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JP4444446B2 - Heating and cooling structure of structure using heat storage layer - Google Patents
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JP4444446B2 - Heating and cooling structure of structure using heat storage layer - Google Patents

Heating and cooling structure of structure using heat storage layer Download PDF

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    • Y02E10/44Heat exchange systems

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽エネルギー等の自然のエネルギーを利用した家屋等の構造物に係り、特に発明者が別途提案している床冷暖房構造と共同してより有効な自然エネルギーの利用を可能にするよう構成した構造物の冷暖房構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
冬季に家屋の南側から太陽光を取り入れて室内を温め、また夏期には家屋を開放して通風を図る等、従来の家屋構造には自然を利用して我々の生活を快適に過ごす知恵が施されている。
【0003】
最近では省エネルギー化、及びこの結果としての環境に対する負荷の減少、或いは経済性等の観点から太陽光として供給される太陽エネルギーを積極的に利用する家屋の構造がいろいろと提案されている。しかし、木造が中心であった従来の家屋に対して、現在では木造も含め様々構造材により家屋が構成されており、かつ高い断熱性や密閉性を要求されるため前記した従来の知恵は必ずしも役立たず、現在の家屋構造に見合った太陽エネルギーの利用構造が必要となり、いくつかの提案もなされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
家屋における太陽エネルギーの利用は、太陽エネルギーとしての太陽光の受光部の確保、受光した太陽エネルギーを蓄える蓄熱材、熱の循環流動経路の確保などが必要である。
【0005】
図18は従来の空気循環/蓄熱方式の家屋構造を模式的に示したものである。この構造では,太陽光Lにより温めれた空気は空気通路50aを上昇し上部通路50b、側壁通路50cを経て床部通路50dに至り、再度通路50aに流入することより自然循環するようになっている。51は家屋50の基礎を成す蓄熱材であって循環流動する空気は通路50dにおいて熱伝導により蓄熱材51に伝熱する。
【0006】
しかし、図からも明らかなとおり蓄熱材51は家屋50の床部にあるため、蓄熱材51に伝熱する空気は、通路50b、50cで放熱した後の最も温度が低下した空気となるため、蓄熱の効率が悪く、蓄熱材51からの熱放射による輻射暖房は殆ど期待できない。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の問題点に鑑み構成されたものであって、家屋等の構造物の上下方向に対し、蓄熱層が少なくとも一つ形成され、この少なくとも一つの蓄熱層は、蓄熱時に加熱媒体が上昇する通路に隣接して配置されているよう構成された冷暖房構造である。
【0008】
【発明の実施の態様】
家屋等の構造物の側壁、床部、天井部には伝熱媒体である空気の循環流動が可能な経路が形成される。構造物が例えば二階以上の複数階に構成されている場合には、下の階の天井部と上の階の床部に当たる仕切部には蓄熱層が一層以上形成される。また下の階の床面下部には別の蓄熱層が1層以上形成される。
【0009】
昼間、南面する壁面において太陽光により加熱昇温した空気は天井部に上昇し、この天井部において第1の蓄熱層に伝熱し、この第1の蓄熱層を加熱する。この場合、加熱された空気は天井部において無駄な放熱を行うことなく直ちに第1の蓄熱層に伝熱するため、熱伝達効率は非常に良好である。第1の蓄熱層を例えば、蓄熱材を水或いはこれと同効の液体としておけば、伝熱媒体の空気が通過する通路を狭めて蓄熱材に対する熱伝達効率を高めるとともに、水の循環流動により当該第1の蓄熱層は均一に昇温する。
【0010】
また第1の蓄熱層に伝熱した空気は、前記天井部の通路に連接する通路(通常は前記南面壁の通路と対向する北面壁の通路)を下降し、床部通路に至る。なおこの通路は必ずしも壁面に形成される必要はなく、要するに太陽光が当たらない、つまり集熱を行わない位置に形成されればよい。床部には例えば上段に第2の蓄熱層、下段に第3の蓄熱層というように複数段の蓄熱層を形成するようにしてもよい。二段の蓄熱層が形成されている場合には、空気は先ず第2の蓄熱層に伝熱し、更に第3の蓄熱層に伝熱した後前記南面壁の通路に至って昇温、上昇することによって、これら各通路を循環流動する。
【0011】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参考に詳述する。
図1及び図2は本発明の構成を概念的に示しており、図1は一つの蓄熱層を有する本発明の最も基本的な構成を、また図2は複数(図示の構成は3層)の蓄熱層を有する構成を示している。なお本発明の実施対象である構造物として以下家屋を例に説明する。
【0012】
先ず、図1は家屋1の一階部分F1を示している。この家屋1には日光Lが当たる南面の壁部に加熱用空気通路となる空間部であるS1が形成される。以下、後述する各空間部も全て「通路」の語で説明する。なおこの通路S1において通路内の空気が太陽エネルギーにより加熱されるため、太陽光Lの熱エネルギーを十分に受けるように、太陽光Lの受光面積を可能な限り大きくとれるような構成の通路とする。例えば家屋1の壁を形成する面の他、窓部も、二重窓構造とする等してこの空間部を空気加熱用通路として使用できるよう構成することが望ましい。
【0013】
この加熱用通路S1に連接して天井部通路S2、加熱用通路に対向する背面側の通路S3及び床部通路S4がそれぞれ連接形成されている。なお、前述のようにこの通路S3は必ずしも壁面に形成される必要はなく、例えば室内の邪魔にならない位置で、ダクトとして形成されてもよい。
この構成において、例えば冬季の昼間では太陽光Lにより加熱用通路S1内の空気は加熱され、この加熱用通路S1を上昇して天井部通路S2に流入し、昇温した空気は天井部通路S2の上部に配置されている蓄熱層2に直ちに伝熱する。蓄熱層2における蓄熱材としてはコンクリート等の固体でもよいが、特に水等の液体を用いれば、加熱された空気との熱交換部が蓄熱層2の一部であっても内部の液体の流動(熱対流)により蓄熱層2が均一に加熱され伝熱効率がたかく、従って高い蓄熱効率を得ることが可能となる。
【0014】
蓄熱層2と熱交換した空気は通路S3を下降し、床部通路S4を経て再度前述の加熱通路S1に流入し加熱される。このように太陽光Lのある昼間は空気の循環流動により蓄熱層2に熱を蓄える。この状態で夜になると図示しないダンパ等で各通路の空気の流動を停止させ、この状態で蓄熱層2の熱は熱ビームとして室内F1を暖房する。また当然この蓄熱層2の熱は二階の床面を温め二階の暖房にも利用することができる。
【0015】
図2は別の基本構成を示す。
この構成では床部対して第2の蓄熱層3及び第3の蓄熱層4が形成配置された構成となっている。このうち例えば第2の蓄熱層3は前記第1の蓄熱層2と同様に、水等の流体を蓄熱材とし、第3の蓄熱層4は家屋1の基礎材であるコンクリート基礎部を利用した構成としてある。但しこの構成に限定するものではなく、床部に対して更に複数の蓄熱層を形成することも可能である。この点は天井部に形成する蓄熱層についても言えることであり、天井部の蓄熱層も複数層に形成することが可能である。
【0016】
この構成においては、天井部通路S2において第1の蓄熱層2に伝熱しかつ通路S3を下降した空気にはまだかなりの余熱を有するため第1の床部通路S4において先ず第の蓄熱層3に伝熱し、かつ更に第2の床部通路S4´に流入し第3の蓄熱層4に伝熱する。なお第2の蓄熱層3と第3の蓄熱層4とは後述するように熱的に遮断されている。空気は蓄熱層に伝熱するに従って温度降下するので空気流動経路に沿って、各蓄熱層は第1の蓄熱層2の温度が最も高く、続いて第2の蓄熱層3、第3の蓄熱層4の順となって各蓄熱層には温度差が生じる。
【0017】
図3乃至図6は上記空気通路の順路、各蓄熱層の配置等をより具体的に示すものである。
符号5は太陽光を受光する集熱面であって、南面する壁面及び前述のような二重窓等として構成されてる。この集熱面5に加熱通路S1が配置されている。蓄熱層2は、図示の構成では内部に蓄熱材である水が充填され複数の容器の集合体として構成されている。なお天井構造や床構造をアルミニウム等の金属材料で構成した場合、この金属材料により形成された空間部に直接水を充填するよう構成することも可能である。
【0018】
第2の蓄熱層3も図示の構成では前記蓄熱層2と同様に水容器の集合体として構成されている。この第2の蓄熱層3の下部には断熱材6を介して第3の蓄熱層4としてのコンクリート層が形成されている。床部通路S4はこのような蓄熱層の構成に対応して先ず第2の蓄熱層3に伝熱する通路S4aが配置され、この通路S4aに後続して第3の蓄熱層4に伝熱する通路S4b、S4cが設けられ、更に通路S4cは前記加熱通路S1に接続することより空気は各通路を循環流動するよう構成されている。
【0019】
上記構成において、集熱面5により加熱された空気は通路S2において第1の蓄熱層2の蓄熱材である水に伝熱する。水は加熱されることにより水容器内を流動して全体が均一に昇温するため、通路S12は蓄熱層2の面積のごく一部に配置されればよい。またこのように加熱空気を狭い通路内を通過させることにより蓄熱材である水と、空気との温度差が大きくなり蓄熱材に対する伝熱効率を高めることができる。
【0020】
通路S3を下降した空気は床部通路S4のうち、先ずS4aに流入する。この通路S4aにおいて第2の蓄熱層3内の水Wに伝熱する。この場合も前記第1の蓄熱層2の場合と同様、水の対流により蓄熱層3全体が均一に昇温し、空気の熱を蓄熱する。また断熱材6により通路S4aにおいては第2の蓄熱層3とのみ熱交換する。続いて通路S4b、S4cにおいて第3の蓄熱層4と熱交換し、前記加熱通路S1に戻る。このように、各蓄熱層2、3、4はそれぞれ熱的に独立しているため、上記した空気の流路においては、蓄熱層の温度は第1の蓄熱層2が最も高く、第3の蓄熱層4が最も低くなる。但し、蓄熱できる容量は各蓄熱層の熱容量に対応するため、蓄熱した熱量全体は必ずしも各蓄熱層の温度とは比例しない。なお図2の構成はあくまでも本発明の構成の一例を示すものであり、蓄熱層をより多数配置したり、水容器に代えてコンクリート蓄熱層若しくは他の蓄熱層を配置するよう構成することも当然可能である。
【0021】
図5及び図6は流体の対流による伝熱不可能なコンクリートのような固体の蓄熱材に対してより均一に伝熱することを目的とした構成である。8は通路S4b、S4c内の空気と第3の蓄熱層4との熱交換を行うための伝熱部材であって、熱伝導性の高い金属、或いはヒートパイプ等により構成されている。
【0022】
更に符号9は内部に水等の液体を封入し、かつコンクリート層に埋設された液体封入パイプであって、例えば図6に示すように、全体がエンドレスとなるよう屈曲して配置され、かつ各屈曲部がほぼ等間隔になるよう構成されている。この構成において、第3の蓄熱層4の一部が加熱されると、液体封入パイプ9内の液体は高温部から低温部へと流動するため、加熱部が蓄熱層4の一部に偏っていてもこの液体封入パイプ9内の液体が流動することにより当該蓄熱層4全体がほぼ均一に加熱(蓄熱)されることになる。
【0023】
図7及び図8は以上に示した構成を二階建て家屋に実施した例を示す。また図7及び図8の各空気通路に示される丸はこれら各通路の開閉を行う開閉手段(以下「ダンパ」として説明する)であって、白丸はダンパの「開」状態を、黒丸はダンパの「閉」状態を示すことにする。以下各ダンパはD1、D2、D3・・・等、符号Dに数字を付加することにより示すこととする。
【0024】
まず図7においてS5は二階F2の加熱・放熱通路であり、天井部通路は断熱材6を介して通路S6a及び室内側の通常通路S6bに別れている。S7は二階F2の通路であり、各ダンパを切り換えることににり空気が所定の通路を通過するよう構成されている。なお、通路S6aは放熱通路として利用されのほか、空気を強制循環させる場合には集熱通路としても利用されるが、説明の便宜上以下「放熱通路」の語で説明する。
【0025】
図8は別の構成を示す。なお、図7と同じ構成部分は同じ符号で示している。この構成では空気流の強制循環を可能にするため二階F2の通路S7には強制循環用のファン10が設置されている。11および12は室内からの排気と、空気通路を流れる空気との熱交換を行う熱交換手段である。なお、図7及び図8における各蓄熱層の温度を示すときは第1の蓄熱層2の温度をA、第2の蓄熱層3の温度をB、第3の蓄熱層4の温度をCとして示す。
【0026】
以下上記構成の家屋における空気の流動及び各蓄熱層の蓄熱或いは放熱状態を示す。
図9(A)は冬季で且つ晴れた昼間の状態を、また(B)は同夜間の状態を示す。まず(A)の状態ではダンパD8、D13、D6を閉としておく。この状態で加熱通路S1において太陽光Lにより加熱昇温した空気は通路S2で第1の蓄熱層2に伝熱し、通路S3を下降して通路S4aに至り、この通路S4aを介して第2の蓄熱層3に対し、また通路S4b、S4cにおいて第3の蓄熱層4に対して伝熱する。続いて再度加熱通路S1に流入することによりこれら各通路を循環流動し、この空気の流動により各蓄熱層2、3、4の温度はA>B>Cの状態で蓄熱される。
【0027】
同図(A)に於いて各蓄熱層に蓄熱された熱は夜間に放熱され室内を暖房する。即ち(B)において前記各ダンパの他ダンパD1も閉とされることにより各通路における空気の流動は停止させられる。この状態において、各蓄熱層2、3、4に蓄熱された熱エネルギーは一階F1及び二階F2の床部から、或いは熱ビームとして一階F1の天井部から放出され暖房を行う。なお、この場合例えば一階における第2の蓄熱層3の熱放出が大きく、時間経過と共に第3の蓄熱層4よりも温度が低くなったとすると、つまりB<Cとなったとき空気は通路S4aからS4b、S4cに流入し、この通路で第3の蓄熱層4により昇温した空気は再度通路S4aに流入して第2の蓄熱層3に伝熱し、この第2の蓄熱層3を介して室内を暖房することになる。即ち、本発明ではそれぞれ蓄熱を行っている各蓄熱層の温度変化に対応して空気が自然に流動し、各蓄熱層の有している熱を特別の操作をすることなく効果的に室内に放出することができる。
【0028】
図10(C)は冬季の昼間でかつ雨の日等の日射のない状態の通路の設定例を、(D)は同様に冬季の昼間日射のない日における別の設定例を示す。
まず(C)において、日照が無い場合には太陽エネルギーの利用は期待できず、却って加熱通路S1から屋外に放熱してしまう可能性が高いのでダンパD1、D6を閉として加熱通路S1の空気の流動を停止させる。この状態で第1、第2、第3の蓄熱層の熱を室内に放射して暖房を行う。この場合、第1、第2、第3の各蓄熱層の温度A、B、CがA>B>Cであるとき基本的には空気は流動しないが、第3の蓄熱層4はコンクリート層を厚く設定する等により、各蓄熱層の中で最も熱容量を大きく設定することが可能である。このため例えば温度がA>C>Bとなったときは前述の如く空気は通路S4aとS4b、S4cとの間を循環流動することによって第2の蓄熱層3を介して第3の蓄熱層4の熱を室内に放出する。なお、上記の日射のない昼間の設定は、夜間の設定として利用可能であることはもとより当然である。
【0029】
同図(D)において第1、第2、第3の各蓄熱層2、3、4の放熱状態によっては各蓄熱層の温度がA<B<Cとなる場合も生じる。この場合、各蓄熱層の温度勾配によって、最も温度の高い第3の蓄熱層4により昇温した空気は通路S4b、S4cを経て通路S4aにおいて第2の蓄熱層3に伝熱し、かつ更に通路S3を経て天井部通路S2に至り第1の蓄熱層2に伝熱しかつ伝熱の終わった空気は通路S3を下降して第3の蓄熱層4に戻ると言う循環流動を行うことにより、第3の蓄熱層4の熱を第1、第2の蓄熱層を介して室内に放出する。
【0030】
図11に(E)として示す設定及び図12の(F)として示す設定は、人工的加熱手段の例として深夜電力を使用する電気ヒータ(以下単に「電気ヒータ」とする)が設けられた構成における暖房及び各蓄熱層に対する蓄熱方法を示している。
先ず図(E)は前記(D)における暖房を積極的に行うように構成している。即ち電気ヒータ13により電気料が安く設定されている深夜電力により第3の蓄熱層4に蓄熱しておく。前述のようにこの第3の蓄熱層4を厚手のコンクリート層としておく等の方法によりこの蓄熱層4の熱容量を予め大きく設定しておく事が可能である。この状態において日射の無い昼間において、各ダンパの開閉を前記図10(D)の如く設定することにり、前記(D)で設定された通路を流通する空気により第3の蓄熱層4の熱が各部屋に積極的に伝達され暖房される。
【0031】
図12に示す(F)は電気ヒータ13を有する構成における、日照のある昼間の蓄熱状態を示す。日照のある昼間においては電気ヒータ13により昇温、蓄熱している第3の蓄熱層4の熱を利用する必要は基本的にはない。このためダンパD3、D4を閉として第3の蓄熱層4を通過する通路S4b、S4cを閉止し、この部分の空気の流動を停止し、蓄熱層4の熱を保存しておく。その他のダンパDの開閉状態は図9(A)と同じにしておき、第1、第2の蓄熱層2、3にそれぞれ蓄熱する。なお、蓄熱が不足な場合等においては、適宜ダンパD3、D4を開にして、第3の蓄熱層4の熱を供給するようにしておく。第3の蓄熱層4の熱容量を大きく設定しておくことにより昼間に第3の蓄熱層4からの放熱を行わなかった場合には、この第3の蓄熱層4には相当量の熱量が保存されているため、この場合には深夜電力の使用量は大幅に低減することができる。
【0032】
図12に示す(G)以降は夏期における室内の昇温防止、或いは積極的に冷却する場合の例を示す。
同図の(G)は夏期の昼間の状態であって、外部と連通するダンパD7及び、二階頂部のダンパD10を開とする。これによりダンパD7を入口としかつダンパD10を出口とする空気通路を家屋1の南面部に形成するよう、ダンパD1、D8、D9を開とする。南面する通路S1、S5に於いて空気は昇温し、昇温した空気は二階屋根部の放熱通路S6aを経て開となっているダンパD10から外部に流出し、この負圧に対応してダンパD7から外気が流入する。即ち、家屋の南面する部分には常時外気が流動し、かつ壁面等の熱は空気流と共にダンパD10から外部に放出され、室内が一定温度以上に昇温するのを防止する。この場合冷房装置を使用して室内を積極的に冷却するとは当然可能であるが、このような人工的な冷房手段を用いる場合でも、前記の通路を通過する空気流により熱を積極的に外部に放出しているため、冷房効率が高く、従って電気等の冷房エネルギーの消費量をその分少なく抑えることができる。
【0033】
図13に示す(H)及び(I)は夏期の夜間の冷房状態を示す。
まず(I)はダンパD8、D13を閉とし、かつダンパD1、D4、D5、D6、D3、D2を開とすることにより一階F1に空気の循環通路を形成する。この場合、屋外との間に断熱材6が配置されていない受光面である加熱通路S1は外部に熱を放出する熱放出部となるため、この通路S1において放熱した空気は通路S1を下降し、通路S4(S4a、S4b、S4c)を経て通路S3を上昇し、天井部通路S2から前記通路S1に至るという、図1(A)に示される蓄熱時の空気の流れとは逆の流れの循環流動を行うことにより室内や蓄熱層の熱を主に通路S1を介して外部に放出する。
【0034】
図13(I)の構成ではダンパD1、D2を閉とすることにより一階F1部分の通路の空気の循環流動を停止した状態で、ダンパD8、D13、D12開とし、かつダンパD9、D10、D11を閉として、通路S2、S7、S6b、S5を連通させ、通路S5において屋外に熱を放出し温度が低下した空気がこの通路S5を下降することによって前記通路を空気が循環流動して屋外に熱を放出するよう構成されている。
【0035】
図14に示す(J)及び(K)は熱の放出量をより多くするよう通路を形成した場合を示す。即ち前記図13(H)、(I)が熱の放出量を少なめにする設定であって、例えば盛夏を過ぎた秋口の場合や春先等に効果的な冷却構成であるのに対して、同(J)及び(K)、特に(K)の設定は真夏に有効である。
【0036】
まず(J)において、前記図13(I)と相違する点は、ダンパD12を閉、ダンパD11、D9を開とすることにより天井部の通路を図13(I)の通路S6bからS6aに変更した点にある。天井部通路をS6aに設定することにより天井部通路S6aを通過する空気は屋根部からも放熱し、前記通路S5も含め放熱面積をより大きく設定することができる。
【0037】
(K)は前記(J)で設定された通路に加えて、ダンパD1、D2も開とすることによって、一階F1にも空気の流動する通路、S1、S4、S3を形成することにより放熱部を通路S6a、S5、S1と、これにより放熱面積をより大きく設定して冷房効果を高めるように設定している。
【0038】
図15に(L)、(M)として示される設定及び図16に(N)として示される設定は図8に示す構成における空気通路の設定例を示す。
図15(L)は家屋1内に閉回路としての通路を形成して、蓄熱効率を高めるよう構成している。即ちダンパD4、D6、D1、D20、D9、D11、D25、D2、D14、D15を開とすることにより一階F1、二階F2を空気が循環流動するよう構成する。またファン10を作動させておく。これにより先ず通路S1、S5、屋根部の通路S6aの順に空気は太陽光により加熱され、最も加熱された空気はファン10により強制的に下降させられ、通路S7、S2、S3、S4(S4a、S4b、S4c)を通過して各蓄熱層2、3、4にそれぞれ伝熱し蓄熱される。
【0039】
(M)は換気を行いながら各蓄熱層に蓄熱する構成を示す。
この例では(L)の場合に閉となっていたダンパD16、D18、D23、D21、D24が開となり、外気の流入及び室内の排気が可能な経路が形成される。また前記図15(L)では開となっていたダンパD9、D17、D20は閉となる。これにより外気がダンパD9を経て通路S6aに流入し、この通路S6aにおいて加熱昇温された後ファン10により以下強制的に前記(M)と同様の通路を経て下降し、各蓄熱層2、3、4に伝熱する。第3の蓄熱層4に伝熱した空気はダンパD16を経て一階F1の室内に流入し、さらにダンパD18、ダンパD21を経て二階F2の室内に流入する。続いてダンパD24を経て熱交換手段11を介して前記通路7を下降する空気に熱を伝えた後屋外に排出される。なお、この熱交換部に温度センサを配置し、通路S7を下降する空気よりも屋外に排出される空気の温度の方が低い場合にはダンパD11を閉とするか、あるは図示しない別の排気経路を使用することにより熱交換を中止するよう構成することも可能である。
【0040】
図16に示す(N)は図15(M)の変形例である。この例ではダンパD24を閉、ダンパD22を開として、使用する熱交換手段を符号11で示すものから符号12で示すものに変更する。この熱交換手段12は外気の流入部近傍に配置されており、従って通路S6aで殆ど加熱されていない。このため通常の場合、通路S6aに流入した時点での空気は屋外に排気される空気よりも低温である。このため熱交換手段12においてこの排気の有する熱を通路S6aに流入する空気に伝熱して、熱効率を高めるようにする。
【0041】
図17に示す(O)及び(P)は更に他の変形例を示す。先ず(O)の設定は、蓄熱層2に至る空気の温度が当該蓄熱層2よりも低くなった場合の空気の流路の設定状態を示す。この場合には前記(N)の構成に対してダンパD25、D13を開としてファン10により通路S7を下降する空気を通路S2に流入させないで、つまり通路S2をバイパスしてそのまま通路S3を下降させ、通路S4aにおいて蓄熱層3と、また通路S4b、S4cにおいて蓄熱層4と熱交換させるよう設定されている。
【0042】
同図(P)は更に、熱交換すべき空気の温度が前記蓄熱層2のみでなく蓄熱層3の温度に対してもより低くなった場合の流路の設定状態を示している。この場合には前記ダンパD13に加えてD3も開として、通路S7、S3を経て降下した空気を直接通路S4b、S4cに導入し、蓄熱層4に対してのみ伝熱するよう設定している。その他各ダンパの開閉を設定することにより空気の流路を蓄熱層4、蓄熱層3、蓄熱層2の順にする等の設定も当然可能である。また(O)及び(P)に示される設定を、本来蓄熱層3が設けられていない家屋、蓄熱層2が設けられていない家屋等に対して当然のことながら実施可能である。
【0043】
以上本発明の構成を、特に空気通路の各種設定を例に説明したが、ダンパの設置位置、設置個数を適宜調節することにより、季節、気候、外気温度等に対応してさらに別の設定を行うことは当然可能である。また、蓄熱層の設置数は図示の3段に限定するものでもなく、かつ各蓄熱層の構成は構造物の特性等により適宜設定可能であり、例えば全ての蓄熱層を水等の液体を充填したものにする他、反対に全ての蓄熱層をコンクリート等の固形の蓄熱材により構成する等、前記通路の設定と同様、構造物の種類、大きさ、設置場所等に対応して自由に選択することが可能である。
【0044】
【発明の効果】
以上の如く、本発明は空気等の伝熱媒体が通過する通路が設定変更可能なよう構成され、かつこの通路に近接して1以上の蓄熱層が配置された構成であり、季節、外気温度、天気に対応して適宜通路の設定を変更することにより蓄熱層に対する蓄熱、蓄熱層からの放熱による暖房を基本的には太陽光等の自然エネルギーを用いて行い、冷房も含めて電気等の人工的エネルギーを使用しないか、或いは使用しても最小限に抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本構成を示す家屋の一階部分を中心とする断面概略図である。
【図2】本発明の他の基本構成を示す家屋の一階部分を中心とする断面概略図である。
【図3】各蓄熱層の配置状態と空気の通路を示す蓄熱層の斜視図である。
【図4】図3のA−A線による断面図である。
【図5】図4に示す第3の蓄熱層の別の構成を示す断面図である。
【図6】第3の蓄熱層に埋設した流体封入パイプの平面図である。
【図7】本発明の実施例を示す二階建て家屋の断面図である。
【図8】本発明の他の実施例を示す二階建て家屋の断面図である。
【図9】図7に示す二階建て家屋における冷暖房構造の作動状態を示し、(A)は冬季昼間晴天時の作動状態の一例を示す図、(B)は冬季夜間晴天時の作動状態の一例を示す図である。
【図10】図7に示す二階建て家屋における冷暖房構造の作動状態を示し、(D)は冬季昼間雨天時の作動状態の一例を示す図、(E)は冬季昼間曇天時の作動状態の一例を示す図である。
【図11】(E)で示す構成は図7に示す二階建て家屋における冷暖房構造に対して第3の蓄熱層に夜間電力を用いる電気ヒータを設置した構成の冬季昼間で曇天時の一例を示す図である。
【図12】(F)は図7に示す二階建て家屋における冷暖房構造に対して第3の蓄熱層に対して夜間電力を用いる電気ヒータを設置した構成における冬季昼間晴天時の作動状態の一例を示す図、(G)は図7に示す二階建て家屋における冷暖房構造の夏期昼間の作動状態の一例を示す図である。
【図13】図7に示す二階建て家屋における冷暖房構造の作動状態を示し、(H)は夏期夜間晴天時の作動状態の一例を示す図、(I)は夏期夜間晴天時の別の作動状態を示す図である。
【図14】図7に示す二階建て家屋における冷暖房構造の作動状態を示し、(J)は夏期昼間晴天時の作動状態の他の一例を示す図、(K)は夏期夜間晴天時の更に他の作動状態を示す図である。
【図15】図8に示す二階建て家屋における冷暖房構造の蓄熱動作作動状態を示し、(L)は冬季夜間晴天時の作動状態の一例を示す図、(M)は冬季昼間晴天時の他の作動状態を示す図である。
【図16】(N)として示す構成であって、 図8に示す二階建て家屋における冷暖房構造の冬季昼間晴天時の更に他の蓄熱動作動状態を示す図である。
【図17】(O)及び(P)で示す構成は、図8に示す二階建て家屋における冷暖房構造の更に他の蓄熱作動状態を示し、(L)は冬季昼間晴天時の作動状態の一例を示す図、(M)は冬季昼間晴天時の他の作動状態を示す図である。
【図18】従来構成の太陽熱暖房構造を有する家屋の一階部分を中心とする断面概略図である。
【符号の説明】
1 家屋
2 第1の蓄熱層
3 第2の蓄熱層
4 第3の蓄熱層
5 集熱面
6 断熱材
7、8 伝熱部材
9 液体封入パイプ
10 (強制循環用)ファン
11、12 熱交換手段
13 電気ヒータ(深夜電力使用)
D1〜D25 ダンパ
S1〜S7 (電熱媒体空気用)通路
F1 一階
F2 二階
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure such as a house that uses natural energy such as solar energy, and is particularly configured to enable more effective use of natural energy in cooperation with a floor cooling and heating structure proposed separately by the inventor. The present invention relates to a cooling / heating structure of the structure.
[0002]
[Prior art]
The traditional house structure has the wisdom to make our lives comfortable by utilizing nature, such as taking in sunlight from the south side of the house in the winter to warm the room, and opening the house to ventilate in the summer. Has been.
[0003]
Recently, various home structures have been proposed that actively use solar energy supplied as sunlight from the viewpoints of energy saving and the resulting reduction in environmental burden or economic efficiency. However, the conventional wisdom described above is not always necessary because the house is composed of various structural materials, including wooden structures, and high heat insulation and sealing properties are required, compared to the conventional house that was mainly made of wood. There is a need for a solar energy utilization structure that is unhelpful and fits the current house structure, and several proposals have been made.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The use of solar energy in a house requires securing a light receiving part for sunlight as solar energy, a heat storage material for storing the received solar energy, and securing a heat circulation flow path.
[0005]
FIG. 18 schematically shows a conventional air circulation / heat storage type house structure. In this structure, the air warmed by the sunlight L rises in the air passage 50a, reaches the floor passage 50d through the upper passage 50b and the side wall passage 50c, and naturally recirculates by flowing into the passage 50a again. Yes. 51 is a heat storage material that forms the foundation of the house 50, and the circulating and flowing air transfers heat to the heat storage material 51 by heat conduction in the passage 50d.
[0006]
However, since the heat storage material 51 is on the floor portion of the house 50 as is apparent from the figure, the air that is transferred to the heat storage material 51 is the air whose temperature is the lowest after the heat is radiated in the passages 50b and 50c. The efficiency of heat storage is poor, and radiant heating by heat radiation from the heat storage material 51 can hardly be expected.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is configured in view of the above-described problems, and at least one heat storage layer is formed in the vertical direction of a structure such as a house, and this at least one heat storage layer has a heating medium during heat storage. It is an air-conditioning structure configured to be disposed adjacent to the rising passage.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
On the side wall, floor, and ceiling of a structure such as a house, a path capable of circulating and circulating air as a heat transfer medium is formed. In the case where the structure is configured on a plurality of floors, for example, two or more floors, one or more heat storage layers are formed in the partition portion corresponding to the ceiling portion of the lower floor and the floor portion of the upper floor. Further, one or more other heat storage layers are formed at the lower part of the floor of the lower floor.
[0009]
In the daytime, air heated and heated by sunlight on the south-facing wall surface rises to the ceiling, transfers heat to the first heat storage layer, and heats the first heat storage layer. In this case, the heated air immediately transfers heat to the first heat storage layer without performing wasteful heat dissipation on the ceiling, so that the heat transfer efficiency is very good. For example, if the heat storage material is water or a liquid having the same effect as the first heat storage layer, the passage through which the air of the heat transfer medium passes is narrowed to increase the heat transfer efficiency with respect to the heat storage material and The temperature of the first heat storage layer is increased uniformly.
[0010]
In addition, the air transferred to the first heat storage layer descends the passage connected to the ceiling passage (usually the passage on the north wall facing the passage on the south wall) and reaches the floor passage. In addition, this channel | path does not necessarily need to be formed in a wall surface, and it should just be formed in the position which sunlight does not hit, ie, does not collect heat. A plurality of heat storage layers may be formed on the floor, for example, a second heat storage layer on the upper stage and a third heat storage layer on the lower stage. When a two-stage heat storage layer is formed, the air first transfers heat to the second heat storage layer, and further transfers heat to the third heat storage layer, and then reaches the passage on the south wall and rises in temperature. Circulates and flows through each of these passages.
[0011]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 and 2 conceptually show the configuration of the present invention. FIG. 1 shows the most basic configuration of the present invention having one heat storage layer, and FIG. 2 shows a plurality of configurations (the configuration shown is three layers). The structure which has this heat storage layer is shown. In addition, a house is demonstrated to an example as a structure which is the implementation object of this invention.
[0012]
First, FIG. 1 shows the first floor portion F1 of the house 1. In this house 1, S <b> 1, which is a space portion serving as a heating air passage, is formed on a south wall portion to which sunlight L hits. Hereinafter, all the space portions to be described later will be described using the term “passage”. In this passage S1, air in the passage is heated by solar energy, so that the light receiving area of sunlight L can be made as large as possible so as to receive the thermal energy of sunlight L sufficiently. . For example, in addition to the surface forming the wall of the house 1, it is desirable that the window portion be configured so that the space portion can be used as an air heating passage by, for example, a double window structure.
[0013]
The heating passage S1 is connected to a ceiling portion passage S2, a back surface passage S3 and a floor passage S4 facing the heating passage, respectively. As described above, the passage S3 is not necessarily formed on the wall surface, and may be formed as a duct at a position that does not interfere with the room.
In this configuration, for example, in the daytime in winter, the air in the heating passage S1 is heated by sunlight L, rises up the heating passage S1, flows into the ceiling passage S2, and the heated air passes through the ceiling passage S2. The heat is immediately transferred to the heat storage layer 2 disposed on the upper part of the heat sink. The heat storage material in the heat storage layer 2 may be a solid such as concrete. However, if a liquid such as water is used, the flow of liquid inside the heat storage layer 2 even if the heat exchange part with the heated air is part of the heat storage layer 2. The heat storage layer 2 is uniformly heated by (thermal convection), and the heat transfer efficiency is high. Therefore, high heat storage efficiency can be obtained.
[0014]
The air that has exchanged heat with the heat storage layer 2 descends the passage S3, flows again into the heating passage S1 through the floor passage S4, and is heated. In this way, heat is stored in the heat storage layer 2 by the air circulation flow during the daytime when the sunlight L is present. At night in this state, the flow of air in each passage is stopped by a damper or the like (not shown), and in this state, the heat of the heat storage layer 2 heats the room F1 as a heat beam. Naturally, the heat of the heat storage layer 2 can be used for heating the second floor and heating the second floor.
[0015]
FIG. 2 shows another basic configuration.
In this configuration the floor In On the other hand, the second heat storage layer 3 and the third heat storage layer 4 are formed and arranged. Of these, for example, the second heat storage layer 3 is the same as the first heat storage layer 2. In addition, A fluid such as water is used as a heat storage material, and the third heat storage layer 4 is configured to use a concrete foundation portion that is a foundation material of the house 1. However, it is not limited to this configuration, and a plurality of heat storage layers can be further formed on the floor. This is also true for the heat storage layer formed on the ceiling, and the heat storage layer on the ceiling can be formed in a plurality of layers.
[0016]
In this configuration, since the air that has been transferred to the first heat storage layer 2 in the ceiling passage S2 and has descended the passage S3 still has considerable residual heat, the first floor passage S4 first has the first heat. 2 The heat is transferred to the heat storage layer 3 and further flows into the second floor passage S4 ′ to transfer heat to the third heat storage layer 4. In addition, the 2nd heat storage layer 3 and the 3rd heat storage layer 4 are thermally interrupted so that it may mention later. Since air drops in temperature as it is transferred to the heat storage layer, air of Along each flow path, each heat storage layer has the highest temperature of the first heat storage layer 2, followed by the second heat storage layer 3 and the third heat storage layer 4. Become A temperature difference occurs in each heat storage layer.
[0017]
3 to 6 show the route of the air passage, the arrangement of each heat storage layer, and the like more specifically.
Reference numeral 5 denotes a heat collecting surface that receives sunlight, and is configured as a south-facing wall surface and the double window as described above. A heating passage S <b> 1 is disposed on the heat collecting surface 5. In the illustrated configuration, the heat storage layer 2 is configured as an assembly of a plurality of containers filled with water as a heat storage material. When the ceiling structure or the floor structure is made of a metal material such as aluminum, the space formed by the metal material can be directly filled with water.
[0018]
Similarly to the heat storage layer 2, the second heat storage layer 3 is also configured as an aggregate of water containers in the illustrated configuration. A concrete layer as the third heat storage layer 4 is formed below the second heat storage layer 3 via a heat insulating material 6. Corresponding to the structure of the heat storage layer, the floor passage S4 is first provided with a passage S4a that transfers heat to the second heat storage layer 3, and then transfers heat to the third heat storage layer 4 following the passage S4a. The passages S4b and S4c are provided, and the passage S4c is connected to the heating passage S1 so that air circulates and flows through each passage.
[0019]
In the above configuration, the air heated by the heat collecting surface 5 transfers heat to the water that is the heat storage material of the first heat storage layer 2 in the passage S2. Since the water flows in the water container and is heated uniformly by being heated, the passage S12 may be disposed in a very small part of the area of the heat storage layer 2. Further, by passing the heated air through the narrow passage in this way, the temperature difference between the water as the heat storage material and the air becomes large, and the heat transfer efficiency for the heat storage material can be increased.
[0020]
The air descending the passage S3 first flows into S4a in the floor portion passage S4. Heat is transferred to the water W in the second heat storage layer 3 in the passage S4a. In this case as well, as in the case of the first heat storage layer 2, the entire heat storage layer 3 is uniformly heated by the convection of water, and the heat of the air is stored. Further, heat is exchanged only with the second heat storage layer 3 in the passage S4a by the heat insulating material 6. Subsequently, heat is exchanged with the third heat storage layer 4 in the passages S4b and S4c, and the process returns to the heating passage S1. Thus, since each heat storage layer 2, 3, and 4 are each thermally independent, in the above-mentioned air flow path, the temperature of the heat storage layer is the highest in the first heat storage layer 2, and the third The heat storage layer 4 becomes the lowest. However, since the capacity capable of storing heat corresponds to the heat capacity of each heat storage layer, the total amount of heat stored is not necessarily proportional to the temperature of each heat storage layer. Note that the configuration in FIG. 2 is merely an example of the configuration of the present invention, and it is a matter of course that a larger number of heat storage layers may be disposed, or a concrete heat storage layer or other heat storage layer may be disposed in place of the water container. Is possible.
[0021]
FIG. 5 and FIG. 6 show a configuration for the purpose of more uniformly transferring heat to a solid heat storage material such as concrete that cannot transfer heat by convection of fluid. Reference numeral 8 denotes a heat transfer member for exchanging heat between the air in the passages S4b and S4c and the third heat storage layer 4, and is constituted by a metal having high thermal conductivity, a heat pipe, or the like.
[0022]
Further, reference numeral 9 encloses a liquid such as water and is embedded in a concrete layer. Liquid enclosure For example, as shown in FIG. 6, the pipe is bent and disposed so as to be endless as a whole, and the bent portions are arranged at almost equal intervals. In this configuration, when a part of the third heat storage layer 4 is heated, the liquid in the liquid-filled pipe 9 flows from the high temperature part to the low temperature part. Of the heat storage layer 4 Even if it is partially biased, the liquid in the liquid sealing pipe 9 Concerned The entire heat storage layer 4 is heated (heat storage) almost uniformly.
[0023]
FIG.7 and FIG.8 shows the example which implemented the structure shown above in the two-story house. The circles shown in the air passages in FIGS. 7 and 8 are opening / closing means (hereinafter referred to as “dampers”) for opening and closing these passages. The white circles indicate the “open” state of the dampers, and the black circles indicate the dampers. The “closed” state is shown. In the following, each damper is indicated by adding a number to the symbol D, such as D1, D2, D3.
[0024]
First, in FIG. 7, S <b> 5 is a heating / heat radiation passage of the second floor F <b> 2, and the ceiling passage is divided into a passage S <b> 6 a and a normal indoor passage S <b> 6 b through the heat insulating material 6. S7 is a passage of the second floor F2, and is configured such that air passes through a predetermined passage by switching each damper. The passage S6a is used not only as a heat radiating passage but also as a heat collecting passage when air is forcedly circulated. For convenience of explanation, the passage S6a will be described below using the term “heat radiating passage”.
[0025]
FIG. 8 shows another configuration. In addition, the same component as FIG. 7 is shown with the same code | symbol. In this configuration, a forced circulation fan 10 is installed in the passage S7 on the second floor F2 to enable forced circulation of the air flow. Reference numerals 11 and 12 denote heat exchanging means for exchanging heat between the exhaust from the room and the air flowing through the air passage. 7 and 8, when the temperature of each heat storage layer is indicated, the temperature of the first heat storage layer 2 is A, the temperature of the second heat storage layer 3 is B, and the temperature of the third heat storage layer 4 is C. Show.
[0026]
Hereinafter, the flow of air and the heat storage or heat dissipation state of each heat storage layer in the house having the above-described configuration are shown.
FIG. 9A shows a daytime state in winter and a clear day, and FIG. 9B shows a nighttime state. First, in the state (A), the dampers D8, D13, and D6 are closed. In this state, the air heated by the sunlight L in the heating passage S1 transfers heat to the first heat storage layer 2 in the passage S2, descends the passage S3 to the passage S4a, and the second passage through the passage S4a. Heat is transferred to the heat storage layer 3 and to the third heat storage layer 4 in the passages S4b and S4c. Subsequently, by flowing again into the heating passage S1, these passages are circulated and flowed, and the temperature of each of the heat storage layers 2, 3, 4 is stored in a state of A>B> C by the flow of air.
[0027]
In FIG. 2A, the heat stored in each heat storage layer is radiated at night to heat the room. That is, the flow of air in each passage is stopped by closing the damper D1 in addition to the dampers in FIG. In this state, the heat energy stored in each of the heat storage layers 2, 3 and 4 is discharged from the floors of the first floor F1 and the second floor F2 or from the ceiling of the first floor F1 as a heat beam for heating. In this case, for example, if the heat release of the second heat storage layer 3 on the first floor is large and the temperature becomes lower than the third heat storage layer 4 over time, that is, when B <C, the air passes through the passage S4a. The air that has flowed into S4b and S4c through this passage and has been heated by the third heat storage layer 4 in this passage again flows into the passage S4a and transfers heat to the second heat storage layer 3, via the second heat storage layer 3. The room will be heated. That is, in the present invention, air naturally flows in response to the temperature change of each heat storage layer that performs heat storage, and the heat of each heat storage layer can be effectively put into the room without special operation. Can be released.
[0028]
FIG. 10C shows an example of setting a passage in a daytime in winter and no solar radiation such as a rainy day, and FIG. 10D shows another example of setting in a day without daytime solar radiation in winter.
First, in (C), when there is no sunshine, the use of solar energy cannot be expected, and on the contrary, there is a high possibility that heat is radiated from the heating passage S1 to the outside, so the dampers D1 and D6 are closed and the air in the heating passage S1 is closed. Stop the flow. In this state, the heat of the first, second, and third heat storage layers is radiated into the room for heating. In this case, when the temperatures A, B, and C of the first, second, and third heat storage layers are A>B> C, basically the air does not flow, but the third heat storage layer 4 is a concrete layer. It is possible to set the heat capacity to be the largest among the respective heat storage layers, for example, by setting the thickness to be thick. Therefore, for example, when the temperature becomes A>C> B, as described above, the air circulates between the passages S4a, S4b, and S4c, thereby causing the third heat storage layer 4 to pass through the second heat storage layer 3. The heat is released into the room. Of course, the above daytime setting without solar radiation can be used as a nighttime setting.
[0029]
In FIG. 4D, depending on the heat radiation state of the first, second, and third heat storage layers 2, 3, and 4, the temperature of each heat storage layer may be A <B <C. In this case, due to the temperature gradient of each heat storage layer, the air heated by the third heat storage layer 4 having the highest temperature is transferred to the second heat storage layer 3 in the passage S4a via the passages S4b and S4c, and further the passage S3. The air that has passed through the ceiling portion passage S2 and transferred heat to the first heat storage layer 2 and has finished heat transfer descends the passage S3 and returns to the third heat storage layer 4 to perform the third flow. The heat of the heat storage layer 4 is released into the room through the first and second heat storage layers.
[0030]
The setting shown as (E) in FIG. 11 and the setting shown as (F) in FIG. 12 are configurations in which an electric heater using midnight power (hereinafter simply referred to as “electric heater”) is provided as an example of the artificial heating means. The heat storage method with respect to each heating and each heat storage layer is shown.
First, FIG. (E) is configured to positively perform the heating in (D). That is, heat is stored in the third heat storage layer 4 by late-night power whose electric charge is set by the electric heater 13 at a low price. As described above, the heat capacity of the heat storage layer 4 can be set large in advance by a method such as setting the third heat storage layer 4 as a thick concrete layer. In the daytime when there is no solar radiation in this state, the opening / closing of each damper is set as shown in FIG. 10 (D), and the heat of the third heat storage layer 4 is set by the air flowing through the passage set in (D). Is actively transmitted to each room and heated.
[0031]
(F) shown in FIG. 12 shows a heat storage state in the daytime with sunshine in the configuration having the electric heater 13. In the daytime with sunshine, it is basically unnecessary to use the heat of the third heat storage layer 4 that is heated and stored by the electric heater 13. Therefore, the dampers D3 and D4 are closed, the passages S4b and S4c passing through the third heat storage layer 4 are closed, the flow of air in this portion is stopped, and the heat of the heat storage layer 4 is stored. The other dampers D are opened and closed in the same state as in FIG. 9A, and heat is stored in the first and second heat storage layers 2 and 3, respectively. In addition, when heat storage is insufficient, the dampers D3 and D4 are appropriately opened to supply heat of the third heat storage layer 4. When the heat capacity of the third heat storage layer 4 is set large so that heat is not released from the third heat storage layer 4 in the daytime, a considerable amount of heat is stored in the third heat storage layer 4. Therefore, in this case, the amount of late-night power used can be greatly reduced.
[0032]
FIG. 12 (G) and subsequent figures show examples of preventing indoor temperature rise in the summer or actively cooling.
(G) of the figure is a state of daytime in summer, and the damper D7 communicating with the outside and the damper D10 at the top of the second floor are opened. Accordingly, the dampers D1, D8, and D9 are opened so that an air passage having the damper D7 as an inlet and the damper D10 as an outlet is formed in the south surface portion of the house 1. In the passages S1 and S5 facing the south, the temperature of the air rises, and the heated air flows out from the damper D10 that is open through the heat radiation passage S6a of the second-floor roof, and the damper corresponds to this negative pressure. Outside air flows from D7. That is, outside air always flows in the south part of the house, and heat on the wall surface and the like is released from the damper D10 together with the air flow to prevent the temperature of the room from rising above a certain temperature. In this case, it is naturally possible to actively cool the room using a cooling device, but even when such an artificial cooling means is used, heat is actively removed by the air flow passing through the passage. Therefore, the cooling efficiency is high. Therefore, the consumption of cooling energy such as electricity can be reduced to that extent.
[0033]
(H) and (I) shown in FIG. 13 show the cooling state at night in summer.
First, in (I), the dampers D8 and D13 are closed, and the dampers D1, D4, D5, D6, D3, and D2 are opened to form an air circulation passage on the first floor F1. In this case, the heating passage S1, which is a light receiving surface on which the heat insulating material 6 is not disposed between the outside and the outside, serves as a heat release portion that releases heat to the outside, so that the heat radiated in the passage S1 descends the passage S1. The passage S4 (S4a, S4b, S4c) goes up the passage S3 and reaches the passage S1 from the ceiling passage S2, and the flow is opposite to the air flow during heat storage shown in FIG. By performing the circulation flow, the heat of the room or the heat storage layer is released to the outside mainly through the passage S1.
[0034]
In the configuration shown in FIG. 13 (I), the dampers D1 and D2 are closed to stop the air circulation flow in the passage on the first floor F1, the dampers D8, D13, and D12 are opened, and the dampers D9, D10, D11 is closed, and the passages S2, S7, S6b, and S5 are communicated. In the passage S5, heat is released to the outside, and the air whose temperature is lowered descends the passage S5. It is configured to release heat.
[0035]
(J) and (K) shown in FIG. 14 show the case where a passage is formed so as to increase the amount of heat released. That is, FIGS. 13 (H) and 13 (I) are settings for reducing the amount of heat released, and for example, the cooling configuration is effective in the case of the beginning of autumn after the midsummer or in early spring. The settings of (J) and (K), particularly (K) are effective in midsummer.
[0036]
First, in FIG. 13 (I), the difference from FIG. 13 (I) is that the damper D12 is closed and the dampers D11 and D9 are opened so that the ceiling passage is changed from the passage S6b to S6a in FIG. 13 (I). There is in point. By setting the ceiling portion passage to S6a, the air passing through the ceiling portion passage S6a radiates heat from the roof portion, and the heat radiation area including the passage S5 can be set larger.
[0037]
In (K), in addition to the passage set in (J) above, the dampers D1 and D2 are also opened, so that heat is also radiated by forming passages S1, S4, and S3 through which air flows on the first floor F1. The section is set to increase the cooling effect by setting the passages S6a, S5, S1 and thereby the heat radiation area larger.
[0038]
The settings shown as (L) and (M) in FIG. 15 and the settings shown as (N) in FIG. 16 show examples of air passage settings in the configuration shown in FIG.
FIG. 15 (L) is configured to form a passage as a closed circuit in the house 1 to increase the heat storage efficiency. That is, the dampers D4, D6, D1, D20, D9, D11, D25, D2, D14, and D15 are opened so that air flows through the first floor F1 and the second floor F2. Also, the fan 10 is operated. As a result, the air is first heated by sunlight in the order of the passages S1 and S5 and the passage S6a of the roof portion, and the most heated air is forcibly lowered by the fan 10, and the passages S7, S2, S3, S4 (S4a, Passing through S4b and S4c), the heat is transferred to each of the heat storage layers 2, 3 and 4 to be stored.
[0039]
(M) shows a configuration for storing heat in each heat storage layer while performing ventilation.
In this example (L) In this case, the dampers D16, D18, D23, D21, and D24 that have been closed are opened, and a path that allows inflow of outside air and exhaust of the room is formed. In addition, FIG. (L) Then, the open dampers D9, D17, D20 are closed. As a result, the outside air flows into the passage S6a through the damper D9. After being heated and heated in the passage S6a, the fan 10 is forcibly lowered through the passage similar to the above (M) by the fan 10, and each heat storage layer 2, 3 Heat is transferred to 4. The air transferred to the third heat storage layer 4 flows into the room on the first floor F1 through the damper D16, and further flows into the room on the second floor F2 through the dampers D18 and D21. Subsequently, the heat is transferred to the air descending the passage 7 via the heat exchange means 11 via the damper D24 and then discharged to the outside. If a temperature sensor is arranged in this heat exchanging section and the temperature of the air discharged to the outside is lower than the air descending the passage S7, the damper D11 is closed, or another not shown It is also possible to configure the heat exchange to be stopped by using the exhaust path.
[0040]
(N) shown in FIG. 16 is a modification of FIG. In this example, the damper D24 is closed, the damper D22 is opened, and the heat exchange means to be used is indicated by reference numeral 11 From It changes to what is shown with the code | symbol 12. FIG. This heat exchanging means 12 is disposed in the vicinity of the outside air inflow portion, and is therefore hardly heated in the passage S6a. For this reason, The air at the time of flowing into the passage S6a It is cooler than the air exhausted outdoors The For this reason In the heat exchanging means 12, the heat of the exhaust is transferred to the air flowing into the passage S6a so as to increase the thermal efficiency.
[0041]
(O) and (P) shown in FIG. 17 show still another modification. First, the setting of (O) shows the setting state of the air flow path when the temperature of the air reaching the heat storage layer 2 becomes lower than that of the heat storage layer 2. In this case, the dampers D25 and D13 are opened with respect to the configuration (N), and the air descending the passage S7 is not caused to flow into the passage S2 by the fan 10, that is, the passage S3 is lowered as it is by bypassing the passage S2. The heat storage layer 3 is set in the passage S4a, and the heat storage layer 4 is set in the passages S4b and S4c.
[0042]
FIG. 7P further shows the flow path setting state when the temperature of the air to be heat-exchanged is lower than the temperature of the heat storage layer 2 as well as the heat storage layer 2. In this case, D3 is also opened in addition to the damper D13, and the air descending through the passages S7 and S3 is directly introduced into the passages S4b and S4c so as to transfer heat only to the heat storage layer 4. In addition, it is naturally possible to set the air flow path in the order of the heat storage layer 4, the heat storage layer 3, and the heat storage layer 2 by setting the opening and closing of each damper. Moreover, the setting shown by (O) and (P) can be naturally implemented with respect to the house in which the heat storage layer 3 is not originally provided, the house in which the heat storage layer 2 is not provided, etc.
[0043]
The configuration of the present invention has been described above, taking various settings of the air passage as an example, but by adjusting the installation position and number of dampers as appropriate, further settings can be made corresponding to the season, climate, outside air temperature, etc. Of course it is possible to do. Also, the number of heat storage layers installed is not limited to the three shown in the figure, and the configuration of each heat storage layer can be set as appropriate according to the characteristics of the structure. For example, all the heat storage layers are filled with a liquid such as water. As with the setting of the passage, it is possible to select freely according to the type, size, installation location, etc. of the structure, such as configuring all the heat storage layers with solid heat storage materials such as concrete. Is possible.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, the present invention is configured such that the passage through which a heat transfer medium such as air passes can be changed, and one or more heat storage layers are disposed in the vicinity of the passage, and the season, outdoor temperature By changing the setting of the passage as appropriate according to the weather, heat storage for the heat storage layer, heating by heat radiation from the heat storage layer is basically performed using natural energy such as sunlight, etc. It is possible to minimize or not use artificial energy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view centering on a first floor portion of a house showing a basic configuration of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view centering on a first floor portion of a house showing another basic configuration of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of a heat storage layer showing an arrangement state of each heat storage layer and an air passage.
4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another configuration of the third heat storage layer shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a plan view of a fluid-filled pipe embedded in a third heat storage layer.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a two-story house showing an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a two-story house showing another embodiment of the present invention.
9 shows the operating state of the air-conditioning structure in the two-story house shown in FIG. 7, (A) is a diagram showing an example of the operating state during winter daytime clear weather, and (B) is an example of the operating state during winter night clear weather. FIG.
10 shows the operating state of the air-conditioning structure in the two-story house shown in FIG. 7, (D) shows an example of the operating state during winter daytime rainy weather, and (E) shows an example of the operating state during winter daytime cloudy weather. FIG.
11 (E) shows an example of a cloudy daytime in the winter day when the electric heater using night electricity is installed in the third heat storage layer in the air-conditioning structure in the two-story house shown in FIG. FIG.
12 (F) is an example of an operating state during sunny daytime in winter in a configuration in which an electric heater using night electricity is installed for the third heat storage layer in the air-conditioning structure in the two-story house shown in FIG. The figure to show, (G) is a figure which shows an example of the operation state of the daytime in the summer of the air-conditioning structure in the two-story house shown in FIG.
13 shows an operating state of the air-conditioning structure in the two-story house shown in FIG. 7, (H) is a diagram showing an example of the operating state during summer night clear weather, and (I) is another operating state during summer night clear weather. FIG.
FIG. 14 shows the operating state of the air-conditioning structure in the two-story house shown in FIG. 7, (J) is a diagram showing another example of the operating state during summer daytime fine weather, and (K) is yet another during summer nighttime fine weather. It is a figure which shows the operating state of.
FIG. 15 shows a heat storage operation state of the air-conditioning structure in the two-story house shown in FIG. 8, (L) shows an example of the operation state at the time of winter night clear weather, and (M) shows another example of the winter daytime clear weather. It is a figure which shows an operation state.
16 is a diagram showing still another heat storage operation state during the sunny daytime in the winter of the air-conditioning structure in the two-story house shown in FIG. 8, which is the configuration shown as (N).
FIGS. 17A and 17B show still another heat storage operation state of the air-conditioning structure in the two-story house shown in FIG. 8, and FIG. 17L shows an example of the operation state during sunny daytime in winter. The figure which shows, (M) is a figure which shows the other operating state at the time of a fine daytime in winter.
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view centered on the first floor portion of a house having a solar heating structure of a conventional configuration.
[Explanation of symbols]
1 house
2 First heat storage layer
3 Second heat storage layer
4 3rd heat storage layer
5 Heat collecting surface
6 Insulation
7, 8 Heat transfer member
9 Liquid filled pipe
10 (For forced circulation) fan
11, 12 Heat exchange means
13 Electric heater (using midnight power)
D1-D25 damper
S1 to S7 (for heating medium air) passage
F1 ground floor
F2 second floor

Claims (3)

太陽光等の自然の熱エネルギーを蓄熱層に蓄熱しかつこの熱を適宜使用可能に構成した冷暖房構造であって、家屋等の構造物には空気などの伝熱媒体の通過する通路が蓄熱層に沿って配置され、かつ当該通路は伝熱媒体の通過の順路を変更可能なように形成され、蓄熱層は構造物の上下方向に対して複数段配置された構造物の冷暖房構造において、前記伝熱媒体の通過する通路は、当該複数段配置された蓄熱層の温度変化により、各蓄熱層の温度勾配に沿って、高温側の蓄熱層から順に、或いは低温側の蓄熱層から順に流れるように通路の設定が変更可能に構成されていることを特徴とする蓄熱層を用いた構造物の冷暖房構造。Natural thermal energy such as solar and heat-storage layer and a heating and cooling structures suitably operably configure this heat passage heat storage layer through the heat transfer medium, such as air to a structure such as a house And the passage is formed so that the route of passage of the heat transfer medium can be changed, and the heat storage layer is a plurality of stages in the vertical direction of the structure. passage through the heat transfer medium, the temperature change of the plurality of stages arranged heat storage layer, along the temperature gradient of the heat storage layer, in order from the hot side of the heat storage layer, or to flow from the cold side of the heat storage layer in this order An air conditioning structure of a structure using a heat storage layer, characterized in that the setting of the passage can be changed. 太陽光等の自然の熱エネルギーを蓄熱層に蓄熱しかつこの熱を適宜使用可能に構成した冷暖房構造であって、家屋等の構造物には空気などの伝熱媒体の通過する通路が蓄熱層に沿って配置され、かつ当該通路は伝熱媒体の通過の順路を変更可能なように形成され、蓄熱層は構造物の上下方向に対して複数段配置された構造物の冷暖房構造において、伝熱媒体の温度と各蓄熱層の温度とを比較し、暖房時に伝熱媒体の温度が蓄熱層よりも低い時は、この蓄熱層をバイパスして伝熱媒体が流動し、かつ冷房時には伝熱媒体の温度が蓄熱層よりも高い蓄熱層をバイパスして伝熱媒体の通路をそれぞれ設定することを特徴とする蓄熱層を用いた構造物の冷暖房構造。Natural thermal energy such as solar and heat-storage layer and a heating and cooling structures suitably operably configure this heat passage heat storage layer through the heat transfer medium, such as air to a structure such as a house In the cooling / heating structure of the structure, the passage is formed so that the passage of the heat transfer medium can be changed, and the heat storage layer is arranged in a plurality of stages in the vertical direction of the structure. Compare the temperature of the heat medium with the temperature of each heat storage layer.When the temperature of the heat transfer medium is lower than that of the heat storage layer during heating, the heat transfer medium flows by bypassing this heat storage layer, and heat transfer during cooling A cooling and heating structure for a structure using a heat storage layer, characterized in that the passage of the heat transfer medium is set by bypassing the heat storage layer whose temperature is higher than that of the heat storage layer. 伝熱媒体の通路には外部に開放する通路が形成されることにより外気の流入と室内空気の排出が行われるよう構成され、当該外気の流入或いは室内空気の流出部には通路内を流れる伝熱媒体と熱交換を行う部材が配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載の蓄熱層を用いた構造物の冷暖房構造。The passage of the heat transfer medium is formed with a passage that is open to the outside so that the outside air can flow in and the room air can be discharged, and the outside air inflow or the room air outflow can be transmitted through the passage. The member for performing heat exchange with the heat medium is disposed. The structure heating and cooling structure using the heat storage layer according to claim 1 or 2 .
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