JP2018080904A - 都市型パッシブデザイン - Google Patents

Abstract

【課題】 都市部などの立地で屋根面集熱に代わり、温室空間と空気循環システムと建物の蓄熱体を使い、太陽光（熱）、そして風を利用して建物の温熱環境を良好にするための装置を提供する。【解決手段】 冬の昼、日射によって、２重サッシの温室空間１の空気が、上方から下方へ送風する換気扇ａ８によって１階床下空間１７へいき、ここで鉄筋コンクリート造の基礎１１を暖め蓄熱させながら、暖気が室内をめぐり鉄筋コンクリート造の上屋２０を蓄熱させながら上昇し、３階天井付近の空間１８にたまる。そして２重サッシの温室空間１の日射によって暖められた空気とともに循環を繰り返す。希望する室温に達しない場合には、自動運転する空調機の暖かい空気と合わさり循環する。このようにして常に希望する室温が維持される。冬の夜、春と秋、夏の昼、夏の夜それぞれに対応したの利用方法がある。【選択図】図１

Description

本発明は、開閉可能な２重サッシで構成された温室空間と空気循環システムと建物の蓄熱体を使い、太陽光（熱）、そして風を利用して建物の温熱環境を良好にするための装置である。

従来、屋根面に集熱装置を設け、その熱を床下に送りに建物を暖める装置はあった。（特許文献１参照）
また、壁面で太陽熱を集め基礎やそれと一体となった壁面から放熱させる装置もあった。（特許文献２参照）。

特開平０６−３１３６３１号公報 特開２００９−０６３２００号公報

そのため、次のような課題があった。
（イ）特許文献１に示される先行技術は、屋根面に設ける集熱機で、南側へ下がる勾配の屋根に設け太陽光を集める必要があった。反面、都市部で太陽光を十分取得するためには、南側の屋根を高くして北側へ下がる勾配にする必要があった。また、建築基準法の北側斜線や高度地区斜線などの規制からも、同様に北側へ下がる勾配を求められることが多く屋根面での集熱ができないことも多い。
（ロ）特許文献２に示される先行技術は、壁面集熱装置ではあるが建物全体に循環させる構成のものはなかった。
本発明は、これらの問題点を解決するためになされたものである。

本発明は、住宅等の建物の日射を受けやすい最上階などに温室を設け、その空気を建物全体に行きとどかせ暖かくすることを主な目的とした装置である。
都市部に多い３階建ての住宅を例として説明する。
住宅の３階部分の太陽の日射の多い南側に開閉できる２重サッシでてきた温室空間を設けてある。その温室空間の天井付近から建物の最下部のコンクリートの基礎床付近までを管をつないでいる。その管には空気を温室から基礎の床まで運ぶ換気扇と基礎床から温室へ運ぶ換気扇の二つがそれぞれ連結されている。そして片方の換気扇が作動しているときは、もう一方の換気扇へは、空気が流れないように弁が自動で閉じるように制御する仕組みになっている。あるいは、この空気の流れを正回転、逆回転と切り替えのできる一台の換気扇で構成する場合もある。換気扇を設定温度で作動さるために温室の天井付近に温度センサーを取り付けて室内の任意の場所の設置する操作盤とつなげている。操作盤の役目は温度センサーによって設定温度に到達すると自動運転を開始させる事である。また、手動運転への切り替えと送風方向の切り替えを行う。このように空気の流れに合わせて必要な吸気・排気弁と温室の内の外側に設けるブラインドから構成される装置である。建物には、この温室に面して３階から１階までつながる吹き抜けなどの空気が流通する空間がある。尚、３階を例として説明したが、階数は、３階以上であっても３階以下であっても日射が有効であればかまわない。また、コンクリート造の上屋は、木造あるいは鉄骨造の上屋にする場合もある。以上を特徴とする都市型パッシブデザインである。

都市型パッシブデザインは、建築基準法や敷地の余裕のない立地でも建物の南側の最上部に温室空間を設け、そこで取得した太陽熱を有効に利用できるようしたシステムである。また、最上部でなくとも日照が十分得られる場所に設置することで有効に利用できるシステムである。
その効果は、冬場は太陽光の熱を温室空間に効果的に集め、そこで暖められた空気を建物全体に循環させ暖める。この空気の循環によって、建物の基礎をはじめ壁、床、天井に熱が蓄熱され、輻射熱として放熱する作用がうまれ室温を上げ過ぎることなく快適な温熱環境を実現できる。
秋や春の中間期には、室内の暖まった空気を最上部の窓から排出する重力換気は、効率的に外気を取りこむことに役立つ効果がある。
また、夏の夜などに外気の冷えた空気を取りこみ建物のコンクリート部に蓄冷させて昼間に放冷させる効果もある。
そして、夏季において、通常のブラインドの使用方法では、太陽光を遮蔽しても、太陽熱自体は室内に取りこまれてしまう。しかし、都市型パッシブデザインの場合は、２重サッシの空間までは熱が入るが、室内には熱が取りこまれないので遮熱効果が大きく、室温が安定する。
また、都市部において最上階に開口を設けることは、採光上大変効果が高いが、コールドドラフトをおこすリスクがあるが、このシステムの場合はコールドドラフトが起こらない。

本発明の実施例を示す構造図 本発明においてブラインドを外に設置した実施例構造図 図１に示す本発明において上屋が木造あるいは鉄骨造の場合を示す構造図

図１の説明において、鉄筋コンクリート造の上屋２０と鉄筋コンクリート造の基礎１１は、断熱材２１によって開口部以外おおわれている。
冬の昼（晴れ）
日射によって、２重サッシの温室空間１の空気が温まり運転操作盤６に設定した温度に２重サッシの空間１の空気が達すると温度センサー２が感知し、上方から下方へ送風する換気扇ａ８が作動し、２重サッシの空間１の暖かい空気が管５を通って１階床下空間１７へいく。ここで鉄筋コンクリート造の基礎１１を暖め蓄熱させながら床に設けた通気口１０を通り暖気が室内をめぐり鉄筋コンクリート造の上屋２０を蓄熱させながら上昇し、３階天井付近の空間１８にたまる。このとき開閉弁ａ１２と開閉弁ｂ１３の弁は開いており、開閉弁ｃ１４は閉じている。３階天井付近の空間１８にたまった空気は開閉弁ｂ１３から開閉弁ａ１２に吸い寄せられ２重サッシの温室空間１の日射によって暖められた空気とともに管５を通り１階床下空間１７にいき、この循環を繰り返す。このとき、空調機ａ１５は、自動運転状態にしてあり、２重サッシの温室空間１の暖められた空気の循環だけで、希望する室温に達しない場合に自動的に運転することなり、２重サッシの温室空間１の空気とともに循環する。このようにして常に希望する室温が維持される。また、内側開閉窓４に面する空気の流通路１９の吹き抜け空間には、コールドドラフトが起きやすいが、外側開閉窓３と２重サッシの温室空間１と内側開閉窓４の断熱効果によってコールドラフ現象がほとんど起きなくなる。以上のようにして１階から３階まで温度差のない室内環境をつくり出すことができる。また、蓄熱された鉄筋コンクリート造の上屋２０は輻射熱効果もうんでいる。
冬の夜
操作盤６を手動運転に切り替え、上方から下方へ送風する換気扇ａ８を作動させる。空調機ａ１５は、自動運転で希望する温度に設定して運転させておく。空調機ａ１５の暖房運転でつくられた暖かい空気は、鉄筋コンクリート造の上屋２０を蓄熱させながら家中を暖め、３階天井付近の空間１８へ上昇していき、上方から下方へ送風する換気扇ａによって 開閉弁ｃ１４に吸いこまれ管５を通過して１階床下空間１７に送りこまれる。ここから、床に設けた通気口１０を通り空調機ａ１５の暖気と共に３階天井付近の空間１８へ家中を暖めながら上昇していく。この循環を繰り返し、常に希望する室温が維持される事になる。また、内側開閉窓４に面する空気の流通路１９の吹き抜け空間には、コールドドラフトが起きやすいが、外側開閉窓３と２重サッシの温室空間１と内側開閉窓４の断熱効果によってコールドラフ現象がほとんど起きなくなる。以上のようにして１階から３階まで温度差のない室内環境をつくり出すことができる。また、蓄熱された鉄筋コンクリート造の上屋２０は輻射熱効果もうんでいる。
春と秋
昼夜問わず、通風によって外気を取りこみたいときに外側開閉窓３と内側開閉窓４の窓を開ける。
また、このとき３階天井付近の空間１８にたまっている暖気が外気より暖かい時は、重力換気の作用で効率よく暖気が排出される。
またブラインド７の調整で日射（熱）を取入れたり、遮蔽しながら通風を行ったりすることで希望する室温に調整する事ができる。
夏の昼
ブラインド７によって日射を遮蔽し、そこで発生した熱は、外側開閉窓３を開けておき外部へ排出させる。これにより、２重サッシの温室空間１の室温は、ほぼ外気温と同じ程度までになり高温にはならない。このとき、内側開閉窓４は閉じていて外気が室内に侵入しない。また、開閉弁ａ１２と開閉弁ｂ１３は閉じており 開閉弁ｃ１４は開いている。空調機ｂ１６を希望する温度で設定して自動運転で冷房している。冷気は、家中をめぐりながら下降していき床に設けた通気口１０を通り１階床下空間１７にたまる。このとき操作盤６を手動運転で下方から上方へ送風する換気扇ｂ９を運転させており、１階床下空間１７にたまった冷気を３階天井付近の空間１８へ管５を通して冷気を送る。この循環を繰り返し、常に希望する室温が維持される事になる。また、１階から３階まで温度差のない室内環境をつくり出すことができる。また、蓄冷された鉄筋コンクリート造の上屋２０は輻射冷却効果もうんでいる。
夏の夜
外気温が下がり、室内温度より低い場合に外側開閉窓３と内側開閉窓４の窓を開ける。すると重力換気作用によって外気が入り家中を冷やしながら１階床下空間１７へ冷気がたまりコンクリートの基礎１１を冷やし蓄冷する。翌日の昼の運転の際に冷気を放ち循環させることで冷房運転を助ける。
図２の説明
ブラインド７は、図１では２重サッシの温室空間に設けている。しかし図２のように屋外側へ設けた方が遮熱効果は高くなるので、都市型パッシブデザインでは屋外に設置する場合もある。反面、屋外設置用のプラインドは高価な上、風雨の影響で故障が起きやすい。そこで、本発明では図１のように屋内に設置しても高い遮熱効果を得られるように造られている。
図３の説明
図１では、鉄筋コンクリート造の上屋２０と鉄筋コンクリート造の基礎１１で建物がつくられており、蓄熱容量が大きく空調機ａ１５や空調機ｂ１６、 上方から下方へ送風する換気扇 ａ ８や下方から上方へ送風する換気扇 ｂ９を停止させても長時間室温を維持できる。図３では、木造あるいは鉄骨造の上屋２２とコンクリート造の基礎１１で建物がつくられているので、図１の鉄筋コンクリート造の上屋２０と鉄筋コンクリート造の基礎１１でつくられた建物より蓄熱熱容量は少ないので、室温を維持できる時間は短くなるが、この場合であっても都市型パッシブデザインとしては有効に機能する。

１ ２重サッシの温室空間
２ 温度センサー
３ 外側開閉窓
４ 内側開閉窓
５ 管
６ 操作盤
７ ブラインド
８ 上方から下方へ送風する換気扇 ａ
９ 下方から上方へ送風する換気扇 ｂ
１０ 床に設けた通気口
１１ 鉄筋コンクリート造の基礎
１２ 開閉弁ａ
１３ 開閉弁ｂ
１４ 開閉弁ｃ
１５ 空調機ａ
１６ 空調機ｂ
１７ １階床下空間
１８ ３階天井付近の空間
１９ 空気の流通路
２０ 鉄筋コンクリート造の上屋
２１ 断熱材
２２ 木造あるいは鉄骨造の上屋

Claims (1)

1. 本発明は、住宅等の建物の日射を受けやすい最上階などに温室を設け、その空気を建物全体に行きとどかせ暖かくすることを主な目的とした装置であり、都市部に多い３階建ての住宅を例として説明するのであるが、
   住宅の３階部分の太陽の日射の多い南側に開閉できる２重サッシで出来た温室空間を設けてあり、その温室空間の天井付近から建物の最下部のコンクリートの基礎床付近までを管をつないでおり、その管には空気を温室から基礎の床まで運ぶ換気扇と基礎床から温室へ運ぶ換気扇の二つがそれぞれ連結されており、
   片方の換気扇が作動しているときは、もう一方の換気扇へは、空気が流れないように弁が自動で閉じるように制御する仕組みになっている場合と、
   この空気の流れを正回転、逆回転と切り替えのできる一台の換気扇で構成する場合もあるが、
   換気扇を設定温度で作動さるために温室の天井付近に温度センサーを取り付けて室内の任意の場所の設置する操作盤とつなげており、
   操作盤の役目は温度センサーによって設定温度に到達すると自動運転を開始させる事であり、手動運転への切り替えと送風方向の切り替えを行うが、
   このように空気の流れに合わせて必要な吸気・排気弁と温室の内の外側に設けるブラインドから構成される装置であり、
   建物にはこの温室に面して３階から１階までつながる吹き抜けなどの空気が流通する空間がある場合や、階数は３階以上であっても、３階以下であっても日射が有効であればかまわないし、
   温室内に設置するブラインドは屋外に設置する場合もあり、鉄筋コンクリート造の上屋は、木造あるいは鉄骨造の上屋にする場合もある事を特長とする都市型パッシブデザイン。