(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファサード（１）および制御装置を含み、当該ファサード（１）は、４枚の平行な透明または半透明の、プレート（２，３，４，３４）を有しており、これらのプレートは、中央に位置する第１の中間空間（５）と、建物の外部に面した第２の中間空間（６）と、建物の外部に面した第３の中間空間（３５）とを形成しており、当該第１の中間空間（５）には、気体が満たされているとともに、第２および第３の中間空間（６，３５）には、少なくとも一つの液体の循環路（９，１６）および少なくとも一つの循環ポンプ（８，１０）が接合されていて、光吸収用の液体（７）を選択的に第２および第３の中間空間（６，３５）の少なくとも一つを通過させる構成の建物内の透明断熱用装置であって、
前記制御装置により、外温が高い場合や、太陽光が照射された場合には、前記液体（７）を第２の中間空間（６）を通過させるとともに、
外温が低い場合には、前記液体（７）を第３の中間空間（３５）を通過させること、
を特徴とする透明断熱用装置。
【請求項２】
前記第１の中間空間（５）が、長手方向で水平に伸びる複数のウェブ（１５）により区分され、ウェブの幅（Ｂ）が、隣接するウェブ（１５）の間の間隔（Ａ）よりも少なくとも４倍大きいことを特徴とする請求項１に記載の透明断熱用装置。
【請求項３】
前記第２の中間空間（６）は、前記第３の中間空間（３５）よりも狭いことを特徴とする請求項１または２に記載の透明断熱用装置。
【請求項４】
前記第３の中間空間（３５）に接続された循環路（９）が、建物加熱装置（２１）を介して、ガイドされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の透明断熱用装置。
【請求項５】
前記第２の中間空間（６）に接続された循環路（９）が、温水タンク（１１）に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の透明断熱用装置。
【請求項６】
異なる色に着色された液体用の複数のタンク（１７）が、循環路（９，１６）上に設けてあり、当該タンク（１７）が、バルブを介して、循環路（９，１６）に対して選択的に接続してあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の透明断熱用装置。
【請求項７】
着色された液体の分離装置が循環路（９，１６）上に設けてあり、当該分離装置により、第２の中間空間（６）および第３の中間空間（３５）に切替えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の透明断熱用装置。
【請求項８】
二つの最外プレート（２，３４）の間に適合させて設けられているプレートに対して、引っ張り連結部（１３，１６，３６）を設けて、二つの最外プレート（２，３４）を連結していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の透明断熱用装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、請求項１の前文に定められているように、建物内の透明断熱用装置に関する。
この種の断熱用装置は、特許公報ＥＰ−Ｂ−７５  ４６４に開示されており公知である。かかる断熱用装置は、中間の空間を通って液体が流れるための透明のウェブプレートを含んでいる。そして、この流れる液体により、赤外光を吸収することができるように構成してある。したがって、入射してくる太陽光によって温められた液体により建物を暖房したり、あるいは、夏には日陰を提供することができる。また、かかる断熱用装置の１つの実施の形態においては、１枚のガラスが、ウェブプレートの外側に取り付けられている。
また、別の透明な断熱ウェブプレートは、国際特許出願ＷＯ  ９５／２２８８６号に開示されている。
また、特許公報ＥＰ−Ａ−３４６  ３２０には、別の透明タイプの断熱用装置が開示されている。かかる断熱用装置は、４つの平行であって、透明なプレートからなる配列体を含んでいる。
そして、冬の季節における操作では、建物の外側に設けられた中間空間を通して液体が流される。したがって、液体は、大気温度よりも低い温度で供給されることになる。この場合、大気により、外部のプレートを介して、液体を若干加熱することになる。ヒートポンプが、加熱されて、循環されている液体の循環路に設けてあり、出口温度まで、その液体を再び冷却している。このヒートポンプは、得られる熱エネルギーを、より高いレベルに引き上げるために用いられている。
一方、夏の季節における操作では、最も内側に設けられた中間空間が、液体温度を、建物の内部温度よりも低い温度にすることに役だっている。したがって、液体は、冷却側に設けられた中間空間を常に循環されることになる。この液体への熱交換は、伝熱および対流によって、効率的に行われる。しかしながら、この断熱は、ヒートポンプのための比較的高い熱エネルギーを規定することになる。
ＵＳＰ４，３８０，９９４号公報には、さらに３つのプレートを含む断熱装置が開示されている。夏の季節には、外側の中間空間に、液体が充填されているものの、液体は静的であって、循環されていない。それに対して、冬の季節には、内側の中間空間に、液体が充填されることになる。
本発明は、このような状況下、建物内部でのエネルギー消費がさらにうまく制御できるとともに、入射された太陽光のエネルギーをより活用できるように、上述した外部建物断熱用の装置を修正して提供することを目的としている。なお、この目的は、請求項に概略されている特徴を組み合わせることにより達成される。
本発明の実施の形態は、図面に関して以下のように説明される。
図１および図２          第１の実施の形態、
図３〜９                別の７つの実施の形態
図１は、透明断熱用装置におけるファサード（建物の前面部材）１を通した概略断面を示している。このファサード１は、例えばガラス（三重ガラス）からなる３枚の平行した透明プレート２，３，４を順次に含んでいる。また、プレート４は、建物の内部に面している。そして、プレート３と、プレート４との間に設けられた中間空間５は、空気、または別のさらに断熱性に優れた気体で満たされ、断熱効果を発揮している。
一方、外側のプレート２と中央のプレート３との間に設けられた中央空間６には、染色あるいは着色されている液体７が満たされている。したがって、このように液体を染色または着色することにより、光が妨げられずに液体７を通過できるように構成してある一方、赤外光を最大限まで吸収することができるように構成してある。しかしながら、液体について、さらに濃く着色を施したり、可視光の一部を吸収させたりして、建物内部における遮光を達成することも可能である。
また、中間空間６内の液体７は、ポンプ８、および２つの対向した面を有する中間空間６に接続されたリング状の循環路９によって循環することができるように構成してある。また、例えば、温水タンク１１の熱交換器１０を通して加熱された液体７を循環することもできる。この温水タンク１１には、例えば、補助電気ヒータ１２を設けることも好ましい。その他には、例えば、床暖房システムを循環路９に設けて、液体を加熱することも好ましい。なお、液体７が有する熱を、ヒートポンプによりさらに高い温度レベルまで上げることもできる。
このような液体７は、着色剤または染色剤における種類や濃度の変更により、多様な濃さの度合いに変更することができる。これにより、液体７の光吸収特性の変更が可能になる。したがって、液体の背面に位置した建物内部は、液体の非常に良好な透明性にも関わらず、可変的に遮光することができる。また、熱という形を取って吸収されたエネルギーは、透明な断熱層のために、制御されずに建物内部に進入することはできない。しかしながら、必要な場合には、この熱エネルギーを利用することもできる。
一方、熱エネルギーを利用する必要がない場合には、ポンプ８は停止されることになる。その場合、液体は、光（可視光）の吸収、あるいは赤外線の吸収だけに役立つことになる。
また、透明断熱用装置におけるファサードの高さが増すにつれて、水圧も高まることになる。このような水圧に関し、ウェブプレートにおいては、ウェブがファサードに必要な安定性を加えるため、特に問題とはならない。しかしながら、この点に関して、窓ガラスを断熱するために、所定のガラス強度が重要である。つまり、必要な安定性を加えるためには、強化ガラス、特に化学的に強化してあるガラスが有利である。例えば、この場合、１ｍｘ１ｍの寸法のガラス窓であれば、別途設けられた追加の静的な耐圧手段がなくても、水圧を閉じ込めるには、６ｍｍのガラス厚で十分であることを意味する。
一方、床から天井まで設けられた窓においては、必要なガラスの厚みは、静的な耐圧手段が無い場合には、耐圧の関係で大きくなりすぎると考えられる。そこで、プレートからプレートの間に静的な引っ張り連結部１３を設けることにより問題を回避することができる。これらの引っ張り連結部１３は、直線状であっても、あるいは点様式（ポイント式）であっても良い。これらの連結部１３のさらに多くは、中央部分よりも、むしろ水柱（水カラム）の高さが最高になる窓の下部で必要とされる。したがって、上部、すなわち、目の高さにおいては、連結部１３は完全に省略することができるため、視界を向上させることになる。図２は、窓枠１４を有している窓から天井までの窓における、これらの引っ張り連結部１３の考えられる配置を示している。この例では、引っ張り連結部１３は、例えば、ガラスから構成されており、プレート２，３に接着することができるように構成してある。
以下、透明断熱用装置のファサードにおける第２〜第８の実施の形態について説明する。ただし、各実施の形態においては、類似するパーツには同じ参照文字がつけられているため、これらのパーツについての詳細な説明は適宜省略するものとする。
図３は、第２の実施の形態を示している。透明断熱用装置におけるファサード１は、ここでは、合成樹脂から押し出し成形することができるウェブプレートとして構成されている。また、中間空間５は、かなり幅広く、長手方向に水平に伸びている複数のウェブ１５により区分されている。そして、このウェブ１５の幅Ｂを、隣接するウェブ１５の間の間隔Ａよりかなり大きくすることが好ましく、例えば、少なくとも４倍の大きさにすることが好ましい。
また、異なる機能を付与するため、プレート間のウェブ１５，１６は、さまざまな形態に作られるとともに、配置することができる。例えば、建物の外部におけるプレート中間空間６は、ウェブ１６を狭く、厚くするとともに、互いから遠くに離し、間隔を空けて配置することが好ましい。このように構成することにより、ウェブプレートの必要な安定性が達成されるため、液体７は中空空間６を通って良好に流れることができる。
また、建物の内部におけるプレート中間空間５は、ウェブ１５を幅広く、薄くするとともに、互いに接近させた状態で、間隔を空けて配置することが好ましい。このように構成することにより、ウェブプレートの必要な断熱効果が達成され、それにより国際特許出願ＷＯ９５／２２８８６号にて説明されているように、中空空間における対流の発生を抑制することができる。
このように構成した層構造を有するファサードは、遮光目的には理想的である。そして、ファサードの用途として、オフィスビルおよび低エネルギービルなどの広い表面の透明なファサードが挙げられる。また、暖房設備を有しない建物を達成するために、遮光に加えてエネルギー消費が強化されなければならない場合、ファサードを設計により拡大しなければならないが、これを行うには複数のオプションがある。
図４は、透明断熱用装置におけるファサードのオプションの１つを図示している。２つの中間空間５，６は、それぞれリング状の循環路９，１６に接続されている。小さいタンク１７により、液体７を貯留している。このタンク１７内の液体の水位は、図４の場合とは異なり、ファサード１の下端よりも下方に設けてある。
リング状の循環路９，１６の中に配置されているのは、循環路９，１６の１つを通る液体７の循環、または中間空間５，６の上端の通気を選択的に可能にする三方弁１８，１９である。遮光または赤外光の透過量を低下することが必要とされているため、外側の中間空間６は、着色された液体７で満たされ、内側の中間空間５は空気で満たされている。また、ポンプ８が運転されるとともに、弁１８、１９は図示されている位置にある。したがって、建物の暖房が必要とされる場合、液体は、外側層から内側層に流れ込むことができる。この目的のため、弁１８，１９は逆に操作され、その結果、液体７は、中間空間６を流出することができる。そして、ポンプ８が停止される一方、ポンプ２０が稼動される。その結果、中空空間５において光が吸収されるとともに、内部のプレート４は液体７の温度まで加熱され、それによって建物内部を直接的に暖房することができる。さらに加えて、例えば、床暖房システム２１には、リング状の循環路１６により供給することできる。
図５は、更に関連する透明断熱用装置におけるファサードのオプションを示している。この例では、透明な、または半透明なファサード１が、水平軸または垂直軸２５の回りで１８０°旋回できる複数のセグメント２４に区分されていることを特徴としている。また、必要に応じて、光吸収性の液体で満たされている層を、建物を遮光するための外部の層、あるいは建物を暖房するための内部の層とすることができる。
図６は、更なる透明断熱用装置におけるファサードのオプションを示している。つまり、中間空間６および追加のプレート２９を備えた追加の透明な断熱層が、建物外部上で液体７で満たされている中間空間６の前に取り付けられている。したがって、２つの透明な断熱層が、液体７で満たされている中間層６とともに形成されている。これにより、外部へのエネルギー伝達損失が削減されるため、液体７によるエネルギー吸収性を増加することができる。
ただし、暖房が必要でない季節の間には、液体のエネルギーの伝達は、内部に対するより、外部に対してはるかに大きくすることが好ましい。すなわち、建物外部での断熱層２８，２９は、可変であるｋ値を有していなければならないか、あるいはこの値は、建物内部での断熱層５の値よりはるかに大きくなくてはならないかのどちらかである。
また、断熱ガラスの設計の場合には、これは、三重ガラスが四重ガラスに拡大されるという意味である。すなわち、３つのプレート中間空間５，６，２８が形成されており、このうち、中央空間６は、循環している液体７で満たされている。そして、建物内部でのプレート中間空間５のｋ値を建物外部のｋ値よりはるかに大きくするために、内側空間５は、キセノンなどの不活性ガスで満たすとともに、外側空間だけを空気で満たすことが好ましい。
また、外側プレートにより形成された中間空間２８のｋ値は、例えば、換気フラップ３０によって変更することができ、それにより外側プレートによる中間空間２８における空気と、外部空気との調節された循環を可能にする。
そして、液体７を加熱しなければならない場合、換気フラップ３０は閉じられた状態のままである。したがって、空気の循環が妨げられるため、外側プレートにより形成された中間空間２８内における断熱値のｋ値が大きくなる。すなわち、ｋ値が大きくなるため、液体７での光の吸収を通してエネルギー吸収効率を高めると同時に、プレート設計全体のｋ値を大きく改善することができる。
一方、液体７を冷却しなければならない場合、換気フラップ３０は開放されることになる。したがって、外側プレートにより形成された中間空間２８を通って循環している外部空気は、中間空間６の中で静止した液体７を継続的に冷却することができる。そのため、ポンプ８は停止されることが好ましい。
また、ウェブプレートの設計の場合（図７）、これは、三重のウェブプレートを四重のウェブプレートに拡大することを意味する。３つのプレート中間空間５、６、２８が形成されており、幅が広く薄いウェブ１５を有している内側プレート中間空間５は、断熱するために機能している。そして、中央プレート中間空間６は、循環している着色または染色されている液体７で満たされており、光つまり赤外光の吸収に役立っている。また、外側の中間空間２８は、液体を外部に対して断熱するのに役立っている。
なお、中間空間２８内のウェブ３１は、断熱という点では最適化されておらず、その結果、内側中間空間５のｋ値は、外側空間２８のｋ値よりはるかに優れている。すなわち、外側プレート中間空間２８内の換気フラップ３０は、この空間での空気の循環、したがって可変ｋ値を与えることを可能にする。
透明断熱用装置におけるファサードの追加オプションは、図８および図９にそれぞれ示されている。建物内部においては、第４のプレート３４および中間空間３５を有していて、第２の液体で満たされている層が、透明な断熱層５の前に取り付けられている。そして、１つの挟まれている透明な断熱層を有している２つの液体で満たされている層が形成される。外側の液体で満たされている層６は、おもに、熱エネルギーの吸収だけではなく、光吸収による層構造全体の遮光に役立っている。この層の後ろに設けられた断熱層は、液体中の吸収されたエネルギーが制御されずに建物内部に進入しないことを保証している。そして、透明な断熱層は、内側層の前に取り付けられるため、効率を非常に高くすることができる。熱エネルギーは、さらに、内側層の液体７が循環することにより任意の希望されている場所に伝えられる。そして、液体の着色または染色性により、熱エネルギーの吸収度合いを決定することになる。
また、層構造が遮光されているという事実にも関わらず、熱エネルギーに対する必要性が存在する場合、外側層の液体の循環により、希望されている場所で熱エネルギーを供給するという必要性を満たすことができる。
また、光が、内側の液体で満たされている層３５内で吸収される場合には、層が着色または染色されているとともに、外側の液体で満たされている層については着色されておらず、澄んでいることが好ましい。
一方、光が外側層で吸収される場合、ファサードにおける着色または染色はまさに逆転した構成となる。２つの液体で満たされている層の着色の正確な調整により、熱エネルギーの吸収と正確に制御されなければならない遮光との間で望まれている機能が可能になる。
言うまでもなく、透明断熱用装置におけるファサードに関するシステムは、必要に応じて、建物にエネルギーを供給するために使用することができる。したがって、この場合、追加の暖房システムは、省略することができる。瞬間的な入射太陽エネルギーおよび気象観測データが、ファサードのシステム制御に必要なパラメータを与えることになる。また、さまざまに着色されている液体を保持している複数の小型タンク１７を設けることができ、このようなタンクが弁を介して循環路９、１６に選択的に接続されているか、あるいは別個の着色装置を循環路９，１６の中に設けることができる。
その他の透明断熱用装置におけるファサードの態様として、液体７は、図３に示す実施の形態のように、外側の中間空間６から、あるいは内側の中間空間３５から空にすることができる。
前述されたように、内側の中間空間３５は、熱エネルギーを得るのに役立つことができる。したがって、循環速度は比較的速くすることが好ましい。また、空間中の温度は、約２０℃の低温レベルにあることが好ましい。一方、外側の中間空間６は遮光に役立つことができる。したがって、液体７は、比較的低速で循環するか、あるいはまったく循環しないことが好ましい。
また、断熱層５は、中間空間６を建物内部から分離することになる。約６０℃の高温が、平均外気温にあるこの空間を、優占することができる。これらの温度は、理想的には、季節の移り変わり、および夏の主要な熱エネルギーの要件である高温の業務用水として活用することができる。また、これらの期間中には、遮光に対する大きな必要性もあり、それも満足することができる。
また、これらの異なる温度レベルをよりうまく達成するためには、外側の中間空間６が、内側の中間空間より薄いことが有利である。より少ない質量を加熱する必要があるためである。したがって、それはさらに速く加熱することにも応答することになる。
同時に、かかる構成において、理想的な遮音を達成することも可能である。すなわち、液体を使用することにより、内側層および外側層のさまざまな厚みのために音波を十分に伝えない質量が存在するためである。
また、このシステム設計においては、ファサード内の追加タンクの質量は、省略することができる。つまり、ファサードのシステム設計は、追加すべき内部の保管壁がなくても完全なためである。したがって、有効領域をはるかに広くすることができる。このシステム設計は、軽量構造物、トラス構造物で、およびレンガや木材などの、不充分な保管容量を有している頑丈な石造建築を改造するために使用することもできる。
断熱ガラスの設計の場合（図８）、これは、四重ガラスでは、外側プレートにより形成された中間空間６および内側プレートにより形成された中間空間３５が液体７で満たされており、中央プレートにより形成された中間空間は、優れた断熱特性を持っている不活性ガスで満たされていることを意味する。
ウェブプレートの設計の場合（図９）、これは、狭く厚く、幅広く間隔を空けて置かれたウェブ１６、３６が、内側プレートにより形成された中間空間６および外側プレートにより形成された中間空間３５の中に置かれ、そのため液体がそれらの間をよく循環することができ、ウェブプレートが必要な安定性を達成することができるという意味である。したがって、狭い間隔を有している幅広くて、薄いウェブ１５は、中央プレートを中間空間５の中に配置することにより、必要な断熱を保証することができる。
また、さらに別な利点は、光吸収をするために循環される液体が、比較的低い温度であるということである。したがって、おもに合成樹脂であるウェブプレート材は、非常に高い温度が発生する薄い中実の吸収材において、加えられる圧力が少なくなる。
【図１】
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【図３】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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