JPS6122220B2

JPS6122220B2 -

Info

Publication number: JPS6122220B2
Application number: JP57017240A
Authority: JP
Inventors: Takashi Mori
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-02-05
Filing date: 1982-02-05
Publication date: 1986-05-30
Also published as: JPS58136946A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は建物内温度平衡装置に関するもので
あり、特に、窓に入射する太陽の放射熱を利用し
て建物内の温度分布の偏りを軽減せしめることを
特徴とする建物内温度平衡装置に関するものであ
る。

最近、暖冷房費や光熱費を節約するために屋上
に太陽熱コレクタを設置したビルが建設されるよ
うになつたが、これらのビルの使用経験による
と、ビル用のソーラーシステムは個人住宅用のソ
ーラーシステムとは基本的に異つた観点から設計
されていなければならない、ということがわかつ
てきた。すなわち、従来のソーラービルに於て
は、個人住宅のソーラーシステムと同じように屋
根上に太陽熱コレクタを設置しているが、この太
陽熱コレクタから得られる温水の温度は設計当初
の予想温度よりも著しく低く、精々、（外気温＋
10℃）程度の低温温水しか得ることができないの
である。この事実は、ビルにおける日射の状態や
外気温及び周囲の風速等に関して充分な認識がな
いまゝにソーラーシステムが設計されていたこと
を示すものである。

このように、従来の屋根上設置式の太陽熱コレ
クタから極く低温の温水しか得られない原因は、
ビル等の高層部における風の影響を考慮しなかつ
たことにある。このため、屋根上設置式の太陽熱
コレクタを備えたソーラービルに於ては給湯費の
極く一部分しか節約できず、従つてソーラーシス
テム設備費の償却のために長年月を要することと
なつていた。

一方、このような太陽熱コレクタの低効率の反
面、高層ビルでは窓から入つてくる日射によつて
予想外の冷房費の増加を招いており、従つて、ビ
ルに対する日射熱の利用に関しては更に検討しな
ければならない。

一般に建物の窓から入つてくる日射入熱量はか
なり大きなものであり、従つて晴天時には雲天時
にくらべて建物内の温度分布の偏りが著しく大き
くなる。たとえば、晴天時には建物の日照面側の
室では冬期であつても冷房が必要になる程、温度
が高くなるのに反し、日陰側の室では春期もしく
は秋期に於てさえも暖房を停止することは不可能
な程低温である。このように日照は建物内の温度
分布を偏らせる作用をするため、建物内の温度分
布を均一化することを目的とする場合には、むし
ろ障害となつていた。従つて、建物内部の換気と
温度調整とを空調設備のみで行う方式の近代的な
事務所ビルの設計においては、窓及び外壁への日
射入熱量を冷房負荷として計算するが、この熱量
を積極的に利用して建物内の温度分布の偏りを是
正しようとする試みはなされていなかつた。ま
た、窓を開放することによつて建物内の温度を調
整するように構成されているビル及び個人用住宅
などの設計に於ても、日射入熱量により生じる建
物内温度分布の偏りを日射入熱量それ自身を利用
して是正することは考えられていなかつた。

この発明は前記の如き背景の下になされたもの
であり、この発明の目的は、従来のビル用ソーラ
ーシステムにおける誤りを除くとともに窓からの
日射入熱量により生じる建物内温度分布の偏りを
日射入熱それ自身を利用することによつて是正
し、建物内の各所における温度差をできるだけ小
さくすることのできる建物内温度平衡装置を提供
することである。

第１図は本発明の第一実施例の概略図である。
同図に於て１は建物、２は日照面側の窓、３は日
陰側の窓である。日照面側の窓２は本発明装置の
一部である日射熱吸熱部４を構成している。建物
１の壁、天井、床の内側には日照面側と日陰側と
を循環する循環管路５が設けられ、この循環管路
５には日射熱吸熱部４及び日陰側の放熱器６が接
続されている。また、循環管路５の日照面側の立
ち上り部には逆止弁７が設けられている。循環管
路５内にはたとえばフレオン等の冷媒もしくはブ
ライン等の熱輸送流体が充満されている。日射熱
吸熱部４を構成している日照面側の窓２は第２図
及び第３図に示すように三重窓構造となつてお
り、外面ガラス８、熱線吸収ガラス９、内面ガラ
ス１０を有し、これらの窓ガラス間には密閉した
空間S₁，S₂が形成されている。これらの窓ガラス
８〜１０は同一の上部枠１１及び下部枠１２並び
に側部枠１３によつてその周縁部を把持されてい
る。

上部枠１１は第２図に示すように中間部材であ
つてアルミ等の熱伝導性のよい金属で作られてお
り、その内部を循環管路５内の熱輸送流体が通過
しうるように流体入口１４と流体出口１５とが設
けられ、そこに循環管路５が接続されるようにな
つている。上部枠１１の空間S₁及びS₂に面した部
分にはフイン１６が設けられ、空間S₁及びS₂に溜
る高温空気の熱を能率よく上部枠１１内の熱輸送
流体に伝達しうるように構成されている。上部枠
１１の外周部分全体は断熱材１７で被覆されてい
て外気への熱の放散を阻止している。

下部枠１２及び側部枠１３は通常の窓枠とほゞ
同じような中実の金属製であるが、窓ガラスの周
縁部を挿入する溝内には断熱材１８，１９が装填
されていて窓ガラスの熱が下部枠１２と側部枠１
３とのそれぞれの金属部分に逃げないように構成
されている。

放熱器６は空冷式熱交換器であつて正逆転可能
なフアンもしくはガイドベーンを内部に備えてお
り、また、建物１の外へ開いた排気管２０を有し
ている。該フアンもしくはガイドベーン（図示せ
ず）は日照面側の室内と日陰側の室内に設けた温
度検出器（図示せず）の検出信号に応じて正逆転
するようになつており、たとえば日照面側の室内
の温度が日陰側の室内の温度よりも高い時には正
転して放熱器６内の熱を室内へ放出するが、室内
温度が27℃を越えると逆転して放熱器の温度空気
を排気管２０を通して建物外へ排気するように作
動する。

なお、第３図に示すように上部枠１１と側部枠
１３との接触面間には断熱材２１を入れて上部枠
１１の熱が側部枠１３に逃げないようにしておく
とよい。

次に、前記の如き構成の本発明装置の作動につ
いて説明する。

日照面側の窓２に太陽光が入射すると、太陽光
の中の熱線部分は熱線吸収ガラス９に吸収され、
熱線以外のスペクトル部分のみが熱線吸収ガラス
９及び内面ガラス１０を通つて日照面側の室内に
入射する。熱線を吸収した熱線吸収ガラス９の温
度はかなりの高温となり、それにより空間S₁及び
S₂内の空気は熱線吸収ガラス９によつて加熱され
該空間S₁，S₂内に上昇気流が生じる。このため、
空間S₁，S₂の頂部へ熱が運ばれて上部枠１１に設
けたフイン１６が加熱されるが、フイン１６は上
部枠１１内の熱輸送流体によつて冷却されている
ので、空間S₁，S₂の熱は上部枠１１内の熱輸送流
体に伝達される。その結果、熱輸送流体が加熱さ
れると、熱輸送流体は循環管路５内を上昇して天
井内の上方横行管部に達し、更に該上方横行管部
を通つて建物の日陰側に達する。そこで、熱輸送
流体は循環管路５の下降管部を流下して放熱器６
に入り、該放熱器６で放熱した後、床下の下方横
行管部を通つて日照面側の上昇管部の下端に入
る。そして、後から流れてくる後続の熱輸送流体
の圧力に押されて上昇管部を徐々に上昇するが、
この上昇管部には逆止弁７が設けられているた
め、熱輸送流体は後戻りすることなく押し上げら
れて再び日照面側の窓２の上部枠１１内に流入す
る。放熱器６に装備されたフアンは前記したよう
に日照面側の室内と日陰側の室内に設置された温
度検出器によつて制御されているので、日陰側の
室内温度が27℃以下であつて且つ日照面側の室内
の温度よりも低い時には正転して熱輸送流体から
放出された熱を日陰側の室内に放出するが、日陰
側の室内温度が27℃を越えると逆転して該熱を排
気管２０を通して建物１の外へ放出する。

以上のように、この発明によれば、従来、建物
内の温度分布の均一化のためには障害となつてい
た窓への入射熱を利用することにより、新規な建
物内温度平衡装置が提供されるのである。

第４図は、本発明の第二実施例である。この実
施例では日照面側の循環管路５に熱交換部２２が
設けられ、日射熱吸熱部４がこの熱交換部２２に
挿入された熱輸送体２３を介して循環管路５に接
続されている。また、日陰側の室に設置される放
熱器６は循環管路５の上方横行管部に設けられ、
該放熱器６には加熱空気管２４が接続されてお
り、加熱空気管２４の末端には室内吹出し口２５
が設けられている。加熱空気管２５の途中には室
内の温度検出器（図示せず）によつて制御される
切換弁２６が設けられるとともに該切換弁２６を
介して加熱空気管２５から分岐した排気管２７が
設けられ、該排気管２７は建物１の外部に開口し
ている。循環管路５の熱交換部２２と日射熱吸熱
部４とを接続している熱輸送体２３はたとえばヒ
ートパイプの如きものでもよいが、フレオン等の
冷媒を循環させる冷媒循環管路として構成しても
よい。ヒートパイプを用いる場合には窓２の上部
枠１１内にヒートパイプの一端側を収容し、第２
図に示す循環管路５の代りにヒートパイプを該上
部枠１１内から引き出すように構成する。なお、
第４図に於て７は循環管路５の上昇管部に設けた
逆止弁であり、これは第１図の実施例と同じもの
である。

第二実施例に於ける作動は以下の通りである。
すなわち、日照面側の窓２に入射した太陽光線に
よつて空間S₁，S₂内の空気が加熱され、その熱が
上部枠１１内の冷媒もしくはヒートパイプに伝達
されると、熱はヒートパイプもしくは冷媒循環管
路たる熱輸送体２３を通して循環管路５の熱交換
部２２に入つて循環管路５内の熱輸送流体に移さ
れた後、該熱輸送流体の移動によつて日陰側の放
熱器６に於て冷却用空気中に放散される。放熱器
６に於て加熱された空気は加熱空気管２４に入
り、更に切換弁２６を通つて室内吹出し口２５か
ら日陰側の室内へ吹き出される。これにより日陰
側の室内温度が徐々に上昇する。切換弁は日照面
側の室内温度が日陰側の室内温度よりも高く且つ
日陰側の室内温度が27℃以下の場合には放熱器６
と排気管２７との連通を阻止しているが、日照面
側の室内温度と日陰側の室内温度が等しくなつた
り、或いは日陰側の室内温度が27℃を越えると、
放熱器６と排気管２７とを連通させるとともに放
熱器６と室内吹出し口２５との連通をしや断す
る。このため、日照面側の室内温度と日陰側の室
内温度とが等しくなつたり、或いは日陰側の室内
温度が27℃を越えると、日照面側の窓２で吸収さ
れた熱は排気管２７を通つて建物１の外部へ排出
される。一方、放熱器６に於て熱を放出して低温
となつた熱輸送流体は循環管路５の下降管部を流
下して下方横行管部に入り、日照面側の上昇管部
の下端に達した後、上昇管部内で徐々に押し上げ
られてゆく。

この第二実施例では放熱器６が循環管路５の上
方横行管部に設けられているので放熱器６内で熱
輸送流体の流速が遅くなる反面、下降管部には何
の流動障害物もないのに、下降管部では熱輪送流
体の降下速度が早くなり、従つて下降管部におけ
る位置のエネルギーを上昇管部における押上げエ
ネルギーとして利用する率が高くなる。また、循
環管路５の熱交換部２２と日射熱吸熱部４とを接
続する熱輸送体２３としてヒートパイプを用いる
と熱輸送効率も高く、構造も簡単になる。

第５図の実施例は、前記実施例に於て日陰側の
室内温度が27℃（これは主として夏季の温度であ
る）以上になつた時に外部に廃棄していた熱を冷
房用等に利用するようにしたものである。第５図
に於て、２８は吸収式冷凍機の発生器や給湯器に
接続された加熱水供給管であり、該加熱水供給管
２８には熱交換器２９が設けられ、該熱交換器２
９には切換弁２６を介して加熱空気管２４の分岐
管３０が接続されている（切換弁２６及びその他
の部分は第４図の実施例と同一である）。従つ
て、日陰側の室内温度が27℃以上になる夏季や、
或いは日照面側の室内温度と日陰側の室内温度と
が等しくなつた場合には、切換弁２６が放熱器６
と熱交換器２９とを連通するように切換え操作さ
れて放熱器６から発生した加熱空気が熱交換器２
９に入り、該加熱水供給管２８中に流れる水を加
熱する。このため、日照面側の窓２に於て吸収さ
れた余剰の太陽熱は吸収式冷凍機の運転エネルギ
ー及び給湯用温水として利用されるので、建物内
の温度分布の均一化ばかりでなく、その他の面に
おけるエネルギー節約としても大きな効用をもた
らすことになる。

第６図の実施例は、循環管路を省略して日射熱
吸熱部４と放熱器６とをヒートパイプ３１で接続
して構成したものである（その他の部分は第５図
の実施例に示した部分と同一であるから説明を省
略する）。従つて、この実施例では前記諸実施例
にくらべて更に簡単な構成となる。なお、ヒート
パイプ３１は日照面側に於て低く、日陰側で高く
なるように敷設すると放熱器６で液化した冷媒が
吸熱部側へ戻りやすくなる。

第７図の実施例は、天井面に沿つて平面的に循
環管路５を構成し、該循環管路５の両端に第６図
の実施例と同じく日射熱吸熱部４と放熱器６とを
接続したものである。この実施例では前記の実施
例のヒートパイプ３１に代えて冷媒もしくはブラ
インの循環管路５を採用したものであるから、そ
の作動は第６図の実施例と同じである。（なお、
図に於て第１図乃至第６図と同一符号で表示され
た部分は第１図乃至第６図と同じ部分である）。

第８図の実施例は第７図の変形実施例であり、
建物１の外壁もしくは屋根上に設置した太陽熱コ
レクタ３２が前記の加熱水供給管２８に接続され
ている場合の実施例である。太陽熱コレクタ３２
を屋根上に設置した場合、ビル等に於ては温水温
度があまり高くならないので、日射熱吸熱部４に
於て吸収した熱で該温水を更に加熱することによ
り給湯用水を更に高温にできるとともに冷凍機に
より多くの運転エネルギーを供給することができ
る。なお、第８図の実施例の作動は第７図の実施
例及び第５図の実施例とほゞ同じであるため、説
明を省略する。

以上のように、この発明によれば、従来、建物
内の温度分布を偏らせる原因となつていた窓への
日射熱を利用することによつて建物内の温度分布
の偏りを是正し、日陰側の居住性を向上させると
ともに空調エネルギー等の節約をすることのでき
る新規な建物内温度平衡装置が提供される。

なお日射熱吸熱部の構成は図示実施例以外にも
種々の変形が可能であり、本発明はこの実施例の
構造のみに限定されるものではない。また、循環
管路における流速を増大させるために、該管路に
ポンプを設けてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例の概略図、第２図
は第１図の一部の実施例の拡大縦断面図、第３図
は第２図の左側から見た正面図、第４図乃至第８
図は本発明の他の実施例の概略図、である。１…建物、２…日照面側の窓、３…日陰側の
窓、４…日射熱吸熱部、５…循環管路、６…放熱
器、７…逆止弁、８…外面ガラス、９…熱線吸収
ガラス、１０…内面ガラス、１１…上部枠、１２
…下部枠、１３…側部枠、２２…熱交換部、２３
…熱輸送体、２４…加熱空気管、２５…室内吹出
し口、２６…切換弁、２０，２７…排気管、２８
…加熱水供給管、２９…熱交換器、３０…（加熱
空気管の）分岐管、３１…ヒートパイプ、３２…
太陽熱コレクタ。

Claims

【特許請求の範囲】１建物の日照面側の窓に設けた日射熱吸熱部
と、該建物の日陰側の室もしくは冷所に設置され
た放熱器と、前記日射熱吸熱部と放熱器とを接続
する循環管路とから成り、建物の日照面側の窓に
入射する太陽熱によつて前記循環管路内の熱輸送
流体移動エネルギーを生ぜしめ、該熱輸送流体の
移動エネルギーを利用して前記窓に入射した太陽
熱を該建物の日陰部分もしくは低温部に輸送する
ことにより該建物内の温度分布を均一化させる建
物内温度平衡装置において、前記日照熱吸熱部を
構成している窓は、外面ガラス、熱線吸収ガラ
ス、内面ガラスよりなる三重窓構造を有し、各ガ
ラス間が枠体によつて一体構造とされ、上部枠体
は熱伝導性の良い材料で構成され、かつ、該上記
枠体の内部が前記熱輸送流体の流通路を形成する
よう構成され、該上部枠体内に前記熱輸送流体を
送給する流路に逆止弁を設けたことを特徴とする
建物内温度平衡装置。２建物の日照面側の窓に設けた日照熱吸熱部
と、該建物の日照面側の上部位置に設けられた熱
交換器と、該建物の日陰側の位置もしくは冷所に
設置された放熱器と、前記熱交換器と放熱器とを
接続する循環管路とから成り、建物の日照面側の
窓に入射する太陽熱によつて前記循環管路内の熱
輸送流体に移動エネルギーを生ぜしめ、該熱輸送
流体の移動エネルギーを利用して前記窓に入射し
た太陽熱を該建物の日陰部分もしくは低温部に輸
送することにより該建物内の温度分布を均一化さ
せる建物内温度平衡装置において、前記日射熱吸
熱部を構成している窓は、外面ガラス、熱線吸収
ガラス、内面ガラスよりなる三重窓構造を有し、
各ガラス間が枠体によつて一体構造とされ、上部
枠体は熱伝導性の良い材料で構成され、かつ、該
上部枠体と前記前記熱交換器とが熱輸送体で接続
され、前記熱交換器の前記熱輸送流体を送給する
流路に逆止弁を有することを特徴とする建物内温
度平衡装置。