JP2014047529A - 太陽熱利用住宅 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽熱温水器を屋根面の下に配置しても、日中を通じて効果的に太陽光を集熱可能な太陽熱利用住宅を提供する。
【解決手段】建物１の上部を覆う屋根２をアクリル板にて構成し、建物１内の居住空間５と屋根２の間を仕切る天井３の表面に断熱層３を形成する。天井３と屋根２との間に形成される屋根裏空間９に太陽熱温水器１０を設置して、送出管１１により太陽熱温水器１０から温水を取り出して居住空間５に温水を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽熱利用住宅に関するものであり、特に、太陽光の集熱を効果的に高めて太陽エネルギーの有効に活用する太陽熱利用住宅に関する。

近年、省エネルギーの機運の高まりから太陽エネルギーを積極的に活用することができる住宅の要請が強まってきている。このような状況に応える住宅用の省エネ機器として、太陽熱温水器は、太陽の熱で水を温め貯湯し給湯する蓄熱式の給湯器であり、既存の再生可能エネルギー利用機器の中ではエネルギー変換効率や費用対効果が最も高い点で注目されている。このような太陽熱温水器は、通常は屋外の屋根上に設置されており、太陽熱を集熱する集熱器によって貯湯槽の水を温めることで温水を得て住宅内での給湯に利用する。

しかし、屋根の上に太陽熱温水器を設置すると、日没後、特に冬季においては保温性が急激に低下する欠点がある。また、住宅の美観上の問題や、暴風雨などにより破損し落下して事故を引き起こす虞もある。そのため、太陽熱温水器を屋根面以下に配置する構成とすることで、このような問題点を解消する屋根構造が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

そして、太陽光を屋根の一部から集光するには、家屋の屋根に傷に強くて耐久性にも優れるガラスで形成して成る採光用瓦が知られている（例えば、特許文献２を参照）。また、軽量且つ機械的強度の大なるプラスチック製の透明屋根材として、ポリカーボネート系樹脂を用いたものも知られている（例えば、特許文献３を参照）。

特開平７−１５０７１９号公報 実開平６−５６２６１号公報 特開平４−２８９３６２号公報

特許文献１の従来技術は、屋根の一部に塵取りの形状をした受部を形成し、この受部に屋根勾配と同じ勾配を有する集熱板と貯水タンクとからなる太陽熱温水器本体を内設する構成である。しかし、この従来技術では、屋根の一部分を形成する集熱板からしか太陽熱を吸収しないために、屋根上に太陽熱温水器本体を設置する場合と比べて集熱する時間が限られてしまい集光効率が著しく低下することになる。

そして、屋根から太陽光を集光するのに、特許文献２で示されているガラスの採光瓦では割れやすく屋根に用いるには危険であるばかりでなく、加工が困難で比較的重いという欠点を有する。また、特許文献３で示されているポリカーボネート系樹脂の透明屋根材では傷が付きやすく、引張強度を超える力がかかると、白化して透明度が著しく低下する欠点も有している。

本発明は、上記課題に鑑みて、太陽熱温水器を屋根面の下に配置しても日中を通じて効果的に太陽光を集光でき、しかも耐久性や透光性の面でも優れた太陽熱利用住宅を提供することを目的にしている。

上記課題を解決するために、本発明に係る太陽熱利用住宅は、アクリル板により構成されて建物の上部を覆う屋根と、前記建物内の居住空間と前記屋根の間を仕切る天井と、前記天井の表面に形成される断熱層と、太陽熱を集熱する集熱器と貯湯槽とを備えて前記天井と前記屋根との間に形成される屋根裏空間に配置される太陽熱温水器と、前記貯湯槽の温水を前記居住空間内に供給する送出管と、を備えたことを特徴としている。

そして、前記天井には、前記屋根裏空間の空気を前記居住空間内に送風する送風部を設けたことを特徴としている。さらに、前記天井には、透光部を設けたことを特徴としている。また、前記屋根の内側の面に透明な断熱塗料を塗布したことを特徴としている。

また、本発明に係る太陽熱利用住宅は、アクリル板により構成されて建物の上部を覆う屋根と、前記建物内の居住空間と前記屋根の間を仕切る天井と、前記天井において前記居住空間側の表面に形成される断熱層と、太陽熱を集熱する集熱器と貯湯槽とを備えて前記集熱器を前記天井と前記屋根との間に形成される屋根裏空間に配置する太陽熱温水器と、前記貯湯槽の温水を前記居住空間内に供給する送出管と、を備えたことを特徴としている。

そして、前記太陽熱温水器は、前記集熱器と前記貯湯槽とを循環路で接続し、前記循環路を流れる熱媒体によって前記貯湯槽の貯留水と熱交換することを特徴としている。

本発明によれば、屋根をアクリル製にしたことにより、屋内であっても太陽熱温水器は日中の全時間に亘って太陽光を有効に集光することができる。そして、屋根と断熱層を施した天井との間の屋根裏空間は太陽熱により温められて熱的に密閉されるために、太陽熱温水器の集熱部における集熱効果も高めることができる。

本発明の実施形態に係る太陽熱利用住宅の概略的な構成を断面により示す説明図である。 太陽熱利用システムの構成を具体的にブロックにより示す説明図である。 太陽熱利用システムの他の構成を具体的にブロックにより示す説明図である。

以下、図示する好適な実施の形態に基づいて本発明を詳述する。図１は本発明に係わる太陽熱利用住宅の概略的な構成を断面図により示している。建物１の上部を覆う屋根２を構成する屋根面２Ａと第２屋根面２Ｂは、それぞれ頂上部の棟から地上に向かって両側に傾斜して断面が三角形状となるように組み合わせられている。

この屋根面２Ａ、２Ｂは透明なアクリル板で形成されて、屋根面２Ａ、２Ｂの内側の面には、断熱及び結露防止のために透明な断熱塗料７を塗布している。アクリルは、耐重量性と共に耐衝撃性も高く、ガラスと同等の高い透明度を有した素材であり製造時の加工性にも優れる。そして、アクリル板は表面の平滑性も良く、屋根面２Ａ、２Ｂの傾斜角度αを４５度前後とすれば冬季の寒冷地域で積雪しても効果的に自然滑落させることができる。また、アクリル製の屋根構造にすることで、従来の瓦屋根と比べて軽量であることからプレハブ形式で組み立てて設置すれば、設置作業の短縮化により設置コストを低減することができる。

建物１内の居住空間５と屋根２の間は天井３によって仕切られており、天井３の居住空間５側の面又は屋根２側の面の何れか一方又は両面に断熱層４が形成されている。この断熱層４の断熱材には、繊維系又は発泡系の各種断熱材を使用することができる。また、屋根面２Ａ、２Ｂの内側の面と同様に断熱塗料を塗布して断熱層４としてもよい。

このように、天井３の居住空間５側の表面に断熱層４を形成することで、透光性が高いアクリルの屋根２を通して差し込まれる太陽光により屋根裏空間９の空気が温められ熱的に密閉されることになる。この屋根裏空間６内の天井３の上面に太陽熱温水器１０が設置されている。

太陽熱温水器１０は、電磁弁１４を通して供給される市水を貯留し、アクリルの屋根２を通して差し込まれる太陽光から集熱して貯留水を温める。このときの太陽熱温水器１０による太陽熱の集熱効果は、屋根２の屋根面２Ａ、２Ｂの全面が透明であるために、屋根２の上に太陽熱温水器１０を設置した場合と比べて略同等となる。しかも、太陽熱温水器１０は屋根裏の暖気空間に設置されるために、集熱部での集熱効果も高まる。

そして、太陽熱温水器１０に太陽熱により温められた水は送出管１１から居住空間５内に取り出され、給湯器１２を通して居住空間５内の給湯管路１３に供給され、また床暖房器１５にも利用される。給湯器１２は、ガスやヒータまたはヒートポンプ等の補助熱源を備え、必要に応じて温水を加熱して給湯管路１３へ供給し、風呂・シャワーや炊事等に使用される。特に、夏季においては、補助熱源からの熱を得ずとも充分な温水を供給することができる。そして、消費した水の不足分を補給するには、電磁弁１４を開いて太陽熱温水器１０に市水を供給する。

一方、屋根裏空間９内の暖気は、天井３に設けた送風部８によって居住空間５内に送風することで、冬季においては暖房に使用することができる。この送風部８には、使用しない時期には送風通路を遮断するためのシャッター８Ａが設けられ、天井３の面に沿って矢印方向に往復移動するように構成されている。そして、シャッター８Ａの表面にも断熱層４を形成することで、夏季に送風通路を遮断したときに、屋根裏空間９の暖気による熱が居住空間５に伝わるのを防止している。

さらに、天井３にガラス等による透光部６を設けて、アクリル屋根を通して太陽光を居住空間５に取り込むことで自然採光することもできる。この場合、透光部６の部分での表面に形成する断熱層４には、前記した断熱塗料を塗布するとよい。

図２は、上記の太陽熱利用システムの構成を具体的に説明している。太陽熱温水器１０は、電磁弁１４からの市水が供給される貯湯槽１０Ａと集熱器１０Ｂとが一体となった構成であり天井３の面上に設置されている。集熱器１０Ｂは複数の集熱管を備えており、水は貯湯槽１０Ａと集熱器１０Ｂとの間を対流により自然に循環することで温められる自然循環式となっている。

貯湯槽１０Ａへの水の注入には水道圧を用い、温水の取出しには貯湯槽１０Ａと給湯器１２の取水バルブ１６との間の高低差が利用される。また、貯湯槽１０Ａを耐圧構造とし、水道を直結して水道直圧により温水の取出しを行う方法もある。

そして、貯湯槽１０Ａに貯留されている温水は、電磁弁１６の開放により送出管１１から給湯器１２へ導入されて、給湯管路１３を通して居住空間５内へ供給される。

床暖房器１５の動作時には、三方弁１７が開放して貯湯槽１０Ａの温水が送出管１１に取り出され、三方弁１７及び逆止弁１９ａを介して床暖房器１５の配管路を通り、ポンプ１８により貯湯槽１０Ａに戻る循環路を流れる。三方弁１７の開閉は、床暖房器２５の制御部（図示せず）からの信号にて制御される。また、床暖房器１５の制御部は、床暖房器１５の設定温度に応じて、貯湯槽１０Ａからの温水が給湯器１２を通って床暖房器１５の配管路に流れるよう切り換える制御を行う。

貯湯槽１０Ａと集熱器１０Ｂとが一体に構成された太陽熱温水器１０は、貯湯槽１０Ａが太陽熱にて暖められた屋根裏空間９に配置されるためにエネルギー損失が少なく、集熱器１０Ｂが集めた熱を貯湯槽１０Ａにおいて長時間蓄えることができる利点がある。しかし、天井３には、水が入った重い貯湯槽１０Ａを支持しなければならず大きな負担が掛かる。そのため、貯湯槽１０Ａと集熱器１０Ｂとを分離させた太陽熱温水器１０を利用することもできる。

図３は、貯湯槽２０Ａと集熱器２０Ｂとを分離させた太陽熱温水器２０の例を説明する。この場合、集熱器２０Ｂが天井３の面上に設置され、貯湯槽２０Ａは、地上に設けた架台に設置されて電磁弁２４から市水が給水される。貯湯槽２０Ａと集熱器２０Ｂとは循環路３０により接続されて、ポンプ２８の動作により熱媒体が循環路３０を循環する。そして、貯湯槽２０Ａ内の貯留水は、集熱器２０Ｂで温められた熱媒体との熱交換により温められる。熱媒体には水を使用するが、寒冷地域においては不凍液を使用するのがよい。

貯湯槽２０Ａの温水は、電磁弁２６の開放により送出管２１を通して給湯器２２へ導入されて、給湯管路２３から居住空間５内へ供給される。そして、電磁弁２４は、消費した水の不足分を補給するために開いて太陽熱温水器２０に貯留水を供給する。

床暖房器２５の動作時には、三方弁２７が開放して貯湯槽２０Ａの温水が送出管２１に取り出され、三方弁２７及び逆止弁２９ａを介して床暖房器２５の配管路を通り、ポンプ３０により貯湯槽２０Ａに戻る循環路を流れる。三方弁２７の開閉は、床暖房器２５の制御部（図示せず）からの信号にて制御される。また、床暖房器２５の制御部は、床暖房器２５の設定温度に応じて、貯湯槽２０Ａからの温水が給湯器２２を通って床暖房器２５の配管路に流れるよう切り換える制御を行う。

以上、本発明に係る太陽熱利用住宅は、屋根の全面をアクリル板にて構成し、天井との間の屋根裏に太陽熱温水器を設置することで太陽熱の効率的な集光が図れて、省エネに有効な住宅が提供される。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明は、太陽光の集熱を効果的に高めて太陽エネルギーの有効利用が可能な太陽熱利用住宅に関し、産業上の利用可能性を有する。

１ 建物
２ 屋根
３ 天井
４ 断熱層
５ 居住空間
６ 透光部
８ 送風部
９ 屋根裏空間
１０ 太陽熱温水器
１０Ａ 貯湯槽
１０Ｂ 集熱器
２０ 太陽熱温水器
２０Ａ 貯湯槽
２０Ｂ 集熱器
３０ 循環路

Claims (6)

1. アクリル板により構成されて建物の上部を覆う屋根と、
   前記建物内の居住空間と前記屋根の間を仕切る天井と、
   前記天井の表面に形成される断熱層と、
   太陽熱を集熱する集熱器と貯湯槽とを備えて前記天井と前記屋根との間に形成される屋根裏空間に配置される太陽熱温水器と、
   前記貯湯槽の温水を前記居住空間内に供給する送出管と、
   を備える太陽熱利用住宅。
2. アクリル板により構成されて建物の上部を覆う屋根と、
   前記建物内の居住空間と前記屋根の間を仕切る天井と、
   前記天井において前記居住空間側の表面に形成される断熱層と、
   太陽熱を集熱する集熱器と貯湯槽とを備えて前記集熱器を前記天井と前記屋根との間に形成される屋根裏空間に配置する太陽熱温水器と、
   前記貯湯槽の温水を前記居住空間内に供給する送出管と、
   を備える太陽熱利用住宅。
3. 前記太陽熱温水器は、前記集熱器と前記貯湯槽とを循環路で接続し、前記循環路を流れる熱媒体によって前記貯湯槽の貯留水と熱交換することを特徴とする請求項２に記載の太陽熱利用住宅。
4. 前記天井には、前記屋根裏空間の空気を前記居住空間内に送風する送風部を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽熱利用住宅。
5. 前記天井には、透光部を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽熱利用住宅。
6. 前記屋根の内側の面に透明な断熱塗料を塗布したことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽熱利用住宅。

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