JP2009063200A - 建物空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】地熱、太陽熱の自然エネルギーを利用することにより省エネルギーで建物空間の冷暖房、換気を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】太陽光を採光する採光窓Ｗ２と、基礎１１と一体に形成され、基礎１１から延びて床１４を貫通して床上空間１６上に設置され、採光窓Ｗ２からの太陽熱を蓄熱可能とする蓄冷熱壁３０と、採光窓の直上に設けた庇３２とからなる冷暖房手段とを有し、基礎１１は、コンクリートと鉄筋で建物の底面全体を耐圧板としたベタ基礎で形成し、蓄冷熱壁３０はＲＣで形成し、採光窓と対向する位置に、蓄冷熱壁の長手方向の面が採光窓の外壁と平行となるように設ける。蓄冷熱壁３０は、夏期に基礎１１の地熱による冷気を、冬期に蓄熱した太陽熱を床上空間１６に放出するようにする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、高気密高断熱構造の建物を地熱、太陽熱の自然エネルギーを利用して冷暖房、換気を行う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、特許文献２に記載の建物空調システムが提案されている。特許文献１における空調方法は、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、夏期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期に室内を暖房する。また、特許文献２に開示された建物空調システムは、南側屋根面の通気層にて生成された暖気を、第１ダクトを経て床下空間へ導入可能とし、床下空間にて生成された冷気を、第２ダクトを経て１階空間へ導入可能に構成されたものである。

特開平７−２４８１３０号公報 特開２００７−８５６０３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ある程度の設備が必要となり、さらなるコストを下げることが必要となる。また、排気、換気のための換気扇、ファン等を使用するため、電気エネルギーの供給が必要となる。

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、地熱、太陽熱の自然エネルギーを利用することにより省エネルギーで建物空間の冷暖房、換気を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。

上記課題を解決するため、本発明の建物空調システムは、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、建物空間を自然エネルギーで冷暖房する建物空調システムであって、太陽光を採光する採光窓と、上記基礎と一体に形成され、上記基礎から延びて床を貫通して床上空間上に設置され、上記採光窓からの太陽熱を蓄熱可能とする蓄冷熱壁と、上記採光窓の直上に設けた庇とからなる冷暖房手段を有し、上記冷暖房手段の上記蓄冷熱壁は、上記基礎の地熱による冷気又は蓄熱した太陽熱を床上空間に放出可能としたことを特徴とするものである。

また、本発明の建物空調システムは、さらに上記建物の南側の外壁に設置され、太陽熱により空気が流動する通気層を備える集熱体と、上記集熱体の通気層からの空気を上階空間に導入する通気口と、上記床上空間に設けられ、上記通気口からの暖気を吸引して階下に流し、集熱体の上記通気層に導入するダクトとからなる暖房手段を有し、上記暖房手段の上記集熱体の上記通気層にて生成された暖気は、上記ダクト内と上記集熱体の通気層とを循環するように構成したことを特徴とするものである。

また、本発明の建物空調システムの上記基礎は、コンクリートと鉄筋で上記建物の底面全体を耐圧板としたベタ基礎であることを特徴とするものである。

また、本発明の建物空調システムの上記蓄冷熱壁は、ＲＣ（鉄筋コンクリート）で形成されたことを特徴とするものである。

また、本発明の建物空調システムの上記蓄冷熱壁は、上記採光窓と対向する位置に、蓄冷熱壁の長手方向の面が上記採光窓の外壁と平行となるように設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明の建物空調システムの上記採光窓は、南側に位置し、冬至に子午線を通過する太陽から入射した太陽光が上記蓄冷熱壁の長手方向の面を直接照射するように設けたことを特徴とするものである。

また、本発明の建物空調システムの上記庇は、夏至に子午線を通過する太陽の太陽光が上記採光窓に入射しないように設置したことを特徴とするものである。

また、本発明の建物空調システムの上記集熱体は、下部の開口から空気を流入し、通気層内を空気が蛇行して流れ、上部の開口から空気を流出するようにしたことを特徴とするものである。

また、本発明の建物空調システムの上記ダクトは、上記床上空間の下階空間から上階空間まで延びて設置されたことを特徴とするものである。

また、本発明の建物空調システムの上記ダクトは、蛇腹形状を有し、上記集熱体からの暖気を管内に流して、上記ダクトの表面から上記床上空間に熱を放出するようにしたことを特徴とするものである。

また、本発明の建物空調システムは、さらに上記建物の南側の外壁に設置され、太陽熱により空気が流動する通気層を備える集熱体と、上記集熱体の下部に接続され、室内の空気を上記通気層に導入する換気口とからなる換気手段とを有し、上記換気手段は、上記集熱体の加熱された空気の上昇流によって、上記換気口から室内の空気を集熱体に吸引し、室内の空気を上記通気層の下部から上部に流して、上記集熱体の上部から室内の空気を建物外に排出可能に構成したことを特徴とするものである。

本発明の建物空調システムは、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、建物空間を自然エネルギーで冷暖房する建物空調システムであって、上記建物の南側の外壁に設置され、太陽熱により空気が流動する通気層を備える集熱体と、上記集熱体の通気層からの空気を上階空間に導入する通気口と、床上空間に設けられ、上記通気口からの暖気を吸引して階下に流し、集熱体の上記通気層に導入するダクトとからなる暖房手段を有し、上記暖房手段の上記集熱体の上記通気層にて生成された暖気は、上記ダクト内と上記集熱体の通気層とを循環するように構成したことを特徴とするものである。

本発明の建物空調システムは、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、建物空間を自然エネルギーで冷暖房する建物空調システムであって、上記建物の南側の外壁に設置され、太陽熱により空気が流動する通気層を備える集熱体と、上記集熱体の下部に接続され、室内の空気を上記通気層に導入する換気口とからなる換気手段とを有し、上記換気手段は、上記集熱体の加熱された空気の上昇流によって、上記換気口から室内の空気を集熱体に吸引し、室内の空気を上記通気層の下部から上部に流して、上記集熱体の上部から室内の空気を建物外に排出可能に構成したことを特徴とするものである。

本発明によれば、夏期には、蓄冷熱壁は、基礎の地熱による冷気を床上空間に放出し、また、冬期には、採光窓からの太陽熱を蓄熱して、蓄熱した熱を床上空間に放出可能に構成したことにより、自然エネルギーである地熱、太陽光を利用するため建物空間の冷暖房の省エネルギー化が図られる。また、本発明は電気エネルギー、石油、ガス等を使用しないため、冷暖房費を節約することができる。

本発明によれば、さらに、冬期の昼間に集熱体の通気層にて生成された暖気は、ダクト内と集熱体の通気層とを循環するように構成したことにより、建物空間の暖房を効率的に行うことができる。

また、本発明によれば、基礎は、コンクリートと鉄筋で上記建物の底面全体を耐圧板としたベタ基礎であり、蓄冷熱壁は、ＲＣ（鉄筋コンクリート）により、基礎と一体に形成されるため、蓄冷熱壁を基礎の施工と同時に設置することができ、低コスト化を達成できる。

また、本発明によれば、蓄冷熱壁の長手方向の面が上記採光窓の外壁と平行となるように設けられており、冬期に太陽光が蓄冷熱壁の長手方向の面を直接照射するため、蓄熱を効率的に行うことができる。

また、本発明によれば、庇により、夏期の太陽光の室内の入射による蓄冷熱壁の照射及び室温の上昇を防ぐことができる。

また、本発明によれば、冬期の昼間に集熱体の通気層にて生成された暖気を、ダクトを経て床上空間へ導入するため、暖気を循環させるファンを必要としない。また、電動ファン等の可動部を有しないためメンテナンスが容易となる。

また、本発明によれば、ダクトは、蛇腹形状を有し、建物の室内の１階から最上階までに設置されて、その表面から熱を放出するため、効率よく１階から最上階までの各部屋を暖房することができる。

また、本発明によれば、集熱体の加熱された空気の上昇流によって、換気口から室内の空気を集熱体に吸引し、通気層の下から上に向かって流れて、集熱体により外部に排出するように構成したことにより、換気用に換気扇等の設置が必要なく、このため電力エネルギーの消費がないため、省エネルギー化が可能となる。

以下、本発明を実施するための第１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の家屋の外観を示す右側面図である。

図１に示す建物としての家屋１０は、特に冬期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基礎用断熱材１２が貼着されている。基礎１１は、コンクリートと鉄筋で建物の底面全体を耐圧板としたベタ基礎を用いている。また、外壁２１及び屋根１３には、外側に防水（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の基礎用断熱材１２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。なお、基礎１１の耐圧板の地面からの深さは、１メートル以上となるようにすることが望ましい。これは、耐圧板が地中の地熱を安定して蓄熱するためである。

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及び屋根裏空間（ロフト）１９とに区画される。屋根１３は、一方向に傾斜した片流れ形式に構成され、この片流れ屋根１３の下方に、上記屋根裏空間１９が設けられる。この屋根裏空間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、仕切壁によってそれぞれ複数の部屋に仕切られている。

図２に示すように、家屋１０の南側に位置する外壁２１には、太陽光７０を採光するための窓（採光窓）Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が家屋１０の１階から屋根裏空間１９までの各階に設けられている。各窓は、その階の床上からその階の天井付近までの高さを有する。

また、図１に示すように、片流れ屋根１３は、屋根の最上点が南側となるように設置されている。これは、南側に位置する外壁２１の高さが最も高くなるようにするためである。また、窓Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３に面した部屋は、吹き抜けとなっており、各階毎には仕切られていないため、１階から屋根裏空間１９まで貫通しており、同一の空間を共有するようになっている。

図１及び図２に示すように、家屋１０には、建物を空調するための蓄冷熱壁３０、集熱体４０及びダクト６０等が設けられており、これらは、冷暖房手段、暖房手段からなる建物空調システムを構成するものである。以下に建物空調システムを構成する冷暖房手段、暖房手段について詳述する。

上記構成からなる家屋において、最初に蓄冷熱壁を用いた冷暖房手段としての冷暖房システムについて、図３乃至図６を用いて詳述する。図３は、図１に示す家屋における本発明に係る建物空調システムの冷暖房システムを説明するための家屋の断面図、図４は、図１に示す家屋の１階の平面図である。図５は、図３の家屋において、蓄冷熱壁による夏期における冷房を説明する図、図６は、図３の家屋において、蓄冷熱壁による冬期の昼間及び夜間における暖房を説明する図である。

図３及び図４に示すように、１階には、基礎１１の耐圧板と一体に形成された蓄冷熱壁３０が設けられている。基礎１１と一体に形成された蓄冷熱壁３０は、ＲＣ（鉄筋コンクリート）で形成され、厚みがｄからなる直方体であり、基礎１１から延びて床１４を貫通して１階の天井までの高さを有している。蓄冷熱壁３０は、図４に一点鎖線で示す吹き抜けとなっている１階の部屋の窓Ｗ１と対向する位置に、蓄冷熱壁３０の長手方向Ｌ（幅方向）の面が窓の外壁２１と平行となるように設けられている。また、蓄冷熱壁３０は、以下に説明するように、窓Ｗ１を有する内壁から適度な距離を保つように設置されている。

蓄冷熱壁３０を用いた冷暖房は、夏期は蓄冷熱壁３０に蓄熱される基礎１１の地熱（冷気）を冷房に利用し、冬期は窓から入射する太陽熱を蓄熱して暖房に利用するものである。このため、蓄冷熱壁３０は、夏期は蓄冷熱壁３０が太陽光７０に照射されない、また、冬期は蓄冷熱壁３０が太陽光７０に直接照射される位置に設置されている（後に詳述する。）。また、蓄冷熱壁３０は、１階空間１７の仕切壁としても用いられる。

最初に、蓄冷熱壁３０を用いた夏期における冷房について、図５を使用して説明する。夏期には、基礎１１の温度は、地熱により冷却されて外気温度よりも低くなるので（約１５〜１７℃）、基礎１１と一体に形成された蓄冷熱壁３０は、基礎１１の温度とほぼ同じ温度となる。このため、図５に示すように、蓄冷熱壁３０に面した１階空間１７の部屋の空気は、蓄冷熱壁３０の表面と接することにより冷やされて、１階空間１７の部屋の温度は外気温度よりも低くなり、１階空間１７の部屋が冷却される。

しかしながら、図３に示す２階に位置する窓Ｗ２から入射する太陽光７０によって蓄冷熱壁３０が直接照射された場合や太陽光が室内に入射して室温が上昇した場合には、蓄冷熱壁３０が暖められてその表面温度が上昇する。これを避けるために、窓の上部の外壁２１に庇３２を設けている。夏至に子午線を通る太陽の太陽光７０の入射角θ（図５に示す）は約７８度であり、少なくとも夏至に子午線を通る太陽の太陽光７０が窓に入らないように、庇３２の位置、幅及び外壁２１に対する垂直方向の庇３２の長さを決めるようにする。

例えば、図５に示すように、夏至に子午線を通過する太陽の太陽光の入射角θを７８度として、庇３２から窓の底辺までの高さを２メートルとすると、庇３２の外壁２１に対する垂直方向の長さを４３センチメートルとすることにより、夏至に子午線を通過する太陽光は窓から室内に入射されない。このため、庇３２を設けることにより、夏期における太陽光の室内への入射を減らすことができる。

なお、庇３２は、固定式でも良いが、庇３２の長さを可変することが可能な可変式庇であれば、気候変動等に対応することができるため、より好ましい。

このように、夏期において、蓄冷熱壁３０から放出された冷気が、庇３２による太陽光の各部屋の温度上昇の抑制と相俟って、床上空間を冷房する。

次に、蓄冷熱壁３０を用いた冬期における暖房について、図６を使用して説明する。冬期には、基礎１１と一体に形成された蓄冷熱壁３０は、基礎１１の温度とほぼ同じ温度となる（約１５〜１７℃）。また、蓄冷熱壁３０が太陽光７０によって直接照射された場合には、蓄冷熱壁３０が暖められてその表面温度が上昇し、また、太陽熱が蓄積される。冬至に子午線を通る太陽の太陽光７０の入射角θは、地面に垂直に設けた蓄冷熱壁３０に対して約３２度であり、冬至前後の太陽光７０は庇３２に遮られることなく窓を通して、蓄冷熱壁３０を照射する。

例えば、図６に示すように、冬至に子午線を通過する太陽光の入射角θを３２度として、蓄冷熱壁３０の上面から２階に位置する窓Ｗ２の上枠までの高さを２メートルとすると、窓を有する内壁から３．２メートルの距離に位置する蓄冷熱壁３０の上部を、窓Ｗ２の上部から入射する太陽光７０で照射することができる。また、２階に位置する窓Ｗ２の高さが１．５メートルとすると、窓Ｗ２からの太陽光７０が、蓄冷熱壁３０の上面から床方向に１．５メートルまでの表面に直接照射することが可能となる。これにより、冬期には、窓から入射する太陽光により蓄冷熱壁３０を直接照射することが可能となる。また、夏期での太陽光の室内への入射を減らすために設けた庇３２の影響を受けることなく、蓄冷熱壁３０に太陽光を照射することできる。

このように、冬期では、地面に垂直に設けた蓄冷熱壁３０に対する太陽光７０の入射角が小さいため、庇３２による太陽光７０の遮断等の影響を受けることがなく蓄冷熱壁３０に太陽光が直接照射され、更に、蓄冷熱壁３０の単位面積当たりの光量が増大するため、太陽熱を効率的に取り込むことが可能となる。これにより、日中の太陽光７０によって蓄冷熱壁３０が暖められて、蓄冷熱壁３０による熱放射及び蓄熱が行われる。また、冬期の基礎１１部分の温度はほぼ一定の温度を維持しているため、基礎１１と蓄冷熱壁３０の温度差が小さく、蓄冷熱壁３０から基礎１１への熱量の移動が少ないため、夜間に於いても蓄冷熱壁３０からの熱放射を持続することができる。

冬期の昼間に太陽光７０により蓄冷熱壁３０に蓄熱された熱は、夜間に放射されて部屋を暖める。このように、冬期において、蓄冷熱壁３０から放出された暖気が、床上空間１６を暖房する。

なお、蓄冷熱壁３０は、１階の天井までの高さを有するものについて述べたが、本発明では、蓄冷熱壁３０の高さを１階の天井までに限定するものではなく、例えば２階の天井まで達するように形成しても良い。また、蓄冷熱壁３０の厚み、幅は、蓄冷熱壁３０の蓄熱容量、部屋の広さ等を考慮して決めるようにする。

以上述べた蓄冷熱壁による冷暖房システムは、自然エネルギーである太陽熱、地熱を利用して冷暖房を行うものであるが、次に、太陽熱を利用した集熱体を用いた暖房手段としての暖房システムについて、図７乃至図９を用いて詳述する。図７は、集熱体を用いた暖房システムの構成を示す図及び集熱体、ダクト内の空気の流れを示す一部拡大図、図８は、集熱体の構成を示す図であり、（ａ）は、集熱体の正面図、（ｂ）は、集熱体の右側面図、（ｃ）は、（ａ）に示す図から上板を除いて示した図、図９は、集熱体を家屋の外壁に取り付けた状態を示す図である。

図７に示すように、集熱体を用いた暖房システムは、太陽光７０を集熱する集熱体４０と、集熱体の通気層からの空気を上階空間に導入する開閉可能な通気口６６と、室内に設けられたダクト６０とからなる。

図８（ａ）、（ｂ）に示すように、集熱体４０は、直方体を成し、上板４１、底板４２、仕切板４３及び外枠４４からなる。上板４１は、鉄板、ステンレス板等の熱伝導率の大きいものからなり、太陽光７０が直接照射されて、太陽熱を集熱するものである。 底板４２は、外壁２１と接する部分であり、木材、プラスチック等の断熱材からなる。仕切板４３は、集熱体４０内部を流れる空気の通気層５３を形成するためのものである。外枠４４は、水上縁４５、水下縁４６及び側縁４７，４８からなり、断熱材で形成されている。

集熱体４０は、図８（ａ）に示すように、全面に通気層５３が形成される。この集熱体４０は、底板４２と上板４１との間に、通気層形成部材としての仕切板４３が、水上縁４５及び水下縁４６に平行に複数枚配置されて構成される。通気層５３は、底板４２と上板４１間の空間に複数枚の仕切板４３に仕切られて形成される。

集熱体４０では、外枠４４の水上縁４５及び水下縁４６の両側で当該水上縁４５及び水下縁４６に直交する両辺のそれぞれに側縁４７，４８が設置される。隣り合う複数枚の仕切板４３は、ひとつ置きに側縁４７または４８に接触し、非接触の側縁４７または４８との間に通気隙間５４が形成される。

図８（ｃ）に示すように、底板４２には、水下縁４６側付近に空気流入口４９及び水上縁４５側に付近に空気流出口５０が設けられている。底板４２に設けた空気流入口４９は、集熱体４０に室内からの空気を取り入れるためのものであり、底板４２に設けた空気流出口５０は、集熱体４０の通気層５３を流れた空気を排出するためのものである。

また、図８（ａ）に示すように、上板４１には、底板４２の空気流入口４９付近の位置に下部開閉がらり５１が設けられており、また、底板４２の空気流出口５０付近の位置に上部開閉がらり５２がそれぞれ設けられている。上板４１に設けた下部開閉がらり５１は、夏期には外気を導入し、冬期には外気が流入しないようにするためのものである。また、上板４１に設けた上部開閉がらり５２は、夏期には蓄熱体の空気を排出し、冬期には蓄熱体の空気を外部に排出しないようにするためのものである。

このように、集熱体４０は、空気流入口４９又は下部開閉がらり５１から流入した空気を、太陽光を受けた上板４１により加熱し、図８（ｃ）に矢印で示す空気の流れのように、加熱された空気の上昇流によって仕切板４３により形成されている通気層５３を蛇行しながら下から上に流して、加熱された空気を空気流出口５０又は上部開閉がらり５２から排出するものである。

図７に示すダクト６０は、アルミニウム等の熱伝導率の大きい材質からなり、蛇腹形状に形成されている。蛇腹形状に形成したことによりダクト６０の表面積が増大し、放熱効率を高めることができる。

また、図７に示すように、ダクト６０は、室内に設置され下階空間である１階空間１７から２階空間１８を経て上階空間である屋根裏空間１９まで延びている。ダクト６０の上部開口６１は通気口６６出口付近の下側に位置し、ダクト６０の下部流出口６２は壁を連通して集熱体４０の空気流入口４９に接続されている。

次に、上記構成からなる集熱体４０の家屋への設置について図９を用いて説明する。図９は、集熱体を家屋の外壁に取り付けた状態を示す断面図である。図９に示すように、集熱体４０を取り付ける外壁２１は、梁２６に構造用合板２２が敷設され、この構造用合板２２に防水シート２３を介してプラスチック系の断熱材２４が設置された構造を有している。また、構造用合板２２の室内側と石膏ボード等の内壁２５との間には、繊維系の断熱材２７が組み込まれている。集熱体４０は、集熱体４０の底板４２がプラスチック系の断熱材２４の表面に密着するように、外壁２１に取り付けられている。

このように、集合体４０は、図２に示すように、家屋１０の窓Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の左右に配置され、窓を避けて１階から屋根裏空間１９までの南側に面した外壁２１に取り付けられている。なお、図２に示す家屋１０では、２個の集合体４０を使用しているが、集合体は１個から使用可能となっている。

図７に示すように、冬期において集熱体を用いた暖房システムは、床上空間の各部屋を暖房するために、次のように機能する。なお、集熱体４０の下部開閉がらり５１及び上部開閉がらり５２は閉じておくようにする。集熱体４０が太陽光７０によって直接照射された場合には、集熱体４０の上板４１が暖められてその表面温度が上昇する。集熱体４０の空気流入口４９から流入した空気は、上板４１により加熱され、上板４１により加熱された空気は、空気の上昇流によって仕切板４３により形成されている通気層５３を蛇行しながら、下から上に流れて空気流出口５０まで到達する。集熱体４０によって熱せられた空気は、空気流出口５０から通気口６６を通って屋根裏空間１９の空間に流出し、流出した空気は、ダクト６０の上部開口６１から吸引されてダクト６０内を図７に矢印で示すように、上から下に流れてダクト６０の下部流出口６２から集熱体４０の空気流入口４９に流れ込む。

このように、集熱体４０での加熱された空気の上昇流によって、空気（熱気）が集熱体４０とダクト６０内を循環するようになっている。これにより、蛇腹形状に形成されダクト６０内を流れる熱気によりダクト６０が熱せられてダクト６０表面から熱が放射されて、屋根裏空間１９、２階空間１８及び１階空間１７を暖房する。

また、集熱体４０は、冬期に太陽熱の集熱に効果を発揮する。すなわち、冬至に子午線を通る太陽の太陽光７０の入射角θは、地面に垂直に設けた集熱体４０に対して約３２度である。このため、冬至前後の冬期においては、地面に垂直に設けた集熱体４０に対する太陽光７０の入射角が小さいため、夏期と比較して集熱体４０の単位面積当たりの光量が増大し、太陽熱を効率的に取り込むことが可能なる。このように、集熱体４０は、冬期において、太陽熱を効率的に活用することができる。

なお、夏期において、集熱体４０は暖房用として使用しないため、通気口６６を閉めて、室内に集熱体４０の暖気が室内に流入しないようにする。また、集熱体４０の下部開閉がらり５１及び上部開閉がらり５２を開いて、下部開閉がらり５１から地表付近の空気を吸引して、上部開閉がらり５２から排出するようにする。これは、集熱体４０の通気層５３に空気を常に流して、集熱体４０の上板４１の加熱及び通気層５３の空気の停滞を防止
するためである。

本発明による建物空調システムは、図３に示した蓄冷熱壁３０を用いた冷暖房システムと図７に示した集熱体４０とダクト６０による暖房システムとを併用することが可能となっている。すなわち、図１に示すように、夏期には、蓄冷熱壁３０によって、基礎１１からの地熱による冷気を床上空間１６に放出して冷房を行い、冬期の昼間は、集熱体４０の通気層にて生成された暖気を、ダクト６０を経て床上空間１６へ導入してダクト６０からの放射熱により暖房を行い、冬期の夜間は、蓄冷熱壁３０に蓄熱した熱を床上空間１６に放出して暖房を行うものである。このように冬期では、一日中暖房を行うことが可能となる。

以上説明したように、本発明による建物空調システムよれば、図１及び図３に示すように、基礎１１と一体に形成され、基礎１１から延びて床を貫通して床上空間１６上に設置された蓄冷熱壁３０と、太陽光７０を採光する採光窓と、採光窓の直上に設けた庇３２とを有するようにして、夏期には、蓄冷熱壁３０は、基礎の地熱による冷気を床上空間１６に放出し、また、冬期には、採光窓からの太陽熱を蓄熱して、蓄熱した熱を床上空間１６に放出可能に構成されたことにより、自然エネルギーである地熱、太陽光を利用するため建物空間の冷暖房の省エネルギー化が図られる。また、電気エネルギー、石油、ガス等を使用しないため、冷暖房費の節約となる。

また、蓄冷熱壁３０は、ＲＣ（鉄筋コンクリート）により、基礎１１と一体に形成されるため、基礎１１の施工と同時に設置することができ、低コスト化を達成できる。

また、蓄冷熱壁３０の長手方向の面が上記採光窓の外壁と平行となるように設けられており、冬期に太陽光が蓄冷熱壁３０の長手方向の面を直接照射するため、蓄熱を効率的に行うことができる。

また、庇３２により、夏期の太陽光の室内の入射による蓄冷熱壁３０の照射及び室温の上昇を防ぐことができる。

また、太陽熱により空気が流動する通気層５３を備える集熱体４０と、集熱体４０の通気層５３からの空気を上階空間１６に導入する通気口６６と、床上空間１６に設けられ、通気口６６からの空気を吸引して階下に流し、集熱体４０の上記通気層に導入するダクト６０とを有するようにして、冬期の昼間に集熱体４０の通気層５３にて生成された暖気が、ダクト６０内と集熱体４０の通気層５３とを循環するようにしたことにより、床上空間１６を暖房することができる。

また、本発明の建物空調システムは、空気の自然対流を利用するため暖気を循環させるファンを必要としない。また、電動ファン等の可動部を有しないためメンテナンスが容易となる。

また、ダクト６０は、アルミニウム等の熱伝導率の大きい材質からなり、蛇腹形状に形成されているため、１階から最上階までの各部屋を効率よく暖房することができる。

次に、本発明を実施するための第２の最良の形態を、図面に基づき説明する。図１０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を示す断面図である。図１０に示すように、家屋１０には、建物を空調するための蓄冷熱壁３０、集熱体４０等が設けられており、これらは、冷暖房手段、換気手段からなる建物空調システムを構成するものである。

以下に、集熱体を用いた換気手段としての換気システムについて、図１０乃至ず１３を用いて詳述する。図１１は、集熱体を用いた換気システムの夏期の夜間における空気の流れを示す家屋の断面図、図１２は、集熱体を用いた換気システムの冬期の昼間における空気の流れを示す家屋の断面図、図１３は、集熱体を用いた換気システムの冬期の夜間における空気の流れを示す家屋の断面図である。なお、図１０乃至図１２には、集熱体の一部を拡大してその内部の空気の流れる方向を矢印で示すようにしている。

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、換気システムが装備されている。

図１０に示すように、この換気システムは、太陽光７０を集熱する集熱体４０と、集熱体４０の空気流入口４９と連通した開閉可能な換気口６７と、外壁２１の任意の箇所に外気を導入する外気導入口６５とを有して構成される。

換気システムに用いる集熱体４０は、その構成及び集熱体の家屋の取り付けが前述したものと同一である。このため、集熱体４０の説明は省略する。

換気口６７は、図１０に示すように、家屋の１階に設けられており、集熱体４０の空気流入口４９と連通している。また、必要により開閉が可能なようになっている。外気導入口６５は、外気を導入するものであり、家屋１０の１階及び２階に適宜設けられている。

換気システムは、集熱体４０の通気層５３で太陽熱により加熱された空気の上昇流によって、室内に設けた開閉可能な換気口６７から室内の空気を吸引し、空気流入口４９を経て通気層５３内に流入し、集熱体４０の上部開閉がらり５２から室内の空気を屋外に排出されるようにしたものである。なお、集熱体４０を換気システムとして用いるときには、集熱体４０の空気流出口５０は使用しないので、空気流出口５０から空気が漏れないように空気流出口５０を閉じておくようにする。また、下部開閉がらり５１は、閉じておき、
上部開閉がらり５２は開いておくようにする。

図１０に示すように、夏期の日照時には、換気口６７から集熱体４０に導入された室内の空気は、太陽熱により暖められながら仕切板４３により形成されている通気層５３を蛇行し、下から上に向かって流れ上部開閉がらり５２に到達する。集熱体４０により暖められた空気は、上部開閉がらり５２から外部に放出される。このように、集熱体４０の加熱された空気の上昇流によって、換気口６７に空気を吸引する流れが起こり、外気導入口６５からの外気が図１０に矢印で示すように室内を流れて、室内の空気が換気口６７から集熱体４０により外部に排出される。

また、夏期の夜間には、集熱体４０の上板４１は、放射冷却により冷やされ、集熱体４０内の空気も冷えて重くなる。このため、図１１に示すように、冷やされた空気は集熱体４０の通気層５３を蛇行しながら、上から下に向かって流れる。空気の下降流によって、集熱体４０の上部開閉がらり５２から外気が吸引されて、通気層５３を通って空気流入口４９から換気口６７に冷気となって室内に取り入れられる。

このように、本発明による換気システムは、夏期の昼間には、集熱体４０は、室内の空気を外部に排出し、夜間には、冷やされた外気を室内に導くものである。

冬期の日照時には、図１２に示すように、換気口６７から集熱体４０に導入された室内の空気は、太陽熱により暖められながら仕切板４３により形成されている通気層５３を蛇行し、下から上に向かって流れ、上部開閉がらり５２から外部に放出される。

また、冬期の夜間には、図１３に示すように、換気口６７からの寒気の侵入、換気口６７からの室内の暖気の流出を防ぐために、換気口６７を閉じるようにする。

このように、本発明による換気システムは、冬期の日照時には、集熱体４０の加熱された空気の上昇流によって、換気口６７に空気を吸引する流れが起こり、外気導入口６５からの外気が室内を流れて、室内の空気が換気口６７から集熱体４０により外部に排出される。

なお、換気システムの実施の形態として、換気口６７を１階に設けているが、本発明による換気システムでは、ダクト等により２階にも換気口を設けて、２階からも換気を行うことも可能である。

本発明による建物空調システムは、図３に示した蓄冷熱壁を用いた冷暖房システムと図１０に示した集熱体による換気システムとを併用することも可能となっている。すなわち、図１に示すように、夏期には、蓄冷熱壁３０によって、基礎１１からの地熱による冷気を床上空間１６に放出して冷房を行い、冬期の夜間は、蓄冷熱壁３０に蓄熱した熱を床上空間１６に放出して暖房を行うものである。また、冷暖房と同時に、集熱体により室内の空気を外部に排出することが可能であり、自然エネルギーで冷暖房及び換気をおこなうことができる。このように、本発明による建物空調システムでは、冷暖房と換気を同時に行うことが可能となる。

以上説明したように、本発明による建物空調システムよれば、図１０に示すように、集熱体４０の加熱された空気の上昇流によって、換気口６７から室内の空気を集熱体４０に吸引し、通気層５３の下から上に向かって流れて、集熱体４０により外部に排出するように構成したことにより、換気扇等の設置が必要なく、このため電力エネルギーの消費がないため、省エネルギー化が可能となる。

また、本発明による建物空調システムは、冷暖房システムと換気システムとを併用することにより、冷暖房と換気を同時に行うことが可能となり、ダクト、ファン等を使用することなしに空調を行うことができる。また、エネルギー源は、自然エネルギーである地熱と太陽熱のため、ランニングコストを減らすことができる。

以上述べたように、本発明による建物空調システムは、蓄冷熱壁３０を用いた冷暖房手段としての冷暖房システム、集熱体４０を用いた暖房手段としての暖房システム又は集熱体４０を用いた換気手段としての換気システムで構成されるが、冷暖房システムと暖房システムとの併用又は冷暖房システムと換気システムとの併用した構成も可能となっている。

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の家屋の外観を示す右側面図である。 図１に示す家屋における本発明に係る建物空調システムの冷暖房システムを説明するための家屋の断面図である。 図１に示す家屋の１階の平面図である。 図３の家屋において、蓄冷熱壁による夏期における冷房を説明する図である。 図６は、図３の家屋において、蓄冷熱壁による冬期の昼間及び夜間における暖房を説明する図である。 集熱体を用いた暖房システムの構成を示す図及び集熱体、ダクト内の空気の流れを示す一部拡大図である。 集熱体の構成を示す図であり、（ａ）は、集熱体の正面図、（ｂ）は、集熱体の右側面図、（ｃ）は、（ａ）に示す図から上板を除いて示した図である。 集熱体を家屋の外壁に取り付けた状態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を示す断面図及び集熱体の空気の流れを示す一部拡大図である。 集熱体を用いた換気システムの夏期の夜間における空気の流れを示す家屋の断面図及び集熱体の空気の流れを示す一部拡大図である。 集熱体を用いた換気システムの冬期の昼間における空気の流れを示す家屋の断面図及び集熱体の空気の流れを示す一部拡大図である。 集熱体を用いた換気システムの冬期の夜間における空気の流れを示す家屋の断面図である。

符号の説明

１０ 家屋（建物）
１１ 基礎
１２ 基礎用断熱材
１３ 屋根（片流れ屋根）
１４ 床
１５ 床下空間
１６ 床上空間
１７ １階空間
１８ ２階空間
１９ 屋根裏空間（ロフト）
２１ 外壁
２２ 構造用合板
２３ 防水シート
２４、２７ 断熱材
２５ 内壁
２６ 梁
３０ 蓄冷熱壁
３２ 庇
４０ 集熱体
４１ 上板
４２ 底板
４３ 仕切板
４４ 外枠
４５ 水上縁
４６ 水下縁
４７，４８ 側縁
４９ 空気流入口
５０ 空気流出口
５１ 下部開閉がらり
５２ 上部開閉がらり
５３ 通気層
５４ 通気隙間
６０ ダクト
６１ 上部開口
６２ 下部流出口
６５ 外気導入口
６６ 通気口
６７ 換気口
７０ 太陽光
θ 入射角
Ｗ１，Ｗ２、Ｗ３ 窓（採光窓）

Claims (13)

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、建物空間を自然エネルギーで冷暖房する建物空調システムであって、
   太陽光を採光する採光窓と、上記基礎と一体に形成され、上記基礎から延びて床を貫通して床上空間上に設置され、上記採光窓からの太陽熱を蓄熱可能とする蓄冷熱壁と、上記採光窓の直上に設けた庇とからなる冷暖房手段を有し、
   上記冷暖房手段の上記蓄冷熱壁は、上記基礎の地熱による冷気又は蓄熱した太陽熱を床上空間に放出可能としたことを特徴とする建物空調システム。
2. 請求項１記載の建物空調システムにおいて、さらに上記建物の南側の外壁に設置され、太陽熱により空気が流動する通気層を備える集熱体と、上記集熱体の通気層からの空気を上階空間に導入する通気口と、上記床上空間に設けられ、上記通気口からの暖気を吸引して階下に流し、集熱体の上記通気層に導入するダクトとからなる暖房手段を有し、
   上記暖房手段の上記集熱体の上記通気層にて生成された暖気は、上記ダクト内と上記集熱体の通気層とを循環するように構成したことを特徴とする建物空調システム。
3. 上記基礎は、コンクリートと鉄筋で上記建物の底面全体を耐圧板としたベタ基礎であることを特徴とする請求項１または２に記載の建物空調システム。
4. 上記蓄冷熱壁は、ＲＣ（鉄筋コンクリート）で形成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. 上記蓄冷熱壁は、上記採光窓と対向する位置に、蓄冷熱壁の長手方向の面が上記採光窓の外壁と平行となるように設けられている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. 上記採光窓は、南側に位置し、冬至に子午線を通過する太陽から入射した太陽光が上記蓄冷熱壁の長手方向の面を直接照射するように設け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. 上記庇は、夏至に子午線を通過する太陽の太陽光が上記採光窓に入射しないように設置したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の建物空調システム。
8. 上記集熱体は、下部の開口から空気を流入し、通気層内を空気が蛇行して流れ、上部の開口から空気を流出するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の建物空調システム。
9. 上記ダクトは、上記床上空間の下階空間から上階空間まで延びて設置されたことを特徴とする請求項２に記載の建物空調システム。
10. 上記ダクトは、蛇腹形状を有し、上記集熱体からの暖気を管内に流して、上記ダクトの表面から上記床上空間に熱を放出するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の建物空調システム。
11. 請求項１記載の建物空調システムにおいて、さらに上記建物の南側の外壁に設置され、太陽熱により空気が流動する通気層を備える集熱体と、上記集熱体の下部に接続され、室内の空気を上記通気層に導入する換気口とからなる換気手段とを有し、
    上記換気手段は、上記集熱体の加熱された空気の上昇流によって、上記換気口から室内の空気を集熱体に吸引し、室内の空気を上記通気層の下部から上部に流して、上記集熱体の上部から室内の空気を建物外に排出可能に構成したことを特徴とする建物空調システム。
12. 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、建物空間を自然エネルギーで冷暖房する建物空調システムであって、
    上記建物の南側の外壁に設置され、太陽熱により空気が流動する通気層を備える集熱体と、上記集熱体の通気層からの空気を上階空間に導入する通気口と、床上空間に設けられ、上記通気口からの暖気を吸引して階下に流し、集熱体の上記通気層に導入するダクトとからなる暖房手段を有し、
    上記暖房手段の上記集熱体の上記通気層にて生成された暖気は、上記ダクト内と上記集熱体の通気層とを循環するように構成したことを特徴とする建物空調システム。
13. 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、建物空間を自然エネルギーで冷暖房する建物空調システムであって、
    上記建物の南側の外壁に設置され、太陽熱により空気が流動する通気層を備える集熱体と、上記集熱体の下部に接続され、室内の空気を上記通気層に導入する換気口とからなる換気手段とを有し、
    上記換気手段は、上記集熱体の加熱された空気の上昇流によって、上記換気口から室内の空気を集熱体に吸引し、室内の空気を上記通気層の下部から上部に流して、上記集熱体の上部から室内の空気を建物外に排出可能に構成したことを特徴とする建物空調システム。

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