JP3850768B2

JP3850768B2 - 建物の空気循環システム

Info

Publication number: JP3850768B2
Application number: JP2002218044A
Authority: JP
Inventors: 賢司赤岡; 英晴相澤
Original assignee: 有限会社アイユーホーム
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2022-07-26
Also published as: JP2004060959A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、居室内に外気を取り入れて循環させる建物の空気循環システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般住宅においては、冬場は暖房エアコンや石油ヒータ等を使用して居室内を暖め、夏場は主に冷房エアコンを使用して居室内の温度を快適に保っている。これら、エアコンや石油ヒータは、電力や石油を利用しているので、暖房や冷房効率がよく、真冬や真夏においては最も有効な温度調整手段となっている。しかしながら、前記エアコンや石油ヒータの使用率が高まるにつれて、電力や石油等の消費量が膨大になると共に、二酸化炭素の排出量も増えて地球の温暖化を引き起こす原因となっている。
【０００３】
このような人工的な資源を使わずに建物内の温度を快適に維持するために、従来、建物内に外気を取り入れ、内部で循環させる換気システムが知られている（特開平１１−２６４２０１号公報等）。この換気システムは、建物の外壁と内壁との間に外気を導入する給気通路と、屋内空気を排出する排気通路を設け、前記給気通路と排気通路との間に配設した伝熱板を介して外気と内気の熱交換を行うことで、暖房や冷房効率を高めるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記換気システムにおいては、壁内を伝熱板で仕切り、給排気熱交換装置を設置するといったように、設備が大掛かりになると共に、コストも嵩むといった問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、簡易且つ低コストな設備によって、外部の新鮮な空気を建物内に循環しつつ、暖房や冷房効果を得ることができる建物の空気循環システムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る建物の空気循環システムは、外壁と断熱材とで挟まれた外通気路、前記断熱材と内壁とで挟まれた内通気路、各階間の天井裏空間、小屋裏空間及び床下空間とが連通した空気循環路を備え、前記小屋裏空間をシート部材によって南側空間と北側空間とに仕切り、前記外通気路の一端に設けられる外気導入口から外気を導入し、この外気を前記シート部材によって仕切られた南側空間を通して前記空気循環路内を循環させることで、建物内を暖房することを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、一般住宅に備える壁内空間、各階間の天井裏空間、小屋裏空間及び床下空間を連通した空気循環路を形成し、この空気循環路内に外気を導入するといった簡易且つ低コストな構成で室内換気と、暖房あるいは冷房効果とを同時に得ることができる。また、前記壁内空間は、外壁と内壁との間を断熱材で仕切った外通気路と内通気路とを有する２層構造となっているので、外気と内気が混在することがない。このため、暖房や冷房の効率を低下させることがない。
【０００８】
また、前記空気循環路に給気及び排気を行うための換気扇を備えることで、外気を素早く屋内に取り入れ、また、汚れた空気を排出させることができる。
【０００９】
前記空気循環システムを冬場において使用する場合は、南側に面した外気導入口から暖かい空気を外通気路に導入することで、上昇気流に乗った暖かい空気が小屋裏空間に滞留し、太陽光が照射する屋根を介してさらに暖められる。そして、この暖められた空気を小屋裏空間に設置されている換気扇を通して床下空間に送り、壁内の内通気路を上昇させることで、各居室内に暖かい空気を送り込むことができる。また、居室内を循環した空気は、換気扇に戻されて建物の外に排気される。このように、暖かい空気を外部から導入させながら排気を行うので、常に新鮮な空気による暖房効果を得ることができる。
【００１０】
前記空気循環システムを夏場において使用する場合は、浄化槽又は雨水タンク等の貯水槽を通した給気管を介して冷気を床下空間内に給気し、壁内の内通気路を通して各居室内を冷房することができる。また、換気扇を作動させておくことで、常に新鮮な空気と交換しながら冷房効果を得ることができる。
【００１１】
前記各居室内を循環した空気は、各階の天井裏空間から排気ダクトを介して小屋裏空間に設置された換気扇に送られ、排気窓から排出することができる。このため、居室内に汚れた空気が滞留するといったことがない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の空気循環システムを備える２階建住宅（住宅１）の縦断面図である。この住宅１は、コンクリート基礎部２の上に柱３及び壁部４を立設し、最上部に三角型の屋根５を設けたもので、内部は１階居室部６、２階居室部７及び小屋裏空間８に仕切られている。また、前記１階居室部６及び２階居室部７の上部には天井裏空間９，１０が設けられる。
【００１４】
（壁内通気路）
前記壁部４は、図２に示すように、断熱材１１を挟んで立設された外壁１２と内壁１３とで構成される。また、前記断熱材１１と外壁１２及び内壁１３との間には空気を通す隙間が設けられている。前記断熱材１１と外壁１２との隙間は外気を通す外通気路１４で、断熱材１１と内壁１３との隙間は前記導入した外気を１階居室部６や２階居室部７に循環させるための内通気路１５を構成している。前記断熱材１１は、グラスウール又は板状断熱材で構成される。このような断熱材１１で仕切ることによって、前記外通気路１４を通る空気と内通気路１５を通る空気とが混じり合うことなくスムーズに空気を通すことができる。一般の住宅構造において、前記外通気路１４は１８ｍｍ程度、内通気路１５は９０ｍｍ程度に設定される。また、外壁１２の内側にラス下地板１２ａを配設することによって、外通気路１４内に浸入した外気に上昇気流を発生させ、循環効率を高めることができる。前記外気は、コンクリート基礎部２と外壁１２の下端部との間に設けられた土台水切り（第１の外気導入口１６）から導かれる。特に、前記第１の外気導入口１６を太陽光が照射する南側の土台水切りに設定することによって、暖められた空気を取り入れることができる。また、１階居室部６や２階居室部７の内壁１３面には、前記内通気路１５を伝わってくる空気を各居室内に取り入れる給気窓１７ａと、居室内を循環した空気を排出する排気窓１７ｂが設けられている。なお、前記給気窓１７ａ及び排気窓１７ｂには、砂埃や汚れた空気を通さないように、フィルタを設けたり、使用しない場合に閉鎖できるようにシャッタ等の開閉手段が設けられる場合がある。
【００１５】
前記住宅１の床下部分は、コンクリートで形成された床面及び壁面で囲われたコンクリート基礎部２と、１階居室部６の床材２１とで密閉された床下空間２２を形成している。なお、前記コンクリート基礎部２には断熱効果を高めるために板状の断熱材で覆われる。
【００１６】
小屋裏空間８は、屋根５と小屋床２３とで囲われる密閉した空間で、外気を循環させるための小屋裏通気路を構成している。また、各階間の天井裏空間９，１０は、下層階の天井板と上層階の床板とで挟まれた天井裏通気路を構成している。これらの通気路とは別に、小屋裏空間８に集められた空気を床下空間２２に導く給気ダクト２４と、各居室内を循環した空気を排出する排気ダクト２５が配設される。前記給気ダクト２４は、小屋裏空間８内に設置されている換気扇３１の給気部に接続し、そのまま床下空間２２に向けて延設される。排気ダクト２５は、各居室に設けられている排気窓１７ｂから前記換気扇３１の排気部に送られる。前記各居室から延びる排気ダクト２５は、分岐チャンバ４１を介して一つにまとめられて前記換気扇３１の排気部に接続される。なお、前記給気ダクト２４及び排気ダクト２５は、前記外通気路１４や内通気路１５内を通る空気と混ざり合わないように独立して設けられる。
【００１７】
（換気扇構造）
換気扇３１は、図３に示すように、外気を住宅１内に循環させる給気部３２と、各居室内を循環した空気を住宅１外に排出する排気部３３とを備えている。前記給気部３２は、壁部４の外通気路１４内を上昇してくる空気を導入する給気口３４と、床下空間２２に延びる給気ダクト２４を接続する排気口３５と、前記給気口３４から排気口３５に向けて空気を送り込む図示しない第１送風ファンとを備えている。また、前記給気口３４の先には三路弁３９が備えられ、小屋裏空間８内の空気を引き込む引込口Ａと、天井裏空間１０から空気を引き込む引込口Ｂとを切替えて空気の流入経路を選択することができる。前記引込口Ａは、主に外通気路１４を通して小屋裏空間８に送られてきた暖かい外気を循環させる場合に使用し、引込口Ｂは内通気路１５を伝わる涼しい空気を循環させる場合に用いられる。一方、前記排気部３３は、前記分岐チャンバ４１から延びる排気ダクト２５が接続される給気口３６と、小屋裏空間８の壁面に設けられる排気孔３８に通じる排気口３７と、前記給気口３６に取り込んだ空気を前記排気口３７から排気孔３８に向けて汚れた空気を送出する図示しない第２送風ファンとを備えている。
【００１８】
前記外通気路１４、小屋裏空間８、床下空間２２、内通気路１５、天井裏空間９，１０、給気ダクト２４及び排気ダクト２５は、図１に示したように、連通した一本の空気循環路を形成しており、前記小屋裏空間８内に設置されている換気扇３１によって、空気を強制的に住宅１内に循環させることで、各居室内の空気を常に新鮮な状態に保っている。また、前記強制循環によらずに自然対流循環を行うために、小屋裏空間８から空気をバイパスさせる分岐窓４３が設けられている。この分岐窓４３は、換気扇３１を通して強制循環させる場合は閉じておき、換気扇３１を通さない自然対流で行う場合は開放した状態にする。なお、小屋裏空間８の上部に設けられる換気ジャロジー４４は、小屋裏空間８内の温度を調整するために開閉可能となっており、暖気循環させる際は閉じて、暖まった空気を逃さないようにし、冷気循環させる際には開いて、熱が蓄積しないように操作される。
【００１９】
また、前記小屋裏空間８には、主に冬場における暖房効率を高めるために、南側の空間と北側の空間とを仕切る透湿性を備えた透湿シート部材４２（デュポン製タイベック）が配設される。この透湿シート部材４２は、０．５〜１０ミクロンのポリエチレンの連続性極細繊維に高熱を加えて結合させて形成したものであり、南側の空気と北側の空気の疎通を防止する気密性を備えると共に、湿気の調整が可能である。前記換気扇３１は、前記透湿シート部材４２によって仕切られた南側空間に設置され、この南側空間によって暖まった空気を建物内に循環させることで、暖房効率を高めることができる。
【００２０】
（暖気循環）
図４は、前記空気循環システムを使用して暖気を各居室内に循環させて暖房する場合の構成及び作用を示したものである。以下、空気の流れを矢印で示す。室温が低くなる冬場においては、太陽光がよく照射する南側の暖かい空気が外壁１２の下端に設けられた第１の外気導入口１６に入り、外通気路１４内の温度差による上昇気流に乗って小屋裏空間８に集められる。そして、この小屋裏空間８に集められた空気は、屋根５面に降り注ぐ太陽光によってさらに暖められる。この暖められた空気は、前記換気扇３１の給気部３２の入口に設けられている三路弁３９のＡ側から引き込まれ、給気ダクト２４を介して床下空間２２に送られる。この床下空間２２内に送られた空気によって床材２１を暖めると共に、連通する壁部４の内通気路１５を上昇していき、給気窓１７ａを介して各居室内に暖かい空気が流れ込む。そして、この流れ込んだ空気は各居室内を循環した後、天井面に設けられた排気窓１７ｂから分岐チャンバ４１、換気扇３１の排気部３３を経て排気孔３８から排気される。このように、前記換気扇３１を作動させることによって、暖かい外気を常に取り入れて各居室内を循環させることで、電気や石油等による熱源を使用せずに暖房することが可能となる。また、各居室内を循環して汚れた空気を排気ダクト２５及び換気扇３１の排気部３３を経由して住宅１外に排出させるので、常に新鮮な空気を住宅１内に循環させることができる。
【００２１】
（冷気循環）
図５は、前記空気循環システムを用いて各居室内に冷気を循環させる場合の構成及び作用を示したものである。前記図４と同様に空気の流れを矢印で示す。冷気を導入するための手段として、住宅１の床下空間２２内に涼しい外気を流入させるための冷気導入部２６が設けられる。この冷気導入部２６は、直接太陽光が照射しない涼しい北側の地表面から地中を通って床下空間２２内に延びる給気管１９を備える。この給気管１９は、浄化槽や雨水タンク等の貯水槽２０を通すことで、地表面に突出した第２の外気導入口１８から導入した空気を冷却しながら床下空間２２内に送出される。一方、前記第１の外気導入口１６からは暖かい空気が上昇気流に乗って小屋裏空間８に運ばれるが、建物内部に循環させずにそのまま換気ジャロジー４４を通じて建物の外に逃がすことができるので、冷却効果を損なうことがない。
【００２２】
前記床下空間２２に送り込まれた空気は、小屋裏空間８内に設置されている換気扇３１によって、内通気路１５内を上昇する。この空気の上昇によって、各居室の内壁に開設されている給気窓１７ａから冷たい空気が流入して居室内を循環する。また、前記床下空間２２から内通気路１５を上昇する空気は、最上階の天井裏空間１０から換気扇３１によって吸引され、さらに給気ダクト２４を通って再度各居室内に循環される。前記天井裏空間１０から換気扇３１に空気を給気する場合は、換気扇３１の給気口３４に設けられている三路弁３９の引込口Ａを閉じ、他方の引込口Ｂを開放した状態で行われる。各居室内を循環した空気は、各居室内の天井近辺に設けた排気窓１７ｂから排気ダクト２５を介して換気扇３１の排気部に送られ、排気孔３８から排出される。なお、夏場においては、前述したように換気ジャロジー４４を開放することで、小屋裏空間８内の温度が上昇しないように調整される。
【００２３】
上記実施形態では、冬場は南側に面した第１の外気導入口１６から暖かい空気を有効に建物内に循環させて暖房することができ、夏場は浄化槽や雨水タンク等の貯水槽２０内部を通した給気管１９を介して床下空間２２に引き込み、内通気路１５等を介して各居室内に循環させることで、冷房効果を得ることができる。また、本発明の空気循環システムは、冬場や夏場における暖房や冷房に限らず、外部の新鮮な空気を入れ替えるための換気システムであるので、年間を通して使用することができる。
【００２４】
上記空気循環システムを冬場において使用した場合において、例えば、外気が０℃で室内温度が１４℃程度の状態では、小屋裏空間８は最高３０℃近くにまで達する。この空気を換気扇３１によって床下空間２２内に送った場合、２４℃くらいまでは維持できるので、各居室内の温度を最高１０℃程度高めることが可能である。一方、夏場においては、前記冬場におけるような顕著な温度変化はないものの、外気よりは３〜４℃程度下げることができる。
【００２５】
また、前記換気扇３１は単純に空気の吸引及び排気を行うものであるが、熱交換型の換気扇を使用すれば、排気する際に熱を回収するので、暖房や冷房効率を低下させずに空気の入れ替えを行うことができる。
【００２６】
上記実施形態では換気扇３１を作動して強制的に建物内に空気を循環させる構成となっているが、前記換気扇３１を作動しなくても自然対流によって空気を循環させることもできる。この自然対流によって空気を循環させる場合は、小屋床２３に設けられている分岐窓４３を開放することによって行う。前記分岐窓４３を開放することで、外通気路１４を上昇してきた空気が天井裏空間１０に流れ込むので、換気扇３１を通すことなく各居室内に循環させることができる。また、冬場においては、上記説明した住宅１の南側の暖かい外気を循環させると共に、別途床下内に補助暖房装置を設置することによって、さらに上昇気流を多く発生させて暖房効率を高めることができる。なお、年間を通して小屋裏空間８と各居室空間には常に温度差が生じた状態となっているので、この温度差による気流の変化によって、十分な自然換気効果が得られる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る建物の空気循環システムによれば、窓の開閉をしなくとも常に、新鮮な空気を建物内に導入して各居室内を循環させることができる。特に、冬場は太陽光がよく照射する南側の外気導入口から導入した空気を上昇気流に乗せて小屋裏空間に運び、この小屋裏空間でさらに暖まった空気を床下空間に戻し、床下から各居室内に暖かい空気を循環させることができる。また、前記各居室内に循環した空気は専用の排気ダクトを介して排気窓から排出されるので、空気が濁ることなく、常に新鮮な空気を導入しつつ暖房効果を得ることができる。
【００２８】
また、前記暖房に関しては、暖かい空気の上昇気流に乗るといった特性を利用した自然対流方式と、上昇した空気を床下方向へ戻すための換気扇を利用した強制循環方式とを組み合わせて使用するので、従来の電力や石油等の熱源を利用した暖房方式に比べて資源の節減効果と共に、環境破壊の原因となる有害な物質の発生を抑えることができる。
【００２９】
また、前記空気循環システムは、外気の導入口を浄化槽や雨水タンク等の貯水槽内を通る配管を通して各居室内に導入させることで、外気よりも数℃程度室温を下げることができるので、自然の涼しさを感じることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の建物の空気循環システムを備える２階建住宅の縦断面図である。
【図２】前記住宅の壁部の構造を示す断面図である。
【図３】前記建物の空気循環システムに備える換気扇の構造を示す平面図である。
【図４】前記空気循環システムにおける暖気の循環経路を示す説明図である。
【図５】前記空気循環システムにおける冷気の循環経路を示す説明図である。
【符号の説明】
１住宅（建物）
４壁部
５屋根
８小屋裏空間
９，１０天井裏空間
１１断熱材
１２外壁
１３内壁
１４外通気路
１５内通気路
１６第１の外気導入口
１８第２の外気導入口
２０貯水槽
２２床下空間
２４給気ダクト
２５排気ダクト
３１換気扇
４２透湿シート部材

Claims

外壁と断熱材とで挟まれた外通気路、前記断熱材と内壁とで挟まれた内通気路、各階間の天井裏空間、小屋裏空間及び床下空間とが連通した空気循環路を備え、前記小屋裏空間をシート部材によって南側空間と北側空間とに仕切り、前記外通気路の一端に設けられる外気導入口から外気を導入し、この外気を前記シート部材によって仕切られた南側空間を通して前記空気循環路内を循環させることで、建物内を暖房することを特徴とする建物の空気循環システム。
外壁と断熱材とで挟まれた外通気路、前記断熱材と内壁とで挟まれた内通気路、各階間の天井裏空間、小屋裏空間及び床下空間とが連通した空気循環路と、この空気循環路内の空気の流れを制御する換気扇を前記小屋裏空間に備え、前記小屋裏空間をシート部材によって南側空間と北側空間とに仕切り、前記外通気路の一端に設けられる外気導入口から前記換気扇によって外気を導入し、この外気を前記シート部材によって仕切られた南側空間を通して前記空気循環路内を循環させることで、建物内を暖房することを特徴とする建物の空気循環システム。
前記シート部材は、南側空間と北側空間の空気を遮断する気密性と、湿気を排除する透湿性とを備える請求項１又は２記載の建物の空気循環システム。
前記内通気路の一端に設けられる外気導入口から冷気を導入し、内通気路及び各階間の天井裏空間を通して建物内に冷気を送り込む請求項１又は２記載の建物の空気循環システム。
前記外気導入口は、前記床下空間から貯水槽を通して地表面に延設される請求項４記載の建物の空気循環システム。
前記建物内に循環した空気を各階間の天井裏空間から小屋裏に設けた排気窓から排気する請求項１又は２記載の建物の空気循環システム。