JPS58150724A - 太陽熱利用住宅 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、太陽熱ｔ−吸収して熱媒体である空気を暖め
暖房作用をなす住宅に係）、特に熱媒体の搬送構造の改
良に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

特に在来木造の住宅は、断熱性および気ＩＩ性が悪く、
冬季における南側居室と北側居室の温度差は大である。

北側居室は外気温度近くにまで低下し、温熱環境が非常
に患いから暖房器具は必要不可欠なものとなり、暖房費
が嵩む。

丁ころで近時、清潔で無限に近い太陽エネルギーを利用
した暖房システムを備える住宅が多くられるようになっ
た。この積手段としては、とえば家屋の息根に集熱器を
載設し、水またして熱媒体を暖め、これを居室へ搬送循
環すようになっている。これによれば、暖房費の滅と、
安全性を確保でき、清潔であるところから健康に良い。

しかしながら問題点もある。すなわち熱媒体として水を
使用した場合は、集熱器、放熱器および配管の途中から
水洩れの虞れがあり、事故が発生するＳｔ水抜きをしな
ければならない。

鷹た長期の使用に亘れば部材が屑蝕され、水垢の処理な
ど保守に手間がかがる。

熱媒体として空気を使用した場合は水の場合のような不
＃倉はないが、集熱器に空気を搬送するための集熱７ア
ンおよび各ｈ！ｉｍに暖めた空気を搬送するためのファ
ンなど、動力會多く資すために省エネルギ化に逆行する
ことになる。

なお、家屋の南側にサンルーム金突設して太陽熱を居室
に直接吸収する住宅がある。さらにサンルームの床もし
く紘隣接する居室との仕切壁を蓄熱材で構成化、隣接す
る居室を直接間接この結果、サンルームおよび隣接する
居室の暖房効果は期待できるが、北側の居室へは熱が搬
送されず温熱環境の教養を期待することはで出ない また、エアーサイクル住宅と呼ばれるものが発されてい
て、外壁と内壁との間に狭い空間部を形成し、外壁を介
して得られる太陽熱の影響で空間部内の空気を暖めて上
昇させ、内壁函の結露を防止するようになっている。

しかし上昇した空気を小！裏へ導びいてここに設けられ
る換気口から外部へ放出してし鷹い、北＠居憲の暖房化
をよ到底無塩である。

たとえ空間部の上端を閉塞し、これを北側居室の壁面に
まで設けても、太陽熱を積極的に吸収する構造となりて
いないから、温度上昇が少く、かつ暖気が北′Ｒ居嶌へ
廻る効果は期待で亀ない。逆に冬季など外気温が低い１
１ど北側ｊＩ室の内壁面から結露することが考えられ、
湿気が南側居室にまで運ばれる虞れもある。

〔発明の目的〕

本発明は、熱媒体として空気を用い、これを効率良く自
然循環させて居室の暖房をなし、ファン等の動力を不要
として省エネルギ化を得る熱利用住宅を提供しようとす
るものである。

発明の概要〕 発明は、太陽熱が照射する面に集熱空間部設け、太陽熱
が照射しない面に居室側壁面とて放熱板を用いた放熱ダ
クトを設け、上記果空間部と放熱ダクトとを居室の上面
と下面と沿って案内４クトで連通し、集熱空間部で暖め
られた空気を居室上面側案内ダクトから放熱ダクトおよ
び）ｒ！１室下面−案内ダクトのｊ戯に自然循環させる
ようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を図面にもとづいて説明する。図
中１は二階建て家屋を示し、この上部に層板２が載設さ
れ太陽熱利用住宅ｔ−構成する。家屋１の太陽熱が照射
する面である南面側の壁面には一階および二階側ともに
たとえばペアガラスからなる集熱ガラス板３．３が嵌込
まれる。さらに集熱ガラス板３．ｓ側の坂！１１内は吹
抜けとなっていて集熱空間ｓ４を形成する。

この集熱空間ｓ４と一階４’ｆ１４居室５と二階南側居
室６とは、たとえばシングルガラスからなる補助集熱ガ
ラス板７で仕切られる。集熱空間部４と床下８との間は
開口面積を調整自在な＠１の調整板９で仕切られ、を九
巣熱空間部４の−と二階との間も開口面積を調整自在な
第２の整板１０で仕切られる。一方、家ｊ１１の上面南
側壁面を除く側面および床下面には断電１１・・・が−
面に取着される。上面４１ｍ断熱材１は小屋裏１ｍと二
階部分とを仕切る。さらにこの上面Ｗ断熱材１１と二階
Ｐ＠＠居室−および二階南側居室１２の天井囲とは間隙
を存していて、上面案内ダク）ＪＪ［−形成する。二階
南、北側居室６，１２の床面と一階南、北側居室６．１
４の天井囲とは関ｒｔ存していて、中央案内ダクト１５
を形成する。この中央案内ダクト１５はその一方が上記
集熱空間部４と、また他方が後述する放熱ダクト１８と
連通し、−これらＯ連通部分にダン・臂−１５ｍ、１５
ｂｔ設けている。また−階南北１ｌＩＩ居室５，１４の
床面と床下側断熱材Ｊ１とは間隙を存していて、空気の
流通に支障のない程度に蓄熱材１６を充填した下面案内
ダクト１７ｔ−形成する。太陽熱が照射しない面である
北側の断熱材１１と−、二階北側居室１４．１２とは狭
小の間隙を存していて、居室１４．１２側に放熱面を配
置した放熱ダクト１８を形成する。この放熱ダクト１８
と上記集熱空間ｓ４とは、上下および幅寸法とも同一で
はある力夷付き寸法は集熱空間部４〃大熱ダクト１８は
極小であり、したがって空間量は集熱空間部４がはるか
に大でおる。放熱容量は上記上面案内ダクト　　　中央
案りト１５および下面案内ダクト１７／１に介して集熱
空間部４と連通している。またー、二階北側居室１４．
１２の北側壁面には前述した数面が、すなわちたとえば
金属板からなる放熱板１９ｈ、１９ｂを放熱ダクト１１
に連通または放熱ダクト１８の一部と兼用して装着し、
配置する。各層１５　、６　、　Ｊ　Ｊ　、　Ｊ　４の
床面には開閉自在なダン・９２０ｈ付の吹出し孔２０・
・・が設けられ下面案内ダクト１Ｆもしくは中央案内ダ
クト１５と連通する。さらに天井面にはダンパ２１・・
・が開閉自在に枢着される。上記放熱板１９ｍ、１９ｂ
には開閉自在なダンｉ２２＊付の吹出し孔２２・・・が
設けられ、放熱ダクト１＃と連通する。

しかして昼間など太陽光が照射している間は＃１３図に
示すように集熱空間部４は集熱ガラス板３，３を介して
太陽熱を取得する。集熱空間部４で暖たまった空気は補
助集熱ガラス板１゜７を介して−、二階南側居室６．６
を暖房するどともに上部へ上昇する０時間の経過にとも
なで集熱空間部４の暖気はｉｉ度上昇し、内部圧が上る
。一方、太陽光が照射しない北側の放熱ダクト１８内は
尚熱冷えているから、空気は下部に溜り圧力は低い。集
熱空間部４内の暖気は必然的に上面案内ダクトｉｓに流
入し、放熱ダクト１８へ導びかれる。一部の暖気は開放
しるろダンパ１５ａ、１５ｂを介して中央案内クト１５
に流入し、放熱ダクト１８へ導びかれる。、シたがって
二階南、北側居室６，１２は天井面および床面からも暖
房され、−階南、北側Ｍｉｓ　、１４は天井面から自然
輻射暖房されることになる。さらに、放熱ダクト１８内
において暖気は放熱板１９ｂ、１９ｍに接触し熱交換す
る。すなわち放熱板１９ｍ　、　１９ｂは暖められて−
、二階北ａ屑１ｊｌ１４，１２をｌｌ壁面から暖房する
。このと亀放熱ダクト１８内の暖気は熱奢奪われて温度
低下し、窒気＠度が下って下部へ４下する。それ以前に
下部に溜っている空気は必然的に下部案内ダクト１７へ
押出され蓄熱材１６間を流通する。このと１！蓄熱材１
６に熱を奪われ、蓄熱がなされる。下部案内ダクト１１
から流出した空気は集熱空間部４へ放出６れ、太陽熱音
吸収し、温度上昇して上述の経路を再び自然循環する。

なお１階南北側居ｇ　ｇ。

１４は蓄熱材Ｊ５からの自然放熱によｐ床面からも暖房
される。したがって南北および−、二階は問わず各居室
５，６，１４，１：Ｉは主としそ＠壁面から暖められる
とともに天井面、床函臂らも暖められ、効率的な暖房作
用を得る。

１秒放熱′ハ″“０奥行自寸法を０〜゛００≠ｉとした
と亀、仁の部分での空気流速はＭｉｘ約０．　Ｊｉ　Ｍ
／ａであった。

ｔた補助集熱ガラス板１．１に熱線反射属等を装着する
ことによや、集熱空間＠ａでの太陽帳吸収効率の増大化
を得る。

第１Ｏ１１整板９もしくは第２の調整板１０の開口面積
を調整することによ）、暖気の循環量を可変でき、暖房
量および蓄熱量上調整できる。

一方、夜間など太陽光が照射しない場合は第４図に示す
ように集熱空間部４での熱堆得がなくな）、逆に集熱が
ラス板Ｊ、Ｊ＃外気で冷却され放熱する。すなわち集熱
空間部４は温度低下する。これに対して放熱ダクト１１
側は断熱材Ｊ１で外気と遮断されているから、放熱はな
く暖気を逃さない。したがって太陽光が照射している場
合と南北温度差が全く逆となる。集熱空間部４内の空気
は温度低下して降下し、下面案内〆クト１１へ流入して
蓄熱材１６から熱を辱い温、［上昇する。太陽熱＊得時
とは逆に蓄熱＃１＃の温度勾配の低い部分から順に熱ｔ
−鉄吸収て温度上昇する。そして放熱ダクト１＃に導び
かれ放熱板１９ｍ、１９ｂに沿って上昇する。

ここで放熱板１９ｈ、１９ｂを暖め、一部は中央案内ダ
クト１５および上面案内ダクト１３に沿りて導通する　
そして集熱空間部４で冷１れ降下する。下面案内ダクト
１戸導びかれ違の軽路を循環する。したがって各室５．
　。

１４．１：Ｉｆ太陽光が照射している場合と同様暖房で
きる。

縞５図に示すように下面案内ダクト１１内の蓄熱材１６
は温度分布し、太陽光が照射している閏は実線矢印に示
すように温度が高い部分から低い部分へ空気が流通し、
太陽光が照射しない間は破線矢印に示すように温度が低
い部分から高い部分へ空気が流通する。し九がって空気
流の方向変換によって蓄熱材１＃に蓄熱された熱を温度
勾配の高いところから取出すことと康ｐ、効率のよい放
熱を得、缶周ｉｉｊ　、＃　、１４゜１２の室温低下が
少くなる。

第６図は放熱ダクト１１の構造を示し、金属板からなる
放熱板１９＆、１１１ｂを桟木２ト・・、孝てサポート
し、これらの間に空気を導通するそうになワている。こ
の種ダハは第７図に示たような構造であっても嵐い、す
なわち金属板積１なる放熱板１９ｅを凹凸が連続するよ
う折、この内側に空気を導通させ、外側線居室、１２と
する。放熱板１９ｃの強度は増大し、かつ放熱効率が向
上する。この軸数熱板構造は限定されるものではなく、
効率嵐く室内側へ放熱できれば良い。

第８図に放熱ダク）１ｇの奥行自寸法の変化にともなう
空気流の循環風量（ａ−線）および“放熱量（ｂ曲線）
の実験結果を示す。ここで明らかなように失行き寸法が
約５０ルｉのとき、循環風電および放熱量が最も大であ
る。

なお上記ダン・ヂ２１・・・、吹出し孔２２・・・、第
１、第２の調整板ｅ　＃　Ｊ　ｏ（ＤＩ＃ｆｉ閉操作お
よび必要に応じて設けた案内口２６・・・の開閉により
て、空気の、流通方向を任意に変えられる。すなわちｊ
Ｉｅ図に示すように＃Ｉ２の調整板１ｏを閉成するとと
もにダンツヤ１６　ａ　Ｋ−開成し、またダンツヤＪｉ
ｂを開成して二階北側周基１２の下部の放熱ダクト１Ｉ
ｊｋ閉成する。したがって吸気は一階南、北側居室５．
１４のみ暖房するように循４Ｌる　５ｇ１０図は第９図
の状態力らダ／ｂを閉成し、ダンノぐ２０ｍ及びダンノ
４２２ｍ放して二階北＠居室１２の上部と放熱ダク室１
２の下部から上部へ暖気が直接流通すで、居室１２内を
急速に暖めることができ第１１図は下部案内ダクト１２
への空気の流通を阻止し、−１二階側のみに暖気ｔ−流
通させるようにしたものである。このとき南北周基の仕
切壁および補助集熱ガラス板１，１に案内口２６・・・
を設け〜ることによって、各１ｉｉｊ、＃。

１４．１２に暖気が流通する。第１２図は第１１図の状
態から第２の調整板１ｏも閉成して、−階南北側居室５
，１４０みに暖気が流通するように変えた。この他必要
に応じ、Ｍ室を選択して暖気を流通することが可能であ
る。

第１Ｌ：ＤＢＮ４整板９および＃！２の調整板１ｏは可
動床とすることによシ、集熱空間ｓ４０床面積の拡大を
図夛、スペースの利用効率を高められる。

集熱ガラス板３，３に沿って適度の断熱性能をもった雨
戸等を設けて、集熱ガフス板Ｊ、Ｊの集熱・放熱量を調
整することによプ、南北温度差条件を考慮して蓄熱材１
６からの放熱量をすることも可能である。

た集熱空間部４に蓄熱部を設ければ、大儀の変化による
太陽熱の取得熱増鴫を蓄熱部がバッファし、安定した空
気流を生しさせる上記蓄熱材１６は、暖房負荷に応じて
種類と容量を選択しなければならない。ふつう断面がが
方形または円形の成形焼成品あるいは粒状の集積品が用
いられ、できるだけ空気の流通抵抗の低減と、熱交換効
率の向上化を図る必要がある。

特に、上面案内ダクト１３は、断熱材１１と二階ｍ’Ｎ
ｉ＆　、　Ｉ　Ｊの天井−との間から形成したがこれに
限定されるものではなく、専用のダクトを慮根裏を利用
して配設しても良い。

なお上記実施例形状の住宅では、冬季であっても充分な
太陽光の照射があれば、集熱空間部４は極めて高温とな
る。（４０°Ｃに近い実験結果を得た。）この熱を少し
でも多く蓄熱し、太陽光が照射しない場合に備えるため
、ｍ１３図に示すように上面案内ダクト１３の一端部に
ファン２１′Ｉｋ設け、これを集熱空間部４に取付けた
図示しないセンナと電気的に接続しても嵐い。設定温廣
以上を感知したときファン２７／ｆ駆動してより多くの
暖気を蓄熱材１６に導びき、以下なったらファンＪ７ｔ
−停止する。したがって夜間の暖房効果の向上を得る。

ただし上記ファン２７の位置は限定されない 、二階北側居室Ｊ４．ＪＪの北面側に窓がても支障ない
、この場合放熱ダクト１１の容量が窓分だけ小さくなる
が、所期の効果が損われる虞れはない。

また家屋自体の変形例が種々考えられる。たとえば第１
４図に示すように−、二階南側居室１４．１２を家ｊｌ
Ｊの側面まで拡大し、これらの南側にガラス張プの出＠
５Ｏｔ−突設する。出窓３０内が集熱空間１ｉ　４　ｍ
となｐ１上記実施例と同様の作用効果を得る。この場合
、各層ｉ［ｊ。

６．１４．１２の面積會拡くとることかで龜、スペース
を有効に利用できる。

第１５図は太陽光が照射する面に充分な面積會もりたサ
ンルーム３１を設けてな）、このｔンルームＳ１内七集
熱空関ｓ４にとしたものである。敷地に余裕のめ石場合
は極めて望ましい形状であり、各層＠５，６，１４．１
１の面積も拡くなる。

第１６図は太陽光が照射しない面に別室３２を突設した
場合を示す、我が国においては、たとえば厨！ＩＩ室を
北側に設けるのがほとんどであり、暖房条件は極めて悪
い。上記別室３２が厨房室であっても、放熱ダクト１８
の放熱面として上記放熱板１９ａを備えることにより、
北側居室１４．１２と同様の効果を得る。

第１７図囚は冬季における１目早の天候に対する暖房効
果の実験データを示す。すなわち外気温の変化である１
曲線に対し、本願発明の構成を備えた住宅と、本願発明
の°ごとき集熱空間部、放熱ダクトおよび案内ダクトを
備えていないが、それ以外の形状、寸法、ＩＩｊＩＡＡ
＃Ａ１断熱材の種類、厚さ寸法を全く同一仕様とした従
来構造の住宅を実際にｍ築して同時に測定した結果であ
る０本願発明の住宅における１階北１１居室中央部の′
ｉ１温変比変化曲線、従来構造住宅における１階北＠居
室中央部の室温変化ｌｉｔ曲−として表す。この結果の
温度差Ｃは北ｌＩＭ居室への熱搬送および放熱の効果を
表すものである。同図Φ）は同時刻の水平面全天日射量
の変化を示し、同図（Ｑは同時刻の放熱ダクトＩＪの空
気流速の変化ｔ−弐す。昼間は下降空気流、夜間は上昇
空気流となっていることが判る。

〔発明の効果〕

本発明は、太陽光照射面にある集熱空間部で得た太陽熱
を、空気を熱媒体として非太陽光照射面にある放熱ダク
トへ自然循環でき、ここで放熱する拳したがって特に北
側居室の暖房効率を向上させ、住宅全体の居室の温度差
を小さくして暖房効果の向上化を得、併せて熱媒体の搬
送動力を不要とし省エネルギ化を図れるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す太陽熱利用住宅の縦断
面図、嬉２図はその横断平面図、第３図は同じく太−熱
利用住宅の太陽熱取得時における空気流儂埠説−図、＃
Ｉ４図は太陽−非堆得時における空気流儂埠説＠−１謳
６−は蓄鴎材の温度分布図、第６図は放熱ダクトの−１
１−断平面図、第７図は本発明の他の実施例を示す放熱
ダクトＪ一部横断千■図、第８図は放熱ダクトの％性実
験結果図、第９図ないし第１２図は空気流変化説明図、
第１３図ないし第１６図は互いに異なる住居構成図、第
１７図（４）ないし輯）は居・皇ｍ度変化と天候および
放熱ダクトの空気流速変化の実験結果図でおる。 １・・・家屋、４・・・集熱空間部、１９＆、１９ｂ　
　　　　　放熱板　　　　　　　（−二階孔１４１）居
冨・・・放熱ダクト、１３・・・（上面）案内ダクト・
・・（中天）案内ダクト、１７・・・（下面）來ダクト
　　１６…蓄熱材　　　　　　（第１の）−整板。 ４；　　ｉ’を出願人　　工業技術院長　石　坂　販　
−１１５− １１６− １１７−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）内部に居室を有する家屋と、この家屋の太陽光が
   照射する面に設けられ太陽熱を吸収する集熱空間部と、
   家屋の太陽光が照射しない面に設けられ上記家屋内の居
   室側に配置した放熱板に連通する放熱ダクトと、上記集
   熱空間部と放熱ダクトと會居皇の天井面と床面とに沿っ
   て連通し集熱空間部内の暖められ上昇した空気を放熱ダ
   クトへ導びいて放熱させここで温度低下し降下した空気
   上集熱空間部へ自然循環させる案内ダクトとを具備した
   ことを特徴とする太陽熱利用住宅。 （２）上記集熱空間部の央行き寸法を上記放熱ダクトの
   夷行き寸法より大としたことｔ％黴とする特許請求の範
   囲第１項記載の太陽熱利用性　　（３）上記居室の床面
   に沿って設けられる案内ダクトに蓄熱材を収容したこと
   を特徴とする特請求の範囲ｔｓ１項もしくは第２項記載
   の太陽−熱利用住宅。 （４）　　上記集熱空間部は、家屋内に吹抜けとなりて
   いて、この中間部に開口面積を調整自在な調整板を設け
   たことを特徴とする特許請求の範Ｓ第１項ないし第３項
   記載の太陽熱利用住宅。