41275

日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿） 2005年 9 月

太陽エネルギーを利用した水蓄放熱床暖房システムに関する研究
正会員
正会員

消費エネルギー
夜間移行率

居間1.2m温度

6629.6
3325
400

1000
03/1 0:00

2/28 0:00

各部温度変動状況とエアコン電力消費量( m o d e 1 )2003/2/17-2003/3/11

mode2

○

○

2003/2/1-2003/2/15

4

エアコン

9時

2500
2000
1500

030

4000

20
居間1.2m温度10
外気温

0

水蓄熱体温度

図4

1時

0
2/8 0:00

2/7 0:00

各部温度変動状況とエアコン電力消費量( m o d e 2 )
3500

9時

3000

11時

2500
2000

15時

1500

2500

1000

500

500

500

000

温度[℃]

上下温度分布( m o d e 1 )

019

21

23

25

温度[℃]

温度[℃]図55時

1500

500

19 20 21 22 23

21時
1時

2000

1000

19 20 21 22 23

2000
1000

1000

1000

3000

床下空気温度

日射量-102/6 0:00

21時
5時

集熱ファン

2

高さ[mm]

2500

15時

実験期間

○

3000

3000

1500

エアコン

−3500

11時

2000

太陽集熱

3500

3000

高さ[mm]

高さ[mm]

3500

2110

1200

mode1

温度[℃]

温度[℃]

0-102/27 0:003970

図 4 に、太陽熱集熱とエアコンを併用したモード 2における代表日の各部温度変動状況とエアコン電力消費量を示す。朝 1 0 時ごろに集熱を開始するとエアコン電力消費量は減り、1 2 時以降は太陽熱のみで十分な熱量が得られている。また、水蓄熱体温度は太陽熱により 2 ℃程度上昇している。室温は太陽熱集熱により最高 2 3 ℃程度で、エアコンのみのモード 1 に比べて良好な温熱環境になっている。また，図 5 に，6 日の居2000

床下空気温度日射量 外気温

水蓄放熱床

吹出口

図 1 実験住宅断面図
表 1 実験モード表

3000

10

外気取込

7280

4000

水蓄熱体温度

縦ダクト

床下ダクト

エアコン

20

図3断熱材
構造用合板

2030

図2金属板葺(太陽光発電)日射量[W/m2]

45○ 咸 哲俊 *須永 修通 * *ガラスカバー（20.25㎡）

ガラス
静止空気層
波形集熱鉄板集熱空気層

10

日射量[W/m2]

電力消費量[MJ/h]

1. はじめに既報 1 ） では、実験住宅の概要と冬季の実測結果から室内温熱環境形成状況や水蓄放熱床の蓄放熱性能について報告した。本報では、エアコンにより室温を制御した場合の室内温熱環境形成状況とエアコン電力消費量について検討した結果を報告する。
2 . 実験概要
実験は太陽熱集熱とエアコンの組み合わせで、表 1に示す 2 つのモードで行った。太陽熱集熱は集熱空気温度が 3 0 ℃以上の場合作動するように設定し、エアコンは室温が 2 0 ℃以下になる場合に作動するように設定した。温度やエアコン電力消費量は 1 0 分間隔で記録した。
3 . 実験結果
3 . 1 温熱環境の形成状況とエアコン電力消費量
図 2 に、エアコンのみのモード 1 における代表日の各部温度変動状況とエアコン電力消費量を示す。エアコ
ンは終日作動しており、居間室温は 2 0 ℃付近で変動している。水蓄熱体温度は室温より 2 ℃低い 1 8 ℃程度で推移し、変動幅が少なく蓄熱体としてあまり機能していない。図 3 に 2 7 日の居間の上下温度分布を示す。全体的に上下温度差が生じており、最大 2 ℃程度の差となっている。

電力消費量[MJ/h]

太陽熱
水蓄熱 床暖房省エネルギー 補助暖房量

ー高さ[mm]ー 6 . 省エネルギー性能に関する実験結果19212325温度[℃]

上下温度分布( m o d e 2 )Study on the Water Heat-Storage Floor for Indoor Climate Control System by Solar Energy
Part6 Study on the energy-saving performance
XIAN Zhejun , SUNAGA Nobuyuki

―579―

60

* 1 ( 財) ベターリビング 筑波建築試験センター・博( 工)* 2 首都大学東京 都市環境学部 建築都市コース 准教授・工博*1Center for Better Living,Tsukuba Buiding Test Laboratory, Dr.Eng.
*2Assco. Prof., Faculty of Urban Environmental Science, Tokyo Metropolitan Univ., Dr.Eng―580―

太陽熱暖房量の夜間移行率

単位[MJ/日]

電力消費量[MJ/日]

エアコン電力消費量[MJ/h]

日積算電力消費量[MJ/日]間の上下温度分布を示す。日中は太陽熱集熱により空
mode150
気温度が床表面温度より高くなるが、夜間においては40床表面温度が室温より高く、上下温度差も少ないなど30床暖房特有の温熱環境が形成されている。
図 6 に、モード 1 とモード 2 における日平均外気温
20mode2と日積算エアコン電力消費量の関係を示す。両モード
10とも日平均外気温が高くなればなるほど電力消費量が0051015少なくなるが、晴れた日で外気温が高くなるにつれ両日平均外気温[℃]者の電力消費量の差が大きくなる。本実験住宅におい図6
日平均外気温と日積算電力消費量による比較検討ては日平均外気温が 1 0 ℃になると日積算電力消費量が4ほぼゼロになる結果となった。
y = 0.0047x2 - 0.20x + 2.55
R2 = 0.90
33 . 2 暖房用電力消費量の削減効果
図 7 に、エアコンのみモードにおける 1 時間ごとの2
平均外気温と積算電力消費量の関係を示す。外気温が高くなるにつれ両者のばらつきが大きくなるが、決定1係数は 0 . 9 0 と高く、誤差はあるものの得られた相関0式から、室温を 2 0 ℃に設定した場合の実験住宅におけ-505101520るエアコン電力消費量を概算することが可能であると1時間ごとの平均外気温[℃]
図 7 m o d e 1 における外気温とエアコン電力消費量の関係思われる。
そこで、図 7 の関係式を用いてモード 2 の外気温で60エアコン電力消費量
ファン電力消費量概算した電力消費量と実験結果を用いてエアコン電力50削減された電力消費量
17.5%消費量の削減率を計算したのが図 8 である。削減率は
4046.0%
日射と水蓄放熱床の蓄熱効果の影響などからばらつき
57.0%
3068.6%が生じるが最大で 9 3 . 0 % 、最低でも 1 7 . 5 % であり、実73.9%
75.9%
60.8%
2074.2%験期間中の平均削減率は 6 2 . 3 % と高く、本システムに85.9% 93.0%10よるエネルギー削減効果が明らかになった。また、連0続して曇った日で太陽熱集熱が行われなかった 1 1 日
2/5 2/6 2/7 2/8 2/9 2/10 2/11 2/12 2/13 2/14と 1 2 日にも電力消費量が削減される結果となり、本図8概算によるエアコン電力消費量の削減効果システムによって太陽熱は当日だけではなく、後日に250
100%
日積算太陽熱暖房量
日積算放熱量も持ち越されて有効に作用することが分かった。
太陽熱暖房量の夜間移行率
20080%
3 . 3 水蓄放熱床による太陽熱の夜間移行率15060%
図 9 に、水蓄放熱床による太陽熱暖房量の夜間移行率を示す。夜間移行率は日中の太陽熱暖房量の中で水10040%
蓄放熱床により夜間に移行された熱量の割合である。
5020%
本実験住宅では、晴れた日において太陽熱暖房量の約00%
1 7 % が水蓄放熱床によって夜間に移行されて作用する
2/4 2/5 2/6 2/7 2/8 2/9 2/10 2/11 2/12 2/13 2/14
結果となった。なお、4 日と 8 日と 1 0 日は夜間の積算
図9
水蓄放熱床による太陽熱暖房量の夜間移行率
放熱量が日中の積算蓄熱量より大きい日であり、夜間移行率を正確に反映してない。
形成される。②本システムにより暖房エネルギー消費
4 . おわりに量が本実験では平均 6 2 . 3 % 削減され、大幅な省エネル
本報では、エアコンにより室温を制御した場合の室ギー効果がある。③水蓄放熱床による太陽熱暖房量の内温熱環境形成状況とエアコン電力消費量について夜間移行率は、本実験では 1 7 % 程度となった。
【謝辞】
検討を行った。以下に主な知見を示す。
本研究は、首都大学東京 2 1 世紀 C O E プログラム「巨大都市建築①エアコンのみのモードに比べて、 太陽熱集熱を併用
ス ト ッ ク の 賦 活・更 新 技 術 育 成 」の 一 環 と し て 行 わ れ た も の でしたモードではより良好な温熱環境が形成される。日ある。
中には太陽熱集熱により室温が 5 ℃程度上昇し、夜間 【 参 考 文 献 】1 ) 咸 哲俊、須永 修通、堀 祐治：水蓄放熱床をもつ太陽熱は水蓄放熱床の蓄熱効果から床表面温度が室温より高床暖房システムに関する実験研究 日本建築学会環境系論文集
く、上下温度差も少ないなど床暖房特有の温熱環境がNO.572 P.39 2003 年 10 月