JP2008111620A - 建物の換気システムおよびこの換気システムを利用した高断熱・高気密建物 - Google Patents

Abstract

【課題】自然換気を効率良く併用し、機械換気の負荷の低減と建物の小屋裏の熱こもりを防止し、加えて強風時にも自然換気装置が破損しない実用性に優れた建物の換気システムを提供する。
【解決手段】建物の内外温度差を利用して建物の外部に排気する自然換気手段３４と、室内の空気を機械的な駆動力を利用して建物の外部に排気する機械換気手段３２が備えられ、建物外部への自然換気手段における第１排気通路３６および、機械換気手段における第２排気通路３８を合流させて共通排気通路とするとともに、機械換気手段における第２排気通路にモータの動力で駆動される換気ファン４２を配置し、この換気ファンの駆動力により室内の空気を建物の外部に強制的に排気するに際し、この機械換気手段による空気の流れに伴って自然換気手段の第１排気通路からの室内空気を吸引、換気する自然換気手段を、機械換気手段に相乗させ、室内の空気を前記建物の外部に排気する。
【選択図】図２

Description

本発明は、建物の居室の換気を行うのに好ましい建物の換気システムおよびこの換気システムを利用した高断熱・高気密建物に関するもので、詳しくは、自然換気と機械換気の両方の換気を一台のファンで効率的に行うことのできる建物の換気システムおよびこの換気システムを利用した高断熱・高気密建物に関する。

近年の建物では、一年を通じて省エネ性を確保しながら快適な室内環境を確保するために、様々な提案がなされている。
特に、木造建物では、季節、気象条件、地域差、敷地条件などにより熱的環境が大きく異なるため、快適な居住空間を提供することが困難である。

従来、快適な室内環境を確保するこの種の技術としては、特許文献１〜特許文献３が知られている。
特許文献１では、換気扇が収容された内筒と、これを取り巻く外筒との間に空気通路が確保され、内筒内の換気扇により強制換気を行ない、内外筒間に構成される空気通路を介して自然換気を行なっている。

特許文献２では、吹き抜け部を有する建物における換気システムが開示されている。この換気システムでは、各階の各室に屋外からの給気口を設け、上層階各室の天井に排気グリルを設け、また下層階各室から吹き抜け部への通気口を設け、さらに吹き抜け部天井に吸込グリルを設けている。

特許文献３では、既存の建物にも容易に取り付けることのできる自然換気装置が開示されている。この換気装置では、外部を流れる風を風力羽根で受けて回転軸を回転させ、さらに回転軸に固設された換気羽根を回転させ、これにより外部への排出空気の流れを積極的に生じさせている。
特開平１０−１７６８５１号公報 特開平１１−３１０９６７号公報 特開平１１−２０１５１６号公報

しかし、高断熱・高気密建築物では快適な室内環境を確保するために、従来から室内（居室）の機械換気が提案されている。また、２００３年７月1日施行の改正建築基準法で
はホルムアルデヒドなどの化学物質の室内濃度を下げるための規則が設けられ、室内の機械換気が義務づけられた。

仮に建物の内外温度差が小さい場合や建物の外部風力による空気の圧力差が大きくならないと自然換気が効率良く行えないという問題が生じる。
特許文献１に開示された従来の換気システムでは、換気扇による機械換気通路と、換気扇を使用しない自然換気通路との両方の通路を有しているものの、これらは別個の独立した構成であるため、仮に室内外の温度差が小さい場合などには、自然換気が行われなくなることになる。このため、例えば法規制などにより、室内の空気を、０．５以上（回／１時間）置換する場合には、機械換気で補助する必要がある。また、特許文献１の自然換気は、建物の外部風力がある程度、存在すると換気能力が達成できるが、室内外の温度差お
よび強風による空気の圧力差が生じないと自然換気を効率良く行えないという問題がある。

特許文献２は、特許文献１の場合と同様に、建物の外部風力がある程度、存在すると換気能力が達成できる一方、無風状態が予測される夏場の昼などにおいて、小屋裏空間および吹き抜け部の角部に熱ごもりが生じ易く、快適な居住空間を確保することが困難になる場合がある。さらに、特許文献２では、建物の内外温度差が小さい場合や建物の外部風力による空気の圧力差が大きくならない場合には、自然換気能力が低下する問題がある。

特許文献３の換気装置も特許文献１，２の場合と同様に、建物の外部風力がある程度、存在すると換気能力が達成できるが、台風に代表される強風時には、過剰な換気量が発生して冷暖房空調の室内環境を損なう恐れや換気装置である回転羽根の損傷が懸念される。また、建物の外部風力が無風時には換気量が不足して換気計画が実施できない問題がある。

本発明は、このような従来の実情に鑑み、建物の内外温度差などで発生する自然自然換気に新たに、建物の外風力および換気装置が排出する気流を受けて得られる上昇気流で室内空気を吸引させる自然換気を効率良く併用し、機械換気の負荷の低減（省エネ）および、室内の換気計画を確保できると共に、建物の小屋裏の熱こもりを防止できる、加えて強風時にも自然換気装置が破損する恐れがなく実用性に優れた建物の換気システムおよびこの換気システムを利用した高断熱・高気密建物を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための請求項１の建物の換気システムは、建物の内外温度差などで得られる空気の浮力を利用して建物の外部に排気する自然換気手段と、
前記室内の空気を機械的な駆動力を利用して建物の外部に排気する機械換気手段が備えられ、
前記建物外部への自然換気手段における第１排気通路および、前記機械換気手段における第２排気通路を合流させて共通排気通路とするとともに、前記機械換気手段における前記第２排気通路にモータの動力で駆動される換気ファンを配置し、
前記換気ファンの駆動力により、前記室内の空気を前記建物の外部に強制的に排気するに際し、この機械換気手段による空気の流れに伴って前記自然換気手段の第１排気通路からの室内空気を吸引、換気する自然換気手段を、前記機械換気手段に相乗させ、前記室内の空気を前記建物の外部に排気することを特徴とする建物の換気システムである。

請求項２の建物の換気システムは、前記共通排気通路には、建物外部の風力で回転する回転翼が配設され、この回転翼が回転されることにより、前記自然換気手段の前記第１排気通路を介して前記室内の空気が前記建物の外部に排出されることを特徴とする建物の換気システムである。

請求項３の建物の換気システムは、前記自然換気手段の前記第１排気通路内には、前記回転翼が取り付けられた軸が収容され、前記第１排気通路における少なくとも前記共通排気通路部分に、回転羽根が取り付けられていることを特徴とする建物の換気システムである。

請求項４の建物の換気システムは、前記機械換気手段の第２排気通路と小屋裏空間の換気を行う第３排気通路が接続され、この第３排気通路を流れる空気流が前記第２排気通路の空気流に加わって、前記共通排気通路から外部に排出されるようにしたことを特徴とする建物の換気システムである。

請求項５に記載の建物の換気システムは、前記回転翼が取り付けられた軸において、軸と回転翼との間は着脱自在な連結手段が介在されているか、または前記回転翼が収納自在な折りたたみ構造が設けられていることを特徴とする建物の換気システムである。

請求項６に記載の建物の換気システムは、前記回転翼の折り畳み構造は、前記回転翼を直接支持している水平方向に軸が折り畳まれることを特徴とする建物の換気システムである。

請求項７に記載の換気システムは、前記回転翼において、外部風力を取り入れる開口部が設けられており、この開口部を遮蔽する開閉可能なシャッター手段が講じられていることを特徴とする建物の換気システムである。

請求項８に記載の換気システムは、前記換気ファンの負荷率をコントロールパネルに表示することを特徴とする建物の換気システムである。
本発明に係る請求項９の、建物の換気システムを利用した高断熱・高気密建物は、建物内部に吹き抜け部を有し、吹き抜け部に隣接する居室の天井付近に、前記吹き抜け部に向かって空気移動するバイパスが形成されていることを特徴とする高断熱・高気密建物である。

本発明に係る建物の換気システムによれば、一台の換気ファンにより機械換気を行いつつ、その排気風力の一部を活用して自然換気量を促進させて自然換気を併用することができる。

また、回転翼を着脱自在な連結手段や収納可能な構造や建物の外部風力を取り入れる開口部を遮断する構造を採用し得るので、機械の破損防止が図れ、実用性に優れている。
また、実風量を検知して換気計画風量の不足分を機械換気で補うので、換気計画を常時確保できると共に機械換気による換気を低減でき省エネ性を極めて有効に図ることができる。

さらに、機械換気装置である換気ファンの電流値ないし回転数等を負荷率としてコントロールパネルに表示、可視化することで、生活者が換気装置の省エネを実感できる。
また、この換気システムを利用した高断熱・高気密建物によれば、一年を通じて省エネ性を確保しながら快適な室内環境を確保することができる。

以下、本発明を実施形態により更に詳細を説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない限り、適宜変更可能である。
この建物２０は、いわゆる外断熱・二重通気工法による木造建物で、建物全体が例えば、発泡合成樹脂からなる断熱材で囲繞されるとともに、壁体の内側と外側に通気層が形成されている。なお、この断熱材は、壁体内に装填されたグラスウールなどの断熱材あるいは現場発泡の断熱材であっても良い。

図１に示した建物２０では、壁を構成する外装材１と内装材３との間に二重の通気層２，４を備えた壁構造を有している。そして、室外側の通気層２と室内側の通気層４との間は、発泡合成樹脂からなる板状の断熱材６によって仕切られている。

このように、木造建物の壁部に、二重の通気層２，４を形成することにより、日射や温度などの外気条件の影響を室外側の通気層２で抑制すると共に、外気の条件に合わせて床下に設置された床下開口部１１を閉じて室内側の空気を循環させる。また、床下空間１０
と小屋裏空間８とが室内側の通気層４を介して連通されているので、床下開口部１１から給気して小屋裏空間８から排気することができる。

一方、床下空間１０には、夏の間に開とされる床下開口部１１が配設されている。このような床下開口部１１は、夏の間は開放することで、基礎コンクリート１３で冷やされた空気が小屋裏ファンで吸引、通気層を通過することで躯体内を冷やす効果がある。また、冬の間は反対に床下換気口１１を閉じることで、床下の基礎コンクリート１３で暖められた空気が上昇して躯体内を暖める効果がある。

しかし、高断熱・高気密住宅では快適な室内環境を確保するために、従来から室内（居室）の機械換気が採用されている。また、２００３年７月１日施行の改正建築基準法ではホルムアルデヒドなどの化学物質の室内濃度をさげるため室内の機械換気が義務づけられ、その機械換気により一時間当たり０．５回以上行うことが制定されているが、室内の温度及び熱環境を地域に即した快適な状態にするためには、室内の空気を置換することが第一条件となる。

そこで、本実施例の建物２０では、このような換気システムを構築するにあたり、小屋裏空間８内に、図２に示したような換気装置３０が設置されている。
この換気装置３０は、各室１２内に設置された給気口７より建物２０の外部の空気を取り入れ、各室１２内の排気口９に連結される換気ファン４２により建物２０の屋外に室内で汚染された空気を排出する機械換気手段３２と、さらに前記各室１２内の給気口７より導入された空気を室内の扉（ドア）の連通口、廊下、吹き抜け部等の建物内部で通気する箇所を通して、換気装置３０を介して建物の外部に室内の汚染空気を排出する自然換気手段３４と、さらに建物２０の壁には小屋裏空間８と連通する二重通気層２，４を介して床下開口部１１から建物外部の空気を導入し、小屋裏空間８の熱ごもりを換気ファン４２により建物２０の屋外に排気する小屋裏換気手段７１で構成され、自然換気手段３４には第１排気通路３６が、機械換気手段３２には第２排気通路３８が、それぞれ具備されている。そして、第１排気通路３６と第２排気通路３８とは空気流の下流側で互いに合流され、この合流地点４０の上流側に、例えば家庭用電源で駆動される換気ファン４２が搭載されている。

なお、空気流の上流側、下流側とは、換気ファン４２を基点として、空気を給気する方向を上流側、空気を排気する方向を下流側としている。
以下に、換気ファン４２について説明する。

換気装置３０に用いられる電動モータは、直流モータ（ＤＣモータ）、交モータ（ＡＣモータ）、変速モータ、ＶＳモータ、ブレーキ付き変速モータ、サーボモータ、ブレーキ付きギヤードモータ、ギヤードモータ、高圧モータ等から選定できる。可変できる制御系が内蔵された電動機およびインバータに代表される可変できる制御系と電動モータを組み合せて採用することが好適である。汎用性、形状、メンテナンス性を考慮するとブラシレス直流モータが特に好ましい。これらの電動モータを採用すれば、設計した換気能力（風量）の確保および換気風量の可変（常時）を容易に行うことができる。

換気装置３０に用いられる羽根（ファン）はシロッコ、エアホイル、ターボ、プレート等から選定できる。流出風量、静風圧、効率、騒音などを考慮して採用することが好ましい。大風量の確保および低静風圧の点よりシロッコが特に好ましい。また、換気装置においては電動モータと羽根（ファン）が予め組み合わされた換気ファンを採用できる。その中でＤＣ（直流）ブラシレスシロッコファンが室内換気量を可変制御でき且つ、大風量、低騒音、小型、軽量、汎用性より特に好ましい。

設計した換気能力（風量）の確保については、機械換気手段３２による室内換気および小屋裏換気手段７１による小屋裏換気を一台の換気ファン４２で併用しておこなう場合、室内換気風量は自然換気手段３４で得られた自然換気風量に、機械換気手段３２で得られる常時可変する機械換気風量を加えた換気風量となる。この時に使用される換気ファン４２において、最大風量（使用風量）以外に、電圧ないし周波数のいずれかで風量を変更できる制御系が内蔵された換気ファンを用いることが好ましい。風量が１〜４段階で変更できるものが好適である。風量変更が不可の場合は、室内換気、小屋裏換気が併用して運転できない。風量変更が４段階を超える場合は制御系が複雑となる傾向が見受けられる。風量変更が３〜４段階が、汎用性且つ、多くの品種を抱えることもなく在庫低減より特に好ましい。また、室内換気を１台のファン、小屋裏換気を１台の換気ファンでそれぞれ換気する場合は、設計した換気風量を満たした換気ファンを選定して運転すれば良い。

換気装置３０に用いられる電圧については単相１００Ｖ、単相２００Ｖ、三相２００Ｖ等から選択できる。保安、メンテナンス性、汎用性より最も家庭に供給される家庭用の配電電圧の１００Ｖを採用することが好ましい。

換気装置３０に用いられる風量検知方法については、風量計、流量計、風速計、微差圧計、差圧流量計等から選択できる。風量計、流量計（気体測定用）は排気通路を流れる空気の量を直接、検知する利点がある。風速計については排気通路を流れる空気の流量は換算しないと判らないが、空気の速度を測定できる利点がある。微差圧計、差圧流量計については、ピート管およびオリフィス等の付帯設備が必要となるが、正確な風量を求められる利点がある。汎用性、メンテナンス性、信頼性、形状（小型）等の点より風量計が特に好ましい。

以上の構成であれば建物２０の機械換気手段３２において、常時風量が可変する機械換気量となる。すなわち、設計換気風量に気候に左右されて変動する自然換気風量を除した風量が機械換気風量に求められ、その変動する不足分を常に機械換気で補うことで換気計画が確保できると共に、機械換気風量をつねに最小エネルギーでの運転を保つので、省エネが最大限に発揮される。

風量計等を設置する場所としては、自然換気手段３４の第１排気通路３６内または機械換気手段３２の第２排気通路３８内に設置することができる。自然換気量の不足分を機械換気で補う換気システムの性状より、風量計等は自然換気量自然換気手段３４の第１排気通路３６内に設置するのが好適である。

例えば、換気ファン４２より下流側の共通排気通路４４を構成する素材においては、通常使用されるブリキ板を用いても良い。軽量、剛性、加工性、汎用性より汎用プラスチック、エンジニアリングプラスチック、合成樹脂に他種類の素材を併用した複合材料などを用いることが好ましい。

また、寒冷地においては共通排気通路４４の壁面などで結露が懸念されるので、適宜保温材を施工しても良い。
前記共通排気通路４４の構造については構成要件を満足していれば限定されるものではない。

形状は円筒形、三角形、四角形、多角形、楕円形等が挙げられるが、共通排気通路４４内に配設される回転羽根５０が接触しない形状且つ共通排気通路４４内を流れる空気に停滞部を作らない観点より円筒形が好ましい。

共通排気通路４４については、換気風量が漏出しないようにパッキン、シール材等で気
密性を確保できる。大きさについては、換気ファン４２とほぼ同径にすることが排気風量の乱流防止、施工性容易化より好適である。換気ファン４２と共通排気通路４４の径が異なる場合、流路が絞られるために発生する圧損、乱入等を考慮すれば、異径同士を合わせるレデューサ等を用いれば、気密性が確保できて接続が可能となる。

長さについては、０．５〜１．５ｍで設計されるのが好適である。０．５ｍ未満の場合、装置小型化の利点があるが、メンテナンス性悪化や設置場所が限定される傾向が見受けられる。１．５ｍを越える場合、装置が大型化となり、圧損等の影響を受けて排気風量が悪化する傾向が見受けられる。

共通排気通路４４には、建物２０の外部風力を受けて回転する回転翼４６が配設される。この回転翼４６の駆動によって回転羽根５０が上昇気流を発生させて室内の空気を建物２０の外部に排気する。回転翼４６の形状としては、プロペラ型風車、オランダ型風車、三角帆型風車、多翼型風車、セルウイング型風車、Ｓ字型風車、パドル型風車、ダリウス型風車、ジャイロミル型風車、サボニュース型風車、クロスフロー型風車、ガイドベーン付きクロスフロー型風車等から選択できる。プロペラ型風車、オランダ型風車、三角帆型風車、多翼型風車、セルウィング型風車においては建物２０の外部風力を効率良く捕らえる利点はあるものの、回転羽根５０と方向が異なるので、ギア（歯車）、ベルト等を介して方向を変える必要がある。Ｓ字型風車、パドル型風車、ダリウス型風車、ジャイロミル型風車、サボニュース型風車、クロスフロー型風車、ガイドベーン付きクロスフロー型風車においては、回転羽根５０が駆動方向と同一になる利点がある。方向性が定まらない建物２０の外部風力を全てキャッチできる効率性、汎用性よりパドル式風車が好ましい。

また、回転翼４６は金属製の材料を使用すると重量が重くなる影響を受けて回転力が鈍くなり、本来必要な上昇気流が得られ難い傾向になると共に外部の影響を受けて錆びが発生して耐久性が劣る傾向が見受けられる。軽量、剛性、耐久性より汎用プラスチック、エンジニアリングプラスチック、合成樹脂に他種類の素材を併用した複合材料などを用いることが好ましい。

前記回転翼４６の大きさは特に限定されないが、直径５０ｍｍ〜１００ｍｍが好ましい。直径５０ｍｍ未満だと半球状のパドルが風を効率良く捕まえられない傾向がある。直径１００ｍｍより過剰だと装置が大型化となる傾向となる。

また、各パドルの大きさは同等が好ましい。大きさが異なるパドルが混在すると、大きなパドルが風を遮断、抵抗となり小さなパドルが風を効率良く捕まえることができない傾向が見受けられる。

前記回転翼４６の枚数は２枚以上が好ましい。風を受けるパドルが１枚だと、パドルが半球状になっているためにパドルの反対面（凸部）にも風が当たるため、回転方向に風の抵抗が加わり回転速度が上がらない傾向が見受けられる。パドルの受風面（凹部）に風を捕まえるには２枚以上が好ましい。

汎用性より３枚ないし４枚が更に好ましい。４枚より過剰になるとパドルが抵抗となり風を効率よく捕まえられない傾向が見受けられる。
また、風を効率良く捕まえるためにパドルの位置は対称かつ、均等に配設されていることが好ましい。さらにパドルの向きは建物２０の外部風力を受け止める方向を向いていれば良い。

本発明の前記回転翼４６は台風等に代表される強風時において、回転羽根５０への駆動を解除する構造が設けられている。このような構造であれば、強風時の影響による室内換
気の過剰防止ができ換気計画を実施する上で有効であり、また回転翼４６あるいは回転羽根５０の破損を図れる利点がある。

この駆動解除の構造としては、回転翼４６が取り付けられた軸において、軸と回転翼４６との間は着脱自在な連結手段が介在されていることが好ましい。
さらに、本発明では、前記回転翼４６が収納自在な折り畳み手段が講じられることもできる。回転翼４６を直接支持している水平方向の軸４７が略直角方向に折り畳まれることが、装置を複雑化しない上で特に好ましい。この構造であれば、強風時に影響による室内換気の過剰防止ができ換気計画を実施する上で有効であり、また回転翼４６あるいは回転羽根５０の破損防止を図れる利点がある。

さらに、本発明では前記回転翼４６において建物２０の外部風力を取り入れる開口部が設けられており、この開口部を遮蔽する開閉可能なシャッター手段が講じても良い。この構造であれば、強風時の影響による室内換気の過剰防止ができ換気計画を実施する上で有効であり、また回転翼４６あるいは回転羽根５０の破損防止を図れる利点がある。

以上の構成であれば、回転翼４６により方向が定まらない建物２０の外部風力を全て捕まえることができるので、自然換気風量を促進させる回転羽根５０をより効率良く駆動できると共に、安全装置により強風時の室内換気過剰、装置破壊
防止が図ることができる。

自然換気手段３４の第１排気通路３６には、建物の外部風力で回転する回転羽根５０が設置されている。回転羽根５０の形状はプロペラファン、シロッコファン、ターボファン、傾流ファン、ラインフローファン等より選定できる。回転羽根の本来の機能である上昇気流を発生させると共に、排気風量が滞留しない、抵抗を受けにくい構造、且つ軽量、剛性、耐久性よりプロペラファンが好ましい。

また、回転羽根５０は金属製の材料を使用すると重量が重くなる影響を受けて回転が鈍り本来、必要な上昇気流が得られにくい傾向になると共に外気の影響を受けて錆びが発生して耐久性が劣る傾向が見受けられる。軽量、剛性、耐久性より汎用プラスチック、エンジニアリングプラスチック、複合材料等を用いることが好ましい。

この回転羽根５０は、第１排気通路３６内に収容された軸４８に取り付けられており、さらにこの軸４８には、回転羽根５０が一箇所以上に設置されている。回転羽根５０が２箇所未満だと排気風量が室内に逆流して室内環境を汚染する傾向が見受けられる。４箇所より過剰な場合、装置が大型化となり、回転羽根５０の自重で上昇気流発生を疎外する傾向が見受けられる。尚、回転羽根５０は、好ましくは、３箇所以上が均等に配設されていることが好ましい。また、回転羽根５０が一箇所につき１枚だと、偏芯がぶれて軸の回転を円滑に作動させるためのベアリングの損傷が早くなり実用性が悪化する傾向が見受けられる。回転羽根５０は１箇所につき２枚以上が好ましい。汎用性より３枚ないし４枚が更に好ましい。４枚より過剰になると羽根が抵抗となり排風を効率よく捕まえられない傾向が見受けられる。

また風を効率よく捕まえるために羽根の位置は対象且つ、均等に配設されていることが好ましい。
さらに回転羽根５０の方向は室内側から室外側の空気を送る方向、すなわち上昇気流を発生させる向きである。

共通排気通路４４側壁に支持される軸４８の固定方法としては、一般的に知られている回転や往復運動する相手部材に接して、過重を受け、軸などを支持できる軸受け「ベアリ
ング」を使用して固定できる。

前記回転羽根５０の大きさは特に限定されないが、直径１５０ｍｍ〜３００ｍｍが好ましい。直径１５０ｍｍ未満だと排気通路が小型化できる利点があるが、上昇気流の発生が劣る傾向が見受けられる。直径３００ｍｍより過剰だと装置が大型化となり、羽根の自重で上昇気流を阻害する傾向が見受けられる。
また回転羽根５０の大きさは同等が好ましい。大きさが異なる羽根が混在すると大きな羽根が風を遮断、抵抗となり小さな羽根の上昇気流発生を阻害する傾向が見受けられる。

さらに、回転羽根５０は、合流地点４０よりも少なくとも排気風量を受ける位置である下流側に取付けられていれば良い。
以上の構成であれば、機械換気手段３２によって排気される風力を受けて、共通排気通路４４内の回転羽根５０がその力を受けて回転されるので、上昇気流を発生する。この上昇気流の発生で室内側の空気を共通排気通路４４内に吸引することができる。すなわち、結果として自然換気手段３４の室内換気量を増大させることができる。

さらに、本発明では、機械換気手段３２の第２排気通路３８と小屋裏空間８の換気を行う第３排気通路５６が接続され、この第３排気通路５６を流れる空気流が前記第２排気通路３８の空気流に加わって、前記共通排気通路４４から外部に排出されることが好ましい。

この第３排気通路５６は、小屋裏空間８内において換気ファン４２よりも上流側に接続されるもので、本実施例では、この第３排気通路５６を介して小屋裏空間８内の排気を行うことが可能とされている。

ここで、小屋裏空間８内は、特に夏場において積極的に排気を行なわないと熱こもりが発生し、快適な居住性が阻害される。これまで、屋根から伝わる小屋裏空間８内への熱授受が大きいために風量が大きい換気ファンを小屋裏内に別途、設置する必要があった。しかしながら、この第３排気通路５６を自然換気併用の換気ファン４２に接続すれば、小屋裏換気ファンの設置が省けると共に、小屋裏の熱ごもりを排気できる。

小屋裏空間８の換気においては、室内機械換気ファンと別途の専用の換気ファンを用いて換気する方法や排気通路を共通排気通路４４に接続して室内機械換気ファンと併用、１台の換気装置で換気する方法のどちらかを採用できる。専用の換気ファンを用いる場合において、換気装置の制御系が単独系になる利点があるものの共通排気通路の装置大型化、接続箇所が複雑化する傾向となる。メンテナンス性、施工性より室内換気ファンと併用して換気する方法の採用が特に好ましい。

前記小屋裏換気において、換気ファンの上流側すなわち給気側に開口部を遮蔽するダンパーが配設されている。ダンパーの開閉装置については電動式ダンパー、空気駆動式ダンパー、手動式ダンパー等が挙げられるが、汎用性、装置の小型化、操作性より電動式ダンパーを用いるのが好ましい。

ダンパーの形状においては開口部を遮蔽する構造であればよい。開口部に遮蔽する開閉装置がないと開口部より空気を給気することになり室内換気手段である換気能力が低下し、その結果換気計画が損なわれる。
また、ダンパーに使用される材料は合成樹脂、金属が挙げられる。熱変形が少なく、耐久性を考慮してメッキや防錆を含む塗料が施した金属製ダンパーを採用してもよい。また、軽量、剛性、耐久性、熱変形性が少ない汎用プラスチック、エンジニアリングプラスチック、複合材料等を用いてもよい。

電動ダンパーの開閉操作において、コントロールパネルにスイッチを設けて必要時にＯＮ−ＯＦＦする方法や小屋裏空間に温度センサーを設置して所定の温度を超えた場合に電気信号を発生する制御系を配置して自動に開閉させる方法が挙げられる。操作性より温度センサーで自動開閉させる方法が特に好ましい。

なお、小屋裏換気、室内換気における給気口の開口部の大きさ（径）については、換気流路内を通過する風速を安定させるために、換気ファン下流の開口径と同様となるように設計するのが好適である。また、室内給気口および小屋裏換気給気口の開口径については、換気流路内を通過する風速を同様にすれば良い。必要換気量比と開口面積比に差異が生じると、換気流路内に設計した風速、風量が得られない傾向が見受けられる。

夏季においては、建物２０の内外温度差などで得られる空気の浮力が少なく自然換気能力が低下する傾向となる。その結果、室内換気はほぼ機械換気に委ねられてしまう。夏季におこる小屋裏空間８の熱ごもりを解消するための小屋裏換気の排気風量は、そのほとんどが建物２０の外部に排出するだけであった。小屋裏の排気風量を共通排気通路４４に連結すると、共通排気通路４４内に配設された回転羽根５０が小屋裏の排気風力を受けて回転し、上昇気流を発生することとなる。その結果、その上昇気流の影響により、室内側の空気が吸引されて自然換気能力の低下を抑制できる。

以上の構成であれば、小屋裏の暑くなった空気を建物外部に排気することができる。また、この建物２０の壁には、二重通気層２，４が形成されているので、小屋裏に通じる壁体内の空気を吸引するので、例えば、夏場に建物２０の外気より温度が低い、床下で冷やされた空気を小屋裏空間８に導くことができる。さらに、排気だけで外部に放出していた小屋裏換気の運動エネルギーを有効活用して自然換気手段３４の室内換気量の増大を図ることができる。

また、第２排気通路３８の室内排気口５４にフレキシブルダクトを介して接続するチャンバーが配設されている。チャンバーと室内排気口５４とを接続するフレキシブルダクトは通常のダクトや消音ダクト等、汎用の物が適用できる。このようにフレキシブルダクトを接続するセントラル方式を採用すれば、換気経路の明確性、換気ファン選定（馬力）の容易性、騒音性、室内のデザイン性より好ましい。

第３排気通路５６には風量調節弁５８が設置されて、この風量調節弁５８の開度を調整することにより、室内換気風量を一定量に調節することができる。この風量調節弁の形状は多くで知られるように仕切り板をチャンバー部に挿入して、給気口の開口面積を予め設計した値に設定できる構造の物やシリコーンゴム製のバルーンが流出する風量によって膨らんだり、縮んだりして開口面積を任意に変更する構造の物、汎用の風量調節弁を採用できる。

なお、小屋裏換気、室内換気における給気口の開口部の大きさ（径）については、換気流路内を通過する風速を安定させるために、換気ファン下流の開口径と同様となるように設計するのが好適である。また室内換気給気口および小屋裏換気給気口の開口径については、換気流路内を通過する風速を同等とするために、必要換気量比と開口面積比を同等にすることが望ましい。必要換気量比と開口面積比に差異が生じると、換気流路内に設計した風速、風量が得られない傾向が見受けられる。

このような換気装置３０を備えた建物２０では、小屋裏空間８内に滞留する熱の篭った小屋裏の空気が、小屋裏空間８に開口した第３排気通路５６から第２排気通路３８内に案内され、換気ファン４２、第１排気通路３６の共通排気通路４４を介して外部に排出され
る。また、第２排気通路３８からも換気ファン４２による通常の機械排気が行われる。このように、第２排気通路３８、第３排気通路５６側からの排気により、換気ファン４２の下流側に設置された回転羽根５０がその排気空気を受けて回転するので、第１排気通路３６内では上昇気流により、建物２０の外部風力の有無に係り無く自然換気が行われることになる。

また、通常、風がある日であればその外部の風を受けて回転翼４６が効率的に回転する。その結果、回転翼４６、軸４８に連結している回転羽根５０が一層速く回転することになるので、上昇気流が増大する。こうして、小屋裏換気および機械換気手段３２が排気する空気によって、より自然換気風量の促進が図れることになる。

自然換気手段３４の第１排気通路３６または機械換気手段３２の第２排気通路３８などに、設置された風力計で検知された換気風量をコントロールパネルに表示して、居住者に可視化させても良い。さらに、換気ファン４２の回転速度、電圧、電流などいずれか１種を負荷率としてコントロールパネルに表示して、居住者に可視化させても良い。

上記換気装置２０を小屋裏空間８に一台設置すれば、冬季において運転が不要になる小屋裏排気ファンの設置を削減でき、施工性、メンテナンス性が大幅に改善できる。
また、本実施例では、強風対策として自然換気手段３４に、安全対策が実施されることが好ましい。

この安全対策は、制御盤などから自然換気手段３４あるいは機械換気手段３２による風量を検知し、その結果に基いて行なっても良く、外部風力に基いて行なっても良い。外部風力を検知する場合、予測がつかない突風等が発生すると制御が追いつかず安全装置が働かないことが懸念されるので、共通排気通路４４で安定した風力を検知する方法が特に好適である。例えば、自然換気手段３４の風量が所定以上となった場合に、回転翼４６から軸４８への動力の伝達を切断することができる。これにより、必要以上の風力が軸４８を介して回転羽根５０に伝わるのを防止することができる。
この場合、例えば、図３（Ａ），（Ｂ）に示したように、軸４８と回転翼４６との間に電磁石７０などの連結手段を介在させ、通常の風力であれば、図３（Ｂ）のように電磁石７０を接続し、強風時には図３（Ａ）に示したように、回転翼４６を軸４８から電気的に切り離すことができる。ここで、自然換気手段３４の換気量を検知している場合には、例えば、換気計画より算出された必要換気風量の上限値を規定していけば、この上限値を超えた場合に、安全装置且つ換気過剰防止として回転翼４６が軸４８から切り離される。

電磁石の代わりに電磁クラッチ・ブレーキを設けても良い。電磁クラッチ・ブレーキとして、摩擦板式に代表される乾式単板電磁クラッチ、乾式多板電磁クラッチ、湿式多板電磁クラッチ、噛み合い式に代表される歯型式電磁クラッチ、空隙式に代表されるパウダー式電磁クラッチ、ヒステリシス式電磁クラッチ、インダクション式電磁クラッチおよび無励磁作動ブレーキから選択すれば着脱による安全対策の効果を同様に得ることができる。

同様に台風等に代表される強風時には内蔵されているトルク制御の機能より連結を解除、強風下以外では連結できる摩擦式クラッチ、噛みあいクラッチ、遠心クラッチ等に代表される機械式クラッチを用いても良い。

また、供給電源として回転する機械に固定部から電力または信号を通電または受電するためのスリップリングを採用すると電源ケーブル等の回転体へ巻きつけトラブルを未然に防止できるので好適である。

さらに、回転翼４６に必要以上の力が作用しないように、図４（Ａ），（Ｂ）に示した
安全対策を実施することもできる。
この図４（Ａ），（Ｂ）では、回転翼４６を支える水平方向の軸４７をモータ５１により垂直方向の軸４８に対して折り畳み自在とする。また、垂直方向の軸４８と水平方向の軸４７との間に補助軸４９を配設する。そして、通常の風力であれば、図３（Ａ）に示したように、軸４７を水平方向に保持し、強風時には、図３（Ｂ）に示したように、モータ５１の駆動により軸４７を折り畳んで、回転翼４６に風が当たらないようにする。このようにして、強風時に回転翼４６に風が当たらないようにすることもできる。

また、回転翼４６を、図５に示したように、２枚の板材５３，５５を重ね合わせてなる箱体の内部に収容し、強風時には、２枚の板材５３，５５を相対的に移動させることにより、風の入る開口５４を自動的に覆うようにしても良い。すなわち、図５に示したように、一方の板材５３に複数の開口５４を連設するとともに、この板材５３に重ね合わせるように、スライド自在な他の板材５５を配設し、モータ５７の駆動により、他方の板材５５を左右方向に移動させれば、図６に示したように、開口５４を開閉調整することができる。

モータ駆動として、リミットスイッチ、近接スイッチなどにより一定位置で遮蔽板が停止する方法を採用できる。また、界磁側にある駆動コイルにパルスを１つ入れると回転子が１極分だけ回転（作動）するステッピングモータは、開口部を遮蔽する定位置や開口部を空ける定位置に操作できる同様の効果があり、特に採用するのが好適である。

前記安全装置のいずれか１つまたは２つ以上を組み合せることで、建物の外風力が台風で代表される強風時、突発的な強風が発生した場合においても、換気装置の安全対策が図れる。

ここで、換気ファン４２の駆動力および回転翼４６の安全装置には、シーケンス回路の基本形となる図７（ロジック図）で示したようなシーケンス制御が適用できる。すなわち、建物２０の室内の必要換気量を予め計算し、これを風量設定値として規定する。この風量設定値に対し、実測された換気量との差異を常時、比較演算してその差異を風量偏差とする。風量偏差が過不足の場合には、自然換気に加えて、換気ファン４２の駆動による機械換気が行なわれる。この時、風量偏差は自然換気量の影響を受けて絶えず変動するので、その風量設定値を確保するために、制御回路で電圧、周波数等を変化させて換気ファン４２を駆動させる。その結果、換気ファン４２は常に可変風量運転を行なうことができるので室内の必要換気量が確保できると共に、機械換気の省エネ運転が行なわれる。また、同時に建物の外部風力を正常と見なして補助装置の安全装置は解除されず、運転が継続される。一方、風量偏差が過剰な場合は、換気ファン４２の駆動を停止して自然換気のみが行なわれる。また、同時に建物の外部風力を異常（強風）と見なして補助装置の安全装置を解除する。これにより、自然換気手段３４による換気風量の過剰防止および回転翼４６、回転羽根５０、付帯機器等の補助装置の破損防止が図れる。

換気ファン４２の駆動および回転翼の安全装置には、シーケンス制御方法に代表されるプログラマブルロジックコントローラ、プリント基板、有接点シーケンス制御等を用いることができる。汎用性、メンテナンス性よりプログラマブルロジックコントローラが特に好適である。

また、シーケンス制御における風量偏差については、タイマー、メモリー機能等の組み合わせ等により、風量偏差を算術平均できるようにすれば、突風等の急激な変化を吸収して、その結果、換気風量のバラツキを抑えることができると共に、換気ファン４２の瞬間的な過負荷運転（オーバーラン）が防止できる。

また、シーケンス制御における安全装置については、プログラマブルロジックコントローラの機能に代表されるカウント回路、ＳＥＴ回路（セット回路）、ＲＳＴ回路（リセット回路）等を組み合わせることが好適である。各回路を１つまたは２つ以上組み合わせることで、安全装置の動作回数を制限できる。すなわち、風量偏差値が過剰の領域で繰り返し変動した場合に、安全装置の解除、作動の繰り返し動作（瞬時）を回避できる。

またシーケンス制御における換気ファン４２および補助装置は操作スイッチの切および電気回路故障の信号がない場合、常時運転される。さらに補助装置である電磁石の作動応答信号（アンサー信号）を組み合わせると電磁石の故障による自然換気能力低下の検知、機械換気のみの誤作動、メンテナンス性からより効果的である。この電磁石の作動応答信号においては、建物２０の外風力が強雨等で解除された場合や換気システムを初動運転する場合には、電磁石は切り離されて作動応答信号がない状態なので、タイマーを組み合わせて制御作動時間の遅延、リセット回路等を組み合わせて初期状態に戻す方法が採用できる。

以上の構成であれば、信頼性、安定性、長期性に優れた換気装置３０の電気的な制御を行なうことができるので、自然換気手段３４の換気能力を常時、補い必要な換気量が確保できる。また、従来は一定風量を流して室内換気をおこなっていた機械換気において、換気風量を可変調整できることによって省エネが確保できる。

本発明の建物２０における換気経路は、各室１２に配設された給気口７より建物２０の外部の空気を各室１２に取り入れ、室内の排気口９を通じて建物２０の屋外に室内で汚染された空気を排出する機械換気経路と、同じく給気口７から導入された空気を室内に取付けられる扉（ドア）の連通口、廊下、階段、吹き抜け部を経由して共通排気通路４４から建物２０の屋外に汚染空気が排出される自然換気経路の２つで構成される。各室１２に配設される給気口７、排気口９および扉に設置される連通口は汎用の物を適用できる。

本実施例の換気システムにおける機械自然併用換気装置は、外断熱・二重通気構造の建物に有効に適用可能である。一台の換気ファン４２により、小屋裏換気と室内環境を整える室内機械換気および外部風力を活用した自然換気を併用して行うことができる。また、共通排気通路４４内には、回転羽根５０による上昇気流により機械換気や小屋裏換気の室内への逆流が防止でき、各室毎の員数規模、居室規模、部位別規模等から算出される必要換気量の確保、外気の新鮮な空気を室内に導入して、建物２０の屋外に排出する換気経路の明確化、２４時間並びに１年中、強いては長期間に安定して換気する３要素で成り立つ換気計画が構築できる。

さらに、本実施例では、駆動源として一台の換気ファン４２のみを設置すればよいので、取り付け工事が容易であるとともに、ランニングコストも安価である。
また、外断熱・二重通気構造の建物に限らず、他の建物にも適用可能である。

さらに、このような換気装置３０は、建物の吹き抜け部の排熱にも適用できる。吹く抜け部を備えた建物に適用すれば、この吹き抜け部の熱を積極的に排熱することができる。
すなわち、図８に示した建物１００は、内部に吹き抜け８０を有している。また、各居室１２Ａ，１２Ｂ，８２は、各々独立しており、外気を取り入れる給気口９０を介して年中外気が取り入れられている。また、小屋裏空間８内に、上記と略同様の換気装置３０が設置されている。

吹き抜け部８０に隣接する居室１２Ａ，１２Ｂ，８２の天井付近に、吹き抜け部８０に向かって自然に空気移動するバイパス８４Ａ，８４Ｂ，８４Ｃが形成されている。なお、バイパス８４Ａ，８４Ｂ，８４Ｃは、ダクトなどの中空の管体でなくとも単に開口だけで
構成されていても良い。要は、自然の流れで空気が吹き抜け部８０に導入される構造であれば良い。

居室１２Ａ，１２Ｂ，８２には、建物全体を強制的に換気できるダクト８６Ａ，８６Ｂ，８６Ｃが別途配設され、これらのダクト８６Ａ，８６Ｂ，８６Ｃは、小屋裏空間８内に配設された換気ファン４２に接続されている。

上記居室８２には、勾配天井が設けられている。したがって、居室８２内では熱のこもった暖かい空気は上方の狭い空間部へと案内され、一部に熱が停滞してしまうことはない。よって、居室８２内では、暖かい空気は自然状態ではバイパス８４Ｃを介して吹き抜け部８０に案内される、さらに、その暖かい空気は吹き抜け部８０から自然換気手段３４の第１の排気通路３６を介して、建物１００の外部に空気が排出される。

上記居室１２Ａでは、天井部に窪み９２が形成され、この窪み９２内にバイパス８６Ａが接続されている。したがって、居室１２Ａでは、熱のこもった暖かい空気は、この窪み９２からバイパス８６Ａを介して吹き抜け部８０に案内される。そして、その暖かい空気は吹き抜け部８０から自然換気手段３４の第１の排気通路３６を介して、建物１００の外部に空気が排出される。さらに、換気装置３０の換気ファン４２は、夏場にのみ使用され、冬場に強制換気は使用されない。また、小屋裏の換気装置３０の自然換気は、年中開とされている。

このような高断熱・高気建物に、上記のような換気システムを採用し、吹き抜け部８０の排熱に利用すれば、吹き抜け部８０の熱こもりを効果的に除去することが可能になる。

図１は本発明の一実施例による機械自然併用換気装置を備えた建物の概略断面図である。 図２は図１に示した機械自然併用換気装置の拡大概略断面図である。 図３（Ａ）、（Ｂ）は本実施例の機械自然併用換気装置に実施された安全装置の一例の概略図で、図３（Ａ）は電磁石による連結手段を解除した状態を示し、図３（Ｂ）は電磁石による連結手段を接続した状態を示した概略図である。 図４（Ａ），（Ｂ）は他の安全装置を示したもので、図４（Ａ）は、作用前の概略図、図４（Ｂ）は作用後の概略図である。 図５はさらに他の安全装置の要部を分解して示した図である。 図６は図５を組み立てたときの概略図である。 図７はこの換気装置の安全対策としての概略を説明する回路図である。 図８は本発明の換気システムを適用して吹き抜け部の熱こもりを防止した高断熱・高気密建物の概略図である。

符号の説明

２０ 建物
２，４ 通気層
６ 断熱材
７ 給気口
８ 小屋裏空間
９ 排気口
１０ 床下空間
１２ 室
１２Ａ，１２Ｂ，８２ 室
３０ 換気装置
３２ 機械換気手段
３４ 自然換気手段
３６ 第１排気通路
３８ 第２排気通路
４０ 合流地点
４２ 換気ファン
４４ 共通排気通路
４６ 回転翼
４８ 軸４８
５０ 回転羽根
５６ 第３排気通路
５８ 電動ダンバー
７１ 小屋裏換気手段
８０ 吹き抜け部
１００ 建物

Claims (9)

1. 建物の内外温度差などで得られる空気の浮力を利用して建物の外部に排気する自然換気手段と、
   前記室内の空気を機械的な駆動力を利用して建物の外部に排気する機械換気手段が備えられ、
   前記建物外部への自然換気手段における第１排気通路および、前記機械換気手段における第２排気通路を合流させて共通排気通路とするとともに、前記機械換気手段における前記第２排気通路にモータの動力で駆動される換気ファンを配置し、
   前記換気ファンの駆動力により、前記室内の空気を前記建物の外部に強制的に排気するに際し、この機械換気手段による空気の流れに伴って前記自然換気手段の第１排気通路からの室内空気を吸引、換気する自然換気手段を、前記機械換気手段に相乗させ、前記室内の空気を前記建物の外部に排気することを特徴とする建物の換気システム。
2. 前記共通排気通路には、建物外部の風力で回転する回転翼が配設され、この回転翼が回転されることにより、前記自然換気手段の前記第１排気通路を介して前記室内の空気が前記建物の外部に排出されることを特徴とする請求項１に記載の建物の換気システム。
3. 前記自然換気手段の前記第１排気通路内には、前記回転翼が取り付けられた軸が収容され、前記第１排気通路における少なくとも前記共通排気通路部分に、回転羽根が取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の建物の換気システム。
4. 前記機械換気手段の第２排気通路と小屋裏空間の換気を行う第３排気通路が接続され、この第３排気通路を流れる空気流が前記第２排気通路の空気流に加わって、前記共通排気通路から外部に排出されるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の建物の換気システム。
5. 前記回転翼が取り付けられた軸において、軸と回転翼との間は着脱自在な連結手段が介在されているか、または前記回転翼が収納自在な折りたたみ構造が設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の建物の換気システム。
6. 前記回転翼の折り畳み構造は、前記回転翼を直接支持している水平方向に軸が折り畳まれることを特徴とする請求項５に記載の建物の換気システム。
7. 前記回転翼において、外部風力を取り入れる開口部が設けられており、この開口部を遮蔽する開閉可能なシャッター手段が講じられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の建物の換気システム。
8. 前記換気ファンの負荷率をコントロールパネルに表示することを特徴とする請求項１に記載の建物の換気システム。
9. 建物内部に吹き抜け部を有し、吹き抜け部に隣接する居室の天井付近に、前記吹き抜け部に向かって空気移動するバイパスが形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の建物の換気システムが備えられた高断熱・高気密建物。

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