JP2009091818A - 窓構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】熱の輻射と伝導を抑制し、断熱性を高めた住宅用の窓構造体であって、障子紙とガラスと雨戸の３枚のシールドを含み、簡単な手段で、かつより高い断熱効果を付与することを目的とする。
【解決手段】雨戸又はシャッターとガラス戸からなる外側部と、障子戸からなる内側部を有する住宅用窓構造体において、障子戸に赤外線を透過しないプラスチック材料からなる中空板を配置した窓構造体とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱の輻射と伝導を抑制し、断熱性を高めた住宅用の窓構造体に関するものである。

これまでの住宅で使用されている窓構造体は、ガラス窓のみ、それに雨戸が加わったものが大部分であるが、このような窓構造体では、さらにカーテンを併用したとしても、断熱性が不十分である。

そのため、断熱性を高めるためのガラスとして複層ガラス又は複層真空ガラスなどが提案され、既に市販されている。この中で特に複層真空ガラスは断熱性向上のために有効であるが、これはガラスが赤外線を通過しない上に、使用するガラスの表面には、通常赤外線を反射する加工が施されているためであって、真空によって熱伝導と対流を低下させることによる効果はあまり大きくないことが知られている。

例えば、シールドの種類と熱流束との関係を調べてみると、完全に真空にした理想的真空複層ガラスでは、熱流束は期待するほど低下せず、むしろ２枚のガラス間に空気が存在する理想的低放射複層ガラスでは熱流束が著しく低下していることが認められる。

しかしながら、複層ガラスは、断熱効果が高いために、これについて、例えば２枚のガラス板の間に低熱伝導性格子状枠体を挟装して、さらに断熱性を向上させたもの（特許文献１参照）、２枚のガラスの内部空間に複数の透孔を穿設した目開板を設けて、防犯や美観の効果を付与したもの（特許文献２参照）などが提案されている。

また、複層ガラスの欠点である質量がかさむ点を改善したものとして、窓枠に篏装され、室内側周縁に帯状に面ファスナーを貼付されたガラス板に、周縁に帯状に面ファスナーが貼付された合成樹脂板を係合させた複合断熱ガラス窓（特許文献３参照）、ポリオレフィンと、これと相溶性のある親水性基をもつ物質との混練物をハモニカ型のＴ−ダイから押し出して、２枚の平行するプラスチックフィルムの間を幅の狭いリブで連結し、多数の平行に走る細長いセルが隣接した中空構造を有する、ガラス板に対して水貼り可能な断熱シート（特許文献４参照）が提案されている。

一方において、このようなガラス板を用いた窓に、障子窓を併用すると、断熱効果はいっそう増大することが期待されるが、このような障子窓としては、例えば、その中の少なくとも１枚が光を透過する極薄板である複数のユニット板によって多層状に形成されている光透過性の断熱遮音板で構成した持ち運び可能な軽量断熱遮音障子（特許文献５参照）や、木枠、桟及び障子紙において、障子紙の代りに、熱可塑性樹脂中空板を木枠及び桟に貼着又は組み込んだ障子（特許文献６参照）などの、断熱性が高くなるように改良したものが知られている。
このように改良された障子窓を用いると、近年、住宅用の窓に多用されているアルミサッシが有する、大きい熱伝導に起因する熱が逃散しやすいという欠点をカバーすることができ、かつ障子の使用によりカーテンの隙間で生じるコールドドラフトを防ぐことができる。

実開平１−１５７８７７号公報（特許請求の範囲その他） 特開２００７−１７７６０８号公報（特許請求の範囲その他） 特開２００４−３５３２４５号公報（特許請求の範囲その他） 特開２００５−２８６２４号公報（特許請求の範囲その他） 特開平８−４４４１号公報（特許請求の範囲その他） 特開平８−２９１６７３号公報（特許請求の範囲その他）

一般に、中空層を挟む面材の放射定数が完全黒体に近い値の場合、全伝熱量に対する放射伝熱量は、６０〜７０％となり、残りの３０〜４０％が伝導及び対流伝熱量になる。
通常の住宅における窓は、障子、ガラス及び雨戸から構成されているので、これらにより仕切られた中空層と仮定すれば、断熱効果を左右するための重要な因子は輻射であるということができる。

ところで、障子、ガラス、雨戸をシールドの１種と考えると、その他のシールドを含めて全体でｎ＋１枚のシールドが等間隔で並立している場合、最初のシールドから最後のシールドまでの間隔をＬとすれば、各シールド間の間隔はＬ／ｎとなる。
そして、空気の熱伝導率をλ、シュテファンボルツマン定数をσ、それぞれのシールドの温度Ｔ₀、Ｔ₁…Ｔ_n（ただし、Ｔ₀は一番内側のシールドの温度、Ｔ_nは一番外側のシールドの温度）とすると、各シールド間を通過する熱流束ｑは、次のように表わすことができる。

したがって、

ところで、理想的な真空複層ガラスは、間隔Ｌで対向した２枚のシールドからなり、その間が真空である場合に相当するから、この場合の熱流束ｑ_vは次のように示される。

また、理想的な低放射複層ガラスは、シールドが完全拡散反射面になるから、この場合の熱流束ｑ_eは次のように示される。

以上の式において、Ｌ＝０．１ｍ、Ｔ₀＝３００Ｋ、Ｔ_n＝２７０Ｋとして、多層シールドにおけるシールド数と熱流束との関係をプロットしたグラフを図１に示す。
この図には、参考のために理想的真空複層ガラスの熱流束も併記した。

本発明は、この結果を参考にして、障子紙とガラスと雨戸の３枚のシールドを含む窓構造体について、簡単な手段で、かつより高い断熱効果を付与することを目的としてなされたものである。

本発明者らは、既存の住宅に付設されている窓構造体の断熱効果を手軽な手段で高めることについて種々研究を重ねた結果、図１に示されるように、シールド数を４以上に増加すれば、熱流束をより効果的に低下し得ること、障子紙、ガラス、雨戸の３枚を用いる通常の窓構造体に、プラスチックの薄い中空板を付設すれば、実質上、５枚のシールドが形成されること、この中空板は、障子の桟を利用すれば、簡単に取り付けられることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は、雨戸又はシャッターとガラス戸からなる外側部と、障子戸からなる内側部を有する住宅用窓構造体において、障子戸に赤外線を透過しないプラスチック材料からなる中空板を配置したことを特徴とする窓構造体を提供するものである。

次に、添付図面に従って、本発明をさらに詳細に説明する。
図２は、本発明の窓構造体の１例を説明するための構造略解図であり、外気側から室内側に向けて雨戸１、ガラス２、障子紙３及びプラスチック中空板４のシールドが配置されている。
そして、ガラスは、ガラス用窓枠５，５´に取り付けられて、雨戸１とともにサッシ６に嵌装され、また障子紙３は、障子枠７，７´に貼付され、その上辺は鴨居８に下辺は敷居９にそれぞれ嵌装されている。

また、プラスチック中空板４は、軽量で障子の枠の内側７´に挿入された状態で支持されているので、従来の障子と同様、鴨居と敷居の間で移動できるので、開け閉めには全く支障はない。

本発明で用いる雨戸１としては、従来慣用されている木製、プラスチック製又は金属製のものをそのまま用いることができる。この雨戸はまた上下に昇降して開閉するシャッターであってもよい。

また、ガラス２としては、従来用いられている普通の窓ガラスが好ましいが、そのほか硬質ガラス、強化ガラスのような特殊ガラスでもよく、特に制限はない。このガラス２には、所望に応じ赤外線透過防止加工を施すことができる。

次に、障子紙３としては、従来普通に用いられている和紙製障子紙を用いることができるが、特に好ましいのは合成樹脂加工紙、例えばポリ塩化ビニル、酢酸ビニル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネートなどにより強化処理された和紙である。

本発明の窓構造体においては、障子戸の室内側又はその反対側に、赤外線の透過を抑制するか、あるいは反射を増大するためのプラスチック材料からなる中空板４を配置することが必要である。
この赤外線を透過しないプラスチック材料としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリエステル、アクリル樹脂、ポリカーボネートなどがあるが、特に好ましいのはポリカーボネートである。これらのプラスチック材料には、所望に応じ赤外線透過防止剤を含ませることができる。

このプラスチック材料で形成される中空板は、２枚のプラスチックシートを貼り合わせ、中間を中空部に形成したものである。この場合の各シートの厚さは、０．０５〜３．０ｍｍ、好ましくは０．５〜２．０ｍｍ、中空部の幅としては０．０５〜４．０ｍｍ、好ましくは１．０〜３．０ｍｍ、全厚として３．０〜１０．０ｍｍ、好ましくは３．５〜５．５ｍｍの範囲で選ばれる。

この中空板４は、断熱性材料からなる枠体で障子戸に一体的に取り付けるのが好ましい。このようにすると、伝導による熱の移動が抑制されるので、断熱効果をさらに向上することができる。上記の断熱性材料としては、木材、プラスチックなどが用いられるが、特に断熱性が良好であるという点で、発泡プラスチック、例えば発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレンが好ましい。
プラスチック中空板４の中空部には、通常、空気が存在するが、断熱性を高めるために、これを他の気体、例えば窒素、ヘリウムなどで置換することもできる。

また、プラスチック材料からなる中空板４は、赤外線の透過を妨げるように加工するか、あるいは反射を増大するように加工することができる。この加工は、例えば着色剤をプラスチック材料中に配合して行ってもよいし、また着色剤を含む塗膜を中空板４の表面に塗着することによって行ってもよい。

上記の中空板４は、障子戸の枠に取り付けられるが、この取り付けは、接着剤、接着テープ、ピン、クギなどを用いて行うことができる。また、中空板の弾力性を利用して枠に嵌め込むこともできる。
ガラス、シールドとして用いるプラスチックフィルム、紙などの材料は、反射率１０％程度、吸収率９０％程度で黒体に近いものが多い。また、シールド間には空気が存在し、熱輻射と熱伝導により熱移動が行われる。そして、ガラスと紙、ガラスと雨戸のようにシールド数が２の場合は、理想的な真空複層ガラスと理想的な低放射複層ガラスの熱流束の和１６５Ｗ／ｍ²に一致するが、シールド数を５に増加した本発明の窓構造体においては、４５Ｗ／ｍ²まで低下し、熱の逃散量を著しく減少させることができる。
また、本発明の窓構造体は、軽量であり、しかも従来の窓構造体に簡単に取り付けられるという利点がある。

次に、実施例により本発明を実施するための最良の形態を説明するが、本発明はこれによりなんら限定されるものではない。

材料として、以下のものを用い、単一のガラス板、障子／ガラス、障子／雨戸、障子／ガラス／雨戸、ポリカーボネート中空板／障子／ガラス／雨戸及び真空複合ガラスの６種類のサンプルについて、窓の熱通過抵抗値を測定した。
ガラス：通常のフロート板ガラス
障子：市販品「プラスチック障子」
雨戸：ルーバーの角度調節可能な市販品
ポリカーボネート中空板：ポリカーボネート製、全厚４．５ｍｍ
真空複層ガラス：商品名「スペーシア」
測定は、熱流束センサー（キャプテック社製、ベース０．４ｍｍ厚ポリイミド、５０ｍｍ平方、Ｔタイプのサーモパイル及びＴタイプ熱電対を実装）、温度センサー（Ｔタイプ熱電対、素線径０．２ｍｍ）を用いて行った。
その結果を熱通過率の逆数として図３に示す。
この図から分るように、本発明のサンプルは、著しく熱通過率が低く、断熱効率が優れている。

２枚の反射率の異なる板を対向させて流束の減少率を測定し、その結果を図４に示す。図中Ａは、一方の面を黒体、対向面を灰色体にした場合、Ｂは対向面の両方を灰色体にした場合である。Ａでは、吸収率に比例した流束が示され、反射率に比例して流束がカットされている。Ｂでは、上記の効果がかなり限定的である。
ＣとＤは２枚のシールドを挿入した場合で、いずれも著しく輻射が抑制されている。Ｄは２枚のシールドの両面がともに灰色体の場合であり、Ｃは２枚のうちの一方が灰色体、他方が黒体の場合である。このＣとＤとを対比すると、シールドの一方の面が黒体であっても、抑制効果にはあまり変わりがないことが分る。

本発明によれば、断熱性の優れた窓構造が提供されるので、住宅のみならず、事務室、工場などの窓用として有用である。

多層シールドにおけるシールド数と熱流束との関係をプロットしたグラフ。 本発明の窓構造体の１例を説明するための構造略解図。 実施例１における６種類のサンプルについて、窓の熱通過抵抗値を測定した結果の熱通過率の逆数を示す図。 実施例２における２枚の反射率の異なる板を対向させて流束の減少率を測定した結果を示す図。

符号の説明

１ 雨戸
２ ガラス
３ 障子紙
４ プラスチック中空板
５，５´ガラス用窓枠
６ サッシ
７，７´障子枠
８ 鴨居
９ 敷居

Claims (6)

1. 雨戸又はシャッターとガラス戸からなる外側部と、障子戸からなる内側部を有する住宅用窓構造体において、障子戸に赤外線を透過しないプラスチック材料からなる中空板を配置したことを特徴とする窓構造体。
2. 該中空板を、断熱性材料からなる枠体で障子戸と一体的に取り付ける請求項１記載の窓構造体。
3. 該中空板の中空部が空気を他の気体に置換するか又は真空とする請求項１又は２記載の窓構造体。
4. 赤外線を透過しないプラスチック材料からなる中空板が着色されたものである請求項１ないし３のいずれかに記載の窓構造体。
5. 赤外線を透過しないプラスチック材料からなる中空板が表面に着色又は反射皮膜を有するものである請求項１ないし３のいずれかに記載の窓構造体。
6. 赤外線を透過しないプラスチック材料がポリカーボネートである請求項１ないし５のいずれかに記載の窓構造体。

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