JP2020172848A - 換気システム - Google Patents

Abstract

【課題】 窓からの熱の出入りを減らし、冷暖房負荷を抑えることのできる換気システムの提供。【解決手段】 外窓２と内窓３と整流体１０とを備え、室外空間から外窓２と内窓３の間の中間層９に通じる室外側通気部４と、中間層９から室内空間に通じる室内側通気部５を有し、整流体１０は、中間層９に設けてあり、室外側通気部４又は室内側通気部５にファン６が設けてあり、ファン６を回転することで、外気が外窓２の内側面に沿って一方向に流れ、中間層９の端部付近で折り返し、内窓３の外側面に沿って他方向に流れてから室内に流入するか、内気が内窓３の外側面に沿って一方向に流れ、中間層９の端部付近で折り返し、外窓２の内側面に沿って他方向に流れてから室外に流出する。【選択図】 図１

Description

本発明は、換気を行いつつ窓からの熱の出入りを少なくできる換気システムに関する。

建物の室内環境は、空調設備で制御していたが、窓からの熱の出入りが多く電気代がかかるため、経済的に優れたものが求められていた。

本発明は以上に述べた実情に鑑み、窓からの熱の出入りを減らし、冷暖房負荷を抑えることのできる換気システムの提供を目的とする。

上記の課題を達成するために請求項１記載の発明による換気システムは、外窓と内窓と整流体とを備え、室外空間から外窓と内窓の間の中間層に通じる室外側通気部と、中間層から室内空間に通じる室内側通気部を有し、整流体は、中間層に設けてあり、室外側通気部又は室内側通気部にファンが設けてあり、ファンを回転することで、外気が外窓の内側面に沿って一方向に流れ、中間層の端部付近で折り返し、内窓の外側面に沿って他方向に流れてから室内に流入するか、内気が内窓の外側面に沿って一方向に流れ、中間層の端部付近で折り返し、外窓の内側面に沿って他方向に流れてから室外に流出することを特徴とする。

請求項２記載の発明による換気システムは、外窓と内窓からなる二重窓を複数備え、各二重窓について、室外空間から外窓と内窓の間の中間層に通じる室外側通気部と、中間層から室内空間に通じる室内側通気部を有すると共に、中間層に整流体が設けてあり、全二重窓の室外側通気部と室内側通気部のうちの少なくとも一つにファンが設けてあり、ファンを回転させることで、一方の二重窓に外気が外窓の内側面に沿って一方向に流れ、中間層の端部付近で折り返し、内窓の外側面に沿って他方向に流れてから室内に流入し、他方の二重窓に内気が内窓の外側面に沿って一方向に流れ、中間層の端部付近で折り返し、外窓の内側面に沿って他方向に流れてから室外に流出することを特徴とする。

請求項１記載の発明による換気システムは、外窓と内窓と整流体とを備え、室外空間から外窓と内窓の間の中間層に通じる室外側通気部と、中間層から室内空間に通じる室内側通気部を有し、整流体は、中間層に設けてあり、室外側通気部又は室内側通気部にファンが設けてあり、ファンを回転することで、外気が外窓の内側面に沿って一方向に流れ、中間層の端部付近で折り返し、内窓の外側面に沿って他方向に流れてから室内に流入するか、内気が内窓の外側面に沿って一方向に流れ、中間層の端部付近で折り返し、外窓の内側面に沿って他方向に流れてから室外に流出することで、冬期には室内から室外に逃げる熱を回収し、夏期には室外から室内に入ってくる熱を回収して室外に捨てることができ、これにより窓からの熱の出入りを減らし、冷暖房負荷を抑えることができる。室外側通気部又は室内側通気部にファンを組み込むことで、必要な換気量を確保するのが容易であり、それに伴って冷暖房負荷を抑える効果が確実に発揮される。

請求項２記載の発明による換気システムは、外窓と内窓からなる二重窓を複数備え、各二重窓について、室外空間から外窓と内窓の間の中間層に通じる室外側通気部と、中間層から室内空間に通じる室内側通気部を有すると共に、中間層に整流体が設けてあり、全二重窓の室外側通気部と室内側通気部のうちの少なくとも一つにファンが設けてあり、ファンを回転させることで、一方の二重窓に外気が外窓の内側面に沿って一方向に流れ、中間層の端部付近で折り返し、内窓の外側面に沿って他方向に流れてから室内に流入し、他方の二重窓に内気が内窓の外側面に沿って一方向に流れ、中間層の端部付近で折り返し、外窓の内側面に沿って他方向に流れてから室外に流出することで、冬期には室内から室外に逃げる熱を回収し、夏期には室外から室内に入ってくる熱を回収して室外に捨てることができ、これにより窓からの熱の出入りを減らし、冷暖房負荷を抑えることができる。室外側通気部又は室内側通気部にファンを組み込むことで、必要な換気量を確保するのが容易であり、それに伴って冷暖房負荷を抑える効果が確実に発揮される。一方の二重窓から外気が流入し、他方の二重窓から外気が流出するため、部屋の換気が効率よく行える。

本発明の換気システムの第１実施形態を示す縦断面図である。 同換気システムが設置された建物の平面図である。 給気側の二重窓の縦断面図である。 同二重窓の横断面図である。 排気側の二重窓の縦断面図である。 （ａ）は冬期における給気側の二重窓の働きを示す説明図であり、（ｂ）は冬期における排気側の二重窓の働きを示す説明図である。 （ａ）は夏期における給気側の二重窓の働きを示す説明図であり、（ｂ）は夏期における排気側の二重窓の働きを示す説明図である。 （ａ）は内窓の上部に設けられる換気ブレスの平面図、（ｂ）は同室内側正面図、（ｃ）はＡ−Ａ断面図である。 給気側の二重窓の他の実施形態を示す縦断面図である。 排気側の二重窓の他の実施形態を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜７は、本発明の換気システムの第１実施形態を示している。本換気システムは、図１，２に示すように、一つの部屋７の室外に面した一の壁８ａと他の壁８ｂの開口部に、外窓２と内窓３とからなる二重窓１ａ，１ｂがそれぞれ設置してあり、一方の二重窓１ａから外気を室内に取り入れ、他方の二重窓１ｂから内気を室外に排出するようになっている。外窓２と内窓３の間の中間層９には、図３，４に示すように、整流体としてのハニカムブラインド１０が上方から吊り下げて設けてある。

図３，４は給気側の二重窓１ａを示している。外窓２は、躯体開口部に固定される枠１１と、枠１１内に引違い状に開閉自在に収めた外障子１２ａ及び内障子１２ｂとを備えている。外障子１２ａ及び内障子１２ｂは、上框１３と下框１４と戸先框１５と召合せ框１６とを框組みし、その内側にガラス１７を嵌め込んで構成されている。上框１３は、室外空間から中間層９に連通する室外側通気部４を有する換気框となっている。

内窓３は、図３，４に示すように、四周の額縁１８の内周側面に取付けた上枠１９と下枠２０及び左右の縦枠２１，２１と、上下枠１９，２０間に引違い状に開閉自在に収めた外障子２２ａ及び内障子２２ｂを備えている。枠１９，２０，２１と障子２２ａ，２２ｂの框は、樹脂製である。障子２２ａ，２２ｂのガラス２３は、複層ガラスである。外窓２の枠１１と内窓３の枠１９，２０，２１の間には木製の額縁１８があるため、外窓２と内窓３とは熱的に分離されている。
上枠１９の上部には、換気ブレス２４を備えている。換気ブレス２４は、室外側と室内側の見付面に多数の通気孔２５ａ，２５ｂを設け、中間層９から室内空間に連通する室内側通気部５が設けてある。室内側通気部５の室内側には、埃や花粉等の侵入を防ぐフィルター２６が設けてある。

内窓３の室内側通気部５内には、図３，８に示すように、クロスフローファン６が設けてある。クロスフローファン６は、水平軸回りに回転する羽根車２７と、羽根車２７を回転させる駆動ユニット２８とを備え、羽根車２７を駆動ユニット２８により回転させることで、室外側の通気孔２５ａより中間層９の空気を吸い込み、室内側の通気孔２５ｂより吸い込んだ空気を室内に吹き出すようになっている。図８中の符号３１は、通気孔２５ｂを開閉操作するためのつまみである。

ハニカムブラインド１０は、図３に示すように、ポリエステルの不織布を用いてダブル・ハニカム（蜂の巣）構造のスクリーン状に構成され、このスクリーンが二重の空気層を作り、高い断熱効果を発揮する。また、図４に示すように、ハニカムブラインド１０の左右両側の側部は、額縁１８に沿って取付けた樹脂製のレール２９に案内してあり、気密性を高めている。したがって、中間層９内はハニカムブラインド１０により室外側と室内側に仕切られ、ハニカムブラインド１０の室外側の空気は室外の気温に近付き、ハニカムブラインド１０の室内側の空気は室内側の気温に近付き、ハニカムブラインド１０の室外側と室内側で温度差が生じる。ハニカムブラインド１０の下端と額縁１８との間には、数センチ程度の隙間を設けている。ハニカムブラインド１０は、室内側から操作部３０を操作することで上下に伸縮自在となっている。

排気側の二重窓１ｂは、図５に示すように、内窓３の室内側通気部５内に設けたクロスフローファン６が、給気側とは逆に、室内側の通気孔２５ｂより室内の空気を吸い込み、室外側の通気孔２５ａより吸い込んだ空気を中間層９に吹き出すようになっている。それ以外の点は、給気側の二重窓１ａと同じである。

図６は冬期における給気側及び排気側の二重窓１ａ，１ｂの働きを示している。給気側の二重窓１ａは、図６（ａ）に示すように、ファン６（図示略）を回転させることで外窓２の室外側通気部４より流入した冷たい外気は、ハニカムブラインド１０に当たって下向きに流れを変え、その後、冷たい外気はコールドドラフトにより外窓２のガラス１７の内側面に沿って中間層９の下まで流れてから折り返し、内窓３のガラス２３から室内の熱が伝わることで暖められ、ガラス２３の室外側面に沿って上昇し、この間にガラス２３から室外に逃げる熱を空気の流れによって回収する。また、二重窓１ａに日射を受ける場合は、このように中間層９を外気が外窓２の内側面と内窓３の外側面に沿うように流れる間に、日射熱を取得することができる。その後、暖められた外気は内窓３上部の室内側通気部５を通って室内に流入する。外気が室内側通気部５を通過する際にも、室内の熱で暖められた換気ブレス２４や上枠１９の熱を空気の流れによって回収する。０℃であった外気は、このように中間層９を外窓２の内側面と内窓３の外側面に沿って流れる間に１８℃に暖められる。そうして暖められた外気を室内に取り入れることで、回収した熱を室内に戻すことができる。
このように、中間層９内を外窓２の内側面と内窓３の外側面に沿うように迂回して外気が流れることで、日射熱を取得できるとともに、室内から室外に伝わる熱を空気の流れによって回収し、室内に戻すことで、室内から室外への熱の損失がほとんどなくなり、これにより空気が流入する方向とは逆方向である室内側から室外側への熱輸送が妨げられ、非常に高い断熱性が得られると共に、外気を暖めて室内に導入するため、暖房負荷を抑えることができる。

一方、排気側の二重窓１ｂでは、図６（ｂ）に示すように、ファン６（図示略）を回転させることで内窓３の室内側通気部５より内気がハニカムブラインド１０より室内側の中間層９に流れ込み、その後、内気は内窓３のガラス２３の室外側面に沿って下向きに流れ、中間層９の下部で折り返し、外窓２のガラス１７の室内側面に沿って上昇し、外窓２の室外側通気部４を通って室外に排出される。このように、暖かい内気をハニカムブラインド１０より室内側の中間層９に導入して下向きに流すことで、ハニカムブラインド１０より室内側の中間層９の温度が室内の温度とほぼ同じになるため、二重窓１ｂからの温熱損失を抑制することができる。よって、暖房負荷を低減することができる。

図７は夏期における給気側及び排気側の二重窓１ａ，１ｂの働きを示している。排気側の二重窓１ｂは、図７（ｂ）に示すように、ファン６（図示略）を回転させることで冷たい内気が内窓３の室内側通気部５よりハニカムブラインド１０より室内側の中間層９に導入される。内気は、室外よりも温度が低いので、内窓３のガラス２３の室外側面に沿って下向きに流れ、その後、中間層９の下部で折り返し、外窓２のガラス１７等の熱が伝わることで外窓２のガラス１７の室内側面に沿って上昇し、この間に日射熱を取得すると共に、ガラス１７を通じて室外から室内に入ってくる熱を空気の流れによって回収する。２５℃であった内気は、外窓２とハニカムブラインド１０の間を通る間に日射熱を取得して４６℃に暖められ、その後、外窓２の室外側通気部４を通って室外に放出される。内気が室外側通気部４を通過する際、上框１３を伝って室内に入ってくる熱を空気の流れによって回収する。そして、内気が室外に放出されることで、日射熱とガラス１７や上框１３から回収した熱を室外に捨てる。このように、外窓２の内側面と内窓３の外側面に沿うように内気が流れることで、日射熱の取得を抑制できると共に、室外から室内に伝わる熱を空気の流れによって回収し室外に捨てることで、空気が流出する方向とは逆方向である室外側から室内側への熱輸送が妨げられ、優れた断熱効果を発揮して、室内が涼しく保たれる。よって、冷房負荷を抑えることができる。

一方、給気側の二重窓１ａでは、図７（ａ）に示すように、ファン６（図示略）を回転させることで外窓２の室外側通気部４より流入した暖かい外気は、ハニカムブラインド１０に当たって下向きに流れを変え、その後、外窓２のガラス１７の内側面に沿い中間層９の下まで流れてから折り返し、内窓３のガラス２３の室外側面に沿って上昇し、この間にガラス２３から室外に逃げる冷熱を空気の流れによって回収する。これにより、３０℃であった外気が２７℃に冷やされる。その後、冷やされた外気は内窓３上部の室内側通気部５を通り、室内に流出する。このように、外気を二重窓１ａに通すことで冷熱を回収し、外気を冷やしてから室内に導入することで、冷房負荷を抑えることができる。

冬期においては、日射を受ける二重窓１ａ又は１ｂを給気側とし、日射を受けない二重窓１ａ又は１ｂを排気側とすることが好ましい。一方、夏期においては、日射を受けない二重窓１ａ又は１ｂを給気側とし、日射を受ける二重窓１ａ又は１ｂを排気側とすることが好ましい。そのため、室内側通気部５内に組み込むファン６を正逆回転可能で空気を流す方向を変更できるものとし、季節や時間帯によって給気側の二重窓１ａと排気側の二重窓１ｂを切り替えるようにすることができる。

上述の実施形態においては、給気側の二重窓１ａと排気側の二重窓１ｂの両方にファン６を設けていたが、部屋７の気密性が高い場合には、給気側の二重窓１ａと排気側の二重窓１ｂのどちらか一方にだけファン６が設けてあってもよい。給気側の二重窓１ａにだけファン６が設けてあった場合は、ファン６を回転させて二重窓１ａから外気を室内に導入することで室内が正圧になるから、他方の二重窓１ｂから内気が自然に室外に排出される。また、排気側の二重窓１ｂにだけファン６が設けてあった場合は、ファン６を回転させて二重窓１ｂから内気を室外に排出することで室内が負圧になるから、他方の二重窓１ａから外気が自然に室内に導入される。なお、実施形態のように両方の二重窓１ａ，１ｂにファン６が設けてあれば、部屋７の気密性にかかわらず各二重窓１ａ，１ｂに一定の空気流量を確保し、換気が適正に行える。

図９は、給気側の二重窓１ａの他の実施形態を示している。本実施形態は、外窓２に通気部を設ける代わりに、外壁３１から中間層９にわたって室外側通気部４を設けている。室外側通気部４内にはプロペラファン３５が設けてあり、プロペラファン３５の室内側を囲むように圧力チャンバー３３が設けてある。圧力チャンバー３３は、発泡スチロール等の断熱性を有する板材で６面体の箱状に形成され、断熱性と気密性を有するものとなっている。このように圧力チャンバー３３を設けることで、プロペラファン３５で吸い込んだ空気が圧力チャンバー３３内の空間に閉じ込められることで圧力が高められ、圧力チャンバー３３の下面側に設けた通気口３２より空気が中間層９に流出する。本二重窓１ａは、プロペラファン３５を逆回転させることで、図中の矢印とは逆に、内気を室内から室外に流すこともできる。

図１０は、排気側の二重窓１ｂの他の実施形態を示している。本実施形態では、内窓３に通気部を設ける代わりに、内壁３４から中間層９にわたって室内側通気部５を設けている。室内側通気部５内には、プロペラファン３５が設けてある。本二重窓１ｂは、プロペラファン３５を逆回転させることで、図中の矢印とは逆に、外気を室外から室内に流すこともできる。

以上に述べたように本換気システムは、外窓２と内窓３と整流体１０とを備え、室外空間から外窓２と内窓３の間の中間層９に通じる室外側通気部４と、中間層９から室内空間に通じる室内側通気部５を有し、整流体１０は、中間層９に設けてあり、室外側通気部４又は室内側通気部５にファン６，３５が設けてあり、ファン６，３５を回転することで、外気が外窓２の内側面に沿って一方向に流れ、中間層９の端部付近で折り返し、内窓３の外側面に沿って他方向に流れてから室内に流入するか、内気が内窓３の外側面に沿って一方向に流れ、中間層９の端部付近で折り返し、外窓２の内側面に沿って他方向に流れてから室外に流出することで、冬期には室内から室外に逃げる熱を回収し（図６（ａ）参照）、夏期には室外から室内に入ってくる熱を回収して室外に捨てることができ（図７（ｂ）参照）、これにより窓からの熱の出入りを減らし、冷暖房負荷を抑えることができる。室外側通気部４又は室内側通気部５にファン６，３５を組み込むことで、必要な換気量を確保するのが容易であり、それに伴って冷暖房負荷を抑える効果が確実に発揮される。
また、本換気システムは、外窓２と内窓３からなる二重窓１ａ，１ｂを複数備え、各二重窓１ａ，１ｂについて、室外空間から外窓２と内窓３の間の中間層９に通じる室外側通気部４と、中間層９から室内空間に通じる室内側通気部５を有すると共に、中間層９に整流体１０が設けてあり、全二重窓１ａ，１ｂの室外側通気部４と室内側通気部５のうちの少なくとも一つにファン６，３５が設けてあり、ファン６，３５を回転させることで、一方の二重窓１ａに外気が外窓２の内側面に沿って一方向に流れ、中間層９の端部付近で折り返し、内窓３の外側面に沿って他方向に流れてから室内に流入し、他方の二重窓１ｂに内気が内窓３の外側面に沿って一方向に流れ、中間層９の端部付近で折り返し、外窓２の内側面に沿って他方向に流れてから室外に流出することで、冬期には一方の二重窓（給気側の二重窓）１ａで室内から室外に逃げる熱を回収し（図６（ａ）参照）、夏期には他方の二重窓（排気側の二重窓）２ｂで室外から室内に入ってくる熱を回収して室外に捨てることができ（図７（ｂ）参照）、これにより窓からの熱の出入りを減らし、冷暖房負荷を抑えることができる。室外側通気部４又は室内側通気部５にファンを組み込むことで、必要な換気量を確保するのが容易であり、それに伴って冷暖房負荷を抑える効果が確実に発揮される。一方の二重窓１ａから外気が流入し、他方の二重窓１ｂから外気が流出するため、部屋の換気が効率よく行える。
本換気システムは、複数の二重窓１ａ，１ｂを部屋７の異なる方角の壁に設けたので、部屋７の空気全体を効率よく換気できる。また、各二重窓１ａ，１ｂにファン６を組み込んだので、部屋７の気密性にかかわらず換気が行える。
図３，５に示す実施形態は、外窓２に室外空間から中間層９に連通する室外側通気部４を有し、内窓３に中間層９から室内空間に連通する室内側通気部５を有し、室外側通気部４又は室内側通気部５にファン６を設けたので（図示のものは、室内側通気部５にファン６を設けている）、ファン６を設置するために壁に孔を開けたりする必要がなく、躯体開口部に外窓２と内窓３を設置するだけでよいため、施工が容易である。

本発明は以上に述べた実施形態に限定されない。外窓と内窓の構造は適宜変更することができ、引違い窓に限らず、開き窓や嵌め殺し窓等であってもよい。外窓と内窓の枠は、一体に形成してあってもよい。
請求項中の「中間層の端部付近で折り返し」には、例えば、外窓の枠と内窓の枠が一体に形成してある場合に、枠よりも内周側で折り返すもの、枠の内部を通って折り返すもののいずれも含まれる。
室外側通気部と室内側通気部は、どこに設けてあってもよい。ファンは、外窓の通気部（室外側通気部）内に設けてあってもよい。ファンの構造は、適宜変更することができる。
整流体は、外窓と内窓間で下降する空気と上昇する空気とがぶつかり合って空気の流れが阻害されるのを防ぎ、外窓の内側面と内窓の外側面に沿うように迂回する空気の流れを形成できるものであればよく、板状のものやブラインドの他、ロールスクリーン等のスクリーンであってもよい。
本発明の換気システムは、二重窓を複数備えるものに限らず、一つの二重窓だけで構成することもできる。また、二重窓を複数備える場合に、二重窓の数は二つに限らず、三つ以上であってもよく、そのうちの少なくとも一つの二重窓の室外側通気部又は室内側通気部にファンが設けてあればよい。

１ａ，１ｂ 二重窓
２ 外窓
３ 内窓
４ 室外側通気部
５ 室内側通気部
６ クロスフローファン（ファン）
１０ ハニカムブラインド（整流体）
３５ プロペラファン（ファン）

Claims (2)

1. 外窓と内窓と整流体とを備え、室外空間から外窓と内窓の間の中間層に通じる室外側通気部と、中間層から室内空間に通じる室内側通気部を有し、整流体は、中間層に設けてあり、室外側通気部又は室内側通気部にファンが設けてあり、ファンを回転することで、外気が外窓の内側面に沿って一方向に流れ、中間層の端部付近で折り返し、内窓の外側面に沿って他方向に流れてから室内に流入するか、内気が内窓の外側面に沿って一方向に流れ、中間層の端部付近で折り返し、外窓の内側面に沿って他方向に流れてから室外に流出することを特徴とする換気システム。
2. 外窓と内窓からなる二重窓を複数備え、各二重窓について、室外空間から外窓と内窓の間の中間層に通じる室外側通気部と、中間層から室内空間に通じる室内側通気部を有すると共に、中間層に整流体が設けてあり、全二重窓の室外側通気部と室内側通気部のうちの少なくとも一つにファンが設けてあり、ファンを回転させることで、一方の二重窓に外気が外窓の内側面に沿って一方向に流れ、中間層の端部付近で折り返し、内窓の外側面に沿って他方向に流れてから室内に流入し、他方の二重窓に内気が内窓の外側面に沿って一方向に流れ、中間層の端部付近で折り返し、外窓の内側面に沿って他方向に流れてから室外に流出することを特徴とする換気システム。