(57)【要約】【課題】室内温度を好適に制御しつつ、冷房機器等の運転効率を高める。【解決手段】潜熱蓄熱材を有する天井部を備え、所定の設定範囲内の目標室内温度に室内温度を近付けるように室内を冷房する冷房機器が設けられた家屋において、潜熱蓄熱材を用いて家屋の室内温度を制御する。そして、潜熱蓄熱材の融点は、目標室内温度よりも高くなっている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜熱蓄熱材を有する天井部を備え、所定の設定範囲内の目標室内温度に室内温度を近付けるように室内を冷房する冷房機器が設けられた家屋において、上記潜熱蓄熱材を用いて上記家屋の室内温度を制御する方法であって、
上記潜熱蓄熱材の融点は、上記目標室内温度よりも高い
ことを特徴とする潜熱蓄熱材を用いた室内温度の制御方法。
【請求項２】
潜熱蓄熱材を有する床部を備え、所定の設定範囲内の目標室内温度に室内温度を近付けるように室内を暖房する暖房機器が設けられた家屋において、上記潜熱蓄熱材を用いて上記家屋の室内温度を制御する方法であって、
上記潜熱蓄熱材の融点は、上記目標室内温度よりも低い
ことを特徴とする潜熱蓄熱材を用いた室内温度の制御方法。
【請求項３】
請求項１に記載された潜熱蓄熱材を用いた室内温度の制御方法において、
上記目標室内温度は、２６℃以上且つ２８℃以下であり、
上記潜熱蓄熱材の融点は、２８℃よりも大きく且つ３０℃以下である
ことを特徴とする潜熱蓄熱材を用いた室内温度の制御方法。
【請求項４】
請求項２に記載された潜熱蓄熱材を用いた室内温度の制御方法において、
上記目標室内温度は、２０℃以上且つ２２℃以下であり、
上記潜熱蓄熱材の融点は、１８℃以上且つ２０℃未満である
ことを特徴とする潜熱蓄熱材を用いた室内温度の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜熱蓄熱材を用いた室内温度の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
家屋における室内温度は、主に暖房設備や冷房設備によって調整されているが、近年、上記暖房設備等の消費電力を低減することが強く要請されている。そこで、潜熱蓄熱材を家屋の天井や床に配設して室内温度の変化を緩和することが知られている。
【０００３】
ここで、「潜熱蓄熱材」は、ＰＣＭ(Phase Change Material)とも呼ばれ、物質が固相
と液相との間で相変化する際の潜熱を利用した蓄熱材である。すなわち、固相の潜熱蓄熱材の温度が上昇して当該潜熱蓄熱材の融点に達すると、潜熱蓄熱材は融解して融解熱を外部から吸収する。一方、液相の潜熱蓄熱材の温度が低下して当該潜熱蓄熱材の凝固点に達すると、潜熱蓄熱材は凝固して凝固熱を外部に放出する。なお、一般に、融点と凝固点とは互いに一致するので、以下では、「融点」の用語を用いて説明する。
【０００４】
通常、夏期における室内温度の制御に用いられる潜熱蓄熱材の融点は、冷房設備による目標室内温度よりも低い温度に設定されている。そして、夏期の夜間に室温が低下したときには、液相の潜熱蓄熱材が凝固熱を室内に放出しつつ固相となる。その後、夏期の昼間において、室温が上昇して固相の潜熱蓄熱材が液相に相変化している間には、潜熱蓄熱材が融解熱を室内から吸収するため、室内温度の上昇が抑えられる。
【０００５】
また、通常、冬期における室内温度の制御に用いられる潜熱蓄熱材の融点は、暖房設備による目標室内温度よりも高い温度に設定されている。そして、冬期の昼間に室温が上昇したときには、固相の潜熱蓄熱材が融解熱を室内から吸収しつつ液相となる。その後、冬期の夜間において、室温が低下して液相の潜熱蓄熱材が固相に相変化している間には、潜熱蓄熱材が凝固熱を室内に放出するため、室内温度の低下が抑えられる。
【０００６】
このように、潜熱蓄熱材を家屋に配設することによって、室内温度の変化が緩和されるため、冷暖房負荷を低下させることが可能になる。
【０００７】
ここで、特許文献１には、床に配設した潜熱蓄熱材の融点を、天井に配設した潜熱蓄熱材の融点よりも低いものとすることにより、１年を通じて室空間の温度変化を緩和して、冷暖房負荷を低減しようすることが開示されている。
【０００８】
また、一般に、比較的安価な夜間電力によって夜間に潜熱蓄熱材を積極的に蓄熱し、その蓄熱されたエネルギーを昼間に利用することも知られている。これらのように、潜熱蓄熱材を用いて室内温度を制御する場合には、その室内温度を制御する時間帯以外において何らかの方法により温熱又は冷熱を潜熱蓄熱材に蓄熱し、室内温度を制御する時間帯において潜熱蓄熱材に蓄熱された温熱又は冷熱を利用するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、上記従来のように、例えば夏期に用いる潜熱蓄熱材の融点が冷房による目標
室内温度よりも低い場合には、冷房運転当初において、室内の設定温度よりも低い温度で冷房運転を行わない限り、冷房運転による潜熱蓄熱材の固相への変化は起こらず、当該潜熱蓄熱材に冷熱を蓄熱することができないため、冷房負荷を低減することができない。
【００１１】
一方、上記従来のように、冬期に用いる潜熱蓄熱材の融点が暖房による目標室内温度よりも高い場合には、暖房運転当初において、
室内の設定温度よりも高い温度で暖房運転を行わない限り、暖房運転による潜熱蓄熱材の液相への変化は起こらず、当該潜熱蓄熱材に温熱を蓄熱することができないため、暖房負荷を低減することができない。
【００１２】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、潜熱蓄熱材を用いて室内温度を好適に制御しつつ、冷房機器又は暖房機器の運転効率を可及的に高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、潜熱蓄熱材を有する天井部を備え、所定の設定範囲内の目標室内温度に室内温度を近付けるように室内を冷房する冷房機器が設けられた家屋において、上記潜熱蓄熱材を用いて上記家屋の室内温度を制御する方法を対象としている。そして、上記潜熱蓄熱材の融点は、上記目標室内温度よりも高い。
【００１４】
この第１の発明では、潜熱蓄熱材の融点が冷房機器による目標室内温度よりも高いので、冷房運転当初において、その融点が比較的高い潜熱蓄熱材が固相に変化するために大きな冷房能力を要しない。しかも、潜熱蓄熱材の融点が冷房機器による目標室内温度よりも高いので、固相の潜熱蓄熱材から冷熱を室内に供給し、冷房負荷を低減することが可能になる。よって、潜熱蓄熱材を用いて室内温度を好適に制御しつつ、冷房機器の運転効率を高めることが可能になる。
【００１５】
第２の発明は、潜熱蓄熱材を有する床部を備え、所定の設定範囲内の目標室内温度に室内温度を近付けるように室内を暖房する暖房機器が設けられた家屋において、上記潜熱蓄熱材を用いて上記家屋の室内温度を制御する方法を対象としている。そして、上記潜熱蓄熱材の融点は、上記目標室内温度よりも低い。
【００１６】
この第２の発明では、潜熱蓄熱材の融点が暖房機器による目標室内温度よりも低いので、暖房運転当初において、その融点が比較的低い潜熱蓄熱材が液相に変化するために大きな暖房能力を要しない。しかも、潜熱蓄熱材の融点が暖房機器による目標室内温度よりも低いので、液相の潜熱蓄熱材から温熱を室内に供給し、暖房負荷を低減することが可能になる。よって、潜熱蓄熱材を用いて室内温度を好適に制御しつつ、暖房機器の運転効率を高めることが可能になる。
【００１７】
第３の発明は、上記第１の発明において、上記目標室内温度は、２６℃以上且つ２８℃以下であり、上記潜熱蓄熱材の融点は、２８℃よりも大きく且つ３０℃以下であることを特徴とする。
【００１８】
この第３の発明では、夏期に適した目標室内温度の下で、冷房機器の運転効率が好適に高められることとなる。
【００１９】
第４の発明は、上記第２の発明において、上記目標室内温度は、２０℃以上且つ２２℃以下であり、上記潜熱蓄熱材の融点は、１８℃以上且つ２０℃未満であることを特徴とする。
【００２０】
この第４の発明では、冬期に適した目標室内温度の下で、暖房機器の運転効率が好適に高められることとなる。
【発明の効果】
【００２１】
第１の発明によると、天井部が有する潜熱蓄熱材の融点を、冷房機器による目標室内温度よりも高くすることにより、冷房運転当初において潜熱蓄熱材が固相に変化するために大きな冷房能力が必要とならず、固相の潜熱蓄熱材から冷熱を室内に供給して冷房負荷を低減できるため、潜熱蓄熱材を用いて室内温度を好適に制御しつつ、冷房機器の運転効率を高めることができる。
【００２２】
第２の発明によると、床部が有する潜熱蓄熱材の融点を、暖房機器による目標室内温度よりも低くすることにより、暖房運転当初において潜熱蓄熱材が液相に変化するために大きな暖房能力が必要とならず、液相の潜熱蓄熱材から温熱を室内に供給して暖房負荷を低減できるため、潜熱蓄熱材を用いて室内温度を好適に制御しつつ、暖房機器の運転効率を高めることができる。
【００２３】
第３の発明によると、目標室内温度を２６℃以上且つ２８℃以下とし、潜熱蓄熱材の融点を２８℃よりも大きく且つ３０℃以下とすることにより、夏期に適した目標室内温度の下で、冷房機器の運転効率を好適に高めることができる。
【００２４】
第４の発明によると、目標室内温度を２０℃以上且つ２２℃以下とし、潜熱蓄熱材の融点を１８℃以上且つ２０℃未満とすることにより、冬期に適した目標室内温度の下で、暖房機器の運転効率を好適に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本実施形態における室内温度が制御される家屋を示す斜視図である。
【図２】図２は、天井部の構造を示す断面図である。
【図３】図３は、床部の構造を示す断面図である。
【図４】図４は、壁部の構造を示す断面図である。
【図５】図５は、夏期及び冬期におけるＰＣＭ融点と目標室内温度とを示す表である。
【図６】図６は、冷房運転時に蓄熱部が設けられた家屋と、設けられていない家屋とについて各々の室内温度の測定結果を示す図である。
【図７】図７は、冷房運転時に蓄熱部が設けられた家屋と、設けられていない家屋とについて各々の天井板の温度の測定結果を示す図である。
【図８】図８は、冷房運転時に蓄熱部が設けられた家屋と、設けられていない家屋とについて各々の冷房ＣＯＰの測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２７】
《発明の実施形態１》
図１〜図５は、本発明の実施形態１を示している。
【００２８】
図１は、本実施形態における室内温度が制御される家屋１０を示す斜視図である。図２は、天井部１２の構造を示す断面図である。図３は、床部１４の構造を示す断面図である。図４は、壁部１６の構造を示す断面図である。図５は、夏期及び冬期におけるＰＣＭ融点と目標室内温度とを示す表である。
【００２９】
家屋１０は、図１に示すように、天井部１２と、床部１４と、壁部１６とを備えており、これらで囲まれて室内空間Ａが構成されている。また、天井部１２の上部には屋根１７が設けられており、天井部１２と屋根１７との間には小屋裏空間Ｂが形成されている。さらに、室内空間Ａと地面との間には床下空間Ｃが形成されている。そして、家屋１０は、新省エネルギー基準（IV地域）に相当する断熱性能を有している。
【００３０】
また、家屋１０には、冷房運転及び暖房運転を行うように構成された空調装置５が壁部１６に設けられている。すなわち、空調装置５は冷房機器であり暖房機器でもある。空調装置５は、例えば、冷房能力が２．８ｋＷであって暖房能力が４．０ｋＷである。また、空調装置５のＣＯＰは、例えば、冷房が５．７７であって暖房が６．０２である。
【００３１】
天井部１２は、図２に示すように、室内空間Ａ側から順に、天井用建材１８、石膏ボード２０、蓄熱部２５及び住宅用グラスウール断熱材（ＧＷ１０Ｋ）２４を積層することによって形成されている。
【００３２】
天井用建材１８は、例えば、インシュレーションボード、ロックウールボード、又は火山性ガラス質複層板等の有機材料や無機材料からなる成型板によって構成されている。また、住宅用グラスウール断熱材２４の厚みは例えば１００ｍｍである。
【００３３】
蓄熱部２５は、例えばノルマルパラフィン及びエラストマーが混合された潜熱蓄熱材と、その潜熱蓄熱材を収容する容器であるアルミパックとを有している。そして、複数の蓄熱部２５が石膏ボード２０と住宅用グラスウール断熱材２４との間に敷き詰められている。
【００３４】
このとき、ノルマルパラフィンとしては、例えば冷房運転を想定し、室内温度設定を２６℃〜２８℃とする場合、２８℃〜３０℃程度の温度帯が融点である潜熱蓄熱材（例えばノルマルオクタデカン）が好適に用いられる。また、この場合、エラストマーとしては、熱可塑性エラストマー（例えばスチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー等）が好適に用いられる。そして、ノルマルパラフィン７０〜９０重量％と熱可塑性エラストマー１０〜３０重量％とを均一混合した潜熱蓄熱材が好適に使用される。
【００３５】
この場合、ノルマルパラフィンと熱可塑性エラストマーとは混合割合で融点が変わるものではなく、ノルマルパラフィンは潜熱蓄熱材として、熱可塑性エラストマーはノルマルパラフィンの流動性をなくし、弾性体を構成する目的で添加されている。
【００３６】
床部１４は、図３に示すように、室内空間Ａ側から順に、フローリング材２６、合板２８、蓄熱部２７及び住宅用グラスウール断熱材（ＧＷ１０Ｋ）３２が積層されることによって形成されている。住宅用グラスウール断熱材３２の厚みは例えば５０ｍｍである。
【００３７】
蓄熱部２７は、天井部１２に用いた蓄熱部２５と同様の構成を有し、例えばノルマルパラフィン及びエラストマーが混合された潜熱蓄熱材と、その潜熱蓄熱材を収容する容器であるアルミパックとを備えている。
【００３８】
このとき、ノルマルパラフィンとしては、例えば暖房運転を想定し、室内温度設定を１８℃〜２０℃とする場合、２０℃〜２２℃程度の温度帯が融点である潜熱蓄熱材（例えばノルマルヘプタデカン）が好適に用いられる。また、この場合、エラストマーとしては、熱可塑性エラストマー（例えばスチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー等）が好適に用いられる。そして、ノルマルパラフィン７０〜９０重量％と熱可塑性エラストマー１０〜３０重量％とを均一混合した潜熱蓄熱材が好適に使用される。
【００３９】
壁部１６は、図４に示すように、室内空間Ａ側から順に、壁用建材３４、石膏ボード３６、防湿シート３８、住宅用グラスウール断熱材４０、火山性ガラス複層板４２、透湿防水シート４４、通気層４６及び窯業系サイディング４８が積層されることによって形成されている。窯業系サイディング４８は、セメント質と繊維質を主な原料にして、板状に形成したものである。住宅用グラスウール断熱材４０の厚みは例えば１００ｍｍである。
【００４０】
また、床部１４は、例えば３．６４ｍ×４．５５ｍの略長方形であり、面積が１６．６ｍ２である。そして、天井高さが例えば２．４ｍである。また、室内の換気は、第１種換気によって０．５回／ｈで行われる。さらに、家屋１０の開口部における熱貫流率は、４．６５Ｗ／ｍ２Ｋである。なお、家屋１０の東側及び西側の外壁には、遮熱シートが設けられており、日射による熱を遮蔽するようになっている。
【００４１】
−室内温度の制御方法−
次に、上記家屋１０における室内温度の制御方法について説明する。
【００４２】
本実施形態における潜熱蓄熱材を用いた室内温度の制御方法は、空調装置５と潜熱蓄熱材を有する蓄熱部２５，２７とによって、家屋１０の室内温度を制御する方法である。
【００４３】
空調装置５は、インバータ制御を行う制御部（不図示）を有しており、所定の設定範囲内の目標室内温度に室内温度を近付けるように室内を冷房又は暖房するように構成されている。
【００４４】
空調装置５が夏期に冷房運転するときには、図５における表の上段に示すように、目標室内温度が２６℃以上且つ２８℃以下に設定される。これに対し、天井部１２の蓄熱部２５が有している潜熱蓄熱材の融点は、冷房運転時における目標室内温度よりも高くなっている。この蓄熱部２５における潜熱蓄熱材の融点は、例えば２８℃よりも大きく且つ３０℃以下になっている。
【００４５】
そして、空調装置５により冷房運転が開始されると、空調装置５はその運転当初に強運転状態となり、空調装置５の給気風量や室内温度が比較的大きく変動する。また、天井部１２の蓄熱部２５において液相となっている潜熱蓄熱材は、固相に変化していく。その後、潜熱蓄熱材が固相となった蓄熱部２５から冷熱が室内に供給されることにより、冷房負荷が低下する。その結果、強運転状態であった空調装置５は絞り運転状態となり、空調装置５による給気風量は大きい状態である一方、室内の温度変化は小さくなる。こうして、効率のよい冷房運転が行われることとなる。
【００４６】
一方、空調装置５が冬期に暖房運転するときには、図５における表の下段に示すように、目標室内温度が２０℃以上且つ２２℃以下に設定される。これに対し、床部１４の蓄熱部２７が有している潜熱蓄熱材の融点は、暖房運転時における目標室内温度よりも低くなっている。この蓄熱部２７における潜熱蓄熱材の融点は、例えば１８℃以上且つ２０℃未満になっている。
【００４７】
そして、空調装置５により暖房運転が開始されると、空調装置５はその運転当初に強運転状態となり、空調装置５の給気風量や室内温度が比較的大きく変動する。また、床部１４の蓄熱部２７において固相となっている潜熱蓄熱材は、液相に変化していく。その後、潜熱蓄熱材が液相となった蓄熱部２７から温熱が室内に供給されることにより、暖房負荷が低下する。その結果、強運転状態であった空調装置５は絞り運転状態となり、空調装置５による給気風量は大きい状態である一方、室内の温度変化は小さくなる。こうして、効率のよい暖房運転が行われることとなる。
【００４８】
−実施形態１の効果−
したがって、この実施形態１によると、天井部１２の蓄熱部２５における潜熱蓄熱材の融点が冷房運転時の目標室内温度よりも高いので、冷房運転当初において、液相の潜熱蓄熱材を比較的小さな冷房能力によって固相に変化させることができる。しかも、潜熱蓄熱材の融点が空調装置５の冷房運転時における目標室内温度よりも高いので、蓄熱部２５における固相の潜熱蓄熱材から冷熱を室内に供給し、冷房負荷を低減することができる。よって、潜熱蓄熱材を用いて室内温度を好適に制御しつつ、冷房運転する空調装置５の運転効率を高めることができる。
【００４９】
さらに、床部１４の蓄熱部２７における潜熱蓄熱材の融点が暖房運転時の目標室内温度よりも低いので、暖房運転当初において、固相の潜熱蓄熱材を比較的小さな暖房能力によって液相に変化させることができる。しかも、潜熱蓄熱材の融点が空調装置５の暖房運転時における目標室内温度よりも低いので、蓄熱部２７における液相の潜熱蓄熱材から温熱を室内に供給し、暖房負荷を低減することができる。よって、潜熱蓄熱材を用いて室内温度を好適に制御しつつ、暖房機器の運転効率を高めることができる。
【００５０】
《その他の実施形態》
上記実施形態１において、天井部１２及び床部１４だけでなく、壁部１６にも蓄熱部を設けるようにしてもよい。例えば、年平均気温が比較的低い地域に家屋１０が建てられているときには、壁部１６に設ける蓄熱部を床部１４の蓄熱部２７と同じ構成とすることが好ましい。そのことにより、効率良く暖房運転を行うことができる。
【００５１】
一方、年平均気温が比較的高い地域に家屋１０が建てられているときには、壁部１６に設ける蓄熱部を天井部１２の蓄熱部２５と同じ構成とすることが好ましい。
【００５２】
また、いずれにも属さない地域においては、天井部１２の蓄熱部２５と、床部１４の蓄熱部２７とを、均等又は所定の割合で壁下地や壁仕上げ材等として設けてもよい。
【００５３】
それらのことにより、効率良く冷房運転を行うことができる。
【実施例】
【００５４】
次に、具体的に実施した例について説明する。
【００５５】
上記実施形態１で説明した天井部１２、床部１４及び壁部１６を有し、その天井部１２に蓄熱部２５が設けられた家屋（この実施例では「西棟（PCM）」と称する）に対して、空調装置５で室内空間Ａを冷房したときの冷房ＣＯＰについて求めた。また、比較のために、天井部１２に蓄熱部２５が設けられていないが、その他の構造は同じである家屋（この実施例では「東棟（Blank）」と称する）に対しても、同様の冷房ＣＯＰについて求めた。
【００５６】
ＣＯＰ（Coefficient Of Performance）は、成績係数と呼ばれるもので、電力１ｋｗを使って得られる冷房効果を示す指標であり、このＣＯＰの値が大きいほど冷房運転時の消費電力が少なくなり、省エネ性能が優れることになる。
【００５７】
測定を行った季節は夏期を、また時間帯は０８：００〜１８：００をそれぞれ想定し、空調装置５による室内温度設定は２４℃とした。また、蓄熱部２５の潜熱蓄熱材として、融点２６〜２８℃のものを用いた。
【００５８】
以上の結果を図６〜図８に示す。この図６〜図８を含めた結果を考察すると、図６に示すように、室内温度は西棟（PCM）と東棟（Blank）とも同程度である。
【００５９】
また、蓄熱部２５が設けられている西棟（PCM）は、東棟（Blank）に比べて冷房負荷が大きくなっていた。これは、潜熱蓄熱材を凝固させるために負荷が大きくなっていると判断できる。また、消費電力量については、西棟（PCM）と東棟（Blank）との間に殆ど差異がなかった。そして、図８に示すＣＯＰを見れば、西棟（PCM）が東棟（Blank）に比べて全般的に高く、空調装置の運転効率が非常に良くなっている。
【００６０】
このことから、潜熱蓄熱材を施工することで、建物の冷房負荷（暖房負荷）が大きくなるものの、空調装置の運転効率が向上するために、消費電力としては同程度になっている。
【００６１】
また、冷房運転の終了時（１８：００）には、西棟（PCM）における潜熱蓄熱材は凝固状態にあり、図７に示すように、その潜熱蓄熱材が隣接配置されている天井板の温度は、１８：００以降も東棟（Blank）に比べ低温に保たれている。また、図６に示すように、西棟（PCM）の室内温度も１８：００以降は東棟（Blank）に比べ低温に保たれていることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上説明したように、本発明は、潜熱蓄熱材を用いた室内温度の制御方法について有用である。
【符号の説明】
【００６３】
５      空調装置（冷房機器、暖房機器）
１０      家屋
１２      天井部
１４      床部
２５，２７      蓄熱部（潜熱蓄熱材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2013083147.tif 000008
【図７】
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【図８】
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