JP2010223486A - 換気装置および換気システム - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギーロスを低減することで、ランニングコストの削減や二酸化炭素の排出量の削減を行い、地球温暖化の防止に貢献でき、健康かつ快適な居住環境を実現できる換気装置を得ること。
【解決手段】本発明の換気装置１は、本体ケーシング１５と、本体ケーシング内に備えられた熱交換器２と、本体ケーシング内に形成された給気風路と、本体ケーシング内に形成された排気風路と、給気風路に設けられた給気用送風機３と、排気風路に設けられた排気用送風機４と、を有し、熱交換器において給気風路を通過する給気流と排気風路を通過する排気流との間で熱交換させる換気装置であって、給気風路に設けられて外気温度を検知する外気温度検知装置５と、外気温度が予め設定された設定温度である場合に、給気用送風機を停止させるか、または、給気用送風機の回転数を減らす制御を行う制御装置６と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、換気装置、特に熱交換器を備える換気装置および換気システムに関する。

従来、室内の空気を室外に排気するための排気通路と、室外の空気を室内に給気するための給気通路とを備え、排気通路を流れる排気流と給気通路を流れる給気流との間で熱交換を行いながら換気を行う換気装置がある。熱交換をしながら換気を行うことで、冷暖房中の熱損失を少なくしつつ、新鮮な空気を室内に取り入れ、室内の汚れた空気を室外に排出することができる。給気流と排気流との間の熱交換は、換気装置が備える熱交換器に給気流と排気流とを通過させることで行われる。このような熱交換器では、建築基準法に準拠するよう、常時換気設備機器として、一年を通じ２４時間稼動され続ける場合がある。この場合、給気通路に設けられた給気用送風機と排気通路に設けられた排気用送風機は、常時稼動されることになる。

この場合、春季や秋季といった、外気温と住宅内室温との温湿度にほとんど差が無い中間期であっても、給気用送風機および排気用送風機が常時稼動される。外気温と住宅内室温との温湿度にほとんど差が無い中間期には、冷暖房中の熱損失が少ないため、給気流と排気流との間の熱交換が不要となる場合がある。従来の換気装置では、熱交換が不要な場合であっても、給気用送風機および排気用送風機が常時稼動されるので、運転騒音が余分に生じたり、消費電力が余分に発生したりしてしまうという問題が生じていた。なお、換気風量を変化させてエネルギーロスを低減する技術として、例えば特許文献１に、二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度に応じて換気風量を変化させるものが開示されている。

特開２００３−２４０２８６号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術は、熱交換を行わない換気装置に関するものである。また、二酸化炭素濃度に応じて換気量を変化させるので、熱交換を行う換気装置に適用した場合には、冷暖房中の熱負荷が考慮されず、かえって冷暖房設備が過度に稼動され、エネルギーロスが生じてしまう場合がある。

そこで、手動で開閉自在な自然給気口を建物の壁面に設けるとともに、給気用送風機を強制的に停止できるスイッチを換気装置に設ける場合がある。この場合、居住者がスイッチを操作して給気用送風機を停止させ、自然吸気口を手動で開けば、排気側が機械排気で、給気側が自然給気となる、いわゆる第３種換気が行われることとなる。これにより、中間期における運転騒音、消費電力の問題を解決することができる。

しかし、居住者が中間期に上記操作を行うことを忘れた場合には、運転騒音、消費電力の問題を解決することができない。また、居住者が、給気用送風機を停止させるだけで、自然給気口を開き忘れた場合には、換気不足による結露が発生したり、カビの発生により健康被害が発生したりするという問題が生じる。また、室内外の温度差が大きい時期に誤って上記操作が行われれば、かえって冷暖房設備が過度に稼動され、エネルギーロスが生じてしまう場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エネルギーロスを低減することで、ランニングコストの削減や二酸化炭素の排出量の削減を行い、地球温暖化の防止に貢献でき、健康かつ快適な居住環境を実現できる換気装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、本体ケーシングと、本体ケーシング内に備えられた熱交換器と、本体ケーシング内に形成されて室外吸込口から熱交換器を介して室内吹出口に通じる給気風路と、本体ケーシング内に形成されて室内吸込口から熱交換器を介して室外吹出口に通じる排気風路と、給気風路に設けられた給気用送風機と、排気風路に設けられた排気用送風機と、を有し、熱交換器において給気風路を通過する給気流と排気風路を通過する排気流との間で熱交換させる換気装置であって、給気風路に設けられて外気温度を検知する外気温度検知装置と、外気温度が予め設定された設定温度である場合に、給気用送風機を停止させるか、または、給気用送風機の回転数を減らす制御を行う制御装置と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、外気温度が予め設定された設定温度である場合に、給気用送風機を停止させるか、または、給気用送風機の回転数を減らす制御が行われるので、設定温度を中間期の温度とすれば、中間期におけるエネルギーロスを低減し、ランニングコストの削減や二酸化炭素の排出量の削減を行い、地球温暖化の防止に貢献でき、健康かつ快適な居住環境を提供することができるという効果を奏する。また、熱交換器において給気風路を通過する給気流と排気風路を通過する排気流との間で熱交換させるので、冷暖房中の熱損失を減らすことができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る換気装置の平面構成図である。 図２は、換気装置の制御装置と外部スイッチの結線図である。 図３は、第３種換気へ切替えるために電動ダンパーを開閉させるための結線図である。 図４は、換気装置を含む換気システムが構築された建物の例であって、第１種換気が行われている状態を示す平面図である。 図５は、換気装置を含む換気システムが構築された建物の例であって、第１種換気から第３種換気に切替えられた状態を示す平面図である。 図６は、出力信号が接点出力となる場合の制御装置の例を示す図である。 図７は、実施の形態２に係る換気装置が備える外気温度設定スイッチの詳細図である。 図８は、外気温度設定スイッチの温度設定例を示す図である。 図９は、第１種換気から第３種換気への切り替え動作を示すフローチャートである。 図１０は、実施の形態３に係る換気装置の風量と静圧を表す特性概要図である。

以下に、本発明にかかる換気装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る換気装置の平面構成図である。換気装置１は、本体ケーシング１５、熱交換器２、給気用送風機３、排気用送風機４を有して大略構成されている。本体ケーシング１５には、室外吸込口１ａ、室内吹出口１ｂ、室内吸込口１ｃ、室外吹出口１ｄが形成されている。室外吸込口１ａは、外気を本体ケーシング１５内に取り込むためのものである。室内吹出口１ｂは、室外吸込口１ａから取り込まれ、熱交換された新鮮な空気を室内に供給するためのものである。室内吸込口１ｃは、室内の空気を本体ケーシング１５内に取り込むためのものである。室外吹出口１ｄは、室内吸込口１ｃから取り込まれ、熱交換された空気を室外に排出するためのものである。

熱交換器２は、本体ケーシング１５内に収納されている。熱交換器２は、風路を確保する多数の波形板と伝熱性を有する多数の平板とが交互に積層され、角柱形状を呈している。熱交換器２は、波形板をその波形形成方向を９０°変えて交互に介挿させることによって、内部に直交する２種類の風路が形成される。この２種類の風路は、熱交換器２が本体ケーシング１５内に収納されることで、一方の風路が給気風路の一部となり、他方の風路が排気風路の一部となる。

本体ケーシング１５内には、室外吸込口１ａから室内吹出口１ｂに至る給気風路が形成される。また、本体ケーシング１５内には、室内吸込口１ｃから室外吹出口１ｄに至る排気風路が形成される。給気用送風機３は、給気風路に設けられて、稼動時に給気流Ａを発生させる。排気用送風機４は、排気風路に設けられて、稼動時に排気流Ｂを発生させる。

外気温度検知装置５は、本体ケーシング１５内に取り込まれた外気の温度を検知する外気検知手段として機能する。外気温度検知装置５は、給気風路内であって、熱交換器２よりも上流に配置される。熱交換器２よりも下流に配置すれば、排気流からの熱回収後の給気流の温度を検知することになり、正確な外気温度を検知することができない。熱交換器２の上流に配置することで、これを防止することができる。

制御装置６は、給気用送風機３及び排気用送風機４を制御する。換気運転スイッチ７ａは、換気装置１の運転を入切させるためのものである。換気運転スイッチ７ａは、居住者が操作しやすいように、例えば、室内の壁面に設けられる。換気運転スイッチ７ａにはＬＥＤが内蔵され、換気装置１の運転が「入」であるときにこのＬＥＤが点灯する。

制御装置６は、給気用送風機３および排気用送風機４への出力電圧をそれぞれ調整し、給気用送風機３および排気用送風機４を運転するための制御回路を備える。この制御回路は、外気温度検知装置５が検知する外気温度を常に監視する役割も果たす。制御装置６は、給気用送風機３および排気用送風機４への出力電圧をそれぞれ調整することで、換気風量の多い強運転と、換気風量の少ない弱運転とに切り替えることができる。

次に換気装置１の運転手順についての説明をする。図２は、換気装置１の制御装置６と外部スイッチの結線図である。図２に示す端子台Ｉ〜Ｖの入力端子とVIおよびVIIの出力端子を設け、端子台IおよびIIに電源を供給することにより制御回路が起動する。さらに換気運転スイッチ７ａと端子台IIIとを結線し、換気運転スイッチ７ａを「入」にすることにより、換気装置１が強運転となる。さらに、強弱切替スイッチ７ｂと端子台IVとを接続し、強弱切替スイッチ７ｂを「入」にすることにより、換気装置１が弱運転となる。さらに給気停止スイッチ７ｃと端子台Vとを接続し、給気停止スイッチ７ｃを「入」にすることにより、給気用送風機３が停止する。給気用送風機３が給気停止スイッチ７ｃによって停止された場合であっても、排気用送風機４は換気運転を継続する。

次に、排気側が機械排気であり給気側が機械給気である、いわゆる第１種換気から、第３種換気への自動切替手順について説明する。上述したように、換気運転中は、制御装置６によって、外気温度検知装置５が検知する外気温度は常に監視されている。外気温度検知装置５が検知する外気温度が１０℃以上２０℃未満（設定温度）となった場合には、中間期になったと制御装置６は判断する。中間期になったと判断されると、制御装置６に設けられた制御回路が、端子台VIおよびVIIに出力信号（切替信号）９を発信させるとともに、給気用送風機３を停止させる。制御回路によって給気用送風機３が停止された場合であっても、排気用送風機４は換気運転を継続する。

図３は、第３種換気へ切替えるために電動ダンパー（開閉装置）を開閉させるための結線図である。図４は、換気装置１を含む換気システムが構築された建物の例であって、第１種換気が行われている状態を示す平面図である。図５は、換気装置１を含む換気システムが構築された建物の例であって、第１種換気から第３種換気に切替えられた状態を示す平面図である。なお、図４、図５中の矢印は空気の流れを示す。また、この換気システムは、換気装置１、給気口１３ａ，１３ｂ，１３ｃ、電動ダンパー１０ａ，１０ｂ，１０ｃを有して大略構成される。

出力信号９がＡＣ１００Ｖ出力９ａであるときは、各々居室内の壁等に設置する室内と外気を連通させ外気を取り入れる給気口１３ａ，１３ｂ，１３ｃに取り付けられた複数の電動ダンパー１０ａ、１０ｂ、１０ｃにＡＣ１００Ｖ出力９ａが入力される。電動ダンパー１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、ＡＣ１００Ｖ出力９ａの入力に応じて、ギアードモータを駆動させて閉の状態から開の状態に切替える（給気口を開く）ことにより、第３種換気に自動で切り替える。

図６は、出力信号が接点出力９ｂとなる場合の制御装置６の例を示す図である。この場合、中間期と判断されると、端子台VIおよびVIIの内部回路では、その接点が開の状態から閉の状態となり、別電源ＡＣ１００Ｖを図４に記載する電気配線を実施することにより、図３と同様に第３種換気が自動で実現できる。

本実施の形態１では、換気装置１は天井内に収納される埋込形で説明したが、これに限られない。例えば、天井に野縁組をして前記野縁へ換気装置を取り付ける、いわゆる天井カセット形（天井に室内吸込み口が設置される本体構成）の換気装置としてもよい。もちろん、天井カセット形の換気装置であっても、上述した第１種換気と第３種換気の自動切り替え動作を実現することができる。

以上説明したように、中間期には、給気用送風機３が停止され、第３種換気が行われるので、エネルギーロスを低減し、ランニングコストの削減や二酸化炭素の排出量の削減を行い、地球温暖化の防止に貢献できる。また、給気用送風機３が停止されることで、余分な運転騒音を減らすことができる。また、熱交換器２において給気風路を通過する給気流と排気風路を通過する排気流との間で熱交換させるので、冷暖房中の熱損失を減らすことができるという効果を奏する。また、上記換気システムでは、第３種換気に切り替えられるときに、電動ダンパー１０ａ、１０ｂ、１０ｃが自動的に開かれるので、給気口１３ａ，１３ｂ，１３ｃの開け忘れによって生じる給気不足等の換気不良を防ぐことができる。これにより、結露やカビの問題の生じにくい、健康かつ快適な居住環境を提供することができる。

なお、本実施の形態１では、制御装置６は、中間期に給気用送風機３を停止させて第３種換気を実現しているが、これに限られず、給気用送風機３の回転数を減らして風量を低下させるように構成してもよい。この場合であっても、給気用送風機３を完全に停止させた場合ほどではないが、給気用送風機３で消費される電力を抑えてエネルギーロスを低減することができるし、給気用送風機３の回転数を減らすことで運転騒音を抑えることもできる。

また、第１種換気と第３種換気との切り替えを手動で行える切り替えスイッチを換気装置１に設けてもよい。手動で第３種換気に切り替えた場合にも、出力信号が発信されるように構成すれば、電動ダンパー１０ａ、１０ｂ、１０ｃが自動的に開かれるので、給気口１３ａ，１３ｂ，１３ｃの開け忘れによって生じる給気不足等の換気不良を防ぐことができる。また、本実施の形態１では、開閉装置として電動ダンパーを給気口とは別個に設けたが、例えば、開閉機構を備えた給気口を用いて、それを開閉装置としても構わない。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係る換気装置が備える外気温度設定スイッチの詳細図である。図８は、外気温度設定スイッチ１４の温度設定例を示す図である。外気温度設定スイッチ１４は、制御装置６に設けられる。なお、換気装置１の平面構成図は図１と同じであり、動作についても図２〜図６に示す実施の形態１と同様である。実施の形態１と同様の構成については、同様の符号を用い、詳細な説明を省略する。

次に、外気温度設定スイッチ１４には、上限温度設定スイッチ１４ａと下限温度設定スイッチ１４ｂが用意されている。前記２つのスイッチは、スライドさせることでノッチを１から４まで４段階に切替えられる。例えば、図７に示すように、上限温度設定スイッチ１４ａのノッチが１、下限温度設定スイッチ１４ｂのノッチが４となっている場合は、外気温度が１０℃以上２０℃以下になったときに第３種換気に切り替えられる。なお、図８に記載する各ノッチにおける設定温度は、あくまで例示であり、適宜変更可能としてもよい。本実施の形態２では、使用する人（例えば居住者）のニーズや換気装置が設置される地域・環境に合わせて、第３種換気に切り替えられる温度条件を選択・変更できる。

図９は、実施の形態２に係る換気装置１における、第１種換気から第３種換気への切り替え動作を示すフローチャートである。まず、通常運転状態において、本体ケーシング１５内に取込まれた外気温度が読み込まれる（ステップＳ１）。外気温度が、上限設定温度（例えば２０℃）以下であり（ステップＳ２）、下限設定温度（例えば１０℃）以上であれば（ステップＳ３）、出力信号９が発信されて電動ダンパー１０ａ，１０ｂ，１０ｃが開かれるとともに、給気用送風機３が停止されて第３種換気へと切り替えられる（ステップＳ４）。外気温度が上限設定温度より高い場合や（ステップＳ２）、下限設定温度より低い場合には（ステップＳ３）、ステップＳ１に戻る。なお、図９には示していないが、ステップＳ４において第３種換気に切り替えられた後も、定期的に外気温度の読み込みが行われ、外気温度が上限設定温度より高くなった場合や、下限設定温度より低くなった場合には、給気用送風機３が再度運転されるとともに、電動ダンパー１０ａ，１０ｂ，１０ｃを閉じる信号が発信され、第１種換気へと復帰される。これにより、外気温度に合わせて適切な換気種別が選択され、余分な騒音の発生を抑えたり、エネルギーロスの低減を図ったりすることができる。

実施の形態３．
図１０は、実施の形態３に係る換気装置の風量と静圧を表す特性概要図である。なお、換気装置の平面構成図は図１と同じであり、動作についても図２〜図６に示す実施の形態１と同様である。実施の形態１と同様の構成については、同様の符号を用い、詳細な説明を省略する。

図１０の特性概要図は、横軸に風量（単位はｍ^３／ｈ）を示し、縦軸に静圧（単位はＰａ）を示す。換気特性曲線１１は、換気装置が保有能力としている風量と静圧の関係を表す曲線である。圧力損失曲線１２は、初期ダクト配管時における給気側または排気側の風量と静圧の関係を表す曲線である。換気特性曲線１１と圧力損失曲線１２との交点Ａは、その住宅において設置およびダクト配管したときの換気風量とその静圧を示す。

本実施の形態３では、制御装置６は、外気温度が下限温度設定値で定められた温度より低くなった場合、外環境が冬季と判断する。制御装置６は外環境が冬季であると判断すると、各送風機３，４の回転数を低下させる。このときの換気装置１の換気特性曲線は、図１０に示す換気特性曲線１３へ移動する。そのときの実風量が交点Ｂであり、交点Ａに対して換気風量を低下させることが可能となる。

制御装置６は、各送風機３，４の回転数を低下させ、換気装置１の換気特性曲線をさらに他の換気特性曲線１６に移動させることができる。このときの風量は交点Ｃとなり、さらに換気風量を低下させることが可能となる。すなわち、換気装置１は、複数の風量と静圧特性を所有していることとなる。換気装置１は、冬季において、交点Ａから交点Ｂに切り替わるか、または、交点Ａから交点Ｃへ切り替わるかを選択できるスイッチ（図示せず）を備える。これにより、居住者は、冬季の換気特性を任意に設定することができ、通常時は０．５回／ｈである換気回数を、冬季には０．４回／ｈとするか０．３回／ｈとするかを選択することができる。

２００３年に改正された建築基準法では、夏期の室内外の温度差が少ないときには、自然換気による換気では必要な換気量が確保できないため、機械換気のみで有効換気量が確保されなければいけないと規定している。したがって、冬季等において自然換気による換気が見込める条件下では、機械換気設備による換気と自然換気による換気とを併せて必要有効換気量（住宅等の居室では換気回数０．５回／ｈ、その他の居室では０．３回／ｈ）以上の有効換気量が確保されていればよいとされる。機械換気設備の能力としては０．５回／ｈに相当する換気量を確保した上で、冬季においてＣ値（建物の気密性能を示す指標）が２ｃｍ^２／ｍ^２以下の場合は換気回数０．４回／ｈ、Ｃ値が２ｃｍ^２／ｍ^２より大きな場合は換気回数０．３回／ｈに相当する機械換気量まで低減可能な風量調節スイッチを０．５回／ｈ運転用スイッチに加えて設けることもできると記載されている。そうした背景の中、本実施の形態３に係る換気装置１では、換気回数の切り替えは、制御装置６によって自動的に行われるので、居住者の手を煩わせずに換気回数の切り替えを行うことができる。また、居住者が換気回数の切り替えが可能であることを知らない場合であっても、自動的に換気回数が切り替えられるので、必要以上の換気を減らし、無駄な外気負荷によって生じるエネルギーロスも低減することができる。

以上のように、本発明にかかる換気装置は、熱交換器を備える換気装置に有用であり、特に、余分な騒音の抑制およびエネルギーロスの低減を図る場合に適している。

１ 換気装置
１ａ 室外吸込口
１ｂ 室内吹出口
１ｃ 室内吸込口
１ｄ 室外吹出口
２ 熱交換器
３ 給気用送風機
４ 排気用送風機
５ 外気温度検知装置
６ 制御装置
７ａ 換気運転スイッチ
７ｂ 強弱切替スイッチ
７ｃ 給気停止スイッチ
９ 出力信号
９ａ 出力
９ｂ 接点出力
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 電動ダンパー
１１ 換気特性曲線
１２ 圧力損失曲線
１３ 換気特性曲線
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 給気口
１４ 外気温度設定スイッチ
１４ａ 上限温度設定スイッチ
１４ｂ 下限温度設定スイッチ
１５ 本体ケーシング
１６ 換気特性曲線

Claims (5)

1. 本体ケーシングと、前記本体ケーシング内に備えられた熱交換器と、前記本体ケーシング内に形成されて室外吸込口から前記熱交換器を介して室内吹出口に通じる給気風路と、前記本体ケーシング内に形成されて室内吸込口から前記熱交換器を介して室外吹出口に通じる排気風路と、前記給気風路に設けられた給気用送風機と、前記排気風路に設けられた排気用送風機と、を有し、前記熱交換器において前記給気風路を通過する給気流と前記排気風路を通過する排気流との間で熱交換させる換気装置であって、
   前記給気風路に設けられて外気温度を検知する外気温度検知装置と、
   前記外気温度が予め設定された設定温度である場合に、前記給気用送風機を停止させるか、または、前記給気用送風機の回転数を減らす制御を行う制御装置と、を有することを特徴とする換気装置。
2. 前記制御装置は、前記給気用送風機を停止させるか、または、前記給気用送風機の回転数を減らす際に、前記換気装置が設置された建物内への給気を自然給気に切り替えるための切替信号を発信することを特徴とする請求項１に記載の換気装置。
3. 前記設定温度を変更可能とする設定温度変更手段をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の換気装置。
4. 前記制御装置は、前記外気温度検知装置に検知された外気温度が所定の温度より低い場合に、前記給気用送風機および前記排気用送風機の回転数を減らすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の換気装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の換気装置と、
   前記換気装置が設置された建物内への自然給気を可能とする給気口と、
   前記切替信号に基づいて前記給気口を開閉する開閉装置と、を有することを特徴とする換気システム。

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