JP4524348B1 - 省エネルギー換気システム - Google Patents

Abstract

【課題】 戸建住宅において冬季の暖房時及び夏季の冷房時における換気による熱損失が少なく、冷暖房エネルギーを節減し、且つ送風ファンの駆動エネルギーの小さい省エネルギー換気システムを提供。
【解決手段】 外気導入口と前記全熱交換素子との間に三路経路切り替えバルブを備え、外気温および室内温度から判断し、この三路経路切り替えバルブによって換気システムの給気方法を切り替えることによって、送風ファンの駆動エネルギーは多いが換気による冷暖房エネルギー負担を削減する全熱交換型第１種換気システムと、熱交換はしないが送風ファンの駆動エネルギーが小さい第３種換気システムとを切り替え運転することができる省エネルギー換気システムによって提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、省エネルギー換気システムに関し、より詳しくは、戸建住宅において冬季の暖房時及び夏季の冷房時における換気による熱損失が少なく、冷暖房エネルギーを節減し、且つ送風ファンの駆動エネルギーの小さい省エネルギー換気システムに関する。

高気密高断熱住宅は、その内部に断熱構造を組込み、かつ気密状態を高めることで室内外の自然漏気を極力抑え、冷暖房エネルギー効果が得られるという利点があって普及してきた。また、高気密高断熱住宅は、室内外壁を連通する隙間が少ないために、外気の屋内への進入による自然換気量が少なく、かつ家屋内の上下空間における温度差も小さいために、家屋内での空気循環量が少ないことから、機械換気装置による強制換気システムが採用されている。
この強制換気システムの方法としては、各部屋で個別の換気装置によって換気する局所換気と、ダクトにて各室に給気及び／又は排気を行う集中換気装置を設けるセントラル換気とに大別される。前記セントラル換気には、給気と排気を同時に機械的に行う第１種換気方法、自然排気口を設けて給気を機械的に行う第２種換気方法、及び自然給気口を設け各室からの排気を機械的に行う第３種換気方法とがある。

この第２種換気方法及び第３種換気方法では、給気又は排気のどちらか一方の送風ファンの駆動エネルギーで足りるが、冷暖房された室内空気は、そのまま外部に排気されるので冷暖房エネルギーの浪費が多い。第１種換気方法では、冷暖房設備を稼動させる期間は、給気と排気の間で顕熱、または顕熱と潜熱の両方を熱交換することによって、冷暖房エネルギーの一部を回収することにより省エネルギー化を図っているが、送風ファンを用いて強制的に給気と排気を行うため、第２種換気方法や第３種換気方法に比べて、大きい送風ファンの駆動エネルギーを必要とする。
また熱交換型第１種換気方法は、年間を通じて給気も排気も機械的に熱交換素子に送風されているので、春や秋などで空調設備の冷暖房運転を必要としない、即ち熱交換換気を必要としない期間でも、給気と排気の両方の送風エネルギーを消費する。熱交換を必要としない時期には、熱交換をしない第３種換気方法のように、送風ファン駆動エネルギーの少ない換気方法が好ましい。
しかし、戸建住宅の換気システムでは、外気温や室内温度によって熱交換できる第１種換気方法と、熱交換はしないで送風ファンに駆動エネルギーの小さい第３種換気方法を選択し採用することはできない。

高気密高断熱の住宅では、屋内での室内自然発熱および住宅の日射取得熱によって、室温は外気温に対し数℃〜２０℃程度高くなる。これは屋内では居住者自身からの放熱が、大人１人あたり１００Ｗ程度あるためとされている。また照明器具、家電およびパソコンなどの各種の電気機器からの放熱も多く、通常待機消費電力量を含めると家庭内での消費電力の２０〜３０％程度が室内に放熱しているようである。住宅ではこれら室内自然発熱と言われる取得熱の他に、日射取得熱も多い。このため熱損失の少ない高気密高断熱の住宅では、屋内での室内自然発熱および住宅の日射取得熱によって、室温は外気温に対し数℃〜２０℃程度高くなる。これらの住宅が取得する熱は、空調設備で暖房運転が必要な冬季には暖房エネルギーの節減になるが、夏季では冷房負荷の増大となるし、通常なら空調設備の冷房運転が不要な中間期で、外気温が適温でも室内温度が上がり過ぎて冷房運転が必要となる場合がある。
この様に外気が好適温度であるが、室内自然発熱や日射取得熱によって室内温度が上がり過ぎている場合に、熱交換型換気を行うと、好適温度の外気を室内排気の熱で温めて室内に給気することになり、室内の快適性を損なうことになってしまう。この様な場合には、熱交換を行わない第３種換気方法で、好適温度の外気をそのままの温度で室内に給気するのが好ましい。
また夏季では、昼間の外気は室内温度よりも高いが、夜間では外気が２７℃以下となり室温よりも低くなる。この様な場合にも外気を室内に給気する場合、より温度の高い室内排気とは熱交換しないで、好適温度の外気をそのまま室内に給気するのが好ましい。 しかし、従来の換気システムでは、熱交換型の第１種換気方法と非熱交換型の第３種換気方法とを切り替えて運転する換気システムがなかったので、熱交換型の第１種換気システムを採用すると、通年熱交換型第１種換気システムで運転するか、第３種換気システムを採用すると通年第３種換気方法で運転するしかなかった。

ところで、熱交換型換気方法の場合は、熱交換素子部で給気と排気とを出合わせて、顕熱の交換または顕熱と潜熱の両方を交換する。熱交換素子は、熱交換器中に装着されているが、その維持管理上、装脱着が可能な構造となっている。このため熱交換素子と熱交換器との間には、若干の隙間ができ、この隙間があるために、排気の一部が給気に循環混合されて室内に給気される。また排気中の有害化合物が熱交換素子の素材そのものを透過する場合にも、排気中の有害化合物の一部が給気側に混合することになる。従って、トイレなど臭気の強い排気を熱交換器に通すと、臭い成分の一部が給気側に戻ることがあるので、トイレなどには別途トイレ専用の局所換気設備を設置するか、第３種換気方法で熱交換をしないで排気する方式を行ってきた。

基礎断熱工法による高気密高断熱住宅の床下空間は、外気とは閉ざされた密閉空間となっている。温暖地域などでは、夏季の外気の相対湿度が高いときは、外気より気温の低い床下空間の相対湿度が８０％以上となり、かびや腐敗菌が発生しやすい条件が整う場合がある。また、床下全面にコンクリートを打設する場合には、コンクリートが乾燥するまでの２年間程度は、コンクリートからの水分蒸発があり、床下空間の相対湿度が外気よりも高くなる。
これらの問題点の解決策として、床下空間の空気を外部へ排気し、外部より外気を床下空間に給気するか、又は床下空間に専用の除湿装置を設置して床下除湿を行う等の床下空間の環境対策が行われている。さらに省エネルギーを目的として床下空間を利用する換気システムの提案がなされている。これらの提案は、床下空間を利用することによって住宅環境の快適性向上あるいは冷暖房エネルギーの節減に貢献しているが、それぞれ以下のような課題がある。

まず、温度差を利用した無動力の強制排気が行え、かつ設備構成が簡単な換気システムとして、基礎断熱を施した寒冷地用の低層建物において、外気を床下空間に導入する給気経路を設ける。その導入された外気を、床下空間を経由して建物の室内に導き、小屋裏部の排気口から屋外に排気する換気経路を設ける。１階の天井裏空間を、２階の各部屋への換気経路として利用し、また給排水管用のパイプスペースを、床下空間と天井裏空間とを連通させる竪ダクトとして利用する（例えば、特許文献１参照）。
この換気システムは、寒冷地用の低層建物には有効であるが、温暖地では夏季に高温多湿の外気が常時床下空間に給気されるために、外気より温度が低い床下空間では相対湿度がさらに高くなり、床下空間の環境が悪化する問題がある。

また、床下空間の温度環境を室内とほぼ同一にして床面のコ−ルドドラフト感を抑えるとともに床下空間内の化学物質を排出できる換気システムとして、室外と連通する通気窓のない基礎断熱構造の床下空間上に、床部を介して形成される複数の室内と床下空間をそれぞれ連通する通気口と、吐出口を室外と連通し、換気チュ−ブを介して吸込口を床下空間と連通した換気装置とを設ける（例えば、特許文献２参照）。
この換気システムは、床下空間の温度環境等は改善されるが、一般に外気の温度に大きく左右されずに夏季には涼しく冬季には温かいといわれる床下空間の特性を省エネルギーに十分に活用していない。

また、暖房装置によって暖められた室内空気を屋外に排出する際に、排気熱の熱損失を最小限に抑えつつ玄関ドアまわりの融雪を行うシステムとして、床下空間に外気を導入し、床下空間の空気を家屋内に循環させる一方、排気経路は、各室内の空気を床下空間において集約し、集約した排気を玄関ドアの外側近傍箇所において排出する（例えば、特許文献３参照）。
このシステムは、冬季は低い温度の外気を床下空間で熱交換して暖めた後室内に給気して、暖房エネルギーの節減に貢献し、かつ温かい排気を融雪に利用することができる第３種換気の方法による省エネルギーシステムである。
上記のように、地下熱により冬は温かく夏は涼しい床下空間を熱交換媒体として利用する第３種換気の方法によるシステム（以下、地下熱利用換気システムと呼称する場合がある。）では、冬季は室内への給気の温度を高く、夏季は低くすることによって冷暖房エネルギーの節減を図ることができる。しかしながら、温暖地で前記地下熱利用換気システムを採用すると、夏季及び冬季にそれぞれの問題が生じる。

夏季には高温多湿の外気が常時床下空間に給気されるが、床下空間は外気より温度が低いので相対湿度はさらに高くなり、そこで家屋内に相対湿度の高い空気が供給されるという問題がある。これは、室内空気を空調するために必要な消費エネルギーの内訳は、室温の低下に使う部分よりも除湿に使う部分が多いからである。また、このとき前記床下空間の環境は、かびや腐敗菌繁殖の適合環境へと悪化するという問題が生じる。
また冬季には、逆に外気の相対湿度が低くなるために床下空間の湿度も低くなる。そのまま室内に給気すると、室内での温度上昇にともない室内空気の相対湿度がさらに低くなる。このため室内空気は過乾燥状態となり、のどを痛めやすく、また風邪ウイルスが繁殖しやすく風邪をひき易くなる環境へと悪化するという問題が生じる。

以上の状況から、家屋内に供給する空気の温度のみならず相対湿度を効率的に調整して、住宅環境の快適性と省エネルギーを兼ね備えた換気システムが求められ、本出願人は、床下空間に外気を導入し、床下空間の空気を家屋内に循環させる一方、排気経路は、各室内の空気を床下空間において集約して排出する換気システムにおいて、排気経路に使用するアルミダクトの代わりの透湿機能を有する材質からなる透湿ダクトを用いることによって、室内排気空気と床下空間の給気とで湿度交換をすることを提案した（特許文献４参照）。 これによって夏季冷房期での床下空間の高湿化や、冬季暖房期の床下空間の過乾燥防止を図ることができたが、床下空間に配置された透湿ダクトだけでは透湿ダクト内の室内排気と床下給気との間で充分な顕熱や潜熱の交換が行われない。
これら従来の住宅用の換気システムは、熱交換素子で給気と排気とを熱交換することで換気による冷暖房エネルギーを節減するが、給気と排気の両方の送風ファン駆動エネルギーを使用する熱交換型第１種換気方法か、給気と排気とで熱交換はしないが排気ファンの駆動エネルフィーだけでよい第３種換気方法のどちらかが用いられてきた。すなわち、従来の住宅では、外気温や室内温度によって熱交換型第１種換気方法か非熱交換型の第３種換気方法に固定され、他の方法に切り替え運転することはできず、より省エネルギーとなる換気方法を選択し運転ができるシステムが必要とされていた。

特開平１０−３２５５７８号公報（第１頁、第２頁） 特開２０００−１８６６８号公報（第１頁、第２頁） 特開２０００−３０４３２８号公報（第１頁、第２頁） 特開２００４−２６３９７１号公報（第１頁、第２頁）

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、外気温と空調設備による冷暖房運転状況による室内温度を検知して全熱交換型換気方法と非熱交換型で送風消費電力の少ない第３種換気方法を選択しながら運転できる省エネルギーの換気システムを提供すること；また床下空間は地中熱によって冬は温かく、夏は涼しいので、外気は床下空間を経由して室内に給気する換気システムを提供すること；さらにトイレなど不快臭の多い部位からの排気は全熱交換素子を経ると一部が給気側に循環混合される可能性があるので、トイレなどの臭気が強い部位からの排気は、同じ換気システムで全熱交換素子部をへないで、直接屋外に排気する換気システムを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、高気密高断熱住宅の換気システムにおいて、冷房季の暖房費の節減と室内の過乾燥の防止、夏季の冷房費の節減と床下環境の改善及び春や秋の中間期における換気設備の送風機運転の電力消費量減少について鋭意研究を重ねた結果、外気導入口と前記全熱交換素子との間に三路経路切り替えバルブを設置し、切り替えバルブを操作することで、外気は床下に給気し、床下空間を経路として室内に給気し、室内の各室からの排気はダクトで床下設置のチャンバーに集約して屋外に排出し、冷暖房設備に運転が必要な場合には給気と排気とを全熱交換器で顕熱と潜熱とを交換する第１種換気方法を採用し、一方、冷暖房運転が不要な春や秋の中間季や夏季で外気温が室内温度よりも低い夜間などには、給気と排気とで熱交換をしないで自然給気とする第３種換気方法を採用できるようにした。さらに室内換気は、全熱交換型第１換気方法で運転しながらトイレの臭気が全熱交換素子部で給気側へ移動することを防止できるようにした。

すなわち、本発明の第１の発明によれば、外気を外気導入口から家屋内に導入する給気経路と、各室内の空気を屋外へ排出する排気経路とを備える住宅の換気システムにおいて、前記給気経路は、外気を給気ファンで全熱交換素子に導入した後、床下空間に放出し、床下空間を経由後、屋内に給気する第１の給気経路と、給気ファンを停止して外気を全熱交換素子に導入せずに、床下空間に放出する第２の給気経路からなり、一方、前記排気経路は、室内空気を各室内に接続された排気ダクトを経て床下設置のチャンバーに集約した後、排気ファンで前記全熱交換素子に導入し、給気と排気とで熱交換した後、又は熱交換せずに屋外に排出する経路から構成し、かつ外気導入口から前記全熱交換素子との間の給気パイプに三路経路切り替えバルブを備え、外気を第１の給気経路に導入する全熱交換型第１種換気方法と、外気を第２の給気経路に導入する第３種換気方法とを前記三路経路切り替えバルブによって選択可能としたことを特徴とする省エネルギー換気システムが提供される。

また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、全熱交換型第１種換気方法で換気するときは、前記第１の給気経路から外気を給気ファンで全熱交換素子に導入した後、床下空間に放出し、床下空間を経由後、屋内に給気し、室内空気を各室内に接続された排気ダクトを経て床下設置のチャンバーに集約した後、排気ファンで前記全熱交換素子に導入し、給気と排気とで熱交換した後、屋外に排出することを特徴とする省エネルギー換気システムが提供される。

また、本発明の第３の発明によれば、第１の発明において、第３種換気方法で換気するときは、給気ファンを停止し、三路経路切り替えバルブを前記第１の給気経路から前記第２の給気経路に切り替え、外気を床下空間に自然給気した後、床下空間を経由後、室内へ給気し、室内空気を各室内に接続された排気ダクトを経て床下設置のチャンバーに集約した後、排気ファンで前記全熱交換素子に導入せず、チャンバー接続ダクトから直接屋外に排出するか、室内空気を前記全熱交換素子に導入しても、給気と排気との熱交換を行わずに、屋外に排出することを特徴とする省エネルギー換気システムが提供される。

また、本発明の第４の発明によれば、第１の発明において、外気温と室内温度とを測定し、外気温が２５℃以上でかつ室内温度より高い場合は、外気を前記第１の給気経路から全熱交換素子を経て床下に給気する全熱交換型第１種換気方法を採用し、一方、外気温が室内温度よりも低い場合には、外気を前記第２の給気経路から全熱交換素子を経ないで床下に自然給気する第３種換気方法を採用することを特徴とする省エネルギー換気システムが提供される。

また、本発明の第５の発明によれば、第１の発明において、前記排気経路は、全熱交換素子の下流側に、臭気が強い部位からの排気導入口を備え、臭気が強い排気を全熱交換素子に導入せずに外部に排出することを特徴とする省エネルギー換気システムが提供される。

本発明の省エネルギー換気システムは、家屋内に供給する空気の相対湿度を効率的に調整できるため、夏季においては床下空間の環境を改善するとともに冷房費用を節減することができ、また冬季においては暖房費用の節減と室内の過乾燥を防止することができ、その省エネルギー効果は極めて大きい。 従来、高気密高断熱の住宅では、室内温度は外気温よりも必ず高く、数℃から２０℃程度高く、外気温が好適温度でも室内は好適温度よりも高くなるような状態で全熱交換型第１種換気方法で換気を継続すると、室内温度はより高くなり、室内温度は快適性環境を越える状態になるが、本発明により、外気温が好適で室内温度が外気温を超えた状況で非全熱交換型第３種換気方法を採用することで、室内の快適性を継続でき、換気の送風のために消費する電力量を半減することができる。

本発明の省エネルギー換気システムの一例を示す図である。 本発明の省エネルギー換気システムで使用される熱交換器の一例を示す図である。

以下、本発明の省エネルギー換気システム（以下、単に換気システムともいう）につき図面を用いて詳細に説明する。 高気密高断熱の戸建住宅の換気方法としては主に、給気と排気との両方を機械的に行う熱交換型の第１種換気方法か、または給気は自然で行い、排気を機械的に行う非熱交換型の第３種換気方法とが用いられている。通常第１種換気方法の場合には給気と排気とで熱交換を行う熱交換型が用いられる。 本発明の換気システムは、外気を家屋内に導入する給気経路と、家屋内の各室内の空気を屋外へ排出する排気経路とを備える基礎断熱工法による高気密高断熱住宅の換気システムであって、前記給気経路として、まず外気を床下空間に自然または機械的に給気した後、床下空間を経路として室内に給気し、前記排気経路としては家屋内の各室内に接続されたダクトを床下設置のチャンバーに集約してから室内空気を機械的に屋外に排気する。 本発明の換気システムでは、図１に示すように、外気給気パイプ３、三路切り替えバルブ４、熱交換器素子５を装着した熱交換器５、給気ファン７、ダクト１１、床下空間８に設置したチャンバー１２、排気ファン１３、排気用パイプ１４などの部品から構成されている。

本発明において、外気給気パイプ３は、２系統あり、一つは一端が屋外にあり他端が床下空間に開放して、第１の給気経路を形成し、もう一つは、一端が屋外にあり他端が熱交換器５の側壁に接続して、第２の給気経路を形成している。第１の給気経路と第２の給気経路との連結部は、Ｔ字状でもＹ字状でも構わない。また、排気用パイプ１４は、一端が熱交換器５の側壁に接続し、他端が屋外にある。 本発明において、三路切り替えバルブ４は、第１の給気経路を形成する外気給気パイプ３と第２の給気経路を形成する外気給気パイプ３を連結しており、熱交換型の第１種換気方法か、非熱交換型の第３種換気方法を切り替えるという、重要な機能を有するものである。バルブの種類は、特に制限されないが、例えば、流路可変シャッター方式やボールバルブ方式などを使用することができる。このうち好ましいのは流路可変シャッター方式のババルブである。バルブの開閉は、手動でもよいが、外気温度と室温の計測値を演算装置に伝送し、その電気信号で自動操作できるものが好ましい。

給気ファンおよび排気ファンは、熱交換素子の上流側または下流側のいずれかに設置され、全熱交換素子が収納された全熱交換器に直結またはダクトを介して接続される。これらの給気ファンや排気ファンは、床下空間に収納するのが騒音対策上効果的である。送風能力は特に制限されないが、給気ファンでは、最大３００立方メートル／ｈ、排気ファンでは最大４００立方メートル／ｈとすることができ、いずれも風速調整ツマミで多段階に風量調整できるものが好ましい。

熱交換器の一例を図２に示す。角筒状の箱型形状であり、床下に設置できるように、例えば、横、縦がそれぞれ２００〜６００ｍｍ、高さが１００〜４００ｍｍとする。熱交換素子は、熱交換器の内部に設置され、熱交換器のサイズよりも小さいものが採用される。熱交換器のケースサイズが、横、縦、高さそれぞれ４００ｍｍ、４００ｍｍ、２５０ｍｍとしたときに、当該熱交換ケース内部に断熱材を装着して、それに装填される熱全熱交換型素子は横、縦、高さがそれぞれ３００ｍｍ、３００ｍｍ、２００ｍｍとすることができる。

本発明における全熱交換素子は、顕熱と潜熱の両方を交換する機能を有する。梅雨時や夏季の高温多湿で室内を空調設備で除湿や冷房運転を行う場合には、本発明の省エネルギー換気システムは、高湿の外気から前記全熱交素子で水蒸気を回収して低湿度の空気として床下空間に給気するので、床下での湿度を低下させるとともに、この湿度の低下した空気を室内に給気するので空調設備の除湿量が軽減され、省エネルギー運転となる。また前記全熱交換素子では顕熱も回収するので、高い外気温を下げて床下に給気する。更に床下では地中熱で冷やされるので、換気空気の温度を低下させるための消費電力は少なくなり、空調設備の運転は省エネルギーの運転となる。熱交換素子の面風速は、材料やサイズによっても異なるので一概に規定できないが、０．５〜２ｍ／ｓとし、顕熱交換率７０％以上、潜熱交換率３０％以上とすることが望ましい。

本発明に用いる全熱交換素子の材料は、セルロース紙やプラスチックス製の不織布、または微細多孔膜がある。上記プラスチックスは特に限定されるものではなく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等のポリオレフィン系プラスチックス、ポリスチレン等の芳香族系プラスチックス、ポリ塩化ビニール系プラスチックス、ポリエステル系プラスチックス、ポリビニールアルコール等の親水性プラスチックス又はこれらの混合系から選ばれる少なくとも１種が用いられる。またこれらの紙、プラスチックス製の不織布や微細多孔膜の表面を親水性プラスチックスで処理したものが用いられる。

本発明において、床下設置のチャンバーとは、排気を一時的に貯留するための容器であり、十分な容積を有するものが好ましい。木材や金属、セラミックなど剛性の材料を用いたものの他、プラスチック製の柔軟性がある材料を用いたものも使用できる。

次に、本発明の省エネルギー換気システムの特徴を具体的に説明する。（１）本発明の省エネルギー換気システムの第１の特徴は、熱交換型の第１種換気方法と非熱交換型の第３種換気方法とを切り替え運転できることである。

まず、熱交換型の第１種換気方法としては、給気経路は外気を給気ファンで熱交換器に導入した後、床下空間に放出し、床下空間を経由した後、屋内に給気し、排気経路は室内空気を各室内に接続された排気ダクトを経て床下設置のチャンバーに集約した後、前記熱交換器に導入し、排気ファンで屋外に排出する。前記熱交換器に給気と排気を導入し熱交換を行う。一方、非熱交換型の第３種換気方法としては、前記給気ファンの運転を停止し、給気経路の外気導入口と前記熱交換器との間に設けられた三路経路切り替えバルブによって、外気を熱交換器に導入しないで、床下空間に放出する方向に切り替える。排気経路は前記熱交換型の第１種換気方法と同じ方法で行う。これによって排気は機械的に行い、外気を自然給気で床下空間に給気することができ、給気は自然給気で、排気は機械的の非熱交換型の第３種換気方法とすることができる。

即ち本発明の換気システムは、前記三路切り替えバルブにより、給気用ファンの運転を切り替えすることで、熱交換型の第１種換気方法と非熱交換型の第３種換気方法とを切り替えすることができる換気システムである。 図１において、外気１を外気導入口２から外気給気パイプ３を通じて三路切り替えバルブ４を経て、熱交換器５に装着された熱交換素子６に導入した後、給気ファン７で床下空間８に給気するか、または前記三路切り替えバルブ４から直接床下空間８に給気し、その後、床下空気を経て室内への給気用開口９から室内に循環させる。この操作を三路切り替えバルブ３で行なうのである。 一方、各室内の空気を排気用開口１１からダクト１２を経由して床下空間８にあるチャンバー１３に集約した後、熱交換素子６に導入し、これに継設された排気ファン１４によって排気用パイプ１５を通じて屋外に排気する。なお床下空気を給気用開口から室内に循環させる代わりに、床下空間から壁内空間をへて室内に給気することも可能である。

（２）本発明の省エネルギー換気システムの第２の特徴は、空調設備で冷房運転をする期間中、外気温と室内温度とを測定し、外気温が室内温度よりも高い場合には全熱交換型の第１種換気システムを採用し、冷房運転の省エネルギー化を図るが、外気温が室内温度よりも低い場合には外気と室内排気との熱交換を行わないで、室温よりも温度の低い外気を直接取り入れる非熱交換型の第３種換気方法を採用することである。

これによって給気ファンの運転を停止することでファン運転に消費電力を節減できるし、冷房負荷も低減できる。夏季では日中の外気温は室温よりも高いが、夕刻から翌朝方までの外気温は室温よりも低い。即ち室温は外気温よりも高くなる。 この理由は、日中の外気は日射熱で高温になるが、室内は日射遮蔽効果と夜間に冷やされた室内の冷蓄熱効果のために外気温よりも低い。しかし太陽が西に沈む夕刻からは外気は急激に温度が低下するが、室内温度は温度の低下が少ない。室内では居住者自身からの放熱があることと、照明器具や家電機器からの放熱があることによる。また日中の日射取得熱で室内には蓄熱があるので、夕刻から翌朝方までの室内温度は外気よりも高くなる。このように室内温度が外気温よりも高い場合には熱交換型第１種換気システムよりも、非熱交換型の第３種換気システムを採用し、室内温度よりも温度の低い外気をそのまま室内に給気するほうが室内環境の改善に好適となる。

夏季において、高温多湿のため床下空間の空気は相対湿度即ち水蒸気濃度が高い。一方室内は冷房空調設備の運転によって温度が下げられるとともに、必然的に起こる除湿機能によって相対湿度、即ち室内空気中の水蒸気濃度は低くなる。したがって、本発明の換気システムにおいては、夏季における冷房空調設備の運転時においては、全熱交換素子部において、高濃度水蒸気の外気と低濃度水蒸気の排気との水蒸気移動で外気から排気側に水蒸気が移動することによって、外気の湿度が低下する。この湿度が低下した外気が床下空間に供給されることによって、床下の相対湿度が低下することによって、床下の環境が改善される。

冬季においては、外部から床下空間へ導入される空気は低温で低湿である。一方、室内は暖房による温度の上昇とともに、炊事、浴室及びその他の日常活動によって排出される水蒸気によって室内湿度も高くなる。本発明の換気システムにおいては、上記全熱交換素子部において、低温で低湿の外気と高温で高湿の室内空気との間で、顕熱交換とともに潜熱交換即ち水蒸気交換も起こる。これによって床下空間へ給気される外気は室内からの高温で高湿の排気で暖められるとともに湿度も高められる。したがって家屋内に給気される空気の温度及び湿度が高くなるので、省エネルギー暖房システムとして、冬季の暖房費の大幅な低減となるともに室内の過乾燥を防止することができる。

本発明は、冬季や夏季で空調設備による冷暖房運転が必要な時期は熱交換型第１種換気システムを採用し、春や秋の空調設備の冷暖房運転が不要な中間期には非熱交換型の第３種換気方法を採用するシステムである。 すなわち本発明は、夏季の冷房季や冬季の暖房季には家屋内に供給する外気と室内からの排気との間で顕熱と潜熱との両方を交換することにより、室内に供給する空気の温度と湿度を効率的に調整し、夏季においては冷房費用を節減するとともに床下空間の環境を改善することができ、また冬季においては暖房費用を節減するとともに室内の過乾燥を防止することができる。

これに対して、春や秋の中間季には、冷暖房設備の運転は不要なので、外気を床下に自然給気する第３種換気方法を行い、第１種換気方法で消費する給気用送風エネルギーを省略した省エネルギー換気システムとする。特に断熱性能が高い住宅では人や家電製品からの自然発熱や昼間の日射取得熱によって、室温は外気温よりも高くなり、国土交通省の断熱性能基準で次世代省エネルギー適合基準となる住宅では、室温は外気温よりも７〜１０℃程度高くなり、より高性能の断熱住宅では２０℃程度高くなる。従って春や秋の冷房不要の快適な気候下でも、室内温度は冷房運転を欲するほどまで高くなることがある。このような場合に全熱交換換気を行うと、新鮮空気の温度は外気温よりも高くなって室内に給気されるので、このような気候下では、給気を自然給気によって行う第３種換気方法であれば外気温のまま室内に給気されるので室内温度上昇の防止となり好ましい。また夏季には昼間の日射取得熱で、住宅が温められており、外気温が低下する夜間においても冷房設備を運転しない住宅の室内では自然発熱の影響もあり、室温は外気温よりも高いまま維持されることがある。このような場合に熱交換換気方法を行うと、室内へ給気される新鮮空気の温度は外気温よりも高くなり、室内の快適性が改善されない。外気が室温よりも高い場合には、外気を自然給気する第３種換気方法に切り替える換気方法を採用する。

（３）本発明の省エネルギー換気システムの第３の特徴は、トイレなど臭いが強い部位からの排気は、ダクトで床下設置の前記チャンバーに集約した後、熱交換素子を経ないで直接外部に排気することである。

熱交換素子は、熱交換器内に装着されており、排気が熱交換素子の上流側から熱交換器に入り、熱交換素子の下流側から出ることになるが、熱交換器内では排気の一部が給気側に一部漏れる可能性がある。このために、トイレなど臭いが強い排気は、熱交換素子部の排気側に導入すると、給気中に臭いが循環することがあるので、熱交換器の熱交換素子の下流側にいれることにより、熱交換素子を経路しないで、直接外部に排出することにする。これによって臭いの強いトイレなどの排気も同じ換気システムで排気することができる。
以下に、本発明を実施例及び比較例によって、さらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例及び比較例によってなんら限定されるものではない。

総２階建の建坪４０坪の住宅に本発明の換気システムを適用した。前記住宅の気密度は、ＪＩＳ Ａ２２０１の方法により、相当隙間面積が０．８平方センチメートル／平方メートルであった。 ここで、室内からの空気の排気経路としては、家屋内のトイレ以外の６つの室の床に設置した室排気口から、直径１００ｍｍのアルミニウムフレキシブルダクトを床下空間に導き、床下空間に設置したチャンバーにて集約した後、直径１５０ｍｍのアルミニウムフレキシブルダクトで全熱交換素子を装着した熱交換器の全熱交換素子の排気経路の上流側に接続し、全熱交換素子の下流側に接続された排気ファンで、直径１５０ｍｍの断熱ダクトを経て外部に排出するものとした。１階および２階のトイレの排気は、トイレの床に設置した室排気口から直径７５ｍｍのアルミニウムフレキシブルダクトで床下設置の前記全熱交換器の全熱交換素子の排気経路下流側に接続した。 これに対して、給気経路としては、外気を給気ファンで全熱交換素子に導入せずに、床下空間に放出する部分を第１の給気経路とし、外気導入口から直径１５０ｍｍの断熱ダクトで床下空間に設置した熱交換器の全熱交換素子の給気経路の上流側に接続し、同給気経路の全熱交換素子に接続する部分を第２の給気経路とし、熱交換器の下流側には床下に給気を放出するためのダクトを接続した。また、前記断熱ダクトの中間には、三路経路切り替えバルブを設置しているので、全熱交換型第１種換気方法を採用する場合は、外気を第１の給気経路により外気導入口から断熱ダクトを経て全熱交換器に導入し、また、非熱交換型第３種換気方法を採用する場合は、外気を第２の給気経路から外気導入口から断熱ダクトを経て床下空間へ導入できるようにした。

熱交換器ケースのサイズは、図２に示すように、横、縦、高さをそれぞれ４００ｍｍ、４００ｍｍ、２５０ｍｍとした。熱交換素子は、全熱交換型素子であり、横、縦、高さがそれぞれ３００ｍｍ、３００ｍｍ、２００ｍｍであるようにした。熱交換素子の素材は、セルロース紙製で、微多孔には親水性高分子素材で処理されている。熱交換素子の面風速は１ｍ／ｓの場合、顕熱交換率８０％で潜熱交換率６５％であった。給気ファンは最大３００立方メートル／ｈで、風速調整ツマミで４段階に風量調整ができるようにした。排気ファンは最大４００立方メートル／ｈで、風速調整ツマミで４段階に風量調整ができるようにした。 このように構成したので、家屋内に供給する空気の温度や相対湿度を効率的に調整することにより、夏季の冷房期においては床下空間の高湿環境を改善するとともに冷房費用を節減することができる。また冬季の暖房期においては、暖房費用を節減するとともに室内の過乾燥を防止するために、全熱交換型第１種換気システムで運転する。給気ファンおよび排気ファンにて外気と室内排気とを強制的に全熱交換素子に送風し、顕熱と潜熱を熱交換する。給気と排気の両方を送風するためにこの送風に要する消費電力は多いが、冷暖房エネルギーの消費を少なくすることができるので、省エネルギー換気方法となる。全熱交換素子を経て熱交換された外気は、床下空間に放出される。夏季の高温多湿の外気は、全熱交換素子による空調設備で、低温低湿に調整された室内排気とで顕熱と潜熱とを交換するので、床下空間へは低温で低湿の空気が放出され、床下空間の高湿状態は改善される。 冬季には低温低湿の外気は、高温高湿の室内空気とで顕熱と潜熱とが交換されるので、全熱交換素子を経て床下空間へは加温加湿された空気が放出され、床下空間をへて室内に給気される。しかし、春や秋など空調設備による冷暖房が不要な中間期には、冷暖房のエネルギー回収は不要なので、排気ファンの駆動だけで送風の消費電力が半減する第３種換気方法を採用するのが好ましい。また夏季の夜間など外気が室温よりも低く、外気と室内排気との熱交換が不要な時間帯や、外気が好適温度でも室内自然発熱や日射取得熱によって、室内温度が不快になるまで温度が上昇する場合には、外気と室内排気とを熱交換させないで好適温度の外気をそのままの温度で室内に自然給気する、送風エネルギーの消費電力が少ない第３種換気方法を採用する。

上記の換気システムで、排気ファンの風量は風量調節弁で２４０立方メートル／ｈに設定して運転した。給気ファンから床下への空気導入量は、給気ファンに設置の風量調節弁で２２０立方メートル／ｈに設定した。外気は温度５℃で相対湿度４０％、室内は空調設備の運転で温度２１℃、相対湿度５０％であった。床下空間は１８℃で相対湿度４８％であった。全熱交換素子を経て、床下への給気温度は１７℃であった。 次に、非熱交換型第３種換気方法を採用する場合は、三路経路切り替えバルブを手動操作して、外気を第２の給気経路により外気導入口から断熱ダクトを経て床下空間へ導入すると、外気の温度・湿度を保持したまま床下へ給気することができた。

実施例１と同じ住宅で同じ換気システムを使用して、夏季での換気システムの運転を行った。そして外気温と室内に温度センサーを設けて、外気温が室内温度よりも高い場合は全熱交換型第１種換気方法が、また、外気温が室温度よりも低い場合には非熱交換型第３種換気方法が採用されるようにした。 午後２時では外気温３３℃、相対湿度４８％、室内温度２７℃５０％であった。外気温が室内温度よりも高いので、全熱交換型第１種換気方法で換気システムが運転された。全熱交換器から床下空間への給気温度は２９℃、相対湿度５０％であった。床下空間から１階への室給気口の温度は２８℃であった。床下地中熱によって給気温度が下がったと推定される。午後８時に空調設備の運転を停止した。 午後１０時には外気温２６℃、室内温度は２８℃であった。外気温が室内温度よりも低いので、非熱交換型第３種換気方法で換気システムは運転された。

比較例１

実施例２と同じ換気システムを使用し、全熱交換型第１種換気方法で、三路経路切り替えバルブを固定し、切り替え操作することなく運転した。これは、従来の換気システムに相当する。 外気温２６℃、室内温度３０℃で全熱交換器から床下への給気温度は２８℃で、実施例２よりも２℃高い温度で床下に給気された。これにより、実施例２に対して、エネルギー効率が悪化していることが分かる。

１ 外気
２ 外気導入口
３ 外気給気パイプ
４ 三路切り替えバルブ
５ 熱交換器
６ 熱交換素子
７ 給気ファン
８ 床下空間
９ 給気用開口
１０ 壁内空間
１１ 排気用開口
１２ ダクト
１３ チャンバー
１４ 排気ファン
１５ 排気用パイプ
ＯＡ 給気入口
ＥＡ 排気出口
ＳＡ 給気出口
ＲＡ 室排気入口

Claims (5)

1. 外気を外気導入口から家屋内に導入する給気経路と、各室内の空気を屋外へ排出する排気経路とを備える住宅の換気システムにおいて、前記給気経路は、外気を給気ファンで全熱交換素子に導入した後、床下空間に放出し、床下空間を経由後、屋内に給気する第１の給気経路と、給気ファンを停止して外気を全熱交換素子に導入せずに、床下空間に放出する第２の給気経路からなり、一方、前記排気経路は、室内空気を各室内に接続された排気ダクトを経て床下設置のチャンバーに集約した後、排気ファンで前記全熱交換素子に導入し、給気と排気とで熱交換した後、又は熱交換せずに屋外に排出する経路から構成し、 かつ外気導入口から前記全熱交換素子との間の給気パイプに三路経路切り替えバルブを備え、外気を第１の給気経路に導入する全熱交換型第１種換気方法と、外気を第２の給気経路に導入する第３種換気方法とを前記三路経路切り替えバルブによって選択可能としたことを特徴とする省エネルギー換気システム。
2. 全熱交換型第１種換気方法で換気するときは、前記第１の給気経路から外気を給気ファンで全熱交換素子に導入した後、床下空間に放出し、床下空間を経由後、屋内に給気し、室内空気を各室内に接続された排気ダクトを経て床下設置のチャンバーに集約した後、排気ファンで前記全熱交換素子に導入し、給気と排気とで熱交換した後、屋外に排出することを特徴とする請求項１に記載の省エネルギー換気システム。
3. 第３種換気方法で換気するときは、給気ファンを停止し、三路経路切り替えバルブを前記第１の給気経路から前記第２の給気経路に切り替え、外気を床下空間に自然給気した後、床下空間を経由後、室内へ給気し、室内空気を各室内に接続された排気ダクトを経て床下設置のチャンバーに集約した後、排気ファンで前記全熱交換素子に導入せず、チャンバー接続ダクトから直接屋外に排出するか、室内空気を前記全熱交換素子に導入しても、給気と排気との熱交換を行わずに、屋外に排出することを特徴とする請求項１に記載の省エネルギー換気システム。
4. 外気温と室内温度とを測定し、外気温が２５℃以上でかつ室内温度より高い場合は、外気を前記第１の給気経路から全熱交換素子を経て床下に給気する全熱交換型第１種換気方法を採用し、一方、外気温が室内温度よりも低い場合には、外気を前記第２の給気経路から全熱交換素子を経ないで床下に自然給気する第３種換気方法を採用することを特徴とする請求項１に記載の省エネルギー換気システム。
5. 前記排気経路は、全熱交換素子の下流側に、臭気が強い部位からの排気導入口を備え、臭気が強い排気を全熱交換素子に導入せずに外部に排出することを特徴とする請求項１に記載の省エネルギー換気システム。

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