太陽光を住宅設計でどう考えるか その5

太陽光活用設計手法~住宅の蓄電池化~

これまでのブログ
その1 太陽光発電、これまで強いて奨めなかった理由】 
その2 太陽光発電、現在はお奨めするか…
その3 太陽光についてのレポート~発電利用編~
その4 太陽光についてのレポート~給湯利用編~

今回は私たちが太陽光をどう利用しようとしているかお話しします。

その1のブログでなぜ太陽光利用をお奨めしなかったかを話しました。誤解を招くと思い、触れませんでしたが、10年前の売電価格が40円/kWhの頃、割高に売れるということはその分誰かが負担することになり、これは住宅設計というより経済行為の話で、私たちの言うことではないと思ったからです。

しかし今は、地球温暖化対策の緊急性の観点から、可能な限り再生可能エネルギーにシフトすべき段階に入っていると思い、それを最も効率よく活用する術は、多くの方と共有すべきと考え、このブログで公開しています。

給湯器の奥に、エアコンの室外機が二つ並んでいるように見えますが、奥はヒートポンプ式「基礎蓄熱冷暖房用室外機」手前が「エアコン用室外機」です。

太陽光発電で問題になるのは発電しない時間帯の電気どうするかです。解決方法は2つあります。

「A:昼の発電余剰分を売電して、夜の電気購入費用の足しにする」
「B:蓄電池使って夜まで電気を貯めておく」

Aの場合、現在2022年の、売電価格が17円/kWhで、購入価格が19.88円/kWhの状況では、昼安く売って夜高く買うことになり、売らずに自家使用する方が得です。
Bの場合、出力約5kWのパネルに対応した蓄電池の設置は200万円程で値が張ります。パネルと蓄電池を含めた費用の回収に25年程必要とする高価格で、蓄電池の寿命と経年変化での能力低減を考えると現実的ではありません。
そこで、Aを選択せざるを得ないのですが、それならば、発電した電気を単価の安い売電にまわさず建築計画の工夫で、夜の電力消費を助ける方法を考えました。

その仕組みは、基礎蓄熱冷暖房を導入することで、昼発電した電気をエネルギーとして建物に蓄積し、夜まで延長して活用できる建物構造とすることです。いわば、建物に蓄電池の役割を担ってもらうのです。

基礎蓄熱冷暖房は、エアコンの室外機と同じ構造のヒートポンプの給湯器で作った専用の温水を、基礎コンクリートの中を循環させてコンクリート自体を温め、その後ゆっくり放熱する方法です。
通常の基礎蓄熱は夜の安い電気で基礎コンクリートに蓄熱し、日中に放熱させますが、太陽光発電と組み合わせて導入した場合、発電している昼にヒートポンプを稼働させて蓄熱させ、冷えてくる夜に放熱させます。
床暖房のように床面が温かい訳ではありません。スイッチのオンオフも朝夕にするのではなく、晩秋に入れて、春口に切ります。冷まさない暖房方式です。
また、ヒートポンプの室外機はお湯の温度を制御できるので、夏も冷房に活用できます。夏も冷水を送ることで基礎を冷やし建物全体を冷やします。但し、即効性がないので、すぐに効かせたいためにエアコンを一台用意しておくようにしています。

私たちは、この手法で数十件の実績があります。建物全体が、気密性が高く、熱を逃がしにくい構造であるほどこの手法が生きるので、外壁だけでなく屋根も基礎下も外断熱で包むようにしています。床下温度を保つため通常の床下換気はできないのですが、夏は床下に湿気を溜めると腐敗やカビの原因になりますので、そこは設計上の工夫が必要です。

基礎断熱冷暖房設備の施工の様子。べた基礎のコンクリートの打設前に、温冷水を流すための架橋ポリエチレン管を配管。蓄熱体となるコンクリートが外気温の影響を受けにくいように、基礎下も立ち上がり壁も断熱材で包んでいます。

コンクリート造の外断熱であれば、基礎以外にも壁や屋根も蓄熱体として考えることができますが、住宅で外断熱のコンクリート造にできる程、建築費に余裕がある機会はそれほど多くありません。一戸建て住宅の多くは木造住宅ですから、蓄熱性能の高い木造のあり方を考える必要があります。
通常の木造の在来工法は、柱と柱の間は構造用合板や筋交いが入っており、隙間の空洞に断熱材を入れています。ですから断熱性はあっても蓄熱性があるとは言えません。

断熱材を入れる前の一般的な在来工法の壁の中

かねてより結設計で取り組んでいるFSU工法は、柱の間を柱と同じ角材を緊結して作った壁パネルで構成しています。壁パネルは密実な木のかたまりなので、熱容量が大きく、それ自体が蓄熱体にもなる性能を有している上に、断熱性能と構造強度、さらには燃え代耐火性能を持っています。また、デザイン的には木現しの仕上げにもなり、木の温かみを感じることができます。

 FSU工法の壁。柱と同じ大きさの角材を相互に緊結しており木のかたまりが構造体になっている

 

この工法は基礎蓄熱冷暖房と相性がいい工法と言えます。興味のある方は、FSU工法の紹介過去のブログを併せてご覧ください。近々FSU工法の住宅が着工いたしますので、それもブログを通じてご報告できればと思っています。

ここまで全5回の太陽光ブログにお付き合いくださいましてありがとうございました。太陽光ひとつとっても、住宅設計ではその都度、諸条件が異なり、何が最適解なのか単純に決められないと感じています。これからも新しい情報を集めて、よく吟味し、なるべく再生可能エネルギーを効果的に活用する提案をしていきたいと思います。

尚、このシリーズでは個々の仕組みの説明が長くなって分かりにくい思いをさせてしまいました。次回【その6 太陽光活用、まとめ編では分かり易く簡単に説明します。