JP7104382B2

JP7104382B2 - 建物の換気システム

Info

Publication number: JP7104382B2
Application number: JP2021111120A
Authority: JP
Inventors: 真一窪田
Original assignee: 有限会社トップ
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2021-05-25
Publication date: 2022-07-21
Anticipated expiration: 2041-05-25
Also published as: JP2022056341A

Description

本発明は、新型コロナウィルスエアロゾル感染等の感染を最小限に抑える為の、温度差を利用した冷暖房を伴う屋内換気に関する。

従来の建物における換気システムは、建築基準法の改正（２００３年７月１日施行）以降、第一種～第三種（特許文献１参照）により機械換気設備での換気を一般住宅からビルまで凡ゆる建物が義務付けられている。これら空気の流れ、いわゆる気流を生起する換気で重要とされているのが、空気の入口、通り道、出口である。その入口と出口の両方を機械的操作で行う第一種換気は最も効率的な換気システムといえる。

しかしながら、コロナ禍等においては些か問題視すべき点が存在する。最も問題となるのは通り道である。エアーコンディショナーの風の通り道（気流）が、原因で起きたクラスター感染（非特許文献１参照）は、吸排気の気流の通り道でも同じ様に起こりうる事が指摘されている。そしてもう一つの問題は通り道から外れた端の滞留するエアロゾル（図１の１６）である。エアロゾルは大気中で３時間生存するとの見解をＮＩＨやＣＤＣのアメリカの研究グループが医学専門誌でも発表している。これらの問題は既存の換気システムでは解決が出来ない。

特開２０００－０８８３１１号公報代表図面

「日本医師会ＣＯＶＩＤ－１９有識者会議」図表３［ｏｎｌｉｎｅ］ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｃｏｖｉｄ１９－ｊｍａ－ｍｅｄｉｃａｌ－ｅｘｐｅｒｔ－ｍｅｅｔｉｎｇ．ｊｐ／ｔｏｐｉｃ／１７２９（参照２０２０‐９‐２７）

前記２つの共通の問題点は、図１－３においてウィルス感染者（１５）から排出される感染源となる気流内のエアロゾル（１６）と滞留するエアロゾル（１７）に長時間、晒される事により感染のリスクが増大する事である。よって、問題となる気流内のエアロゾル（１６）と滞留するエアロゾル（１７）を屋内から排出する事が課題となる。

そこで本発明は第一種換気を踏襲しつつも気流を生起する換気では無く、エアーコンディショナーを用いて機械的に温度差を作り出す事で得られる重力を用いた換気システムを提案する。

請求項１の本発明に係る建物の換気システムは、屋内温度と屋内排気口温度を計測、比較し、屋内排気口から排出する屋外空気を、エアーコンディショナー格納部内エアーコンディショナーを用いて温度調整し、屋内排気口温度を屋内温度よりも常時低温に制御する事を特徴とする。屋内排気口より排出される低温の空気は比重が重く屋内を下降し、屋内の高温の空気は比重が軽く屋内を上昇する。いわゆる温度差による重力換気を行う事を目的とする。

請求項２の本発明に係る建物の換気システムは、屋外に屋内空気を貯留する空気貯留部を設け前記、空気貯留部内に熱交換を目的としたダクトを配設し、ダクト内を屋外空気を通過させて屋内側壁に設置されたエアーコンディショナー格納部内エアーコンディショナーの取り入れ口に熱交換した屋外空気を送り込むダクトを配設した事を特徴とする。前記、空気貯留部内に配設したダクトの周りには電気を利用し作られた屋内温度である空気を送り込み、その季節、本来の屋外温度である空気との熱交換を行う。これにより電気を利用し作られた屋内温度である空気のエネルギーを再利用する事ができる効果がある。

請求項３の本発明に係る建物の換気システムは、屋内空気排気用ダクトと屋外空気吸気用ダクトを組み合わせた熱交換可能なダクトを屋内に配設し、ダクト内を屋外空気を通過させ、屋内のエアーコンディショナー格納部内エアーコンディショナーの取り入れ口に熱交換した屋外空気を送り込むダクト配設した事を特徴とする。前記、配設したダクトは電気を利用し作られた屋内温度である空気とその季節、本来の屋外温度である空気がダクト内にて隔壁で熱交換を行う事を特徴とする。これにより、請求項２の発明と同様に電気を利用し作られた屋内温度である空気のエネルギーを再利用することができる効果があるとともに、狭小の場所での本発明の活用が可能になる。

図１においてエアーコンディショナー格納部（３）から伸びたエアーコンディショナー格納部内排気口接続ダクト（４）は屋内天井面付近の屋内排気口（５）から屋内天井面の水平四方に低温の空気を排出する。低温の空気は屋内を下降する。〈低温の空気のベクトルは黒矢印にて表記〉それと入れ替えに屋内下部の高温の空気は上昇する。〈高温の空気のベクトルは白矢印にて表記〉上昇した高温の空気は、屋内排気口（５）より低い位置に取り付けた屋内空気換気用吸気口Ａ～Ｄ（６）で吸い上げ、屋内空気排気ダクト・屋内部分（７）と換気ファン（８）を通過させ屋外へ排出する。冷たい空気は下降し、暖かい空気は上昇する空気の温度差による比重を利用した重力換気である。

図１において屋内排気口（５）から排出される空気温度の計測はワイヤレス温度計・センサー（１１）とワイヤレス温度計・受信機・親機（１２）と温度計（１３）で計測する。夏季はエアーコンディショナーにて温度調整し、冬季はエアーコンディショナーとファンヒーターの併用にて温度調整を行う。

図２においてエアーコンディショナー格納部（３）は、格納部内のエアーコンディショナー（１８）を境にエアーコンディショナー格納部内吸気部（１９）とエアーコンディショナー格納部内排気部（２０）にて二分した構造となっている。排気部に接続されたダクトが図１で説明した屋内排気口（５）まで伸びるエアーコンディショナー格納部内排気口接続ダクト（４）と同一ダクトである。エアーコンディショナー格納部内吸気部（１９）に接続されたエアーコンディショナー格納部内吸気部接続ダクト屋内部分（９）は壁を通過し屋外のエアーコンディショナー格納部内吸気部接続ダクト屋外部分（１０）及び屋内空気貯留部（１）内の屋内空気貯留部内を蛇行するダクト（２４）を通して屋外空気を取り入れている。取り入れた屋外空気はエアーコンディショナー格納部内吸気部（１９）を通過し、エアーコンディショナーにて温度調整後、エアーコンディショナー格納部内排気部（２０）からエアーコンディショナー格納部内排気口接続ダクト（４）へ送り込まれる。エアーコンディショナー格納部（３）は、エアーコンディショナー格納部スライド式調整部（２１）によって調整を行う事で各種サイズのエアーコンディショナーへの設置が可能である。よってエアーコンディショナー格納部（３）は新設以外の既設のエアーコンディショナーへの設置も可能であり、取り外しも可能である。これにより感染収束時には、取り外す事で通常のエアーコンディショナーとして使用出来る汎用性があり、状況に応じた対応が出来る利点がある。

図３においてエアーコンディショナー室外機（２２）の横に設置された屋内空気貯留部（１）の屋内空気貯留部内を蛇行するダクト（２４）とエアーコンディショナー格納部内吸気部接続ダクト屋外部分（１０）は図２のエアーコンディショナー格納部（３）に接続されたエアーコンディショナー格納部内吸気部接続ダクト屋内部分（９）と同一のダクトの屋外部分である。屋外空気吸気口（２）から屋外空気吸気口ファン（２７）により吸気した屋外空気は屋内空気貯留部内を蛇行するダクト（２４）内で熱交換され同一ダクトの屋内部であるエアーコンディショナー格納部内吸気部接続ダクト屋内部分（９）からエアーコンディショナー格納部内吸気部（１９）を通過しエアーコンディショナー（１８）で温度調整されてエアーコンディショナー格納部内排気部（２０）からエアーコンディショナー格納部内排気口接続ダクト（４）を通過し、屋内排気口（５）から屋内天井面の水平四方へ排出される。屋内空気換気用吸気口Ａ～Ｄ（６）で吸気した屋内空気は屋内空気排気ダクト・屋内部分（７）から屋内空気排気ダクト・屋外部分（１４）及び屋内空気貯留部内（２５）を通過し屋内空気排気口（２３）から屋内空気排気口ファン（２８）により屋外へ排出される。

屋内空気貯留部（１）の構造は周りに断熱材を使用し気密性が高い作りとなっている。屋外空気吸気口ファン（２７）により吸気される屋外空気〈冬季は低温で夏季は高温・貯留部内の吸気のベクトルは黒矢印で表記〉は、屋内空気貯留部内を蛇行するダクト（２４）及びエアーコンディショナー格納部内吸気部接続ダクト屋外部分（１０）とエアーコンディショナー格納部内吸気部接続ダクト屋内部分（９）を通過してエアーコンディショナー格納部内吸気部（１９）に送り込まれる。排気される屋内空気〈冬季、夏季、共に適温・貯留部内の排気のベクトルは白矢印で表記〉は屋内空気換気用吸気口Ａ～Ｄ（６）から屋内空気排気ダクト・屋内部分（７）及び屋内空気排気ダクト・屋外部分（１４）を通過し屋内空気貯留部内（２５）を下降し屋内空気貯留部内遮蔽板（２６）を回り込み屋外へと排出される。屋外空気吸気口（２）から吸気される屋外空気はその季節の自然の温度である。屋内空気換気用吸気口Ａ～Ｄ（６）から屋内空気貯留部（１）に送り込まれる屋内空気は電気を使用し作られた温度である。よってこれは、電気を使用し作られた温度の再利用を目的とした熱交換の設備である。

屋内空気貯留部内を蛇行するダクト（２４）は隔壁式の熱交換と言う形を慮り熱交換率が高く加工しやすく安価なフレキシブルダクトにて施工する。吸気能力との兼ね合いもあるがダクトを長くする事で、屋内の空気との熱交換時間が延長し、より高い効果が期待出来る。

屋内空気貯留部内遮蔽板（２６）は屋内空気排気ダクト・屋外部分（１４）から送り込まれた屋内空気のベクトルが直線的に屋内空気排気口（２３）に向かわない為の処置である。屋内空気排気ダクト・屋外部分（１４）から送り込まれた空気が遮蔽を回避する事で屋内の空気〈冬季は温かく・夏季は涼しい〉が滞留する時間が長くなり、より高い熱交換効率が結果として得られる事を目的とした処置である。

屋内空気貯留部の設置スペースが屋外に確保出来ない場合、一般的な熱交換器を組み合わせた熱交換も可能だが、屋内に設置スペースを確保出来る場合は屋内空気貯留部を屋内に設置する方法で対応する。屋内設置の場合、屋内と屋内空気貯留部内の排気される空気の温度は同温となる為、屋外設置時に不可避である外壁の断熱材が不要となり、設備費用が安価となる優位性がある。

図４において前記、エアーコンディショナー格納部内排気口接続ダクト（４）を設置する為のスペースが確保出来ない場合の処置として、エアーコンディショナー上部格納型（２９）による屋内上部への直接排出を代替案として提案する。代替案ではエアーコンディショナー上部のみを格納し、下部は解放された構造（図４－２）となっている。前記、エアーコンディショナー格納部（３）の構造では排気部に接続されたエアーコンディショナー格納部排気口接続ダクト（４）へ空気が送り込まれるが、エアーコンディショナー上部格納型（２９）はエアーコンディショナー上部格納型排気部（３０）から斜めに設置したエアーコンディショナー上部格納型風向き調整板（３１）により屋内上部に向けて屋内温度よりも低温の空気を排出する〈排出のベクトルは黒矢印で表記〉（図４－３）仕組みである。排出される空気の温度の計測、比較は、図１の屋内排気口（５）と同様の方法［ワイヤレス温度計・センサーとワイヤレス温度計・受信機・親機と温度計］で計測、比較する。

図５において前記、空気貯留部の設置スペースが確保出来ない場合の処置としてダクト自体を用いて熱交換をする方法、屋内空気排気用ダクトと屋外空気吸気用ダクトを組み合わせた熱交換可能なダクトも併せて提案する。既存のダクトに中にダクトを通す方法がダクトｉｎダクト（図５－１）である。径の違う２つのダクトを用い、径の大きい屋内空気排気用ダクト（３２）の中に径の小さい屋外空気吸気用ダクト（３３）を通し、径の大きい屋内空気排気用ダクトで屋内の空気を外に排気し、径の小さい屋外空気吸気用ダクトで屋外の空気を吸気し、屋内に排気する。大小各ダクトの下には吸湿素材（３７）を設置して結露に対しての処置を施する。

径が等しい既存のダクトを組み合わせる方法がペアダクト（図５－２）である。横並びのダクト（３４）（屋外空気吸気用ダクト・空気排気用ダクト）の周りに断熱テープ（３５）を巻き密着させる事で熱交換する方法である。各ダクトの下部には吸湿素材（３７）を設置して結露に対しての処置を施す。前記、ダクトｉｎダクト（図５－１）よりも熱交換率は劣るが、施工効率の良さが特徴である。

前記、２種類の既存のダクトを使用する方法とは異なり作出が必要ではあるがダクトの真ん中に遮蔽板を施す（図５－３）方法がある。ダクト内遮蔽板（３６）により屋内、屋外の空気を遮断する。前記、２種類同様に吸湿素材（３７）を設置して結露に対しての処置を施す。これら３種類の熱交換を目的としたダクト設備（図５－４）は吸気した屋外空気を屋外空気吸気用ダクト（３８）からダクト分配部（３９Ａ）及びダクト内を通過させてダクト分配部（３９Ｂ）で分けられ屋内エアーコンディショナー格納部内吸気部接続ダクト（４０）へと送り込まれる。屋内空気換気用吸気口Ａ～Ｄ（６）で吸気された屋内空気は屋内空気排気用ダクト（４１）からダクト分配部（３９Ｂ）及びダクト内を通過させてダクト分配部（３９Ａ）で分けられ屋内空気排気口接続ダクト（４２）から屋外へと排出される。

発明の効果

従来の気流を生起する換気システムでは、水平に於いて、気流の風上にコロナウィルス等のエアロゾルを製出する感染者が滞在している場合、同施設の風下の全ての利用者が、横から流れて来るエアロゾルの感染リスクに常に晒される事となる。更に風の当たらない場所にもエアロゾルが滞留する事となり感染リスクが発生する。加えてエアーコンディショナー使用時に、窓を開ける事の非効率さからくる長期コスト負担が問題となる。

しかし、本発明は温度差で、屋内最上部から低温の空気を下降させ、屋内下部の高温の空気を屋内上部へ上昇させ、排出するシステムなので従来の気流で起こる横から風が流れて来る風上、風下と言う状況は起こりえない。よって、気流内の感染リスクの問題は解決出来る。更に、重力による換気では風の当たらない場所と言う概念も存在しないので、滞留内のエアロゾルからの感染リスクと言う問題も解決出来る。そして、屋内の空気を再利用する事で長期コスト負担の問題も解決出来る。更に屋内空気換気用吸気口（６）と屋内排気口（５）を、それぞれ離れた箇所に配置する事により、一般的なエアーコンディショナーの形式〈吸気口と排気口が隣接している〉で起こりうる吸気した空気に含まれるウィルスが吸気口に付着し、隣接した排気口から付着したウィルスが屋内に排出される危険を回避する事が可能である。

全体図である。エアーコンディショナー格納部図である。屋内空気貯留部図である。エアーコンディショナー上部格納型図である。熱交換ダクト図である。

感染防止の観点、及び屋内温度の再利用の利点で考慮した場合、本発明は天井埋込型エアーコンディショナーへの組み込みも可能である。これにより、対象の規模は関係なく一般住宅、レストラン、コンビニや多くの商業施設やオフィスから病院まで幅広い形態での実施が可能である。

実施する対象の規模に対し、設備の規模も違ってくる。排気ダクトの数、吸気ダクトの数、吸排気の機械の大きさ等である。吸気量＝ａ、対象形態の規模＝ｂ、重力換気による換気量＝ｃ、機械による換気量＝ｄとし、ａ［ｈ］＝ｂ［ｍ^３］÷（ｃ［ｍ^３／ｈ］＋ｄ［ｍ^３／ｈ］）の数式を用いて規模に対しての換気時間を算出し、厚労省推奨の必要換気量毎時３０ｍ^３以上［ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｒｙｕｔｓｕｕ．ｂｉｚ／ｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔ／ｍ０４０９４３．ｈｔｍｌ］の換気量で実施する。

既設のエアーコンディショナー及び換気設備を併用出来る事で初期投資の負担を減らす優位性がある。新設で施工する場合も、屋内空気貯留部及び各所附帯ファンは、後付けが可能なので予算に合わせ初期投資を抑える事が可能である。よって、新型コロナでの個々の経済的影響を鑑みた場合、各所に合わせた負担額でレベルが選べると言うメリットがあり、利用出来る形態の多くが希望する可能性は高い。

通年を通して屋外温度が屋内温度より低く、エアーコンディショナーを必要としない地域、いわゆる寒冷地においてはエアーコンディショナーを通さない方法を提案する。屋内空気貯留部、或いは熱交換可能なダクトによる吸気及び換気の設備による使用である。前記、寒冷地の対応おいて、幾許かの温度調整が必要な場合は、屋外空気排出前の設備内にスポットクーラー及びファンヒーターを組み込む事で温度調整が可能である。

実施する形態に対して汎用性の高い設備である。安心、安全の可視化という点においても優れた設備である。そして、コロナ収束後も、コロナと同様の空気感染の性質を有するウィルスが現れる可能性が、危惧されているのは公知である。従って中長期的観点からも投資価値のある設備といえる。

本発明はコロナ禍等の感染症エアロゾル対策のみならず従来の換気システムによって起きる電力を使用して作った空気をダイレクトに排出する事でのエネルギーの無駄を無くし、電力を使用して作った空気を再利用する地球環境等にも配慮した提案である。

１屋内空気貯留部
２屋外空気吸気口
３エアーコンディショナー格納部
４エアーコンディショナー格納部内排気口接続ダクト
５屋内排気口
６屋内空気換気用吸気口Ａ～Ｄ
７屋内空気排気ダクト・屋内部分
８換気ファン（屋内空気換気用）
９エアーコンディショナー格納部内吸気部接続ダクト屋内部分
１０エアーコンディショナー格納部内吸気部接続ダクト屋外部分
１１ワイヤレス温度計・センサー
１２ワイヤレス温度計・受信機・親機
１３温度計
１４屋内空気排気ダクト・屋外部分
１５ウィルス感染者
１６気流内のエアロゾル
１７滞留するエアロゾル
１８エアーコンディショナー
１９エアーコンディショナー格納部内吸気部
２０エアーコンディショナー格納部内排気部
２１エアーコンディショナー格納部スライド式調整部
２２エアーコンディショナー室外機
２３屋内空気排気口
２４屋内空気貯留部内を蛇行するダクト
２５屋内空気貯留部内
２６屋内空気貯留部内遮蔽板
２７屋外空気吸気口ファン
２８屋内空気排気口ファン
２９エアーコンディショナー上部格納型
３０エアーコンディショナー上部格納型排気部
３１エアーコンディショナー上部格納型風向き調整板
３２径の大きいダクト
３３径の小さいダクト
３４横並びのダクト
３５断熱テープ
３６ダクト内遮蔽板
３７吸湿素材
３８屋外空気吸気用ダクト
３９ダクト分配部（３９Ａ・３９・Ｂ）
４０エアーコンディショナー格納部内吸気部接続ダクト
４１屋内空気排気用ダクト
４２屋内空気排気口接続ダクト
４３屋内空気外壁排気口ファン
４４屋外空気外壁吸気口ファン

Claims

屋内温度と屋内排気口温度を計測、比較し、屋外空気を屋内側壁のエアーコンディショナー格納部内エアーコンディショナーを用いて屋内温度より常時低温に温度調整し、屋内天井面の水平四方に低温の空気を排出する為の屋内天井面付近の屋内排気口から水平に排出した低温の屋外空気を下降させると共に屋内の高温の空気を上昇させ屋内天井面付近の屋内排気口より低い位置に取り付けた屋内空気換気用吸気口から屋外へ屋内空気を排出する温度差による重力換気を行う事を特徴とする建物の換気システム。
屋外に屋内空気換気用吸気口から送り込まれる屋内空気を貯留する空気貯留部を設け、前記空気貯留部内に熱交換を目的としたダクトを配設し、ダクト内を屋外空気吸気口ファンにより吸気される屋外空気を通過させて熱交換し、屋内の吸気部と排気部に二分した構造となっているエアーコンディショナー格納部の吸気部取り入れ口に熱交換した屋外空気を送り込むダクトを配設した事を特徴とする請求項１記載の建物の換気システム。
屋内空気排気用ダクトと屋外空気吸気用ダクトを組み合わせた熱交換可能なダクトを設置可能な屋内に配設し、ダクト内を屋外空気を通過させ、屋内のエアーコンディショナー格納部内エアーコンディショナーの取り入れ口に熱交換した屋外空気を送り込む事を特徴とする請求項１記載の建物の換気システム。