太陽熱利用で地球温暖化阻止!

【蓄熱暖房】ソーラーヒーターを使ったローコストな暖房を考えてみた

2019/12/04
 
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nonofho
元地方公務員。農業土木技術者。農業基盤整備の設計・施工に係わること42年、そのノウハウを生かして自然エネルギーの有効利用を考えています。栃木県在住。

 

とちぎエネットです。

 

12月に入りだいぶ寒くなりました。

こうなると心配なのが暖房費ですが、快適を求めれば際限なくお金がかかります。

 

代表的なのが床暖房、蓄熱暖房などはですが、設備費もかなりの高額でまさにお金持ちの暖房方式と言えるでしょう。

私も貧乏なくせに太陽熱暖房をやりましたが、当然ながら設備にかなりお金がかかってしまい退職金が少なくなってしまいました。(苦笑)

 

ま、その後はそれを仕事にして技術的なノウハウを得ているので損はないのですが、使っていて感じることはメンテナンスを含めたランニングコストの重要性です。

 

一般的な床暖房や蓄熱暖房は、設備に多額の費用がかかるだけでなくランニングコストも大きいものです。

一方、太陽熱暖房も設備には200万円以上の費用がかかりましたが、ランニングコストは最小です。

 

しかし、いずれもメンテナンスに関しては未知数ではないでしょうか。

動かす機器が何年持つのか、壊れたら交換が可能か、その費用はどれくらいなのか。

 

少なくとも15~20年くらいは使えるものと思いますが、耐用年数が来た時には再びかなりの出費を強いられることになります。

 

そんなわけで、ローコストで且つメンテナンスフリー、交換も自分でできる蓄熱暖房を考えて見ました。

新築やリフォームの時に考えてみてください。

 

(目次)

1.ソーラーエアーヒーターで蓄熱暖房

2.動くものは電動ファンだけ

3.PCM(相変化材料)とは

4.まとめ

 

1.ソーラーエアーヒーターで蓄熱暖房

 

私が提案したいのは、ソーラーエアーヒーター(太陽熱温風器)で蓄熱暖房することです。

ざっくり説明すると、床下に敷き詰めた砕石に温風を送ることで熱を蓄え、そこから発生する輻射熱により家を暖めるものです。

 

一般的にソーラーエアーヒーターを暖房で使う場合には、下図のようなイメージとなるのですが、エアコン暖房と同じように、空気が循環するので嫌がる人が多いのです。

 

 

そのため輻射熱を利用した床暖房や蓄熱暖房が人気があるわけですが、問題なのはランニングコスト、半端ではないお金がかかります。

私は真空管式太陽熱温水器を使って暖房をしていますが、燃料代は大幅に削減できるものの設備には多大な費用がかかりました。

また、夏は使わないので熱を逃がす操作も欠かせません。

 

暖かく快適で、且つランニングコストが安い暖房はないものか。

たぶん、これまでの技術でやろうとするなら難しいと思いますが、ソーラーエアーヒーターなら簡単にできそうです。

 

下の図をご覧ください。

 

 

ソーラーエアーヒーターで採熱、電動ファンを使って循環、熱を床下の砕石に蓄熱する構想です。

そして、砕石から発生する輻射熱がコンクリート版を通過し、家を暖めます。

 

採熱はPCMを使ったソーラーエアーヒーター、これに送風するための電動ファンが基本的な構成となります。

これらは、いずれも故障や経年変化で問題が生じれば交換するだけ、簡単なのでそれも業者に頼む必要はありません。

 

 

着想としては、一般的な温水による床暖房と変わりははありませんが、空気で行うことが大きな違いになります。

私がやっている太陽熱温水暖房(エクセルギー暖房)は、このような仕組みです。

 

 

採熱器と床下の貯湯タンクを循環させる配管、制御盤も専用のものが必要となりますので、単純のように見えても結構、設置には費用と時間がかかります。

そして、なんと言っても高度な専門知識が必要になります。

 

しかし、この方式の最大の利点は、床暖房や蓄熱暖房などが部屋の一部に限られることに対して家全体が暖かくなります。

一方、最大の欠点は水を使うこと。

 

水を使い、熱エネルギーを床下に移動させるのはメリットでもあるのですが、そのために漏水や凍結などの懸念があり北海道のような寒冷地では使えません。

せいぜい私の住む北関東まででしょうか。

 

2.動くものは電動ファンだけ

 

凍結、それを克服したのがソーラーエアーヒーターによる空気循環です。

下の写真は、実験のため電動ファンで温風を発生させているシーンですが、真空管の中にPCM(相変化材料)が入っていて、冷風が通ると反応して熱が発生します。

 

採熱及び送風実験

※この実験では手前に温風がでるようになっていますが、接続は反対方向にすることもできます。

 

これを蓄熱に応用するには、電動ファンをタイマーでインターバル運転することにより、熱を床下の砕石に効果的に蓄えることができます。

 

なお、必要な設備、材料は以下のようなものです。

  1. ソーラーエアーヒーター
  2. 電動ファン(シロッコファン)
  3. 配管材(鋼管)
  4. 保温材 グラスウールなど
  5. 4号砕石
  6. タイマー

 

ソーラーエアーヒーターの暖房の目安は、メーカーの説明では1台で50㎡がとされていますが、施工事例がないため実際のところは確認できていません。

しかし、300L用の温水システムを見ると30本のパネル1枚なので、ヒートパイプ方式(36本)より高性能であることが分ります。

これまでの経験からして、これは信用しても良いと考えています。

 

3.PCM(相変化材料)とは

 

さて、PCMとは一体何なのでしょうか。

具体的に、どのような材料なのかは不明ですが、蓄熱と放熱を繰り返す物質であると説明しているのが下の図です。

 

(翻訳)

是依靠物质相变过程(固/液态转化)中必须吸收或放出大量相变潜热的物理现象进行能量的存储和解放释,最常见的相变蓄能材料PCM就是”冰/水”了。

物質の相変化プロセス(固体/液体変換)中に、エネルギーの貯蔵と放出のために相変化の大量の潜熱を吸収または放出する必要があるという物理現象に基づいています。最も一般的な相変化エネルギー貯蔵材料PCMは「氷/水」です。

 

可相当于同体积水変化1度贮能量的100倍

これは、同じ体積の1度の水素化分解のエネルギー貯蔵量の100倍に相当します。

 

可实现恒温供热,相変过程温度恒定

プロセス中に一定温度の加熱、一定温度を達成できます。

 

上記の説明は、中国語なので分りにくいと思いますが、要するに最初は固体で、熱を吸収すると液化し、放熱すると再び固化する。

そのように書いてあるわけです。

 

耐久性については記述していませんが、劣化することはないと聞いています。

 

4.まとめ

 

暖房は燃料を燃やせば簡単にできるものですが、太陽熱で行うとすればかなりの技術が必要になります。

床暖房に一体式の太陽熱温水器を組み合わせることも提案されたこともありますが、どう考えてもCPが悪過ぎてやる意義を見出せませんでした。

 

なので、床暖房ではなく太陽熱温水暖房にしたわけですが、これももメンテナンスの点で疑問があるわけです。

水を使っている以上、採熱器だけでなく配管の錆びや水漏れ、劣化、あるいは電気設備等々を考えれば到底素人には扱えません。

 

ソーラーエアーヒーターのメリットは、空気循環のための配管は鋼管使うので耐久性は抜群です。

また、どのような寒冷地においても使え、将来耐用年数がやってきても採熱器や電動ファンの交換は素人でもできます。

床下の砕石やコンクリート、中の配管は何事も無ければ100年くらいではダメになるはずもありません。

 

ま、このようなことを披露しても、事例や実績などで確実に効果が判断できるのでなければ誰もやらないでしょうが・・・

でも、世の中は広いので勇気のある人もいるかと思いますので、実行してみたい方はお問い合わせください。

ではまた。

 

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元地方公務員。農業土木技術者。農業基盤整備の設計・施工に係わること42年、そのノウハウを生かして自然エネルギーの有効利用を考えています。栃木県在住。

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