CN110691946A - 建筑物以及建筑物的生活及/或活动空间内部气体分子浓度控制方法 - Google Patents

建筑物以及建筑物的生活及/或活动空间内部气体分子浓度控制方法 Download PDF

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Abstract

建筑物的房间(100)具有作为闭空间的体积V的生活等空间(101)。从外界对生活等空间(101)进行风量F的换气。消除生活等空间(101)内部与外界之间的空气的作为气流的出入，该生活等空间(101)与外界的界面的至少一部分由针对关注的气体分子而具有扩散常数D、厚度L及面积A的气体交换膜(310)构成。在生活等空间(101)内的空气被充分地翻搅而构成该空气的各气体分子的浓度空间性地均匀化时，以使η(t)按照数学式9变化的方式进行控制。B(m3/s)是生活等空间(101)内部的气体消耗量，η(t)是时刻t的生活等空间(101)内部的气体浓度，ηo是外界的该气体浓度，数学式9为。

Description

建筑物以及建筑物的生活及/或活动空间内部气体分子浓度 控制方法
技术领域
本发明涉及建筑物以及建筑物的生活及/或活动空间内部气体分子浓度控制方法，特别是涉及例如包含具有人进行就寝、休息、作业、劳动等日常的生活及/或活动的空间的房间的、房屋、大厦等建筑物及这样的生活及/或活动空间内的气体分子浓度控制方法，例如，作为居住、静养、实验、制造、涂装作业、养护活动、医科/牙科治疗等场合使用而优选。
背景技术
人类目前伴随着计算机技术的发展，关于信息处理、通信环境，以有史以来从未有过的高度实现便利的环境，可以说实现对于大脑来说没有刺激和缺点的良好的场景，但是相反，作为对于身体的环境，污染物质的增加或空气中的尘埃、感染性的细菌的浮游等，现代社会难以说是必然良好的环境。
当前，可考虑人在居住空间的内部以氧消耗率B进行活动(例如，运动、就寝、或焚烧简易煤气炉而对料理等进行烹饪等)的情况。在通常的人们活动的房间中，按照建筑基准法等的法令，具有进行某一定量的换气的义务。这通常通过向房间的内部导入一定量的外部气体来实现。但是，对于利用拉窗分隔的房间，虽然没有向该房间机械式的导入外部气体，但是将该房间和与之相邻的房间这2室当作1室来运用。这种情况下，很难说是能作出基于现代科学的所需的拉窗面积等的定量的评价。
另一方面，作为清洁环境，一直以来存在作为大规模的半导体制造用的情况。然而，这是职业用即工业用，未被导入作为一般住宅等使用的所谓民生用。以往在计算机的世界中，以与商业用大型计算机主机划清界限的方式提出“Computer for the rest of us”而个人计算机兴起，进入21世纪，环境的重要性日益升高，个人计算机的“清洁环境版”这样的情况也可以出现。事实上，与其说是高性能化而长久的大规模清洁室倒不如说是处于“主机”的相反的一极的个人清洁空间在今后并不局限于纯粹的民生用，在医院或养护老人设施等的感染症的风险回避重要的场面下必然变得重要。特别是从PM2.5问题、花粉症对策以及哮喘症状的缓和或细菌性肺炎的防止等的观点出发，对也包含生活空间的微生物存在(microbial)环境(微生物环境)在内的空气环境进行控制在今后也日益变得重要。
在这样的背景下，本发明者提出了在具有至少1个房间且该房间在内部具有作为闭空间的居住及/或作业空间，在该房间设置以向该居住及/或作业空间的内部送出气体的方式设有吹出口的风扇过滤器单元，从上述吹出口向上述居住及/或作业空间的内部流出的气体的全部向上述风扇过滤器单元的吸入口回流，在上述房间的壁设有用于向上述居住及/或作业空间的外部排出气体的开口的高清洁房间系统或建筑物中，房间的内表面的至少一部分由其一部分包含不使灰尘微颗粒通过而使气体分子通过的膜(气体交换膜)的壁构成，由此上述房间内部的气体分子在包围房间的外部空间与房间内部空间之间经由上述膜通过浓度梯度来交换(专利文献1-3)。这种情况下，在居住及/或作业空间的体积设为V，具有壁的膜中的氧的扩散常数设为D，膜的厚度设为L时，房间是体积V和膜的面积A以{(V/A)/(D/L)}为定标进行了设计的值。并且，在将居住及/或作业空间内部的氧消耗率设为B，与外部处于平衡状态且在上述居住及/或作业空间内部没有氧消耗时的氧体积设为VO2，上述居住及/或作业空间内的目标氧浓度设为η(η＞0.18)时，上述膜的面积A设定为满足
[数学式0]
。根据该高清洁房间系统或建筑物，在外表、外观上，与通常的房间没有不同的平日的生活空间其本身不降低体积比率，可以直接作为例如等级100以上的清洁空间来实现，并且能够使居住及/或作业空间内的氧浓度成为符合法令要求的水平。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5329720号
专利文献2：日本专利第5839426号
专利文献3：日本专利第5839429号
发明内容
发明要解决的课题
然而，通过本发明者的之后的研究，判明了上述的气体交换膜所需的面积A根据房间的内部的结构等的不同，关于二氧化碳的气体交换有时未必充分。这是因为，成为控制的对象的气体的分压的小数点以下的位数根据该气体种类而不同。因此，需要将房间的内部的二氧化碳等的浓度维持成由于法令或其他的理由而要求的水平，但是实际情况是到目前为止还未作出具体的提案。
另一方面，虽然空气调节器也存在设置于顶棚的类型，但是多使用设置于房间的壁面的壁挂式。
因此，本发明要解决的课题在于提供通过对壁挂式的空气调节器的空气循环能力最大限度地进行有效利用等，基于新的换气的概念，与现代建筑的标准制式相匹配，并能够将平日的生活及/或活动空间其本身例如原封不动地作为等级100以上的清洁空间实现，并且除了氧浓度之外，二氧化碳等的浓度也能够维持为由于法令或其他的理由而要求的水平，例如日本国内的医院、公共设施、一般家庭自不必说，也适合使用于大气环境难以说是必然良好的国外的学校等的建筑物及适合安装于这样的建筑物的房间的壁挂式的空气调节器的吸入口的前置过滤器。
上述课题及其他的课题通过参照了附图的本说明书的以下的记述而明确可知。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本发明涉及一种建筑物，其中，
所述建筑物具有至少一个房间，
上述房间在内部具有作为闭空间的生活及/或活动空间，
在上述生活及/或活动空间，在壁面安装有壁挂式的空气调节器，在上述空气调节器的上部的吸气口安装有由中性能过滤器构成的前置过滤器，从上述空气调节器的送风口流出到上述生活及/或活动空间的内部的气体的全部向上述前置过滤器的上述吸气口回流，
所述建筑物具有至少一个气体交换装置，
上述气体交换装置具有箱状构造体，该箱状构造体具有至少两个气体吸入口和至少两个气体喷出口并构成闭空间，
上述至少两个气体吸入口中的一个与上述至少两个气体喷出口中的一个连通，并且上述至少两个气体吸入口中的另一个与上述至少两个气体喷出口中的另一个连通，
上述两个连通路各自形成独立流路，并且借助不使灰尘微颗粒通过而使气体分子通过的膜而相互接近并彼此分隔，
从包围上述房间的外部空间导入的空气从上述气体吸入口中的一个向上述气体交换装置的上述箱状构造体导入，并从与该气体吸入口连通的上述气体喷出口向上述外部空间送出，另一方面，上述生活及/或活动空间的内部气体从上述气体吸入口中的另一个向上述气体交换装置的上述箱状构造体导入，并从与该气体吸入口连通的上述气体喷出口向上述生活及/或活动空间回流，
上述膜在上述生活及/或活动空间的体积为V，上述膜的面积为A’，厚度为L，上述膜中的二氧化碳的扩散常数为D’时，具有以{(V/A’)/(D’/L)}定标而设定的面积A’，
在上述生活及/或活动空间内部的二氧化碳产生率为B’，与外部处于平衡状态且在上述生活及/或活动空间内部没有二氧化碳产生时的二氧化碳浓度为ξo，且上述生活及/或活动空间内部的目标二氧化碳浓度为ξ(ξ＜5000ppm)时，上述膜的面积A’以满足
Figure BPA0000277773320000051
的方式设定。
另外，本发明涉及一种建筑物，其中，
所述建筑物具有至少一个房间，
上述房间在内部具有作为闭空间的生活及/或活动空间，
在上述生活及/或活动空间，在壁面安装有壁挂式的空气调节器，在上述空气调节器的上部的吸气口安装有由中性能过滤器构成的前置过滤器，从上述空气调节器的送风口流出到上述生活及/或活动空间的内部的气体的全部向上述前置过滤器的上述吸气口回流，
所述建筑物具有至少一个气体交换装置，
上述气体交换装置具有箱状构造体，该箱状构造体具有至少两个气体吸入口和至少两个气体喷出口并构成闭空间，
上述至少两个气体吸入口中的一个与上述至少两个气体喷出口中的一个连通，并且上述至少两个气体吸入口中的另一个与上述至少两个气体喷出口中的另一个连通，
上述两个连通路各自形成独立流路，并且借助不使灰尘微颗粒通过而使气体分子通过的膜而相互接近并彼此分隔，
从包围上述房间的外部空间导入的空气从上述气体吸入口中的一个向上述气体交换装置的上述箱状构造体导入，并从与该气体吸入口连通的上述气体喷出口向上述外部空间送出，另一方面，上述生活及/或活动空间的内部气体从上述气体吸入口中的另一个向上述气体交换装置的上述箱状构造体导入，并从与该气体吸入口连通的上述气体喷出口向上述生活及/或活动空间回流，
上述膜相对于通过下述(1)求出的上述膜的面积A的下限值Amin和通过下述(2)求出的上述膜的面积A’的下限值A’min而具有MAX(Amin，A’min)以上的面积，
(1)在上述膜的面积为A，厚度为L，上述膜中的气体分子的扩散常数为D时，在由于法令或其他的理由而对上述生活及/或活动空间要求的换气风量为F时，满足A≥FL/D的上述膜的面积A。
(2)在上述生活及/或活动空间的体积为V，上述膜的面积为A’，厚度为L，上述膜中的二氧化碳的扩散常数为D’时，上述膜的面积A’以{(V/A’)/(D’/L)}定标而设定，
在上述生活及/或活动空间内部的二氧化碳产生率为B’，与外部处于平衡状态且在上述生活及/或活动空间内部没有二氧化碳产生时的二氧化碳浓度为ξo(ξ＜5000ppm)，上述生活及/或活动空间内部的目标二氧化碳浓度为ξ时，满足
的上述膜的面积A’。
在此，膜的面积A的下限值Amin为A≥FL/D的右边，膜的面积A’的下限值A’min为满足式(18)的最小值。而且，MAX(Amin，A’min)是指Amin与A’min中的大的一方。
在该建筑物的发明中，优选的是，在气体交换装置中，上述生活及/或活动空间的内部气体从上述气体吸入口中的另一个向上述箱状构造体导入，从与该气体吸入口连通的上述气体喷出口向上述生活及/或活动空间回流的风量f相对于上述F，以满足f≥F的方式设定。
另外，本发明涉及一种前置过滤器，安装于建筑物的空气调节器的上部的吸气口，其中，
所述建筑物具有至少一个房间，
上述房间在内部具有作为闭空间的生活及/或活动空间，
在上述生活及/或活动空间内，在壁面安装有壁挂式的空气调节器，
所述建筑物具有至少一个气体交换装置，
上述气体交换装置具有箱状构造体，该箱状构造体具有至少两个气体吸入口和至少两个气体喷出口并构成闭空间，
上述至少两个气体吸入口中的一个与上述至少两个气体喷出口中的一个连通，并且上述至少两个气体吸入口中的另一个与上述至少两个气体喷出口中的另一个连通，
上述两个连通路各自形成独立流路，并且借助不使灰尘微颗粒通过而使气体分子通过的膜而相互接近并彼此分隔，
从包围上述房间的外部空间导入的空气从上述气体吸入口中的一个向上述气体交换装置的上述箱状构造体导入，并从与该气体吸入口连通的上述气体喷出口向上述外部空间送出，另一方面，上述生活及/或活动空间的内部气体从上述气体吸入口中的另一个向上述气体交换装置的上述箱状构造体导入，并从与该气体吸入口连通的上述气体喷出口向上述生活及/或活动空间回流，
上述膜在上述生活及/或活动空间的体积为V，上述膜的面积为A’，厚度为L，上述膜中的二氧化碳的扩散常数为D’时，具有以{(V/A’)/(D’/L)}定标而设定的面积A’，
在上述生活及/或活动空间内部的二氧化碳产生率为B’，与外部处于平衡状态且在上述生活及/或活动空间内部没有二氧化碳产生时的二氧化碳浓度为ξo(ξ＜5000ppm)，且上述生活及/或活动空间内部的目标二氧化碳浓度为ξ时，上述膜的面积A’以满足
Figure BPA0000277773320000071
的方式设定，
上述前置过滤器的特征在于，
上述前置过滤器由中性能过滤器构成，
在上述前置过滤器安装于上述空气调节器的上述吸气口时，从上述空气调节器的送风口流出到上述生活及/或活动空间的内部的气体的全部向上述前置过滤器的上述吸气口回流。
在此，上述的各发明中的气体交换装置优选设置于构成房间的壁与生活及/或活动空间之间的空间，具体而言，例如，设置于屋檐里、在房间的侧壁设置的双重壁的内部，但是设置场所没有限定于此，根据需要进行选择。
房间由构成闭空间的包围体构成，具体而言，例如，可列举建筑物的一室等。作为建筑物，例如，可列举独栋住宅、公寓、高级公寓、大厦、医院、电影院、养护设施、学校、托儿所、幼儿园、体育馆、工厂、涂装室、喷漆房间等支持人类活动的一切房间。而且，房间也可以适用于例如具有内部空间的移动体内部的房间等，作为上述移动体，可列举例如机动车、特别急救车、飞机、旅客列车、旅客公共汽车、游艇室、客船等。
在上述的建筑物中，在生活及/或活动空间的内部与外部之间，没有空气的作为气流的出入，但是生活及/或活动空间与外界的界面的至少一部分由上述膜分隔，由此具有与生活及/或活动空间存在直接的气体的出入的情况等价的内部气体的换新能力。在此，没有空气的作为气流的出入是指例如在该建筑物的运转中，与该生活及/或活动空间相关的气流在进入、排出都严格为0，但是没有限定于此，例如，也包括与生活及/或活动空间的100％循环反馈的空气流量相比远少的流量的清洁空气流出入的情况。而且，在生活及/或活动空间的内部与外部之间没有实质的空气的流动这样的情况包括例如房间的内外为等压的情况。
生活及/或活动空间是例如人在内部进行就寝、休息、作业、劳动等日常生活/活动的空间，优选作为居住、静养、实验、制造、涂装作业、养护活动、医科/牙科治疗等的场所使用。
不使灰尘微颗粒通过而使气体分子通过的膜(气体交换膜)只要是在由该膜分隔的空间之间能够不使灰尘微颗粒通过而使气体分子通过的膜即可，基本上没有限定，优选例如即使不使灰尘微颗粒通过而使气体分子通过的膜所分隔的空间的压力差为0，在膜的两侧的构成空气的气体成分的分压存在差别时，经由该膜也能交换气体分子。在此，“不使灰尘微颗粒通过”除了灰尘微颗粒完全(100％)不通过的情况之外，也包括灰尘微颗粒不在严格意义上100％通过的情况(以下同样)。具体而言，除了通常使用的自古以来的障子纸之外，还可列举中性能过滤器、HEPA过滤器、ULPA过滤器等。更详细而言，灰尘微颗粒的阻止率(透过率)未成为100％(0％)是指相对于粒径10μm以上的颗粒，至少为90％以上(10％以下)，优选为99％(1％)以下。不使灰尘微颗粒通过而使气体分子通过的膜的原料根据需要来选择，但是可使用例如防尘过滤原料、障子纸、无纺布、聚酯或丙烯系等的合成纤维、或纸浆、人造丝等纤维素系纤维。
前置过滤器使用的中性能过滤器没有特别限定，例如，对于粒径10μm以上的颗粒的捕集效率γ为60％以上且98％以下。这样的中性能过滤器为了尽可能增大表面积，优选具有将障子纸等的平面状的过滤件反复弯折的、即折成峰谷的形状，但是没有限定于此。
说明本发明的A≥FL/D的不等式及式(18)的导出方法。
目前，考虑具有一定体积V的生活及/或活动空间(人类生活、活动的空间)。遵照建筑基准法等以风量F进行换气。通过该气流，可想到将该空间内的空气充分快地翻搅，在双方的内部将构成空气的气体分子充分快地进行均匀化，此时，在该房间内部能够忽视空间坐标依赖性。在该房间内，进行氧消耗量B(m3/s)的活动。如果时刻t的房间内部的氧浓度为η(t)，外界的氧浓度(＝在房间内部没有氧消耗时的氧浓度)为ηo，则时刻t+δt的氧的体积Vη(t+δt)使用时刻t的氧体积Vη(t)，可以记为
[数学式1]
Vη(t+δt)＝Vη(t)-Bδt+ηoFδt-η(t)Fδt (1)
。该式(1)的第二项表示时间区间(t，t+δt)之间的与氧消耗相伴的氧体积的减少，第三项表示在其之间通过风量F的换气而外界的新鲜空气(具有氧浓度ηo)进入引起的氧体积的增加，第四项表示(伴随着上述的风量F的外部气体供气而)同量的内部气体(注意其氧浓度为η(t))向其之间排出引起的氧体积的减少。通过将右边第一项向左边移项并将两边除以δt，能得到微分方程式：
[数学式2]
Figure BPA0000277773320000101
。作为初期条件，在时刻t＝0，室内的氧浓度与外界的氧浓度相等，因此η(0)＝ηo成立，因此微分方程式(2)的解求出为
[数学式3]
Figure BPA0000277773320000102
。当经过充分时间时，系统达到稳定状态，式(3)的指数函数部成为0，或者，式(2)的左边成为0，因此可知，内部的氧浓度收敛为恒定值
[数学式4]
Figure BPA0000277773320000103
另一方面，使具有体积V的生活及/或活动空间作为没有与外界的气流的交换的孤立系而成立时，横穿将该生活及/或活动空间作为闭空间而定义的“与外界的交界面”的空气流成为0。即，向上述的房间流入的风量(＝从房间流出的风量)F为0。取代于此，在该交界面的一部分使用具有气体交换能力的膜来形成隔壁。该膜的面积为A，厚度为L，通过该膜的气体分子的扩散常数为D。在成为该孤立闭空间的房间中，与上述同样地每单位时间以B(m3/s)使氧消耗时，阿伏伽德罗数为N0，系统放置的压力(～1气压)下的每1摩尔的气体体积为C，上述隔壁(气体交换膜)的面积为A，通过隔壁而进入包围体的内部的氧的通量为j时，时刻t+δt的氧的体积Vη(t+δt)使用时刻t的氧体积Vη(t)而
[数学式5]
Figure BPA0000277773320000111
成立。在此(如后文所述在房间内构筑100％循环反馈系统时，通过由空气调节器产生的空气流而生活及/或活动空间内的空气被充分快地翻搅，因此构成空气的气体分子在生活及/或活动空间内部充分快地均匀化)，使用了在生活及/或活动空间内部以良好的近似能够忽视空间坐标依赖性的情况。
式(5)的右边第三项是由于上述气体交换膜的两侧(即生活及/或活动空间内部与外界之间)的氧浓度差(浓度梯度)而流入的氧分子的数量(不是作为空气流，而是作为分子的扩散，氧向生活及/或活动空间内部进入，与上述的式(1)～(4)记述的现象为截然不同的性质)。在式(5)中，j由
[数学式6]
Figure BPA0000277773320000112
确定。但是，φ是生活及/或活动空间的内部的每单位体积的氧分子数，D是气体交换膜中的氧的扩散常数，将与气体交换膜垂直的方向设为x轴时，
Figure BPA0000277773320000116
为该x轴方向的微分运算符。生活及/或活动空间的体积为V，气体交换膜的厚度为L时，L与生活及/或活动空间的尺寸相比小3位数以上程度，看起来极薄，因此数学式(5)能够高精度地近似为
[数学式7]
Figure BPA0000277773320000113
。ηo与式(1)、式(2)中的情况同样为外界的氧浓度，通常为20.9％左右。
从式(7)，导出微分方程式
[数学式8]
Figure BPA0000277773320000114
。数学式(8)的精确解求出为
[数学式9]
。在此，对于与经过了充分时间之后的稳定状态对应的解存在兴致，因此如果预先设为式(8)的左边＝0，则时刻t的氧浓度求出为
[数学式10]
η＝ηo-BL/AD (10)
(与式(9)中设为t→∞的情况一致)。
在此，可以将按照建筑基准法等以风量F进行换气而确保室内的氧浓度的方法与通过将障子纸等的具有作为气体交换膜的功能的膜使用为生活及/或活动空间的一部分而从外界(利用氧向缓和浓度梯度的方向在气体交换膜内扩散的情况)将氧向室内(包围体内)供给的情况这两个进行比较。即，将式(2)与式(8)[或者，将式(4)与式(10)]进行比较时，通过等同为
[数学式11]
F＝AD/L (11)
，按照建筑基准法等以风量F进行换气而确保室内的氧浓度的方法与将障子纸等的具有面积A、厚度L、分子扩散常数D的气体交换膜使用为室内与外界的交界的一部分的情况表现为等价。这是因为空气中的氮对于生命体的维持活动而言基本上是旁观者的缘故。容易理解为以往的非0风量换气相当于“全血献血”时，本发明的手法可认为相当于“成分献血”。日本自古以来的拉窗的有效性目前可以严格地以定量性来理解。如果进行维度解析，则风量F具有[m3/s]的维度，AD/L为维度[(m2·m3/s)/m]＝[m3/s]，真的具有风量的维度，因此证明了等价性。即，按照建筑基准法等以风量F进行换气来确保室内的氧浓度的方法通过将具有满足式(11)得到A、D、L的气体交换膜使用于具有气密性的生活及/或活动空间与外界的交界，能够确保同等的氧交换能力。该交界、界面可以为一张气体交换膜(根据需要而将其称为Gas Exchange Membrane：GEM)，也可以为将多张集成而内部气体和外部气体在各膜面的两侧呈层状地流动的一体物，即气体交换装置(根据需要而将其称为Gas ExchangeBox：G×B)。由此，能够提供不是基于机械的驱动力的换气，而是通过在浓度梯度存在之处产生的扩散而能够进行向高气密性的生活及/或活动空间内部的所需的气体成分(例如氧)的来自外界的供给、或者来自某闭空间内部的不必要气体成分(例如二氧化碳)的向外界的排出的(具有作为该闭空间的一部分而构成的定量的面积之处的)气体交换膜。由于能量均分律成立，因此该气体交换膜中的各气体分子的扩散常数仅遵照该分子的质量的平方根(的倒数)，因此例如，对于二氧化碳和氧，没有位数的差异，前系数存在些许的差异的程度(都为～10-5m2/s的级别)。
接下来，考虑在生活及/或活动空间的内部产生燃烧时的氧消耗和二氧化碳产生。单纯地碳燃烧的情况为
[化学式1]
C+O2＝CO2
在糖系的燃烧中，最终成为
[化学式2]
C6H12O6+6O2＝6CO2+6H2O
，氧消耗与二氧化碳产生可以说大致为1∶1。与该碳系化合物的燃烧相伴的二氧化碳的浓度ξ(t)的变化是伴随着燃烧而浓度上升的方向，当内部的浓度升高时向外界放出，因此将二氧化碳产生率设为B’(m3/s)，外界的二氧化碳浓度设为ξo，气体交换膜面积设为A’，上述气体交换膜的二氧化碳的扩散常数设为D’，
[数学式12]
Figure BPA0000277773320000131
成立。由此能得到
[数学式13]
Figure BPA0000277773320000132
。该方程式的解在时刻t＝0，二氧化碳浓度在内部与外界处于平衡状态的情况下，根据ξ(0)＝ξo而成为
[数学式14]
Figure BPA0000277773320000133
。在经过了充分时间时，二氧化碳浓度收敛为
[数学式15]
Figure BPA0000277773320000134
，但是在时刻t＝0，在内部的二氧化碳浓度为比式(15)大的某值Co的情况下，式(13)的解成为
[数学式16]
从生活及/或活动空间内的二氧化碳浓度最初与外界为平衡状态的状况出发，考虑人在生活及/或活动空间内部活动的情况。生活及/或活动空间内的二氧化碳浓度根据规章以避免超过某一固定值ξmax的方式求出。考量该情况，作为目标的二氧化碳浓度ξ(ξ＜ξmax)根据式(15)而需要为
[数学式17]
Figure BPA0000277773320000142
，为了满足于此，如果气体交换膜的面积A’为
[数学式18]
Figure BPA0000277773320000143
，则生活及/或活动空间内部的二氧化碳浓度不会超过规章值，能确保在内部活动的人类的安全。
目前，在人类在生活及/或活动空间内部进行某一定的活动时，以避免超过于此的方式设为目标的二氧化碳浓度为ξ(满足ξ＜ξmax)时，根据式(18)，能得到二氧化碳产生量越小，气体交换膜越薄，而且，二氧化碳分子的扩散常数越大的气体交换膜，则其所需面积A越小的方针。对其进行变形而得到
[数学式19]
。左边的分子仅根据生活及/或活动空间的方式(生活及/或活动空间的高宽比)来决定，分母仅根据气体交换膜的性质来决定。并且，相互严格区别的分子与分母，两者之比的左边决定响应的时间常数。根据式(19)可知，二氧化碳的产生率越大时，该响应时间需要越小(即，越早地响应)。在对式(19)的左边的量赋予相同值的(V，A’，D’，L)的组中，即使各自的值不同，作为生活及/或活动空间也具有相同的响应时间。通过该定标定律，对于任意的生活及/或活动空间，能够设计高清洁系统。
存在赋予应遵守的二氧化碳浓度的若干的标准。例如，在建筑物环境卫生管理基准下优选为1000ppm以下，在学校环境卫生基准下优选为1500ppm以下，但是例如在学校的实际的教室中，根据状况的不同，也报告了成为2500ppm～3000ppm的情况(虽然与生命无关，但是被指出发呆或集中力减弱的情况)。卫生性的极限值设为5000ppm。在氧的情况下，相对于20.9％的标准浓度，要求优选为20％左右，但是作为避免引起健康上、活动上的问题的值，赋予18.5％这样的值。因此，根据式(18)的不等式中的浓度变量的纳入可知，对于以满足上述的基准浓度的方式确定气体交换膜面积，为了符合二氧化碳，与对于氧时相比需要约大一位数的面积。因此，为了提高气体交换能力，可知以后述的图3～图6所示那样的气体交换膜的多张堆栈结构为芯，室内气体(内部气体)和外部气体经由气体交换膜，而不作为气流直接在该芯混合，然而，设定为通过基于浓度梯度的扩散而气体成分自身能够交换的情况特别是在二氧化碳的从室内向室外的排出方面有效。空气中的氧和二氧化碳的扩散常数分别为约1.7×10-5m2/s，约1.6×10-5m2/s。仅借助扩散，为了使几m级别的大小的生活及/或活动空间的浓度恒定而需要几十小时左右，因此并不现实。为了有效地进行气体交换，然后，快速地实现生活及/或活动空间内的气体浓度的均衡化，优选在气体交换装置设置2台风扇，使外部气体的流动和在气体交换后向室内回流的内部气体的流动有意地产生。风量根据生活及/或活动空间的大小而通常设定为0.1～几百m3/分钟。内部气体通过的区域的气体交换膜的面间隔(宽度)及外部气体通过的区域的气体交换膜的面间隔(宽度)根据需要来选择。例如，内部气体通过的区域的气体交换膜的面间隔为了使气体交换所需的时间缩短而调整得小，外部气体通过的区域的气体交换膜的面间隔设定得比其大。在这样的气体交换膜的面间隔的非对称的设定中，能期待通过体积比而使气体交换后的成分浓度局部性地接近外部气体的浓度的效果。在上述的风扇风量充分大的情况下，对称地设定面间隔也即能够内部气体、外部气体对称地设定风扇，从而在作为系统的整体的对称性、稳定性的方面有力。
可知从上述的记载能导出下述的建筑物的发明以及建筑物的生活及/或活动空间内部气体分子浓度控制方法的发明。即，在建筑物的发明中，以如下的建筑物为基础：
具有至少一个房间，
上述房间在内部具有作为闭空间的生活及/或活动空间，
并且如果从外界对上述生活及/或活动空间进行风量F的换气，
则在上述生活及/或活动空间的体积为V，上述生活及/或活动空间内部的气体消耗量为B(m3/s)，时刻t的上述生活及/或活动空间内部的气体浓度为η(t)，外界的该气体浓度为ηo，且上述生活及/或活动空间内的空气被充分地翻搅而构成该空气的各气体分子的浓度空间性地均匀化时，η(t)由数学式3确定，
上述建筑物消除该生活及/或活动空间内部与外界之间的空气的作为气流的出入，通过针对关注的气体分子不使灰尘微颗粒通过而使气体分子通过的具有扩散常数D、厚度L及面积A的膜构成上述生活及/或活动空间与外界的界面的至少一部分，在该生活及/或活动空间内的空气被充分地翻搅而构成该空气的各气体分子的浓度空间性地均匀化时，以使η(t)按照数学式9变化的方式进行控制，
此外，在由于法令或其他的理由而要求的换气风量为F时，以在F与上述膜的面积A之间A≥FL/D成立的方式设定上述膜的面积A，
上述数学式3为
Figure BPA0000277773320000161
上述数学式9为
Figure BPA0000277773320000162
另外，建筑物的生活及/或活动空间内部气体分子浓度控制方法的发明的特征在于，
以如下的建筑物为基础：
具有至少一个房间，
上述房间在内部具有作为闭空间的生活及/或活动空间，
并且如果从外界对上述生活及/或活动空间进行风量F的换气，
则在上述生活及/或活动空间的体积为V，上述生活及/或活动空间内部的气体消耗量为B(m3/s)，时刻t的上述生活及/或活动空间内部的气体浓度为η(t)，外界的该气体浓度为ηo，且上述生活及/或活动空间内的空气被充分地翻搅而构成该空气的各气体分子的浓度空间性地均匀化时，η(t)由数学式3确定，
上述建筑物的生活及/或活动空间内部气体分子浓度控制方法消除该生活及/或活动空间内部与外界之间的空气的作为气流的出入，通过针对关注的气体分子不使灰尘微颗粒通过而使气体分子通过的具有扩散常数D、厚度L及面积A的膜构成上述生活及/或活动空间与外界的界面的至少一部分，在该生活及/或活动空间内的空气被充分地翻搅而构成该空气的各气体分子的浓度空间性地均匀化时，以使η(t)按照数学式9变化的方式进行控制，
此外，在由于法令或其他的理由而要求的换气风量为F时，通过以在F与上述膜的面积A之间A≥FL/D成立的方式设定上述膜的面积A，来消除该生活及/或活动空间内部与外界之间的空气的作为气流的出入，并良好地保持该生活及/或活动空间内的空气质量，
上述数学式3为
Figure BPA0000277773320000171
上述数学式9为
在上述的发明中，典型的是关于上述的关注的气体分子，仅在生活及/或活动空间的内外存在浓度差时，该气体分子在内外进行交换，或者进一步，在控制生活及/或活动空间内部的空气环境时，在生活及/或活动空间的外部存在的上述的关注的气体分子以外的气体分子不交换。
发明效果
根据本发明，即使不进行生活及/或活动空间内部与外界之间的气体的交换(即使内外的气流的交换的风量F＝0)，通过气体分子的扩散，也能够得到与有效地以风量F进行换气的情况同等的效果。即，能够定量地赋予用于最低限度地保护根据法令确定的气体浓度或其他的理由而决定的气体浓度的气体交换膜的面积。通过其与例如使用了空气调节器的空气循环能力的100％循环反馈系统的并用，能够确保在房间内部活动的人们(作业者、刻苦学习的学生们等)对于气体环境的安心、安全，并实现高清洁度的室内。
附图说明
图1是表示第一实施方式的建筑物的剖视图。
图2是表示在第一实施方式的建筑物的房间的生活等空间的壁面安装的空气调节器及在其吸气口安装的前置过滤器的立体图。
图3是表示在第一实施方式的建筑物中使用的气体交换装置具有的箱状构造体的一例的俯视图。
图4是表示在第一实施方式的建筑物中使用的气体交换装置具有的箱状构造体的一例的主视图。
图5是表示在第一实施方式的建筑物中使用的气体交换装置具有的箱状构造体的一例的侧视图。
图6是沿图3的6-6线的剖视图。
图7A是表示在第一实施方式的建筑物中使用的气体交换装置的一例的主视图。
图7B是表示在第一实施方式的建筑物中使用的气体交换装置的一例的侧视图。
图8是表示第二实施方式的建筑物的剖视图。
图9是从第二实施方式的建筑物的房间的生活等空间的内部观察相互交叉的两个壁面的立体图。
图10是表示在第二实施方式的建筑物的房间的生活等空间的1个壁面的里侧的空间收纳有气体交换装置300的情况的立体图。
图11是从第二实施方式的建筑物的房间的生活等空间的内部观察相互交叉的两个壁面的立体图。
图12A是表示在第二实施方式的建筑物中使用的气体交换装置的一例的主视图。
图12B是表示在第二实施方式的建筑物中使用的气体交换装置的一例的左侧视图。
图12C是表示在第二实施方式的建筑物中使用的气体交换装置的一例的右侧视图。
图13A是以实施例1中制作的气体交换装置的气体交换部为主而对侧面进行了拍摄的附图代替用照片。
图13B是拍摄了实施例1中制作的气体交换装置的气体交换部的上表面的附图代替用照片。
图13C是拍摄了实施例1中制作的气体交换装置的气体交换部的上表面及侧面的附图代替用照片。
图13D是拍摄了实施例1中制作的气体交换装置的气体交换部的侧面的附图代替用照片。
图13E是拍摄了实施例1中制作的气体交换装置的侧面的附图代替用照片。
图14是表示实施例2中制作的气体交换装置的附图代替用照片。
图15是表示实施例2的建筑物的房间的生活等空间的附图代替用照片。
图16是表示在图15所示的生活等空间的1个拉窗的里侧的空间设置图14所示的气体交换装置的情况的附图代替用照片。
图17A是表示在实施例2中测定了在室内使煤气炉燃烧时的氧浓度的时间变化的结果的概略线图。
图17B是表示在实施例2中测定了在室内使煤气炉燃烧时的二氧化碳浓度的时间变化的结果的概略线图。
图18是表示实施例3中制作的前置过滤器的附图代替用照片。
图19是表示将实施例3中制作的前置过滤器安装于以往的在通常的房间的壁面上安装的空气调节器的吸气口的状态的附图代替用照片。
图20是表示测定了使用以往的在通常的房间的壁面上安装的空气调节器及在其吸气口安装的前置过滤器对房间进行了清洁化时的灰尘微颗粒密度的时间变化的结果的概略线图。
图21是表示前置过滤器使用的中性能过滤器的寿命的验证结果的概略线图。
图22是表示在实施例3中测定了将空气调节器设定为低风量而运转时的灰尘微颗粒密度的时间变化的结果的概略线图。
图23是表示在实施例3中测定了将空气调节器设定为低风量而开动时的各粒径的灰尘微颗粒颗粒密度的时间变化的结果的概略线图。
图24是表示在实施例3中测定了将空气调节器设定为中风量而运转时的灰尘微颗粒密度的时间变化的结果的概略线图。
图25是表示在实施例3中测定了将空气调节器设定为中风量而开动时的各粒径的灰尘微颗粒颗粒密度的时间变化的结果的概略线图。
图26是表示在实施例3中测定了将空气调节器设定为高风量而运转时的灰尘微颗粒密度的时间变化的结果的概略线图。
图27是表示在实施例3中测定了将空气调节器设定为高风量而开动时的粒径別的灰尘微颗粒颗粒密度的时间变化的结果的概略线图。
图28是表示在实施例4中将图18所示的前置过滤器安装于以往的在通常的房间的壁面上安装的空气调节器的吸气口的状态的附图代替用照片。
图29是表示在实施例4中测定了空气调节器运转时的灰尘微颗粒密度的时间变化的结果的概略线图。
图30是表示在实施例5中将市售的中性能过滤器作为前置过滤器而安装于以往的在通常的房间的壁面上安装的空气调节器的吸气口的状态的附图代替用照片。
图31是表示在实施例5中使用的市售的中性能过滤器的附图代替用照片。
图32是表示在实施例5中测定了空气调节器运转时的灰尘微颗粒密度的时间变化的结果的概略线图。
图33是表示在实施例6中将市售的中性能过滤器作为前置过滤器而安装于以往的在通常的房间的壁面上安装的空气调节器的吸气口的状态的附图代替用照片。
图34是表示在实施例6中使用的市售的中性能过滤器的附图代替用照片。
图35是表示在实施例6中测定了空气调节器运转时的灰尘微颗粒密度的时间变化的结果的概略线图。
具体实施方式
以下，说明用于实施发明的方式(以下设为“实施方式”)。
<1.第一实施方式>
图1示出第一实施方式的建筑物。建筑物通常具有多个房间，但是在图1中仅示出1个房间。如图1所示，该建筑物具有除了供气口10及排气口20的部分之外高气密性的房间100。房间100形成闭空间。房间100的形状根据需要而决定，但是存在例如具有长方形的平面形状的长方体形状、具有将长方形的平面形状的一角的长方形的区域切除的凹六边形(或L字型)的平面形状的形状、具有U字型的平面形状的形状、它们的内壁的一部分或全部为曲面的形状等。作为构成该闭空间的部分空间，具有生活及/或活动空间(以下，称为“生活等空间”)101和顶棚里102。顶棚里102是由双重顶棚形成的内部空间。该双重顶棚由房间100的顶面103和在该顶面103的下方以距该顶面103空出一定距离而相互相对的方式设置的顶棚壁104构成。换言之，生活等空间101与顶棚里102由顶棚壁104分隔。生活等空间101是1人或多人在其中居住或进行作业、集会等的空间，并具有为此所需的广度。在房间安装有窗或人的出入用的门，但是它们的图示及说明省略。
在生活等空间101的侧壁106的壁面上安装壁挂式的空气调节器200。在该空气调节器200的上部的吸气口安装由中性能过滤器构成的长方体形状的前置过滤器250。图2示出在壁面上安装的空气调节器200及其上的前置过滤器250的立体图。前置过滤器250是在底面及上表面开口的箱250a的内部收纳有将障子纸等过滤件250b通过反复弯折而折出峰谷的结构的机器。在图2中，作为一例，示出将箱250a的内部通过分隔板250c分成4个空间，在各个空间将折出峰谷的障子纸等的过滤件250b以相同朝向收纳的情况，但是没有限定于此，过滤件250b的方式或设置的方法根据需要来选择。为了避免大的灰尘落到过滤件250b上，优选在前置过滤器250的上表面安装以几乎不会减少通风传导性的程度的大小、个数及配置形成有开口的网格状的罩。并且，生活等空间101内的空气从前置过滤器250的上表面被吸入到前置过滤器250的内部，由过滤件250b过滤而清洁化后的空气从吸气口进入空气调节器200的内部，从下部的送风口向生活等空间101内吹出。此时，在生活等空间101的内部，从空气调节器200的送风口送出的空气的全部向前置过滤器250的上表面回流。即，构成100％循环反馈系统。
另一方面，在顶棚壁104上设置气体交换装置300。在顶棚壁104，在与气体交换装置300的内部气体回收口301及回流口302对应的部分分别设置开口104c、104d。而且，气体交换装置300的外部气体导入口303根据需要而经由通道连接于在房间100的侧壁105上设置的供气口10，排出口304根据需要而经由通道连接于在侧壁106上设置的排气口20。而且，气体交换装置300的内部气体回收口301根据需要而经由通道连接于在顶棚壁104上设置的开口104c，回流口302根据需要而经由通道连接于在顶棚壁104上设置的开口104d。在气体交换装置300的内部的气体交换部设有至少一张气体交换膜310。并且，生活等空间101的内部气体经由在顶棚壁104上设置的开口104c及气体交换装置300的内部气体回收口301向由气体交换部的气体交换膜310分隔的一方的空间导入，并且，经由在侧壁105上设置的供气口10及气体交换装置300的外部气体导入口303向由气体交换部的气体交换膜310分隔的上述的另一方的空间导入而外部气体中的氧透过该气体交换膜310向上述的一方的空间导入，并且，导入到上述的一方的空间的内部气体中的二氧化碳在该气体交换膜310中向氧的反方向透过而向上述的另一方的空间导入。这样从外部气体被供给了氧的内部气体从气体交换装置300的回流口302向生活等空间101回流。而且，从内部气体被供给了二氧化碳的外部气体从气体交换装置300的排出口304及设置于侧壁106的排气口20向外部排出。
气体交换装置300具体而言例如如下构成。图3～图6示出气体交换装置300的内部的气体交换部350的结构的一例。在此，图3～图6分别是气体交换部350的俯视图、主视图、侧视图及图3的6-6线剖视图。而且，图7A及图7B分别是气体交换装置300的主视图及侧视图。
如图3～图6所示，气体交换部350如下构成。即，在正方形形状的平板351的一方的面上沿着相互相对的两条边设置的长方形截面的高度h1的两个垫片S1上张设有气体交换膜310，在其上，层叠在与垫片S1正交的相互相对的两条边对应的部分设置的长方形截面的高度h2的垫片S2上张设有气体交换膜310的结构，在其上，层叠在高度h1的垫片S1上张设有气体交换膜310的结构，同样地，将垫片S2上张设有气体交换膜310的结构与垫片S1上张设有气体交换膜310的结构交替反复层叠，在最后的垫片S1上张设有气体交换膜310的结构上，将在与平板351相同形状的平板352的一方的面上沿着相互相对的两条边设置的长方形截面的高度h2的两个垫片S2以垫片S2为下的方式设置。在该例中，设置合计19张气体交换膜310。该气体交换部350包含的气体交换膜310的总面积以满足式(18)的方式或者满足A≥FL/D的方式决定，或者决定为MAX(Amin，A’min)以上。气体交换膜310通常极薄，因此如果忽视其厚度，则由垫片S2分隔的两张气体交换膜310之间的间隔大致为h2，由垫片S1分隔的两张气体交换膜310之间的间隔大致为h1。由垫片S2分隔的两张气体交换膜310之间的空间为内部气体通过的空间，由垫片S1分隔的两张气体交换膜310之间的空间为外部气体通过的空间。该外部气体与内部气体的流动的方向大致正交。h1、h2根据需要来选择，但是为了经由气体交换膜310有效地进行内部气体的二氧化碳与外部气体的氧的交换，优选相对于内部气体的导入量而相对性地增大外部气体的导入量，因此通常为h1≥h2，更优选为h1＞h2。在图3～图6所示的气体交换部350，示出h1＞h2的情况。具体而言，选择为例如h1≈(2～7)×h2。列举一例的话，h1＝25mm，h2＝5mm。而且，在h1与h2不相等的情况下，图4的气体交换部350的形状优选设为按照h1与h2之比，沿着外部气体与内部气体的通风传导性一致的方向设定了高宽比的长方形。
如图7A及图7B所示，气体交换装置300的主体具有正十二面体状的包围体360。包围体360的两面从正十二面体的底面及上底面沿一方向扩展，成为通过包围体360的1条棱线361的一条边远长于其他的边的九边形形状。在该包围体360的两面的通过棱线361的长边设有相对于该两面垂直地突出并沿着包围体360的长边延伸的细长的支承部362、363。在将气体交换装置300固定时，在上述的支承部362、363的多个部位设置的孔(未图示)中穿过螺栓而固定于设置部。在该包围体360的内部收纳箱状的气体交换部350。气体交换部350的两侧面的平板351、352与包围体360的两面大致接触，并且气体交换部350的角的棱线351～354分别与包围体360的棱线361、364～366一致，因此气体交换部350在包围体360之中被收纳成几乎不动。在将气体交换装置300固定的状态下，气体交换膜310成为铅垂方向，因此尘埃等即使进入相互相对的2张气体交换膜310之间的空间也会自然落下，因此能够防止尘埃滞留在气体交换膜310表面上而产生孔眼堵塞引起的气体交换能力的劣化。
在包围体360的4个侧面367～370分别设有圆筒状的外部气体导入口303、回流口302、排出口304及内部气体回收口301。这种情况下，从外部气体导入口303导入的外部气体在通过了由垫片S1分隔的两张气体交换膜310之间的空间之后，从排出口304排出。而且，从内部气体回收口301导入的内部气体在通过了由垫片S2分隔的两张气体交换膜310之间的空间之后，从回流口302排出。
根据该第一实施方式，气体交换部350包含的气体交换膜310的总面积A’以满足式(18)的方式决定，因此除了氧浓度之外，二氧化碳浓度也能够维持为由于法令或其他的理由而要求的水平。而且，能够成为在壁面上安装有壁挂式的空气调节器200的一般的房间100，并且仅通过在空气调节器200的吸气口安装中性能过滤器即前置过滤器250，就能够利用100％循环反馈系统使生活等空间101成为例如等级100以上的清洁度的清洁空间。此外，由于前置过滤器250为中性能过滤器，因此即便长期使用也难以产生孔眼堵塞，寿命极长，因此能够显著减少更换频度。该建筑物例如在日本国内的医院、公共设施、一般家庭自不必说，而且在大气环境难以说是必然良好的国外的学校等中也能良好使用。
<2.第二实施方式>
图8示出第二实施方式的建筑物。与第一实施方式同样，图8仅示出1个房间。如图8所示，该建筑物具有除了供气口10及排气口20的部分之外高气密性的房间100。与第一实施方式同样，在生活等空间101的侧壁105上安装壁挂式的空气调节器200，在该空气调节器200的上部的吸气口安装由中性能过滤器构成的长方体形状的前置过滤器250。图9是从生活等空间101的内部观察相互交叉的两个壁面101a、101b的图。如图9所示，在上述的壁面101a、101b上安装拉窗401、402。作为相当于拉窗401、402的障子纸的结构，使用气体交换膜310。与第一实施方式不同，气体交换装置300不是设置在顶棚壁104上而是设置于拉窗401的里侧的空间。图10示出将拉窗401的单侧一半打开的状态，图11示出将拉窗401关闭的状态。如图10所示，气体交换装置300设置在由顶棚壁104、房间100的侧壁106、拉窗401及台500围成的空间的台500上。
气体交换装置300具体而言例如图12A、图12B及图12C所示构成。在此，图12A、图12B及图12C分别是气体交换装置300的主视图、左侧视图及右侧视图。如图12A、图12B及图12C所示，气体交换装置300具有正四棱柱状的包围体360。在该包围体360的内部，图3～图6所示的气体交换部350以相对于包围体360旋转了45°的状态收纳。更详细而言，气体交换部350以其4条棱线在包围体360的各侧面的二等分线上内切的状态收纳于包围体360。在包围体360的1个侧面分别设置圆筒状的外部气体导入口303及回流口302，在与该侧面相对的另1个侧面上分别设置圆筒状的排出口304及内部气体回收口301。
如图10所示，气体交换装置300以未设置内部气体回收口301、回流口302、外部气体导入口303及排出口304的1个侧面为下地通过L字配件(未图示)固定于在台500上固定的2个支承构件501、502上。并且，在气体交换装置300的内部气体回收口301、回流口302、外部气体导入口303及排出口304分别连接通道601、602、603、604的一端，其另一端向上方延伸而贯通顶棚壁104，通过顶棚里102而分别连接于在顶棚壁104设置的开口104c、在顶棚壁104设置的开口104d、在侧壁105设置的供气口10及在侧壁106设置的排气口20。在将气体交换装置300固定的状态下，气体交换膜310成为铅垂方向，因此尘埃等即使进入相互相对的两张气体交换膜310之间的空间也能自然地落下，因此能够防止尘埃滞留在气体交换膜310表面上而产生孔眼堵塞引起的气体交换能力的劣化。
在处于拉窗401的里侧的设有气体交换装置300的空间中，通过图示省略的通道能够导入外部气体。因此，在设有该气体交换装置300的空间与生活等空间101之间能够将拉窗401的障子纸自身作为气体交换膜310进行气体交换。虽然图示省略，但是在拉窗402的里侧也设有同样的空间，通过省略图示的通道能够向该空间导入外部气体。这些空间相互分离。
该建筑物的上述以外的结构与第一实施方式相同。
根据该第二实施方式，能够得到与第一实施方式同样的优点。
实施例
(实施例1)
在实施例1中，说明实际制作在第一实施方式的建筑物中使用的气体交换装置300的例子。
图13A、图13B、图13C、图13D及图13E是示出该气体交换装置300的照片。在此，图13A、图13B、图13C、图13D及图13E分别是拍摄了该气体交换装置300的气体交换部的主要是侧面的照片、拍摄了上表面的照片、拍摄了上表面及侧面的照片(图13C及图13D)以及拍摄了气体交换装置300的侧面的照片。包围体368为铁制，平板351、352及垫片S1、S2为木制。气体交换装置300的气体交换部350的气体交换膜310的间隔设定为h1＝25mm、h2＝5mm。即，将外部气体通过的通路的两面的气体交换膜310的间隔与内部气体通过的通路的两面的气体交换膜310的间隔设定为非对称。气体交换部350的尺寸为60cm×60cm×30cm，气体交换膜310的尺寸为58cm×58cm，气体交换膜310的张数与图3～图6所示的例子同样为19张。气体交换装置300(G×B)的气体交换膜310的总面积为约6.4m2。
(实施例2)
实施例2对应于第二实施方式。
图14是表示在实施例2中制作的气体交换装置300的照片。但是，在图14中，将气体交换装置300的正面的板拆卸，能观察到内部的气体交换部350。平板351、352及垫片S1、S2为木制。气体交换装置300的气体交换部350的气体交换膜310的间隔设定为h1＝h2＝10mm。即，将外部气体通过的通路的两面的气体交换膜310的间隔与内部气体通过的通路的两面的气体交换膜310的间隔设定为对称。气体交换部350的尺寸为31cm×31cm×30cm，气体交换膜310的尺寸为30cm×30cm，气体交换膜310的张数为29张。气体交换装置300(G×B)的气体交换膜310的总面积为约2.6m2。但是，在此，取代壁挂式的空气调节器而使用了设置在生活等空间101的顶棚壁104上的风扇过滤器单元。在顶棚壁104上，在与该风扇过滤器单元的空气吸入口及空气吹出口对应的部分分别成对地设置开口。并且，生活等空间101内的空气从设置在与风扇过滤器单元的空气吸入口对应的部分上的开口吸入，进入风扇过滤器单元的空气吸入口，通过风扇过滤器单元进行了清洁化的空气以全量从空气吹出口向生活等空间101内吹出。风扇过滤器单元的流量设为约20m3/分钟。房间100的生活等空间101的体积为约70m3。拉窗401、402的气体交换膜310的面积为约3.3m2。
图15是实施例2中使用的生活等空间101的从内部拍摄的照片。该生活等空间101的广度为约17块榻榻米。图16是表示在图15所示的生活等空间101的1个拉窗401的里侧的空间设置图14所示的气体交换装置300的情况的照片。
测定了在生活等空间101内使台式煤气炉燃烧时的氧浓度及二氧化碳浓度的变化的结果分别如图17A及图17B所示。图17B是在内外没有气流的交换(在上面的议论中F＝0)的生活等空间101内，使丁烷的盒式煤气炉以全开进行燃烧而暂时使二氧化碳浓度上升，然后，观察了使气体交换装置300开动时的二氧化碳浓度的变化的图。氧浓度使用OxymanPlus OM-25MP01(日本泰荣工程技术)进行了测定，二氧化碳浓度使用数据记录器MC-383SD(SATOTECH)进行了测定。丁烷的燃烧由
[化学式3]
C4H10+6.5O2＝4CO2+5H2O
记述。可知与之相比只要考虑为B’～0.6B即可。由于燃烧而氧从20.9％至19.9％减少约0.01(即10000ppm)时，二氧化碳根据式(20)，
[数学式20]
10000ppm×4/6.5～6200ppm (20)
而预测到增加。实际上，在图17A及图17B中，在时刻12：30，氧减少至19.8％时，二氧化碳从初期值约400ppm增加至约6800ppm，得到与根据式(20)的预测非常一致的结果。在图17A中，在氧浓度和二氧化碳浓度中观察到完全对称的时间变化，因此可以看到两者的浓度变化的时间常数大致相同，气体交换膜310中的氧和二氧化碳的扩散常数也大致相等。直至时刻11：15为止，使面向图9的右手侧的拉窗402的气体交换膜310(GEM2)(面积约3.3m2)动作，从时刻11：15开始，也增加面向图9的左手侧的拉窗401的气体交换膜310(GEM1)(面积约3.3m2)。在时刻11：45，第一份丁烷气体燃料用尽，因此使用第二份丁烷气体燃料，使煤气炉同样地以全开进行燃烧。由于是加满的丁烷气体燃料，因此之后不久，二氧化碳浓度增加。在该燃烧条件下，可知丁烷气体燃料在约80分钟变空(丁烷250g燃烧尽)。如果根据每单位时间的燃烧量以式(2)为基础进行计算，则这相当于约31人量的氧消耗量。该人数是图8所示的房间100的生活等空间101装不下的成年人数，但是氧浓度保持19.8％和(一个安全的标准)18.5％以上的值。在时刻12：30使气体交换装置300(G×B)(总面积约2.6m2)开动时，其浓度转为减少(其表现通过上述的式(16)清晰地记述)。气体交换膜310的附近的气体流速大的气体交换装置300表现出比气体交换膜310有利的情况。在时刻14：00，二氧化碳浓度低于约4800ppm这样卫生性的极限值，但是判断为在该17块榻榻米左右的广度的生活等空间101进入31名的情况很少，暗示了该人数在该房间的长期滞留不优选的情况。如果将人数缩减为几名(遵守建筑物环境卫生管理基准的话为4名，遵守学校环境卫生基准的话为8名)，则可知在使用了拉窗401、402的具备100％循环反馈系统及气体交换装置300的房间100的生活等空间101内(室内外之间的大量的气体(空气质量)的交换产生的换气风量即使为0也)能够长时间安心、安全地滞留。在时刻13：10切换为第三份丁烷气体燃料，但是二氧化碳的减少倾向持续，能够确认到气体交换装置300的效果。将图17A及图17B进行比较可知，在该生活等空间101内，使其中使用了气体交换膜310的100％循环反馈系统及气体交换装置300开动时，生活等空间101内的氧浓度的下降停止，同时，抑制二氧化碳浓度的上升。气体交换有效地起作用的情况得到验证。
(实施例3)
如图18所示，制作了将宽度约20cm、长度约80cm的箱利用分隔板分成4个空间，在各个空间收纳有折出峰谷的过滤件的前置过滤器250。在此，作为过滤件，从其作业性的优良出发，使用了Asahipen障子纸No.5641。图19示出在灰尘微颗粒密度高的以往的一般的房间的壁面上安装的通常的壁挂式的空气调节器的上部的吸气口安装有图18所示的前置过滤器的例子。但是，使用了株式会社日立制作所制的RAS-KJ22B(W)作为空气调节器。空气调节器的上部与前置过滤器之间利用胶带进行了糊缝。
图20示出在图19所示的房间内，测定了在吸气口安装有前置过滤器250的空气调节器200运转时的房间内的灰尘微颗粒密度的时间变化的结果。如图20所示，在安装有前置过滤器250的空气调节器200的运转开始前，房间为US 209D等级12万，尘埃较多，相对于此，在运转开始后，灰尘微颗粒密度开始急速减少，在经过10小时后，灰尘微颗粒密度减少至US209D等级4000，约1/30。即，可知尽管前置过滤器250使用的中性能过滤器的捕集效率γ绝对不高，但是按照已述的式(5)能够实现良好的清洁度。前置过滤器250的原料设为捕集效率γ更接近于1且压力损失低而能获得风量的原料，由此根据式(5)，能够在更短时间内实现格外良好的清洁度。
在此，说明进行了作为前置过滤器250使用的中性能过滤器的寿命的评价的结果。制作作为结构的面的全部由气体交换膜构成的帐篷状构造体，将其设置在高级公寓的寝室的地板上，在地板上铺设的床垫上被验者就寝。在帐篷内部的地板上设置了风扇过滤器单元及灰尘计数器(颗粒数计测器)。作为风扇过滤器单元，使用了松下株式会社制空气清洁机(F-PDH35)。该空气清洁机使用了γ＝98％的中性能过滤器。一边通过该空气清洁机的连续运转而对帐篷内部进行清洁化，一边使被验者以通常的生活节奏就寝。在该空气清洁机开动了约4年之后，通过灰尘计数器在就寝中计测了帐篷内部的灰尘微颗粒数密度。其结果在图21中示出。如图21所示，即使在持续使用了约4年之后，空气清洁机的动作特性也未劣化。这是中性能过滤器的孔眼堵塞少的缘故。
接下来，说明在图19所示的房间内，进行了研究将在吸气口安装有前置过滤器250的空气调节器200的风量改变为低风量、中风量及高风量这3个等级而运转时的房间内的灰尘微颗粒密度的时间变化及各风量下的各粒径的灰尘微颗粒数的减少的情况的实验的结果。使空气调节器200以低风量、中风量及高风量运转时的房间内的灰尘微颗粒密度的时间变化分别如图22、图24及图26所示。使空气调节器200以低风量、中风量及高风量运转时的房间内的各粒径的灰尘微颗粒数的减少的情况分别如图23、图25及图27所示。从图22、图24及图26可知，与风量无关，伴随着时间的经过而粒径0.5μm以上的颗粒数的总和减少。而且，从图23、图25及图27可知，由于使用障子纸(Asahipen障子纸No.5641)作为前置过滤器250的过滤件，因此粒径10μm以上的颗粒能够良好地捕集，不过当粒径更小时表现出捕集效率γ下降的倾向，但是由于通过空气调节器200的空气循环能力而房间内的空气在前置过滤器250中反复通过被过滤，因此粒径小于10μm的颗粒也随着时间的经过而捕集一点点地进展。
(实施例4)
图28示出在灰尘微颗粒密度高的以往的一般的房间的壁面上安装的通常的壁挂式的空气调节器的上部的吸气口安装有图18所示的前置过滤器的例子。但是，作为空气调节器，使用了大金工业株式会社制的S25TTES-W。空气调节器的上部与前置过滤器之间由胶带进行了糊缝。
图29示出测定了在吸气口安装有前置过滤器250的空气调节器200运转时的房间内的灰尘微颗粒密度的时间变化的结果。如图29所示，安装有前置过滤器250的空气调节器200的运转开始前，房间为US 209D等级10万，尘埃较多，相对于此，在运转开始后，灰尘微颗粒密度开始急速减少，在经过了4小时之后，灰尘微颗粒密度减少至US 209D等级4000，约1/25。
(实施例5)
图30示出在灰尘微颗粒密度高的以往的一般的房间的壁面上安装的通常的壁挂式的空气调节器的上部的吸气口安装有市售的中性能过滤器作为前置过滤器250的例子。但是，作为空气调节器，使用了大金工业株式会社制的S25TTES-W。空气调节器的上部与前置过滤器之间由胶带进行了糊缝。图31示出拍摄了作为前置过滤器250使用的市售的中性能过滤器(大金工业株式会社制集尘过滤器KAFPO44A4)的照片。
图32示出测定了在吸气口安装有前置过滤器250的空气调节器200运转时的房间内的灰尘微颗粒密度的时间变化的结果。如图32所示，在安装有前置过滤器250的空气调节器200的运转开始前，房间为US 209D等级10万，尘埃较多，相对于此，在运转开始后，灰尘微颗粒密度开始急速减少，在经过了50分钟之后，灰尘微颗粒密度减少至US 209D等级1000，约1/100。
(实施例6)
图33示出在安装于灰尘微颗粒密度高的以往的一般的房间的壁面上的通常的壁挂式的空气调节器的上部的吸气口安装有市售的中性能过滤器作为前置过滤器250的例子。但是，作为空气调节器，使用了大金工业株式会社制的S25TTES-W。空气调节器的上部与前置过滤器之间由胶带进行了糊缝。图34示出拍摄了作为前置过滤器250使用的市售的中性能过滤器(夏普株式会社制空气清洁机交换用过滤器FZ-Z51HF)的照片。
图35示出测定了在吸气口安装有前置过滤器250的空气调节器200运转时的房间内的灰尘微颗粒密度的时间变化的结果。如图35所示，在安装有前置过滤器250的空气调节器200的运转开始前，房间为US 209D等级3万，尘埃较多，相对于此，在运转开始后，灰尘微颗粒密度开始急速减少，在经过了1小时之后，灰尘微颗粒密度减少至US 209D等级300，约1/100。
以上，关于本发明的实施方式及实施例进行了具体说明，但是本发明没有限定为上述的实施方式及实施例，能够进行基于本发明的技术思想的各种变形。
例如，在上述的实施方式中，例如，列举了氧、二氧化碳的例子，但是除此以外也能够进行一氧化碳CO或硫化氢H2S等，根据温泉地域等地域性或使用了煤球的烹饪等状况的变形应用(将对于上述二氧化碳使用的ξ、ξo再定义为关于当前关注的气体种类的值时，上述的式子以及式子变形自身可以直接适用。当然，在通常的生活等空间101中，对于CO、H2S而可以为ξo～0)。而且，在上述的实施方式及实施例中列举的数值、结构、结构、形状、材料等只不过为例子，根据需要可以使用与之不同的数值、构造、结构、形状、材料等。
标号说明
10...供气口，20...排气口，100...房间，101...生活等空间，103...屋檐，104...顶棚壁，104a、104b、104c、104d...开口，105、106...侧壁，200...空气调节器，250...前置过滤器，250a...箱，250b...分隔板，250c...过滤件，300...气体交换装置，301...内部气体回收口，302...回流口，303...外部气体导入口，304...排出口，310...气体交换膜，350...气体交换部，360...包围体，401、402...拉窗。

Claims (11)

1.一种建筑物，以如下的建筑物为基础：
具有至少一个房间，
上述房间在内部具有作为闭空间的生活及/或活动空间，
并且如果从外界对上述生活及/或活动空间进行风量F的换气，
则在设上述生活及/或活动空间的体积为V，上述生活及/或活动空间内部的气体消耗量为B(m3/s)，时刻t的上述生活及/或活动空间内部的气体浓度为η(t)，外界的该气体浓度为ηo，且上述生活及/或活动空间内的空气被充分地翻搅而构成该空气的各气体分子的浓度空间性地均匀化时，η(t)由数学式3确定，
上述建筑物消除该生活及/或活动空间内部与外界之间的空气的作为气流的出入，通过针对关注的气体分子不使灰尘微颗粒通过而使气体分子通过的具有扩散常数D、厚度L及面积A的膜构成上述生活及/或活动空间与外界的界面的至少一部分，在该生活及/或活动空间内的空气被充分地翻搅而构成该空气的各气体分子的浓度空间性地均匀化时，以使η(t)按照数学式9变化的方式进行控制，
此外，在由于法令或其他的理由而要求的换气风量为F时，以在F与上述膜的面积A之间A≥FL/D成立的方式设定上述膜的面积A，
上述数学式3为
Figure FPA0000277773310000011
上述数学式9为
Figure FPA0000277773310000012
2.根据权利要求1所述的建筑物，其中，
关于上述关注的气体分子，仅在上述生活及/或活动空间的内外存在浓度差时，在内外交换该气体分子。
3.根据权利要求2所述的建筑物，其中，
在对上述生活及/或活动空间内部的空气环境进行控制时，存在于上述生活及/或活动空间的外部的上述关注的气体分子以外的气体分子不交换。
4.根据权利要求1所述的建筑物，其中，
在上述房间设置有风扇过滤器单元，该风扇过滤器单元设有吹出口，以向上述生活及/或活动空间的内部送出气体，从上述吹出口向上述生活及/或活动空间的内部流出的气体的全部最终向上述风扇过滤器单元的吸入口回流。
5.根据权利要求1所述的建筑物，其中，
上述建筑物具有至少一个气体交换装置，
上述气体交换装置具有箱状构造体，该箱状构造体具有至少两个气体吸入口和至少两个气体喷出口并构成闭空间，
上述至少两个气体吸入口中的一个与上述至少两个气体喷出口中的一个连通，并且上述至少两个气体吸入口中的另一个与上述至少两个气体喷出口中的另一个连通，
上述两个连通路各自形成独立流路，并且借助不使灰尘微颗粒通过而使气体分子通过的膜而相互接近并彼此分隔，
从包围上述房间的外部空间导入的空气从上述气体吸入口中的一个向上述气体交换装置的上述箱状构造体导入，并从与该气体吸入口连通的上述气体喷出口向上述外部空间送出，另一方面，上述生活及/或活动空间的内部气体从上述气体吸入口中的另一个向上述气体交换装置的上述箱状构造体导入，并从与该气体吸入口连通的上述气体喷出口向上述生活及/或活动空间回流，
上述膜在设上述生活及/或活动空间的体积为V，上述膜的面积为A’，厚度为L，上述膜中的二氧化碳的扩散常数为D’时，具有以{(V/A’)/(D’/L)}定标而设定的面积A’，
在设上述生活及/或活动空间内部的二氧化碳产生率为B’，与外部处于平衡状态且在上述生活及/或活动空间内部没有二氧化碳产生时的二氧化碳浓度为ξo(ξ＜5000ppm)，且上述生活及/或活动空间内部的目标二氧化碳浓度为ξ时，上述膜的面积A’以满足
Figure FPA0000277773310000031
的方式设定。
6.根据权利要求5所述的建筑物，其中，
在上述生活及/或活动空间内，在壁面安装有壁挂式的空气调节器，在上述空气调节器的上部的吸入口安装有使用了中性能过滤器的前置过滤器，从上述空气调节器的吹出口流出到上述生活及/或活动空间的内部的气体的全部向上述前置过滤器的吸入口回流。
7.根据权利要求1所述的建筑物，其中，
上述建筑物具有至少一个气体交换装置，
上述气体交换装置具有箱状构造体，该箱状构造体具有至少两个气体吸入口和至少两个气体喷出口并构成闭空间，
上述至少两个气体吸入口中的一个与上述至少两个气体喷出口中的一个连通，并且上述至少两个气体吸入口中的另一个与上述至少两个气体喷出口中的另一个连通，
上述两个连通路各自形成独立流路，并且借助不使灰尘微颗粒通过而使气体分子通过的膜而相互接近并彼此分隔，
从包围上述房间的外部空间导入的空气从上述气体吸入口中的一个向上述气体交换装置的上述箱状构造体导入，并从与该气体吸入口连通的上述气体喷出口向上述外部空间送出，另一方面，上述生活及/或活动空间的内部气体从上述气体吸入口中的另一个向上述气体交换装置的上述箱状构造体导入，并从与该气体吸入口连通的上述气体喷出口向上述生活及/或活动空间回流，
上述膜相对于通过下述(1)求出的上述膜的面积A的下限值Amin和通过下述(2)求出的上述膜的面积A’的下限值A’min而具有MAX(Amin，A’min)以上的面积，
(1)在设上述膜的面积为A，厚度为L，上述膜中的气体分子的扩散常数为D时，在由于法令或其他的理由而对上述生活及/或活动空间要求的换气风量为F时，满足A≥FL/D的上述膜的面积A，
(2)在设上述生活及/或活动空间的体积为V，上述膜的面积为A’，厚度为L，上述膜中的二氧化碳的扩散常数为D’时，上述膜的面积A’以{(V/A’)/(D’/L)}定标而设定，
在设上述生活及/或活动空间内部的二氧化碳产生率为B’，与外部处于平衡状态且在上述生活及/或活动空间内部没有二氧化碳产生时的二氧化碳浓度为ξo，且上述生活及/或活动空间内部的目标二氧化碳浓度为ξ(ξ＜5000ppm)时，满足
Figure FPA0000277773310000041
的上述膜的面积A’。
8.根据权利要求5所述的建筑物，其中，
在上述气体交换装置中，上述生活及/或活动空间的内部气体从上述气体吸入口中的另一个向上述箱状构造体导入，从与该气体吸入口连通的上述气体喷出口向上述生活及/或活动空间回流的风量f相对于上述F以满足f≥F的方式设定。
9.根据权利要求5所述的建筑物，其中，
上述气体交换装置设置于构成上述房间的壁与上述生活及/或活动空间之间的空间。
10.根据权利要求6所述的建筑物，其中，
上述中性能过滤器由反复弯折的障子纸、无纺布、合成纤维或纤维素系纤维构成。
11.一种建筑物的生活及/或活动空间内部气体分子浓度控制方法，其特征在于，
以如下的建筑物为基础：
具有至少一个房间，
上述房间在内部具有作为闭空间的生活及/或活动空间，
并且如果从外界对上述生活及/或活动空间进行风量F的换气，
则在设上述生活及/或活动空间的体积为V，上述生活及/或活动空间内部的气体消耗量为B(m3/s)，时刻t的上述生活及/或活动空间内部的气体浓度为η(t)，外界的该气体浓度为ηo，且上述生活及/或活动空间内的空气被充分地翻搅而构成该空气的各气体分子的浓度空间性地均匀化时，η(t)由数学式3确定，
上述建筑物的生活及/或活动空间内部气体分子浓度控制方法消除该生活及/或活动空间内部与外界之间的空气的作为气流的出入，通过针对关注的气体分子不使灰尘微颗粒通过而使气体分子通过的具有扩散常数D、厚度L及面积A的膜构成上述生活及/或活动空间与外界的界面的至少一部分，在该生活及/或活动空间内的空气被充分地翻搅而构成该空气的各气体分子的浓度空间性地均匀化时，以使η(t)按照数学式9变化的方式进行控制，
此外，在由于法令或其他的理由而要求的换气风量为F时，通过以在F与上述膜的面积A之间A≥FL/D成立的方式设定上述膜的面积A，来消除该生活及/或活动空间内部与外界之间的空气的作为气流的出入，并良好地保持该生活及/或活动空间内的空气质量，
上述数学式3为
Figure FPA0000277773310000051
上述数学式9为
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