とちぎエネットです。
太陽でお湯を沸かすことは実に簡単なことですが、東北地方や北海道などの寒冷地では、真冬の凍結が心配になります。
どのような対策をしても、水を扱う限りどこかで凍ったり漏れたりすることはあり得るわけです。
そのために太陽熱利用ができない、難しいとして実行される人はほとんどいないのが実情ではないでしょうか。
そんな中、北海道の方からどうしても太陽熱温水器を使いたいとの問い合わせがありましたので、とりあえず分離分割型をお薦めしておきました。
この方式であれば、貯湯タンクを室内に置き、循環水に不凍液を使うことで極寒冷地でも太陽熱を利用することができます。
ただ、凍結を心配するならPCM温風器でお湯を沸かす方が良いので、今回改めて比較してみることにしました。
分離分割型300Lは18本のパネルが2枚(36本)になりますが、PCM温風器では真空管30本のパネル1枚です。
設置の手間も大きく違いますが、占有面積もかなり少なくなるので検討の余地がありそうです。
(目次)
1.PCM温風器でお湯を作る
2.分離分割型との比較
3.中国の普及状況
4.まとめ
1.PCM温風器でお湯を作る
それでは、ソーラーエアーヒーター(以下、PCM温風器)でどのように温水を作るのでしょうか。
※ソーラーエアーヒーターは筑能科技社の製品です。
温風でお湯を沸かす発想は特に新しいものではありませんが、これにPCMを組み合わせたところが斬新なわけです。
写真は、性能を確認するために輸入した2台の内の1台です。
真空管は30本で、中にPCM(相変化材料)が入っていますので、日中は採熱しながら30MJ(メガジュール)まで蓄熱ができます。

下の図は、温風で暖房と温水に利用するシステムのイメージです。
仕組みは単純で、専用のタンク(カプセル式)を使い、インナータンクの外側を電動ファンにより空気を循環させ、水を温めるというものです。
分離分割型の太陽熱温水器の場合には、タンク内部のコイルで熱交換します。
基本的な構成は分離分割型の太陽熱温水器と同じですが、熱交換媒体が空気となります。
(機材の概要)
1)PCM+真空管
太陽熱を得るために、真空管内部のPCMが採熱と蓄熱を同時に行います。
下側から空気が入り、真空管内を通過すると内部のPCMが反応して熱を発生します。
発生した熱は電動ファンでタンクに送られ、水を温めます。
PCMを使うメリットは、採熱と同時に蓄熱ができることにあります。
真空管採熱器は、入る太陽光の全てが熱として利用できるわけではなく、何割かはロスしているわけです。
そのロス分をPCMが、1本で1MJ、パネル1枚で30本ありますから30MJ蓄熱ができることになります。
分離分割型の300Lが真空管36本に対し、PCM温風器は30本ですから、約2割ほど性能が高いということになります。
2)循環ファン(シロッコファン)
採熱器とタンクの中間に設置し、空気を循環させます。
運転の仕方は、分離分割型のように温度センサーを使って一定の温度差が発生したら駆動するようにします。
私が大きなメリットと思っているのは、故障した時の交換が簡単である点です。
分離分割型の循環ポンプは、ワークステーションに組み込まれており、故障した場合は全交換になる可能性が高いです。
いずれも滅多なことでは故障はしないと思いますが、電動ファンなら簡単に入手でき、自分で交換できるのは見逃せません。
欠点があるとすれば、配管には100mmの鋼管を使うため、保温も水道管に較べてやりにくいかも知れません。
3)貯湯(蓄熱)タンク
貯湯タンクは二重構造になっており、インナータンクに水が入り、その外側に温風を循環させ、水温を上昇させる構造になっています。
タンクの中心にはPCMの蓄熱芯があり、水温が60℃以上になると蓄熱されるとのことです。
つまり、一般的なタンクでは使わないでいると放熱してしまいますが、PCMで保存できるため、無駄なく使えることになります。
このように、価格はPCMの蓄熱芯があるために高くなりますが、放熱を最小にする技術と考えれば価値は高いと考えます。
4)床暖房
図ではパネル4枚となっていますが、300Lのタンクなら給湯用は1枚で済むので3枚が暖房用となります。
暖房の目安は、50㎡/枚ですが、注目したいのは床暖房用の熱源がタンク中心にある蓄熱柱(PCM)です。
蓄熱柱には一定以上の温度になると熱が蓄えられますが、ここをコイル状に循環水を配置することで温水からの熱と併せて効果的に熱の移動を図るシステムです。
2.分離分割型との比較
分離分割型の太陽熱温水器も非常に優れたシステムで、価格はタンク一体型よりもかなり高額にはなってしまいますが、それだけの価値のあるものです。
比較しているのは、タンク容量300Lですが、いずれもタンク容量及び採熱器の組み合わせが自由にできます。
※PCM温風器の価格は、採熱パネル及び貯湯タンク及びコントーラで、電動ファンは含みません。
※分離分割型は連結のため、0.5mほど幅が多く必要になります。

PCM温風器のメリットは、何と言っても水を使わないことに尽きます。
水は熱エネルギーを蓄えるには良い媒体ですが、漏水や凍結のある扱いにくい物質です。
寒冷地では循環水が凍ってしまうので不凍液を使わざるを得ませんが、濃度が適切でないと夏は逆に温度が上がりすぎてTPバルブ(圧力バルブ)が頻繁に開いてしまいます。
そうなるとエアが入り、循環ポンプが空回りして熱交換ができなくなってしまうことがあるので、寒冷地で分離分割型を使う場合には、メンテナンスの知識がある程度必要となります。
しかし、空気を媒体とするならそのような心配は全く無くなります。
空気は凍らないし、少しくらい漏れても水のように大騒ぎにはなりません。
価格は10万円以上高くはなってしまいますが、設置費用やメンテナンスを考慮すると逆転する可能性は十分あるのではないでしょうか。
3.中国の普及状況
さて、このPCM温風器を製造している筑能科技社に伺ったのは2016年の7月でしたが、現在はどうなっているのでしょうか。
聞くところによると、大型プロジェクトを続々と行っているとのことで、会社も益々大きくなっているようです。
これはガソリンスタンドのようですが、屋根に4枚載っています。
こちらは何の施設か分りませんが、マイナス35℃の環境での暖房システムのようです。
PCM温風器+ヒートポンプなのでしょうか。
図の下に、”スペース1号”超低温太陽エネルギー、ヒートポンプ暖房原理図とあります。
素晴らしい発想ですね。
私はヒートポンプには詳しくはありませんが、エコキュートもその一つで、空気を圧縮して熱を発生させる仕組みのようです。
しかし、北海道のような極端に寒い地域では冷たい空気を圧縮しても効率は悪いようで普及はしていないと聞いています。
また、タンクにお湯を貯めておくことも冷める(放熱)原因となり、効率は非常に悪くなるので当然と言えば当然です。
ただ、このケースのようにマイナス35℃であっても、太陽で大幅に空気の温度を上げることによってヒートポンプの効果が最大限に生かされることになります。
日本のメーカーがこれをやらないのはどうしてでしょうか。
4.まとめ
今回比較して改めて思ったのは、PCM温風器でお湯を沸かすのは、分離分割型よりも設置がかなり簡単であることでした。
貯湯タンクへの供水までの配管は同じですが、循環系の配管が必要ないのは大きなメリットです。
それから、同じ300Lでもパネルも1枚で済みますから、作業時間も大幅に少なくなりますし、漏水や凍結の心配がありません。
ただ、多くの方が心配されるのはPCM温風器の熱量がどれくらいなのかと思います。
この写真は、以前に発生状況を試験したものですが、採熱器から出てくる温風は100℃以上を確認しています。
日照が十分ならば、300Lの水を30℃上昇させることは十分に可能と思われます。
PCMの能力については、現在は生産中止ですがPCM太陽熱温水器で確認していますからまず問題ありません。
ただ、風管がΦ100mmと水道管に較べてかなり太いので、採熱器と貯湯タンクの距離が長いと管材及び保温材のコストが嵩むだけでなく、放熱ロスも大きくなります。
そこで、こんな設置を考えて見ました。

これは地上設置のケースですが、PCM温風器の後ろに貯湯タンクを配しています。
これなら風管が短くて済み、作業もやり易いですし、極寒冷地の場合には小さな小屋を作ってタンクを収めるのが良いのではないでしょうか。
給湯ボイラーまでの配管は、地中に埋設することにより凍結と放熱を大幅に軽減できます。
また、積雪の多いところなら貯湯タンクのための小屋を作り、その上にPCM温風器を載せれば良いでしょう。
もはや、日本は太陽熱利用技術では中国に遠く及びません。
未だに平板型の太陽熱温水器を使っている(売っている)信じがたい国です。(苦笑)
PCM自体はそれほど新しい技術ではないのですが、良い物ならば時間はかかってもいずれ普及するはずです。
何と言っても空気を使って、お湯を作ったり暖房ができるのなら誰でもやってみたいのではないでしょうか。
私も分離分割型の説明をするのが面倒なので、今後はPCM温風器をお薦めしていきたいと思います。
コメント
「2章・分離分割型との比較」表で、PCM 温風タイプと分離分割型のコストについて書かれていますが、分離分割型温水器は、「真空管2台(都合36本)」及び「貯湯タンク」と「コントーラー」の金額を例として挙げられていますか?
もし、そうだとするとPCM 温風タイプとの値差があまり大きくないので、PCM 温風タイプがメリットありそうですね。
PCM温水器は、設置の簡便さから考えるとトータルで安くなる可能性が大です。
また、凍結の心配が無いのは極寒冷地での使用に道を拓くものと考えています。
はじめまして。新築50坪程度の平屋、3~4人用、温水及び、床暖房をPCM温風器でDIY 計画しています。おおよその必要なパーツの金額と設計プランをご指導ください。
尚、同様のシステムで70坪の中古古民家もやりたいと考えています。
宜しくお願いします。渡部
渡部様
初めまして、野澤と申します。
お問い合わせありがとうございます。
PCM温風器は、まだ施工した経験が無いので確実ではありませんが、能力を考えると以下のようになるかと思います。
温水 300Lのタンクとパネル1枚
床暖房 50坪 パネル 2枚(足りなければ追加する)
価格に関しましては、輸入する台数で変わりますので、輸入元と相談しますので少々お待ちください。
※コンテナ代の負担割合が違ってくるためです。
また、今後はメールでのやり取りをお願いしたいので、こちらtochigi.ent@gmail.comにメールをお願いしてよろしいでしょうか。
渡部様
大変申し訳ございませんが、メーカーが春節のため休みになっており詳しい情報が得られません。
そのため、詳細につきましては2月5日以降とさせていただきますが、とりあえず見積もりを提示させていただきます。
温水をPCM温風機で作る場合は、タンク容量300Lでパネル1枚(真空管30本)と専用タンクが必要です。
価格 650,000円(税抜き・東京港渡し)
※架台を含みます
※送風ファン・配管材等は含みません
床暖房用に使う場合には、専用とするか給湯も兼ねるかで違ってきます。
できれば兼用にしておいた方が無駄がありません。
暖房の目安は、50㎡で1枚がメーカー推奨のためパネル2枚は必要かと思われますので、給湯とと合わせ3枚となります。
価格 1,010,000円(税抜き・東京港渡し)
※架台を含みます
※送風ファン・配管材等は含みません
※床暖房用の配管・コントローラは別途見積もりとなります
肝心の性能ですが、すでに中国では事業所を中心に普及しており問題はなさそうです。
むしろ、空気を使って温水や暖房をする方が効率的で、しかも漏水や凍結・腐食などの問題が発生しません。また、PCMはメンテナンスも容易なだけでなく、使わないときの過集熱もありません。
まだ国内での実施事例がありませんので不安とは思いますが、メーカーに対し価格交渉や資料の提供もさせていただきますので、具体的な案がございましたらお願いいたします。
なお、このコメント欄では画像や写真の貼り付けができないため、今後はメールにてお願いいたします。
野澤様
すみませんでした。こちらにご回答が来ていたのを知らずにいました。いずれにしても世の中の情勢もとんでもない状況になってしまい、先行き不安な材料ばかりで我々のような観光業はどうなるものか想像もできません。愚痴ばかりも言っておれないのでプランは先行させたいと思います。
宜しくお願いします。
渡部
渡部様
返信ありがとうございます。
残念ながら安倍政権のお粗末な対応では、コロナ騒動が収まるのはかなり先になるのではないでしょうか。困りましたね。
従来から懸念していることではありますが、今後は食料やエネルギーの問題が大きくなってくると思われます。2011年の東日本大震災では電気が問題になり、今回は疫病対策でのマスクや消毒液の確保でした。
当方でもマスクは不自由しているものの、消毒液は販売もしているので少し不安の解消にはなっております。これらの経験から分かることは、自然を最大限に利用することで救われることが多いということです。
いずれにしましても、当面は慎重に行動されることが賢明と思われます。
今後ともよろしくお願いいたします。
購入検討しておりますが貯湯タンクとボイラーを接続する場合、ボイラーは減圧式のボイラーしか取り付けできませんか?減圧式のボイラーだとシャワーの水圧が弱いので直圧式であればよいのですが。
減圧式でも直圧式でももし接続可能なおすすめのボイラーがあれば教えてください。
宜しくお願い致します。
太陽熱温水器は給水温度を高めるための装置で、直接ボイラー等に接続しませんので現状の水圧が問題なければ大丈夫と思います。以下の記事をお読みいただき、其のうえでご検討ください。
【 特殊技術は不要】誰でもできる真空管式太陽熱温水器の設置
https://adecolife.com/no-special-technology-needed-anyone-can-install-a-vacuum-tube-type-solar-water-heater/
また、販売に関しましては、アフターサービスの観点から関東エリア或いは半日でお届けできる範囲とさせていただいています。
野澤様 ソーラーエアーヒーターにとても興味があります。PCMに熱量が100%溜まった際に。何時間程度温風を出す事が可能でしょうか?タイマーで朝一番から温風を出す事が出来たら暖房費が浮くだろうと考えています。またまだ販売はされているでしょうか?円安ですが単価はいかほどでしょうか?もしよろしければ教えてください。
オオケン様
同様の質問なので、下の回答をお読みいただければと思います。
pcm温水器はなぜ廃盤になってしまったのでしょうか?
良く分かりませんが、ソーラーエアーヒーターに特化した事業展開にしたようです。
実際、これだけで数年も経たないうちに大企業になっています。