JP2012202171A - 建物 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギーを使用しないで、あるいは少ないエネルギーで、夏は涼しく、冬は暖かい建物を提供する。
【解決手段】外側通気層２０と、内側通気層２３とを備える建物に、屋根部５の屋根部材８の南側部分９と、屋根用断熱材１２との間に集熱層２５を形成する集熱層形成部２６を備える。この集熱層２５と内側通気層２３との間を開閉可能な屋根裏ダンパー３１と、内側通気層２３と建物の外部との間を開閉可能な小屋裏ダンパー５６とを設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、高気密高断熱な建物に関する。

従来、高気密高断熱な建物としては、特開２００２−１６７８７６号公報（特許文献１）に記載されたものがある。

上記従来の高気密高断熱な建物では、基礎部と、屋根部と、この屋根部を支えるための構造体とを有している。そして、上記構造体に設けた外装部材と、内装部材との間に断熱材を設けて、この外装部材と断熱材との間に外側通気層を形成し、断熱材と内装部材との間に内側通気層を形成している。そして、夏場においては、日射による高温の太陽熱を外側通気層で遮断して、棟の換気口から排出すると共に、内側通気層に排気用のファンを設けて、このファンで強制的に排気して、熱を外部に放出していた。

しかしながら、上記従来の高気密高断熱な建物では、断熱材を透過して屋内にこもった熱をファンで強制的に排気しているため、ファンを動かすためのエネルギーを必要とし、さらに、屋内温度に合わせた排気調節が困難であるという問題があった。

また、上記従来の高気密高断熱な建物では、日射による太陽熱をすべて外側通気層で遮断して、外側通気層の空気を建物の外部に排出しているため、冬場においては、日当たりのよい屋根部の南面の太陽熱のエネルギーで加熱された空気を屋外に放出していた。そのため、この従来の建物では、大きな出力の暖房装置が必要であるという問題があった。

特開２００２−１６７８７６号公報

そこで、この発明の課題は、エネルギーを使用しないで、あるいは少ないエネルギーで、夏は涼しく、冬は暖かい建物を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の建物は、
屋根部と、その屋根部を支持する構造部と、外装部材と、内装部材と、上記外装部材とその外装部材の内側にある断熱材との間に位置する外側通気層を形成する外側通気層形成部と、上記内装部材とその内装部材の外側にある断熱材との間に位置する内側通気層を形成する内側通気層形成部とを備える建物において、
上記屋根部の南側部分とその南側部分の内側にある断熱材との間に位置する集熱層を形成する集熱層形成部と、
上記集熱層と上記内側通気層との間を開閉可能な集熱層開閉手段と、
上記屋根部に設けられ、上記内側通気層と上記建物の外部との間を開閉可能な屋根開閉手段と
を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、屋根部の南側部分とその南側部分の内側にある断熱材との間に集熱層が位置しているので、断熱材に遮られることなく太陽光により加熱された空気が集熱層に生成される。集熱層開閉手段により、集熱層と内側通気層との間を開放することによって、集熱層で加熱された空気を内側通気層に供給することができる。したがって、冬場においては、上記屋根開閉手段を閉じて内側通気層と建物外部との間を遮断して、集熱層で加熱された暖かい空気を内側通気層全体に行き渡らせることができる。

また、夏場においては、上記屋根開閉手段を開いて、内部通気層と建物外部とを連通させて、集熱層で加熱された暖かい空気によって内側通気層内部にファンを用いなくても強い上昇気流を発生させることができる。この上昇気流によって、内側通気層にこもる熱を建物外部に自然の力で効率よく排出することができる。

また、一実施形態の建物では、上記屋根部に越屋根を設け、この越屋根に上記屋根開閉手段を設けている。

上記実施形態によれば、屋根部に越屋根を設け、この越屋根に屋根開閉手段を設けているので、越屋根に大きな寸法の開口を設けて、この開口に大きな屋根開閉手段を設けることができ、したがって、内側通気層内の空気を建物外部へ効率よく排気することができる。

また、一実施形態の建物では、上記集熱層開閉手段が、形状記憶金属によって、温度の上下により開閉する。

上記実施形態によれば、集熱層開閉手段が、形状記憶金属によって温度の上下により自動的に開閉するため、集熱層開閉手段を開閉させるための動力および制御装置が不要であって、建物全体の構造が簡単，安価になる。

以上より明らかなように、この発明の建物によれば、エネルギーを使用しないで、あるいは少ないエネルギーで、夏は涼しく、冬は暖かくすることができる。

図１は、この発明の一実施形態の建物の冬場における縦断面の模式図である。 図２は、上記建物の夏場における縦断面の模式図である。 図３は、上記建物の屋根部の平面図である。 図４は、図３のIV−IV線から見た建物の断面図である。 図５は、上記建物の集熱層形成部の縦断面図である。 図６は、上記建物の屋根裏ダンパーの斜視図である。

以下、この発明の建物を図示の実施形態により詳細に説明する。

この実施形態の高気密高断熱な建物は、図１（冬場の状態を示す），図２（夏場の状態を示す）に示すように、建物本体１と、この建物本体１を支えている基礎部２とを備えている。上記建物本体１は、軸組（図示せず），小屋組（図示せず），床組（図示せず）から構成される木造家屋であり、建物本体１の外周に設けた外壁部３と、この外壁部３の上部に設けた屋根部５と、建物本体１の内部に設けた居室部１０とを有している。

上記基礎部２の外周立ち上がり部分には、基礎用断熱材１３を配設すると共に、床下換気孔５１を設けている。この床下換気孔５１は、建物本体１の外部と内側通気層２３とに連通していて、床下ダンパー５５を設けている。なお、床下ダンパー５５は、手動で開閉するようにしてもいいし、制御装置等を用いて自動で開閉するようにしてもよい。

上記外壁部３は、外装部材の１つである外壁部材４を有している。この外壁部材４は、基礎部２から屋根部５に向かって垂直に設けている。外壁部材４の屋内側に、外壁部材４と平行になるように壁用断熱材１１を設けていて、外壁部材４と壁用断熱材１１との間に外側通気層２０を形成している。この外側通気層２０は、外側通気層形成部２１によって形成している。この外側通気層形成部２１は、外壁部材４と壁用断熱材１１とからなっている。尤も、この外側通気層形成部２１は、外壁部材４の内側に設けたアルミニウム、樹脂等のシートと、壁用断熱材１１の外面に設けたアルミニウム、樹脂等のシートから構成してもよい。また、外壁部材４の下部には、外側通気層２０と建物本体１の外部とに連通する下部開口１５を設けている。

上記屋根部５は、屋根部材８を有している。上記屋根部材８は、軒から棟に向かって次第に高くなるように勾配を設けていて、この屋根部材８の屋内側に、屋根部材８と平行になるように屋根用断熱材１２を設けている。上記屋根部材８の軒部分には、外側通気層２０に連通する通気路２２を設け、この通気路２２と建物本体１の外部とに連通する上部開口１６を設けている。

また、上記屋根部５の南側の部分、詳しくは、屋根部材８の南側部分９と屋根用断熱材１２との間に集熱層２５を形成している。この集熱層２５は、集熱層形成部２６によって形成している。この集熱層形成部２６は、屋根部材８の南側部分９と屋根用断熱材１２とからなっている。尤も、この集熱層形成部２６は、屋根部材８の南側部分９の内側に設けたアルミニウム、樹脂等のシートと、屋根用断熱材１２の外面に設けたアルミニウム、樹脂等のシートから構成してもよい。屋根部５の南面の屋根用断熱材１２には、上側屋根裏開口２９と下側屋根裏開口３０とを設けていて、集熱層２５は、この上側屋根裏開口２９と下側屋根裏開口３０とを介して内側通気層２３に連通している。

また、上記屋根部５の棟には、越屋根６を設けている。この越屋根６は、棟を跨いで左右対称に設けていて、越屋根６の外壁部７には、小屋裏換気口５２，５２を設けている。このように、越屋根６に小屋裏換気口５２，５２を設けているので、小屋裏換気口５２，５２の寸法を大きくできる。この小屋裏換気口５２，５２に屋根開閉手段としての小屋裏ダンパー５６を設けている。

なお、上記屋根部５と同様に、越屋根６の屋内側に屋根用断熱材１２を設けている。

上記居室部１０は、周囲を内装部材１４で覆っていて、この内装部材１４と壁用断熱材１１，屋根用断熱材１２および基礎用断熱材１３との間に内側通気層２３を形成している。この内側通気層２３は、内側通気層形成部２４によって形成している。この内側通気層形成部２４は、内装部材１４と、壁用断熱材１１，屋根用断熱材１２および基礎用断熱材１３と、基礎部２からなっている。尤も、この内側通気層形成部２４は、内装部材１４の外側に設けたポリエチレン等のシートと、壁用断熱材１１，屋根用断熱材１２および基礎用断熱材１３の内側に設けたアルミニウム、樹脂等のシートから構成してもよい。

図３は、上記建物の屋根部５の平面図である。

上記屋根部５には、図３に示すように、上記越屋根６と棟換気口５４とを設けている。越屋根６は、棟の中心に平面視矩形状に設けていて、棟換気口５４は、越屋根６の東西にある棟の一部にそれぞれ設けている。また、上記屋根部５の越屋根６の南側に、矩形状に屋根部材８の南側部分９を設けている。

図４は、図３のIV−IV線から見た越屋根６の断面図である。

上記越屋根６には、図４に示すように、小屋裏換気口５２を越屋根６の越屋根壁部７の南面と北面にそれぞれ設けている。この小屋裏換気口５２は、建物本体１の外部と内側通気層２３とに連通していて、小屋裏ダンパー５６を設けている。なお、小屋裏ダンパー５６は、手動で開閉するようにしてもいいし、制御装置等を用いて自動で開閉するようにしてもよい。また、小屋裏換気口５２は、建物の大きさや、地域環境に応じて、大きさや設置個数を変更することもできる。

上記屋根部５の南面には、上記越屋根外壁部７の屋根用断熱材１２に、上側屋根裏開口２９を設けている。この上側屋根裏開口２９は、集熱層２５と内側通気層２３とに連通していて、常時開放している。また、上記屋根部５の北面には、上記越屋根外壁部７と屋根部５とが接する部分に、屋根換気口５３を設けている。

なお、上記南側部分９を除く屋根部５には、屋根部材８と屋根用断熱材１２との間に屋根通気層（図示せず）を形成している。この屋根通気層は、屋根部５の軒先部分で外側通気層２０に連通している。また、上記屋根換気口５３と棟換気口５４は、屋根通気層と建物本体１の外部とに連通していて、常時開放している。

図５は、上記建物の集熱層形成部の縦断面図である。

上記屋根部５の南面の一部の屋根用断熱材１２には、図５に示すように、下側屋根裏開口３０と、集熱層開閉手段の一例の屋根裏ダンパー３１とを設けている。下側屋根裏開口３０は、集熱層２５と内側通気層２３とに連通していて、屋根裏ダンパー３１によって開閉している。屋根裏ダンパー３１は、内側通気層２３側から下側屋根裏開口３０を覆うように設けている。

図６は、上記建物の屋根裏ダンパーの斜視図である。

上記屋根裏ダンパー３１は、図６に示すように、ベース３２と、スライドプレート３３と、スプリング３４と、形状記憶金属の一例としての形状記憶バネ３５とを有している。ベース３２は、平面視矩形の皿型であり、角が丸みを帯びている。このベース３２の皿の底部分には、等間隔に開口を上下２段に複数設けている。スライドプレート３３は、平面視において上記ベース３２と同じ矩形でやや小さく、ベース３２の皿部分に嵌め合わせ左右のみに移動できるよう形成している。スライドプレート３３の表面には、ベース３２の皿の底部分と同じ形状，大きさ，数量，間隔の開口を上下２段に設けている。また、スライドプレート３３をベースに嵌めて左右に移動させて、スライドプレート３３の一端がベース３２に接した場合に、スライドプレート３３とベース３２の開口が一致し、スライドプレート３３の他端がベース３２に接した場合に、開口を完全に塞ぐように形成している。

上記スライドプレート３３上に、スプリング３４と形状記憶バネ３５とを組み合わせた一本のバネを取り付けている。中央固定部３６では、スプリング３４と形状記憶バネ３５の一端を連結すると共に、この連結したバネを、スライドプレート３３を通してベース３２にビスで固定している。そして、スプリング３４の他端をスプリング固定部３８でスライドプレート３３に固定し、形状記憶バネ３５の他端を形状記憶バネ固定部３７でスライドプレート３３に固定している。

上記形状記憶バネ３５は、温度が１２℃以上になると自動的に縮んで、スプリング３４が伸びる方向（図６中の右側）にスライドプレート３３を移動させる。そして、温度が２３℃以上になるとスライドプレート３３の一端がベース３２に接し、スライドプレート３３とベース３２の開口が完全に一致して、全開状態となる。一方、上記形状記憶バネ３５は、温度が２３℃以下になると自動的に伸びて、スライドプレート３３をスプリング３４が縮む方向（図６中の左側）に移動させる。温度が１２℃以下になるとスライドプレート３３の他端がベース３２に接して、スライドプレート３３とベース３２の開口が完全に塞がれる。

なお、上記ベース３２とスライドプレート３３は、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトル、ブタジエン、スチレン共重合合成樹脂）で形成し、また、スプリング３４は、ステンレス鋼、形状記憶バネは、ニッケルチタン合金で形成している。

上記構成の高気密高断熱な建物における空気の流れを説明する。冬場においては、図１に示すように、小屋裏換気口５２、床下換気孔５１を閉じる。そのため、冷たい外気は、殆んど内側通気層２３に流入しない。

冬の場合、外気よりも暖かい地温熱４１が、基礎を通じて内側空気層２２に伝わり、地温熱４１により暖められた空気が内側通気層２３を上昇する。また、日中に僅かに断熱材を透過した太陽熱によって南側の空気が加熱され、この加熱された空気が内側通気層２３の南側を上昇する。さらに、内側通気層２３の北側の冷たい空気が下降するので、図１に示す矢印のような内側通気層２３内を南側から北側に空気が流れる対流が発生する。

さらに、上記屋根部５の南側部分とその南側部分の内側にある屋根用断熱材１２との間に集熱層２５が位置しているので、屋根用断熱材１２に遮られることなく太陽光により加熱された空気が集熱層２５に生成される。集熱層２５と内側通気層２３との間は、屋根裏ダンパー３１によって開閉されているが、この屋根裏ダンパー３１は、上述のとおり、１２℃を越えると開き始め、２３℃に達すると完全に開いた状態となる。つまり、上記集熱層２５内の空気が１２℃以上になると、屋根裏ダンパー３１が開き始め下側屋根裏開口３０が開放される。そして、内側通気層２３内の対流によって下側屋根裏開口３０から集熱層２５内に空気が流れ込むことで、加熱された集熱層２５内の空気が上側屋根裏開口２９から内側空気層２２に供給される。

また、上記集熱層２５内の空気の温度が下がってくると、屋根裏ダンパー３１が次第に閉じていき、下側屋根裏開口３０が塞がれる。そして、集熱層２５内の空気が太陽熱により加熱され再び１２℃に達すると、屋根裏ダンパー３１が開き始め、下側屋根裏開口３０が開放される。このようにして、内側通気層２３には、集熱層２５から常に１２℃以上の暖かい空気が供給され、自然対流によって内側通気層２３全体に運ばれる。

したがって、冬場においては、床下換気孔５１と小屋裏換気口５２を閉じて内側通気層２３と建物外部との間を遮断して、集熱層２５で加熱された暖かい空気を内側通気層全体に行き渡らせることができる。

さらに、屋根裏ダンパー３１が形状記憶バネによって温度の上下により自動で開閉するため、屋根裏ダンパー３１を開閉させるための動力および制御装置が不要であって、その建物全体の構造が簡単，安価になる。

このように、この建物では、冬場は、居室１０を包み込むように設けている内側通気層２３に日中の太陽熱を蓄えているので、気温の下がる夜中でも蓄えた熱が居室１０周りを均一に包み込んで、屋内全体を暖かくすることができる。そのため、暖房装置を全く使用しないか、あるいは、暖房装置の使用量を大幅に減らすことができる。また、自然対流で内側通気層２３内部の温度差を無くしているので、家の中に温度差が発生しにくく、湿気や結露の発生を防止することができる。

次に、この建物の夏場の空気の流れを説明する。夏場は、図２に示すように、小屋裏換気口５２、床下換気孔５１を開いている。

まず、強い太陽熱によって、外側通気層２０内部の空気が加熱される。外側通気層２０内部の空気の温度が上がるので、強い上昇気流が発生し、下部開口１５から吹き込む外風と相俟って、外側通気層２０内部に対流が生じる。この対流によって、下部開口１５から吸気された空気は、外側通気層２０を通って通気路２２に至り、上部開口１６等から建物外部に排出される。

しかし、夏場の強い太陽熱は、断熱材を透過するため、内側通気層２３の空気も太陽熱により加熱されてしまう。そのため、内側通気層２３内部では、太陽熱により加熱された空気によって、図２に示す矢印のような上昇気流が発生する。この上昇気流によって、床下換気孔５１から吸い込まれる外気と、外気よりも温度が低く、基礎部２を通じて内側通気層２３内部に伝わる地冷熱４２により冷やされた基礎部２近くの空気とが内側通気層２３内部を上昇して、越屋根６にある小屋裏換気口５２から排出される。

また、夏場においては、集熱層２５内の空気の温度が１２℃を下回ることは少ないので、屋根裏ダンパー３１は、ほぼ開いたままになる。集熱層２５内の空気は、断熱材に遮られていない強い太陽熱により加熱され、集熱層２５内に強い上昇気流が発生する。この加熱された高い温度の空気は、上昇気流によって、集熱層２５内部から集熱層形成部２６の上側の上側屋根裏開口２９を介して内側通気層２３に排出され、さらに、越屋根６の小屋裏換気口５４から建物外部に排出される。したがって、屋根部５の南面を加熱した太陽熱を迅速に建物外部に排出して、屋内の温度上昇を防ぐことができる。

一方、集熱層２５には、集熱層形成部２６の下側の下側屋根裏開口３０から内側通気層２３の空気を吸い上げるので、内側通気層２３から集熱層２５に向かって強い上昇気流が生じる。そのため、集熱層形成部２６を経由して、内側通気層２３の空気の一部を迅速に屋外に排出することができ、かつ、このとき集熱層形成部２６を冷却することができる。

したがって、この建物では、ファンを用いなくても内側通気層２３に強い上昇気流を発生させることができ、この上昇気流によって、内側通気層２３にこもる熱を建物本体１の外部に自然の力で効率よく排出することができる。

また、屋根部５に越屋根６を設けていて、この越屋根６に小屋裏換気口５２と小屋裏ダンパー５６を設けているので、越屋根６に大きな寸法の小屋裏換気口５２を設けて、この小屋裏換気口５２に大きな小屋裏ダンパー５６を設けることができる。したがって、内側通気層２３の空気を建物本体１の外部へさらに効率よく排気することができる。

さらに、屋根裏ダンパー３１が、形状記憶バネ３５によって温度の上下により自動で開閉するので、屋根裏ダンパー３１を開閉させるための動力および制御装置が不要であって、この建物全体の構造が簡単，安価になる。

このように、この建物では、夏場は、小屋裏換気口５２から内側通気層２３に滞留している加熱された空気を建物外部に排出すると同時に、基礎部２の冷たい空気を吸い上げるので、自然の力で、居室１０周りの熱を取り除いて、屋内全体の温度を下げることができる。そのため、冷房装置を全く使用しないか、あるいは、冷房装置の使用量を大幅に減らすことができる。

上記高気密高断熱な建物において、屋根裏ダンパー３１は、集熱層２５の空気が１２℃以上で開き始め、２３℃で全開となる形状記憶バネ３５を用いているが、これに限られず、例えば、１７℃で開き始め、２４℃で全開となるような形状記憶バネ３５を用いてもよい。また、形状記憶バネ３５を用いず、制御装置等を用いて屋根裏ダンパー３１の開閉温度を制御してもよい。さらに、屋根裏ダンパー３１が開く温度と閉まる温度とが異なるように設定してもよい。

また、上記建物は、木造建築に限られず、例えば、鉄筋コンクリート造や鉄骨造の建物でもよい。

上記集熱層２５の大きさや位置、下側屋根裏開口３０の設置数、越屋根６の大きさ等は、建物の規模や建設地域、建設場所等によって変動することは勿論である。

１…建物本体
２…基礎部
３…外壁部
４…外壁部材
５…屋根部
６…越屋根
７…越屋根外壁部
８…屋根部材
９…南側部分
１０…居室
１１…壁用断熱材
１２…屋根用断熱材
１３…基礎用断熱材
１４…内装部材
１５…下部開口
１６…上部開口
２０…外側通気層
２１…外側通気層形成部
２２…通気路
２３…内側通気層
２４…内側通気層形成部
２５…集熱層
２６…集熱層形成部
２９…上側屋根裏開口
３０…下側屋根裏開口
３１…屋根裏ダンパー
３２…ベース
３３…スライドプレート
３４…スプリング
３５…形状記憶バネ
３６…中央固定部
３７…形状記憶バネ固定部
３８…スプリング固定部
４１…地温熱
４２…地冷熱
５１…床下換気孔
５２…小屋裏換気口
５３…屋根換気口
５４…棟換気口
５５…床下ダンパー
５６…小屋裏ダンパー

Claims (3)

1. 屋根部と、その屋根部を支持する構造部と、外装部材と、内装部材と、上記外装部材とその外装部材の内側にある断熱材との間に位置する外側通気層を形成する外側通気層形成部と、上記内装部材とその内装部材の外側にある断熱材との間に位置する内側通気層を形成する内側通気層形成部とを備える建物において、
   上記屋根部の南側部分とその南側部分の内側にある断熱材との間に位置する集熱層を形成する集熱層形成部と、
   上記集熱層と上記内側通気層との間を開閉可能な集熱層開閉手段と、
   上記屋根部に設けられ、上記内側通気層と上記建物の外部との間を開閉可能な屋根開閉手段と
   を備えることを特徴とする建物。
2. 請求項１に記載の建物において、
   上記屋根部に越屋根を設け、この越屋根に上記屋根開閉手段を設けたことを特徴とする建物。
3. 請求項１または２に記載の建物において、
   上記集熱層開閉手段が、形状記憶金属によって、温度の上下により開閉することを特徴とする建物。

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