JP2007138693A - 天窓付建物 - Google Patents

Abstract

【課題】建物内の通風を十分に行うことが可能な通風用天窓を備えた天窓付建物を提供すること。
【解決手段】建物１の屋根（平屋根２）に設けられた天窓開口（天窓空間７ａ）が上下方向に移動可能な天窓開閉部材３ｂにより開閉可能に設けられ、前記天窓開閉部材３ｂが開いたときは該天窓開閉部材３ｂの周縁部と前記天窓開口（天窓空間７ａ）の周縁との間に通気口３ｃが形成されて、前記通気口３ｃを介して建物内の換気を行う通風用天窓（天窓３）を備えている。しかも、前記通気口３ｃと天窓設置階の空間を結ぶ通気経路（天窓空間７ａ）の内面の全面また一部に蓄熱材８と加熱用のヒーター１８が設置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は上下方向に開閉する通風用天窓を備えた天窓付建物に関する

建物内の通風や建物内への採光のために屋根開口部に天窓を設置することが知られている。このような天窓としては、片開きタイプの天窓や窓中央の水平軸を中心に回転する中軸回転タイプや、特許文献１に示すように天窓本体が上下方向に移動するタイプが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開2000-240229

しかし、上記天窓を開いたときに 必ず建物内の通風が十分となるわけでなく、通風効率が非常に悪い場合がある。

例えば、片開きタイプや中軸回転タイプの天窓の場合、風向きによっては風が天窓を通じて建物に吹き込み、この吹き込んだ風と建物内の熱によって上昇した気流がぶつかり合って、通風性能が著しく低下することがある。

上下移動タイプの場合でも、単に設置しただけでは建物内に空気の流れは生じにくく建物内の通風は十分でない。

本発明の課題は天窓つきの建物において、建物内の通風を十分に行うことが可能な通風用天窓を備えた天窓付建物を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、建物の屋根に設けられた天窓開口が上下方向に移動可能な天窓開閉部材により開閉可能に設けられ、前記天窓開閉部材が開いたときは該天窓開閉部材の周縁部と前記天窓開口の周縁との間に通気口が形成されて、前記通気口を介して建物内の換気を行う通風用天窓を備えた天窓付建物において、前記通気口と天窓設置階の空間を結ぶ通気経路の内面の全面また一部に蓄熱材と加熱用のヒーターを設置することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の天窓付建物において、前記蓄熱材を加熱するヒーターの電源として太陽電池を使用したことを特徴としている

請求項１の発明によれば、昼間天窓付近で受けた日射熱とヒーターの加熱による熱エネルギーを蓄熱材に蓄熱しておいて、主に夜間に蓄熱材に蓄熱された熱エネルギーを通気口と窓設置階の空間を結ぶ通気経路に放熱して、該通気経路が暖められる。その結果、煙突効果により、室内空気を、天窓の通気口を介して屋外へ送り出す流れが生じ、その結果、風向きや住宅の密集状態に関係なく、部屋の窓などを一箇所でもあけておけば、建物内の換気と排熱を継続的に行うことができる。

このように、上下方向に開閉する天窓開閉部材と、天窓開閉部材が開いたときの通気口と天窓設置階の空間を結ぶ通気経路に蓄熱体とヒーターを設置することにより、風向きや建物の密集度合いに関係なく、建物通風を効率よく行うことができる。とくに春から秋にかけて建物内の排熱を行う際には、その効果が大である。

また、請求項２の発明によれば、昼間該通気経路の加熱時に外部商業電力を利用しないために、余分な電力利用をしなくてすむ。また、日射が強く温度上昇が激しい日ほど蓄熱量が多くなり、その結果、室内空気を天窓を介して屋外へ送り出す流れが強まる。その結果、日射状況に応じて、建物内の換気と排熱量を調整することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する

[構成]
図1は、本発明にかかる通風用天窓を備えた建物の断面図である。図１に示すように建物１は平屋根（陸屋根）２を有し、この平屋根２には屋根開口部２Ｂが設けられている。また、平屋根２には天窓（通風用天窓）３が設置されている。

この天窓３は、屋根開口部２Ｂに下端部が固定された筒状の支持枠３ａと、この支持枠３ａの上部に配設された天窓開閉部材３ｂを有する。この外枠３ａは、横断面矩形状で筒状の支持枠（天窓本体）７と、支持枠７の外周面及び上端を覆う水切り部材１０を有する。この水切り部材１０の上端部外周には段部１１が設けられている。また、天窓開閉部材３ｂは、方形支持枠３ｂ１と、方形枠３ｂ１上に周縁部が固定された透明のパネル３ｂ２を有する。

尚、平屋根２の代わりに緩傾斜の屋根を設け、この緩傾斜の屋根に図１の天窓３を設置することができる。

この天窓３は、平屋根２の屋根面２Ａから上方に突出しており、上端が平屋根２の屋根面２Ａよりも高い位置に配置されている。すなわち本実施例では、天窓３を閉めたときに、天窓３と屋根面２Ａの最短距離Lが５cm以上となるように設定されている。距離Lが５cm未満では、防水のための水切りの設置が難しく、また屋根面２Ａでは気流剥離などの問題が生じ、建物１内の室内空気を天窓３から屋外に排気する上で好ましくない。

また、建物１の一階には、図３に示したように風呂、洗面室、トイレが設けられていると共に、和室等の居室Ｒ１やキッチン，リビングダイニングが一緒になっている居室Ｒ２が設けられている。また、建物１の一階には、居室Ｒ１，Ｒ２との間に位置させて玄関ホールＨが設けられ、居室Ｒ２とトイレとの間には２階への階段Ｓが設けられている。尚、上述した屋根開口部２Ｂは、図２に示したように階段Ｓの上方に配置されている。

更に、建物１の１階には、階段Ｓを挟んで洗面と書斎が設けられていると共に、洗面に隣接してトイレと収納が設けられている。また、建物１の２階には、書斎に隣接して収納が設けられていると共に、居室Ｃ，Ｄ，Ｅが設けられている。尚、天窓３は階段Ｓの上方に位置している。

また、図３に示したように、建物１の1階の居室Ｒ１，Ｒ２の壁Ｒ１ａ，Ｒ２ａおよび２階の居室Ｃ，Ｄ，Ｅの壁Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１には主要大開口４（図３参照）がそれぞれ設けられている。更に、建物１の1階の居室Ｒ１，Ｒ２の外側壁Ｒ１ｂ，Ｒ２ｂには地窓５がそれぞれ設けられていると共に、２階の居室Ｃ，Ｅの外側壁Ｃ２，Ｅ２には地窓５がそれぞれ設けられている。尚、地窓５は、図１に示したように居室Ｒ１，Ｒ２，Ｃ，Ｅの下部側に開口している。

また、居室Ｒ１，Ｒ２の玄関ホールＨ側の内側壁Ｒ１ｃ，Ｒ２ｃの上部（図１参照）には欄間窓６がそれぞれ設けられていると共に、居室Ｃ，Ｄ，Ｅの内側壁Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の上部（図１参照）には２階ホールＨ２（天窓設置階の空間）に連通する欄間窓６がそれぞれ設けられている。尚、地窓や欄間窓６はオーニング状に開き通風する機能を備えている。

更に、これら地窓５や欄間窓６の代わりに通風機能をそなえたシャッターや雨戸を主要大開口４に設置して通風機能を持たせても良いし、縦滑り出し窓のような小窓を側面に設けて通風機能を持たせてもよい。

また、天窓開閉部材３ｂは、クロスアーム機構13を介して支持枠７の上部に連結されている。このクロスアーム機構13は、Ｘ字状に交差して配置された2本のアーム14,15を有している。

アーム14の下端部は水切り部材１０の上端部内面に回動自在に取り付けられ、
アーム14の上端部は天窓開閉部材３ｂの外枠３ｂ１の内面のガイド溝16に沿って水平方向にスライドできるようになっている。

また、アーム15の上端部は天窓開閉部材３ｂの外枠３ｂ１の内面に回動自在に取り付けられ、アーム15の下端部は水切り部材１０の上端部内面に設けたガイド溝17に沿ってスライドできるようになっている。

更に、クロスアーム機構13のアーム１４，１５は、モーター（図示省略）によって回動駆動されるようになっている。例えば、水切り部材１０の上端部内にモータ（図示せず）及びこのモータにより回転駆動される送りネジ（図示せず）を設けて、この送りネジによりアーム１５の下端部をガイド溝１７に沿って進退駆動するように構成することで、アーム１４，１５を時計回り方向又は反時計回り方向に回動駆動できる。

このクロスアーム機構13の駆動（即ち、アーム１４，１５の回動駆動）により天窓開閉部材３ｂは上下方向に移動する。そして、天窓開閉部材３ｂが上方向に移動すると、図２に示したように天窓開閉部材３ｂの周囲と水切り部材１０の上端との間に通気口（開口部）３ｃが形成され、天窓開閉部材３ｂは開けられた状態となる。逆に天窓開閉部材３ｂが下方向に移動すると、外側枠18の下端部が段部11に嵌合し、天窓開閉部材３ｂは閉じられた状態になる。

支持枠7の内側には、ヒーター１８と蓄熱材８が全面に取り付けられ、さらにその表面には化粧用部材(壁紙、クロス、金属板)９を貼付する。

ヒーター１８としては、繊維状面発熱体・板状のヒーターが主に用いられる。しかも、ヒーター１８の設置位置としては、図２に示したように支持枠7の内面と蓄熱材８の裏面との間に設ける。尚、支持枠7の内面に蓄熱材８とは別の第２の蓄熱材（図示せず）を設けて、ヒーター１８を蓄熱材８と第２の蓄熱材の間に挟むように設置しても良い。

また蓄熱材８の保護のための過昇防止用にサーモスタット２０が、蓄熱材８とヒーター１８との間に設置されていてる。このサーモスタット２０は、ヒーター１８の動作温度を検出していて、動作温度が40〜70℃の間のときにはヒーター１８の電源回路（図示せず）をＯＮさせて、ヒーター１８に通電させ、検出温度が40〜70℃から外れたときにはヒーター１８の電源回路（図示せず）をＯＦＦさせるようになっている。

これは、ヒーター１８の動作温度が70℃より高いと蓄熱材８の容器（図示せず）の破損などの問題が生じ、ヒーター１８の動作温度が40℃より低いと十分な蓄熱量が得られないからである。

また、蓄熱材８としては、熱容量が大きい物が用いられる。例えば、蓄熱材８には、コンクリートや水をのりで固めた顕熱蓄熱材や、酢酸ナトリウム3水塩や硫酸ナトリウム10水塩のような潜熱蓄熱材が使用できる。この潜熱蓄熱材の場合、熱容量が大きいものを使用するのが好ましいが、効率よく排熱するためには相転移温度が30℃〜45℃の範囲にあることが望ましい。

また、化粧用部材としては種類は問わないが、表面が黒く着色したものを使用するのが望ましい。
[作用]
次に上記構成の通風用天窓を備えた建物における通風作用や排熱作用について説明する。

建物１内の空気の温度は、昼間は外部からの熱（太陽熱）や内部で生じた熱（調理、電気製品）によって暖められて上昇する。この空気の温度上昇により建物１内には上昇気流が発生する。

このような場合において、建物１内の熱を屋外に排出（廃熱）させるには、クロスアーム機構13を駆動させて天窓開閉部材３ｂを上方に移動させることにより、天窓開閉部材３ｂを予め開いておいて、天窓開閉部材３ｂの周縁部と水切り部材１０の上端との間に通気口３ｃを形成させておく。

これにより、建物１の１階の例えば居室Ｒ１，Ｒ２で発生する上昇気流は、欄間窓６，玄関ホールＨ及び階段Ｓ上の空間、支持枠７内の天窓空間７ａ及び通気口３ｃを介してから屋外に排出される。また、建物１の２階の居室Ｃ，Ｄ，Ｅ等で発生する上昇気流は、２階ホールＨ２，支持枠７内の天窓空間７ａ及び通気口３ｃを介してから屋外に排出される。このようにして、建物１内の熱は上昇気流と共に排熱される。

一方、夜間はもっぱら建物１の内部で生じた熱のみで上昇気流を発生させることになる。このため同じ外気風速の場合、夜間の方が熱は抜けにくい。

しかし、昼間の太陽熱とヒーター１８による発熱による熱エネルギーを蓄熱材８に蓄熱させておくことにより、夜間には蓄熱材８に蓄熱された熱エネルギーが支持枠７に囲まれた天窓空間７ａに放熱される。この結果、風がなくても天窓空間７ａの空気が上昇気流となって通気口３ｃから屋外に出て行くため、建物1内の空気が天窓開閉部材３ｂ側に吸い寄せられて通気口３ｃを介して屋外へ排出される。

このようにして建物１内の空気が屋外へ排出されると、建物１内の圧力が下がるので、通風機能を有する主要大開口４又は地窓５を開けておくことにより、外気が主要大開口４又は地窓５を介して建物１内に流入し、建物１内の温度が下がることになる。

次に本発明を実際に一戸建て住宅に適用して実験を行った。本発明による建物での結果を実験例とし、従来技術による建物での結果を比較例１〜３として説明する。
実験例１
建物の１階（１Ｆ）の東側に有効開口面積0.37ｍ²の地窓５を設置すると共に、建物の２階（２Ｆ）の東側に有効開口面積0.37ｍ²の地窓５を設置し、さらに２Ｆホール天井部に有効開口面積0.6ｍ²の天窓３を設置した。

また、ＡＣ100V用繊維状ヒーター（出力80Ｗ）をヒーター18として支持材７の内面の全面に貼付した上、蓄熱材８として酢酸ナトリウム3水塩をポリプロピレンケースに収めた物をヒーター１８の内面の全面に取り付け、このヒーター１８の内表面にオレフィンクロスを化粧材９として貼付した。

ヒーター１８と外部電源はサーモスタットを介して接続し、サーモスタットは60℃で作動するよう設定した。そして、地窓５と天窓３と室内扉（図示せず）を開放した状態で朝９時ころから夕方４時までヒーター１８に通電し、室温を午前0時の時点で測定した。

この測定の結果は、午前0時の時点で外気温が26℃であったのに対し、２階の居室Ｅで室温が26.5℃（図３(ｂ)参照）、１階の居室Ｒ２[リビング（図３(ａ)）]で室温が26℃となった。
実験例２
また、建物の１階（１Ｆ）の東側に有効開口面積0.37ｍ²地窓５を設置すると共に、建物１の２階（２Ｆ）の東側に有効開口面積0.37ｍ²の地窓５を設置し、さらに２ＦホールＨ２の天井部に有効開口面積0.6ｍ²の天窓空間７ａを設置した。

また、DC1２V用繊維状ヒーターをヒーター18として支持材７の内面の全面に貼付した上、蓄熱材８として酢酸ナトリウム3水塩をポリプロピレンケースに収めた物を蓄熱材８の内面の全面に取り付け、この蓄熱材８の内表面にオレフィンクロスを化粧材９として貼付した。更に、平屋根２に図１に示したように太陽電池パネル19を設置し、太陽電池パネル19の出力側を図示しないサーモスタットを介してヒーター１８と接続した。このサーモスタットは60℃で作動するよう設定した。そして、地窓５と天窓３と室内扉（図示せず）を開放した状態で朝９時ころから夕方４時までヒーターに通電し、午前0時の時点で室温を測定した。

この測定した結果、午前0時の時点で外気温が26℃であったのに対し、２階の居室Ｅで室温が26.5℃（図３(ｂ)参照）、１階の居室Ｒ２[リビング（図３(ａ)）]で室温が26.℃となった

比較例１

更に、建物の１階（１Ｆ）の東側に有効開口面積0.37ｍ²の地窓５を設置すると共に、建物１の２階（２Ｆ）の東側に有効開口面積0.37ｍ²の地窓５を設置し、さらに２ＦホールＨ２の天井部に有効開口面積0.6ｍ²の天窓空間７ａを設置した。
ただし、蓄熱材8を設置せず、化粧材9も着色しなかった。そして、地窓と天窓と室内扉を開放した状態で、室温を午前0時の時点で測定した結果、外気温が26℃であったのに対し、２階の居室Ｅ（洋室）の室温が28.5℃、１階（１Ｆ）の居室（リビング）Ｒ２の室温が27.5℃となった

比較例２

また、建物の１Ｆの東側に有効開口面積0.37ｍ² 建物２Ｆの東側に有効開口面積0.37ｍ²の地窓をそれぞれ設置した。そして地窓と室内扉を開放した状態で室温を測定した結果、午前0時外気温26℃に対し、２階の居室Ｅの室温が30℃、１階の居室（リビング）Ｒ２の室温が28℃となった。

以上説明したように、この発明の実施の形態の天窓付建物は、建物１の屋根（平屋根２）に設けられた天窓開口（天窓空間７ａ）が上下方向に移動可能な天窓開閉部材３ｂにより開閉可能に設けられ、前記天窓開閉部材３ｂが開いたときは該天窓開閉部材３ｂの周縁部と前記天窓開口（天窓空間７ａ）の周縁との間に通気口３ｃが形成されて、前記通気口３ｃを介して建物内の換気を行う通風用天窓（天窓３）を備えている。しかも、前記通気口３ａと天窓設置階の空間を結ぶ通気経路（天窓空間７ａ）の内面の全面また一部に蓄熱材８と加熱用のヒーター１８が設置されている。

この構成によれば、昼間天窓付近で受けた日射熱とヒーターの加熱による熱エネルギーを蓄熱材８に蓄熱しておいて、主に夜間に蓄熱材８に蓄熱された熱エネルギーを通気口３ｃと窓設置階の空間を結ぶ通気経路（天窓空間７ａ）に放熱して、該通気経路（天窓空間７ａ）が暖められる。その結果、煙突効果により、室内空気を、天窓の通気口３ｃを介して屋外へ送り出す流れが生じ、その結果、風向きや住宅の密集状態に関係なく、部屋の窓などを一箇所でもあけておけば、建物内の換気と排熱を継続的に行うことができる。

このように、上下方向に開閉する天窓開閉部材３ｂと、天窓開閉部材３ｂが開いたときの通気口３ｃと天窓設置階の空間を結ぶ通気経路（天窓空間７ａ）に蓄熱体８とヒーター１８を設置することにより、風向きや建物の密集度合いに関係なく、建物通風を効率よく行うことができる。とくに春から秋にかけて建物内の排熱を行う際には、その効果が大である。

また、この発明の実施の形態の天窓付建物においては、前記通気口３ｃと天窓設置階の天井を結ぶ通気経路（天窓空間７ａ）を加熱するヒーター１８の電源として太陽電池を使用している。

この構成によれば、昼間該通気経路（天窓空間７ａ）の加熱時に外部商業電力を利用しないために、余分な電力利用をしなくて済む。また、日射が強く温度上昇が激しい日ほど蓄熱量が多くなり、その結果、室内空気を天窓を介して屋外へ送り出す流れが強まる。その結果、日射状況に応じて、建物１内の換気と排熱量を調整することができる。

この発明に係る通風用天窓を備えた建物の断面図である 図１の天窓の詳細断面図である 図１の一戸建て住宅の内部構造を示しており、(a)は１階の平面図、（ｂ）は２階の平面図である。

符号の説明

１…建物
２…平屋根
３…天窓（通風用天窓）
３ｂ…天窓開閉部材
３ｃ…通気口
７ａ…天窓空間（天窓開口、通気経路）
８…蓄熱体
18…ヒーター
19…太陽電池パネル
Ｈ２…２階ホール（天窓設置階の空間）

Claims (2)

1. 建物の屋根に設けられた天窓開口が上下方向に移動可能な天窓開閉部材により開閉可能に設けられ、前記天窓開閉部材が開いたときは該天窓開閉部材の周縁部と前記天窓開口の周縁との間に通気口が形成されて、前記通気口を介して建物内の換気を行う通風用天窓を備えた天窓付建物において、
   前記通気口と天窓設置階の空間を結ぶ通気経路の内面の全面また一部に蓄熱材と加熱用のヒーターを設置することを特徴とした天窓付建物。
2. 請求項１記載の天窓付建物において、前記蓄熱財を加熱するヒーターの電源として太陽電池を利用したことを特徴とした天窓付建物。
   

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