自然エネルギーを利用した快適温熱環境住宅

• 担当機関: （独）森林総合研究所
• 研究担当者: 森川 岳; 塙 藤徳
• 発行年度: 2008
• 要約: 簡易な構造で低価格に製造できる自然エネルギー利用の熱・空気循環構法を開発し、建物内の各所で長期間にわたって温度を測定することでその効果を証明しました。
• 背景・ねらい: 地球温暖化の要因となる二酸化炭素の排出や電力消費を抑えた冷暖房として、太陽熱や地熱などの自然エネルギーを利用した冷暖房システムが注目を集めています。しかし、これまでに開発されてきた自然エネルギー利用の冷暖房システムは構造が複雑で高価なため、日本での一般住宅への普及は十分に進んでいません。; そこで、簡易な構造で低価格での設置が可能な空気循環式の太陽熱利用冷暖房システム（以下ソーラーシステム）を開発し、その性能について検証しました。

成果の内容・特徴

ソーラーシステムの概要

このソーラーシステムは、(1)軒先と棟に設けられた通気口をつなぐ屋根下通気層、(2)日射によって屋根下通気層で暖められた空気の屋内への取り込みと排出を切り替える通気路切替装置、(3)屋根下通気層と床下をつなぐ縦ダクト、(4)縦ダクト内の空気の流れを上下方向に作ることができる送風機等を備えた構造となっています（図1）。例えば冬の昼の場合、通気路切替装置で通気路を遮断して日射により屋根下通気層でつくられた暖気が棟通気口から逃げるのを防ぎます。縦ダクトの送風機を下方向に運転することにより、暖気を床下に通して基礎のコンクリートを暖めながら通気口から居室空間に取り込みます。冬の夜は、昼に熱を蓄えたコンクリートで暖められた床下の空気を室内に取り込みます。状況に応じてさまざまな通気経路をつくれること、ならびに太陽熱の給湯利用などの装置を省いている分簡易な構造となっていることが本ソーラーシステムの特徴です。

ソーラーシステムの効果

図2にソーラーシステムを運転した2007年2月7日の温度変化を示します。最も寒い季節にも関らず、屋根下通気層の最高温度は14時の42℃まで達しました。縦ダクト内の送風機を下方向に運転した結果、縦ダクト下の温度は屋根下通気層からの暖気によって大きく上昇し、14時に26℃に達しました。室内ではやや遅れて16時に22℃まで上昇しました。これは、暖気の循環を15時30分まで続けたため、14時を過ぎても上昇し続けたことを示しています。この日の外気の最低温度は午前7時に-4℃であったのに対し、室内の最低温度は同時刻の16℃でした。これらの室内の温度は、人が快適に生活するのに必要な条件を満たしています。
図3に2月上旬と2月下旬の3日間における温度変化を示します。2月下旬はソーラーシステムの運転を停止しました。しかし、太陽が低く日射量が少なかった2月上旬の方が太陽が高く日射量が多かった2月下旬よりも室内の温度が平均して2℃程高いことが分かります。すなわち、このソーラーシステムは建物内全体を少なくとも2℃上昇させる効果があると言えます。
以上の結果を元に計算すると、10月下旬から2月上旬までの運転期間に1327wkhのエネルギーがソーラーシステムから供給されたことが分かりました。これは1世帯当たりの平均的な電力使用量の約4ヶ月分に相当することから、このソーラーシステムは十分な省エネルギー効果があると言えます。冬だけでなく夏の間も熱気の排出や地中から得た冷気の利用を工夫すれば、1年を通じての効果も期待できます。従来の自然エネルギー利用のシステムで太陽熱を給湯にも利用しているものは本研究で用いた建物の場合約200万円の導入費用が必要であるのに対し、本ソーラーシステムは冷暖房に特化しているものの導入費用は約30万円と見積もられます。本研究の結果から、十分な性能を持つ自然エネルギー利用システムの低価格化が実現できることが示されました。
なお、本研究で開発したソーラーシステムは特許出願中です。

詳しくは、塙藤徳、森川岳 (2007) 太陽／風力エネルギー講演論文集 : 421-424 をご覧下さい。

• カテゴリ: 省エネ・低コスト化