JP4810296B2 - 住宅用換気装置 - Google Patents

Description

本発明は住宅用換気装置に関し、より詳細には換気装置の動作を細かく制御することにより、換気装置の消費電力を大幅に節約することが可能な住宅用換気装置に関する。

現状における私たちの暮らしは、地球環境に負荷を増やし続けるものになっている。特に地球の温暖化に関しては、海水面の上昇による土地の水没、動植物の生息帯の変化、近年例のない巨大ハリケーンの出現等如実なかたちで私たちの暮らしにあらわれはじめている。
近年、京都議定書が発効し、私たちにはより一層地球環境に配慮した暮らしをすることが求められている。京都議定書は、二酸化炭素の排出量の規制を行うものであるが、京都議定書を遵守する際には、産業界のみならず、一般家庭においても二酸化炭素の排出量の削減に努めなければならない。一般家庭における具体的な対策としては、冷暖房効率のよい住宅に居住すること等が挙げられる。

現行法律においては、新規住宅には２４時間換気装置の設置が義務付けられている。このため、室内空気と室外空気との温度差が大きくなる夏場や冬場等においては、室内空間を快適な温度に調節したとしても、たちまちのうちに室外に排出されてしまうことになるため、冷暖房にかかる費用は相当なものになってしまうことがある。

そこで、室内空気を室外に排出する際や、室外空気を室内に取り込む際には、熱交換器を作動させることにより室内空気と室外空気との温度差を緩和させる技術が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２）。特許文献１および特許文献２にあるような換気装置を採用することにより、室内から排出される空気が有する熱エネルギーを室内に取り込む新鮮空気（室外空気）に加えることができるため、常に快適な温度に調整された新鮮空気を室内に取り込むことができるため、広く用いられている。
実開平４−７４２３７号公報 特開平８−２８５３２８号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２にあるような換気装置においては、吸込みファンと、排出ファンを一年中稼動させているため、換気装置自体が消費するエネルギーが相当な量になることがあるといった課題がある。

そこで本発明は、一年を通じて快適な状態に調整された新鮮空気を室内空間に取り込むことが可能であると共に、換気装置自体が消費するエネルギーを少なくし、ランニングコストを大幅に低減させた住宅用換気装置の提供を目的としている。

以上の目的を達成するため本発明は次の構成を有する。
すなわち本発明は、基礎コンクリート部と、該基礎コンクリート部に一体形成され、住宅構造体を支持すると共に該住宅構造体の床下空間を形成する起立壁部と、前記住宅構造体の側壁面と、天井部と屋根裏との間を仕切る仕切り板とのそれぞれに取り付けられた断熱材により取り囲まれてなる室内空間と、前記側壁面に取り付けられた断熱材と内壁部との間において前記床下空間に連通させた状態で形成されると共に、前記室内空間の内壁部に設けられた吸気口を介して前記室内空間にも連通させたエア流路を有する高気密性および高断熱性を有する住宅に設けられる住宅用換気装置であって、室外空気を前記床下空間に取り込む外気導入ダクトと、前記天井に開口して前記室内空間内の空気を排気する排気口と、一端部が前記排気口に接続され、他端部が外部空間に連通する排気ダクトと、前記外気導入ダクトの中途位置に配設された吸込みファンと、前記排気ダクトの中途位置に配設された排出ファンとを有し、前記外気導入ダクトから取り込まれた室外空気と、前記排気ダクトから外部空間に排出される室内空間の排出空気との間で、熱交換作用をなす熱交換器と、前記吸込みファンと前記排出ファンとの運転のオンオフ動作を個別に切り替え制御可能な制御部と、前記排気ダクト内の排出空気の温度を計測すると共に、該計測データを前記制御部に送信する室内空気用温度センサと、室外空気の温度を計測すると共に、該計測データを前記制御部に送信する室外空気用温度計と、を有し、前記制御部は、前記室外空気用温度計による計測データおよび前記室内空気用温度センサによる計測データから算出した温度差が所定温度差以上である場合においては、前記吸込みファンと前記排出ファンとのすべてを作動させ、前記室外空気用温度計による計測データおよび前記室内空気用温度センサによる計測データから算出した温度差が所定温度差以下である場合においては、前記排出ファンのみ作動させることを特徴とする住宅用換気装置である。

また、前記吸込みファンとは別に、前記熱交換器を経由せずに室外空気を前記床下空間に供給する室外空気取込部が設けられていることを特徴とする。
これにより、吸込みファンが作動しなくても、十分な量の新鮮空気を室内に取り込むことが可能になる。特に夏場においては、新鮮空気を床下空間が有する自然エネルギーにより一旦冷却させた後に室内空間に取り込むことができるため、より省エネルギーになる。

また、前記室外空気取込部から取り込まれた室外空気は、地中を経由させた後に前記床下空間に供給されていることを特徴とする。
これにより、新鮮空気を、一定温度を維持している地中温度に近づけることができ、更なる省エネルギー化が可能になる。

本発明によれば、室内空気と室外空気の温度差が大きい場合には、室内空気が有する熱エネルギーと室外空気が有する熱エネルギーの差を緩和させながら（熱回収をしながら）換気を行っているため、空調に要したエネルギーを有効に利用することができる。一方、室内気温と室外気温の温度差が小さい場合には、熱交換器と吸込みファンの作動を停止するため、余分な電力エネルギーの消費をなくすことができる。
以上により、従来の住宅用換気装置に比べ、快適性は同等レベルに維持しつつも、住宅用換気装置のランニングコストを大幅に低減することができる。

以下、本発明にかかる住宅用換気装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
以下、本発明の好適な実施例につき添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る住宅用換気装置の第１の実施形態を示す説明図である。本実施例の住宅２００は、室内空間を断熱材１０，１０ａで取り囲むようにすることによって高度の気密性を保持するとともに、断熱材１０で形成した壁体内で外気を取り込んで強制的に空気を通流させるようして換気するシステムとすることによって住宅内に新鮮空気を循環させる環境を維持できるようにしたものである。

図１に示すように、住宅２００の側面部の壁体の一部として断熱材１０が配設されている。また、桁上には天井部と屋根裏との間を仕切る断熱材１０ａが配設されている。この建物の側面部の一部を構成する断熱材１０および天井部と屋根裏とを仕切る断熱材１０ａは窓部等を除いて住宅２００のほぼ全体を覆うように設置されている。これによって、住宅２００の気密性および断熱性を向上させることができる。

断熱材１０と、外壁面との間には外部通気層１２が設けられている。この外部通気層１２は壁体の一部を形成する断熱材１０との間に空気を流通させる層空間をあけて外部壁体１４を取り付けることにより形成される。外部通気層１２は壁体の外側面全体に設けられるものであって、図１に示すように最下端が開口し、上部は屋根裏内空間１６に連通している。屋根の最上部には排気口１８が設けられており、外部通気層１２において外部壁体１４の下端から進入した空気は屋根裏内空間１６に流入した後、排気口１８から排気される。外部通気層１２では定常的にこのような空気の流れが生じている。

２０は建物の基礎コンクリート部である。基礎コンクリート部２０には起立壁部２２が一体に形成されている。この起立壁部２２は前記壁体あるいは柱等の住宅２００の構造体を支持する目的と、住宅２００の床下に空気を流通させる空間としての床下空間２５を形成する目的で設けられている。すなわち、本実施例の住宅２００は床下全体を住宅全体で共通の空気の流通空間とし、この床下空間２５から空気を上昇させるようにして壁体の内面および各室内に空気を流通させている。

起立壁部２２は床下内に空気を流通させるに十分な空間を確保すれば十分であるが、本実施の形態においては基礎コンクリート部２０を地面位置よりも低位にすると共に、一般的な住居における起立壁部に対して起立壁部２２の高さを大きくしている。これにより床下空間２５を従来の住居における床下空間よりも広くとっている。
基礎コンクリート部２０は床下面全体にコンクリートを打設し、これによって床下部分から湿気が入り込むことを防止している。また、基礎コンクリート部２０を一定の厚さで設け基礎コンクリート部２０を地中の熱を蓄える蓄熱体として利用することができるようにしている。

また、基礎コンクリート部２０を地面位置よりも低位にすることによって地熱をさらに効率的に利用できるようにし、季節によって基礎コンクリート部２０の温度変化ができるだけ小さくなるようにしている。なお、基礎コンクリート部２０からの湿気の進入を防止するため、基礎コンクリート部２０の下面に防湿層２６を設けるようにしてもよい。

本実施の形態における基礎コンクリート部２０の起立壁部２２は、換気口を設けず完全に閉止させた状態で形成されている。これにより、床下空間２５は基礎コンクリート部２０と起立壁部２２で完全に密閉され、床下空間２５の気密性が確保される。また、起立壁部２２の外側または内側、若しくは、外側および内側の両側に断熱材１０を延設し、床下空間２５での断熱性が好適に得られるようにしている。

３０は室内の床部であり、大引材、根太材上に配設される。床部３０の下側には床下空間２５からの空気を流通させるためのエア流路３４が形成されている。
３２は室内の内壁部である。この内壁部３２と壁体を構成する断熱材１０との間もまた床下空間２５からのエアを通流させるエア流路３４となる。このエア流路３４は断熱材１０と内壁部３２との間で層空間として形成し、床下空間２５からの空気が断熱材１０の内面に沿ってエア流路３４内を上昇するように形成する。

内壁部３２には吸気口３６が形成されている。この吸気口３６は室内にエアを流入させるためのものであり、本実施形態においては天井３８に近接するように設置されている。吸気口３６を壁面の低い位置に設置することも、もちろん可能である。また、吸気口３６は内壁部３２に対して１か所のみでなく、複数個所に設けるようにしてもよい。

天井３８には、天井３８の一部を開口させて排気口４０を設けている。この排気口４０には天井３８の上方に設置した熱交換器である熱交換換気扇４２まで排気ダクト４４を接続している。熱交換換気扇４２は、天井３８の上方で断熱材１０ａの下方の空間内に設置する。本実施の形態においては熱交換換気扇４２を、上記空間内に配設しているが、床下空間２５に配設することもある。

排気ダクト４４は熱交換換気扇４２を通過して端部が住宅２００の外壁面外側に連通している。本実施の形態においては、各部屋の吸気口４０から取り込んだ室内空気を排気ダクト４４により一箇所に集めた後に、熱交換換気扇４２を通過させる形態を採用している。排気ダクト４４において、室内空気が一箇所に集まった部分には、室内空気用温度センサおよび室内空気用湿度センサ（それぞれ図示されず）が配設されている。室内空気用温度センサおよび室内空気用温度センサにより計測された計測データは、後述する制御部６０に送信される。

住宅２００の外壁面には、室外空気を室内に取り込むための外気導入ダクト５０が配設されている。外気導入ダクト５０は一端側を住宅２００の外壁面外側表面に連通させて設置すると共に、中途部分を前記熱交換換気扇４２および室内の間仕切り３３の間を通過するように配置されている。外気導入ダクト５０の一端側部分または住宅の外壁面には、室外空気の温度および湿度を計測する室外空気用温度計と、室外空気用湿度計（それぞれ図示せず）が配設されている。室外空気用温度計および室外空気用湿度計により計測された計測データは、制御部６０に送信される。

外気導入ダクト５０から取り込まれた室外空気（新鮮空気）は、熱交換換気扇４２の内部で各室内から排気される空気と熱交換（熱回収）できるようになっている。外気導入ダクト５０の他端側は床下空間２５内に連通している。これによって、室外空気は外気導入ダクト５０を経由して熱交換された後、床下空間２５内に供給されることになる。

本実施の形態における熱交換換気扇４２は全熱交換作用を有するものを使用している。具体的には、いわゆるロータリー式の熱交換換気扇４２を用いており、吸込みファン４２ａと、排出ファン４２ｂと、ロータリーファン４２ｃとにより構成されている。全熱交換は室内空間から排出される空気と室外空気との温度および湿度の両方について同時に交換するものである。より詳細には、排出ファン４２ｂにより排出される室内空気（排気）と吸込みファン４２ａにより吸い込まれた室外空気（吸込み空気）がそれぞれ通流する細管を交互に連接し室内空気と室外空気とを相互に通流させると共に、ロータリーファン４２ｃをモータ等により回転させる機構を有し、室外空気と室内空気の温度と湿度を同時に交換するものである。

熱交換換気扇４２による熱交換は室外空気と室内空気との温度、湿度の相互関係によってなされるものであり、冬期間のように暖房により加熱された室内空気に対して室外空気が冷たい場合には、室外空気を加熱・加湿した後に住宅内に導入する。また、夏期間のように冷房により冷却された室内空気に対して室外気温が高い場合には、室外空気を冷却・除湿した後に住宅内に導入する。
本実施の形態においては、このような熱交換換気扇４２の動作を制御部６０により制御している。

制御部６０は、熱交換換気扇４２の吸込みファン４２ａ、排出ファン４２ｂ、ロータリーファン４２ｃの運転を制御するためのものである。制御部６０は、室内空気用温度計および室内空気湿度計の計測データと、室外温度計および室外湿度計の計測データを受信した後、表示部（図示せず）に各計測データを表示可能に設けられている。また制御部６０は、室内空気用温度計および室内空気湿度計の計測データと、室外温度計および室外湿度計の計測データに基づいて熱交換換気扇４２の吸込みファン４２ａ、排出ファン４２ｂ、ロータリーファン４２ｃの動作を制御する制御プログラムが図示しない記憶手段に予め組み込まれている。制御プログラムにおける各種の設定条件（例えば、温度条件や湿度条件）は予め与えられた設定条件に拘束されるものではなく、設定条件を任意に変更可能にしてもよい。この場合、制御部６０に図示しない設定条件入力手段を設け、設定条件入力手段から入力された設定条件を制御プログラムに反映可能に設けておけばよい。

本実施の形態においては、低コストでの換気装置の提供を目的としているため、制御部６０は、室外空気温度計の計測温度と室内空気温度計の計測温度との温度差が所定温度差以上になった場合に、吸込みファン４２ａ、排出ファン４２ｂ、ロータリーファン４２ｃのすべてを作動させる制御を行う。また、室外空気温度計の計測温度と室内空気温度計の計測温度との温度差が所定温度差未満になった場合に、排出ファン４２ｂのみを作動させる制御を行う。
このように、室外空気と室内空気の温度差に応じて、換気装置１００の作動状態を適切に変化させることにより、不要な電力エネルギーの消費を防止し、さらに省エネルギーな換気装置１００とすることが可能になるため好適である。

本実施例の住宅２００は上述したように、室外空気を住宅内に取り入れ、室内空気と室外空気とを熱交換して住宅内から排気するように構成したものである。この空気の流れについてみると、吸込みファン４２ａにより外気導入ダクト５０から取り入れられた室外空気と排出ファン４２ｂにより住宅２００の各室内から排出されてきた室内空気とは、ロータリーファン４２ｃにより全熱交換された後、外気導入ダクト５０を介して床下空間２５内に導かれる。室外空気はこの床下空間２５内で放出され、床下空間２５内にためられた後、床下から各室内に向けて上昇する。床下空間２５に放出された空気は、基礎コンクリート部２０の蓄熱作用あるいは湿度調整作用によって、冬場であれば温められ、夏場であれば冷やされた後に各室内に供給されるので、季節の状態に応じてより快適な状態に調整された室外空気（新鮮空気）を供給することができる。

このように、室外空気と室内空気との温度差や湿度差が大きい夏場や冬場においては、熱交換器である熱交換換気扇４２のすべてのファンを作動させることにより、室外空気と室内空気との条件差（温度差および湿度差）を緩和させることができるため、快適性および経済的に好都合である。
また、春季や秋季等のように室外空気と室内空気との温度差や湿度差がさほど大きくない場合には、熱交換換気扇４２の、吸込みファン４２ａ、排出ファン４２ｂ、ロータリーファン４２ｃのすべてを作動させて室外空気と室内空気の全熱交換をすると、かえって不経済になるため、吸込みファン４２ａの運転と、ロータリーファン４２ｃの運転をストップさせ、排出ファン４２ｂのみを作動させている。このような換気方法であっても、室外空気は床下空間２５における自然エネルギーを用いた熱交換がなされるため快適性は維持され、経済的な換気が可能になるため好適である。

上記のように、本実施の形態における住宅用の換気装置１００は、季節をとおして住宅全体で好適な換気と室内環境を得ることが可能になる。また、室内の冷暖房効果も有効に作用し、冷暖房にかかるランニングコストを効果的に下げることが可能になる。

（第２の実施形態）
図２は本発明に係る住宅用換気装置の第２の実施形態を示す説明図である。本実施の形態においては、第１の実施形態と同じ構成については、第１の実施形態と同じ符号を付し、詳細な説明を省略している。
吸込みファン４２ａとロータリーファン４２ｃの運転を停止させ、排出ファン４２ｂのみを作動させた状態であっても、住宅内空気の入れ替えは可能ではあるが、室外空気の取り込みにおいては各種の吸気抵抗により、十分な室外空気を得ることができない場合がある。そこで、本実施の形態においては、基礎コンクリート部２０の底面に、住宅の外部から取り込んだ室外空気が地中を経由した後に床下空間２５に放出させるための室外空気取込部７０を連結している。室外空気取込部７０の空気取り込み側端部は、雨や埃が侵入しないように、下方に曲折されている。また防塵フィルタ等のフィルタ部材を配設しておけば好適である。

室外空気取込部７０により、排出ファン４２ｂのみが作動している場合であっても十分な容量の室外空気を取り込むことができる。また、室外空気取込部７０から取り込まれた室外空気は、地中を通過してから床下空間２５に放出されるので、年間を通じて一定温度となるように適切に温度調整されることになり好都合である。

以上に、本発明にかかる住宅の換気装置について実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において各種の変更を行ったとしても本発明の技術的範囲に属することはもちろんである。
例えば、基礎コンクリート部２０の起立壁部２２に床下空間２５と室外とを連通する連通孔（図示せず）を形成し、この連通孔を室外空気取込部７０として用いることもできる。

また、吸込みファン４２ａの運転とロータリーファン４２ｃの運転を停止させ、排出ファン４２ｂのみを作動させるための条件は、室内空気の気温および湿度と、室外空気の気温および湿度をそれぞれ計測すると共にそれぞれの値を制御部６０に送信し、制御部６０が温度差、湿度差を算出した結果に基づいて吸込みファン４２ａおよびロータリーファン４２ｃの運転状況を制御する形態であるが、必ずしも室外空気と室内空気の温度計測および湿度計測は必要になるものではない。ユーザの意思により任意に運転状態を設定することができるように、吸込みファン４２ａ、排出ファン４２ｂ、ロータリーファン４２ｃのそれぞれの運転状態を切り替える単純な切り替えスイッチを制御部６０または室内に別体に設ける形態としても良いのはもちろんである。また、予め提供された、室外気温と室内気温の温度差と換気装置１００の運転状態に応じた電力エネルギーおよび室外気温と室内気温の温度差をなくすためにエアコン等の空調機器が消費する電力エネルギーの相関データに基づいて、ユーザの判断により換気装置１００（熱交換換気扇４２）の運転状態の切り替えをおこなうように制御する形態であってもよい。

また、熱交換器としてロータリーファン４２ｃを用いた熱交換換気扇４２を用いた形態について説明しているが、熱交換器は以上の形態に限定されるものではなく、他の公知の熱交換器を状況に応じて適宜選択することができるのはいうまでもない。
以上に説明した実施形態の他、上記実施形態を自由に組み合わせた実施形態としてもよい。

本発明に係る住宅用換気装置の第１の実施形態を示す説明図である。 本発明に係る住宅用換気装置の第２の実施形態を示す説明図である。

符号の説明

１０，１０ａ 断熱材
１２ 外部通気層
１４ 外部壁体
２０ 基礎コンクリート部
２２ 起立壁部
２５ 床下空間
３０ 床部
３２ 内壁部
３４ エア流路
３６ 開口部
３８ 天井
４０ 排気口
４２ 熱交換換気扇
４２ａ 吸込みファン
４２ｂ 排出ファン
４２ｃ ロータリーファン
４４ 排気ダクト
５０ 外気導入ダクト
６０ 制御部
７０ 室外空気取込部
１００ 換気装置
２００ 住宅

Claims (3)

1. 基礎コンクリート部と、
   該基礎コンクリート部に一体形成され、住宅構造体を支持すると共に該住宅構造体の床下空間を形成する起立壁部と、
   前記住宅構造体の側壁面と、天井部と屋根裏との間を仕切る仕切り板とのそれぞれに取り付けられた断熱材により取り囲まれてなる室内空間と、前記側壁面に取り付けられた断熱材と内壁部との間において前記床下空間に連通させた状態で形成されると共に、前記室内空間の内壁部に設けられた吸気口を介して前記室内空間にも連通させたエア流路を有する高気密性および高断熱性を有する住宅に設けられる住宅用換気装置であって、
   室外空気を前記床下空間に取り込む外気導入ダクトと、
   前記天井に開口して前記室内空間内の空気を排気する排気口と、
   一端部が前記排気口に接続され、他端部が外部空間に連通する排気ダクトと、
   前記外気導入ダクトの中途位置に配設された吸込みファンと、前記排気ダクトの中途位置に配設された排出ファンとを有し、前記外気導入ダクトから取り込まれた室外空気と、前記排気ダクトから外部空間に排出される室内空間の排出空気との間で、熱交換作用をなす熱交換器と、
   前記吸込みファンと前記排出ファンとの運転のオンオフ動作を個別に切り替え制御可能な制御部と、
   前記排気ダクト内の排出空気の温度を計測すると共に、該計測データを前記制御部に送信する室内空気用温度センサと、
   室外空気の温度を計測すると共に、該計測データを前記制御部に送信する室外空気用温度計と、を有し、
   前記制御部は、
   前記室外空気用温度計による計測データおよび前記室内空気用温度センサによる計測データから算出した温度差が所定温度差以上である場合においては、前記吸込みファンと前記排出ファンとのすべてを作動させ、
   前記室外空気用温度計による計測データおよび前記室内空気用温度センサによる計測データから算出した温度差が所定温度差以下である場合においては、前記排出ファンのみ作動させることを特徴とする住宅用換気装置。
2. 前記吸込みファンとは別に、前記熱交換器を経由せずに室外空気を前記床下空間に供給する室外空気取込部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の住宅用換気装置。
3. 前記室外空気取込部から取り込まれた室外空気は、地中を経由させた後に前記床下空間に供給されていることを特徴とする請求項２記載の住宅用換気装置。

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