JP2007085603A - 建物空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】 建物空間の冷暖房を省エネルギーで好適に実現できる建物空調システムを提供すること。
【解決手段】 屋根１３、壁１２及び基礎１１が気密及び断熱構造に構成された家屋１０に設けられて、建物空間を冷暖房する建物空調システム３０であって、空気が流動する通気層３２を備える屋根の南側屋根面１３Ａと、基礎に設置された床１４により形成される床下空間１５と南側屋根面の通気層３２とを連通し、第１ファン３７を備えた第１ダクト３５と、１階空間１７と床下空間とを連通し、第２ファン３８を備えた第２ダクト３６とを有し、南側屋根面の通気層３２にて生成された暖気を、第１ダクト３５を経て床下空間１５へ導入可能とし、床下空間１５にて生成された冷気を、第２ダクト３６を経て１階空間１７へ導入可能に構成されたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高気密高断熱構造の建物を換気し、季節に応じて冷暖房する建物空調システムに関する。

高気密高断熱構造の建物を換気し、冷暖房するものとして、特許文献１に記載の空調方法が提案されている。この空調方法は、外気を、地中に埋設された地下ダクトに導き、次に屋根裏空間に設置された熱交換器を経て床下空間へ導き、一方、室内の空気を上記熱交換器を経て大気中へ排出して換気するものであり、夏季に主に地熱を利用して室内を冷房する。また、屋根に設置された集熱パネルにより、太陽熱を利用して屋根裏空間の空気を暖め、主にこの暖気を、床下空間を経て室内へ導くことで冬季に室内を暖房する。

特開平７‐２４８１３０号公報

上述の背景技術では、床下空間に空気（冷気または暖気）を流動させることで当該床下空間の換気がなされ、地熱や太陽熱を利用することによって、室内の冷暖房の省エネルギー化が図られている。

ところが、これらの換気及び冷暖房の実施には、地下ダクト、集熱パネル及び熱交換器など大規模な設備が必要となり、多大なコストを要する。

また、地下ダクトが土に接する面積が小さいので、地下ダクトにより空気をある程度まで熱交換して冷却すると、それ以降は地下ダクト周囲の土の温度が上昇して、地下ダクト内の空気を良好に冷却できない場合がある。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、建物空間の冷暖房を省エネルギーで好適に実現できる建物空調システムを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、屋根、壁及び基礎が気密及び断熱構造に構成された建物に設けられて、建物空間を冷暖房する建物空調システムであって、上記建物の上部に設置され、空気が流動する通気層を備える集熱体と、上記基礎に設置された床により形成される床下空間と上記集熱体の上記通気層とを連通し、第１ファンを備えた第１ダクトと、上記床の上方の床上空間と上記床下空間とを連通し、第２ファンを備えた第２ダクトとを有し、上記集熱体の上記通気層にて生成された暖気を、上記第１ダクトを経て上記床下空間へ導入可能とし、上記床下空間にて生成された冷気を、上記第２ダクトを経て上記床上空間へ導入可能に構成されたことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記集熱体は屋根であり、この屋根の南側屋根面の全面に通気層が形成されたことを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記集熱体は建物の屋上または壁に設置される集熱板であり、この集熱板の全面に通気層が形成されたことを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、上記集熱体は、冬至に子午線を通過する太陽の太陽光に対し略直交する角度を基準として設置されたことを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、上記集熱体の通気層内に開口する第１ダクトのダクト流入口は、当該集熱体の上縁から所定距離だけ中央よりの位置に設定されたことを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、上記集熱体の通気層を形成する通気層形成部材が、第１ダクトのダクト流入口へ向かう方向に配置されたことを特徴とするものである。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、上記集熱体の通気層を形成する通気層形成部材は、当該通気層内を空気が蛇行して流れるように配置されたことを特徴とするものである。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、上記第１ダクトには、第１ファンの下流側で床上空間内に開口するダクト中間排出口が、閉塞可能に設けられたことを特徴とするものである。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、上記建物の壁には、換気扇及び外気導入口がそれぞれ所定位置に設けられると共に、床に通気口が形成され、上記外気導入口から床上空間内に導入された外気が上記通気口を経て床下空間へ導かれ、他の通気口を経て上記換気扇により大気中へ排出されるよう構成されたことを特徴とするものである。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、上記換気扇が設けられた部屋の仕切り壁に通気排出口が形成され、この通気排出口が閉塞されることで、外気導入口から床上空間内に導入された外気を、床の通気口を経て床下空間へ導くよう構成されたことを特徴とするものである。

請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、上記第１ダクト及び第２ダクトが断熱材により被覆されたことを特徴とするものである。

請求項１または３に記載の発明によれば、冬季には、集熱体の通気層を空気が流動する間に太陽熱で暖められて生成された暖気が、第１ダクトを経て床下空間へ導入されて建物空間を暖房し、また夏季には、床下空間を流れる空気が地熱により冷却されて生成された冷気が、第２ダクトを経て床上空間へ導入されて建物空間を冷房する。このように、太陽熱及び地熱を利用することで、建物空間の冷暖房を省エネルギーで実現することができる。

また、床下空間は、建物全体の床と基礎により構成される空間であるため、基礎を介して接する大地の面積が広く、このため、この大地は、床下空間を流れる空気と熱交換してもその温度がほとんど変化しない。したがって、床下空間を流れる空気を常時良好に熱交換して冷却することができ、建物空間の冷房を好適に実現できる。

請求項２に記載の発明によれば、建物空間を冷暖房する建物空調システムが、通気層を備えた屋根、第１ダクト、第２ダクト、第１ファン及び第２ファン等を有して構成されたことから、建物空調システムの低コスト化を達成できる。

請求項４に記載の発明によれば、集熱体が、冬至に子午線を通過する太陽の太陽光に対し略直交する角度を基準として設置されたことから、集熱体(屋根、集熱板)の通気層を流動する空気を太陽熱により効率的に暖めて、暖気を生成することができる。

請求項５に記載の発明によれば、集熱体の通気層内に開口する第１ダクトのダクト流入口は、当該集熱体の上縁から所定距離だけ中央よりの位置に設定されたので、集熱体の通気層内で充分に暖められた空気を暖気として、上記ダクト流入口を経て第１ダクト内へ導入することができる。

請求項６に記載の発明によれば、集熱体の通気層を形成する通気層形成部材が、第１ダクトのダクト流入口へ向かう方向に配置されたことから、通気層内を流れる空気が通気層形成部材に沿って流動することで、この空気を滞ることなくスムーズに上記ダクト流入口へ導くことができる。

請求項７に記載の発明によれば、集熱体の通気層を形成する通気層形成部材は、当該通気層内を空気が蛇行して流れるように配置されたことから、当該通気層内を流れる空気を蛇行させることで、太陽熱により充分に暖めることができる。

請求項８に記載の発明によれば、第１ダクトには、第１ファンの下流側で床上空間内に開口するダクト中間排出口が設けられたことから、集熱体の通気層内を流れて、夏季の夜間に放射冷却された空気(冷気)を、上記ダクト中間排出口から床上空間へ導くことができるので、この床上空間を良好に冷房することができる。

請求項９または１０に記載の発明によれば、外気導入口から床上空間内に導入された外気が床の通気口を経て床下空間へ導かれ、他の通気口を経て換気扇により大気中へ排出されるので、第１ダクトを経て床下空間へ暖気が流入する場合や、床下空間内の冷気を第２ダクトを経て床上空間へ導く場合と同様に、床下空間を除湿して乾燥させることができる。このため、床下空間に接した建材の腐食や劣化を防止でき、床下空間内でのカビやシロアリなどの発生を防止できるので、建物の耐久性を向上させることができる。

請求項１１に記載の発明によれば、第１ダクト及び第２ダクトが断熱材により被覆されたので、これらのダクト内を流れる空気からの放熱を防止でき、建物空間の暖房、冷房を効率的に実施できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。

図１は、本発明に係る建物空調システムの第１の実施の形態が適用された家屋を示す断面図である。図２は、図１の屋根を示す断面図である。図３は、図１の屋根において屋根仕上げ体を除いて示し、冬季昼間及び夏季夜間における空気の流れを示す平面図である。

図１に示す建物としての家屋１０は、特に冬季の快適性を確保するために高気密高断熱構造に構成されている。つまり、家屋１０の基礎１１（本実施形態ではベタ基礎）には換気口が設けられておらず、その外部の側面には、押出法ポリスチレンフォーム等の断熱材が貼着され、また、外壁１２及び屋根１３には、外側に気密シート及び断熱材が配設されている(後に詳説する)。また、上記基礎１１の断熱材は地中深くまで当該基礎１１を覆って、この基礎１１が地表面付近の熱の影響を受けないように配慮されている。

上記家屋１０は、基礎１１上に設けられた床１４により、床下空間１５と床上空間１６とに区画され、更に床上空間１６は、下階空間を構成する１階空間１７と、上階空間を構成する２階空間１８及び小屋裏空間１９とに区画される。屋根１３は、山形形状の切妻または寄せ棟形式に構成され、この屋根１３の下方に、上記小屋裏空間１９が設けられる。この小屋裏空間１９は２階空間１８に連通されている。また、１階空間１７及び２階空間１８は、仕切壁２０によってそれぞれ複数の部屋Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６…に仕切られている。

上述のような高気密高断熱構造を有する家屋１０にあっては、内部の汚染空気を排出し、且つ外気の新鮮な空気を取り込むために、換気設備２１が装備されている。この換気設備２１は、外壁１２の特定箇所に設置された換気扇２２と、外壁１２の任意の箇所に形成された外気導入口２３と、床１４に設けられた複数の通気口２４とを有して構成される。

換気扇２２は、例えばトイレＲ３、Ｒ６に設けられたトイレ用換気扇であり、２４時間連続運転される。また、外気導入口２３は、例えば和室Ｒ１や寝室Ｒ２、食堂Ｒ４等、外壁１２に接する部屋の全てまたはその一部に設けられて、これらの部屋に外気を導入する。更に、通気口２４は、床１４に接する１階空間１７の部屋の全てに設けられて、これらの部屋内の空気と床下空間１５内の空気とを流出入可能とする。２階空間１８の部屋にあっては、仕切壁２０の下部に、またはこの仕切壁に設けられたドアもしくは引き戸などの下部にそれぞれ通気通路２５が設けられる。この通気通路２５を通して、２階空間１８の隣接する各部屋間で空気が流出入する。尚、外気導入口２３、通気口２４及び通気通路２５には、開閉機構を有するがらり（図示せず）が設けられている。

家屋１０が前述のように気密構造であるため、上記換気扇２２の２４時間の連続運転により、外気導入口２３が設けられた部屋（例えば和室Ｒ１、食堂Ｒ４等）へ外気が導入される。この外気は、１階空間１７にあっては、換気扇２２が設けられたトイレＲ３の仕切壁２０の通気排出口２６が、蓋２７により閉塞されたときに(図１０)、外気の導入された部屋（例えば和室Ｒ１）から、この和室Ｒ１に連通した通気口２４を経て床下空間１５内へ流入し、この床下空間１５内を流動して、換気扇２２が設けられたトイレＲ３に連通した通気口２４を経て上記トイレＲ３へ流入し、換気扇２２により大気中へ排出される。また、外気は、２階空間１８にあっては、外気が導入された部屋（例えば食堂Ｒ４）から、この食堂Ｒ４に連通した台所Ｒ５を流れ、通気通路２５を経て、換気扇２２が設けられたトイレＲ６へ流入し、この換気扇２２により大気中へ排出される。

また、上記通気排出口２６の開放時に、この通気排出口２６が床１４の通気口２４よりも流路抵抗が小さいので、外気導入口２３を経て１階空間１７に導入された外気は、外気が導入された部屋（例えば和室Ｒ１）から、図示しない部屋間の隙間を通って隣室（例えば寝室Ｒ２）へ至り、トイレＲ３の仕切壁２０における通気排出口２６からこのトイレＲ３内へ流入し、換気扇２２により大気中に排出される。つまり、通気排出口２６の開放時には、床下空間１５内へ外気が導入されず、この外気は１階空間１７を流れる。このとき、この床下空間１５内へは後述のように、第１ダクト３５を経て暖気が流れ（図６）、或いは床下空間１５の冷気が第２ダクト３６を経て１階空間１７へ流出することで冷気が流れる（図８、図９）。

このように、換気扇２２の連続運転により家屋１０内の換気が年間を通じて実施され、新鮮な外気が１階空間１７及び２階空間１８内へ外気導入口２３を通して導入され、また、１階空間１７及び２階空間１８内の室内空気が換気扇２２を経て大気中へ排出される。更に、１階空間１７に導入された外気が床下空間１５内を流れ、この床下空間１５をダクト代わりに使用する場合や、床下空間１５に暖気または冷気が流れる場合には、この床下空間１５は１階空間１７及び２階空間１８と同様に換気され、床下に導入された空気が流動することで乾燥状態に保持されて、結露などの発生が防止される。

ところで、家屋１０は、１階空間１７、２階空間１８及び床下空間１５を換気する上述の換気設備２１の他に、１階空間１７及び２階空間１８等の床上空間１６を冷暖房するための冷暖房設備３１を有する。これらの換気設備２１及び冷暖房設備３１が建物空調システム３０を構成する。

上記冷暖房設備３１は、家屋１０の上部に設置されて、空気が流動する通気層３２を備える集熱体としての屋根１３(南側屋根面１３Ａ及び北側屋根面１３Ｂ)と、この南側屋根面１３Ａの通気層３２と床下空間１５とを連通する第１ダクト３５と、床下空間１５と１階空間１７の天井付近とを連通する第２ダクト３６とを有して構成される。上記第１ダクト３５に第１ファン３７が、上記第２ダクト３６に第２ファン３８がそれぞれ配設されている。

上記第１ダクト３５では、上流端のダクト流入口３３が南側屋根面１３Ａの通気層３２内に開口され、または下流端のダクト流出口３４が床下空間１５に開口される。更に、第１ダクト３５には、第１ファン３７の下流側にダクト中間排出口３９が、２階空間１８に開口して設けられる。このダクト中間排出口３９は開閉可能に設けられ、後述の如くダクト中間排出口３９から冷気を流出させるとき以外は閉塞される。また、第１ダクト３５は、内部に後述の暖気または冷気が流れるので、空気からの放熱を防止するために断熱材で被覆されている。

従って、このように構成された第１ダクト３５は、第１に、冬季昼間に太陽熱で、例えば４０℃〜５０℃に暖められた南側屋根面１３Ａの通気層３２内の空気（暖気）を、第１ファン３７の運転によりダクト流出口３４から流出させて床下空間１５へ導き（図６）、基礎１１のコンクリートに熱を蓄熱すると共に、床１４の通気口２４から１階空間１７へ暖気を吹き出させて、１階空間１７及び２階空間１８を暖房する。また第１ダクト３５は、第２に、夏季夜間に放射冷却された南側屋根面１３Ａの通気層３２内の空気を、第１ファン３７の運転により、ほとんど全てをダクト中間排出口３９から流出させて２階空間１８を冷房すると共に（図９）、残りの冷却空気をダクト流出口３４の経て床下空間１５内へ流出させ、この床下空間１５内を冷却する。ここで、上記第１ファン３７の運転はタイマー、温度センサなどに基づいて運転制御され、或いは手動操作によって運転される。

図１に示す上記第２ダクト３６では、下流端のダクト流入口４０が床下空間１５に開口され、上流端のダクト流出口４１が１階空間１７の天井付近に開口されている。これにより、第２ダクト３６は、夏季昼間及び夜間に地熱により、例えば１７℃〜１８℃に冷却された床下空間１５内の空気を、第２ファン３８の運転によりダクト流入口４０を経て導入してダクト流出口４１から流出させ、１階空間１７を冷房する（図８、図９）。このとき、床下空間１５内には、１階空間１７内の空気の一部が床１４の通気口２４を経て流入する。１階空間１７の残りの空気は、通気排出口２６を経て換気扇２２から大気中へ排出される。ここで、第２ファン３８はタイマー、温度センサなどに基づいて運転制御され、或いは手動操作によって運転される。尚、この第２ダクト３６にも、内部を流れる空気からの放熱を防止するために断熱材で被覆されている。

ところで、前記屋根１３は、図１〜図３に示すように、南側屋根面１３Ａの全面に通気層３２が形成される。この屋根１３は、梁４２、４３間に屋根垂木４４が複数本掛け渡され、これらの屋根垂木４４に構造用合板４５が敷設され、この構造用合板４５に気密シート４６を介してプラスチック系の断熱材４７が設置され、この断熱材４７に通気層形成部材としての通気垂木４８が複数本配置され、この通気垂木４８に屋根仕上げ体４９が敷設されて構成される。断熱材４７と屋根仕上げ体４９との間に、通気垂木４８の存在によって通気層３２が形成される。

上記屋根仕上げ体４９は、構造用合板５０上にルーフィング５１を介して金属板５２が設置されたものである。この金属板５２は、熱伝導性の良好な銅板、ステンレス鋼板またはガルバニウム鋼板などが好ましく、いずれも黒色など暗い色に塗装されて吸熱性を高めたものがよい。尚、金属板５２に代えてカラーベスト（登録商標）を用いてもよい。

第１ダクト３５のダクト流入口３３は、上記通気層３２内に開口し、図３に示すように、南側屋根面１３Ａの左右方向中央位置で、且つ当該屋根面１３Ａの水上縁５３から所定距離ａだけ上下方向中央寄りの位置に設定される。この所定距離ａは、南側屋根面１３Ａの水上縁５３と水下縁５４間の距離Ｌに対する比として設定され、約１／５＜ａ／Ｌ＜約１／２の範囲の値に設定されるのが好ましい。所定距離ａの値が上記範囲に設定されることで、第１ダクト３５のダクト流入口３３内へは、通気層３２を流れて太陽熱により暖められた空気が導入されることになる。

断熱材４７と屋根仕上げ体４９との間に通気層３２を形成する通気垂木４８は、第１ダクト３５の上記ダクト流入口３３へ向かう方向に、傾斜角αで斜めに配置され、互いに平行に複数本設けられる。この傾斜角αは、例えば４５度である。また、図２に示すように、屋根１３の軒下に軒下部材５５が設けられ、この軒下部材５５に空気流入口５６が形成される。また、屋根１３の棟に棟部材５７が設置され、この棟部材５７に空気流出入口５８が形成される。

空気は、図１〜図３に示すように、冬季昼間及び夏季夜間には、第１ファン３７の運転により、上記空気流入口５６及び空気流出入口５８から南側屋根面１３Ａの水下縁５４、水上縁５３を経て通気層３２内へ流入し、この通気層３２の複数本の通気垂木４８に沿ってダクト流入口３３へ向かって流動する間に、太陽熱で暖められまたは放射冷却されて、このダクト流入口３３から第１ダクト３５内へ導入される。

また空気は、図１、図２及び図４に示すように、夏季昼間には、南側屋根面１３Ａの通気層３２で太陽熱により加熱された空気の上昇流によって、軒下部材５５の空気流入口５６から南側屋根面１３Ａの水下縁５４を経て通気層３２内へ流入し、複数本の通気垂木４８に沿って流動し、ダクト流入口３３へ流入することなく、南側屋根面１３Ａの水上縁５３を経て棟部材５７の空気流出入口５８から大気中へ排出（排熱）される。この夏季昼間の南側屋根面１３Ａにおける通気層３２内の空気の流れが、屋根１３の断熱材４７による断熱作用と相俟って、夏季の太陽熱を遮断し床上空間１６の温度上昇を抑制する。

図１に示すように、冬至に子午線を通る太陽の太陽光５９は、入射角θが約３１度であり、上記屋根１３の特に南側屋根面１３Ａは、このときの太陽光５９（入射角θ＝３１度）に対し略直交する角度βを基準として、この角度βの基準線６０に近い角度で設定される。この基準線６０に近い角度で南側屋根面１３Ａが設定されることで、この南側屋根面１３Ａの通気層３２を流れる空気は、冬季に太陽熱を効率的に取り込むことが可能となる。

尚、本実施の形態の屋根１３は南側屋根面１３Ａと北側屋根面１３Ｂとが接合されて構成され、この接合箇所に棟部材５７が東西に延在する。北側屋根面１３Ｂにも南側屋根面１３Ａと同様に、断熱材４７と屋根仕上げ体４９との間に通気垂木４８を介在させて通気層３２を形成してもよいが、第１ダクト３５は南側屋根面１３Ａの通気層３２にのみ連通し、この南側屋根面１３Ａの通気層３２にて生成された太陽熱による暖気、放射冷却による冷気を床下空間１５、２階空間１８等へそれぞれ導く。

また、屋根１３の構造では、プラスチック系の断熱材４７に代えて繊維系の断熱材６１（図５）が用いられてもよい。この場合には、屋根１３の構造は、繊維系の断熱材６１を複数本の屋根垂木４４の間に配設し、これらの屋根垂木４４に設置された構造用合板４５に防水透湿シート６２を貼着し、この防水透湿シート６２上に通気垂木４８を配置し、この通気垂木４８に屋根仕上げ体４９を敷設する。また、繊維系の断熱材６１の下面に気密シート４６を貼着する。防水透湿シート６２を配設するのは、繊維系の断熱材６１が吸湿性が高いので、この繊維系の断熱材６１を防水すると共に、この断熱材６１から排湿させるためである。

次に、図６〜図１０を用いて、建物空調システム３０の空調運転を説明する。この建物空調システム３０において、換気設備２１の換気扇２２は、常時連続して運転されている。

図６に示す冬季昼間には、換気設備２１の通気排出口２６が開放され、外気導入口２３から１階空間１７及び２階空間１８内へ新鮮な外気が導入され、この外気は、１階空間１７及び２階空間１８等の床上空間１６の各部屋へ供給される。これらの床上空間１６の各部屋の空気は、１階空間１７の通気排出口２６、２階空間１８の通気通路２５を通り、換気扇２２から大気中へ排出される。このようにして、１階空間１７及び２階空間１８等の床上空間１６の換気が実施される。

また、この冬季昼間には、冷暖房設備３１において第１ファン３７が例えばタイマー制御によって運転される。これにより、南側屋根面１３Ａの通気層３２内へ、軒下部材５５の空気流入口５６及び棟部材５７の空気流出入口５８から空気が流入し、この空気は太陽熱により暖められて暖気となり、ダクト流入口３３から第１ダクト３５へ導入されて床下空間１５へ導かれる。この床下空間１５へ導かれた暖気は、床１４の通気口２４から１階空間１７内へ吹き出されて、この１階空間１７及び２階空間１８等の床上空間１６を暖房する。

図７に示す冬季夜間において、換気設備２１は、冬季昼間（図６）と同様に運転されて床上空間１６を換気するが、冷暖房設備３１の第１ファン３７は、例えばタイマー制御によって停止される。冬季昼間に床下空間１５へ供給された暖気の熱は基礎１１のコンクリートに蓄熱されるので、冬季夜間には、この蓄熱された熱が床１４を経て１階空間１７へ放出され、この輻射熱により１階空間１７等の床上空間１６内が暖房される。

図８に示す夏季昼間にも、換気設備２１の通気排出口２６が開放され、外気導入口２３から１階空間１７及び２階空間１８内へ導入された新鮮な外気は、１階空間１７、２階空間１８等の床上空間１６の各部屋へ供給される。これらの各部屋の室内空気は、１階空間１７の通気排出口２６、２階空間１８の通気通路２５を通り換気扇２２から大気中へ排出されて、床上空間１６の換気が実施される。

この夏季昼間に冷暖房設備３１では、例えばタイマー制御によって第１ファン３７が停止され、第２ファン３８が運転される。このとき、南側屋根面１３Ａの通気層３２内では太陽熱による空気の上昇中が発生し、軒下部材５５の空気流入口５６から当該通気層３２内へ空気が流入し、棟部材５７の空気流出入口５８から通気層３２内の加熱空気が排出される。この南側屋根面１３Ａの通気層３２を流れる空気と、南側屋根面１３Ａ及び北側屋根面１３Ｂの断熱材４７、６１との断熱作用によって、太陽熱の床上空間１６内への侵入が遮断される。

更に、上記第２ファン３８の運転により、地熱により冷却された床下空間１５内の冷気が第２ダクト３６を経て１階空間１７内へ導入され、床下空間１５からの熱伝導による冷気と相俟って、この１階空間１７が冷房される。尚、１階空間１７内の空気は、床１４の通気口２４を経て床下空間１５内へ導入されて冷却される。また、この夏季昼間において、２階空間１８は冷房装置６３により冷房される場合もある。

図９に示す夏季夜間において、換気設備２１は、夏季昼間（図８）と同様に運転されて床上空間１６内を換気するが、冷暖房設備３１の第１ファン３７は第２ファン３８と共に、例えばタイマー制御によって運転され、更に第１ダクト３５のダクト中間排出口３９が開放される。夏季夜間には、南側屋根面１３Ａの通気層３２内の空気が放射冷却されるので、第１ファン３７の運転により、この放射冷却された南側屋根面１３Ａの通気層３２内の空気（冷気）を、第１ダクト３５を経てダクト中間排出口３９から２階空間１８へ流出させ、この２階空間１８を冷房する。また、１階空間１７の冷房は、第２ファン３８の運転により、夏季昼間と同様に地熱により実施される。

図１０に示す中間期（春季、秋季）には、冷暖房設備３１の第１ファン３７及び第２ファン３８が停止されて、この冷暖房設備３１による冷暖房がなされず、換気設備２１の通気排出口２６が蓋２７により閉塞される。これにより、１階空間１７において、外気導入口２３から導入された外気は、床１４の通気口２４から床下空間１５内へ至り、この床下空間１５内を流動して、例えばトイレＲ３の通気口２４からこのトイレＲ３へ至り、換気扇２２により大気中へ排出される。これにより、床下空間１５内が除湿されて乾燥される。また、２階空間１８においては、外気導入口２３から導入された外気は、この２階空間１８の各部屋へ供給され、この各部屋の室内空気は例えばトイレＲ６へ至って、換気扇２２から大気中へ排出される。

以上のように構成されたことから、上記実施の形態によれば、次の効果（１）〜（９）を奏する。

（１）図１に示すように、冬季には、南側屋根面１３Ａの通気層３２を空気が流動する間に太陽熱で暖められて生成された暖気が、第１ダクト３５を経て床下空間１５へ導入されて１階空間１７及び２階空間１８等の床上空間１６を暖房し、または夏季には、床下空間１５内を流れる空気が地熱により冷却されて生成された冷気が、第２ダクト３６を経て床上空間１６へ導入されて１階空間１７等を冷房する。このように、太陽熱及び地熱を利用することで、１階空間１７及び２階空間１８等の床上空間１６の冷暖房を省エネルギーで実現することができる。

（２）床下空間１５は、家屋１０全体の床１４と基礎１１により構成される空間であるため、基礎１１を介して接する大地の面積が広く、このため、この大地は、床下空間１５内を流れる空気と熱交換してもその温度がほとんど変化しない。従って、床下空間１５内を流れる空気を常時良好に熱交換して冷却することができ、１階空間１７等の床上空間１６の冷房を好適に実施できる。

（３）家屋１０の床上空間１６を換気し、冷暖房する建物空調システム３０が、通気層３２を備えた南側屋根面１３Ａ、第１ダクト３５、第２ダクト３６、第１ファン３７、第２ファン３８、換気扇２２、外気導入口２３及び通気口２４等を有して構成されたことから、建物空調システム３０のイニシャルコストを低減できる。また、屋根１３にガラス製の集熱パネルが存在しないためメンテナンスも容易であり、ランニングコストも低減できる。更に、換気扇２２は通常のトイレ用換気扇であるため交換が容易であり、この点からもランニングコストを低減できる。

（４）南側屋根面１３Ａが、冬至に子午線を通過する太陽の太陽光５９に対し略直交する角度の基準線６０を基準として設置されたことから、南側屋根面１３Ａの通気層３２を流動する空気を太陽熱により効率的に暖めて暖気を生成することができる。

（５）南側屋根面１３Ａの通気層３２内に開口する第１ダクト３５のダクト流入口３３は、当該南側屋根面１３Ａの水上縁５３から所定距離ａだけ中央寄りの位置に設定されたので、南側屋根面１３Ａの通気層３２内で充分に暖められた空気を暖気として、ダクト流入口３３を経て第１ダクト３５内へ導入することができる。

（６）南側屋根面１３Ａの通気層３２を形成する通気垂木４８が、第１ダクト３５のダクト流入口３３へ向かう方向に傾斜角αで斜めに配置されたことから、通気層３２内を流れる空気が通気垂木４８に沿って流動することで、この空気を滞ることなくスムーズにダクト流入口３３へ導くことができる。

（７）第１ダクト３５には、第１ファン３７の下流側で２階空間１８内に開口するダクト中間排出口３９が設けられたことから、南側屋根面１３Ａの通気層３２内を流れて、夏季夜間に放射冷却された空気（冷気）を、上記ダクト中間排出口３９から２階空間１８へ導くことができるので、この２階空間１８を良好に冷房することができる。

（８）外気導入口２３から１階空間１７及び２階空間１８内に導入された外気が、床１４の通気口２４を経て床下空間１５内へ導かれ、他の通気口２４を経て換気扇２２により大気中へ排出されるので、第１ダクト３５を経て床下空間１５内へ暖気が流入する場合や、床下空間１５内の冷気を第２ダクト３６を経て１階空間１７内へ導く場合と同様に、床下空間１５を除湿して乾燥させることができる。このため、床下空間１５に接した建材の腐食や劣化を防止でき、床下空間１５内でのカビやシロアリなどの発生を防止できるので、家屋１０の耐久性を向上させることができる。

（９）第１ダクト３５及び第２ダクト３６が断熱材により被覆されたので、これらのダクト３５、３６内を流れる空気からの放熱を防止でき、家屋１０の床上空間１６の暖房、冷房を効率的に実施できる。

［Ｂ］第２の実施の形態（図１１）
図１１は、本発明に係る建物空調システムの第２の実施の形態が適用された家屋の屋根において屋根仕上げ体を除いて示し、冬季昼間及び夏季夜間における空気の流れを示す平面図である。この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

この第２の実施の形態では、南側屋根面６５の全面に通気層６６が設けられ、この通気層６６を形成する通気層形成部材としての通気垂木６７が、南側屋根面６５の水上縁５３及び水下縁５４に対して直交して、互いに平行して複数本配置される。これらの複数本の通気垂木６７には、第１ダクト３５のダクト流入口３３を通り水上縁５３に平行な直線上の位置に切欠き部６８が形成される。通気層６６内で通気垂木６７に沿って流れる空気が切欠き部６８を通ってダクト流入口３３へ向かうように、当該切欠き部６８が設けられる。

また、南側屋根面６５の水下縁５４には、ダクト流入口３３に対応する位置に堰板６９が設置され、この堰板６９とダクト流入口３３近傍の通気垂木６７との間に通気隙間６４が形成される。堰板６９近傍の水下縁５４に流入した空気は、上記通気隙間６４を通って通気層６６内へ流入し、ダクト流入口６３近傍の通気垂木６７に沿って流動して、ダクト流入口６３へ導入される。これにより、ダクト流入口３３近傍の通気垂木６７へ向かって流れる空気の流動時間が増加して、この空気を充分に暖めることが可能となる。

このように配置された通気垂木６７を有する南側屋根面６５においても、通気層６６内の空気は、冬季昼間及び夏季夜間に実線矢印のようにし水上縁５３及び水水下縁５４からダクト流入口３３へ向かって流動し、また夏季昼間には、破線矢印のように水下縁５４から水上縁５３へ向かって流動する。従って、この第２の実施の形態においても、前記第１の実施の形態の効果（１）〜（９）と同様な効果を奏する。

［Ｃ］第３の実施の形態（図１２〜図１４）
図１２は、本発明に係る建物空調システムの第３の実施の形態が適用された家屋の屋根において屋根仕上げ体を除いて示し、冬季昼間及び夏季夜間における空気の流れを示す平面図である。この第３の実施の形態において、上記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

この第３の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、図１３及び図１４に示すように、瓦７１を有する屋根仕上げ体７０の構造である。この屋根仕上げ体７０では、斜めに配置された通気垂木４８上に、水上縁５３及び水下縁５４と平行な複数本の瓦桟７２が設置され、この瓦桟７２に瓦７１が配置されたものである。これらの瓦７１及び瓦桟７２が屋根仕上げ体７０を構成する。

この第３の実施の形態では、屋根仕上げ体７０以外の屋根構造は第１の実施の形態と同一であるので、通気層３２内の空気も第１の実施の形態と同様に流れる。図１２の矢印は冬季昼間及び夏季夜間の場合を示す。夏季昼間の場合には、図４の矢印方向に通気層３２内を空気が流れる。従って、この第３の実施の形態においても、前記第１の実施の形態の効果（１）〜（９）と同様な効果を奏する。

［Ｄ］第４の実施の形態（図１５〜図１８）
図１５は、本発明に係る建物空調システムの第４の実施の形態が適用されたビルディングを示す斜視図である。図１６は、図１５の建物空調システムが適用された他のビルディングを示す斜視図である。この第４の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

この第４の実施の形態では、建物としてのビルディング８０に集熱体としての第１集熱板８１（図１５）、第２集熱板８２（図１６）、第３集熱板８３を配置したものであり、第１集熱板８１はビルディング８０の屋上８４に水平に配置される。第２集熱板８２は、ビルディング８０の屋上８４に取付ステー８５を用いて傾斜して設置され、第３集熱板８３は、ビルディング８０の南または東側の壁８６に設置される。取付ステー８５は、冬至に子午線を通る太陽の太陽光５９に対し略直交する基準線６０と平行になるように、第２集熱板８２を取り付ける。

第１集熱板８１は、第１の実施の形態の南側屋根面１３Ａに通気垂木４８を用いて形成された通気層３２、または第２の実施の形態の南側屋根面６５に通気垂木６７を用いて形成された通気層６６と同様な通気層、及び通気垂木を有する。また、この場合、第１ダクト３５のダクト流入口３３は、第１集熱板８１の中央に対応する位置に設置されるのが好ましい。上記第１ダクト３５は、この第１集熱板８１にて生成された暖気（冬季昼間）または冷気（夏季夜間）を地下空間へ導いてもよく、また、直接居室へ導くのにも好適である。

第２集熱板８２及び第３集熱板８３は、図１７及び図１８に示すように、全面に通気層８７が形成される。この第２集熱板８２及び第３集熱板８３は、底板８８と天板８９との間に、通気層形成部材としての仕切板９０が、水上縁９１及び水下縁９２に平行に複数枚配置されて構成される。通気層８７は、底板８８と天板８９間の空間に複数枚の仕切板９０に仕切られて形成される。

第２集熱板８２及び第３集熱板８３では、水上縁９１側に断熱材９３が配置され、この水上縁９１の両側で当該水上縁９１に直交する両辺のそれぞれに断熱材９４、９５が設置される。隣り合う複数枚の仕切板９０と断熱材９３とは、ひとつ置きに断熱材９４または９５に接触し、非接触の断熱材９４または９５との間に通気隙間９６が形成される。また、第１ダクト３１のダクト流入口３３は、水上縁９１から所定距離ａの位置に設置される。

冬季昼間または夏季夜間に、空気は、図１７の矢印に示すように、第２集熱板８２または第３集熱板８３の水下縁９２側及び水上縁９１側の通気隙間９６から通気層８７内に流入する。この空気は通気層８７内で、通気隙間９６を通過して仕切板９０に沿って移動し、通気層８７内を蛇行して流動する。この間に空気は太陽熱により暖められ、または放射冷却されてダクト流入口３３に至り、第１ダクト３５へ導かれる。この場合も、第１ダクト３５へ導かれた暖気または冷気は、地下空間または直接居室へ導かれる。また、夏季昼間に、空気は、第１集熱板８２または第３集熱板８３の水下縁９２側の通気隙間９６から通気層８７内へ流入し、この通気層８７内を蛇行して流動し、太陽熱により加熱されて水上縁９１側の通気隙間９６から排出される。

したがって、この第４の実施の形態においては、前記第１の実施の形態の効果（１）、（３）〜（７）及び（９）と同様な効果を奏する他、次の効果（１０）を奏する。

（１０）第２集熱板８２または第３集熱板８３の通気層８７を形成する仕切板９０は、当該通気層８７内を空気が蛇行して流れるように配置されたことから、当該通気層８７内を蛇行して流れる空気を太陽熱により充分に暖めることができる。

以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、建物が２階建て以上の場合を述べたが、平屋の家屋１０に対して本発明を適用してもよい。

本発明に係る建物空調システムの第１の実施の形態が適用された家屋を示す断面図である。 図１の屋根を示す断面図である。 図１の屋根において屋根仕上げ体を除いて示し、冬季昼間及び夏季夜間における空気の流れを示す平面図である。 図３の屋根を示し、夏季昼間の空気の流れを示す平面図である。 図２の屋根の変形例を示す断面図である。 図１の家屋において冬季昼間の空気の流れを示す断面図である。 図１の家屋において冬季夜間の空気の流れを示す断面図である。 図１の家屋において夏季昼間の空気の流れを示す断面図である。 図１の家屋において夏季夜間の空気の流れを示す断面図である。 図１の家屋において中間期（春季、秋季）の空気の流れを示す断面図である。 本発明に係る建物空調システムの第２の実施の形態が適用された家屋の屋根において屋根仕上げ体を除いて示し、冬季昼間及び夏季夜間における空気の流れを示す平面図である。 本発明に係る建物空調システムの第３の実施の形態が適用された家屋の屋根において屋根仕上げ体を除いて示し、冬季昼間及び夏季夜間における空気の流れを示す平面図である。 図１２の屋根を示す断面図である。 図１２の屋根の変形例を示す断面図である。 本発明に係る建物空調システムの第４の実施の形態が適用されたビルディングを示す斜視図である。 図１５の建物空調システムが適用された他のビルディングを示す斜視図である。 図１５及び図１６の集熱板において天板を除いて示し、冬季昼間及び夏季夜間における空気の流れを示す平面図である。 図１７の集熱板を、一部を省略して示す斜視図である。

符号の説明

１０ 家屋（建物）
１１ 基礎
１２ 外壁
１３ 屋根
１３Ａ 南側屋根面（集熱体）
１４ 床
１５ 床下空間
１６ 床上空間
１７ １階空間
１８ ２階空間
１９ 小屋裏空間
２０ 仕切壁
２１ 換気設備
２２ 換気扇
２３ 外気導入口
２４ 通気口
２６ 通気排出口
３０ 建物空調システム
３１ 冷暖房設備
３２ 通気層
３５ 第１ダクト
３６ 第２ダクト
３７ 第１ファン
３８ 第２ファン
３３ ダクト流入口
３９ ダクト中間排出口
４８ 通気垂木（通気層形成部材）
５３ 水上縁
５４ 水下縁
５９ 太陽光
６０ 基準線
６５ 南側屋根面（集熱体）
６６ 通気層
６７ 通気垂木（通気層形成部材）
８０ ビルディング（建物）
８１ 第１集熱板（集熱体）
８２ 第２集熱板（集熱体）
８３ 第３集熱板（集熱体）
８７ 通気層
ａ 所定距離
α 傾斜角
θ 入射角
β 角度

Claims (11)

1. 屋根、壁及び基礎が気密及び断熱構造に構成された建物に設けられて、建物空間を冷暖房する建物空調システムであって、
   上記建物の上部に設置され、空気が流動する通気層を備える集熱体と、
   上記基礎に設置された床により形成される床下空間と上記集熱体の上記通気層とを連通し、第１ファンを備えた第１ダクトと、
   上記床の上方の床上空間と上記床下空間とを連通し、第２ファンを備えた第２ダクトとを有し、
   上記集熱体の上記通気層にて生成された暖気を、上記第１ダクトを経て上記床下空間へ導入可能とし、上記床下空間にて生成された冷気を、上記第２ダクトを経て上記床上空間へ導入可能に構成されたことを特徴とする建物空調システム。
2. 上記集熱体は屋根であり、この屋根の南側屋根面の全面に通気層が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の建物空調システム。
3. 上記集熱体は建物の屋上または壁に設置される集熱板であり、この集熱板の全面に通気層が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の建物空調システム。
4. 上記集熱体は、冬至に子午線を通過する太陽の太陽光に対し略直交する角度を基準として設置されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の建物空調システム。
5. 上記集熱体の通気層内に開口する第１ダクトのダクト流入口は、当該集熱体の上縁から所定距離だけ中央よりの位置に設定されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の建物空調システム。
6. 上記集熱体の通気層を形成する通気層形成部材が、第１ダクトのダクト流入口へ向かう方向に配置されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の建物空調システム。
7. 上記集熱体の通気層を形成する通気層形成部材は、当該通気層内を空気が蛇行して流れるように配置されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の建物空調システム。
8. 上記第１ダクトには、第１ファンの下流側で床上空間内に開口するダクト中間排出口が、閉塞可能に設けられたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の建物空調システム。
9. 上記建物の壁には、換気扇及び外気導入口がそれぞれ所定位置に設けられると共に、床に通気口が形成され、上記外気導入口から床上空間内に導入された外気が上記通気口を経て床下空間へ導かれ、他の通気口を経て上記換気扇により大気中へ排出されるよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の建物空調システム。
10. 上記換気扇が設けられた部屋の仕切り壁に通気排出口が形成され、この通気排出口が閉塞されることで、外気導入口から床上空間内に導入された外気を、床の通気口を経て床下空間へ導びくよう構成されたことを特徴とする請求項９に記載の建物空調システム。
11. 上記第１ダクト及び第２ダクトが断熱材により被覆されたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の建物空調システム。
    

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