(57)【要約】【課題】  連続的に居室内に不要な物質が発生しているとき、一定時間に居室内の空気を全て外気に入れ換えても、実際には居室内に不要な物質は残留する。【解決手段】  そこで、連続的に不要な物質が発生している居室で、一定時間内に居室の気積が外気に置き換わるとき、居室内には一定時間内に発生する不要な物質が残留することを理論的に示し、換気効率も考慮に入れた残量を対策の指標として活用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的に不要な物質が発生する居室で、
規定時間内に居室の全気積が強制換気されるにあって、
規定時間内に居室内で連続的に発生する不要な物質が居室の強制換気で居室内に残留量が（１）式で与えられ、（１）式で居室の強制換気を評価することを特徴とする居室残量評価法。
（残量）＝ａ（ｍ−１）（１−ｐｎ）                                     （１）
【請求項２】
（１）式で与えられる居室内の残量に換気効率の逆数を乗算して、換気効率を考慮して評価することを特徴とする請求項１記載の居室残量評価法。
【請求項３】
居室残量評価法に基づいて、居室に残留する不要な物質を分解する手段で居室内に残量する有機物を基準値以下に減少させることを講ずることを特徴とする居室残量減少手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一定時間内に居室の気積が入れ替わる強制換気が行われている住宅の居室で、強制換気にも係わらずホルムアルデヒドを初めとする不要な物質の発生による残量の理論的な導出に基づく居室残量評価法、そして換気についての対策として居室残量減手段を提供するに関する。
【背景技術】
【０００２】
居室内の壁材などからのホルムアルデヒドの発生により居室内の空気が汚染されるのを防ぐために、建築基準法第２８条の２に基づく建築基準法施行令第２０条の５や６によりいわゆる２４時間換気が非特許文献１のｐ．２３１に示す図５−１−９の機械換気設備の種類に、吸気機と排気機を使用する第１換気設備、吸気機と排気口を組合せた第２種換気設備と、吸気口と排気機を備えた第３種換気設備のように居室の換気が行われる。
【０００３】
非特許文献１のＰ．２９２と２９４に「ホルムアルデヒドに関する建築材料及び換気設備の基準の設定根拠」で、建築材料及び換気設備の状況とホルムアルデヒドの室内濃度の関係式として、定常状態で
ＥＳ−ＣＱ＝０  …（Ａ）
Ｅ：建築材料の単位面積当たりのホルムアルデヒドの発散速度（μｇ／ｍ3・ｈ：ｈは時間）
※  チャンバー法等の試験で測定される吸着を含んだ発散速度をいう。
Ｓ：建築材料の表面積（ｍ2）
Ｃ：室内濃度（μｇ／ｍ3）
※  この文書では、室内濃度が指針値（１００μｇ／ｍ3）となった状態を考える。
Ｑ：換気量（ｍ3／ｈ）
が成立すると示されている。
【０００４】
また、非特許文献１のＰ．２９５に、藤井の式が成立すると仮定すると、定常状態では
ｍＳ−αＳＣ−ＣＱ＝０  …［３］
ｍ：室内濃度が極めて低い状態における建築材料の単位面積当たりのホルムアルデヒドの発散速度（μｇ／ｍ3・ｈ）
α：材料中から環境までのホルムアルデヒド物質移動係数（ｍ／ｈ）
注：ホルムアルデヒドの吸収係数ともいう。
が記載されている。
【０００５】
【非特許文献１】改正建築基準法に対応した建築物のシックハウス対策マニュアル第2版（付録CD）−建築基準法・住宅性能表示制度の解説及び設計施工マニュアル、分類：建築基準法令、発行年月：2003年11月、国土交通省住宅局 ／工学図書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１のＰ．２９２と２９４の（Ａ）式と、ｐ．２９５の［３］式は定常状態を基にした式であるので、時間的に変化する要因は含まれていない。そこで、ホルムアルデヒドを初めとする不要な物質の発生と残量、そして換気の関係を微少時間の変化を基にして明らかにし、これを基にした居室残量減少手段を光触媒などで提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
連続的に不要な物質が発生する居室で、規定時間内に居室の全気積が強制換気されるにあって、規定時間内に居室内で連続的に発生する不要な物質が居室の強制換気で居室内に残留量が下記（１）式で与えられ、（１）式で居室の強制換気を評価する居室残量評価法である。
（残量）＝ａ（ｍ−１）（１−ｐn）                                     （１）
【０００８】
（１）式で与えられる居室内の残量に換気効率の逆数を乗算して、換気効率を考慮して評価する居室残量評価法である。
【０００９】
請求項３に記載する居室残量評価法は請求項１又は請求項２に記載する居室残量評価法である。そこで、この居室残量評価法に基づいて、居室に残留する不要な物質を分解する手段で居室内に残量する有機物を基準値以下に減少させることを講ずる居室残量減少手段である。
【発明の効果】
【００１０】
ある時間（ｔ0とする）内に居室の気積に相当する容積を居室から外部に排気する場合、ある時間ｔ0に発生するホルムアルデヒドを初めとする不要な物質が居室内に残留するので、この残留量を分解処理する居室残量減少手段を例えば光触媒などで講ずることができる。
【００１１】
そこで、機械換気設備が設置されている居室で、例えば２時間で居室の気積を入れ替えるときは、機械換気設備を停止させて、ホルムアルデヒドを初めとする不要な物質の発生量を測定して、これに換気能率で割った値が、例えば１００μｇ／ｍ3以上であれば、また化学物質過敏症であれば、この残留量を光触媒などによって分解処理することで、居室内の空気をきれいにすることができる。
【００１２】
不要な物質としては、例えば、特定化学物質としてホルムアルデヒド、トルエン、キシレン、エチルベンゼン及びスチレンが指定され、近年住宅の居室は密閉度がよくなっているので、建材に使用されている接着剤等からの不要な物質の流入がある。外部から持ち込まれる家具や本などその他品物からの独特な臭いの発生もあり、所定の換気でも十分取れないことがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
２４時間換気が行われている居室内で常時ホルムアルデヒドを初めとする不要な物質が発生しているときの不要な物質の残量を理想のモデルで算出する。以下では、ホルムアルデヒドを初めとする不要な物質を有機物（ホルムアルデヒド）としても残量を理論的に算出するので差し支えはない。
【００１４】
理想的なモデルに設定した理由は、「建築基準法施行令第２０条の６の（１）に定める有効換気量Ｖｒ＝ｎＡｈは居室の内部構造には関わりなく一般的な適用が可能である。」ことに基づいた理論的に理想の換気のモデル設定して理論的な解析ができる。
【００１５】
ホルムアルデヒド発生と換気の関係を理論式で表すために、図１における記号の説明は、以下とする。
【００１６】
・居室の気積＝V0ｍ3
・換気量に伴う空気の流入と排気量はv0とする。
・ｖ0ｍ3／ｄtはｄt時間当たりの排出量である。
・有機物（ホルムアルデヒド）の居室体積V0に対する単位時間当たりの発生量をａμｇ／（ｍ3・ｄｔ）とする。
・居室全体では、有機物（ホルムアルデヒド）の量は、ａμｇ／ｍ3×Ｖ0ｍ3＝ａＶ0μｇとなる。
・ｎｄｔの時間の経過後の有機物（ホルムアルデヒド）の量は、ａｎＶ0μｇで、μｇ/ｍ3を基準とするときは、ａｎＶ0μｇ／Ｖ0＝ａｎμｇ／ｍ3となり、これを基準とする。
・μｇ／ｍ3を基準にすると、建築基準法やその施行令の数値基準との比較が容易になる。
・単位時間は秒や分でよい。分を単位とするときは、２時間でｍ＝１２０，秒ではｍ＝７２００である。
・ｄｔは単位時間刻みとする。
・以上は、下記に記載する「仮定」で理想的な混合をするとの前提で成り立つものである。
【００１７】
理論解析を行う際に、以下の仮定をする。
【００１８】
・吸気する外部空気はきれいであるとする。
・  有機物（ホルムアルデヒド）は含有されないとする。
・瞬時に単位時間当たりの換気量（空気の流入と排気量＝v0ｍ3／ｄｔとする。）が行われるとする。
・流入された空気量v0は瞬時に、換気されて居室に残る空気体積（V0-v0）と瞬時に混ぜ合うとする。
・居室内の有機物（ホルムアルデヒド）は瞬時に居室内の空気と混合するとする。
・V0＝ｍv0で、これはｍ回のv0の排気で居室の気積V0になることである。
・２時間で居室内の空気を換気する、すなわち、２V0／ｈ（ｈは時間）の場合はｍを２時間で設定するように繰り返し時間単位で定めればよい。ただし、時間的な変化はｎで表しているので、時間的な変化はｎｄｔに相当する。
・時間的な変化による居室の気積は空気の流入と排気量＝v0ｍ3／ｄｔのｎ倍に相当するとする。
・居室内の外気の流入によ居室内における有機物（ホルムアルデヒド）の残量と排気量の解析を目的とするので、外気の空気と居室内の空気は温度・湿度・密度など空気の特性は同一とする。
【００１９】
以上の仮定から理論的には理想型で上限を示す式になる。
【００２０】
以下に記載する計算式は、単位時間ｄｔで居室内に残留する有機物（ホルムアルデヒド）の量である。
【００２１】
仮定から、残量について図１を基に算出する。
ｐ＝（Ｖ0−v0）／Ｖ0
とすると、
ｍv0＝V0から
ｐ＝（ｍ−１）／ｍ＜１
ｑ＝v0／V0＝１／ｍ
ｐ＋ｑ＝１
ｑ＝１−ｐ
が成立する。
【００２２】
最初は発生量ａの残量は残量の割合ｐを乗した値であるので次式になる。
１回目の残量＝ａ（Ｖ0−v0）／Ｖ0
＝ａｐ
【００２３】
２回目以降は、発生量ａと残量ａ（Ｖ0−v0）／Ｖ0の和が残量の割合だけ残るので次のようになる。
２回目の残量＝（ａ＋ａ（Ｖ0−v0）／Ｖ0）（Ｖ0−v0）／Ｖ0
＝（ａ＋ａｐ）ｐ＝ａｐ＋ａｐ2
＝ａｐ（１＋ｐ）
３回目の残量＝（ａ+ａｐ＋ａｐ2）（Ｖ0−v0）／Ｖ0
＝ａｐ＋ａｐ2＋ａｐ3
＝ａｐ（１＋ｐ＋ｐ2）
……
ｎ回目の残量＝ａｐ（１＋ｐ＋ｐ2＋……＋ｐn-1）
＝ａp（１−ｐn）／（１−ｐ）
ここで、１−ｐ＝ｑから
＝ａｐ（１−ｐn）／ｑ
そこで、
ｍv0＝V0
を考慮して次を計算すると、
ｐ／ｑ＝｛（Ｖ0−v0）／Ｖ0）／（v0／Ｖ0）｝
＝ｍ−１
となり、
（残量）=ａｐ（１−ｐn）／ｑ
＝ａ（ｍ−１）（１−ｐn）                                     （１）
の漸化式になる。
ここで、
（総排気量）＝（全発生量）−（残量）
＝ａｎ−ａ（ｍ−１）（１−ｐn）
になるので、
（１）式を変形をすると、
ａ（ｍ−１）（１−ｐn）
＝ａｎ−｛ａｎ−ａ（ｍ−１）（１−ｐn）｝
となり、
（残量）＝（全発生量）−（総排気量）
であるから、ａｎは有機物（ホルムアルデヒド）の全発生量となり、ａｎ−ａ（ｍ−１）（１−ｐn）は有機物（ホルムアルデヒド）の総排気量に相当する。すなわち、有機物（ホルムアルデヒド）の排気量が算出された。
【００２４】
ここで、ｐnの大きさについて数値計算を行う。例えば、２時間は１２０分で７２００秒である。
そこで、２時間を秒では、
ｎ＝７２００で
ｐ＝７１９９／７２００
ｐn＝（７１９９／７２００）720
＝０．３６７…
または２時間を分では、
ｎ＝１２０で、
ｐ＝１１９／１２０
ｐn＝（１１９／１２０）120
＝０．３６６…
となり、１２０分でも７２００秒でもそれほど差がない。
２４時間は１４４０分で８６４００秒である。
ｎ＝７２００で秒のときは、
ｐn＝（０．３６７…）12
＝９．０５…１０-6
で、
ｎ＝１２０で分のとき、
ｐn＝（０．３６６…）120
＝９．０５…１０-6
となり、ｎが大きくなる時間の経過でｐn→０に収束する。
【００２５】
（１）式から、
残量＝ａ（ｍ−１）（１−ｐn）
ｍ≫１であるので、次式で近似できる。
≒ａｍ（１−ｐn）
ここで、ａｍは２時間に気積Ｖ0の居室で発生した有機物（ホルムアルデヒド）の量である。ａｍ（１−ｐn）を居室の気積Ｖ0で割ると、ｍ3当たりの有機物（ホルムアルデヒド）の重さになる。
そこで密度μｇ／ｍ3は、
（ａｍ／Ｖ0）（１−ｐn）μｇ／ｍ3
で表すことができる。
（残量）と（総排出量）はそれぞれ、ｎ→∞で上記の数値計算からｐn→０となるので、ｎ→∞で、
（残量）＝ａ（ｍ−１）（１−ｐn）→ａ（ｍ−１）
と
（総排出量）＝ａ｛ｎ−（ｍ−１）（１−ｐn）｝→ａ｛ｎ−（ｍ−１）｝
になり、ｍ≫１から
（残量）＝ａ（ｍ−１）
になる。
【００２６】
上述からｎ→∞で（残量）→ａ（ｍ−１）となるので、換気による（残量）がａ（ｍ−１）となり、例えば２時間を１２０分にした場合でも、ｍ＝１２０となるので、ｍ≫１が成り立ち、ａ（ｍ−１）≒ａｍである。このａｍは２時間に連続的に発生した有機物（ホルムアルデヒド）である。２４時間換気をしても残る有機物（ホルムアルデヒド）の量である。残量ａ（ｍ−１）が１００μｇ/ｍ3を越える場合は、例えば光触媒などによる居室残量減少手段を居室に施工する。この残量の解析結果は換気効率を１００％としているので、上限途として理論値を改善できる居室残量減手段が必要になる。この残量が建築基準法の施行令第２０条の７に定める１００μｇ/ｍ3を越える場合には対策を行わなければならない。また、この基準値１００μｇ/ｍ3を越えなくても、化学物質過敏症の人には体に影響がでるので体に不調を訴える人の実際の居室で、換気機構がある場合は居室の換気を止めて例えば連続的に発生した有機物（ホルムアルデヒド）濃度を実測して、居室の気積に相当する体積を換気する時間に換算すると化学物質過敏症の人に影響を与える最小限の有機物（ホルムアルデヒド）濃度が判明する。化学物質過敏症の人の居室には光触媒などの居室残量減少手段により有機物を分解して無害化する対策が必要である。
【００２７】
なお、換気の実際は換気効率があるので、効率をηとすると、（実質的な残量）＝（理論的な残量）／η
で表すことができる。ただし、１≧η＞０である。これを用いてもよいが、どこまでの効率まで残量を保証できるかみることができるので、残量への対策の指標として使用できる。
【００２８】
非特許文献１のｐ．２９０において、家具によるホルムアルデヒドの発生源をＦ☆☆☆である木質材料で家具の表面積を居室の床面積１ｍ2当たり３ｍ2と想定している。これより、ホルムアルデヒド発生源は、Ｆ☆☆☆の木質材料は（５〜２０μｇ）／（ｍ2ｈ）であるので、定常時に達した時点で、ｔ（時間）ｈで居室の全体積（ｍ3）が換気されるとき、
ホルムアルデヒド発生量密度（μｇ／ｍ3）=（５〜２０μｇ）／（ｍ2ｈ）×３ｍ2×Ｓ倍（居室の床面積）×ｔ（時間）ｈ／（Ｓｍ2×Ｈｍ（居室の高さ））
＝（５〜２０μｇ／ｍ3）×３×ｔ／Ｈ
＝（１５〜６０μｇ／ｍ3）×ｔ／Ｈ
例えば、５時間（ｔ＝５）では、
＝（７５〜３００μｇ／ｍ3）／Ｈ
になり、居室の高さＨ＝２．４ｍとすると、
＝（３１．２５〜１２５）μｇ／ｍ3
となり、強制換気能力によっては、効率を考慮に入れなくても５時間における残量の最大値は規定の１００μｇ／ｍ3を越えることになる。効率を考慮に入れるとより大きな値になる。例えば、効率が６０％とすると、５２．０８〜２０８．３３μｇ／ｍ3となり最大値は規定の２倍近くになる。このような場合には居室残量減少手段を行う必要がある。
【００２９】
居室残量減少手段としては、例えば、光触媒を図２と図３に示すように、複数の人工光１を複数支持体２で筐体３に並列に固定し、基体４で覆うように構成された光触媒ユニット５である。個々の人工光１に反射板を具備したものを使用してもよい。筐体３の内側は複数の人工光１から照射される光を拡散反射するような処置が施され光を有効に活用する。人工光１にはブラックライトや蛍光灯などが使用でき、そして日光に近いスペクトルを発生する人工光を使用すると光触媒が活性化する波長が含まれるのでよい。
【００３０】
基体４の外側表面には、例えば特開２００４−２３０２６３号又は特願２００５−０９７０６５号又は特願２００５−０９７０６８号に開示された光触媒を塗布する。この基体４は紫外線透過な部材でガラス又は樹脂でもよい。この場合は光触媒は頭出し操作がされて、光触媒はバインダーで基体に固着され、頭出しの状態で固着されている。又は基体４そのものを不織布の多孔質で通気性があり、紫外線を透過させるフィルター部材を使用してもよい。このフィルター部材は例えば特開２００４−２３０２６３号又は特願２００５−０９７０６５号又は特願２００５−０９７０６８号に開示された光触媒で霧状で塗布又は光触媒液に浸けて光触媒をフィルター部材に固着してもよい。こときも、バインダーが生乾き状態になるときに光触媒がバインダーの表面に付き、自然などの乾燥手段で乾燥されて光触媒は頭出しの状態でフィルターに固着される。このフィルターは内障子として窓ガラスの室内側に内障子として平行に設置して使用してもよい。光触媒ユニットは天井に設置又は壁に設置してもよい。天井に設置した場合は、基体に紫外線が透過する透明なガラス又は樹脂を使用すれば照明器具としても使用できる。また、天井などに多孔質なフィルターを使用すると、間接照明もできる。日光の入らない場所、曇りや雨天そして夜間に使用するとよい。また、エアーコンに不要物質を吸着するフィルターなどを内蔵したり、空気清浄機に同様な機能を持たせたものを内蔵させて不要な物質を除去してもよい。光源の電源に太陽電池や風力発電を利用して自然の資源を活用することができる。光触媒ユニット５の表面積が大きければ、例えば建築基準法第２０条第１項に記載のように、居室の床面積に対して１／７以上の窓を確保すると、強制換気がなくても不要な物質を分解処理する光触媒効果を発揮することが期待できる。強制換気環境下でも１／７の割合は確保してもよい。なお、窓への塗布や内障子として光触媒を利用する場合は日光による紫外線を利用するのであるが、気象庁の紫外線に関するミニ知識より日光の紫外線は直射光と散乱光によるが、散乱光が約６割を占めるので、散乱光による効果が期待できる。この散乱光は窒素・酸素などの空気分子やエアーゾル粒子（固体又は液体の微粒子）により発生する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】連続的に不要物質が発生している状態を時間軸で表した図である。
【図２】人工光が複数は位置された光触媒ユニットである。
【図３】光触媒ユニットを全面から見た外観図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  人工光
２  支持体
３  筐体
４  基体
５  光触媒ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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