JP2012247141A - 住宅の冷暖換気システム及びそのミキシングボックス - Google Patents

Abstract

【課題】一般市販のエアコンを用いて温熱的な改善を行う事により、給気の温度、湿度を快適なものにするとともに、屋内の温熱負荷を軽減して、ベーシックな室内温熱環境を形成する住宅の冷暖換気システムを提供する。
【解決手段】住宅の換気システムの熱交換器と給気主ダクトとの間に、エアコンと、断熱、気密性能を有するケージングと、開閉可能な圧力調整口と、前記熱交換器に連通する外気導入口と、室内への前記給気主ダクトに連通し室内への混合空気を送る給気口と、当該ミキシングボックス内又は外部に設けられ、前記給気口を介して室内に混合空気を送る為の送風ファンとを有し、熱交換器を経由して外気導入口より導入される換気の為の外気とエアコンの吹き出し空気とを混合し室内に冷気又は暖気を給気して換気するミキシングボックスを設置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、住宅の換気、特に室内へ供給される全般換気のための装置であって、特に、外気・新鮮空気をより快適な温度に調整することにより、また夏季においては湿度をも調整することによって、室内への給気の新鮮さを維持することができるとともに冷暖の温熱的特長をも有する住宅の冷暖換気システム及びこれに用いられるミキシングボックスに関するものである。

本発明は、上述のような住宅の冷暖換気システムに関するものであるが、ここで、全般換気とは、トイレ、浴室、レンジフードなどの一般の居室とは異なる空気状態が作られる空間に設置される局所換気に対して、在室者が日常の生活を送る寝室や居間等の居室全体を対象とする換気を言う。また、排気に関しては、一般的に見る排気グリルからの環気をダクトを用いて行なう熱交換型のセントラル式排気方法を前提としていることから、ダクトを用いたセントラル式第1種熱交換型換気方法に関するものである。

住宅における冷暖房と全般換気は、多くの場合それぞれ別個に扱われてきた。その中でも唯一冷暖房と換気とを同時に一体的に行なう方法として、全館空調方式がある。

全館冷暖房では、室内の空気を空調室に還流させ、還流した空気と換気の為の新鮮空気である外気とを混合して、混合空気を再度加熱または冷却・除湿して、クリーンゾーンといわれる居室に給気し、大部分を再度空調室へ還流させ、また一部の空気をトイレや洗面所などのダーティーゾーンといわれる空間から屋外へ排気する方法が採られている。全館空調方式の場合にも一般的には局所換気が併用されている。

また、全館空調に取り入れられる外気は、熱効率を考慮して熱交換器を介して排気との熱交換を経て、空調機内へと送られるのが一般的である。

この様な全館空調方式による冷暖房と換気は、空調機内における新鮮空気と既に一度以上給気として使われた還気の空気との混合によって行われ、外気の温度湿度を室内空気にあわせ、給気時に不快感を与えず、かつ室内の冷暖房の熱負荷を除去することを目的としている。

一般的な希釈換気理論の前提となる汚染物質の瞬間分散や完全混合は、実際には行われにくいものであり、室内空気の汚れは偏在し、時として汚れが全体的に時間を掛けて分散される。実生活においては、現実と理論の食い違いを感じるところである。

しかし、全館空調方式においては、換気による新鮮空気の的確な場所への供給と、室内で汚染された空気の速やかな排気という観点では、大きく不明確な部分を残す方法である。特に、空間の使用目的や使用者の特性を健康的に快適に維持する為には、換気による新鮮空気の的確な場所への供給と室内で汚染された空気の速やかな排気は、温暖な気候の地域においては室内のシビアーな温熱的管理よりも重要性を持つ場合が少なくない。

また、全館空調方式の場合の室内温熱環境の快適な形成と維持に必要な冷暖気の必要風量は、換気の必要風量をはるかに超える量となり、例えば換気必要風量の10倍以上の風量が必要であることは普通である。1時間当たりの風量で表せば、必要換気量を、換気対象空間で0.5回／時間とすれば、室内で汚染された空気を4.5回以上、場合によっては10回以上も再利用して室内空気の再加熱、再冷却を行っていることになる。室内空気の汚染と新鮮空気の瞬間分散を前提とすれば、室内空気の汚染は一定の濃度に維持されることになるが、現実には瞬間分散などはありえず、汚染種類や汚染度の異なる室内空気が空調機内に集められ、混じりあい、室内に給気される空気は、いわば複合汚染的な様相を呈する。屋外からの新鮮空気は、それらの中で僅かな汚染の希釈をするに止まり、室内へ新鮮空気を送り込むという機能は薄らぐ。計算上の換気と実生活上の換気との乖離が生じている。

一方、換気と冷暖房は多くの場合、別々に扱われている。第2種、第3種の換気方法による給気は、外気温度、湿度の状態である、というより外気汚染物質などもそのまま含んだ外気そのものである。給気が外気条件に左右される現象は、熱交換機能を併用するセントラル式第1種熱交換型換気方法においても然りである。例えば、室内温熱状態が快適な状態にあっても、夏季には室内よりも高めの温度・湿度の給気となり、冬季には室内の温湿度よりも低めの給気が行われ、外気が持つ温熱的問題から開放されて給気を行っているわけではない。

ところで、近年の住宅建築の断熱性、気密性は10年前と比較すると格段に高まり、また、普及しつつある。その様な背景の中で建材などから放散される揮発性有害化学物質の規制を目的に新築住宅の換気設備の設置の法的義務付けが行われた。しかし、義務化は、換気を単に室内汚染物質の元凶と考えられたホルムアルデヒドの排出のレベルに止まるという形骸化した換気の考えを広め、健康的で快適な換気の追及は薄らいだように見える。だが、一方では、換気を健康や快適性と関連させて再度捉え直そうとする動きも散見されるようになった。

換気設備の設置の法的義務付け以前は、むしろ先進的な住宅建設においては、健康や快適性と関連させて捉えようとする議論が活発であり、単に必要換気量で換気の課題を終わらせるということは、むしろ少なかった。その意味では、本来の換気のあり方に戻りつつあるといえる。

このような換気に関する基本的スタンスは、全館空調のように空気質を問わない温熱を主にして、換気をその中に混ぜ込むように取り入れるというのではなく、換気を主にしてそこに温熱的な要素を絡ませるというものである。あくまでも換気が主であり、温熱空調は副である。その様なシステムにおいては、そのシステムのみでは温熱的満足度が薄らぐ場合も多々想定されるが、他の温熱機器との併用で、省エネな効率の良い換気と冷暖給気が可能である。

本発明は、通常の最大空調負荷に十分に応えうる屋内の冷暖房を目的としたものではなく、近年の住宅の断熱性、気密性の向上により、従前と比較してより小さなエネルギーと装置で、換気の為の外気の室内への給気に伴う不快感を軽減し、かつ或る程度の空調負荷に応じることによって、換気を主体とした効率の良い新たな冷暖房の方法を可能にすることを目的とするものである。

なお、本発明の名称を「冷暖房換気」ではなく、「冷暖換気」としている理由は、住宅の冷暖房を主眼としたものではなく、換気における給気の温熱的改善を図ることによって、外気の室内への給気に係わる不快さの排除、それと共に可能となる室内の温熱負荷の軽減に寄与することにある。

また、本発明は、性能が向上した住宅建築において、属性の異なる成員である居住者の健康と快適性を確保、維持すべく、不完全な換気になってしまう従来の家庭用全館空調システムに依存することなく、健康増進に有用である換気を主としつつも、換気の不快さの欠点をなくし、かつ、室内のベーシックな温熱環境を作ることを目的とする。

ここで、ベーシックとは、温熱負荷の大きい時などには常に十分に満足が得られるわけではないが、しかし、或る程度の温熱的な環境を作り出しており、負荷の大きい場合には他の温熱機器の併用により十分に負荷に対処できる可能性を有するという意味である。

ベーシックな冷暖房及び除湿の状態の効果は、必要な時の冷暖房の速やかな立ち上がりが可能であることにある。それは、全館空調が、居住者が居なくとも家全体の温熱負荷を常に負って対処している非効率的で、非省エネ的な状態とは異なる。その意味では、本格的ではないが、待機的な冷暖房といっても良い。

温熱的配慮が出来ていない状態から一気に快適な冷暖房を立ち上げるには、相応の設備を事前に設置しておかなくてはならないし、日常運転では常にオーバースペックとなる。更には、立ち上がりまでの不健康で、非快適な状態に居なければならない。多くの家庭用温熱機器は、その様な状態を前提にして設計されている。

オーバースペックや立ち上がりの悪さ等の状態を回避するためには、ベーシックな冷暖房はその解決策となる。全館冷暖房とは異なり、必要の無いところは本格的な冷暖房を行わず、大きな温度差の無い範囲で、いわば待機的に冷暖房しておけば足りる場合が多い。冬季の無暖房室の結露の問題や夏季の無冷房室の熱気ゴモリなどは十分に対処可能である。更に居室の何処にでも常に必要とされる換気と融合した場合には、その効率と効果は増す。

性能が格段に進歩した住宅が普及し始めた近年において、換気と冷暖房及び除湿の最良の方法の一つを提供すること、及び従来の一般的な1系統全館空調のメンテナンスの煩雑さと費用の回避が可能で、かつ、ベージックな冷暖房の状態を可能にすることが、本発明の課題である。

なお、ここではベーシックな冷暖房を大きな熱負荷を解消しえない小さいエネルギーによるものとしたが、実際には冷房、暖房が在室者の体へ負荷を掛けることも少なからずあるのであって、冷暖房の温湿度設定によってはかえって好ましい場合も想定される。

また、省エネにおいては、部分間欠冷暖房が効率の良い方法とされているが、それは往々にして快適な温熱の立ち上がりを考えたときには、従来のオーバースペックな設備を必要とし、また、室内空間が連続しやすいプランニングにおいては部分連続冷暖房となってしまう現状もある。その場合には、部分での冷暖房効果の期待範囲が問われることになる。本発明は、その点に関し、小さなエネルギーの屋内での配分の方法にも関係している。

なお、本発明の技術が可能となるためには、本発明の課題を解決する手段の前提として、或る程度の断熱、気密の性能を持つ建物が前提となる。そのような近年普及している建築方法による建物で、かつ、セントラル式第一種熱交換型換気方式を用いる場合を対象としている。

本発明の課題を解決する手段の前提は、住宅全体の1秒当り、１Ｋ差での熱貫流を床面積で除した熱損失が５Ｗ／平米Ｋ以下であり、気密性能Ｃ値が2以下で、且つ、セントラル式第一種熱交換型換気方式を用いる住宅を対象としている。換気が計画通りに行われるには気密性が必要であり、また、排気の熱回収と計画性の確保の観点からセントラル式第一種熱交換型換気方式は、有効である。さらに、本発明の課題である換気の温熱的目的を達成するには、断熱・気密性が必要である。換気方式と住宅建築の断熱・気密性能は、いわば一体化していると考える。

本発明は、セントラル式第１種熱交換型換気を主にして、そこに一般的な家庭用エアコンを用いた簡易な設備を付加することによって温熱的効果を発揮し、換気の不快さを除くとともに、室内の或る程度の冷暖房と除湿を同時に図ることにある。また、一般的な全館空調の設置コスト、維持運営管理コスト等や、故障、メンテナンス等の場合による換気の停止を防止して、かつ、ベージックな温熱的室内条件を作ることを目的としている。

本発明の冷暖換気とは、換気と冷暖房の2つを意味するというよりは、換気の給気が暖かく、または冷たく、時として除湿された給気であることを意味している。

多少詳しく説明すれば、熱交換型換気装置を経由した換気の為の外気とエアコンの吹き出し空気とを混合し、室内に混合空気を供給するミキシングボックスにおいて、ミキシングボックス内に設置されるエアコンの吸気口がミキシングボックスに覆われずに室内へ開口しており、ミキシングボックスに開閉可能な圧力・風量調整口と外気導入口及び室内への混合空気を出す給気口を有し、かつ、ミキシングボックス内又は外部に、室内に混合空気を送る為の送風ファンを有するミキシングボックスを用いて、換気を行うと共に給気に冷暖熱を与える事により室内を含めた屋内の温熱環境を好ましい状態に近づけることを特徴とする住宅の冷暖換気システムである。

また、簡便なダクト回路を組むことにより、冷暖換気と、一般的な第1種熱交換換気の切り替えが可能なシステムである。そして、ミキシングボックスの天蓋や点検口の開放によりミキシングボックスの設置される空間へ直接に冷暖気を吹き出しつつ、換気系統を通常に作動させることも可能であり、さらに、エアコンの故障やメンテナンスの場合にも同様の回路にすることにより換気を正常に維持することが可能である。

一般的な1系統の全館空調方式には、上述の様な有用で簡便な機能は見当たらない。本発明に用いる一般的な家庭用エアコンとは異なり、全館空調方式においては、定期的な高価なメンテナンスが必要であるし、そのメンテナンスは素人の居住者には不可能である。本発明によれば、住宅用のレベルでは、全館空調という複雑なシステムを用いずとも、確かな換気と或る程度の温熱的状態は、安価にかつ容易に作る事が可能である。

一方、冷暖換気の効率を上げる為には、セントラル式第1種熱交換換気方式において、ミキシングボックスから室内に給気を行なう主ダクトが、略垂直に設けられ、ダクト外周部に給気口を複数個有するダクトであり、かつ、前記ダクト回路に接続したことを特徴とし、場合によっては複数のダクトを用いることにより換気の室内経路と給気の持つ熱の室内での消費の経路とが一致した、合理的で効果的な冷暖換気が可能となる。

尚、ここで言う冷暖換気という言葉は、本願に独自のものと思われるので、その範疇を示す。換気に関する言葉には、換気の特性を対比させて表す場合がある。局所換気と全般換気、機械換気と自然換気、熱交換換気と普通換気などである。冷暖換気は、本願に見るように給気に冷暖の温熱的特性を機械的に付与したものである。よって、冷暖換気に対比される換気としては、給気に機械的に温熱的な特性を持たせてものではない普通換気や熱交換換気、自然換気などが挙げられる。熱交換換気は単純に普通換気や自然換気とは異なるが、本発明におけるエアコンである温熱機器を利用したものではなく、換気を繰り返していけば外気に近づくという意味では本発明の冷暖換気とは異なる。本発明の冷暖換気は、あくまでも温熱機器を利用した給気への熱付与を意味している。

本発明に関係する先行技術としては、換気装置と空調装置を結合させた換気空調装置を床下空間に設置し、換気と空調の空気の流路を流路切替弁を用いて冷暖房と換気とを行うことを目的とした「特開2010−243075号公報」（換気空調システム及び建物）（特許文献１）がある。定性的記述が多く、換気空調装置のハードな部分、特に流路切替弁が不明であるが、換気を空調と組み合わせる考えは、本発明と似ている。しかし、前述したように、必要換気風量量と必要空調風量の関係や、また、当該出願の効果に関しての記述はあいまいである。更に、床下空間に設置することを前提条件としており、前提条件を利用することにより、建築物の暖房効果や室内空間でのダクトレスな換気を述べている。さらには、熱交換に関しての言及もない。当該出願の換気機器と空調機器とを結合させるという目的は本発明と似ているが、クレームに見る着想や手段は、本発明とまったく異なるものである。

また、室内への換気の給気口をエアコンの吸気口近傍に設置して、換気の給気をエアコンに吸気させて、換気の給気を冷やしたり暖めたりする案が「特開2003−227642号公報」（換気装置）（特許文献２）にみられる。しかし、当該出願では換気の給気がエアコンにどれほど吸気され計画的に加温、冷却された空気が供給されるかは甚だ蓋然的である。また、エアコンの吹き出し空気はダクトを経由して全般換気を行なうのではなく、直ちに室内に吹き出され、エアコンの守備範囲のみの作用となっている。セントラル式第一種熱交換型換気方法とミキシングボックスを必須とする本発明とは、換気の給気の空気をエアコンの吹き出し空気と混合しエアコンの作用範囲を対象とする考えと、その方法を明確に異にしている。

更に、換気のために導入する外気に清浄と調湿を行い給気として用い、室内に給気する際に給気口の上方近傍に設置されたエアコンが吹き出す温風又は冷風を空中で混合することにより、換気の給気の温度を制御する案が「特開2000−205592号公報」（換気装置）（特許文献３）に示されている。換気の給気とエアコンの吹き出し空気の混合は、前掲「特開2003−227642」とは異なるが、空中混合であることから、換気の給気の温度調整は、不安定さが伴う。また、当該出願は、給気とエアコン吹き出し空気との混合という点に関しては似通っているように見えるが、本発明が前提とするセントラル式第一種換気方法やミキシングボックスを欠いており、換気の給気温度の制御方法や換気方式を異にしている。

本発明の実施形態の例でも示されている壁掛けエアコンを利用した、エアコンの吹き出し空気と室内又は床下空気とを混合する案も見られる。「特開平10−292924号公報」（空調装置）（特許文献４）は、腰高近くに設けられた壁掛けエアコンをキャビネット内に格納し、斜め下方に吹き出されるエアコンの空気に、室内又は床下の空気を斜め下方から上方へファンで送風して気流の方向を明確に作ることにより、エアコンから吹き出される気流方向を変えようとしたものである。当該出願は、エアコンの吹き出し空気を他のファンにより送風と混合を行なう点では本発明と似ているが、混合が本発明のようなボックス外のオープンな空間で行われており、かつ、混合後の気流方向を問題としており、混合後の空気の温度をなどは混合の目的としては捉えられていない。

また、壁掛けエアコンを利用して本発明と同じ様に一般の市販エアコン利用したものがある。エアコンを断熱材で囲われた空調室の中に設けて、従来の全館空調的な方法で室内の冷暖房を図るという試みが、MaHAtシステム（愛知県春日井市）で行なわれている。当該方法は、従来の全館冷暖房器の室内機の冷凍サイクル機構部分をエアコンに置き換えて、断熱ボックスである空調室内でエアコンを稼動させ、別途に断熱ボックス壁部に多数の送風器と各部屋へのダクトを個々の送風機ごとに設けて各室に給気するというものである。
当該システムでは、換気用外気と室内からのリターンした空気を空調室に入れる。換気外気とリターンした空気、エアコンからの吹き出し空気との関係は明確ではない。空調室内の空気は、壁面に設けられたファン付きの給気グリルに吸引され、ダクトを通して各部屋へ送られる。ここで重要な事は、例えば暖房時には空調室内を絶えずエアコンの設定温度以下に保っておくことである。エアコンが設定温度で停止しない為には、空調室内の空気を大量に給排気していなければならない。その様にしなければならない理由は、エアコンの設定温度と断熱ボックス内の気温とにより、断熱ボックス内のエアコン冷凍サイクル機構部分は容易に停止し、送風のみ行なうようになることにある。しかし、室内は設定温度にはなってはいないという事態を回避しなければならない。室内への給気の吹き出し温度を高くしなければ、室内の暖房負荷に対応しえる空調にはならない。空調室の温度は、室内よりも高く設定されなければ、すなわちエアコンの設定温度に空調室内の温度がならない事が必要である。

別の表現をすれば、当該システムが成り立つ為に必要な事は、断熱ボックス内の空気の温度上昇によるエアコンの停止を避けることである。それを避ける為に、大きな風量で、エアコンの吸気空気の温度が上がってエアコンが停止しないように、大きな空気の入れ替えが必要である。ボックス内の気温上昇によるエアコンの停止を避けなければならない為に、リターンと給気の風量を常に大きく維持しておくことが必要になる。一方、室内の温熱負荷を担うためには大きな風量と熱量を必要とするが、その風量と熱量は1台又は複数代のエアコンのそれに規定される。エアコンの風量とエアコンの移動熱量を使う為には各室に送風する多数の送風機と太い断熱ダクトとが必要になる。いわば、全館空調式の制御機構を持たない壁掛けエアコンを無理に使うことの対策に苦慮した方法である。一般的な全館空調の室内機ではインバーター回路により風量と冷凍サイクル機構とが自動制御されており、当該システムのようなエアコン停止の事態を回避する必要は無い。従来の全館冷暖房器の室内機の冷凍サイクル機構部分をエアコンに置き換えることによって、断熱材で囲われた空調室と多数の送風機、及びダクトを必要とするが、その風量調整も可変風量方式の全館冷暖房のように全体風量を自動的にコントロールするようなシステムではない。
更に、当該システムでの換気は、明確ではない。換気は外気を断熱ボックス内に導入し、エアコンの吹き出し空気と空調室内で混合してダーティーゾーンといわれるトイレ、洗面所などから排気する。全館空調方式における換気と同様に、当該システムの換気の給気と排気の室内換気経路が明確ではないために、換気の効果という観点でも明確さを欠く。室内機を壁掛けエアコンに替えただけのものであるが、それが為にかえって従来の全館空調に及ばない機能とシステムの使い勝手としては全館空調方式を複雑にしただけのものとなっている。

この様な壁掛けエアコンを利用した全館冷暖房方法と本発明との唯一の共通点は、一般市販の壁掛けエアコンを利用することによって、家全体の室内の温熱環境を好ましい方向に持って行くことに有る。しかし、上記から明らかなように、換気を主なる目的とする本発明と、冷暖気の配分を主なる目的とする当該方法とでは、その技術思想も具体化の手段も異にする。

全館空調と全般換気との関連において、換気用空気と空調用空気とを別途にダクトを通してそれぞれの風量を、各室内への給気口の手前で流量調整機構を用いて調整し、1本のダクト内で混合して給気口に送る案が、「特開平11−294839号公報」（全館空調換気システム）（特許文献５）に示されている。当該出願は、換気空気と空調用空気を混合し給気口に送るという意味では似ているが、本出願では空調用空気のダクトを有していなく、且つそれぞれの空気の混合はミキシングボックス内で行なわれて1本のダクトに送られて、しかる後、屋内全体の全般換気用に分配される方法を採っている。ダクトを多用し、またスペースの多く必要とする当該出願とは、メカニズムを異にする。この点は、本発明においてセンターダクト方式を採用する場合には特に明確に現れる。

室内の温熱的な側面と換気とは必ずしも整合しないことから、温熱的な空調状態に関係なく換気を行なえる提案が「特開2010−196997号公報」（建物）（特許文献６）において行なわれている。当該出願の中の一部に、換気系統に外気の給気の温湿度を室内のそれと同じようにする為の混合部を設ける事が示されている。当該混合部は、リターンチャンバーを通して室内からの環気と外気とを混合して、室内へと給気する機能を担う。これに対して、本発明においては、換気の外気は熱交換器を経由して、ミキシングボックス内でエアコンの吹き出し空気と混合される。エアコンに吸気される空気は、排気を伴う環気ではない。その考えは、本発明の請求項ともなっている換気方法のセントラルダクト方式との併用に明確に現れている。

一般的な全館空調方式においては、1系統のために冷暖房と換気とが同時に行なわれる。全館空調の非省エネ性は、近年問題になっているところであるが、その難点を回避する為に換気系統と冷暖房系統の2系統にする案が「特開平11−325569号公報」（空調装置）（特許文献７）に示されている。当該出願は、換気のみの系統と、全館式換気を含めた冷暖された空気の系統を給気用分岐ダクトと三法弁付きのY字分岐を用いることにおいて行なっている。これに対して、本発明は1系統であるが、換気のみと、換気と加温冷却された空気の使い分けや分岐の仕方は全く異なる。

本発明が前提としているセントラル式第一種熱交換換気方式において、換気の給気空気のみの温熱的特性をコントロールする製品がある。既に松下電器産業と三菱電機から除湿ユニットという名称でハウスメーカーに限定販売されている。当該製品の特徴は、換気の給気空気のみを除湿、加温することにある。
そのため、特別な装置を必要とする。一方、換気の給気風量が小さい為に、給気により運ばれる熱量も小さく、本発明のようにベーシックな冷暖房、換言すれば待機的冷暖房を、居室において何処でも常時必要とされる換気と融合することにより、効率の良い効果的な冷暖換気を可能にする類のものではない。事実、当該製品は本発明とは異なり、室内空気を換気の給気空気と混合する機能を持たないし、そのためにダクトの切り替え回路を有してはいない。

更には、当該製品では、本発明のような比較的小さな能力の一般市販のエアコンで、換気の温度的不快さをなくすと共に、室内の冷暖房負荷の或る程度の除去が可能であり、かつ、冷暖換気のみでも十分生活しえる室内の温熱状態が作り出されるという可能性はきわめて薄い。当該製品の限界は、熱の移送を行う風量の小ささと、移送される熱の温度の限界にある。本発明においては、当該製品のような特別な設備を使わずに一般的な市販のエアコンを用いて、エアコンの吹き出し風量と熱量を出来るだけ利用し、かつ、換気を確実に行うことを目的としており、換気の不快さの欠点をなくし、かつ、室内のベーシックな温熱環境を作ることにある。

以上、幾つかの先行技術に示される簡易なエアコンの利用、特にエアコンの吹き出し空気と他の空気の混合や、複雑な全館空調に関する引用を行なった。また、エアコン、特に壁掛けエアコンを利用又はエアコンの吹き出し空気を他の空気と混合してエアコンの吹き出し空気の特性以外の特性を得ようとする案が見られた。また、全館空調において換気をおろそかにしない案においても、外気と混合される空気は、排気を含んだ室内空気の場合もあった。

しかし、本発明のようにセントラル式第一種熱交換型換気方法を前提とし、換気の空気を屋内に導入して、その後にエアコンを用いてミキシングボックス内で混合し、その後に混合空気でダクトを用いて全般換気を行う類の案は見られない。また、ミキシングボックスと本発明でのダクトの回路とを併設する考えも見当たらない。
さらには、換気に影響を与えない通常のエアコンの利用方法も可能であり、かつ、エアコンの故障やメンテナンスの場合にも、全般換気には何らの影響を与えること無く換気することが可能な簡便な方法も見られない。

本発明の効果は、室内の冷暖房のためにいわゆる全館空調設備を設けるのとは異なり、セントラル式第1種熱交換換気方法のメリットを活かして、一般家庭用のエアコンと換気とを組み合わせることにより、換気の温度的な不快さと、室内の冷暖房の或る程度の負荷の除去を目的としている。事実、比較的小さな能力のエアコンで、換気の温度的不快さをなくすと共に、室内の冷暖房負荷の或る程度の除去が可能であり、かつ、冷暖換気のみでも十分生活しえる室内の温熱状態が作り出される場合さえあるが、ここではベーシックな冷暖房、換言すれば待機的冷暖房を、居室において何処でも常時必要とされる換気と融合することにより、効率の良い効果的な冷暖換気が可能となると表現する範囲に止める。

また、換気とは関係のない通常にエアコンの使用方法も可能であり、かつ、エアコンの故障時にも換気には何らの影響を与えることを無くすことも可能である。つまり、簡便なダクト回路を組むことにより、冷暖換気と、一般的な第1種熱交換換気の切り替えが可能なシステムである。例えば、ミキシングボックスの天蓋や点検口の開放によりミキシングボックスの設置される空間へ直接に冷暖気を吹き出しつつ、換気系統を通常に作動させることも可能であり、さらに、エアコンの故障やメンテナンスの場合にも同様の回路にすることにより、換気を容易に、且つ正常に維持することが可能である。

この冷暖換気の効果は、多数のダクト分岐と外周壁近傍の天井面に配置される給気口を持つ一般的なセントラル式第1種熱交換換気方式よりも、給気ダクトを例えば1本にして、その外周部に給気口を備え且つ屋内の略中央に配置されるセンターダクトによる場合に特に向上する。給気からの冷暖気の熱は、通常の給気のように開口部を含めた家の外周部で先ず使われるのではなく、熱が室内の中央付近で最初に遣われるために、より効果的な温熱作用が得られることになる。センターダクトを用いる場合の換気の効果と冷暖効果が同時に発揮されるといえる。この効果により、換気の不快さを無くすのみならず、室内の冷暖房にも少なからぬ効果、すなわち健康的で快適な省エネな居住空間の形成に役立っているといえる。

その様な効果が現れるためには、建物の温熱的性能が高くならなければならないが、近年の住宅建築の進歩はその前提を作りつつあるといえる。それは、開口部製品の断熱・気密性能の向上、また、非開口部の断熱・気密の施工技術の向上によるところが大きい。さらに、制御機能が高く高効率な家庭用エアコンの登場は、省エネで健康的で快適な冷暖換気を可能にしている。

設備費が高価であり、また運転も省エネとは評価されていない全館空調は、そもそもが住宅の温熱的性能が低い場合に現れる室内又は室内間の大きな温度差、温度ムラがあることにその一つの存在の根拠を持っていたようにも思える。屋内において、厳しい温度ムラは、快適性以前の問題として、特に高齢者にとっては大きな身体的、精神的負担を強いる、健康を害する環境であることが以前から知られているが、そのような住宅建設が当たり前であった時代には、全館空調が設備費やランニングコストを問わない場合には、理想の温熱環境と多少の換気を可能にするものとして、用いられていた。しかし、近年における住宅の性能が向上した段階では、そのあり方が再検討されるべきであり、本発明はその一回答としての提案の意味も含んでいる。

特開2010−243075号公報 特開2003−227642号公報 特開2000−205592号公報 特開平10−292924号公報 特開平11−294839号公報 特開2010−196997号公報 特開平11−325569号公報

図１は、冷暖換気システムの概念図である。 図２は、システムを小屋裏の機械室に設置した例を示す図である。 図３は、ミキシングボックスの概念図である。 図４は、センターダクトを２本設置した場合の図である。 図５は、一般換気と冷暖換気を使い分ける回路図である。

本発明の一実施形態に実施例を、換気を主とする本発明の考えに沿って、図１に見るような換気空気の流れに沿って述べる。外気は、屋外に開放した外気吸気口である屋外フード１から屋内に入る。

屋外フードからダクト2を経由して外気清浄フィルターユニット3に入った外気は、外気に含まれる粗塵や虫、浮遊粒状物質をフィルターにより捕集されて浄化される。
大気の汚染に関しては環境基準が設けられているが、しかし、都市内や幹線道路周辺では元素状炭素の煤やNOｘなどの窒素酸化物なども多く、個々の住宅でどの程度まで外気の浄化が現実的に可能であるか、又は住宅において必要になるかについては、明確な指針は無く、機械換気による強制的換気がいたずらに汚染空気を強制的に室内に持ち込む害をもたらす場合さえ想像される。ただし、換気装置の設置を義務付けている建築基準法ではエアーフィルターの設置義務はない。

エアーフィルターにどの程度の性能を持たすかは、換気扇の機外静圧と風量の関係が大きく作用するが、一般的な住宅では0.25μｍ以上の物質が90％捕集される程度に設定するのが現実的である。

いずれにしろ或る程度に浄化された外気は、外気浄化フィルターユニット3からダクト4を通して熱交換換気扇5に送られる。熱交換換気扇5は、室内に給気される外気と室内から屋外へ排気される空気とのエンタルピー（温度と湿気、又は、顕熱と潜熱）の交換を行うが、外気のエンタルピーを室内に近い状態に変換する。現在の熱交換器の交換性能は、100％ではない。現状の家庭用の熱交換器の交換性能は温度交換で70％〜80％前後、湿気の交換では60％〜70％といわれている。室内空気と外気の温度・湿度の差の量の20％〜40％前後が外気の影響として室内に入ることになる。

換言すれば、快適に生活できる温度、湿度である室内環境が形成されていることを前提として、冬季の場合には室内気温よりも多少低めで、乾いた空気が室内に給気され、夏季の場合には室内気温よりも多少高めで、湿った空気が給気されることになる。室内に給気された空気は室内で汚されて室内に設けられた排気グリルから熱交換器を経て屋外に排気される。この様な換気を一箇所又は数箇所に設けられた熱交換器を装着した換気扇で集中的に行なうセントラル式第一種熱交換型換気方法は、現在では一般的な換気方法となっている。

必要な換気量は、建築基準に従い建築物屋内の換気対象空間の気積の半分を１時間で換気する量になる。計算上は0.5回の風量を確保するように行なうが、換気機器の能力との関係上、必要換気量を近傍で上回る換気機器風量を有効換気量で修正した風量が実際の風量として計画される。

熱交換器を経由した外気が室内に給気される場合の給気の空気の特性には、室内外の空気のエンタルピーの差が小さい春、秋の中間期には、給気の不快さはさしてなく、時として窓開けによる大量な換気のほうが気持ち良い場合さえある。また、わざわざ熱交換素子を通して圧力損失を大きくする必要もない。その場合には、熱交換換気扇は熱交換換気をせずに普通換気で運転される。しかし、実際は快適な外気はそう長く続くのは希なことから、熱交換器が外気に対して１年中対応しえる様に、熱交換換気扇の自動切換え運転にしておくのが一般的である。

換気のみを行う外気は熱交換器5からダクト6をとおりY分岐aを経てダクト7−1からY分岐bへと流れ、消音ダクト8−１、ダクト8から給気の主ダクト9へと進む。セントラル式第1種熱交換換気の一般的な換気用給気の空気の流れである。

また、換気のみを行う場合は、室内空気と外気のエンタルピーの差が大きな冬季、夏季の場合にもそれぞれの居住者の都合により、冷暖換気ではない一般換気を行う場合にも本発明のシステムの同じ条件になる。空気の経路は熱交換器5からダクト6、Y分岐a,ダクト7−1、Y分岐b、消音ダクト8、給気主ダクト9の経路となる。

従来のセントラル式第1種熱交換換気の換気空気の流れを本発明のシステムで見れば、仕切り弁の作動状態は、Y分岐の仕切り弁Ya−1は開き、Yb−2は閉じている。同時に、分岐Ybでの仕切り弁Yb−１は開き、Yb−2は閉じている。この場合の空気は、前述したように、快適に生活できる温度、湿度である室内環境を前提とすれば、冬季の場合には室内気温よりも多少低めで、乾いた空気が室内に給気され、夏季の場合には室内気温よりも多少高めで、湿った空気の状態で給気されることになる。

この様な空気は、冷暖房の熱負荷を室内に持ち込むことになるが、居住者にとっては、健康や快不快の原因ともなる。冬季の冷たい給気は、高齢社会、超高齢社会においては無視できない課題である。特に、給気が天井面から行なわれ、その下に寝具などがある場合は室内の快適さは減少し、時として不快をもたらす。この点が、熱交換器を利用した換気であっても、克服できない問題点である。

更に、換気における熱負荷を伴った給気は、室内を快適に維持するための室内冷暖器の負荷として除去されることになる。冬季の温度の低い給気は暖められ、夏季の高めの温度の空気は冷やされることになる。しかし、換気の給気の負荷が室内で除去されることに伴う不快さが解消されるわけではない。この点は、熱交換器を利用した換気であっても、そうでない第３種換気方法の場合と比較して、程度の差は大きくあるが原理的には解決できない問題である。

本発明は、この給気の不快さを解消し、かつ快適さを増すことによって、健康維持と増進にも役立てることを目的としている。その為には、換気の為の給気の温熱特性をコントロールする必要がある。更に言えば、冷暖房のベーシックな部分、いつでも快適な冷暖房が可能な待機的な状況を作り出す換気であることを目的としている。その為には、目的を可能にするダクトの回路を組む必要がある。
すなわち、本発明は換気システムとして、熱交換器から送られる外気を前記ミキシングボックス、又は、ミキシングボックスを経由しないダクトに分岐する分岐部1（Ya）を有し、かつ、ミキシングボックスの給気口からの混合空気を送風するダクトとミキシングボックスを経由しないダクトとが接続される分岐部2（Yb）を有し、それぞれの分岐部または分岐部に接続するダクトの所要箇所に仕切り弁を有し、分岐部2が室内に給気するダクトに接続しているダクト回路を有することを特徴としている。

以下、屋外からの換気用の空気が、ミキシングボックスを経由して温熱的処理がなされる場合の本発明の実施形態について説明する。

熱交換換気扇5を通過した外気は、ダクト6を通り、分岐Yaの仕切り弁Ya−2を経てダクト7−2へと進み、ミキシングボックス10に入る。仕切り弁Ya−1は、閉鎖されている。

ミキシングボックス10は、熱交換換気扇5を経由した換気の為の外気とエアコンの吹き出し空気とを混合し、ミキシングボックス10に設置されるエアコン11の吸気口11−1がミキシングボックスに覆われずにミキシングボックスが置かれている室内へ開口しており、ミキシングボックスに開閉可能な圧力・風量調整口10−2と外気導入口10−3及び室内への混合空気を送風する給気口10−4を有し、かつ、ミキシングボックス内又は外部に室内に混合空気を送る為の送風ファン12を有するミキシングボックスであって、混合空気により、室内に冷気又は暖気を給気して換気することを目的としたものである。ボックス内の空間は断熱性能を有するケージング10−6と吸音材10−5で囲われている。

外部からの換気のための空気がミキシングボックス内でエアコンの吹き出し空気と混合する過程は、一般的な全館空調方式が室内からの還気と外部からの換気の為の空気とを混合した後に、冷暖用のコイル、フィン等と混合空気とを接触させて混合空気を冷却したり、加熱したりするものとは異なる。本発明の様に既に冷された、又は、暖められたエアコンの空気と熱交換換気扇からの空気を混合する事が可能なのは、混合空気と室内気温との温度差が小さい事による。特に、夏期のミキシングボックス及びダクト周辺での結露防止には必然的に温度差が小さい事を必要とする。

室内への給気の冷却又は加熱はミキシングボックス内でエアコンからの吹き出し空気との混合において行われる本発明では、その為に混合空気は、エアコンからの吹き出し空気の温度よりも夏季には高く、冬季には低い状態になっている。そのことは給気により室内の温熱負荷を解消する能力が一般的な全館空調の場合に比べれば低いことになるが、本発明はその様な室内の温熱負荷そのものを解消することを目的としたものではないことは、前述した通りである。

また、本発明のように混合空気の温度が一般的全館空調と異なって、室温に近いものであれば、特に夏季の冷換気の場合には、ダクトの結露の問題も小さくなり、無断熱のダクトも用いることが出来る場合さえある。本発明のこのような特徴に対して、一般的な全館空調では、換気用外気と環気とを混合した後に混合空気を冷却、加熱すして、室内温度と冷却加熱した空気の温度差を大きくしている。そのために給気においては断熱ダクトを必須としている。断熱ダクトの径は70ｍｍから200ｍｍあるり、例えば50坪程度の家であってもダクト全長は100ｍくらいになる。さらには環気用のダクトも必要であることから、屋内空間のかなりのスペースをしめることになる。一般的に天井裏や小屋裏はダクトが縦横に走っている。

一般的全館空調でこの様なダクティングになるのは、室温と冷却、加熱された混合空気との温度差が大きい為であり、その目的が熱負荷を冷却加熱された空気により除去することにあるからである。そして、空気の比熱が小さい為に、立ち上がりを短時間で行うためには、また、夏期においては屋内の時間と共に移動する最大負荷を短時間で解消するためには大風量と大きな温度差が必要となる。本発明のベーシックな温熱環境を形成する冷暖換気との温熱環境の作り方と明確に相違している。

ミキシングボックスを正面図である図３によって説明する。ミキシングボックス10に設置されるエアコン11の吸気口11−1は、ミキシングボックスに覆われずに室内へ開口している。図２では、エアコンの吸気口はボックス天蓋10−7よりも飛び出た位置に設けられている。吸気口は天蓋上面と同一面、または、ボックス内に埋もれて設けられても良いが、ミキシングボックス内の空気を直接吸気しないように設けられていることが必要である。エアコンに吸気される空気は原則的にミキシングボックスが設けられた室内の空気である。

エアコンがボックス内の空気を吸気する場合として、エアコンの稼動を低下させるために設定温度された温度を既に混合空気が満足しており、それ以上の冷凍サイクルの稼動が不要となる場合などがある。しかし、それは稀な事態である。また、本発明によればエアコンの稼動と換気とは、本発明のダクト回路によりミキシングボックスの圧力・風量調整口、点検口を開放してのエアコン単独の稼動と、ミキシングボックスを通らない一般換気とを別々に平行して稼動させることが可能であり、ミキシングボックス内の空気をエアコンの稼動の低下などに利用することを必要なくする事ができる。本発明では、原則的にエアコンに給気される空気はミキシングボックス外の、ミキシングボックスが設置されている室内の空気とする。

一方、エアコンが設置されている室内は、他の室内に連通していることが必要である。その理由は、エアコンが担う負荷の空間的範囲が、エアコンの設置されている部屋のみに限定されずに、全般換気の対象空間となっているからである。この点は、本発明の全般換気での給気の温熱的特性をコントロールする目的からして自然な特徴であり、本発明の冷暖換気の特徴でもある。エアコンの給気口がミキシングボックスに覆われないという意味は、室内空間の連続性を利用しての、全般換気での給気の温熱特性をコントロールすることに由来する。

なお、エアコンが設置されている室内が他室に連続又は連通していることは、換気装置の設置が義務付けられている現在においては、部屋の室内開口部を開放したり、ドアーのアンダーカットや連通グリルを利用することは一般的であり、かつ、開放的なプランニングが指向される現在の住宅では特別なことではない。

本発明におけるミキシングボックスの大きな特徴は、ミキシングボックスに設置されるエアコンの吸気口がミキシングボックスに覆われずに室内へ開口してこと、換言すればエアコンの吸気口は、ミキシングボックスが設置されている室内の空気と連続していることにある。

ミキシングボックスは、エアコンのメンテナンスに便利なようにボックス上面（天蓋）または外周面の一部または全部が天蓋ネジ10−7により脱着可能な構造となっており、かつ、装着時にはエアコンの吸気口以外のボックス部分は気密構造となっている。図３では、エアコンと天蓋との接線を気密にするために10−8の気密パッキンを用いている。

本実施例では点検口と圧力・風量調整口を兼ねた10−2をはずして点検を行なう。
ミキシングボックス内の圧力や風量の調整には、点検口ほどの開口の大きさは必要では無いが、本例ではそれらの三つの役割を持った物として圧力・風量調整口が設けられている。無論、制御の仕方によっては三つの機能を分散して設ける事は何ら本発明の意図に反しない。

また、ミキシングボックスの天蓋及び点検口が開放可能な構造となっており、エアコンの冷暖房運転時にミキシングボックスの天蓋と点検口を開放し、エアコンからの冷暖気をミキシングボックスが設置されている空間へ吹き出しも可能なミキシングボックスである。この様なミキシングオックスの使い方は、例えば夏季に小屋裏空間の温度上昇を抑える場合や、下階にエアコンからの冷気を流す場合等に行われる。この場合の換気は、ミキシングボックスを経由しない一般換気、すなわち、熱交換器を通って、Ya−1、Yb−2を経て主給気ダクトの経路をとる。

ミキシングボックスの圧力・風量調整口などを大きく開いてボックスを開放状態に近くして冷暖換気をする事は可能であるが、換気のための新鮮空気の屋内全体への配分という換気の機能について問題が残る。本発明ではこの様なミキシングボックスの使用の仕方は意図してない。

ミキシングボックス内に供給される空気量とボックス外に出される空気量はほぼ等しいことが原則である。本発明のミキシングボックスは、ボックス内へのエアコンの吹き出し風量と換気の風量の和が送風ファン11の送風量に略等しく、かつ、圧力・風量調整口10−2を風量調整口として使用して、ボックス内の静圧が室内気圧と比較して静圧が負の場合には室内の空気をボックス内に取り込み、ボックス内圧力が正の場合にはボックス内空気をボックス外の室内に吐き出すことにより、ボックス内の空気量を調整することが可能なミキシングボックスであることを特徴としている。

風量調整が必要な開度は小さく、調整される風量は小さくならなければならない。その為には、系統を組んだ状態でのミキシングボックス内に入る換気風量と、エアコン吹き出し風量、及び送風機風量を予め把握しておかなければならない事は言うまでも無い。それに基づいて風量調整口の開度も求められ、実際の風量測定によって確認される。例えば、延べ面積50坪の住宅場合、大まかには約200立米／時間の換気量が必要であり、エアコンの吹き出し量が450立米／時間で、送風機のシロッコファンがそれ以後の給気系統の圧力損失を考慮して590立米／時間であるとすると、40立米／時間の空気を風量調整口から入れることになる。また、エアコンの風量が多い事から、室内空気浄化用のエアコンフィルターをエアコンの吸気口に設ける事によりエアコン風量を減少させることも出来る。ただし、この場合は吸気口やエアコン内に埃が溜まったのと同じ現象になる。なお、エアコン自体の制御によっても40立米／時間ていどの風量変動は生じる事から、基本的には40立米／時間の風量調整口の開度で対応できている。

上記はボックス内を通過する風量のバランスを維持するための課題と解決策という観点から見たが、ボックス内の圧力のバランスの観点からも見る事ができる。ボックス内に供給される風量とボックス外の出される風量が異なる場合にはミキシングボックス内に静圧が発生する。ボックス内静圧は換気装置5、エアコン11、送風ファン12に余分な負荷を互いに掛けることになり、効率、機材の寿命などの観点から好ましいことではない。本発明のミキシングボックスは、ミキシングボックスの圧力調整口10−2が閉鎖されている場合に、エアコンの吹き出し風量と換気の為の外気の風量との和と、ミキシングボックス内に設置される送風ファンの混合空気の室内への送風量との差によって生じるミキシング内の圧力と室内気圧との圧力差が±5パスカル（以下Pa と記す）以内であることを特徴としているが、室内の大気圧と同じにある事、すなわち差圧が０Paである事が望ましい。差圧が大きくなる場合には、ミキシングボックシ内圧力が±5Pa以下になるように圧力調整口の開度を設定する。この事は空気を非弾性体と見れば、上記の風量調整の段階で予想されることである。

ミキシングボックス内の静圧を０Paにすることは、大気圧に向って換気空気の搬送とエアコンの噴出しを大気圧に向って行うことであり、送風機も大気圧の空気から給気主ダクトに送風することになり、系統全体の圧力損失を小さくする事ができる。

圧力調整口を差圧の感知は、微差圧計により容易に計測される。また、圧力調整は、自動調整弁を用いることもさして困難ではないが、本発明では安定的なエアコン11の運転条件、熱交換気扇5の運転条件、そして、送風ファン12の運転条件を一定にしておけば、圧力調整口の開度調整でも容易に可能としている。

その様なミキシングボックス内の圧力調整が可能なような開度を持つ事が圧力調整口には必要であり、本発明のミキシングボックスにおいては、エアコン11と熱交換型換気扇5及びボックス内の送風機12の運転時に、ミキシングボックスの開閉可能な圧力・風量調整口の面積が、少なくともボックス内圧力がボックス外圧力と略同一の圧力になるような開度を有し、閉鎖時には調整口が気密構造となることを特徴としている。

なお、エアコンの吹き出し風量、換気風量などが変化する場合には、送風機の能力を可変にしておく必要がある。インバーター回路を図示していないが、本発明のミキシングボックスへ送られる風量の変化による混合空気量の変化に対応するために、ミキシング内又は外部に設置された送風ファンの風量がインバーターによりコントロールされるシロッコファンであることも可能である。そのためには、センサー回路、インバーターを含む制御機構を組み込むことが一般的には必要である。そのためのコストは小さくなく、一般に市販されているエアコンを用いて勘弁に給気空気の温熱的改善とベーシックな室内の温熱環境を作るという本発明の趣旨に沿わないと判断される場合もある。また、インバーターを組み込んだ送風機もあるが、条件の変更のたびにインバーターを調整しなければならないものもある。

本発明の実施例では専門知識を持たない人が通常のメンテナンスにおいて、温度、風量、圧力が容易に調整でき、且つ、個々の機器の故障のリスク分散を図れるように、メカニズムを複雑にしないで簡易にシステムを組んでいる例を示している。

なお、熱交換換気扇、仕切り弁、送風機（シロッコファン）、エアコンを連結させて、一般換気系統と冷暖換気系統を使い分けるための電気回路を組む事はさして困難ではない。一例として回路図を図５に挙げる。本回路の特徴は停電後の各機器の作動が異なり、稼動する機械としない機械とに分かれ、系統に支障をきたすことを防ぐために自己維持機能を持たせて、手動で全てが一つのスイッチで再起動するように仕組まれている。また、各機器の稼動状態も把握でき、かつ、個別の操作も出来ることが特徴である。ただし、回路自体には、例えば電力使用量、積算電力計、温湿度センサーなど様々な機能を組み込むことも可能である。ここでは、一般換気と冷暖換気の使い分けの回路を組み込む事のみを請求している。

本発明は、一般的なセントラル式第1種熱交換換気システムにも適用しえる。そのシステムでの一般的な給気系統のダクトは、主給気ダクトから分岐を繰り返して、所定の空間に設けられた給気グリルから給気する方法が行われている。しかし、その様な場合の給気ダクト経路は長くなり、少なからぬ熱がダクト外周面から放出され、冷暖の効果を小さくするという問題を抱える。その様な懸念が大きい場合には、一般的な全館空調と同じように径の大きな断熱ダクトを給気用に使用しなければならない。室内との温度差が小さい本発明の冷暖換気方式では、適切なダクトシステムとはいえない。

給気ダクトの問題を解決する方法として、本発明の出願者の公開特許（特開168316：建築物の換気構造）が挙げられる。その公開特許に本発明を適用した図が、図２である。室内に給気を行なうダクトが、略垂直に設けられ、ダクト外周部に給気口を複数個有するダクトであり、かつ、前記ダクト回路に接続されている様子が示されている。公開特許の内容は、新たな換気の方式として、建物屋内の外周に排気グリルを配し、屋内の中央的な位置にセンターダクトを設けることによって、これまでにはない換気効果が得られるとしている。

更に、図４はセンターダクトを2本にして本発明に示されるダクト回路と接続した実施例である。

図２に関して若干の説明を加える。冷暖換気又は一般換気のために本発明システムを通過した給気用空気は、室内への給気用の主ダクトへ進む。その主ダクトであるセンターダクト9は、例えば図示されるように小屋裏から下方へと伸びている。センターダクトは、直線状ではなく、途中で屈折する場合もあるが、それはなんらセンターダクトの機能を損なうものではない。室内への給気はセンターダクト9に取り付けられている給気グリル20から行われる。供給された空気は室内を経て、多くは建物屋内の外周近くに設けられた排気グリル21を経て、還気用主ダクト21に集められて熱交換換気装置5へと還気する。還気した空気は、熱交換器によって外気とエンタルピーを交換して屋外へと排気される。

センターダクトによる給気方式は、ミキシングボックス以後の給気経路が極めて短いために、熱ロスも小さい。従来のように室内への給気温度を高くする為に、給気温度と室内温度とに大きな差をつくって給気しなくて済むという大きなメリットを備えている。尚且つ、前述したようにミキシングボックス内の混合空気の温度を調整すれば、センターダクト外周に断熱を施すことなく、夏季には結露を生じさせないで、短経路で熱ロスを少なくして、冷気の給気が可能である。センターダクトを一般に見られる金属や薄いプラスチックではなく、適度な厚さ、例えば2.5ｍｍ〜3.0ｍｍの厚さのプラスティックで製作すれば、その効果も明確に発揮しえる。

センターダクト方式による冷暖換気は、更なる可能性を提示している。それは、給気が持つ熱の活用に関し、更に言えば、快適な空間の現在的なつくり方に関係している。

センターダクト方式は、室温と給気温度の差が小さい本発明の冷暖換気にとっては、冷暖換気空気が持つ熱を十分に活用している。これまでの全館空調の給気は建物外周部で行われていた。その理由は、室内と大きな温度差をもった給気を先ずは開口部の冷気、熱気の対策、すなわち室内の温熱負荷対策に用いたからである。その様にしなければならない住宅の性能レベルにあったことが、全館空調という当時としては理想的なシステムを生み出したのであるが、現在の住宅の性能レベルは大きく異なることは前述した。これまでは、先ずは建物外周部の問題を解決して、次に中で生活する人の快適性を課題としたわけである。建物の熱負荷の解決を優先して、その後で人の直接的快適性を問題とした。それほどに外皮などの建物外周部が、屋外条件に左右されやすい建物であり、外周部の熱負荷を先ずは解決しなければ、人が生活する室内の快適性をもたらすことができなかったといえる。

これに対して、センターダクト方式での冷暖換気は、先ず屋内の中央部に冷暖換気空気を送り、室内で生活する人の快適温熱感覚に、先ず直接的に作用する。しかる後、屋内外周部に配置された排気グリルからの排気が、建物外周部の温熱的不快さの処理に役立つことになる。換気経路と給気の熱の活用経路とが合理的、効果的に一致する。外皮の性能、とりわけ開口部の性能の向上は、センターダクト方式の冷暖換気の効果を向上させ、さらには、健康的で、快適な、且つ効果的な省エネに結びつくことが期待されるところである。

また、センターダクト方式による冷暖還気は、図２に示されるように、下階の室内に給気するセンターダクトを延長させて床下などの非居室部分へも給気を行い、室内のみならず床下、壁内、階間の懐、未利用な小屋裏などの構造体内部をも冷暖房換気を行うことにも有効である。

センターダクトによる非居住空間部である床下、壁内、階間の懐、未利用な小屋裏などの構造体内部を単なる熱交換換気や普通換気である一般換気をする事の効果は、既に本出願者の公開特許において述べられている。ここでは、室内と同じ様に冷暖換気することの効果を述べる。

冷暖換気により室内に及ぼす温熱的効果は前述したが、床下、壁内、階間の懐、未利用な小屋裏などの構造体内部においても同様の効果が程度の差こそあれ期待される事は言うまでもない。現在において、建物の外皮である屋根、外壁、基礎の断熱・気密性能は向上したといえ、物理現象として影響を受け無いということではない。性能は向上しつつも、作用はあるのであって、その影響は免れない。その意味では、内断熱工法よりも優れているといわれる完全な外断熱工法で外皮を作る場合にも同じ事がいえる。

外断熱することにより、温熱的には小屋裏、外壁、懐、床下は必然的に屋内空間の一部となる。屋内に例えば冬季に温かく維持されている室内と、そうではない外壁、床下などが一体として屋内であることは、室内にもその影響が及ぶ事は容易に想像される。外断熱材を通過してくる屋外の状態は、室内に入る前にそれらの構造体内部の空間に影響を与える。しかし、室内と構造体内部は、現実には石膏ボードや床板で室内と外壁、床下が仕切られているに過ぎず、室内はそれらの非室内である構造体内部の空間の温熱に大きな影響を受ける。冷暖換気は、構造体内に冷気、暖気を給気することにより、室内への屋外の影響をより緩和することを目的としている。

構造体内の温熱は、例えば冬季には室内よりも僅かであるが低い。しかし、体感としてはその僅かな低さの温度が、周囲からの冷放射として不快感をもたらす。同じ室内気温であっても、周囲と在室する人との放射のやり取りにより体感温度は異なることは知られている。それは、熱の放射が絶対温度の４乗に比例する事と、放射物間の放射の相殺で体感温度が左右される事は周知の理屈となっている。例えば、放射暖房により周囲が暖まった室内と、同じ室内気温のエアコン（空気）暖房の室内での体感は異なっている。構造体内を冷暖換気するという事は、室内と構造体内部を区画する部材の温度を高めることに他ならない。構造体内への冷暖換気は、このようなメカニズムで在室する人の快適性感覚の満足度を向上させるといえる。

しかし、構造体内部への冷暖換気において注意しなければならない事もある。冷換気の給気の湿度が高い場合には、構造体内に結露をもたらす危険性がある。それは特に床下において注意されなければならない。基礎外断熱された床板スラブ面の表面温度は、例えば南関東においてはおおむね23℃〜25℃である。夏期の雨の時とその前後での相対湿度が非常に高い時には容易に結露が発生しやすい温度である。そのような空気を屋外から直接床下に入れれば、床下結露が生じる可能性はきわめて大きい。床下を冷換気することは、床下を構成する部材の温度を下げることになるが、それと共に結露を生じない湿度の低い給気を行なう必要がある。本発明は、換気空気量とエアコンの吹き出し空気量のミキシングボックス内にける調整で、給気空気の湿度の制御が可能である。湿度の低い給気により、これまでのジメジメした床下温熱状態は、より以上に健全な状態に改善されるといえる。

冷暖換気は、換気の明快さや確実さを維持しつつ、特別な装置を用いず、簡易なミキシングボックスの利用で、一般に市販されている安価な壁掛けエアコン等により、熱交換換気の給気の欠点を補うと共に、室内の温熱環境のみならず構造体内部の温熱環境をも冷暖換気することにより、屋内全体の好ましい温熱環境の形成に寄与するものである。

本発明は、今後の住宅建設に必須な換気を積極的に活用し、かつ、換気の持つ温熱的な難点を省エネで且つ安価な設備により室内の温熱環境にも寄与することによって、健康的で快適な換気を容易に得ることを可能とする。

高齢社会、超高齢地域における住宅が、健康的で快適である必要がある事は論を待たないが、生活の細かな点においては未だに課題を山積している。換気設備の設置が法的に義務付けられてから久しいが、未だに単に空気を入れ替えるだけ、法的基準さえ遵守すればその生活における意味は問わない等という形骸的意識も強く残っている。換気の不快さを取り除き、さらに健康的に快適に生活しえるよう換気を改善してゆく姿は現実には乏しい。その大きな原因の一つに設備とその運営のコストの問題がある。設置費用が低く、又、使用時のランニングコストも低く、かつ、メンテナンスも容易に安価に行なえる事は、時代の要請である。

人々は健常なる状態の維持と、可能であるならば健康の増進を強く求めている。その証拠に、より健康的で快適な暮らしの為に高齢者による新築が増加しているという地域もある。その住まいの換気が不全であっては、家そのもの意味を失う。

健常なる人を含め、健常に不安を持つ人たちが多い高齢社会において、多少ともでも、しかし日常生活の大きな一環である換気の改善を求めたい。
本発明は、従来の換気方法が持つ非健康的で、快適ではないという課題を解決すること、さらには、快適な室内の温熱環境にも寄与することを目的としている。

1・・・屋外フード
2・・・ダクト
3・・・外気清浄フィルター
4・・・ダクト
5・・・熱交換換気扇
6・・・ダクト
7−１、７−２・・・ダクト
8・・・ダクト
８−１・・・消音ダクト
9・・・給気主ダクト
10・・・ミキシングボックス
10−2・・・圧力・風量調整口
10−3・・・外気導入口
10−4・・・送風給気口
10−5・・・防音材
10−6・・・ケーシング
10−7・・・天蓋ネジ
10−8・・・気密パッキン
11・・・壁掛けエアコン
11−1・・・エアコン吸気口
12・・・送風機
20・・・センターダクトの給気口
21・・・排気口
Ｙａ、Ｙｂ、Ｙｃ・・・Ｙ分岐
Ｙａ−１、Ｙａ−2、Ｙｂ−１、Ｙｂ−2、Ｙｃ−１、Ｙｃ−２・・・仕切り弁

Claims (13)

1. 住宅全体の熱還流が５ＫＷ／平米以下の熱損で、気密性能Ｃ値が２以下であり、且つ、セントラル式第一種熱交換型換気方法を用いる住宅に適用される冷暖換気システムであって、
   熱交換器と、前記熱交換器と室内への給気主ダクトとの間に設けられるミキシングボックスとを有し、
   前記ミキシングボックスが、
   エアコンと、
   断熱、気密性能を有するケージングと、
   開閉可能な圧力調整口と、
   前記熱交換器に連通する外気導入口と、
   前記室内への給気主ダクトに連通し室内への混合空気を送る給気口と、
   当該ミキシングボックス内又は外部に設けられ、前記給気口を介して室内に混合空気を送る為の送風ファンとを有し、
   前記エアコンの吸気口は前記ミキシングボックスに覆われずに室内へ開口しており、
   前記ミキシングボックスが、前記熱交換器を経由して前記外気導入口より導入される換気の為の外気と、前記エアコンの吹き出し空気とを混合し、前記給気口から送出するようになっており、
   当該混合空気により、室内に冷気又は暖気を給気して換気することを特徴とする住宅の冷暖換気システム。
2. 前記ミキシングボックスは、当該ミキシングボックス内への前記エアコンの吹き出し風量と換気の風量の和が前記送風ファンの送風量に略等しく、かつ、前記圧力調整口の開度の調整により、前記ミキシングボックス内の静圧が室内気圧と比較して静圧が負の場合には室内の空気を前記ミキシングボックス内に取り込み、前記ミキシングボックス内圧力が正の場合には前記ミキシングボックス内空気をボックス外の室内に吐き出すことにより、エアコンの吹き出し風量と換気の風量の和と送風ファンの送風量と等しくなるように当該ミキシングボックス内の空気量を調整することを特徴とする請求項１記載の住宅の冷暖換気システム。
3. 前記ミキシングボックスの前記圧力調整口が閉鎖されている場合に、前記エアコンの吹き出し風量と前記換気の為の外気の風量の和と、前記ミキシングボックス内に設置される前記送風ファンの混合空気の室内への送風量との差によって生じる当該ミキシングボックス内の圧力と室内気圧との圧力差が±５Ｐａ以内であることを特徴とする請求項１又は２記載の住宅の冷暖換気システム。
4. 前記エアコン、前記熱交換器及び前記ミキシングボックス内の前記送風機の運転時に、前記ミキシングボックスの前記開閉可能な圧力調整口の面積が、少なくとも前記ミキシングボックス内圧力を前記ミキシングボックス外圧力と略同一の圧力にしえる開度を有し、閉鎖時には前記圧力調整口が気密構造となることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の住宅の冷暖換気システム。
5. 前記ミキシングボックス内への前記エアコンからの吹き出し風量と換気の風量の変化による混合空気量の変化に対応において、前記圧力調整口を閉鎖したままで前記ミキシングボックスからの送風風量を調整するために、前記送風ファンの風量がインバーターによりコントロールされるシロッコファンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の住宅の冷暖換気システム。
6. 前記ミキシングボックスは、上面または外周面の一部または全部が脱着可能な構造となっており、かつ、装着時には前記エアコンの前記吸気口以外の前記ミキシングボックス部分は気密構造となっている事を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の住宅の冷暖換気システム。
7. 前記熱交換器から送られる外気を前記ミキシングボックス又は前記ミキシングボックスを経由しないダクトに分岐する分岐部1（Ya）と、前記ミキシングボックスの給気口からの混合空気を送風するダクトと前記ミキシングボックスを経由しないダクトとが接続される分岐部2（Yb）を有し、それぞれの分岐部または分岐部に接続するダクトの所要箇所に仕切り弁を有し、分岐部2が室内に給気するダクトに接続しているダクト回路を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の住宅の冷暖換気システム。
8. 前記ミキシングボックスの天蓋及び点検口が開放可能な構造となっており、前記エアコンの冷暖房運転時に前記ミキシングボックスの天蓋と点検口を開放し前記エアコンからの冷暖気を前記ミキシングボックスが設置されている空間へ吹き出し、一方では換気系統の回路を維持して屋内の全般換気が可能な前記ミキシングボックスとダクト回路である事を特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の住宅の冷暖換気システム。
9. 室内に給気を行なうダクトが略垂直に設けられ、ダクト外周部に給気口を複数個有するダクトであり、かつ、前記ダクト回路に接続したことを特徴とする請求項７に記載の住宅の冷暖換気システム。
10. 前記分岐部２に接続する室内に給気するダクトが分岐部3（Yc）に接続し、分岐部3から分岐される複数のダクトが前記ダクトであることを特徴とする請求項９記載の住宅の冷暖換気システム。
11. 前記室内に給気するダクトを延長させて床下、小屋裏などの非居室部分へも給気を行い、室内のみならず床下、壁内、階間の懐、未利用な小屋裏などの構造体内部をも冷暖房換気を行うことを特徴とする請求項９または請求項１０記載の住宅の冷暖換気システム。
12. 前記熱交換器、前記仕切り弁、前記エアコンを組み合せて、一般換気系統と冷暖換気系統を使い分けるための電気回路を形成し冷暖換気を行うことを特徴とする請求項９記載の住宅の冷暖換気システム。
13. 住宅の換気システムの熱交換器と給気主ダクトとの間に設けられるミキシングボックスであって、
    エアコンと、
    断熱、気密性能を有するケージングと、
    開閉可能な圧力調整口と、
    前記熱交換器に連通する外気導入口と、
    室内への前記給気主ダクトに連通し室内への混合空気を送る給気口と、
    当該ミキシングボックス内又は外部に設けられ、前記給気口を介して室内に混合空気を送る為の送風ファンとを有し、
    前記エアコンの吸気口は当該ミキシングボックスに覆われずに室内へ開口しており、
    前記熱交換器を経由して前記外気導入口より導入される換気の為の外気と、前記エアコンの吹き出し空気とを混合し、前記給気口から送出し、当該混合空気により、室内に冷気又は暖気を給気して換気することを特徴とする住宅の冷暖換気システム用のミキシングボックス。

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