JP4829160B2

JP4829160B2 - 太陽熱集熱壁構造

Info

Publication number: JP4829160B2
Application number: JP2007087575A
Authority: JP
Inventors: 達一郎田代; 梨沙長谷川; 正夫高木; 雅宏瀬戸
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd; Lixil Corp
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd; Lixil Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008249173A

Description

本発明は、太陽熱を効率よく利用して温めた空気を屋内に導入する太陽熱集熱壁構造に関するものである。

最近、環境保護の見地や自然エネルギーを有効に利用しようとする観点から、太陽光から発電したり、太陽熱を直接に集熱して暖房に利用したり、風呂水を沸かすのに利用したりすることができる装置が市場に出回るようになっている。

その中で、金属製の下地材の表側に多数の小孔を有するアルミニウム製の集熱パネルを配設してなる集熱ユニットと、この集熱ユニットを建物の外壁に添って配設し、上記下地材の上部に開口部を形成し、上部開口部を上記外壁に貫通した貫通口を通して換気ファンに接続した構成の集熱システムが知られている（特許文献１参照）。このシステムは、上記集熱パネルの小孔から外気を集熱ユニットの内部に導入し、この空気を太陽熱により加熱された集熱パネルに接触させて昇温し、換気ファンを作動させることにより上部貫通口から室内に吸引するものである。これにより、冬季には暖められた空気が室内に取り込まれるので、太陽熱の有効利用の一形態として有望視されている。
特開２００５−２２１１０１公報

しかしながら、上記集熱システムは、集熱パネルのほぼ全面に多数の小孔を形成しなければならないので加工が面倒である。また、小孔は全て外気と連通しているので、集熱ユニットの内部の空気が昇温した後、その一部は上記小孔から再び屋外側に逃げていったり、小孔から雨が内部に入り込み、酸化による腐食が促される可能性があるので、下地材の上からさらにガラス等の透明パネルで覆う必要がある。したがって、構造が複雑で製造コストが高くなるという問題があった。

本発明は、上記問題点を解消するとともに、近年は窓開口部のガラスの遮熱性能が向上し、それにつれて冬季の太陽熱の利用が妨げられているという点に着目し、簡単な構造で、しかも低コストで太陽熱を有効に利用することができる太陽熱集熱壁構造を提供することをその課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、建物の壁躯体の外壁に断熱性を有する下地材を介してアルミニウムの押出型材からなるスパンドレルを配置固定するとともに、外壁とスパンドレルとの間に空間部を形成し、上記スパンドレルの端部から上記空間部内に取り入れた外気を太陽熱で加熱されたスパンドレルによって昇温させ、上記空間部内の空気を上記壁躯体に形成した空気通路から屋内に導入するものであり、上記空気通路の屋内側には吸気ファンが設けられ、上記スパンドレルは、着色表面処理又は選択吸収材膜処理の少なくともいずれかを施したものであり、上記スパンドレルの背面側には放熱フィンが形成され、上記スパンドレルの上下端は、上枠と下枠とによって固定されるものであり、上記上枠と下枠には水切り部と嵌合溝が形成され、上記スパンドレルの上端と下端は、上記嵌合溝に嵌合され、上記下枠には、上記空間部に通じる空気導入口が形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、スパンドレルの端部から取り込まれて空間部内で暖められた空気を壁躯体の貫通口から屋内に導入する構成であるから、空間部内で暖められた空気は屋外に逃げることがないので集熱効率がよく、また、スパンドレルを太陽熱の集熱用のパネルとして直接利用するので、従来のように多数の小孔を形成するという加工が必要がない。さらに、スパンドレルの内部に雨が進入することがなく、スパンドレルの外部からガラス板等で覆う必要がない。

さらに、スパンドレルは本来外壁材として使用されている部材であるから、これを外壁に取り付けても外観上の違和感はない。

このように、構造が簡単で、製造コストも抑えることができるから、窓開口部のガラスの遮熱性能が向上するのに伴い冬季の太陽熱の利用が妨げられているのを補完する手段として、低コストで太陽熱を有効に利用できる太陽熱集熱壁構造を市場に提供することができる。

また、スパンドレルの上下端は上枠と下枠とによって固定されているから、スパンドレルを強固に固定することができる。

また、スパンドレルの背面側に放熱フィンが形成されているので、日射によりスパンドレルが加熱され、背面側の放熱フィンにより放熱面積が大きいので、スパンドレルの内側空間部の空気は短時間のうちに暖められて温度が上昇する。

また、上記外壁には断熱性を有する下地材を介して上記スパンドレルが設けられているので、背面の建屋の壁への熱の逃げを防止し、暖気を空間部内に暖められたまま閉じ込めることができ、スパンドレルによって集熱された熱を効率よく建物内に取り込むことができる。

また、枠体を構成する下枠には、スパンドレルの内側の空間部に直接に通じる空気導入口が形成されているから、スパンドレル自体には空気導入口を形成するための加工を施す必要がない。したがって、外気取り込みのための加工作業を容易に行うことができる。

また、空気導入口は下向きに開口しているからスパンドレルの内側に雨水が入り込む可能性が小さい。雨水が入り込んでも、空気導入口から自然に水抜きが行われる。

また、壁躯体の貫通口の屋内側には吸気ファンが設けられているので、強制的にスパンドレルの内側空間部内の暖気を屋内側に導入することができる。

また、枠体を構成する下枠と上枠はスパンドレルの上端と下端とを嵌合するが、同時に水切り部が形成されているので、水切り材を兼用することができ、枠体自体が水切り効果を有することになり、スパンドレル内に雨水が入り込みにくいので、装置全体が腐食しにくく、耐久性が向上する。

図１は太陽熱集熱壁構造を配設した建物の斜視図、図２は上記太陽熱集熱壁構造の縦断面図、図３はその横断面図であり、図４は図２の要部の拡大図である。

上図において符号Ａは太陽熱集熱壁構造を示す。この太陽熱集熱壁構造Ａは、建物の壁躯体１の外壁にスパンドレル２を枠組みして固定するとともに、外壁とスパンドレル２との間に空間部Ｓを形成し、上記スパンドレル２の下部から上記空間部Ｓ内に取り入れた外気を太陽熱で加熱されたスパンドレル２によって昇温させ、上記空間部Ｓ内の空気を上記壁躯体１に形成した空気通路３から屋内に導入するようにしたものである。

太陽熱集熱壁構造Ａを備えた壁躯体１は、上部窓サッシａと下部窓サッシｂが配設され、上部窓サッシａの下枠ａ１を支持する窓台４と、下部窓サッシｂの上枠ｂ１を支持するまぐさ５と、左右の柱６と、間柱７とによって構成されるとともに、その屋内側には内装材８が取り付けられ、外壁側には断熱材９が取り付けられている。そして、断熱材９の屋外側にはさらにスペーサ１０を介して断熱材によって構成された板状の下地材１１が張設されている。下地材１１の外周にはコーキング材１２が施されている。

下地材１１上には枠組みしたスパンドレル２が固定されている。スパンドレル２は図５に示すように熱伝導性のよいアルミニウムの押出型材からなる複数のスパンドレルパネル２ａを横方向に並べて連結したもので、各スパンドレルパネル２ａは凸部１３と凹部１４とが連続する角波形に形成され、一側の凸部１３の基部は内側に折り曲げられて固定縁１５を形成し、また他側には係合縁１６が形成されている。固定縁１５と係合縁１６とは下地材１１に当接可能に形成されている。また、固定縁１５の基部には係合縁１６の端部が係合可能なＬ形係合溝１７が形成されている。さらに、外方に突出する凸部１３の背面側には複数のリブ状放熱フィン１８が平行に形成されている。なお、スパンドレル２は日射吸収率のよいブラック、ブラウン、ネイビー、ダークブラウン、ダークグレー等の色に着色表面処理するのが好ましく、また、その表面に選択吸収材膜の処理を施せば、より太陽光を効率良く利用することができる。

次に、スパンドレル２は、アルミニウムの押出型材製の上枠２１と下枠２２と左右の縦枠２３とによって構成された枠体２０によって枠組みされている。上枠２１は下地材１１の表面に当接される固定縁１５の上部に中空の水切り部２４を、下部には下向きに開口する嵌合溝２５を有する取付縁２６をそれぞれ設けたものである。これに対し、下枠２２は下地材１１の表面に当接される固定縁１９の下部に中空の水切り部２４を、上部には上向きに開口する嵌合溝２５を有する取付縁２６をそれぞれ設けたものである。さらに、縦枠２３は下地材１１の表面に当接される固定縁１９の外側に見切り縁２７を、内側にＬ字形の押え縁２８をそれぞれ設けたものである。なお、下枠２２には一定の間隔をおいて複数の空気導入口３０が形成されている。これらの空気導入口３０のうちどれかは必ずスパンドレル２の凸部１３の内側から空間部Ｓに直接に臨んでいる。

そして、スパンドレル２は、図５に示されるように、隣り合うスパンドレルパネル２ａの一方の係合縁１６の端部を他方のＬ形係合溝１７に係合して面方向に並べ、全てのスパンドレルパネル２ａを横切るように中空の桟材３１にビスでスパンドレルパネル２ａの固定縁１５を固定するとともに、各スパンドレルパネル２ａの下端と上端をそれぞれ下枠２２の嵌合溝２５と上枠２１の嵌合溝２５に嵌合して背面側からビスで止め、さらに左右両端のスパンドレルパネル２ａの側端部を縦枠２３の押え縁２８で押えることによって枠組みされている。

さらに、下地材１１の上部から壁躯体１を貫通して屋内側に連通する空気通路３が形成され、屋内側にはスパンドレル２の内側空間部Ｓの空気を屋内側に導入する吸気ファン３３が取り付けられている。

上記スパンドレル２を建物の上部窓サッシａと下部窓サッシｂとの間に取り付けるときは、まず壁躯体１の屋外側にスペーサを介して下地材１１をネジ止めし、その周囲をコーキング処理した後、スパンドレル２を設けた枠体２０を下地材１１の上に重ね、枠体２０の固定縁１９から木ネジ３２を挿通して上部窓サッシａの窓台４と下部窓サッシｂのまぐさ５に止着固定すればよい。

上記構成により、下地材１１とスパンドレル２との間には空間部Ｓが形成される。また、上記太陽熱集熱壁構造の上端の上枠２１と下端の下枠２２とは、それぞれ上部窓サッシａの下枠２２の直下部と下部窓サッシｂの上枠２１の直上部に配置され、外壁からの出幅も上記下枠２２と上枠２１のそれと同じである。

次に、上記太陽熱集熱壁構造の作用について説明する。スパンドレル２に太陽光が直射（散乱光を含む）されると、輻射熱によりスパンドレル２が加熱される。スパンドレル２は角波形に形成されているので表面積が大きく、また凸部１３の背面側には複数のリブ状放熱フィン１８が形成されているので放熱面積が大きい。このため、スパンドレル２の内側空間部Ｓの空気は短時間のうちに暖められて温度が上昇する。外壁とスパンドレル２との間には断熱材が配設されているので、背面の建屋の壁への熱の逃げが防止され、暖気を空間部Ｓ内に暖められたまま閉じこめておくことができる。そこで、吸気ファン３３を作動させると上記空間部Ｓ内の暖気は空気通路３から屋内側に導入される。上記空間部Ｓ内の暖気が屋内側に送られると、下枠２２に形成された空気導入口３０から外気が空間部Ｓ内に供給される。供給された外気はスパンドレル２によって暖められ、暖気となって吸気ファン３３によって強制的に屋内側に送られる。これが連続的に行われて屋内側の空間が暖められる。

上述のように、屋外の新鮮な空気が暖められて屋内側には連続して導入されるので、太陽熱を有効に利用することができ、特に冬季には窓開口部のガラス遮熱の補完効果を期待することができる。

また、スパンドレル２を太陽熱の集熱用のパネルとして直接利用するので、従来のように多数の小孔を形成するという加工が必要がない。さらに、スパンドレル２の内部に雨が進入することがなく、スパンドレル２の外部からガラス板等で覆う必要がない。加えて、枠体２０を構成する下枠２２には、スパンドレル２の内側の空間部Ｓに直接に通じる空気導入口３０が形成されているから、スパンドレル２自体には空気導入口３０を形成するための加工を施す必要がない。したがって、構造が簡単で、製造コストも低く抑えることができる。

さらに、スパンドレル２は本来外壁材として使用されている部材であるから、これを外壁に取り付けても外観上の違和感はない。しかも、建物の壁躯体１の上下の窓サッシの間のつなぎ部分に設けられているので、上下の窓サッシと一体になって外壁の外観をカーテンウォール調にすることができる。

また、下枠２２の空気導入口３０は下向きに開口しているからスパンドレル２の内側に雨水が入り込む可能性が小さい。雨水が入り込んでも、空気導入口３０から簡単に水抜きすることができる。

さらにまた、枠体２０を構成する下枠２２と上枠２１はスパンドレル２の上端と下端とを嵌合するが、同時に水切り部２４が形成されているので、水切り材を兼用することができ、枠体２０自体が水切り効果を有することになり、スパンドレル２内に雨水が入り込みにくいので、装置全体が腐食しにくく、耐久性が向上する。

なお、スパンドレル２として角波板を用いたので、そのリブ効果によって表面の全体強度が高められるとともに、表面積が大きくなって集熱効率が良い。しかし、その断面形状に特に制限はなく、金属製の外装材であればよく、通常の波板状折板を使用することもできる。

また、上述のスパンドレル２は四方を上下枠と縦枠とによって枠組みしているが、必ずしもスパンドレルの四方を枠で組む必要はない。上記実施形態に示すような上下枠だけでもよい。したがって、空間部Ｓも必ずしもスパンドレルの枠によって形成されている必要はない。

さらに、空気導入口３０は下枠２２の取付縁２６の底部ではなく、下枠２２の嵌合溝２５を構成する立上り片とスパンドレル２に貫通形成してもよく、スパンドレル２の下枠２２の上部に形成してもよい。

これに関連し、外気をスパンドレル内に取り入れる導入口は必ずしもスパンドレルの下端部に設ける必要はない。スパンドレルの上端部に設ける構成であってもよい。また、その場合空気通路３の形成位置は、空間部Ｓの上部に限定されない。

また、スパンドレルパネルの断面形状も図３に示されたものに限定されない。例えば、図６に示された構造のものであってもよい。このスパンドレルパネル２ａは凸部１３と凹部１４とが傾斜面３４を共有して連続するもので、凹部１４の両側の傾斜面３４がなす角度αは６０度に設定されている。これによれば、太陽が高い位置にある間は影になる部分がなく、太陽光が凹部１４の深くまで直射できるので、日射効率が向上する。

さらにまた、太陽熱集熱壁構造は左右の窓サッシの間に配設する構成であってもよい。

本発明に係る太陽熱集熱壁構造を備えた建物の斜視図図１の太陽熱集熱壁構造の拡大縦断面図上記太陽熱集熱壁構造の拡大横断面図図２の要部の拡大図スパンドレルパネルの連結態様説明図別の形態のスパンドレルパネルの連結態様説明図

Ｓ空間部
１壁躯体
２スパンドレル
３空気通路

Claims

建物の壁躯体の外壁に断熱性を有する下地材を介してアルミニウムの押出型材からなるスパンドレルを配置固定するとともに、外壁とスパンドレルとの間に空間部を形成し、上記スパンドレルの端部から上記空間部内に取り入れた外気を太陽熱で加熱されたスパンドレルによって昇温させ、上記空間部内の空気を上記壁躯体に形成した空気通路から屋内に導入するものであり、
上記空気通路の屋内側には吸気ファンが設けられ、
上記スパンドレルは、着色表面処理又は選択吸収材膜処理の少なくともいずれかを施したものであり、
上記スパンドレルの背面側には放熱フィンが形成され、
上記スパンドレルの上下端は、上枠と下枠とによって固定されるものであり、上記上枠と下枠には水切り部と嵌合溝が形成され、上記スパンドレルの上端と下端は、上記嵌合溝に嵌合され、
上記下枠には、上記空間部に通じる空気導入口が形成されていることを特徴とする太陽熱集熱壁構造。