JP3944181B2

JP3944181B2 - 建物空調システム

Info

Publication number: JP3944181B2
Application number: JP2004085857A
Authority: JP
Inventors: 且久白岩
Original assignee: 株式会社白岩工務所
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2024-03-24
Also published as: JP2005273970A

Description

本発明は、高気密高断熱構造の建物を換気し、季節に応じて冷暖房する建物空調システムに関する。

高気密高断熱構造の建物を換気し、冷暖房するものとして、特許文献１に記載の空調方法が提案されている。この空調方法は、外気を、地中に埋設された地下ダクトに導き、熱交換器を経て床下空間へ導き、室内の空気を上記熱交換器を経て大気中へ排出して換気するものであり、夏季に主に地熱を利用して室内を冷房する。また、屋根に設置された集熱パネルにより、太陽熱を利用して屋根裏空間の空気を暖め、主にこの暖気を、床下空間を経て室内へ導くことで冬季に室内を暖房する。

特開平７‐２４８１３０号公報

上述の背景技術では、床下空間に空気（冷気または暖気）を流動させることで当該床下空間の換気がなされ、地熱や太陽熱を利用することによって、室内の冷暖房の省エネルギー化が図られている。

ところが、これらの換気及び冷暖房の実施には、地下ダクト、集熱パネル及び熱交換器など大規模な設備が必要となり、多大なコストを要する。

また、地下ダクトが土に接する面積が小さいので、地下ダクトにより空気をある程度まで熱交換して冷却すると、それ以降は地下ダクト周囲の土の温度が上昇して、地下ダクト内の空気を良好に冷却できない場合がある。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、床下空間をも強制換気して除湿し、建物の耐久性を確保できる建物空調システムを提供することにある。本発明の他の目的は、建物空間の冷暖房の省エネルギー化を低コストで実現できる建物空調システムを提供することにある。

請求項１に記載の本発明は、建物の屋根、壁及び基礎が気密構造に構成され、上記屋根及び上記壁が断熱構造に構成され、上記建物の一室の外壁に設置された換気扇が連続運転することで、上記建物の任意の箇所に設けられた外気導入口から床上空間に外気を導入する建物空調システムであって、各部屋においては、上記床上空間と床下空間とを区画する床に開閉可能に構成された通気口が設けられ、上記床上空間に導入された外気が上記通気口を経て上記床下空間内を流動し、他の上記通気口を通り上記換気扇が設置された一室に導かれ、かつ、上記床下空間の地熱により冷却された外気を利用して部屋を冷却する場合には、床上空間の他の一室の上記通気口を開放して、地熱により冷却された外気を該通気口を介して床上空間の他の一室にも導き、上記換気扇により上記換気扇が設置された部屋の空気と共に大気中へ排出されるよう構成されたことを特徴とするものである。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、上記床上空間にて冷暖房装置により除湿された空気を上記通気口を経て上記床下空間内に導入するよう構成されたことを特徴とするものである。

請求項３に記載の本発明は、請求項１または２に記載の本発明において、床上空間が上階空間と下階空間とに区画され、これらの上階及び下階空間間にダクトが延び、このダクトに、正逆回転可能な送風ファンが配設されると共に、上記屋根の南側に設けられ、断熱構造を有する遮光体により閉塞可能に構成された天窓が設置され、上記送風ファンの回転方向の切換によって、上記天窓を通る太陽熱により暖められた上記上階空間の暖気が上記ダクトを介して上記下階空間へ導かれ、また、上記天窓を閉塞状態にして、上記外気導入口から上記床上空間に導入された外気を上記通気口を経て床下空間により冷却し、冷却された外気が上記下階空間及び上記ダクトを経て上記上階空間へ導かれることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、換気扇の連続運転により、建物の任意の箇所に設けられた外気導入口から床上空間に導入された外気が、床の通気口を経て床下空間内を流動し、他の通気口を通り床上空間を経て上記換気扇により上記換気扇が設置された部屋の空気と共に大気中へ排出されることから、床下空間は、床上空間と同様に強制換気されるので、除湿されて乾燥される。このため、床下空間に接した建材の腐食や劣化を防止でき、床下空間内でのカビやシロアリなどの発生を防止できるので、建物の耐久性を向上させることができる。

また、上記床下空間の地熱により冷却された外気を利用して部屋を冷却する場合には、床上空間の他の一室の上記通気口を開放して、地熱により冷却された外気を該通気口を介して床上空間の他の一室にも導くことにより、床上空間を冷気によって冷房できる。

請求項２に記載の発明によれば、床の通気口を経て床下空間へ導入される空気が、床上空間にて冷暖房装置により除湿された空気であることから、外気の湿度が高い場合にも、床下空間内を乾燥状態とすることができる。

請求項３に記載の発明によれば、ダクトに配設された送風ファンの回転方向の切換によって、天窓を通る太陽熱により暖められた上階空間の暖気がダクトを介して下階空間へ導かれ、また、床下空間により冷却された冷気が下階空間及びダクトを経て上階空間へ導かれることから、冬季に温度が低い下階空間を上記暖気によって暖房でき、また、夏季に温度が高い上階空間を上記冷気によって冷房できる。このため、冷暖房装置の使用頻度を低減でき、建物の冷暖房の省エネルギー化を実現できる。

また、ダクト、送風ファン及び天窓を設けることで冷暖房の省エネルギー化を達成できるので、低コスト化を実現できる。更に、屋根面に集熱パネルが存在せず、天窓だけなのでメンテナンスが容易である。

また、床下空間は、建物全体の床と基礎により構成される空間であるため、この床下空間が直接接する大地、または床下空間が基礎を介して間接に接する大地の面積が広い。このため、床下空間に直接または間接に接する大地は、この床下空間を流れる空気と熱交換してもその温度がほとんど変化しないので、床下空間を流れる空気を常時良好に熱交換して冷却することができる。

また、天窓が屋根の南側に設けられたことから、上階空間を太陽熱により効果的に暖めることができる。また、この天窓を断熱構造を有する遮光体により閉塞することで、上階空間が特に夏季に温度上昇することを抑制できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。

図１は、本発明に係る建物空調システムの一実施の形態が適用された家屋の断面図であり、冬季における空気の流れを示す図である。図２は、図１の家屋の断面図であり、夏季における空気の流れを示す図である。

図１及び図２に示す建物としての家屋１０は、特に冬季の快適性を確保するために高気密高断熱構造に構成されている。つまり、家屋１０の基礎１１（本実施形態ではベタ基礎）には換気口が設けられておらず、その外部の側面には、押出法ポリスチレンフォーム等の断熱材が貼着され、また、外壁１２及び屋根１３には、外側に気密シート及び断熱材が配設されている。

上記家屋１０は、基礎１１上に設けられた床１４により、床下空間１５と床上空間１６とに区画され、更に床上空間１６は、下階空間を構成する１階空間１７と、上階空間を構成する２階空間１８及び小屋裏空間１９（後述）とに区画される。屋根１３は、山形形状の切妻または寄せ棟形式に構成され、この屋根１３の下方に、上記小屋裏空間１９が設けられる。この小屋裏空間１９は２階空間１８に連通されている。また、１階空間１７及び２階空間１８は、仕切壁２０によってそれぞれ複数の部屋Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６…に仕切られている。

上述のような高気密高断熱構造を有する家屋１０にあっては、内部の汚染空気を排出し、且つ外気の新鮮な空気を取り込むために、換気設備２１が装備されている。この換気設備２１は、外壁１２の特定箇所に設置された換気扇２２と、外壁１２の任意の箇所に形成された外気導入口２３と、床１４に設けられた複数の通気口２４とを有して構成される。

換気扇２２は、例えばトイレＲ３、Ｒ６に設けられたトイレ用換気扇であり、２４時間連続運転される。また、外気導入口２３は、例えば和室Ｒ１や、寝室Ｒ２（図３及び図４にて図示）食堂Ｒ４等、外壁１２に接する部屋の全てまたはその一部に設けられて、これらの部屋に外気を導入する。更に、通気口２４は、床１４に接する１階空間１７の部屋の全てに設けられて、これらの部屋内の空気と床下空間１５内の空気とを流出入可能とする。２階空間１８の部屋にあっては、仕切壁２０の下部に、またはこの仕切壁に設けられたドアもしくは引き戸などの下部にそれぞれ通気通路２５が設けられる。この通気通路２５を通して、２階空間１８の隣接する各部屋間で空気が流出入する。尚、外気導入口２３、通気口２４及び通気通路２５には、開閉機構を有するがらり（図示せず）が設けられている。

家屋１０が前述のように気密構造であるため、上記換気扇２２の２４時間の連続運転により、図１乃至図４に示すように、外気導入口２３が設けられた部屋（例えば和室Ｒ１、食堂Ｒ４等）へ外気が導入される。この外気は、１階空間１７にあっては、外気の導入された部屋（例えば和室Ｒ１）から、この和室Ｒ１に連通した通気口２４を経て床下空間１５内へ流入し、この床下空間１５内を流動して、換気扇２２が設けられたトイレＲ３に連通した通気口２４を経て上記トイレＲ３へ流入し、換気扇２２により大気中へ排出される。また、外気は、２階空間１８にあっては、外気が導入された部屋（例えば食堂Ｒ４）から、この食堂Ｒ４に連通した台所Ｒ５を流れ、通気通路２５を経て、換気扇２２が設けられたトイレＲ６へ流入し、この換気扇２２により大気中へ排出される。

このように、換気扇２２の連続運転により家屋１０内の換気が年間を通じて実施され、新鮮な外気が１階空間１７及び２階空間１８内へ外気導入口２３を通して導入され、また、１階空間１７及び２階空間１８内の室内空気が換気扇２２を経て大気中へ排出される。この際、１階空間１７に導入された外気が床下空間１５内を流れ、この床下空間１５をダクト代わりに使用することで、この床下空間１５が１階空間１７及び２階空間１８と同様に常時換気され、常に床下に導入された外気が流動することにより、乾燥状態に保持されて、結露などの発生が防止される。

ところで、家屋１０は、上述の換気設備２１の他に、家屋１０内の空気を循環させることで当該家屋１０内を冷暖房する空気循環設備３１を備える。これらの換気設備２１及び空気循環設備３１が、家屋１０内の温度及び湿度を調整する建物空調システム３０を構成する。

上記空気循環設備３１は、屋根１３に取り付けられた天窓３２と、送風ファン３７を備えたダクト３３と、天窓３２を閉塞する遮光体としての遮光戸３４(図２)と、を有して構成される。

天窓３２は、屋根１３における南側に設置され、図３に示すように開閉可能に構成される。また、この天窓３２を図２に示すように閉塞する遮光戸３４は、内部に断熱材が充填されて、太陽光及び太陽熱を遮断する。

上記ダクト３３は、１階空間１７から２階空間１８を経て小屋裏空間１９まで延び、その適宜位置に送風ファン３７が配設される。この送風ファン３７は、正逆回転可能に構成される。ダクト３３における１階空間１７の下部開口３５は、１階空間１７の北側の部屋、例えば寝室Ｒ２の床１４近傍に設けられる。また、ダクト３３における小屋裏空間１９への上部開口３６は、山形形状の屋根１３の頂部近傍に設けられる。屋根１３が切妻または寄せ棟形式ではなくドーム形状の場合には、このドーム形状の頂部近傍に上記上部開口３６が設けられる。このダクト３３は、その全長に亘り断熱材により被覆されている。また、ダクト３３の上部開口３６の配された小屋裏空間１９は、階下の２階空間１８と連通している。

図１に示すように、冬季において空気循環設備３１は、比較的温度の低い北側の部屋を、南側の部屋の暖気によって暖房するために、次のように機能する。天窓３２から太陽光が入射し、小屋裏空間１９及び小屋裏空間１９と連通している２階空間１８はその太陽熱により暖められる。この小屋裏空間１９及び２階空間１８の暖気は、家屋１０内を上昇して屋根１３の頂部近傍に集中する。このとき、送風ファン３７が正転状態にあると、上記暖気は、ダクト３３の上部開口３６から吸入されてダクト３３内を流下し、下部開口３５から１階空間１７の北側の部屋、例えば寝室Ｒ２へ吐出して、この寝室Ｒ２を暖房する。尚、一般に南側の部屋（例えば食堂Ｒ４、和室Ｒ１）には、窓３８が設けられるものであって、太陽光及び太陽熱による暖気が促進される。特に、２階空間１８で暖気された外気は、連通する小屋裏空間１９へと上昇し、ダクト３３の上部開口３６から吸入される。

また、図２に示すように、夏季において空気循環設備３１は、室温の高い南側の部屋を効率的に冷房するために、次のように機能する。天窓３２を遮光戸３４により閉塞し、小屋裏空間１９及び２階空間１８の太陽熱による温度上昇を抑制する。また、送風ファン３７を逆転状態に切り換える。

夏季には、床下空間１５は、地熱により冷却されて外気温度よりも低くなるので（約１５〜１７℃）、外気導入口２３から１階空間１７の部屋、例えば和室Ｒ１に導入された外気は、通気口２４を経て床下空間１５内を流れる間に冷却される。この冷却された空気（外気）は、ダクト３３の下部開口３５近傍に形成された床１４の通気口２４を通り、下部開口３５が設けられた１階空間１７の部屋、例えば寝室Ｒ２へ流出した後、下部開口３５からダクト３３内へ吸入されて上昇し、ダクト３３の上部開口３６から小屋裏空間１９内へ吐出される。このダクト３３の上部開口３６から吐出された冷気が、遮光戸３４による小屋裏空間１９及び２階空間１８の温度上昇の抑制と相俟って、これらの小屋裏空間１９及び２階空間１８を冷房する。

また、図３及び図４に示すように、中間期（即ち春季または秋季）には、送風ファン３７が停止されて、ダクト３３を用いた空気の循環が機能せず、天窓３２から太陽光及び太陽熱が取り込まれる。また、寝室Ｒ２においては、夏季及び冬季に閉口状態となっている外気道入口２３を開口状態とする。このとき、外気導入口２３から１階空間１７、２階空間１８、小屋裏空間１９及び床下空間１５に導入された外気は、換気設備２１の機能によって、換気扇２２を介して前述のように換気される。なお、晴天時には、図３に示すように、１階空間１７及び２階空間１８の窓３８及び天窓３２が開放されて、家屋１０内の換気が実施可能とされる。

梅雨のように外気の湿度が高い時期には、１階空間１７や２階空間１８において冷暖房装置（例えばエアーコンディショナー等）を用いて除湿運転がなされる場合が多い。例えば、１階空間１７の和室Ｒ１や、寝室Ｒ２で上記冷暖房装置の除湿運転がなされたときには、この和室Ｒ１に設けられた通気口２４から床下空間１５へ除湿された空気を流すことで、床下空間１５内の湿度が低減される。また、外気導入口２３は、地面からある程度離れた位置に設けられることが望ましい。地面から離れた位置に外気導入口２３が設けられることにより、湿度の低い外気が導入されるものであり、さらに除湿効果が高まるものである。

ここで、床１４に設けられた通気口２４は開閉可能に構成される。通気口２４が閉塞される場合としては、例えば冬季における空気循環設備３１の作用時に、ダクト３３の下部開口３５付近の通気口２４を閉塞することで、ダクト３３の下部開口３５から吐出された暖気が床下空間１５内へ流入してしまうことを防止する。また、床下空間１５内へ冷暖房装置により除湿された空気を導入する場合には、上記冷暖房装置が備えられた部屋の通気口２４が開口される必要がある。その他、通気口２４を適宜開閉することで、床下空間１５内を流れる空気の流れ方向や流量が適切化される。

以上のように構成されたことから、上記実施の形態によれば、次の効果（１）〜（１０）を奏する。

（１）換気設備２１における換気扇２２の連続運転により、家屋１０の任意の箇所に設けられた外気導入口２３から１階空間１７に導入された外気が、床１４の通気口２４を経て床下空間１５内を流動し、他の通気口２４を通り１階空間１７のトイレＲ３を経て換気扇２２により大気中へ排出されることから、床下空間１５は、１階空間１７と同様に強制換気されるので、除湿されて乾燥される。このため、床下空間１５に接した建材の腐食や劣化を防止でき、床下空間１５内でのカビやシロアリ等の発生を防止できるので、家屋１０の耐久性を向上させることができる。

（２）空気循環設備３１におけるダクト３３に配設された送風ファン３７の回転方向の切換によって、天窓３２を通る太陽熱により暖められた小屋裏空間１９及び２階空間１８の暖気がダクト３３を介して１階空間１７へ導かれ、冬季に温度が低い１階空間１７を上記暖気によって暖房できる。また、床下空間１５で地熱により冷却された冷気が１階空間１７及びダクト３３を経て小屋裏空間１９及び２階空間１８へ導かれることから、夏季に温度が高い小屋裏空間１９及び２階空間１８を上記冷気によって冷房できる。このため、家屋１０に設置されたエアーコンディショナー等の冷暖房装置の使用頻度を低減でき、家屋１０の冷暖房の省エネルギー化を実現できる。

（３）換気扇２２、外気導入口２３、通気口２４、ダクト３３、送風ファン３７、天窓３２及び遮光戸３４を設けることのみで冷暖房の省エネルギー化を達成できるので、イニシャルコストを低減できる。更に、屋根１３に集熱パネルが存在せず、天窓３２だけなのでメンテナンスが容易であり、ランニングコストをも低減できる。更に、換気扇２２は通常のトイレ用換気扇であることから、交換も容易で、この点からもランニングコストをも低減できる。

（４）床下空間１５は、建物全体の床１４と基礎１１により構成される空間であるため、この床下空間１５が直接接する大地、または床下空間１５が基礎１１(ベタ基礎)を介して間接に接する大地の面積が広い。このため、床下空間１５に直接または間接に接する大地は、この床下空間１５を流れる空気と熱交換してもその温度がほとんど変化しないので、夏季に床下空間１５を流れる空気を常時良好に熱交換して冷却することができる。

（５）天窓３２が屋根１３の南側に設けられたことから、冬季に小屋裏空間１９及び２階空間１８を太陽熱により効果的に暖めることができる。また、この天窓３２を断熱構造を有する遮光戸３４により閉塞することで、小屋裏空間１９及び２階空間１８が特に夏季に温度上昇することを抑制できる。

（６）ダクト３３の１階空間１７への下部開口３５が、１階空間１７における北側の部屋、例えば寝室Ｒ２に設けられたことから、特に冬季に温度低下の著しい上記北側の部屋へ、太陽熱により暖められた小屋裏空間１８及び２階空間１８の暖気をダクト３３を用いて導くことができる。

（７）ダクト３３の小屋裏空間１９への上部開口３６が、山形形状またはドーム形状の屋根１３の頂部近傍に設けられたことから、太陽熱により暖められた暖気が屋根１３の頂部に集中するので、この暖気をダクト３３を介して１階空間１７の例えば寝室Ｒ２へ導くことで、１階空間１７の寝室Ｒ２を効果的に暖房できる。

（８）ダクト３３が断熱材により被覆されたので、このダクト３３内を流れる空気の放熱を防止でき、１階空間１７の暖房、並びに小屋裏空間１９及び２階空間１８の冷房を効率化できる。

（９）床１４の通気口２４を経て床下空間１５内へ導入される空気が、１階空間１７にて冷暖房装置により除湿された空気であるときには、例え外気の湿度が高い場合にも、この床下空間１５内を乾燥状態とすることができる。

（１０）床１４に設けられた通気口２４が開閉可能に構成されたことから、必要な通気口２４を開口状態とすることで、冷暖房装置により除湿された空気を床下空間１５へ流してこの床下空間１５を良好に除湿したり、床下空間１５内を流れる空気の流れを適切化したり、また、通気口２４を閉口状態とすることで、ダクト３３の下部開口３５から吐出される暖気が床下空間１５へ流れることを防止して、１階空間１７の暖房を良好に実施できる。また、建物の階壁に設けられた外気道入口２３を開口状態にすることで床上空間１６内の流れを適切にして、換気を良好に実施できる。

以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態では、家屋１０が２階建ての場合を述べたが、３階建て以上の家屋にも適用できる。この場合にも、換気設備２１は上記実施の形態と同様に床下空間１５をダクトとして機能させ、また、空気循環設備３１は、冬季には、天窓３２からの太陽熱で暖められた暖気を、ダクト３３を経て１階もしくは２階などの下階の部屋（特に北側の部屋）へ導き、夏季には、床下空間１５内の冷気を最上階などの上階の部屋へ導く。

本発明に係る建物空調システムの一実施の形態が適用された家屋の断面図であり、冬季における空気の流れを示す図である。図１の家屋の断面図であり、夏季における空気の流れを示す図である。図１の家屋の断面図であり、春季、秋季において窓を開口状態としたときの空気の流れを示す図である。図１の家屋の断面図であり、春季、秋季において窓を閉塞状態としたときの空気の流れを示す図である。

符号の説明

１０家屋（建物）
１１基礎
１２外壁
１３屋根
１４床
１５床下空間
１６床上空間
１７１階空間
１８２階空間
１９小屋裏空間
２１換気設備
２２換気扇
２３外気導入口
２４通気口
３０建物空調システム
３１空気循環設備
３２天窓
３３ダクト
３４遮光戸（遮光体）
３５下部開口
３６上部開口
３７送風ファン
３８窓

Claims

建物の屋根、壁及び基礎が気密構造に構成され、上記屋根及び上記壁が断熱構造に構成され、上記建物の一室の外壁に設置された換気扇が連続運転することで、上記建物の任意の箇所に設けられた外気導入口から床上空間に外気を導入する建物空調システムであって、
各部屋においては、上記床上空間と床下空間とを区画する床に開閉可能に構成された通気口が設けられ、
上記床上空間に導入された外気が上記通気口を経て上記床下空間内を流動し、
他の上記通気口を通り上記換気扇が設置された一室に導かれ、
かつ、上記床下空間の地熱により冷却された外気を利用して部屋を冷却する場合には、床上空間の他の一室の上記通気口を開放して、地熱により冷却された外気を該通気口を介して床上空間の他の一室にも導き、上記換気扇により上記換気扇が設置された部屋の空気と共に大気中へ排出されるよう構成されたことを特徴とする建物空調システム。
上記床上空間にて冷暖房装置により除湿された空気を上記通気口を経て上記床下空間内に導入するよう構成されたことを特徴とする請求項１記載の建物空調システム。
床上空間が上階空間と下階空間とに区画され、これらの上階及び下階空間間にダクトが延び、このダクトに、正逆回転可能な送風ファンが配設されると共に、上記屋根の南側に設けられ、断熱構造を有する遮光体により閉塞可能に構成された天窓が設置され、
上記送風ファンの回転方向の切換によって、上記天窓を通る太陽熱により暖められた上記上階空間の暖気が上記ダクトを介して上記下階空間へ導かれ、また、上記天窓を閉塞状態にして、上記外気導入口から上記床上空間に導入された外気を上記通気口を経て床下空間により冷却し、冷却された外気が上記下階空間及び上記ダクトを経て上記上階空間へ導かれることを特徴とする請求項１または２に記載の建物空調システム。