JP3944181B2 - 建物空調システム - Google Patents

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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
17 1階空間
18 2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 (3)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
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