JP2020046159A - 外気吸引と熱交換換気による省エネルギー建屋及び外気吸引と熱交換換気による建屋の省エネルギー温調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】負圧により吸引する外気を還流空気に混合して得られる温度差で室内空気の無負荷対流を図り、また熱交換換気装置により外気を加温して屋内に供給して暖房費の節減を図る外気吸引と熱交換換気による省エネルギー建屋及び外気吸引と熱交換換気による建屋の省エネルギー温調方法を提供する。【解決手段】気密構造の建屋本体１内は、熱交換換気装置２２により外気吸込み量＜屋外排気量に設定して常時負圧状態に維持している。床下空間７に設けた断熱構造の定温室１８には外気吸引管１９を介して外気が、一階床部６に設けた回帰口１６を介して二階空間１３と一階空間９から循環空気が供給されて混合し、床下空間７に放出される。床下空間７と二階空間は上昇風道１７により、二階空間１３と回帰口１６は下降風道１４によって屋内空気が還流する。【選択図】図１

Description

本発明は、負圧により建屋内に常時吸引する外気を建屋内で温度差により還流する屋内空気に混合して低温化することにより対流を促進し、また吸込む外気を排出する室内空気と熱交換することにより建屋内の温調を省エネルギーで実現する外気吸引と熱交換換気による省エネルギー建屋及び外気吸引と熱交換換気による建屋の省エネルギー温調方法に関する。

住宅の換気には、強制給気と強制排気を行う第１種換気、強制給気により建屋内の空気を押し出して自然排気する第２種換気、強制排気により負圧で外気を建屋内に吸引する自然給気を行う第３種換気があるが、いずれの換気方法も電動ファンに依存するものである。他に、外気と屋内空気との温度差による対流運動を利用して換気を行う自然対流式換気方法も知られている（特許文献１）。

この自然対流式換気方法は、床下空間に給気手段により外気を供給し、床下空間に設置した蓄熱暖房装置により外気と循環空気を暖めて吹出開口部から居住空間に吹出し、暖気の一部を排気手段から建物の外に排出し、居住空間を巡った暖気は回帰開口部から床下空間に回帰させ、回帰空気量制御手段により回帰開口部から床下に回帰する空気の量を増減制御して吹出開口部から吹出す暖気吹出量を調整する技術である。

第４３９２５０８号特許公報

従来の第一種から第三種の換気方法は、電動ファンの力で換気を行うものであるから電気代が嵩む、住宅内の冷暖房に別途冷暖房器具が必要で、この電気代やガス代のエネルギー代が掛るという諸欠点がある。また、特許文献１の技術は、省エネルギーであるが、床下への循環空気の回帰量は機械的に制御すること、外気と循環空気の温度差は自然対流にのみ利用するもので温調に関係していないこと、風量が不定で風圧も弱いので空気浄化装置を組付けると外気が供給されずに対流運動が停止するという未解決の問題点がある。

また、給気量＝排気量に設定する第１種換気、給気量＞排気量に設定する第２種換気、また外気温度が屋内温度より低い気象条件で、換気により屋内圧が屋外圧と同等または高い場合、とりわけ厳冬期では温かい室内空気の上昇圧は更に高まるので建屋の隙間から屋外に漏洩しやすくなり、吸引する外気との熱交換に利用できない排気熱が必ず生じてしまうことから熱交換効率が劣るという問題がある。

本発明は上述した従来技術の欠点や未解決の問題点に鑑みなされたもので、負圧により吸引する外気を還流空気に混合して得られる温度差で室内空気の無負荷対流を図り、また第３種換気の建屋に熱交換換気装置を用いることにより排気熱を損失することなく外気を加温して屋内に供給することで暖房費の節減を可能にした、要すれば外気を排気熱と還流空気でダブルで予熱するようにした外気吸引と熱交換換気による省エネルギー建屋及び外気吸引と熱交換換気による建屋の省エネルギー温調方法を提供することを目的とする。

（１）上述した課題を解決するために構成した請求項１に係る本発明の手段は、床下空間、一階空間及び上部空間を有する気密構造の建屋本体と、前記床下空間に設けられ、外気吸引管を介して吸引される外気及び一階床部に設けた回帰口を介して前記上部空間及び前記一階空間から流入する室内空気とを混合して該床下空間に放出する断熱構造の定温室と、前記床下空間を前記上部空間に連通する上昇風道と、前記建屋本体に設けられ、吸気口が前記上部空間に開口する屋内吸気管、供給口が前記床下空間に開口する外気供給管が夫々接続され、屋外に開口する外気吸入口及び屋外放出口が夫々接続されて吸引外気と排出屋内空気とで熱交換換気を行う熱交換換気装置と、前記定温室の下流側に位置して前記床下空間に配置した熱源とから構成し、前記床下空間内の空気を前記熱源で加温し、上昇気流として前記上昇風道を介して前記上部空間に供給することにより該上部空間を加温し、温度差により該上部空間から前記一階空間に流下するリターン空気は前記回帰口から前記定温室に流入させ、負圧により導入する外気と混合して前記床下空間に放出し、前記熱交換換気装置は、外気吸込み量＜屋外排気量に設定して前記建屋本体内を常時負圧状態に維持し、前記外気導入管から外気を前記定温室に供給して該定温室を低温に保持して前記建屋本体内に温度差を維持してリターン流量を確保し、前記熱交換換気装置により吸引した外気は外気温度に対応して熱交換し、前記外気供給管から前記床下空間に放出することにより加温空気を生成するようにしたことにある。
（２）そして、前記上部空間は、一階天井裏空間又は二階空間である。
（３）また、前記外気吸引管は、前記定温室内に開口する先端に風量調整具を設けるとよい。
（４）また、前記熱交換換気装置は、必要に応じて熱交換機能を停止できるものであるとよい。
（５）更に、前記熱交換換気装置は、吸気量及び排気量を個別に制御することが可能であるとよい。
（６）更にまた、請求項６に係る本発明は、気密構造からなる建屋本体の床下空間に設置する断熱構造の定温室内で、負圧により吸入した外気及び前記建屋本体内を温度差により還流して流入する屋内空気を混合して前記床下空間に放出し、該床下空間内で熱源により加温して前記建屋本体内に上昇気流により流動させ、前記建屋本体内に配置する熱交換換気装置は外気吸込み量＜屋外排気量に設定して前記建屋本体内を常時負圧状態に維持し、かつ外気温度に対応して放出する室内空気と吸引する外気との間で熱交換を行い、熱交換空気を前記床下空間に放出して該床下空間内の空気を加温するようにしたものからなる。

本発明は上述の如く構成したから下記の諸効果を奏する。
（１）常時負圧にして吸引する外気を定温室で還流空気と混合することにより還流空気の低温化を図り、温度差により屋内空気の無負荷対流を促進するので、暖房費を節減することができる。
（２）定温室に供給する外気と還流する屋内空気とは、温度差に比例して屋内空気のリターン流量が減少し或いは増加する現象を利用するので、動力源を用いないで建屋内の温調を図ることができるし、熱源に掛る負荷を小さくできるので低コストで換気と温調空気を図ることができる。
（３）上部空間は、一階天井裏空間でも二階空間でもよいので、１階建でも二階建でも省エネルギー家屋にすることができる。
（４）外気吸引管の定温室内に開口する先端に風量調整器を設け、建屋の規模に応じて吸引する外気の自然吸引量を調整することができる。
（５）熱交換と換気を１台の機器で行うので広い設置場所は必要でないし、熱交換機能は必要に応じて稼働するので快適な生活温度に設定できると共に省エネルギーを図ることができる。
（６）熱交換換気装置は吸気量及び排気量を個別に制御することが可能であるから、外気吸込み量＜屋外排気量に設定して建屋本体内を常時負圧状態に維持することができる。

本発明の実施の形態に係る二階建て建屋の全体構成を示す断面図である。 定温室の外観斜視図である。 定温室の縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。図１において、１は気密構造からなる二階建の建屋本体、２は該建屋本体１を構成して地盤Ｇに敷設したスラブ、３は該スラブ２の周囲に起立した基礎、４、４、・・は該基礎３に立設した４面の外壁、５は該外壁４の上に設置した屋根部である。６は前記スラブ２に対面して前記基礎３に支持させて設けた一階床部で、該一階床部６とスラブ２の間に床下空間７が画成してある。

８は一階天井部で、該一階天井部８と一階床部６とによって一階空間９が形成してある。１０は二階床部で、一階天井部８と二階床部１０とによって屋根裏空間（ふところ空間）１１が画成してある。また、二階床部１０と二階天井部１２によって二階空間１３が画成してある。該二階空間１３は階段１４によって一階空間９と連通しており、該階段１４は下降風道として機能している。

建屋本体１は上述の構成からなり、一階床部６には床下空間７と一階空間９に連通する床ガラリ１５が設けてあり、また前記階段１４下に位置して一階床部６にはガラリを設けた回帰口１６が形成してあり、後述する定温室１８に連通している。１７は床下空間７から二階空間１３に連通して設けた通気管からなる上昇風道である。なお、上昇風道は管状である必要はなく、外壁４の内面に沿ってスリット状に形成してもよい。

１８は前記回帰口１６に連通して床下空間７に設置した断熱構造の定温室である。該定温室１８は図２及び図３に示すように四角形の箱型に形成してあり、一側の側面板１８Ａに後述する外気吸引管１９の先端側が挿入してある。天板１８Ｂには回帰口１６に連通する流入口１８Ｃが設けてあり、前記側面板１８Ａに対して直角方向の側面板１８Ｄには床下空間７に開口する放出口１８Ｅが形成してある。
上記の構成からなる定温室１８では、供給される外気を屋内の還流空気に混合して定温室１８内の温度を下げることで、屋内温度との間で得られる温度差により還流空気の無負荷対流を維持している。

１９は前記定温室１８内に負圧により外気を自然供給し、定温室１８内部を冷やし続けるための外気吸引管で、該外気吸引管１９は吸込み口１９Ａ側が外壁４に挿嵌して屋外に開口し、先端側の放出口１９Ｂ側は定温室１８内に挿入してあり、放出口１９Ｂには例えば回動操作することにより開口量の設定を変えて風量の調整が可能なレジスター１９Ｃが設けてある。また、外気吸引管１９の途中には塵埃除去フィルター２０が設けてある。
２１は定温室１８の下流側に位置して床下空間７に配置した熱源を示す。該熱源２１は床下空間７内を流動する空気を加温するためのものであり、大きな熱量を必要としないので、例えばエアコンディショナーを用いるとよいが、ガス式や電気式の暖房器具を用いてもよい。

更に、２２は前記ふところ空間１１で、外壁４に近い位置に設置した熱交換換気装置である。該熱交換換気装置２２は、２４時間換気を行い、また操作ＳＷにより必要に応じて熱交換機能の停止、吸気量と排気量の個別の制御が可能な機能を有している。そして、熱交換換気装置２２には、吸気口２３Ａが二階空間１３に開口する屋内吸気管２３と、供給口２４Ａが床下空間７に開口する外気供給管２４が接続してある。
また、熱交換換気装置２２には熱交換した屋外排気を屋外に放出するための外気放出口２５と、外気を吸引して熱交換を行って外気供給管２４に送るための外気吸込み口２６が接続してあるが、外気放出口２５も外気吸込み口２６も外壁４の近傍に設けることでダクトレスに構成してある。

熱交換換気装置２２は家屋本体１内外の吸気と排気による換気を行っており、外気吸込み量約５〜６割に対して屋外排気量を約１０割とする外気吸込み量＜屋外排気量の関係にすることにより、建屋本体１内は常時負圧状態に維持し、この負圧により外気吸引管１９から約５〜４割の外気を定温室１８に自然供給するが、この供給割合の調整はレジスター１９Ｃによって設定してある。

本実施の形態は上述の構成からなるもので、次にその作用について説明する。
先ず、年間を通して２４時間換気を行い、必要に応じて熱交換を行う熱交換換気装置２２は、二階空間１３の空気を屋内吸気管２３から吸い込んで屋外放出口２５から屋外に排気する。また、外気吸込み口２６から吸い込んだ外気は外気供給管２４を介して供給口２４Ａから床下空間７に放出する。

建屋本体１内で外気吸込み量に対して屋外排気量を大とする外気吸込み量＜屋外排気量の関係を保つことにより、建屋本体１内は常時負圧状態に維持することにより、外気吸引管１９を介して外気が常時吸引されて定温室１８に自然供給される。外気吸引管１９には開閉量が可変のレジスター１９Ｃが設けてあり、その開閉量は建屋の規模によって決まる自然供給量を適正に調整するためのもので、建屋の設計段階で設定するものである。

次に、建屋本体１内の空気の流れを説明する。建屋本体１内は常時負圧状態にあり、定温室１８には外気吸引管１９を介して外気が供給されている。また、床下空間７では熱源２１により温められた空気が上昇気流Ｓとなって床ガラリ１５から一階空間９内に流入し、上昇風道１７を通って二階空間１３に流入し、各空間９、１３を暖房する。両空間の暖房により放熱して温度が低下した屋内空気は定温室１８との温度差によって下降気流Ｔとなって階段１４等の下降風道を通って回帰口１６に流入し、一階空間９の空気も下降気流Ｔとなって定温室１８に流入し、定温室１８では外気と還流空気が混合されて温度が低下する。
このように、定温室１８と一階空間９／二階空間１３との間に温度差が形成されることで、建屋本体１内で室内空気の無負荷還流が図られる。

ここで、各空間９、１３から定温室１８に還流するリターン流量の増減について説明する。リターン流量は屋内温度、外気温度及び熱源２１の温度の３要素によって決定される。屋内温度と外気温度の温度差によって建屋本体１内での循環量が決まり、屋内温度に対して外気温度が低い、即ち温度差が大きいほど循環量が増えることになり、外気温度と屋内温度が略同じであれば、熱源２１の温度を上げ屋内空気を加温することで循環量を増やすことが出来る。

このように、定温室１８への屋内空気の流入量は外気温度との温度差に比例し、温度差が大きいほど定温室１８への室内空気のリターン流量が増加するので、温度がより均一化された温調空気を生成できる。温調空気は定温室１８の放出口１８Ｅから床下空間７に放出され、必要に応じて熱源２１で加温されて上昇気流Ｓとなって上記の流れで建屋本体１内を還流する。

建屋本体１内における上記した空気の流れを踏まえて、熱交換換気装置２２の作動について説明する。春や秋のように外気温度と室内温度の温度差が少ない時期（外気温１５〜２３℃では熱交換の意味がないため）や、外気温度が低くなる時期（外気温１０℃以下では吸気量を抑制するのが望ましいため）では、吸気側の風量を自動的に下げて換気装置２２の消費電力を節減する省エネモードで運転する。
また、外気が冷たい冬季には、吸込む冷たい外気は排出する屋内空気との間で熱交換を行い、冷たい外気を加温して床下空間７に供給することで、熱源２１の電気（ガス）消費量を抑制して省エネ化を図り、屋内暖房費を低く抑えることができる。

他方、外気温度が屋内空気の温度より高い夏季の場合は、熱源２１はオフの状態に設定し、熱交換換気装置２２は稼動して吸引する暖かい外気は気密構造により冷たい室内空気と熱交換して温度を下げ、外気供給管２４から床下空間７に放出する。負圧により定温室１８に供給されている温かい外気も定温室１８で冷たい還流空気と混合することで低温化し、屋内空気の温度をより最適にすることができる。

また、気温が温暖な春と秋には、熱交換換気装置２２は駆動して建屋本体１内を負圧状態に維持し、吸引した外気は床下空間７に導入して定温室１８からの混合空気と混合して還流させる。この場合、外気と放出空気との間で熱交換を行うかは外気温度により判断し、外気温度が高い場合は熱交換して温度を下げた外気を床下空間７に供給する。たほう、外気温度と室内温度に大差が無い場合は、熱交換は行わないで床下空間７に供給し、省エネを図る。

１ 建屋本体
６ 一階床部
７ 床下空間
９ 一階空間
１３ 二階空間（上部空間）
１６ 回帰口
１７ 上昇風道
１８ 定温室
１９ 外気吸引管
１９Ｃ レジスター（風量調整具）
２１ 熱源
２２ 熱交換換気装置
２３ 屋内吸気管
２３Ａ 吸気口
２４ 外気供給管
２４Ａ 供給口
２５ 屋外排気口
２６ 外気吸入口

Claims (6)

1. 床下空間、一階空間及び上部空間を有する気密構造の建屋本体と、前記床下空間に設けられ、外気吸引管を介して吸引される外気及び一階床部に設けた回帰口を介して前記上部空間及び前記一階空間から流入する室内空気とを混合して該床下空間に放出する断熱構造の定温室と、前記床下空間を前記上部空間に連通する上昇風道と、前記建屋本体に設けられ、吸気口が前記上部空間に開口する屋内吸気管、供給口が前記床下空間に開口する外気供給管が夫々接続され、屋外に開口する外気吸入口及び屋外放出口が夫々接続されて吸引外気と屋外排気とで熱交換換気を行う熱交換換気装置と、前記定温室の下流側に位置して前記床下空間に配置した熱源とから構成し、前記床下空間内の空気を前記熱源で加温し、上昇気流として前記上昇風道を介して前記上部空間に供給することにより該上部空間を加温し、温度差により該上部空間から前記一階空間に流下するリターン空気は前記回帰口から前記定温室に流入させ、負圧により導入する外気と混合して前記床下空間に放出し、前記熱交換換気装置は外気吸込み量＜屋外排気量に設定して前記建屋本体内を常時負圧状態に維持し、前記外気導入管から外気を前記定温室に供給して該定温室を低温に保持して前記建屋本体内に温度差を維持してリターン流量を確保し、前記熱交換換気装置により吸引した外気は外気温度に対応して熱交換し、前記外気供給管から前記床下空間に放出することにより加温空気を生成するようにしてなる外気吸引と熱交換換気による省エネルギー建屋。
2. 前記上部空間は、一階天井裏空間又は二階空間である請求項１記載の外気吸引と熱交換換気による省エネルギー建屋。
3. 前記外気吸引管は、前記定温室内に開口する先端に風量調整器を設けてあることを特徴とする請求項１記載の外気吸引と熱交換換気による省エネルギー建屋。
4. 前記熱交換換気装置は、必要に応じて熱交換機能を停止できるものである請求項１記載の外気吸引と熱交換換気による省エネルギー建屋。
5. 前記熱交換換気装置は、吸気量及び排気量を個別に制御することが可能であることを特徴とする請求項１記載の外気吸引と熱交換換気による省エネルギー建屋。
6. 気密構造からなる建屋本体の床下空間に設置する断熱構造の定温室内で、負圧により吸入した外気及び前記建屋本体内を温度差により還流して流入する屋内空気を混合して前記床下空間に放出し、該床下空間内で熱源により加温して前記建屋本体内に上昇気流により流動させ、前記建屋本体内に配置する熱交換換気装置は外気吸込み量＜屋外排気量に設定して前記建屋本体内を常時負圧状態に維持し、かつ外気温度に対応して放出する室内空気と吸引する外気との間で熱交換を行い、熱交換空気を前記床下空間に放出して該床下空間内の空気を加温するようにした外気吸引と熱交換換気による建屋の省エネルギー温調方法。

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