逃がされた。図１及び図１３ないし図１８の建造物は壁面積の割合がほぼ同じコレクタを有しているので、ほぼ同じ太陽エネルギー性能を有すると仮定された。以下の仮定は図１及び図１３ないし図１８の建造物用に使用された。すなわち、屋根は無作為の配向をシミュレートするようにその棟が南北軸に対して４５度の状態に配向されている。また、蓄熱は屋根裏の断熱されていない厚さ２インチ（５ｃｍ）のコンクリート床（例えば、図１３の要素５０参照）内で行われ、但し、ベルリンでは、６インチ（１５ｃｍ）の厚さの床内で行われている。さらに、壁の熱伝導率は０．０５ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆ（０．２８ワット毎平方メートル゜hr）である。また、窓は床面積の１０％であり、０．１７ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆ（１．０ワット毎平方メートル゜hr）の熱伝導率を有する。さらに、建物の基礎は０．１０ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆ（０．１９ワット毎時平方メートル゜hr）の熱伝導率を有する。そして、侵入空気率は住居では４時間に１回の換気であり、屋根裏或いは温室では８時間に１回の換気である。住居及び屋根裏もしくは温室内部の最低気温は日中で６５゜Ｆ（１８℃）、夜間の７時間の間は６０゜Ｆ（１５℃）である。屋根裏はその蓄熱床と同じ気温である。屋根裏のファンの割合は図１の建造物では５０００ｃｆｍ（１００００毎時立方メートル）であり、図２の建造物では、上記と同じ仮定がなされた。但し、その蓄熱材は６インチ（１５ｃｍ）の厚さのコンクリートである。図１及び図１３ないし図１８の建造物は、侵入空気を１時間当たり４分の１から８分の１まで減らすとともに壁の断熱を０．０５ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆ（０．２８ワット毎平方メートル゜hr）の熱伝導率から増大させることにより、超断熱され得る。太陽熱暖房の割合は、屋根が不透明で０．０５ＢＴＵ毎時毎平方フィート゜Ｆ（０．２８ワット毎平方メートル゜hr）の熱伝導率を有するとともに窓がＨＥＴＩＯＳＳＣではなく低放射率コーティングを使用しており０．３３ＢＴＵ毎時毎平方フィート゜Ｆ（１．９ワット毎平方メートル゜hr）の熱伝導率を有することを除いて、上記の建造物と同一の建造物に関して算出された。使用された気候データの説明ＣＡＬＰＡＳ３モデルは１年間全体で１時間毎の気候データを使用して建造物の太陽熱暖房性能をシミュレートしている。米国に関する２００以上のデータ群が存在する。これら米国のデータ群はＴＭＹ（代表的気象年）データ群と呼ばれる。更に短い期間をモデル化することは可能であるが、正確な年間の性能を得るためには、まる１年に相当するものが必要である。欧州の完全な代表的（平均的）１年間は我々には簡単には入手不可能であったので、我々は正確な結果を与えるような方法、すなわち、それぞれ考察に基づくその地方の平均的な月を代表する１２個の短いデータ群及びそれと似た平均偏差値を生成する方法を使用することを選択した。考察に基づくその地方に最も近い平均的な気候特性を有するこれらデータ群のそれぞれは米国用ＴＭＹデータ群から選出された。各月に関しては、考察に基づくその地方の平均値に最も近い太陽輻射と温度の平均値を有する連続する２日ないし５日間がＴＭＹデータ群から選出された。日数はその月の平均偏差値に依った。シミュレーションはその後短期間走らされ、その結果がその月の代表値として採用された。使用されたＣＡＬＰＡＳ３モデルの変数の説明ＴＩＴＬＥ：ただの記述子であり、演算では使用されない。ＡＺＭＳＯＵＴＨ：４５度に設定された。建造物が真の南北方向から４５度回転されていることを意味する。以下のものは建造物の暖房部分に関し、太陽光空間（図１３の温室や屋根裏など、光シャッタと熱吸収体との間の空間）に関するものではない。ＨＯＵＳＥ；ＦＬＲＡＲＥＡは暖房空間の床面積（平方フィート）であり、ＶＯＬは暖房空間の容積（立方フィート）である。これらのパラメータはプログラムにより要求される。図２のように、太陽光空間を単独でモデル化した場合には、これらの値を１に設定した。ＲＯＯＦ：ＡＲＥＡは屋根面積（平方フィート）である。このパラメータはプログラムにより要求される。建造物の最上部に太陽光空間を有する構造をモデル化したので、屋根は存在しなかった。この値を１に設定した。ＷＡＬＬ：以下は暖房された建造物の不透明な垂直外装表面に適用する。ＮＡＭＥは記述子であり、演算には使用されない。ＡＲＥＡは上記表面の面積（平方フィート）である。ＡＺＭは上記表面に対する法線の方位（コンパスの方向）である（０ないし３６０度）。ＵＶＡＬはＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆを単位とする上記表面の熱伝導率である。ＧＬＡＳＳ：ＮＧＬＺはガラスの数である。他のパラメータは前述のＷＡＬＬと同じに定義されている。ＩＮＦＩＬ：ＡＣＢＡＳＥ：空気侵入に起因する暖房空間内の１時間当たりの換気数。ＩＮＴＧＡＩＮ：暖房空間の内側の他の熱源である（ｋＷｈ／ｄａｙ）。ＶＥＮＴ：ＴＹＰＥ＝ＮＡＴＵＲＡＬはガラス面積の１０％を占めるとともに積み重ね効果による２フィートの高さの相違を有する吸気口及び排気口を用いた自然換気をモデル化し、風の効果に関して無方向性の風を利用している。ＴＳＴＡＴＳＷＮＴＲ：ＴＨＥＡＴはバックアップ熱が点く暖房設定点である。ＴＨＥＡＴＮＩＧＨＴは夜間のバックアップ熱が点くサーモスタットの設定点である。ＴＩＭＥＤＯＷＮは制御設定点が日中の制御点から夜間の制御点へ変換する時点である。以下は太陽光空間に関する。ＳＵＮＳＰＡＣＥ：これらの定義は上記ＨＯＵＳＥと同じである。ＳＳＲＯＯＦ：これらの定義は上記ＨＯＵＳＥのＲＯＯＦと同じである。ＳＳＷＡＬＬ：これらの定義は上記ＨＯＵＳＥのＷＡＬＬと同じである。ＳＳＭＡＳＳＷＡＬＬ：ＡＲＥＡは質量壁（ass wall）（この場合は床）の面積（平方フィート）である。ＴＨＫＮＳは質量壁の厚さ（インチ）である。ＭＡＴＥＲＩＡＬは（熱量及び熱伝導率を算出するために使用された）質量壁の材料である。ＨＴＡＳＳは質量壁の内側表面から太陽光空間の空気への熱移動（ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆ）である。ＨＴＡＨＳは質量壁から暖房空間の空気への熱移動（ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆ）である。ＨＯＬＧＬＳは質量壁から質量壁用外装ガラスへの熱移動（ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆ）である。ＨＧＴＡＳＳは太陽光空間のガラスから太陽光空間の空気への熱移動（ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆ）である。ＳＳＭＷＧＬＡＳＳ：これらは上記のＳＳＭＡＳＳＷＡＬＬのガラスに関する。ＡＺＭは上記ＨＯＵＳＥのＡＺＭと同じである。ＵＧＬＡＳＳは上記ＨＯＵＳＥのＧＬＡＳＳのＵＶＡＬと同じである。（０は失われたり得られた熱エネルギーが全くないことを示す。）ＸＲＦＬＣＴはこのガラスから反射された太陽輻射の割合（fraction）である。（１は何も透過されなかったことを意味する。）ＳＳＧＬＡＳＳ：これらは太陽光空間のガラスに関する。（この記述及び以下の２つの記述は異なる特性を有する各ガラスに関して繰り返される。）ＡＲＥＡは上記ＨＯＵＳＥのＧＬＡＳＳのＡＲＥＡと同じである。ＡＺＭは上記ＨＯＵＳＥのＧＬＡＳＳのＡＺＭと同じである。ＵＶＡＬは上記ＨＯＵＳＥのＧＬＡＳＳのＵＶＡＬと同じである。ＮＧＬＺは上記ＨＯＵＳＥのＧＬＡＳＳのＮＧＬＺと同じである。ＴＩＬＴは水平線からのガラスの傾斜（度）である。ＸＲＦＬＣＴはこのガラスから反射された太陽輻射の割合（fraction）である。ＳＧＤＩＳＴＷＮＴＲ：ＳＳＡＩＲは冬季に太陽光空間の空気に入るＳＳＧＬＡＳＳを経た太陽エネルギー利得の割合である。ＳＳＭＷＯは冬季に上記質量壁に入るＳＳＧＬＡＳＳを経た太陽エネルギー利得の割合である。ＳＧＤＩＳＴＳＭＲ：ＳＳＡＩＲは夏季に太陽光空間の空気に入るＳＳＧＬＡＳＳを経た太陽エネルギー利得の割合である。ＳＳＭＷＯは夏季に上記質量壁に入るＳＳＧＬＡＳＳを経た太陽エネルギー利得の割合である。ＳＳＴＳＴＡＴＳＷＮＴＲ：ＴＨＥＡＴは冬季の太陽光空間のバックアップ暖房に関する設定点である。ＴＶＥＮＴは冬季の太陽光空間の換気に関する設定点である。ＳＳＴＳＴＡＴＳＳＭＲ：ＴＨＥＡＴは夏季の太陽光空間のバックアップ暖房に関する設定点である。ＴＶＥＮＴは夏季の太陽光空間の換気に関する設定点である。ＳＳＣＯＵＰＬＩＮＧ：ＶＥＮＴ＝ＦＡＮは太陽光空間と家との間を連結しているファンを特定している。ＣＦＭＭＡＸは連結量（ファンのサイズ）である。ＫＷＭＡＸは暖房空間に加えられたファンからのエネルギーである。ＥＮＤ：パラメータリストの終了を意味する。適切な太陽エネルギーコレクタを設計するためには、以下の包括的な及び特殊な設計条件（すなわちルール）に従う必要がある。最初に、従うべき包括的なルールとは、１．外側ガラス、シャッタ、光透過断熱材、吸収体、蓄熱要素及び内装仕上げのそれぞれただ１層が必要であり、２．（コレクタ或いは建造物のいずれかにおいて必要とされるが）太陽エネルギーコレクタの任意の部分は、吸収体、蓄熱要素及び内装仕上げであることである。従われるべき特殊なルールは以下の通りである。すなわち、３．外側ガラスは外側に位置すること、４．蓄熱要素は、それが透明である場合、吸収体及びシャッタの内側或いは外側に位置していること、５．吸収型シャッタは外側ガラスと光透過断熱材との間に位置すること、６．熱変色性反射型シャッタは光透過断熱部材から内側かつ吸収体から外側に位置すること、７．熱変色性反射型シャッタは吸収器の外側に位置すること、８．蓄熱要素は光透過断熱材及びシャッタの内側に位置すること、９．蓄熱要素はガラス及び光透過断熱材の内側に位置すること、１０．蓄熱要素が透明でない場合、シャッタ及び吸収体の内側に位置すること、１１．光透過断熱材はガラスの内側に位置すること、１２．内装仕上げは内側面に位置すること、及び１３．内装仕上げは、上記全ての層が透明である場合、透明であってもよいことである。図１２Ｂの一例とともにこれらルールを適用することにより、以下の実施例に例示されたような特別な適用による特定の実施例が得られる。実施例１４吸収型シャッタを有するコレクタを形成するための設計条件の適用実施例１５反射型熱変色性シャッタを有するコレクタを形成するための設計条件の適用下記の出版物、特許出願、その他引例及び情報はそれらの全容を参照によりこの明細書に組み込まれる。１．出願、「光許容熱絶縁構造」、出願番号０７／６７０，７８２、デイ・チャーロウディにより１９９１年３月１９日出願。２．太陽エネルギー変換用光透過断熱技術、１９８６年、１９８８年、１９８９年、１９９１年、ドイツ、フライブルグにおけるフラウンホーファー・インステイチュート（Fraunhofer Institute）における国際研究会（InternationalW orkshop）。３．光透過断熱材料、１９９０年３月光学エンジニアリング国際学会（Inte rnatinal Society For Optical Engineering）、フォルカー・ウィットワー（Vo lker Wittwer）著「光学材料技術（OPTICAL MATERIALS TECHNOLOGY）」２８４頁。４．イ・チャーロウディ（Day Chahroudi）による、１９７４年出願の米国特許３，９５３，１１０号、同じく１９７６年出願の米国特許４，０８５，９９９号、同じく１９７８年１月１８日出願の米国特許４，３８９，４５２号。５．「熱循環真空窓の評価」（"Evaluation of a Thermally Circulating V acuum Window"）ジョン．Ｄ．ギャリソン（John D.Garrison）著第４３頁、１９９０年３月、米国太陽エネルギー学会の第１５回全国外的反応性太陽エネルギー会議（15th National Passive Solar Conference）。６．「エーロゲル−新しい部類の材料（Aerogels - a new class of materi al）」Ｍ．ミエルケ（M.Mielke）著第２５頁、１９８６年１１月、国際太陽エネルギー学会ドイツ部門の光透過断熱材料（Transparent Insulation Materials）。７．本出願に報告されている太陽エネルギー透過及び熱抵抗はＵＳＤＯＥローレンス・バークレイ研究所（USDOE Lawrence Berkeley Laboratory）のウィンドウ３．１プログラムを用いて算出された。これらの値の大部分はまた、ドイツ、フライブルグのフラウンホーファー・インスティチュート（Fraunhofer Insti tute）、ドイツ、ハノーヴァーのＩＳＦＨ、及びベルギー、ブリュッセルのＢＢＲＩにおいても測定された。測定結果はいずれの場合もコンピュータモデルを証明した。８．「材料設計を通じて簡単に構成された外的反応性空間暖房及び昼間照明」（"Passive Space Heating and Daylighting Made Simple Through Materials Design"）デイ・チャーロウディ（Day Chahroudi）著、１９９１年アメリカ合衆国デンバーの国際太陽エネルギー会議。９．デイ・チャーロウディ（Day Chahroudi）により１９７８年１月１８日に出願された米国特許４，３０７，９４２号。１０．デイ・チャーロウディ（Day Chahroudi）により１９８９年１１月２８日に出願された係属中の米国特許出願０７／４４１，９０７号「自動光弁」、及びデイ・チャーロウディ（Day Chahroudi）により１９８６年１２月３１日に出願された係属中の米国特許出願０６／９４８，０３９号「自動光弁の構造と作成」。１１．「広領域発色技術」（Large area chromogenics）、カール・ランパート（Carl Lampert）及びクライス・グラヴァンキスト（Claes Gravanquist）編集、１９８８年９月発行、ＳＰＩＥ光学エンジニアリングプレス（SPIE Optic al Engineering Press）。１２．電気変色技術を開発中の会社としては、ペンシルバニア州ピッツバーグのＰＰＧ社、ニューヨーク州ヴァレイコテージ（Valley Cotage）のＳＡＧＥ社（SAGE Corp.）、コロラド州ゴールデン（Golden）の太陽エネルギ一調査研究所（the Solar Energy Research Institute）、カリフオルニア州バークレイのローレンス・バークレイ研究所（Lawrence Berkeley Laboratory）がある。その他の開発努力は欧州及び日本でも進行中である。１３．ニューヨーク州ウッドベリー（Woodbury）のリサーチフロンティアズ社（Research Frontiers,Inc.）はプラスチックフイルム内で粒子を含む液体の滴をカプセル状にする処理に取り組んでいる。１４．「気候的被覆体（Climatic Envelope）」デイ・チャーロウディ（Day Chahroudi）著、１９８９年アメリカ合衆国デンバーの第１４回米国外的作用太陽エネルギー会議（14th U.S.Passive Solar Conference）。この引例で示された光透過断熱材はほぼ０．３５ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆの熱伝導率を有していた。１５．Ｃａｌｐａｓ３、カリフォルニア州バークレイのバークレイ太陽エネルギーグループ（Berkeley Solar Group）から入手可能、ＵＳＤＯＥ・ローレンス・バークレイ研究所（USDOE Lawrence Berkeley Laboratory）により開発。１６．外的反応性太陽エネルギ一設計ハンドブック第３冊（Passive SolarD esign Handbook,Vol.III）、コロラド州ボールダーの米国太陽エネルギー学会定義本出願の目的を達成するため、本出願にて使用の用語は以下に定義される。「高効率光透過断熱材光シャッタ太陽エネルギーコレクタ（ＨＥＴＩＯＳＳＣ）」は、建造物の外装表面を形成する透明ガラス層と、０．３ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆより低い熱伝導率を有する光透過断熱層と、その不透明状態の３倍以上の太陽輻射エネルギーを透明状態で透過させる光シャッタ層と、太陽エネルギー吸収材料の任意の層と、内装仕上げの光学層とを有する太陽エネルギーコレクタである。ＨＥＴＩＯＳＳＣは建造物の屋根または壁部材と置き換えられる。その透明状態では、ＨＥＴＩＯＳＳＣは３０％を超える太陽エネルギー透過率（より正確には、半球状太陽エネルギースペクトル透過率）を有している。「透明ガラス」は、例えば、ガラス、プラスチックシートまたはフィルム、半透明繊維ガラス補強プラスチックなど、太陽輻射を透過させるとともに、気候からＨＥＴＩＯＳＳＣを保護する材料である。「光透過断熱材」は太陽輻射をよく透過させるが熱を良くは通さない材料である。「光シャッタ」は太陽輻射の透過率を可逆的に変更可能に制御する材料または装置である。その透過率は、例えば、温度、電流または電圧、機械的作用により制御される。また、太陽輻射を反射するか吸収するかどちらかにより太陽輻射を遮断する。「低放射率層」は３ミクロンないし４０ミクロンの波長範囲で室温の熱放射の２５％以下を放出する材料である。透明であってもよく、例えば、各側における２層の絶縁層によって非反射性にされた薄い銀の層から構成され、或いは、酸化インジウムまたは酸化すずの層から構成される。或いは、低放射率層は、太陽輻射に対して吸収性であってもよく、例えば、アルミニウム層の上に次酸化ニッケル層を積層した構成である。「対流バッフル」は、０．００１インチの厚さのポリエチレンフィルムなど、３ミクロンないし４０ミクロンの波長の間の熱放射の２５％以下を吸収する材料の層である。「鏡状伝達」とは散乱のない伝達であり、放射がその移動方向を変えない反射のことである。「鏡状反射」とは散乱のない反射であり、放射の移動方向が鏡を用いたように該表面に対して同じ入射角と反射角とを有する反射のことである。「他の目的のために配置された」とはその対象物が蓄熱以外の理由でいずれにせよそこに存在するという意味である。例えば、板状岩や石膏ボードの壁もしくは天井面、セメント床、家具の全てが熱を良く蓄えるけれども、これらは通常蓄熱能力とは関係なく建造物内に配置される。「建造物の断熱被覆体の内部で」とは建造物及びそれが建つ地面の不透明及び透明な断熱材の内側に位置するかもしくは内部に含まれるものを意味する。すなわち、例えば、建造物の外側表面仕上げを形成する煉瓦壁は建造物の断熱被覆体の内部には含まれないであろうし、天窓の外装としての透明ガラスも含まれないだろう。「内装仕上げ」とは、例えば、建造物の内装に快い外観を与えかつ／または清掃しやすい壁紙、石膏または木の層である。「太陽エネルギー蒸留器」とは太陽輻射を利用して水を蒸発させた後凝縮させその復水を集めることによって水を純化する装置である。勿論、上述の好ましい実施例には広い範囲の変形がなされ得ることが理解されるであろう。それゆえ、上記の詳細な説明は、限定ではなく例示とみなされることを意図して述べられており、また、本発明の範囲を定めるための、全ての均等物を含む、以下の請求の範囲であると理解されることを意図して述べられている。

Claims

【特許請求の範囲】１．面積の半分以上が建物の屋根の一部を形成するとともに最大３０％以上の太陽エネルギー透過率を有する太陽エネルギーコレクタを備えた太陽熱暖房建造物であって、上記太陽エネルギーコレクタは、透明ガラスの層と、０．３ＢＴＵ毎時平方フィート゜Ｆより低い熱伝導率を有する光透過断熱材の層と、上記光透過断熱層の一方の面に設けられ、その透明状態において不透明状態の３倍以上の最大太陽エネルギー透過率を有する単層の光シャッタ層と、任意に設けられ、７０％以上の太陽エネルギースペクトル吸収率を有する太陽輻射吸収材の層と、その建物が存在する場所における年間で最も曇りの多い月の平均日において夜間中建物を暖房するのに必要な熱の少なくとも７０％を蓄熱する１つ以上の蓄熱要素とを有することを特徴とする太陽熱暖房建造物。２．上記光シャッタは、主として太陽輻射を反射することによりほぼ不透明状態になり、上記吸収材層が存在するときこの吸収材層と上記光透過断熱材層との間に設置され、上記吸収材が存在しないとき上記光透過断熱材と上記蓄熱要素との間に設置されている請求項１記載の建造物。３．上記光シャッタは、主として太陽輻射を吸収することによりほぼ不透明状態になるとともに、上記透明ガラスと上記光透過断熱材との間に設置されている請求項１記載の建造物。４．上記光シャッタは、一定温度より上昇すると太陽輻射に対してほぼ不透明状態になり、一定温度より低下すると太陽輻射をほぼ透過させるようになっている請求項１記載の建造物。５．上記光シャッタは、印加電圧または印加電流に応じて太陽輻射に対してほぼ不透明状態になり、逆極性の印加電圧または印加電流に応じて太陽輻射をほぼ透過させるようになっている請求項１記載の建造物。６．上記光透過断熱材は１層以上の低放射率層を有している請求項１記載の建造物。７．上記光透過断熱材は、１層以上の低放射率層と、太陽輻射及び熱放射の両方をほぼ透過させる１つ以上の対流バッフルとを有している請求項１記載の建造物。８．上記光透過断熱材は、１層以上の低放射率層と、上記低放射率層間に設けられた１層以上の真空層とを有している請求項１記載の建造物。９．上記光透過断熱材は、１層以上のハニカム材料層を有し、このハニカム材料層は、その開口が建造物の屋根または床に対してほぼ垂直になるよう配向されており、太陽輻射に対してほぼ非吸収性であり、太陽輻射の透過及び反射に関してほぼ鏡の性質を有するとともに、熱放射に対してほぼ吸収性を有している請求項１記載の建造物。１０．上記光透過断熱材は１層以上のエーロゲル層からなる請求項１記載の建造物。１１．上記吸収材の下方に近接して、内装仕上げ層が位置している請求項１記載の建造物。１２．上記蓄熱要素の下方に近接して、内装仕上げ層が位置している請求項１１記載の建造物。１３．上記蓄熱要素の一部は上記光透過断熱材層及び光シャッタ層の下方に近接して位置する層である請求項１記載の建造物。１４．上記蓄熱要素の一部は水である請求項１３記載の建造物。１５．上記蓄熱要素の一部は位相変化材料である請求項１３記載の建造物。１６．上記蓄熱要素の一部は屋根より下方の床に含まれている請求項１記載の建造物。１７．上記蓄熱要素の一部は建造物の断熱被覆材の内側に他の目的で既に配置されている、内装壁、天井、床及びその他の部材である請求項１記載の建造物。１８．上記蓄熱要素の一部は屋根と屋根の下方の床との間に他の目的で既に配置されているものである請求項１７記載の建造物。１９．熱はダクトを通じてファンにより循環される空気により上記蓄熱要素の一部から建造物内部の部分まで送給される請求項１記載の建造物。２０．上記給熱とともに湿気を送ることのないよう、空気間熱交換器が上記蓄熱要素と建造物内部の部分との間に設置されているとともに、別個のファンが上記熱交換器の一方の側で空気循環を行うようになっている請求項１９記載の建造物。２１．熱はパイプを通じてポンプにより循環される水により上記蓄熱要素から建造物内部の部分まで送給される請求項１記載の建造物。２２．熱は熱放射により上記蓄熱要素から建造物内部の部分まで送給される請求項１記載の建造物。２３．建造物の最上階または屋根裏は温室である請求項１記載の建造物。２４．さらに太陽エネルギー蒸留器を備え、この蒸留器は、上記太陽エネルギーコレクタから建造物の内部までの汚染水に対する蒸発器と、上記太陽エネルギーコレクタの内面の一部及び／または空気間熱交換器からなる蒸留水用凝縮集水器とを備える請求項１記載の建造物。２５．上記蒸発器は建造物最上階または屋根裏の温室内の植物を含んでいる請求項２４記載の建造物。