JP4097835B2 - 建物の冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物周辺の熱的な環境の調和を図ると共に居室の熱的な環境を良好に保つ建物の冷却装置及び建物の環境創造装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
日本の伝統的な住居の屋根として過去に利用された茅葺屋根は、照り返し等が無く、夏期において周辺環境への熱的な負荷はほとんどなかった。また、茅は植物素材であり、茅の内部の水蒸気の蒸散による冷却効果を有していたので、住居の天井と屋根との間の小屋裏の温度も外気とほぼ同等の温度となっていた。しかし近年、茅が入手困難になったことなどの理由から、住宅の屋根材としては殆ど使用されないようになった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って現在では、茅の代わりに一般的に瓦やカラーベストが屋根に用いられるようになったが、これらを屋根材とすると、植物などによって住宅等の建物周辺の局部的な気候である微気候の調整をしても、夏期において太陽に熱せられた屋根材からの輻射熱により建物周辺の温度が上昇して、建物周辺の熱的な環境を良好な状態に保つことは困難である。
【０００４】
また、屋根の温度が上昇するのに伴って、小屋裏の温度が上昇して天井からの輻射熱が増大する。この結果、一戸建ての住宅における夏の室内居住環境だけでなく、集合住宅やビル等における屋根の真下の建物最上階における夏の室内居住環境を悪化させて、居室の熱的な環境を良好にすることが困難となり、ひいてはクーラなどの空調機器のエネルギー消費量を増大させることになる。
【０００５】
この一方、屋根の温度が上昇すると、屋根に近年設置されるようになった太陽電池パネルの温度も上昇し、太陽電池パネルの発電効率は温度上昇で低下するため、太陽電池パネルの発電効率が低下する結果ともなる。
【０００６】
また、屋根を植物で緑化することにより建物周辺への輻射熱の影響を緩和し、周辺環境に与える熱的負荷を低減できるが、屋根を緑化するためには、高いイニシャルコスト、メンテナンスコストが必要になるとともに、屋根の構造的補強が必要になる。また、降雨時には屋根に配置した表土が流されたりする問題や、緑化する上で求められる防虫対策のためにサッシ断面を改良しなければならない問題も生ずる。
【０００７】
本発明の目的は、上記事実を考慮し、建物周辺の熱的な環境の調和を図ると共に居室の熱的な環境を良好に保つことができるようになる建物の冷却装置及び建物の環境創造装置を提供するところにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明に係る建物の冷却装置は、建物外面に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段を有し、この冷却媒体で建物外面を冷却することを特徴とするものである。
【０００９】
これによると、夏期において建物の冷却装置の冷却媒体供給手段で建物外面に冷却媒体を供給すれば、建物外面を冷却することができ、建物の周辺の熱的な環境の調和が図られ、建物の周囲の微気候が調整されると共に、一戸建ての住宅の居室や集合住宅等における屋根の真下の建物最上階の居室の熱的な環境を良好に保つことができる。
【００１０】
また、人手を使わずに単に冷却媒体供給手段で建物外面に冷却媒体を供給するだけで、建物の周辺の熱的な環境及び居室の熱的な環境が保たれるので、屋根を植物により緑化する場合のイニシャルコスト、メンテナンスコストが不要になるとともに、屋根の構造的補強も不要になる等の利点を得られる。さらに、冷却媒体供給手段で建物外面を冷却することにより、夏期において冷房による空調機器の電力負荷ピークを小さくでき、電力コストを少なく抑えることができる。
【００１１】
以上において、冷却媒体は任意であり、その一例は水であり、あるいは送風する空気でもよい。
【００１２】
また、冷却媒体を水とし、冷却媒体供給手段をこの水を建物の屋根に供給する散水部材を備えたものとすることにより、建物外面のうちで夏期に最も温度上昇することから冷却する箇所として最適な屋根上にこの散水部材で散水できるようになる。これにより、建物の周囲の微気候が一層有効に調整されると共に、居室の熱的な環境を良好に保つことができる。また、屋根に散水すると、屋根材の熱劣化を防止して屋根材の耐久性の向上を図ることができ、屋根に太陽電池パネルが配置されている場合には、太陽電池パネルの発電効率の向上を図ることができる。
【００１３】
さらに、散水部材を建物の屋根の棟に配置された散水管とすれば、散水管から屋根に沿って水を流下させることができるので、大きな水圧をかけなくても水を自ずと屋根全体に供給でき、屋根全体の冷却を有効に達成できる。そして、散水部材を、屋根上の棟に沿って延び且つ管状に形成された散水管とすれば、建物の外観を損なうことなく、散水部材を屋根上に配置することができる。
【００１４】
また、散水部材から屋根に散水する水は上水道からの水でもよいが、水を屋根に供給する冷却装置を、貯水槽から延び、この貯水槽の水を散水部材へ揚水するための揚水回路と、屋根の端部に配置されている樋を含み、散水部材から屋根に散水された水を前記貯水槽に戻すための戻し回路とを有するものとすることがより好ましい。
【００１５】
このようにすると、屋根に降った雨水を冷却媒体として利用することが可能になると共に、屋根に散水した水を再利用することもできるようになる。
【００１６】
一方、建物の屋根に、建物内の空気を建物外に排出する空気排出通路を形成すれば、夏期において小屋裏に溜まった熱気を空気排出通路から容易に屋外に排出でき、高気密住宅の居室や小屋裏の排熱を促進することが可能となる。
【００１７】
さらに、上記の目的を達成するために本発明に係る建物の環境創造装置は、建物の外面に冷却媒体を供給し、この冷却媒体で外面が冷却された建物に向かって流れる空気流を生じさせる冷却媒体供給手段と、建物の周辺に立設され、下部が建物に向かって流れる前記空気流の吹き抜け部となっている立設物とを有することを特徴とするものである。
【００１８】
これによると、冷却媒体供給手段から供給される冷却媒体で冷却された建物の外面に向かって流れる空気流が生じ、下部が建物に向かって流れる空気流の吹き抜け部となっている立設物が建物の周辺に立設されているので、建物に向かう空気流の一部が建物内に流れ込み、建物内の熱的環境を良好とする。
【００１９】
また、建物に向かって流れた空気流の多くは立設物により建物の上方へ案内されて上昇気流となる。この結果、空気の大きな循環流が建物の周囲にでき、建物の周辺の温度が低下し、建物の周辺の熱的な環境及び居室の熱的な環境が良好に保たれることになる。
【００２０】
ここで、建物の周囲に植えられた屋敷林を立設物とすることにより、屋敷林の下部の幹の間の部分が吹き抜け部となる。但し、立設物は塀等の構造物であってもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態に係る冷却装置を図に基づき説明する。
【００２２】
本実施の形態の冷却装置を表す図１から図３には、瓦又はカラーベスト等による両流れ式の屋根２を有する切妻構造の住宅１が示されており、この屋根２の上部中央には、図３の紙面に対して直角に延びる棟３が配置されている。そして、この棟３は、円管状に形成されて支持材４により屋根２上に支持された散水部材である散水管５で形成されている。
【００２３】
また、このアルミニウム製のパイプにより形成された散水管５の直下の屋根２の部分には、屋根２を貫通する空気排出通路である貫通孔７が散水管５の長手方向に沿って等間隔に多数形成（図３において左右一対のみ示す）されており、下部排気ダクト８がこの貫通孔７の上部に位置するように屋根２上に配置されている。さらに、散水管５の下部から下方に延びる上部排気ダクト９が下部排気ダクト８の上部を囲むように配置されている。
【００２４】
従って、図３に示すように、貫通孔７から排出された空気は、下部排気ダクト８内を一旦上昇して散水管５の下部に至り、内部に水が流れている散水管５により冷却されて下降する。そして、上部排気ダクト９と下部排気ダクト８との間の隙間から屋外に排出されるようになっている。このため、屋外には温度の高い空気は排出されず、温度低下した空気が排出されるため、住宅１の外部の熱的環境が良好となるようになっている。
【００２５】
この一方、図２及び図３に示すように、上部排気ダクト９の外側に位置する散水管５の部分には、散水管５内の水を散水管５の外部に散布するための散水孔６が散水管５の長手方向に沿って等間隔に多数形成され、住宅１の屋根２上にこの散水孔６から水が散水されるようになっている。
【００２６】
他方、図１に示すように、住宅１の敷地の地下部分には、水が蓄えられた貯水源である貯水槽１１が設置されていて、散水管５には、基端側がこの地下の貯水槽１１内に位置した給水管１２の先端側が連結されており、この給水管１２が貯水槽１１内の水を散水管５に送り込むようになっている。
【００２７】
この貯水槽１１内であって給水管１２の基端側寄りの部分には、モータ１４により駆動されて貯水槽１１内の水を散水管５に送り出すための小型揚水ポンプ１５が設置されており、従って、給水管１２は貯水槽１１から散水管５までの揚水回路を形成しており、小型揚水ポンプ１５には、屋外に配置された水栓１６に繋がるパイプ１７をも連結されている。
【００２８】
尚、この小型揚水ポンプ１５を駆動するためのモータ１４は、太陽電池パネル１３から電力の供給を受けるようになっている。さらに、この給水管１２の貯水槽１１内における下流側の部分には、散水管５への送水及び送水の停止をするためのバルブ１８及び、冬期に散水管５や給水管１２内で水を凍結させないための不凍栓１９が設置されている。
【００２９】
従って、バルブ１８及び不凍栓１９が開放された状態で小型揚水ポンプ１５が駆動されると、貯水槽１１内の水が給水管１２を介して散水管５に送られると共に、水栓１６から水を出すことができるようになる。また、図１に示すように、この貯水槽１１には、屋根２の両端に配置された一対の樋２１にそれぞれ繋がる排水管２２の端部も接続されている。このため、樋２１から排出された水がこの貯水槽１１に溜められて散水に使用されるようになっており、樋２１や排水管２２により、屋根２から水を貯水槽１１に戻すための戻し回路が形成されている。
【００３０】
一方、住宅１の内部にも水栓２３が設置されており、この水栓２３まで延びる上水道の水道管２４は途中で分岐されていて、水道管２４から分岐された分岐管２５が貯水槽１１内まで延びている。そして、分岐管２５の途中に開閉弁であるバルブ２６が設置されており、貯水槽１１内の水が足りなくなった時などの必要時にこのバルブ２６を開放して貯水槽１１に上水道の水を送り込むことが可能となっている。
【００３１】
他方、余剰となった水を一旦溜めると共に外部の図示しない下水道に排水するための排水マス２７が、住宅１が建てられている敷地の地下部分に設けられており、この排水マス２７に繋がる排水管２８が貯水槽１１の側部に連結されている。このため、貯水槽１１内の水位が上昇して必要以上に水が貯水槽１１内に溜まった場合には、この排水管２８及び排水マス２７を介して外部に水が排出されることになる。
【００３２】
次に、本実施の形態に係る冷却装置の作用を説明する。
【００３３】
例えば夏期には、図４（Ａ）に示すように、バルブ１８及び不凍栓１９をそれぞれ開放状態として小型揚水ポンプ１５を駆動することにより、貯水槽１１内に溜められた水が散水管５に送り出されるようになる。そして、この水が散水管５の散水孔６から屋根２上に散水されると、屋根２の温度が下がって住宅１の周辺の熱的な環境の調和が図られ、住宅１の周囲の微気候が調整されると共に、小屋裏の熱による天井からの輻射熱で住宅１内の居室が温度上昇することもなくなるため、居室の熱的な環境を良好に保つことができる。
【００３４】
また、人手を使わずに単に屋根２上に散水するだけで、住宅１の周辺の熱的な環境及び住宅１内の居室の熱的な環境が保たれるので、屋根２上を植物によって緑化するイニシャルコスト及び植物のメンテナンスコスト等よりも総コストを低減でき、緑化するための屋根２の構造的補強も不要になる。そして、屋根２に散水することにより夏期において冷房による空調機器の電力負荷ピークを小さくでき、また、屋根２への散水で屋根材の熱劣化を防止して屋根２の耐久性の向上を図ることができ、さらに、屋根に太陽電池パネルが配置されている場合には、散水により太陽電池パネルの温度上昇を抑えることができるため、太陽電池パネルの発電効率を高効率に維持させることができる。
【００３５】
また、本実施の形態では、室内及び小屋裏の空気を排出する貫通孔７が住宅１の屋根２に形成されているので、夏期等において、下部排気ダクト８及び上部排気ダクト９を介して屋根裏に溜まった熱気をこの貫通孔７から容易に屋外に排出でき、高気密住宅の居室や小屋裏の排熱を促進することが可能となる。また、本実施の形態では、散水部材を、屋根２上に配置された棟３に沿って延び且つ管状に形成された散水管５としたので、住宅１の外観を損なうことなく、散水部材を屋根２上に配置することができる。
【００３６】
他方、冬季には、散水管５及び給水管１２内の水の凍結を防止するため、図４（Ｂ）に示すように、バルブ１８を開放状態とすると共に水が貯水槽１１内に排出されるように不凍栓１９の開閉位置を調整する。これにより、散水管５に散水孔６が設けられている関係から散水管５内が大気圧となって、散水管５及び給水管１２内の水がその重量により貯水槽１１内に排出され、散水管５及び給水管１２の凍結が防止されることになる。
【００３７】
さらに、図４（Ｃ）に示すように、バルブ１８を閉鎖状態とすると共に不凍栓１９を開放状態とすることにより、散水管５及び給水管１２内に水を溜めた状態とすることができる。この状態において、バルブ１８を図４（Ａ）の開放状態とすると共に小型揚水ポンプ１５を駆動させると、夏期において散水管５から水を直ちに散水することができる。また、図４（Ａ）の状態だけでなく、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）の状態でも小型揚水ポンプ１５を駆動することで、水栓１６側にも貯水槽１１内の水が送り出されることになり、水栓１６を開放することによりこの水栓１６から水が出るようになる。
【００３８】
本実施の形態においては、基本的に雨水を樋２１で集めて貯水槽１１内に一旦溜めて散水に利用する構造となっているが、本実施の形態とは異なり、駐車場等に降った雨水を駐車場等の地下に貯水して、この雨水を利用したり、井戸水を得やすい地域では地下水を利用したり、河川水、農業用水等の他の水源を活用したり、風呂の排水を濾過して使用するようにしてもよい。雨水以外の水を使用するようにすると、日照りが続いたときにも、散水の水を容易に得られるようになる。
【００３９】
さらに、貯水槽１１内に溜められた雨水の利用方法として、夏期は屋根への散水のみに使用し、春秋期は水洗トイレ用、植木の散水用、自動車の洗車用等の雑用水としての中水にも使用してもよい。さらに、建物の建築地域によっては冷却装置を融雪装置としても活用できるので、冬期には貯水槽１１の水を降雪時の融水用として利用してもよい。
【００４０】
尚、夏期と冬期での不凍栓１９の切り換えは、ヒートセンサ等による自動切り換えとしてよく、居住者の体感温度による手動切り換えとしてもよい。
【００４１】
さらに、冷却装置の使用水量は屋根面積、屋根形状、屋根葺材等によって異なるので、貯水槽１１の容量はこれに応じて決定するものとする。また、凍害のない地域では、表面が微量の吸水性を有する屋根材を使用してもよい。
【００４２】
一方、本実施の形態においては、屋根２から離れた位置に小型揚水ポンプ１５を駆動させるための太陽電池パネル１３を配置したが、屋根２上にこの太陽電池パネル１３を配置してもよい。
【００４３】
また、図５に示すように、切妻構造の住宅１の代わりに寄棟構造の住宅３１に散水式の冷却装置を適用することも可能である。この場合、寄棟構造の住宅３１に配置された散水管５の両端部には、スプリンクラー機能を有するように多数の散水孔３３を有した放射部３２が設けられていて、寄棟の屋根の全面に散水可能な構造となるようにする。
【００４４】
以下に本発明の実施の形態に係る建物の環境創造装置を図に基づき説明する。
【００４５】
図６は、前記実施の形態と同様の散水による冷却装置が設けられた本実施の形態の住宅１の周辺構造を示す。この図に示すように、住宅１の北側と南側の敷地内には立設物である屋敷林４１が植えられており、この屋敷林４１の下部の幹４１Ａの間の部分が空気を通す吹き抜け部となっている。
【００４６】
屋敷林４１の外側の太陽からの日射による照り返しの部分Ａの地面の温度は夏期で例えば３４℃程度であり、これに対して、屋敷林４１の下の日陰部分Ｂの地面の温度は例えば２２〜２４℃程度であり、照り返しの部分Ａの地面の温度より日陰部分Ｂの地面の温度が遙に低くなっているので、日陰部分Ｂに向かって下降する上方からの冷気の流れが生じ、そして、この冷気の流れの一部が住宅１に向かって流れる空気流Ｃとなる。
【００４７】
本実施の形態では、住宅１の外面である屋根２は散水され、散水された水は蒸発して上昇するため、住宅１の外面に向かって流れる空気流Ｃが一層できやすくなり、この空気流Ｃは、吹き抜け部となっている屋敷林４１の下部の幹４１Ａの間を通って住宅１に達し、その一部Ｄは住宅１の内部を流れるため、住宅１内に北側からの冷気が流れ込むことにより、住宅内の居室の熱的環境は良好となる。
【００４８】
また、空気流Ｃの多くは屋敷林４１と住宅１とにより住宅１の上方へ案内されて、この空気流は上昇気流Ｄとなり、この上昇気流Ｄと上記日陰部分Ｂのために下降する冷気の流れとにより大きな循環流Ｅが住宅１の周囲にでき、このため、住宅１の周辺の温度が有効に低下し、住宅１の周辺の熱的な環境及び住宅１内の居室の熱的環境が一層良好に保たれる。
【００４９】
さらに、屋敷林４１の葉の蒸散作用による上昇流Ｆが発生するのに伴って、照り返しの部分Ａ上の熱気が上昇気流Ｇに乗って住宅１から遠ざかるようにもなり、このときには上昇気流Ｇの下方空間Ｓの空気密度が低下する。このため、住宅１に向かって流れて住宅１内に達する北側からの冷気の空気流Ｄが一層生じやすくなり、住宅１内の居室は熱的に良好となる。
【００５０】
尚、本実施の形態においては立設物を屋敷林としたが、立設物は塀等の構造物であってもよい。また、上記実施の形態では一戸建ての住宅を用いて説明したが、本発明によれば、一戸建ての住宅における夏の居住環境だけでなく、集合住宅やビル等における屋根の真下の建物最上階の居室の熱的な環境をも良好に保つことができる。さらに、上記実施の形態において散水部材を管状に形成された散水管としたが、屋根瓦を散水部材とすれば、どのような屋根形状にも本発明を適用可能となる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の建物の冷却装置及び建物の環境創造装置によれば、建物周辺の熱的な環境の調和を図ると共に居室の熱的な環境を良好に保つことができるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷却装置の実施の形態を示す住宅を含めた断面図である。
【図２】本発明に係る冷却装置の実施の形態が適用された住宅の斜視図である。
【図３】本発明に係る冷却装置の実施の形態を示す屋根の要部拡大断面図である。
【図４】本発明に係る冷却装置の実施の形態を示す概略断面図であって、（Ａ）は貯水槽内に溜められた水を散水管に送り出す状態を示す図であり、（Ｂ）は散水管及び給水管内の水を排出する状態を示す図であり、（Ｃ）は散水管及び給水管内に水を溜めた状態を示す図である。
【図５】本発明に係る冷却装置の実施の形態が適用された別の住宅の斜視図である。
【図６】本発明に係る建物の環境創造装置の実施の形態を示す概念図である。
【符号の説明】
１ 住宅
３ 棟
５ 散水部材である散水管
６ 散水孔
７ 空気排出通路である貫通孔
１１ 貯水槽
１２ 揚水回路を形成する給水管
１５ 小型揚水ポンプ
２１ 樋
２２ 戻し回路を形成する排水管
３１ 住宅
４１ 立設物である屋敷林

Claims (1)

1. 建物外面に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段を有し、この冷却媒体供給手段は水を建物の屋根に供給する散水部材を備えているとともに、この散水部材は、前記建物の屋根の棟に配置されていて、前記水をこの屋根に沿って流下させる散水管になっており、この散水管には、この散水管の長手方向両側において、前記散水管内の前記水をこの散水管の外部に散布するための散水孔が斜め下向きとなって前記散水管の長手方向に多数形成され、
   かつ、前記散水管の直下の前記屋根の部分には、この屋根を貫通して建物内の空気を建物外に排出する空気排出通路となっている貫通孔が形成され、前記屋根上には、前記散水管の長手方向両側において、下部排気ダクトが前記貫通孔の上部に位置して配置されているとともに、前記散水管の下部から下方へ延びる上部排気ダクトが、下部排気ダクトの上部の外側を囲んで前記散水管の長手方向両側に配置され、これらの上部排気ダクトのそれぞれは、前記散水管の前記散水孔と、前記下部排気ダクトの上部との間に配置されていることを特徴とする建物の冷却装置。

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