ソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法
【課題】太陽熱を含む自然エネルギーを積極的に利用しつつ、快適な室内環境の実現に不可欠な最低限の暖冷房機器との最適な組み合わせで、低いランニングコストでの運転ですみ、しかも、搬送ダクトなどを大幅に短縮することができ、施工手間やコストの削減のみならず、メンテナンスの容易さにとってもメリットが大きい実用性の高いソーラー暖冷房換気装置およびソーラー暖冷房換気方法を提供する。
【解決手段】太陽放射を受ける側の板材料と反対側の板材料を間に距離が約１０ｍｍ以下の薄い厚さの通気層を介在させて平行に配置した扁平パネル形状の板状体を太陽放射を受ける受熱面全体に複数を並列させて全体が大きなパネルとなるように配置した外気導入集熱ユニット１を太陽光が受光できる壁面に設置し、この外気導入集熱ユニット１が連通する床下空間４に蓄熱層６を設け、さらに、床近傍に暖冷房ユニット１０を設置した。
【解決手段】太陽放射を受ける側の板材料と反対側の板材料を間に距離が約１０ｍｍ以下の薄い厚さの通気層を介在させて平行に配置した扁平パネル形状の板状体を太陽放射を受ける受熱面全体に複数を並列させて全体が大きなパネルとなるように配置した外気導入集熱ユニット１を太陽光が受光できる壁面に設置し、この外気導入集熱ユニット１が連通する床下空間４に蓄熱層６を設け、さらに、床近傍に暖冷房ユニット１０を設置した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暖房、冷房そして２４時間換気を必要とする建物空間において、自然エネルギーを有効に利用しながら、それらに係る消費エネルギーを低く抑え、安価なイニシアルコスト、ランニングコストで実現でき、また、メンテナンスを容易にしたソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法である。
【背景技術】
【０００２】
石化エネルギー資源の乏しいわが国の建物の熱性能は、省エネという観点からは十分とはいえず、従来から灯油や電力によって暖冷房を行い快適感を得ているのが現状である。近年の地球温暖化防止対策の一環としても建物の熱性能基準を引き上げることが検討され、段階的な引き上げが行われた。
【０００３】
図９は一般的な住宅を想定した場合の省エネルギー基準の変遷である。平成１１年（１９９９年）住宅の省エネルギー基準が強化され、更に平成１５年（２００３年）には２４時間換気システムの設置が義務化された。これにより建物の断熱性能や気密性能が一層向上し、暖冷房に係るエネルギー消費が抑制された。
【０００４】
一方、２４時間換気については外気を室内に直接導入する第三種換気が主流であり、換気負荷を除く建物の熱負荷は小さくなったものの換気負荷は変わらないため、かえって換気負荷の占める割合は２倍に増えた。
【０００５】
わが国では二度のオイルショックを経験したことから、太陽熱や太陽光を利用した技術開発が盛んになった。その成功例としては温水パネルや太陽電池が広く知られるところである。
【０００６】
太陽熱を利用し建物の暖房負荷を軽減しようとする試みは、ガラス窓を大きくとって太陽熱を室内に取り込むダイレクトゲイン方式（パッシブソーラー）はコストも安く、誰でもが取り込みやすい技術として一般化している。
【０００７】
また、より積極的に太陽熱を利用する技術として、屋根面で集熱した空気を送風ユニットによって床下へと導き、床下から室内に放出させる太陽熱床暖房換気システム（通称ＯＭソーラー）が下記特許文献等にある。
【特許文献１】特許第２６２６９６６号（ソーラーシステムハウス利用の空冷方法）
【０００８】
図１０にソーラーシステムハウスの概略を説明すると、カラー鉄板やスレート板等の屋根板１０１の直下に屋根勾配を有する空気流路１０２を形成し、この空気流路１０２の一端は軒先に空気取入口１０３として開口し、他端は断熱材による集熱ボックスとしての棟ダクト１０４に連通させる。
【０００９】
内部に逆流防止ダンパー１０６、ファン１０７及び流路切換えダンパー１０８を設け、該流路切換えダンパー１０８の流出側の一方は排気ダクト１０９により屋外に開口するハンドリングボックス１０５を屋根裏空間である小屋裏１２２に設置し、このハンドリングボックス１０５の逆流防止ダンパー１０６の流入側を前記棟ダクト１０４に連通させ、流路切換えダンパー１０８の流出側の一方を立下りダクト１１０の上端に連結する。立下りダクト１１０の下端は床下蓄熱体としての蓄熱土間コンクリート１１１と床パネル１１２との間の空気流通空間１１３に開口し、該空気流通空間１１３から室内への床吹出口１１４を設けた。
【００１０】
なお、前記のごとくハンドリングボックス１０５の逆流防止ダンパー１０６の流入側は棟ダクト１０４に接続されるが、この逆流防止ダンパー１０６の流入側は天井等で室内に開口する循環用ダクト１１９にも接続され、該逆流防止ダンパー１０６はこの棟ダクト１０４側と循環用ダクト１１９側との流路を切り換える流路切換えダンパーとして構成する。また、この循環用ダクト１１９が開口する吸込口１２０を設ける部屋はこれが２階であれば、前記室内への床吹出口１１４を設けた床パネル１１２がある１階の部屋とは吹き抜け構造として空気が自由に流れるようにすることが望ましい。
【００１１】
ハンドリングボックス１０５内で、逆流防止ダンパー１０６とファン１０７との間にお湯とりコイル１１５を設け、このお湯とりコイル１１５は循環配管１１６で貯湯槽１１７と連結し、該貯湯槽１１７には、追焚き用の給湯ボイラー１１８を途中へ設けて、風呂や洗面所、台所へとつながる給湯配管１２１を接続する。
【００１２】
このようにして、太陽光で加熱された金属板である屋根板１０１が、空気流路１０２へ入った外気を温め、この温められた空気は屋根勾配に沿って上昇する。そして、この加熱空気は棟ダクト１０４に集められてからファン１０７によりハンドリングボックス１０５に入り、ハンドリングボックス１０５から立下りダクト１１０内を流下し、蓄熱土間コンクリート１１１と床パネル１１２との間の空気流通空間１１３へ入る。この空気流通空間１１３では加熱空気が床パネル１１２を介して直接床面下を温めるのと、蓄熱土間コンクリート１１１に蓄熱させるのと、床吹出口１１４から温風として直接室内へ吹出されるのとの３通りの暖房作用を行う。
【００１３】
一方、お湯とりコイル１１５で、ここに循環配管１１６を介して貯湯槽１１７から送り込まれる水が加熱され、湯として貯湯槽１１７へ蓄えられ、さらにここから必要に応じて追焚き用の給湯ボイラー１１８で再加熱されて給湯配管１２１から各所へ給湯される。
【００１４】
このような図１０に示す太陽光により集熱した加熱空気を利用するソーラーシステムハウスでは、夏季等高温時で暖房の必要のない季節では屋根板１０１で温められた加熱空気は全部外気に放出して捨てることが必要となる。その場合は流路切換えダンパー１０８で流出側の一方である立下りダクト１１０側を閉塞し、流出側の他の一方である排気ダクト１０９側を開放すれば、ハンドリングボックス１０５から加熱空気は排気ダクト１０９を介して屋外へ捨てられる。なお、加熱空気はハンドリングボックス５を通ることでお湯とりコイル１１５の加熱は行うので、夏季等高温時でも太陽熱利用で湯が得られることは確保できる。
【００１５】
一方、夏等の暖房がいらない季節の昼間の集熱時には示すように、逆流防止ダンパー１０６は循環用ダクト１１９側を閉じ、棟ダクト１０４側を開く。また、流路切換えダンパー１０８はファン１０７と立下りダクト１１０側とを閉鎖し、ファン１０７と排気ダクト１０９側とを連通させる。
【００１６】
このようにしてファン１０７を駆動すれば、換気口１２５から屋根の小屋裏１２２に入り、さらに空気流路１０２を経て棟ダクト１０４に集められた加熱空気はハンドリングボックス１０５に入り、お湯とりコイル１１５を加熱してから排気ダクト１１９を流れ屋外へ捨てられる。その際、ファン１０７から直接排気ダクト１０９へ送り込まれる空気が立下りダクト１１０へ誘引力を与え、床下の空気は立下りダクト１１０を介して排気ダクト１０９へ吸い込まれるので前記小屋裏１２２の換気のみならず、床下の換気も同時に行うことができる。
【００１７】
そして、夏の夜間には逆流防止ダンパー１０６は循環用ダクト１１９側を閉じ、棟ダクト１０４側を開く点は前記昼間と同じであるが、前記流路切換えダンパー１０８はファン１０７と立下りダクト１１０側とを連通させ、ファン１０７と排気ダクト１０９側を閉鎖する。
【００１８】
この状態で、ハンドリングボックス１０５のファン１０７を回せば、夜の冷気が換気口１２５から屋根の小屋裏１２２に入り、そしてこの小屋裏１２２の空気が南面の屋根の屋根板１０４直下に形成された空気流路１０２に入り、ここで放射冷却がなされる。そして、棟ダクト１０４に集められてからハンドリングボックス１０５に入り、該ハンドリングボックス１０５から立下りダクト１１０内を流下し、蓄熱土間コンクリート１１１と床パネル１１２との間の空気流通空間１１３へ入り、蓄熱土間コンクリート１１１に蓄冷されるのと、吹出口１１４から冷風として直接室内へ吹出されるのとの冷却作用を行う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
前記特許文献１のシステムは外気が導入されている時、即ち主として冬の日中（集熱温度が室温より高い時）と夏の夜間（集熱温度が室温より低い時）がシステムが稼働できる条件であり、それ以外の条件では何らかの暖冷房機器と２４時間換気装置を必要とする。
【００２０】
前者の設備は必須ながら、後者については２４時間換気が義務化されている住宅の場合、これとは別に２４時間換気装置が必要となり設置費用の増加を招く。
【００２１】
また、夏季の日中に何らかの理由で停電したり、システムの故障で停止せざるを得ない状況下に遭遇した場合、屋根集熱面のガラス板直下の金属板は１００℃を超える高温となり、建築材料の耐久性や強度に少なからず悪影響を与える結果となる。
【００２２】
一方、昨今の地球温暖化の影響で冬の暖房負荷が減少する反面、冷房期間や冷房負荷が増大し、毎年電力の供給不足が懸念されている。
【００２３】
また、花粉症（外から入れない）やシックハウス（汚染空気を外に出す）などの解決策のひとつとして重要な役割を担う、イニシャルコスト、ランニングコストそして外気を温めるなどの熱負荷の小さな２４時間換気の実現が望まれている。
【００２４】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、太陽熱を含む自然エネルギーを積極的に利用しつつ、快適な室内環境の実現に不可欠な最低限の暖冷房機器との最適な組み合わせで、低いランニングコストでの運転ですみ、しかも、搬送ダクトなどを大幅に短縮することができ、施工手間やコストの削減のみならず、メンテナンスの容易さにとってもメリットが大きい実用性の高いソーラー暖冷房換気装置およびソーラー暖冷房換気方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、ソーラー暖冷房換気装置として、太陽放射を受ける側の板材料と反対側の板材料を間に距離が約１０ｍｍ以下の薄い厚さの通気層を介在させて平行に配置した扁平パネル形状の板状体であり、板状体は通気層の流れ方向に数ｃｍ〜２ｍ程度の短い長さのものであり、太陽放射を受ける受熱面全体に複数を並列させて全体が大きなパネルとなるように配置し、均等に空気を吸い込むように通気抵抗を調整し、太陽放射を受ける側の空間から空気を薄い厚さの通気層に吸い込み、通気層を通過する間に受ける放射熱と対流あるいは伝導で熱交換し、太陽放射を受ける側と反対側に熱交換した空気を吹き出す外気導入集熱ユニットを太陽光が受光できる壁面に設置し、この外気導入集熱ユニットが連通する床下空間に蓄熱層を設け、さらに、床近傍に暖冷房ユニットを設置したことを要旨とするものである。
【００２６】
請求項５記載の本発明は、請求項１の装置を用いたソーラー暖冷房換気方法として、暖房必要時の日中には外気導入集熱ユニットにより温められた外気を床下へ導入し、床下空間にある蓄熱層を温めながら室内へ放出させ、夜間など要求室温に満たない場合には室内空気を暖冷房ユニットを通して温めながら床下に送りこみ、冷房必要時の夜間には外気導入集熱ユニットにより冷えた外気を床下へ導入し、床下空間にある蓄熱層を冷ましながら室内へ放出させ、日中など要求室温に満たない場合には室内空気を暖冷房ユニットを通して冷やしながら床下に送りこむことを要旨とするものである。
【００２７】
請求項１および請求項５に記載の本発明によれば、外気導入集熱ユニットと蓄熱層を有する床下空間と床近傍に設置する暖冷房ユニットを組み合わせることで、上下差の少ない横一列に近い配置として装置の組み合わせ構成ができ、集熱空気を床下に導入する際の搬送ダクトなどを大幅に短縮することができる。このことは施工手間やコストの削減のみならず、メンテナンスの容易さにとってもメリットが大きい。かつ、外気導入集熱ユニットを壁面に設置することで、屋根面に設置する従来技術に比べ、冬季の有用な集熱を確保しながら夏季の無用な集熱を抑制することができる。
【００２８】
更に、暖冷房ユニットを床近傍に設置することで、暖冷房ユニットからの吹き出し空気を直接床下に送ることができる。
【００２９】
請求項２記載の本発明は、外気導入集熱ユニットは、南面に対し東西９０度以内、傾斜角４５度以上に設置したことを要旨とするものである。
【００３０】
請求項２に記載の本発明によれば、冬季の日中に太陽熱の受熱効果をより多く得るための設置条件であるが、南面に対し東西９０度以内、傾斜角４５度以上に設置することで、夏季の日中には太陽高度が高く外気導入集熱ユニットが過度に高温になるのを防ぐものである。
【００３１】
請求項３記載の本発明は、蓄熱層として、コンクリートや水袋、潜熱蓄熱材などの比較的熱容量の大きな材料を用いることを要旨とするものである。
【００３２】
請求項３に記載の本発明によれば、冬季の日中に集熱した暖かい空気を夜間に対し蓄える蓄熱効果や、冬季の夜間に換気として導入した冷たい空気を温める放熱効果を、また、夏季の夜間に集熱した冷たい空気を翌日の日中に対し蓄える蓄熱効果や、夏季の日中に換気として導入した暖かい空気を冷ます放熱効果を担うと伴に、室温の安定化に寄与させることができる。
【００３３】
請求項４記載の本発明は、暖冷房ユニットとして、エアコン室内機を設置することを要旨とするものである。
【００３４】
請求項４に記載の本発明によれば、１つの設備で暖冷房が可能であり、かつメンテナンスの容易な最も安価な設備として最適である。
【００３５】
請求項６記載の本発明は、暖房必要時の日中、外気導入集熱ユニットにより温められた外気を床下へ導入する場合に、導入空気が床下より冷たい場合は蓄熱層によって温めながら室内へ放出させ、冷房必要時の夜間には外気導入集熱ユニットにより冷えた外気を床下へ導入し、導入空気が床下より暖かい場合は蓄熱層によって冷しながら室内へ放出させることを要旨とするものである。
【００３６】
請求項６記載の本発明によれば、暖房必要時の日中、導入空気が床下より冷たい場合は蓄熱層によって温めながら室内へ放出させることができる。よって、換気により室内が冷たくなることはない。また、冷房必要時の夜間には導入空気が床下より暖かい場合は同様に蓄熱層によって冷しながら室内へ放出させることができるので、換気により室内がより熱くなることはない。
【発明の効果】
【００３７】
以上述べたように、本発明のソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法は、太陽熱や冬暖かく夏涼しい床下空間を積極的に利用しながら、必要最低限の暖冷房機器の構成で建物室内を四季を通じ、２４時間換気を行いながらより快適な空間が実現できるものである。
【００３８】
また、外気導入集熱ユニットと蓄熱層を有する床下空間と床近傍に設置する暖冷房ユニットを組み合わせることで、上下差の少ない横一列に近い配置として装置の組み合わせ構成ができ、集熱空気を床下に導入する際の搬送ダクトなどを大幅に短縮することができ、施工手間やコストの削減のみならず、メンテナンスも容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面について本発明の実施形態を詳細に説明する。図１〜図４は本発明の実施形態を示す説明図で、通常の住宅を想定している。本発明の住宅の断熱性能は熱損失係数で２(W/m2K)以下、気密性能は相当隙間面積で２(cm2/m2)以下の性能が望まれる。断熱性が悪い建物では暖冷房負荷が大きく、集熱したエネルギーを有効に活用することが難しく、また、気密性が悪い建物では暖冷房負荷の増大のみならず安定した計画換気ができないことが理由である。
【００４０】
特に床下空間４は外気に接する基礎部分とその周辺の断熱および基礎と土台間の隙間の密閉性を確保する必要がある。このことにより床下空間４は居室と同じ室内空間とみなすことができる。
【００４１】
図中１は、壁面に取り付けられた外気導入集熱ユニットで、これは先に発明者が考案した特許第４１７１０１４号のものを利用できる。
【００４２】
外気導入集熱ユニット１は、図５〜図６に示すように、太陽放射を受ける側の板材料である受熱板１１と反対側の板材料である吸熱板１２を間に距離が約１０ｍｍ以下の極薄通気層１３を介在させて平行に配置した扁平パネル形状の板状体５０である。この板状体５０は曲面形状とすることも可能である。また、受熱板１１を両面に設けることも考えられる。
【００４３】
極薄通気層１３は、薄い通気層とすることにより、受熱板と流れる空気の接触効率を高め、熱交換性能が向上するものであるが、およそ２ｍｍが好適である。（ただし、処理風量が大きく違えば、通気層高さも変わる。）
【００４４】
板状体５０を構成する材料としては、熱伝導性が比較的よい材料であれば金属等特に限定は問わないが、受熱板１１は集熱表面材料として黒色金属板、選択吸収膜板などが好適である。なお、受熱板１１の集熱表面材料として、太陽電池を用いることも可能である。太陽電池が冷却できることは発電効率の低下防止になる。
【００４５】
板状体５０は、下側を空気吸込口１４、上側を空気吐出口１５とし、複数を連列できるように、上端に接続代１６を突設した。
【００４６】
板状体５０は、上下の長さ１２０ｍｍ程度とするが、６０ｍｍ〜１８００ｍｍ程度の範囲で製品バリエーションが可能である。また、全体は幅のある横長形状のものとし、太陽放射を受ける受熱面全体に、極薄通気層１３の流れ方向に短い長さ（数cm〜２ｍ程度）のものを複数並列させて全体が大きなパネルとなるように配置し、均等に空気を吸い込むように通気抵抗を調整する。
【００４７】
板状体５０は、建物の壁面１７に設置する場合にであり、太陽放射を受ける側と反対側（壁面１７との間）に、集合通気層１８を形成する。
【００４８】
また、太陽放射を受ける側に、ガラス１９などの太陽放射を透過する材料を空気層２０とともに設けるようにしてもよい。
【００４９】
前記板状体５０を並べ、極薄通気層１３の通気抵抗でバランスを考慮して、面積あたり風量を同じ程度にすること、加えて、分割された集熱部材（板状体５０）を均等に吸い込むように調整することにより、小さい（短い）熱交換（集熱）面で、利用できる温度が得られるものとなる。
【００５０】
図７に示すように、多数並列した板状体５０と集合通気層１８に組合せによる外気導入集熱ユニット１に対してダクト２を介して送風ファン３を設ける。なお、さらに、導入ダクト３５を介して室内直接用ファン３０を設けることも可能である。図示は省略するが、室内直接用ファン３０は停止時密閉タイプ、送風ファン３は停止時密閉用ダンパを別途取り付ける。
【００５１】
図中３４は多数並列した板状体５０と集合通気層１８に組合せによる外気導入集熱ユニット１を設置するための見切縁（板金巻き）であり、３８は該空気式太陽集熱部の下地となる外装材で、セメントサイディングと塗装からなる。３７は通気層、３６は下地材＋透湿防水シートである。
【００５２】
この外気導入集熱ユニット１が連通する床下空間４に蓄熱層６を設け、さらに、床近傍に暖冷房ユニット１０を設置した。図中５は床材、７は床面に設置した吹出口、８は室内、９は室内の壁に取り付けた換気レジスタである。
【００５３】
蓄熱層６としては、土間コンクリートを利用できるが、土間コンクリート以外のコンクリートや水袋、潜熱蓄熱材などの比較的熱容量の大きな材料を用いる。
【００５４】
また、暖冷房ユニット１０には、エアコン室内機を利用することができる。
【００５５】
このようにして、太陽放射を受ける位置である壁面に取り付けられた外気導入集熱ユニット１としての板状体５０を複数設置し、この板状体５０で太陽放射を受ける側の外気を空気吸込口１４より吸い込み、薄い通気層である極薄通気層１３で太陽熱を集熱し、各板状体５０の空気吐出口１５から吹き出した集熱空気を集合通気層１８で集合して送風ファン３により床下空間４に供給する。
【００５６】
外気導入集熱ユニット１は、板状体５０を複数並列させた配置することで、熱交換面（集放熱面）を比較的細かく分割して、分割数に応じた当該空気式熱交換部を取り付けるものである。これにより、処理風量と極薄通気層１３の通気抵抗と送風機２４のファン能力のバランスを取ることができる。
【００５７】
外気導入集熱ユニット１は、薄い通気層とすることにより、受熱板と流れる空気の接触効率を高め、放射熱と対流あるいは伝導で熱交する熱交換性能を向上させるものである。
【００５８】
この外気導入集熱ユニット１で外気を効率的に温めることができる。ガラス１９付きの集熱ユニットでは晴天時に外気温＋３０〜４０℃の集熱温度が得られる。
【００５９】
図８は応用例として外気導入集熱ユニット１の外側をつる植物等の植物のベール５１で覆うようにすることもできる。植物のベール５１はこれを壁面付近に設置することで、日射による眩しさを防止し、或いは日射熱の室内への侵入を軽減するもので、植物で緑化することにより、建物全体の意匠性を向上させ、かつ、植物から蒸散する水分が建物壁面を冷却する。植物のベール５１はヨシズなどで代用させてもよい。
【００６０】
また、前記ガラス１９はこれをアトリウム５２を構成するものとしてもよい。前記植物のベール５１とアトリウム５２との組み合わせは、羽根板を横に組んで支柱に取り付け、蘇苔類植物を羽根板の上面に設置された植栽マットに生育させる緑化用植栽ルーバーとして、空気取り入れ可能な構造とすることもできる。
【００６１】
外気導入集熱ユニット１の面積が大きいほど、より高温の集熱できるが、暖房に供するのであるから過度に高温である必要がなく、その際は外気の導入風量を増やし温度を抑えた集熱にすることで調整する。
【００６２】
ちなみに、外気導入集熱ユニット１は、南面に対し東西９０度以内、傾斜角４５度以上に設置する。
【００６３】
外気導入集熱ユニット１は、冬季の日中に太陽熱の受熱効果をより多く得ることが設置条件であるが、このように南面に対し東西９０度以内、傾斜角４５度以以上に設置することで、夏季の日中には太陽高度が高く外気導入集熱ユニットが過度に高温になるのを防ぐことができる。
【００６４】
この外気導入集熱ユニット１で温められた空気は、導入ダクト２を通し送風ファン３で床下空間４に送り込まれ、床下空間４にある床材５および蓄熱層６を温め、床暖房と蓄熱を行うことができる。更に床面に設置した吹出口７から室内８へと空気を放出させ、最終的に室内の壁に取り付けた換気レジスタ９などから屋外へと排出される。
【００６５】
この一連の空気流れによって室内の換気をも行うことができる。この換気は屋外に比べ室内がプラス圧になることから第２種換気に相当し、目に見えない建物の隙間からの外気やホコリ、花粉などの侵入を防ぐメリットがある。
【００６６】
図２は冬季の夜間におけるソーラー暖冷房換気方法の第２実施形態である。当然のことながら外気導入集熱ユニット１での集熱温度はほぼ外気温である。
【００６７】
冬季の夜間での外気導入集熱ユニット１の役割は、室内の換気が目的であることから、導入外気は対象空間に対し０．５(回/h)程度の量（日中の集熱時に比べ小さい）を導入ダクト２を通し送風ファン３で床下４に送り込まれる。
【００６８】
冬季の夜間での床下に導入した空気の温度は、通常床下空間にある床材５および蓄熱層６よりも温度が低いため、床材５および蓄熱層６で若干温められ、床面に設置した吹出口７から室内８へと空気を放出される。
【００６９】
その際要求する室温に達しない場合には、床付近に設置した暖冷房ユニット１０を運転し、室内空気を温め床下空間４に戻す（循環させる）ことで暖房を実現する。
【００７０】
図３は夏季の日中におけるソーラー暖冷房換気方法の第３実施形態である。壁面に取り付けられた外気導入集熱ユニット１は、太陽の高度が高くかつ建物の軒や屋根の庇などによって遮熱されることから、冬季よりも温度上昇が少ないものの、ガラス付きの集熱ユニットでは晴天時に外気温＋１０℃程度の集熱温度になる。より積極的な遮熱対策としては、植物のベール５１やヨシズなどで覆うなどの手法が極めて有効である。
【００７１】
夏季の日中での外気導入集熱ユニット１の役割は、冬季の夜間と同様に室内の換気が目的であることから、導入外気は対象空間に対し０．５(回/h)程度の量を導入ダクト２を通し送風ファン３で床下空間４に送り込まれる。
【００７２】
夏季の日中での床下に導入した空気の温度は、通常床下空間にある床材５および蓄熱層６よりも温度が高いため、床材５および蓄熱層６で若干冷まされ、床面に設置した吹出口７から室内８へと空気を放出される。その際要求する室温に達しない場合には、床付近に設置した暖冷房ユニット１０を運転し、室内空気を冷まし床下空間４に戻す（循環させる）ことで冷房を実現する。
【００７３】
図４は夏季の夜間におけるソーラー暖冷房換気方法の第４実施形態である。当然のことながら外気導入集熱ユニット１での集熱温度はほぼ外気温である。
【００７４】
外気導入集熱ユニット１で取り込んだ空気は、導入ダクト２を通し送風ファン３で床下空間４に送り込まれ、床下空間にある床材５および蓄熱層６を冷まし、床面に設置した吹出口７から室内８へと空気を放出させ、涼感を得ることができる。
【００７５】
夏季の夜間では要求する室温に比べ外気温の方が低い場合には、積極的に外気の導入風量を増やし床下空間４や床材５や蓄熱層６および室内８を冷やすことで、翌日の日中の室温上昇を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上の実施形態は、簡便であることから建物の一部をリフォームする場合などの小規模な空間においても適用できる。
【００７７】
外気導入集熱ユニット１の設置位置は、建物の周辺状況により請求項２の設置条件を満たす限りに於いて、ベランダの手すりや建物と分離した独立設置も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明のソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法の冬季の日中における実施形態の説明図である。
【図２】本発明のソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法の冬季の夜間における実施形態の説明図である。
【図３】本発明のソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法の夏季の日中における実施形態の説明図である。
【図４】本発明の本発明のソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法の夏季の夜間における実施形態の説明図である。
【図５】本発明のソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法で使用する外気導入集熱ユニットの縦断側面図である。
【図６】本発明のソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法で使用する外気導入集熱ユニットの斜視図である。
【図７】外気導入集熱ユニットの組込み部分を示す縦断側面図である。
【図８】本発明のソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法の応用例を示す説明図である。
【図９】建物の熱損失に関するグラフである。
【図１０】従来例を示す集熱時の模式図である。
【図１１】従来例を示す空冷時の模式図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…外気導入集熱ユニット ２…導入ダクト
３…送風ファン ４…床下空間
５…床材 ６…蓄熱層
７…吹出口 ８…室内
９…換気レジスタ １０…暖冷房ユニット
１１…受熱板 １２…吸熱板
１３…極薄通気層 １４…空気吸込口
１５…空気吐出口 １６…接続代
１７…壁面 １８…集合通気層
１９…ガラス ２０…空気層
３０…室内直接用ファン ３４…見切縁（板金巻き）
３５…ダクト
３６…下地材＋透湿防水シート
３７…通気層 ３８…外装材
５０…板状体 ５１…植物のベール
５２…アトリウム
１０１…屋根板 １０２…空気流路
１０３…空気取入口 １０４…棟ダクト
１０５…ハンドリングボックス １０６…逆流防止ダンパー
１０７…ファン １０８…流路切換えダンパー
１０９…排気ダクト １１０…立下りダクト
１１１…蓄熱土間コンクリート １１２…床パネル
１１３…空気流通空間 １１４…床吹出口
１１５…お湯とりコイル １１６…循環配管
１１７…貯湯槽 １１８…給湯ボイラー
１１９…循環用ダクト １２０…吸込口
１２１…給湯配管 １２２…小屋裏
１２３…補助暖房コイル １２４…暖房・追炊きボイラー
１２５…換気口 １２６…循環配管
１２７…フィン １３０…ケース
１３１…配管 １３８…循環配管
１３９…補助暖房コイル １４０…通気路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暖房、冷房そして２４時間換気を必要とする建物空間において、自然エネルギーを有効に利用しながら、それらに係る消費エネルギーを低く抑え、安価なイニシアルコスト、ランニングコストで実現でき、また、メンテナンスを容易にしたソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法である。
【背景技術】
【０００２】
石化エネルギー資源の乏しいわが国の建物の熱性能は、省エネという観点からは十分とはいえず、従来から灯油や電力によって暖冷房を行い快適感を得ているのが現状である。近年の地球温暖化防止対策の一環としても建物の熱性能基準を引き上げることが検討され、段階的な引き上げが行われた。
【０００３】
図９は一般的な住宅を想定した場合の省エネルギー基準の変遷である。平成１１年（１９９９年）住宅の省エネルギー基準が強化され、更に平成１５年（２００３年）には２４時間換気システムの設置が義務化された。これにより建物の断熱性能や気密性能が一層向上し、暖冷房に係るエネルギー消費が抑制された。
【０００４】
一方、２４時間換気については外気を室内に直接導入する第三種換気が主流であり、換気負荷を除く建物の熱負荷は小さくなったものの換気負荷は変わらないため、かえって換気負荷の占める割合は２倍に増えた。
【０００５】
わが国では二度のオイルショックを経験したことから、太陽熱や太陽光を利用した技術開発が盛んになった。その成功例としては温水パネルや太陽電池が広く知られるところである。
【０００６】
太陽熱を利用し建物の暖房負荷を軽減しようとする試みは、ガラス窓を大きくとって太陽熱を室内に取り込むダイレクトゲイン方式（パッシブソーラー）はコストも安く、誰でもが取り込みやすい技術として一般化している。
【０００７】
また、より積極的に太陽熱を利用する技術として、屋根面で集熱した空気を送風ユニットによって床下へと導き、床下から室内に放出させる太陽熱床暖房換気システム（通称ＯＭソーラー）が下記特許文献等にある。
【特許文献１】特許第２６２６９６６号（ソーラーシステムハウス利用の空冷方法）
【０００８】
図１０にソーラーシステムハウスの概略を説明すると、カラー鉄板やスレート板等の屋根板１０１の直下に屋根勾配を有する空気流路１０２を形成し、この空気流路１０２の一端は軒先に空気取入口１０３として開口し、他端は断熱材による集熱ボックスとしての棟ダクト１０４に連通させる。
【０００９】
内部に逆流防止ダンパー１０６、ファン１０７及び流路切換えダンパー１０８を設け、該流路切換えダンパー１０８の流出側の一方は排気ダクト１０９により屋外に開口するハンドリングボックス１０５を屋根裏空間である小屋裏１２２に設置し、このハンドリングボックス１０５の逆流防止ダンパー１０６の流入側を前記棟ダクト１０４に連通させ、流路切換えダンパー１０８の流出側の一方を立下りダクト１１０の上端に連結する。立下りダクト１１０の下端は床下蓄熱体としての蓄熱土間コンクリート１１１と床パネル１１２との間の空気流通空間１１３に開口し、該空気流通空間１１３から室内への床吹出口１１４を設けた。
【００１０】
なお、前記のごとくハンドリングボックス１０５の逆流防止ダンパー１０６の流入側は棟ダクト１０４に接続されるが、この逆流防止ダンパー１０６の流入側は天井等で室内に開口する循環用ダクト１１９にも接続され、該逆流防止ダンパー１０６はこの棟ダクト１０４側と循環用ダクト１１９側との流路を切り換える流路切換えダンパーとして構成する。また、この循環用ダクト１１９が開口する吸込口１２０を設ける部屋はこれが２階であれば、前記室内への床吹出口１１４を設けた床パネル１１２がある１階の部屋とは吹き抜け構造として空気が自由に流れるようにすることが望ましい。
【００１１】
ハンドリングボックス１０５内で、逆流防止ダンパー１０６とファン１０７との間にお湯とりコイル１１５を設け、このお湯とりコイル１１５は循環配管１１６で貯湯槽１１７と連結し、該貯湯槽１１７には、追焚き用の給湯ボイラー１１８を途中へ設けて、風呂や洗面所、台所へとつながる給湯配管１２１を接続する。
【００１２】
このようにして、太陽光で加熱された金属板である屋根板１０１が、空気流路１０２へ入った外気を温め、この温められた空気は屋根勾配に沿って上昇する。そして、この加熱空気は棟ダクト１０４に集められてからファン１０７によりハンドリングボックス１０５に入り、ハンドリングボックス１０５から立下りダクト１１０内を流下し、蓄熱土間コンクリート１１１と床パネル１１２との間の空気流通空間１１３へ入る。この空気流通空間１１３では加熱空気が床パネル１１２を介して直接床面下を温めるのと、蓄熱土間コンクリート１１１に蓄熱させるのと、床吹出口１１４から温風として直接室内へ吹出されるのとの３通りの暖房作用を行う。
【００１３】
一方、お湯とりコイル１１５で、ここに循環配管１１６を介して貯湯槽１１７から送り込まれる水が加熱され、湯として貯湯槽１１７へ蓄えられ、さらにここから必要に応じて追焚き用の給湯ボイラー１１８で再加熱されて給湯配管１２１から各所へ給湯される。
【００１４】
このような図１０に示す太陽光により集熱した加熱空気を利用するソーラーシステムハウスでは、夏季等高温時で暖房の必要のない季節では屋根板１０１で温められた加熱空気は全部外気に放出して捨てることが必要となる。その場合は流路切換えダンパー１０８で流出側の一方である立下りダクト１１０側を閉塞し、流出側の他の一方である排気ダクト１０９側を開放すれば、ハンドリングボックス１０５から加熱空気は排気ダクト１０９を介して屋外へ捨てられる。なお、加熱空気はハンドリングボックス５を通ることでお湯とりコイル１１５の加熱は行うので、夏季等高温時でも太陽熱利用で湯が得られることは確保できる。
【００１５】
一方、夏等の暖房がいらない季節の昼間の集熱時には示すように、逆流防止ダンパー１０６は循環用ダクト１１９側を閉じ、棟ダクト１０４側を開く。また、流路切換えダンパー１０８はファン１０７と立下りダクト１１０側とを閉鎖し、ファン１０７と排気ダクト１０９側とを連通させる。
【００１６】
このようにしてファン１０７を駆動すれば、換気口１２５から屋根の小屋裏１２２に入り、さらに空気流路１０２を経て棟ダクト１０４に集められた加熱空気はハンドリングボックス１０５に入り、お湯とりコイル１１５を加熱してから排気ダクト１１９を流れ屋外へ捨てられる。その際、ファン１０７から直接排気ダクト１０９へ送り込まれる空気が立下りダクト１１０へ誘引力を与え、床下の空気は立下りダクト１１０を介して排気ダクト１０９へ吸い込まれるので前記小屋裏１２２の換気のみならず、床下の換気も同時に行うことができる。
【００１７】
そして、夏の夜間には逆流防止ダンパー１０６は循環用ダクト１１９側を閉じ、棟ダクト１０４側を開く点は前記昼間と同じであるが、前記流路切換えダンパー１０８はファン１０７と立下りダクト１１０側とを連通させ、ファン１０７と排気ダクト１０９側を閉鎖する。
【００１８】
この状態で、ハンドリングボックス１０５のファン１０７を回せば、夜の冷気が換気口１２５から屋根の小屋裏１２２に入り、そしてこの小屋裏１２２の空気が南面の屋根の屋根板１０４直下に形成された空気流路１０２に入り、ここで放射冷却がなされる。そして、棟ダクト１０４に集められてからハンドリングボックス１０５に入り、該ハンドリングボックス１０５から立下りダクト１１０内を流下し、蓄熱土間コンクリート１１１と床パネル１１２との間の空気流通空間１１３へ入り、蓄熱土間コンクリート１１１に蓄冷されるのと、吹出口１１４から冷風として直接室内へ吹出されるのとの冷却作用を行う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
前記特許文献１のシステムは外気が導入されている時、即ち主として冬の日中（集熱温度が室温より高い時）と夏の夜間（集熱温度が室温より低い時）がシステムが稼働できる条件であり、それ以外の条件では何らかの暖冷房機器と２４時間換気装置を必要とする。
【００２０】
前者の設備は必須ながら、後者については２４時間換気が義務化されている住宅の場合、これとは別に２４時間換気装置が必要となり設置費用の増加を招く。
【００２１】
また、夏季の日中に何らかの理由で停電したり、システムの故障で停止せざるを得ない状況下に遭遇した場合、屋根集熱面のガラス板直下の金属板は１００℃を超える高温となり、建築材料の耐久性や強度に少なからず悪影響を与える結果となる。
【００２２】
一方、昨今の地球温暖化の影響で冬の暖房負荷が減少する反面、冷房期間や冷房負荷が増大し、毎年電力の供給不足が懸念されている。
【００２３】
また、花粉症（外から入れない）やシックハウス（汚染空気を外に出す）などの解決策のひとつとして重要な役割を担う、イニシャルコスト、ランニングコストそして外気を温めるなどの熱負荷の小さな２４時間換気の実現が望まれている。
【００２４】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、太陽熱を含む自然エネルギーを積極的に利用しつつ、快適な室内環境の実現に不可欠な最低限の暖冷房機器との最適な組み合わせで、低いランニングコストでの運転ですみ、しかも、搬送ダクトなどを大幅に短縮することができ、施工手間やコストの削減のみならず、メンテナンスの容易さにとってもメリットが大きい実用性の高いソーラー暖冷房換気装置およびソーラー暖冷房換気方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、ソーラー暖冷房換気装置として、太陽放射を受ける側の板材料と反対側の板材料を間に距離が約１０ｍｍ以下の薄い厚さの通気層を介在させて平行に配置した扁平パネル形状の板状体であり、板状体は通気層の流れ方向に数ｃｍ〜２ｍ程度の短い長さのものであり、太陽放射を受ける受熱面全体に複数を並列させて全体が大きなパネルとなるように配置し、均等に空気を吸い込むように通気抵抗を調整し、太陽放射を受ける側の空間から空気を薄い厚さの通気層に吸い込み、通気層を通過する間に受ける放射熱と対流あるいは伝導で熱交換し、太陽放射を受ける側と反対側に熱交換した空気を吹き出す外気導入集熱ユニットを太陽光が受光できる壁面に設置し、この外気導入集熱ユニットが連通する床下空間に蓄熱層を設け、さらに、床近傍に暖冷房ユニットを設置したことを要旨とするものである。
【００２６】
請求項５記載の本発明は、請求項１の装置を用いたソーラー暖冷房換気方法として、暖房必要時の日中には外気導入集熱ユニットにより温められた外気を床下へ導入し、床下空間にある蓄熱層を温めながら室内へ放出させ、夜間など要求室温に満たない場合には室内空気を暖冷房ユニットを通して温めながら床下に送りこみ、冷房必要時の夜間には外気導入集熱ユニットにより冷えた外気を床下へ導入し、床下空間にある蓄熱層を冷ましながら室内へ放出させ、日中など要求室温に満たない場合には室内空気を暖冷房ユニットを通して冷やしながら床下に送りこむことを要旨とするものである。
【００２７】
請求項１および請求項５に記載の本発明によれば、外気導入集熱ユニットと蓄熱層を有する床下空間と床近傍に設置する暖冷房ユニットを組み合わせることで、上下差の少ない横一列に近い配置として装置の組み合わせ構成ができ、集熱空気を床下に導入する際の搬送ダクトなどを大幅に短縮することができる。このことは施工手間やコストの削減のみならず、メンテナンスの容易さにとってもメリットが大きい。かつ、外気導入集熱ユニットを壁面に設置することで、屋根面に設置する従来技術に比べ、冬季の有用な集熱を確保しながら夏季の無用な集熱を抑制することができる。
【００２８】
更に、暖冷房ユニットを床近傍に設置することで、暖冷房ユニットからの吹き出し空気を直接床下に送ることができる。
【００２９】
請求項２記載の本発明は、外気導入集熱ユニットは、南面に対し東西９０度以内、傾斜角４５度以上に設置したことを要旨とするものである。
【００３０】
請求項２に記載の本発明によれば、冬季の日中に太陽熱の受熱効果をより多く得るための設置条件であるが、南面に対し東西９０度以内、傾斜角４５度以上に設置することで、夏季の日中には太陽高度が高く外気導入集熱ユニットが過度に高温になるのを防ぐものである。
【００３１】
請求項３記載の本発明は、蓄熱層として、コンクリートや水袋、潜熱蓄熱材などの比較的熱容量の大きな材料を用いることを要旨とするものである。
【００３２】
請求項３に記載の本発明によれば、冬季の日中に集熱した暖かい空気を夜間に対し蓄える蓄熱効果や、冬季の夜間に換気として導入した冷たい空気を温める放熱効果を、また、夏季の夜間に集熱した冷たい空気を翌日の日中に対し蓄える蓄熱効果や、夏季の日中に換気として導入した暖かい空気を冷ます放熱効果を担うと伴に、室温の安定化に寄与させることができる。
【００３３】
請求項４記載の本発明は、暖冷房ユニットとして、エアコン室内機を設置することを要旨とするものである。
【００３４】
請求項４に記載の本発明によれば、１つの設備で暖冷房が可能であり、かつメンテナンスの容易な最も安価な設備として最適である。
【００３５】
請求項６記載の本発明は、暖房必要時の日中、外気導入集熱ユニットにより温められた外気を床下へ導入する場合に、導入空気が床下より冷たい場合は蓄熱層によって温めながら室内へ放出させ、冷房必要時の夜間には外気導入集熱ユニットにより冷えた外気を床下へ導入し、導入空気が床下より暖かい場合は蓄熱層によって冷しながら室内へ放出させることを要旨とするものである。
【００３６】
請求項６記載の本発明によれば、暖房必要時の日中、導入空気が床下より冷たい場合は蓄熱層によって温めながら室内へ放出させることができる。よって、換気により室内が冷たくなることはない。また、冷房必要時の夜間には導入空気が床下より暖かい場合は同様に蓄熱層によって冷しながら室内へ放出させることができるので、換気により室内がより熱くなることはない。
【発明の効果】
【００３７】
以上述べたように、本発明のソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法は、太陽熱や冬暖かく夏涼しい床下空間を積極的に利用しながら、必要最低限の暖冷房機器の構成で建物室内を四季を通じ、２４時間換気を行いながらより快適な空間が実現できるものである。
【００３８】
また、外気導入集熱ユニットと蓄熱層を有する床下空間と床近傍に設置する暖冷房ユニットを組み合わせることで、上下差の少ない横一列に近い配置として装置の組み合わせ構成ができ、集熱空気を床下に導入する際の搬送ダクトなどを大幅に短縮することができ、施工手間やコストの削減のみならず、メンテナンスも容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面について本発明の実施形態を詳細に説明する。図１〜図４は本発明の実施形態を示す説明図で、通常の住宅を想定している。本発明の住宅の断熱性能は熱損失係数で２(W/m2K)以下、気密性能は相当隙間面積で２(cm2/m2)以下の性能が望まれる。断熱性が悪い建物では暖冷房負荷が大きく、集熱したエネルギーを有効に活用することが難しく、また、気密性が悪い建物では暖冷房負荷の増大のみならず安定した計画換気ができないことが理由である。
【００４０】
特に床下空間４は外気に接する基礎部分とその周辺の断熱および基礎と土台間の隙間の密閉性を確保する必要がある。このことにより床下空間４は居室と同じ室内空間とみなすことができる。
【００４１】
図中１は、壁面に取り付けられた外気導入集熱ユニットで、これは先に発明者が考案した特許第４１７１０１４号のものを利用できる。
【００４２】
外気導入集熱ユニット１は、図５〜図６に示すように、太陽放射を受ける側の板材料である受熱板１１と反対側の板材料である吸熱板１２を間に距離が約１０ｍｍ以下の極薄通気層１３を介在させて平行に配置した扁平パネル形状の板状体５０である。この板状体５０は曲面形状とすることも可能である。また、受熱板１１を両面に設けることも考えられる。
【００４３】
極薄通気層１３は、薄い通気層とすることにより、受熱板と流れる空気の接触効率を高め、熱交換性能が向上するものであるが、およそ２ｍｍが好適である。（ただし、処理風量が大きく違えば、通気層高さも変わる。）
【００４４】
板状体５０を構成する材料としては、熱伝導性が比較的よい材料であれば金属等特に限定は問わないが、受熱板１１は集熱表面材料として黒色金属板、選択吸収膜板などが好適である。なお、受熱板１１の集熱表面材料として、太陽電池を用いることも可能である。太陽電池が冷却できることは発電効率の低下防止になる。
【００４５】
板状体５０は、下側を空気吸込口１４、上側を空気吐出口１５とし、複数を連列できるように、上端に接続代１６を突設した。
【００４６】
板状体５０は、上下の長さ１２０ｍｍ程度とするが、６０ｍｍ〜１８００ｍｍ程度の範囲で製品バリエーションが可能である。また、全体は幅のある横長形状のものとし、太陽放射を受ける受熱面全体に、極薄通気層１３の流れ方向に短い長さ（数cm〜２ｍ程度）のものを複数並列させて全体が大きなパネルとなるように配置し、均等に空気を吸い込むように通気抵抗を調整する。
【００４７】
板状体５０は、建物の壁面１７に設置する場合にであり、太陽放射を受ける側と反対側（壁面１７との間）に、集合通気層１８を形成する。
【００４８】
また、太陽放射を受ける側に、ガラス１９などの太陽放射を透過する材料を空気層２０とともに設けるようにしてもよい。
【００４９】
前記板状体５０を並べ、極薄通気層１３の通気抵抗でバランスを考慮して、面積あたり風量を同じ程度にすること、加えて、分割された集熱部材（板状体５０）を均等に吸い込むように調整することにより、小さい（短い）熱交換（集熱）面で、利用できる温度が得られるものとなる。
【００５０】
図７に示すように、多数並列した板状体５０と集合通気層１８に組合せによる外気導入集熱ユニット１に対してダクト２を介して送風ファン３を設ける。なお、さらに、導入ダクト３５を介して室内直接用ファン３０を設けることも可能である。図示は省略するが、室内直接用ファン３０は停止時密閉タイプ、送風ファン３は停止時密閉用ダンパを別途取り付ける。
【００５１】
図中３４は多数並列した板状体５０と集合通気層１８に組合せによる外気導入集熱ユニット１を設置するための見切縁（板金巻き）であり、３８は該空気式太陽集熱部の下地となる外装材で、セメントサイディングと塗装からなる。３７は通気層、３６は下地材＋透湿防水シートである。
【００５２】
この外気導入集熱ユニット１が連通する床下空間４に蓄熱層６を設け、さらに、床近傍に暖冷房ユニット１０を設置した。図中５は床材、７は床面に設置した吹出口、８は室内、９は室内の壁に取り付けた換気レジスタである。
【００５３】
蓄熱層６としては、土間コンクリートを利用できるが、土間コンクリート以外のコンクリートや水袋、潜熱蓄熱材などの比較的熱容量の大きな材料を用いる。
【００５４】
また、暖冷房ユニット１０には、エアコン室内機を利用することができる。
【００５５】
このようにして、太陽放射を受ける位置である壁面に取り付けられた外気導入集熱ユニット１としての板状体５０を複数設置し、この板状体５０で太陽放射を受ける側の外気を空気吸込口１４より吸い込み、薄い通気層である極薄通気層１３で太陽熱を集熱し、各板状体５０の空気吐出口１５から吹き出した集熱空気を集合通気層１８で集合して送風ファン３により床下空間４に供給する。
【００５６】
外気導入集熱ユニット１は、板状体５０を複数並列させた配置することで、熱交換面（集放熱面）を比較的細かく分割して、分割数に応じた当該空気式熱交換部を取り付けるものである。これにより、処理風量と極薄通気層１３の通気抵抗と送風機２４のファン能力のバランスを取ることができる。
【００５７】
外気導入集熱ユニット１は、薄い通気層とすることにより、受熱板と流れる空気の接触効率を高め、放射熱と対流あるいは伝導で熱交する熱交換性能を向上させるものである。
【００５８】
この外気導入集熱ユニット１で外気を効率的に温めることができる。ガラス１９付きの集熱ユニットでは晴天時に外気温＋３０〜４０℃の集熱温度が得られる。
【００５９】
図８は応用例として外気導入集熱ユニット１の外側をつる植物等の植物のベール５１で覆うようにすることもできる。植物のベール５１はこれを壁面付近に設置することで、日射による眩しさを防止し、或いは日射熱の室内への侵入を軽減するもので、植物で緑化することにより、建物全体の意匠性を向上させ、かつ、植物から蒸散する水分が建物壁面を冷却する。植物のベール５１はヨシズなどで代用させてもよい。
【００６０】
また、前記ガラス１９はこれをアトリウム５２を構成するものとしてもよい。前記植物のベール５１とアトリウム５２との組み合わせは、羽根板を横に組んで支柱に取り付け、蘇苔類植物を羽根板の上面に設置された植栽マットに生育させる緑化用植栽ルーバーとして、空気取り入れ可能な構造とすることもできる。
【００６１】
外気導入集熱ユニット１の面積が大きいほど、より高温の集熱できるが、暖房に供するのであるから過度に高温である必要がなく、その際は外気の導入風量を増やし温度を抑えた集熱にすることで調整する。
【００６２】
ちなみに、外気導入集熱ユニット１は、南面に対し東西９０度以内、傾斜角４５度以上に設置する。
【００６３】
外気導入集熱ユニット１は、冬季の日中に太陽熱の受熱効果をより多く得ることが設置条件であるが、このように南面に対し東西９０度以内、傾斜角４５度以以上に設置することで、夏季の日中には太陽高度が高く外気導入集熱ユニットが過度に高温になるのを防ぐことができる。
【００６４】
この外気導入集熱ユニット１で温められた空気は、導入ダクト２を通し送風ファン３で床下空間４に送り込まれ、床下空間４にある床材５および蓄熱層６を温め、床暖房と蓄熱を行うことができる。更に床面に設置した吹出口７から室内８へと空気を放出させ、最終的に室内の壁に取り付けた換気レジスタ９などから屋外へと排出される。
【００６５】
この一連の空気流れによって室内の換気をも行うことができる。この換気は屋外に比べ室内がプラス圧になることから第２種換気に相当し、目に見えない建物の隙間からの外気やホコリ、花粉などの侵入を防ぐメリットがある。
【００６６】
図２は冬季の夜間におけるソーラー暖冷房換気方法の第２実施形態である。当然のことながら外気導入集熱ユニット１での集熱温度はほぼ外気温である。
【００６７】
冬季の夜間での外気導入集熱ユニット１の役割は、室内の換気が目的であることから、導入外気は対象空間に対し０．５(回/h)程度の量（日中の集熱時に比べ小さい）を導入ダクト２を通し送風ファン３で床下４に送り込まれる。
【００６８】
冬季の夜間での床下に導入した空気の温度は、通常床下空間にある床材５および蓄熱層６よりも温度が低いため、床材５および蓄熱層６で若干温められ、床面に設置した吹出口７から室内８へと空気を放出される。
【００６９】
その際要求する室温に達しない場合には、床付近に設置した暖冷房ユニット１０を運転し、室内空気を温め床下空間４に戻す（循環させる）ことで暖房を実現する。
【００７０】
図３は夏季の日中におけるソーラー暖冷房換気方法の第３実施形態である。壁面に取り付けられた外気導入集熱ユニット１は、太陽の高度が高くかつ建物の軒や屋根の庇などによって遮熱されることから、冬季よりも温度上昇が少ないものの、ガラス付きの集熱ユニットでは晴天時に外気温＋１０℃程度の集熱温度になる。より積極的な遮熱対策としては、植物のベール５１やヨシズなどで覆うなどの手法が極めて有効である。
【００７１】
夏季の日中での外気導入集熱ユニット１の役割は、冬季の夜間と同様に室内の換気が目的であることから、導入外気は対象空間に対し０．５(回/h)程度の量を導入ダクト２を通し送風ファン３で床下空間４に送り込まれる。
【００７２】
夏季の日中での床下に導入した空気の温度は、通常床下空間にある床材５および蓄熱層６よりも温度が高いため、床材５および蓄熱層６で若干冷まされ、床面に設置した吹出口７から室内８へと空気を放出される。その際要求する室温に達しない場合には、床付近に設置した暖冷房ユニット１０を運転し、室内空気を冷まし床下空間４に戻す（循環させる）ことで冷房を実現する。
【００７３】
図４は夏季の夜間におけるソーラー暖冷房換気方法の第４実施形態である。当然のことながら外気導入集熱ユニット１での集熱温度はほぼ外気温である。
【００７４】
外気導入集熱ユニット１で取り込んだ空気は、導入ダクト２を通し送風ファン３で床下空間４に送り込まれ、床下空間にある床材５および蓄熱層６を冷まし、床面に設置した吹出口７から室内８へと空気を放出させ、涼感を得ることができる。
【００７５】
夏季の夜間では要求する室温に比べ外気温の方が低い場合には、積極的に外気の導入風量を増やし床下空間４や床材５や蓄熱層６および室内８を冷やすことで、翌日の日中の室温上昇を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上の実施形態は、簡便であることから建物の一部をリフォームする場合などの小規模な空間においても適用できる。
【００７７】
外気導入集熱ユニット１の設置位置は、建物の周辺状況により請求項２の設置条件を満たす限りに於いて、ベランダの手すりや建物と分離した独立設置も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明のソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法の冬季の日中における実施形態の説明図である。
【図２】本発明のソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法の冬季の夜間における実施形態の説明図である。
【図３】本発明のソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法の夏季の日中における実施形態の説明図である。
【図４】本発明の本発明のソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法の夏季の夜間における実施形態の説明図である。
【図５】本発明のソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法で使用する外気導入集熱ユニットの縦断側面図である。
【図６】本発明のソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法で使用する外気導入集熱ユニットの斜視図である。
【図７】外気導入集熱ユニットの組込み部分を示す縦断側面図である。
【図８】本発明のソーラー暖冷房換気装置およびそれを用いたソーラー暖冷房換気方法の応用例を示す説明図である。
【図９】建物の熱損失に関するグラフである。
【図１０】従来例を示す集熱時の模式図である。
【図１１】従来例を示す空冷時の模式図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…外気導入集熱ユニット ２…導入ダクト
３…送風ファン ４…床下空間
５…床材 ６…蓄熱層
７…吹出口 ８…室内
９…換気レジスタ １０…暖冷房ユニット
１１…受熱板 １２…吸熱板
１３…極薄通気層 １４…空気吸込口
１５…空気吐出口 １６…接続代
１７…壁面 １８…集合通気層
１９…ガラス ２０…空気層
３０…室内直接用ファン ３４…見切縁（板金巻き）
３５…ダクト
３６…下地材＋透湿防水シート
３７…通気層 ３８…外装材
５０…板状体 ５１…植物のベール
５２…アトリウム
１０１…屋根板 １０２…空気流路
１０３…空気取入口 １０４…棟ダクト
１０５…ハンドリングボックス １０６…逆流防止ダンパー
１０７…ファン １０８…流路切換えダンパー
１０９…排気ダクト １１０…立下りダクト
１１１…蓄熱土間コンクリート １１２…床パネル
１１３…空気流通空間 １１４…床吹出口
１１５…お湯とりコイル １１６…循環配管
１１７…貯湯槽 １１８…給湯ボイラー
１１９…循環用ダクト １２０…吸込口
１２１…給湯配管 １２２…小屋裏
１２３…補助暖房コイル １２４…暖房・追炊きボイラー
１２５…換気口 １２６…循環配管
１２７…フィン １３０…ケース
１３１…配管 １３８…循環配管
１３９…補助暖房コイル １４０…通気路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽放射を受ける側の板材料と反対側の板材料を間に距離が約１０ｍｍ以下の薄い厚さの通気層を介在させて平行に配置した扁平パネル形状の板状体であり、板状体は通気層の流れ方向に数ｃｍ〜２ｍ程度の短い長さのものであり、太陽放射を受ける受熱面全体に複数を並列させて全体が大きなパネルとなるように配置し、均等に空気を吸い込むように通気抵抗を調整し、太陽放射を受ける側の空間から空気を薄い厚さの通気層に吸い込み、通気層を通過する間に受ける放射熱と対流あるいは伝導で熱交換し、太陽放射を受ける側と反対側に熱交換した空気を吹き出す外気導入集熱ユニットを太陽光が受光できる壁面に設置し、
この外気導入集熱ユニットが連通する床下空間に蓄熱層を設け、
さらに、床近傍に暖冷房ユニットを設置したことを特徴とするソーラー暖冷房換気装置。
【請求項２】
外気導入集熱ユニットは、南面に対し東西９０度以内、傾斜角４５度以上に設置した請求項１記載のソーラー暖冷房換気装置。
【請求項３】
蓄熱層として、コンクリートや水袋、潜熱蓄熱材などの比較的熱容量の大きな材料を用いる請求項１または請求項２記載のソーラー暖冷房換気装置。
【請求項４】
暖冷房ユニットとして、エアコン室内機を設置する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のソーラー暖冷房換気装置。
【請求項５】
太陽放射を受ける側の板材料と反対側の板材料を間に距離が約１０ｍｍ以下の薄い厚さの通気層を介在させて平行に配置した扁平パネル形状の板状体であり、板状体は通気層の流れ方向に数ｃｍ〜５ｍ程度の短い長さのものであり、太陽放射を受ける受熱面全体に複数を並列させて全体が大きなパネルとなるように配置し、均等に空気を吸い込むように通気抵抗を調整し、太陽放射を受ける側の空間から空気を薄い厚さの通気層に吸い込み、通気層を通過する間に受ける放射熱と対流あるいは伝導で熱交換し、太陽放射を受ける側と反対側に熱交換した空気を吹き出す外気導入集熱ユニットを太陽光が受光できる壁面に設置し、
この外気導入集熱ユニットが連通する床下空間に蓄熱層を設け、
さらに、床近傍に暖冷房ユニットを設置し、
暖房必要時の日中には外気導入集熱ユニットにより温められた外気を床下へ導入し、床下空間にある蓄熱層を温めながら室内へ放出させ、
夜間など要求室温に満たない場合には室内空気を暖冷房ユニットを通して温めながら床下に送りこみ、
冷房必要時の夜間には外気導入集熱ユニットにより冷えた外気を床下へ導入し、床下空間にある蓄熱層を冷ましながら室内へ放出させ、
日中など要求室温に満たない場合には室内空気を暖冷房ユニットを通して冷やしながら床下に送りこむことを特徴とするソーラー暖冷房換気方法。
【請求項６】
暖房必要時の日中、外気導入集熱ユニットにより温められた外気を床下へ導入する場合に、導入空気が床下より冷たい場合は蓄熱層によって温めながら室内へ放出させ、
冷房必要時の夜間には外気導入集熱ユニットにより冷えた外気を床下へ導入し、導入空気が床下より暖かい場合は蓄熱層によって冷しながら室内へ放出させる請求項５記載のソーラー暖冷房換気方法。
【請求項１】
太陽放射を受ける側の板材料と反対側の板材料を間に距離が約１０ｍｍ以下の薄い厚さの通気層を介在させて平行に配置した扁平パネル形状の板状体であり、板状体は通気層の流れ方向に数ｃｍ〜２ｍ程度の短い長さのものであり、太陽放射を受ける受熱面全体に複数を並列させて全体が大きなパネルとなるように配置し、均等に空気を吸い込むように通気抵抗を調整し、太陽放射を受ける側の空間から空気を薄い厚さの通気層に吸い込み、通気層を通過する間に受ける放射熱と対流あるいは伝導で熱交換し、太陽放射を受ける側と反対側に熱交換した空気を吹き出す外気導入集熱ユニットを太陽光が受光できる壁面に設置し、
この外気導入集熱ユニットが連通する床下空間に蓄熱層を設け、
さらに、床近傍に暖冷房ユニットを設置したことを特徴とするソーラー暖冷房換気装置。
【請求項２】
外気導入集熱ユニットは、南面に対し東西９０度以内、傾斜角４５度以上に設置した請求項１記載のソーラー暖冷房換気装置。
【請求項３】
蓄熱層として、コンクリートや水袋、潜熱蓄熱材などの比較的熱容量の大きな材料を用いる請求項１または請求項２記載のソーラー暖冷房換気装置。
【請求項４】
暖冷房ユニットとして、エアコン室内機を設置する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のソーラー暖冷房換気装置。
【請求項５】
太陽放射を受ける側の板材料と反対側の板材料を間に距離が約１０ｍｍ以下の薄い厚さの通気層を介在させて平行に配置した扁平パネル形状の板状体であり、板状体は通気層の流れ方向に数ｃｍ〜５ｍ程度の短い長さのものであり、太陽放射を受ける受熱面全体に複数を並列させて全体が大きなパネルとなるように配置し、均等に空気を吸い込むように通気抵抗を調整し、太陽放射を受ける側の空間から空気を薄い厚さの通気層に吸い込み、通気層を通過する間に受ける放射熱と対流あるいは伝導で熱交換し、太陽放射を受ける側と反対側に熱交換した空気を吹き出す外気導入集熱ユニットを太陽光が受光できる壁面に設置し、
この外気導入集熱ユニットが連通する床下空間に蓄熱層を設け、
さらに、床近傍に暖冷房ユニットを設置し、
暖房必要時の日中には外気導入集熱ユニットにより温められた外気を床下へ導入し、床下空間にある蓄熱層を温めながら室内へ放出させ、
夜間など要求室温に満たない場合には室内空気を暖冷房ユニットを通して温めながら床下に送りこみ、
冷房必要時の夜間には外気導入集熱ユニットにより冷えた外気を床下へ導入し、床下空間にある蓄熱層を冷ましながら室内へ放出させ、
日中など要求室温に満たない場合には室内空気を暖冷房ユニットを通して冷やしながら床下に送りこむことを特徴とするソーラー暖冷房換気方法。
【請求項６】
暖房必要時の日中、外気導入集熱ユニットにより温められた外気を床下へ導入する場合に、導入空気が床下より冷たい場合は蓄熱層によって温めながら室内へ放出させ、
冷房必要時の夜間には外気導入集熱ユニットにより冷えた外気を床下へ導入し、導入空気が床下より暖かい場合は蓄熱層によって冷しながら室内へ放出させる請求項５記載のソーラー暖冷房換気方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２２０１３１（Ｐ２０１２−２２０１３１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８８０１９（Ｐ２０１１−８８０１９）
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（５０５３６４３５９）ＥＯＭ株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（５０５３６４３５９）ＥＯＭ株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]