(57)【要約】【課  題】地球温暖化阻止の為、住宅分野で太陽・気化熱等の自然エネルギーの利用を図る。障害となっている費用対効果の面で普及の促進に目処を付け、その結果、化石エネルギー消費量を抑え、二酸化炭素排出量の削減に繋げる。【解決手段】太陽エネルギーを集熱する蓄熱体を冷房の設備に転用し、蓄熱体に水を注ぎ気化熱を発生し、そこで冷房のエネルギーを得て、費用対効果の面で高い効率を得る。高気密・高断熱住宅の構造的特性並びに構成する無垢材等の部材の特性を活用し、壁体内通気・換気システムの高効率の稼働を通じ、気化熱・太陽熱を効率良く冷暖房のエネルギー源として利用する道を開く。併せて、住宅の構造的特性並びに構成する無垢材等の部材の特性を相互補完的に活用し、人間の肉体的・精神的癒し効果に繋がる自然力蘇生空調システムに繋げて、費用対効果を更に高め、普及の困難な高気密・高断熱住宅の普及を図る。【選択図】    図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲を防水コンクリート又は防水壁で囲まれ、上面が建物内の床面を構成し、伝熱する壁となっている蓄熱室と、
前記蓄熱室内に充填された、水を浸透し、蒸発し、通気する層から構成され、蓄熱機能を有する蓄熱体と、
前記蓄熱室内と建物内とを連通する熱交換用の通気管と、
前記蓄熱室内と建物外とを排気用連通管を介して連通する排気管と、
前記蓄熱室内の前記蓄熱体に対して注水する給水管と、
前記通気管内に吸気された空気を建物内に供給する手段と、
前記排気管を通じ蓄熱室内の水蒸気を吸気し、建物外に排出する手段とを備えたことを特徴とする空調システム。
【請求項２】
前記蓄熱体に、保水性を有し、透水性を有し、通気性を有する筒状の素焼土管を具備することを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
暖房時には、前記建物外の貯湯タンクと前記蓄熱室とを連通する熱交換用通水管に、建物外から液体状の熱媒を供給するようにし、その熱媒の熱源として、深夜電力を用いることを特徴とする請求項１及び２に記載の空調システム。
【請求項４】
前記建物外と密閉状態のもと、建物の床下空間と壁体内空間と天井裏空間と室内空間とを連通し、
前記建物外と室内空間とを排気用連通管により連通し、
前記建物外と床下空間とを給気用連通管により連通し、
前記排気用連通管及び給気用連通管は送風機能を具備する全熱交換用換気扇に連通し、
前記熱交換用通気管と送風機及び連通管を介して床下空間と天井裏空間とを連通し、
前記排気用連通管の一端を、便所、蓄熱室を含む各室に連結することを特徴とする請求項１から３に記載の空調システム。
【請求項５】
前記建物の構造材及び仕上げ材として、木材・珪藻土・漆喰等の自然素材または人工の調湿性建材または蓄熱性建材を用いることを特徴とする請求項１から４に記載の空調システム。
【請求項６】
前記建物内で、除湿器と、除湿器の動力に深夜電力とを用いることを特徴とする請求項１から５に記載の空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高気密・高断熱住宅の温暖な地域での普及促進を図るべく、太陽熱・気化熱等の自然エネルギーと余剰の深夜電力を活用し、建物全体並びにその一部材をその重要な構成体として、その構造的特性・構成部材の特性を相互補完的に活用する、自然の力を活かし、自然の力を蘇生することのできる空気循環・換気システムを備えた空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽熱を自動的に蓄熱する住宅としては、例えば、特公平４−２６６６１号公報（特許文献１）に開示されたものがある。これは、住宅の南側に配置された水回り関係設備を集約した鉄筋コンクリート造りの設備コアと、この設備コアの南側に連設された温室と、設備コアの下部に設けられた半地下室とを備え、半地下室は、隣接する温室を介して太陽光の直射を受けることができるように構成され、半地下室の北側に連設した二次蓄熱槽には、埋め戻し砂利などを充填した構成の住宅である。
しかし、この設備コアは、水回り関係設備を集約したもので、寒冷地においてはそれ相応のメリットはあるが、夏期における冷房機能は備えておらず、又、居室空間全体の空調については対策が施されていない。更に、新たなエネルギー供給に繋がる効率性を備えていない。
【０００３】
自然エネルギーの内、気化熱の利用については未だ十分に実用化されていない。理論的には、常温の水を人為的な方法により気化させ、その際に奪われる気化熱を利用して住宅の冷房のエネルギー源とするものである。具体的には、特許第３２１５１８５号公報（特許文献２）に開示されているように、給水装置と蒸発パイプを地中に埋設し、蒸発パイプの上部に給水装置を配置し、蒸発パイプは筒状枠組みの外周に、含水状態を維持することのできるフェルト状含水繊維を巻き付けて構成し、給水装置は下面に水吐き出し孔を開口し、常時一定量づつの水をフェルト状含水繊維に供給し、蒸発パイプの内部に送風機により外気を送り込み、蒸発する水分により気化熱を吸収されることで冷却された外気を、天井裏の熱交換機に供給して住宅を冷房するようにしたものである。
【０００４】
その提案の内容は理論上のものから実験室段階に進んだという意味では意義あるものであるが、今日普及しているエアコンに代われる程の有用性が有るかは疑問とするところである。それは、設備に対する費用対効果の面あるいは設備の維持管理の面、あるいは昼間の急激な温度上昇に十分な冷却エネルギーを供給して、室内の温度上昇を抑制し、良好な温熱環境を確保できるか、あるいは、水が蒸発する際に発生する水蒸気の処理、対策が行われていず、建物の保存の上では課題を残している、あるいは、夏の湿度の高い時期の湿気対策が施されていない等を比較してのことである。他の自然エネルギー同様、これらは普及を図る上で大きな課題である。結論としては、未だ実用化できるところに至っていない。
【０００５】
特許第２９０５４１７号公報（特許文献３）に開示の通り、床下空間と、壁体内空間と、天井裏空間と、室内空間との相互の通気、及び、建物内外の換気を兼ねた空気循環システムのもと、床下空間に熱エネルギーを供給することで建物全体を暖める方法が提供された。
これは、新鮮な外気を連通管を用いて床下に取り入れ、床下で空気を暖める。暖まった空気は軽くなり、連通した壁体内を上昇する。暖かい空気はその過程で室内に取り入れられ、建物全体を循環しながら、建物全体を暖める。この空気循環システムは暖房を効率よく行うための視点から、通気と換気を兼ねたシステムとして提供されたもので、冷房システムへの応用を強く目指したものではない。
それで、「床下空間で基礎コンクリートの蓄熱作用によって、冬場であれば暖められ、夏場であれば冷やされて各室内に供給される」との表現に止めてある。しかし、寒冷地は別としても、温暖な地域では夏場の冷房システムに求められる性能を発揮するに至っていない。それは、重い冷気を床下から天井裏まで循環させる困難を伴う循環システム上の問題であり、また、冷却エネルギーを自ら供さないエネルギー供給上の問題でもある。更に、熱交換の機能は空気循環・換気によるエネルギー損失を抑える為のエネルギーの回収に止まる。
【０００６】
自然素材を用いた木造住宅といえども、従来、壁体内空間は閉ざされた空間として捉えられていた。それで、建物全体を構成する柱、土台、梁等の各部材の特性は壁体内空間に閉じ込められた。しかも、建物内で冷暖房等によって発生する湿気をも壁体内に閉じ込め、湿度・含水率の上昇の結果として、カビ、ダニの温床と化すことになった。
【０００７】
余剰の深夜電力を暖房のエネルギーとして利用する方法としては蓄熱暖房機が有力である。これは、夜間に深夜電力を利用して、機器及び建物に蓄熱する。そして、通電しない昼間の間は設定温度により放熱し、室内を暖める。余剰で安価な深夜電力の活用という意味では、有力な方法ではある。しかし、使うエネルギー以上のエネルギーを供給できず、エネルギー効率が最大で１対１である。最近開発されたヒートポンプ式の機器は、空気を圧縮して空気熱からエネルギーを取得するので、エアコン・給湯器の何れも３倍以上とエネルギー効率が高い。
【０００８】
【特許文献１】
特公平４−２６６６１号公報
【特許文献２】
特許第３２１５１８５号公報
【特許文献３】
特許第２９０５４１７号公報
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
太陽熱を集熱・蓄熱する機能は冬期の暖房のエネルギー供給に貢献するだけでは、その設備を効率的に活用しているとは言えない。それで、その機能を夏期に必要な冷房エネルギー供給に役立たせ、設備を効率的に活用することを課題とする。
【００１０】
先に記した気化熱利用の空調システムでは、建物基礎部分の土中に給水され、含水繊維を経由して気化する仕組みを構成するものであるが、気化した水蒸気は送風機により送り込まれた外気とともに全て建物外に排出されるものではない。一部は土中に浸透し、湿気となって建物に悪影響を及ぼす可能性が大きい。そこで、外気とともに排気されず、土中に滞留する水蒸気の処理が重要となる。
そこで、水が蒸発する際に発生する水蒸気の処理に当たり、気化熱のみを熱交換用通気管によって分離し、尚且、水蒸気を効率良く建物外に排出することを課題とする。
更に、気化を促す運動エネルギーの供給方法の改善を通じて、実用化への課題とする。
【００１１】
平成１５年３月１２日出願の内容では、蓄熱体内の水の蒸発作用の速度が遅く、気化熱を冷房のエネルギーとして効率よく利用するには、蒸発の速度を早める必要がある。現状では、水の沸点を下げても大きな効果は得にくい。それで、水の沸点を下げた場合に、その効果を得られる仕組みが必要となる。
そこで、蓄熱体内で、保水層と水を浸透する層と蒸発・通気する層とを分離し、蒸発の効率向上を図り、気化熱発生を促進させることを課題とする。更に、気圧低下により沸点の低下をもたらし、低温域での気化（蒸発）の可能性を開拓することを課題とする。
【００１２】
最近は、エアコンにしろ電気温水器にしろ、空気熱から熱エネルギーを取得する機器が開発されたので、エネルギー効率が飛躍的に向上し、改善された。それで、深夜電力を利用するにしても、エネルギー効率の高いヒートポンプ方式の機器を簡単・簡便な方法で利用できれば、省エネルギー対策の上からも有益である。そこで、補助暖房のエネルギー源として、深夜電力を利用し、空気熱からエネルギーを取得するヒートポンプ方式の機器を利用することを課題とする。更に、深夜電力の特性である深夜に限定されること無く、何時でもエネルギーの利用ができることを課題とする。
【００１３】
さて、従来の空気循環システムでは、冬期の暖房時は支障なく稼働し、その性能を効率よく発揮することができる。
ところで、暖房時と同じ空気の流路で、夏期の冷房時に床下空間の冷気を効率よく建物全体へ循環させ、冷房の目的を果たすことは難しい。それは、冷気は重く、上昇する気流に乗れないからである。
さて、冬期に利用した輻射暖房と同じ原理で夏期の冷房システムを構築し、輻射冷房の効果を得ようとすれば、２階天井裏にエアコンを設置し、冷気を放出する。冷気は重いので、自然に壁体内空間を下降するものと想定されている。ところが、換気システムの構成上、外気を取り入れると直接床下空間に放出される。当然に、床下の空気の圧力は増加するので、必然的に壁体内空間を上昇する。そこで、上昇する暖気と、下降する冷気との衝突が起きる。冷気が空気循環システムに従い、建物全体を円滑に循環できなくなる。それで、居室にエアコンを設置し、輻射冷房に変わる、対流熱を利用する冷房方法に頼らざるを得なくなる。
【００１４】
そこで、特開２００３−１２０９５７号（文献番号４）に開示されたように、床下空間の空気圧を負圧に保つことによって、２階天井裏に放出された冷気が壁体内空間を下降し、建物全体を循環できるようにしたものである。この技術によれば、冷房時に建物内の空気の循環を確保し、身体に優しい輻射冷房を高い効率で稼働することができる。
しかし、上記技術は冷房時の輻射冷房を実現できるが、その方法では、暖房時の輻射暖房を高い効率で稼働させることはできない。更に、建物の内外の空気の換気が十分に考慮されていない。実際には、換気を含めて、空気循環システムを検討しなければ、夏期、冬期の何れの季節にも高い効率を得ることはできない。更に、新たなエネルギー供給に繋がる機能を備えていない。
【００１５】
そこで、冬期の空気循環・換気システムを生かし、夏期の冷房時に、床下空間、壁体内空間、天井裏空間及び室内空間の間の相互の空気の流路を確保し、建物内外の換気を含め、輻射を利用した冷暖房方法により夏冬何れも利用でき、しかも高い効率を備える空気循環・換気システムを提供することを課題とする。しかも、新たなエネルギー供給に繋がることを課題とする。更に、熱交換機能は熱回収機能に止まらず、新たなエネルギー供給に繋がることを課題とする。
【００１６】
蓄熱室内で水の蒸発現象を継続して維持するには、水が気化する際に起きる気圧の上昇を防止しなければならない。気圧が上昇すると、水の沸点が上り、常温での水の蒸発は阻止される。
それで、費用対効果を考慮しながら、蓄熱室内で発生する水蒸気を効率よく建物外へ排出し、気圧上昇を抑えることを課題とする。
【００１７】
冷房時、暖房時の何れの場合にも、密閉状態での高い効率の空気循環を通じて、建物全体を構成する各部材の特性を活用し、蓄放熱、吸放湿による空気調節（温度、湿度、浄化）を高い効率で稼働させることを課題とする。
熱の移動は伝導、対流、放射によるエネルギー移動の形をとる。人間の肉体への冷暖房効果を上げるには、放射によるエネルギー移動の割合を高める工夫が必要。それは、省エネルギー効果を上げるためにも必要である。その様な課題を建築上の工夫を交えて、クリアーしようとする。
【００１８】
ところで、戦後冷暖房機器が発達して、安価で性能の良い商品が大量に出回るようになった。普及に並行して、その性能は更に向上し、今では冷暖房・除湿機能は当たり前になり、その上、マイナスイオンの発生機能まで付加されるようになった。最近では、単に肉体的に快適であるのは当然視され、その上に肉体的・精神的癒し効果を求められている。
さすれば、自然エネルギーを活用した住宅あるいは省エネルギーを追求した住宅にも以上のような方向性が求められる。その方向で、価格的にも手が届く範囲であれば普及の可能性は大きい。つまり、建物の空調システムは以上の方向性を満たし尚且価格的にも手の届く範囲でなければ今日的には実用性という面からして十分とは言えないのである。
以上が、この発明の全体としての課題とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の構成は、建物内部の日当たりのいい場所の床面（コンクリート土間９）と基礎コンクリート１との間に設置され、底部及び周囲を断熱層２及び防水層２４を備える壁に囲まれ、上面が建物内の床面９を構成し、伝熱する壁となっている蓄熱室３と、前記蓄熱室内に充填された、水を浸透し、蒸発し、通気する層から構成され、蓄熱機能を有する蓄熱体５と、前記蓄熱室内と建物内とを連通する熱交換用の通気管４と、前記蓄熱室内と建物外とを排気用連通管２０を介して連通する排気管８と、前記蓄熱室内の前記蓄熱体に対して注水する給水管７と、前記通気管４内に吸気された空気を建物内に供給する手段と、前記排気管を通じ蓄熱室内の水蒸気を吸気し、前記建物外に排出する手段とを備えたことを特徴とする空調システムである。
【００２０】
本発明の第２の構成は、前記蓄熱体５に、保水性を有し、透水性を有し、通気性を有する筒状の素焼土管２３を具備することを特徴とする請求項１に記載の空調システムである。
筒状の素焼き土管を用いて、保水の場所と蒸発の場所と通気の場所を区別することで、素焼き土管単独の機能で必要に応じた蒸発促進を図れる。それは、通気の場所における気圧の上下によって、気化の速度の制御に繋がる。更に、気圧を低下させ、沸点を下げることで、より低温度での気化現象に可能性を開く。結果として、低温度のエネルギーを大量に利用できる。
【００２１】
本発明の第３の構成は、暖房時には、前記建物外の貯湯タンク１２と前記蓄熱室３とを連通する熱交換用通水管６に、建物外から液体状の熱媒を供給するようにし、その熱媒の熱源として、深夜電力を用いることを特徴とする請求項１及び２に記載の空調システムである。
深夜電力を使ってお湯を作り、貯湯タンク１２に蓄熱することで、常時利用する道が開ける。
【００２２】
本発明の第４の構成は、前記建物外と密閉状態のもと、建物の床下空間２５と壁体内空間２６と天井裏空間２７と室内空間２８とを連通し、そして、室内空間と建物外を排気用連通管２０により連通し、建物外と床下空間２５を給気用連通管１９により連通し、更に、排気用連通管と給気用連通管は送風機能を具備する全熱交換用換気扇２１に連通し、前記熱交換用通気管４と送風機１３及び連通管１４を介して床下空間２５と天井裏空間２７とを連通し、前記排気用連通管２０の一端を、便所、蓄熱室を含む各室に連結することを特徴とする請求項１から３に記載の空調システム。
【００２３】
ここで、「前記建物外と密閉状態」とは、建物の外周（基礎コンクリート、外壁、小屋の各部）を高い断熱・気密性能を備えるボード状の建築素材で囲み、建物の内外とを高い気密性能により隔絶する密閉構造を言う。相当隙間面積の値で具体的に表せば、Ｃ値０．５程度である。
【００２４】
更に、蓄熱室内と蓄熱室外とを連通する排気管８を、建物内の空気の換気を目的とする熱交換式換気扇２１に排気用連通管２０を通じて接続し、蓄熱室内に発生する水蒸気の建物外への排出を効率よく行い、蓄熱室内の気圧上昇を抑える。気圧を低く抑えられれば、水の沸点上昇を避けられ、その分効率よく蒸発が促進され、良質の冷却エネルギーを得られる。また、熱交換式換気扇２１によって、水蒸気と共に排出される気化熱の一部を回収することができる。
更に、熱交換機能は単にエネルギー交換・回収を行うに止まらず、新たなエネルギー供給に繋がる運動エネルギーを蓄熱体に供給する。
【００２５】
本発明の第５の構成は、前記建物の構造材及び仕上げ材として、木材・珪藻土・漆喰等の自然素材または人工の調湿性建材または蓄熱性建材を用いることを特徴する請求項１から４に記載の空調システムである。
【００２６】
本発明の第６の構成は、前記建物内で、除湿器２２と、除湿器の動力に深夜電力とを用いることを特徴とする請求項１から５に記載の空調システムである。
【００２７】
ここで、水を浸透し、蒸発し、通気する層から構成され、蓄熱機能を有する蓄熱体とは、例えば、砂、砂利、栗石、あるいはこれらの組み合わせであり、蓄熱室に充填した時に、表面張力や毛細管現象によりそれらの隙間に水が浸透する材料である。
【００２８】
太陽エネルギーの蓄熱に関しては、建物内部の日当たりのいい場所の床面と基礎コンクリートとの間に設置され、底部及び周囲を断熱壁に囲まれ、上面が伝熱壁となっている蓄熱室を蓄熱機構と捉える。蓄熱機構は砂、砂利、栗石から構成される蓄熱体からなり、太陽熱を、集熱し、蓄熱し、放熱する機能を持つ。この蓄熱機構は冬の間暖房エネルギー供給の手段として活躍する。
この蓄熱機構を夏の間は水の蒸発に必要な運動エネルギーの供給に役立たせる。建物の高気密・高断熱性能は不可欠である。中でも、基礎部分を通じて地中に熱が奪われない様に断熱材を用いた断熱処理の工夫が不可欠である。
【００２９】
夏期においては、日照角度が高いので、建物内部の床面には余り日が差さない。それで、蓄熱室内部の温度は急激な上昇を示さない。ただ、間接的な日射取得、輻射熱によって温度は上昇し、蓄熱室内部に運動エネルギーが蓄積される。そこで、給水管から蓄熱室内に注水を行うと、蓄熱室内の蓄熱体を形成している砂や砂利、栗石の表面が加湿され、蓄積された運動エネルギーが一定量に達すると、水が蒸発し、その際周りから気化熱を奪う。この冷却エネルギーは蓄熱体の砂の層に蓄積される。蓄熱室内に繋がる通気管に気体状の熱媒体を吸い込み、蓄熱室に蓄積された冷却エネルギーを熱交換により熱媒体に移し、その通気管を室内に導入することで、室内の冷房エネルギーとして利用できる。但し、本発明では、低温の空気は重く自然と下降する性質を有するので、通気管を直接２階の天井裏に導入し、送風機を用いて天井裏に放出すると、壁の中を通じて建物内を循環する。その過程で、建物を構成する部材である柱・梁・土台の構造材、壁・床・天井の仕上げ材に蓄冷する。
さて、栗石から構成された蓄熱体は栗石間のその隙間から通気し、気化した水蒸気は排気管を通じて外部に排出され、気圧の上昇が避けられる。
なお、通気管を通じて熱交換を行う際、暖気を蓄熱室内に供給する。それは運動エネルギーに転化して、蓄熱室内で生じる新たな蒸発現象を準備する。つまり、熱交換システムを通じて、運動エネルギーの供給を、随時あるいは常時行え、一日中冷却エネルギーを取り入れることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態を示す断面図。図２は、そのその平面図。図３は、図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２におけるＢ−Ｂ断面図、図５は、図２における通水管６部分の横断面図である。また、図６は冬期における暖房作用を示す断面図、図７は夏期における冷房作用を示す断面図である。
【００３１】
これらの図において、１はコンクリート、２は気密性を備えるボード状の発泡ポリスチレンの断熱層、３は蓄熱室、４は蓄熱室３の内部と床下空間との間を連通して設けられた通気管、５は砂、砂利、栗石等で構成する蓄熱体、６はお湯を通す通水管、７は蓄熱室３の内部と床下空間との間を連通して設けられた給水管、８は蓄熱室３の内部と床下空間との間を連通して設けられた排気管、９は蓄熱室３の上面を形成するコンクリート土間、１０は窓、１１は太陽光、１２は補助エネルギーとしての貯湯タンクを示している。
１３は送風機、１４は床下空間と天井裏空間とを連通する連通管、１５は室内空間から空気を吸い込む吸気口、１６は建物外へ空気を排出する排気口、１７は建物外から空気を取り込む給気口、１８は床下空間に空気を取り入れる放出口、１９は建物外と床下空間とを連通する給気用連通管、２０は建物外と室内空間及び蓄熱室とを連通する排気用連通管、２１は熱交換式換気扇、２２は床下に設置する除湿器、２３は筒状の素焼き土管、２４はＦＲＰ製の防水層、２５は床下空間、２６は壁体内空間、２７は天井裏空間、２８は室内壁面に設置の連通口をそれぞれ示している。
【００３２】
これらの図に示した様に、太陽光が注ぎやすい場所に設置されたサンルームもしくは居間に連続する形でその一角にコンクリート土間９を設ける。土間の下部にはコンクリートにより蓄熱室３を設け、蓄熱室の内部は砂、砂利、栗石等からなる蓄熱体５を構成する。更に、砂の層に筒状の素焼き土管２３を埋め込む。蓄熱室３は断熱層２によって外気に面する外周部とは隔絶される。また、コンクリート１から構成されるベタ基礎の下部と建物の外壁部、天井裏と小屋裏を区別する部分にも断熱層２を設け、断熱の上でも、気密の上でも、建物内は建物外部とは隔絶される。
【００３３】
昼間、太陽光の注いだコンクリート土間９を通じて集熱したエネルギーは、一部は昼間室内もしくは床下を通じて建物内に放熱され、一部は蓄熱体５に蓄熱され、夜間に放熱される。太陽が注がない曇りの日あるいは雨の日でもない限り、蓄熱室３の備える集熱・蓄熱・放熱の機能は働き、暖房のエネルギーを供給する。
【００３４】
さて、冬期の間太陽熱を集熱・蓄熱・放熱して暖房のエネルギーを確保する為に利用される蓄熱体５が、夏期の間は冷房に必要なエネルギーを気化熱という形で提供してくれるのであるが、その原理は次の通りである。
夏、水温が３０℃近くになると気化に進む運動エネルギーは高まり、常温で気化するエネルギーが蓄積される。一般的に夏に湿度の高まる所以である。ただ、気化する際は水蒸気は空気に混じり、湿度が高く、そのままでは冷房のエネルギーとして利用しづらい。気化熱を冷房のエネルギーとして利用するには、水蒸気と気化熱を分離しなければならない。そこで、簡単に、安価に水蒸気と気化熱を分離する工夫が必要になる。
【００３５】
蓄熱室３内において、蓄熱体５の下部に水が溜まっている場合、毛細管現象並びに表面張力により水の一部は蓄熱体を構成する栗石あるいは砂の空隙を浸透する。浸透したその位置は集熱された太陽熱が伝導されているところであり、伝導された太陽熱は、蓄熱体５を構成する栗石あるいは砂の表面に付着した水の内部に、気化に必要な運動エネルギーとして蓄えられ、気化予備軍が増大する。一定量の運動エネルギーに達する過程で一部は水蒸気となり、気化する。栗石及び砂に付着する水分は量が少ないので、外部から運動エネルギーが供給されれば、気化に必要な運動エネルギー量に効率よく達する。
【００３６】
砂は、栗石に比較して、同一容積では表面積が著しく広い為、水を浸み出し、含水し、放湿する含浸機能と、砂の粒子間による通気機能と、更に、熱量を貯めて温度差の生じた時に放出する蓄熱・熱伝導機能を併せ持っているので、水の気化に必要な運動エネルギーを効率よく供給し、気化を促し、気化熱の利用を幅広い条件の下で可能にする。
【００３７】
一方、蓄熱室３内に別に設けられた通気管４を通じて、室内の空気を送り込み、冷房に利用するエネルギーを、蓄熱体５内に蓄積された気化熱から熱交換によりその通気管内の空気に取り込む。そして、冷却された空気は通気管４を通じて蓄熱室外に放出され、室内空間２８の冷房のエネルギーとして利用される。
【００３８】
筒状の素焼き土管２３の外側を保水層として利用し、素焼き土管を水の浸透層として利用し、素焼き土管の内部を蒸発・通気層として利用する。そして、蓄熱体５を構成する砂の層に埋め込む。それで、砂の層が保水層の役割を担う。
砂の層は、そこで水が浸透し、蒸発する機能を持っているとともに、素焼き土管が水を浸透し、蒸発を促す際に、水を供給する保水層としての役割をも担っている。その上、熱交換用の通気管４を経て取得する運動エネルギーを素焼き土管に伝熱する役割をも担っている。
【００３９】
補助暖房のエネルギー源として、深夜電力を利用する。しかも、建物外の空気熱から熱を取得する熱効率の高い機器を利用する。それで、深夜電力の利用を図れ、熱効率の高いヒートポンプ方式の電気温水器を熱源として利用する。
深夜電力により暖めた温水を蓄えておけば、昼夜の別なく常に温水を利用できる。貯湯タンク１２と連通する通水管６を用いて、蓄熱室を構成するコンクリートの土間（床）９に埋め込まれた熱交換用通水管６へお湯を送水する。送水時は、対流熱エネルギーであるが、蓄熱室３に熱エネルギーが移動すると、放射熱エネルギーとしての利用ができる。所謂、床暖房を簡単・安価に利用することができる。なお、貯湯タンクと連通する通水管６は、建物外部に位置する部分は断熱材で覆い、熱損失を防ぐ。
その上、輻射熱による床暖房効果のみならず、熱交換用の通気管４を通じて、建物内に熱エネルギーを供給することができる。その際、空気循環システムによって、建物全体を循環する過程で、床・壁・天井の各部材に蓄熱し、六面を通じた輻射熱による暖房効果を得られる。
【００４０】
空気循環・換気システムは暖房時、冷房時の何れの場合にも、その稼働により建物全体に空気が循環するのみならず、その熱源である蓄熱体５を通気管４を介して通過する際に、熱交換により冷却もしくは暖房エネルギーの授受が行われ、その授受によって得られたエネルギーを建物全体に搬送する役割を担う。
さて、冷房時と暖房時とでは、前記通気管４を経由する空気の流れは逆転する。それは、連通管１４に接続され、送風機能を担う送風機１３の送風の方向を、正負逆転させることで可能にする。つまり、冷房時は床下空間から通気管４・連通管１４・送風機１３・連通管１４を経由して２階天井裏空間に送風され、暖房時は２階天井裏空間から連通管１４・送風機１３・連通管１４・通気管４を経由して床下空間に送風される。
その正負の方向への空気の流れによって、蓄熱体内の冷却エネルギー及び暖房エネルギーは、その必要時に応じて蓄熱室外（天井裏空間もしくは床下空間）に供給され、高い効率で建物全体を循環することができる。
【００４１】
高い効率を生み出す一方の仕組みは、建物の外周を高い断熱性能を有するボード状の断熱層２で囲み、併せて高い気密性能を実現する密閉構造によるものである。その上で、建物内を空気が循環する仕組みを説明する。
暖房時の空気の流れは、建物外から給気口１７を通じ新鮮な外気を取り入れ、給気用連通管１９を通じ床下空間２５に連通し、放出口１８を通じ床下空間２５に放出する。予め、床下空間に蓄熱されたエネルギーにより暖められた空気は、軽くなり、壁体内空間２６を上昇し、天井裏空間２７に達する。そこから、連通管１４、送風機１３、通気管４を通じ、床下空間に戻る。さて、室内空間２８の空気は酸素を消費された後に、天井及び床に設けた吸気口１５から排気用連通管に吸い込まれ、排気口１６から建物外に放出される。室内空間の空気が吸気口１５を通じて吸い込まれると、室内空間の気圧が低下し、連通口２９を通じて、壁体内空間から室内空間に空気が流れ込む。これで、空気の循環と換気とを一体として、しかも、高い効率をもって稼働することができる。
【００４２】
冷房時の空気の流れは、建物外から給気口１７を通じ新鮮な外気を取り入れ、給気用連通管１９を通じ床下空間２５に連通し、放出口１８を通じ床下空間２５に放出する。ここまでは、暖房の場合と同じである。床下空間の空気は、通気管４、送風機１３、連通管１４を通じ、天井裏空間に放出される。通気管４を通過する過程で、蓄熱体に蓄冷されたエネルギーと熱交換され、冷却された空気を放出する。冷たい空気は重いので、壁体内空間を下降、床下空間に達する。さて、室内空間２８の空気は酸素を消費された後に、天井及び床に設けた吸気口１５から排気用連通管に吸い込まれ、排気口１６から建物外に放出される。室内空間の空気が吸気口１５を通じて吸い込まれると、室内空間の気圧が低下し、連通口２９を通じて、壁体内空間から室内空間に空気が流れ込む。これで、空気の循環と換気とを一体として、しかも、高い効率をもって稼働することができる。
【００４３】
蓄熱室内で水の蒸発が起きると、放っておけば気圧上昇は避けられない。気圧が上昇すると、沸点が上り、常温での気化は抑制される。それで、継続して気化熱を利用する為には、気圧上昇を抑え、沸点の上昇を抑えなければならない。
蓄熱室内の気圧を低く維持できれば、気化現象は促進される。水蒸気は栗石層を通じ、排気管８に吸い込まれるが、気化を促進する為には、効率よく蓄熱室３外に排出し、気圧を低下させることが必要。それで、高い性能を備える送風機に頼らざるを得ない。
ここでは、蓄熱室内の気圧上昇を抑制するという課題をクリアー出来る限りでは、新たな費用設備を掛けずに、空気循環・換気システムを利用して、蓄熱室３から排気管８、排気用連通管２０、熱交換式換気扇２１を通じて、建物外へ蒸発した水蒸気を排出することが比較的簡単に行える。
【００４４】
通気管４を通じて送り込まれた空気が熱交換により冷却エネルギーを獲得する際に、逆に蓄熱体５の内部に熱エネルギーを供給する。それは、昼間太陽熱により気化に必要な運動エネルギーを獲得していた代役を果たす。夜間は昼間に比較して気温は低下する。それで、送り込む空気の温度は２８℃前後で、熱交換後の放出される空気の温度は２３℃前後を確保できる。
【００４５】
さて、先に記した様に夜間は、熱交換後放出される空気の温度は２３℃前後に達し、就寝時間の温度としては低いといえる。それで、建物の壁体内空気循環システムを利用して、通気する過程に建物の各部材に冷却エネルギーを移転し、蓄冷する。冷却エネルギーを移転した後の空気は暖まり、円やかになって室内に放出される。これは、対流熱における温度上昇の効果である。
さて、建物の各部材に冷却エネルギーが移転されると、冷輻射による冷房効果を享受できる。これは対流熱よりも円やかな温度環境を提供する。しかも、併せて、湿度調節、空気浄化をも行われる。これも、エネルギー変換の効果である。
【００４６】
昼間は、外気３３℃以上に達するが、その場合、熱交換後の放出される空気の温度は２７℃前後である。その温度では、快適な温度とは言えず、１℃でも下げられれば、快適さは増す。それは、以下の様な工夫で可能となる。
２７℃前後の空気が２階天井裏に放出されると、壁体内空気循環システムにより壁体内を循環する。その過程で、部材に夜間の間に蓄積された冷却エネルギーに関し、部材と空気との間に熱の移動が起こり、循環後室内に放出される時点では、空気は当初の温度よりも快適な温度に達する。これが、気化熱を利用して冷房を行う時に不可欠な建物の温度調節機能である。
更に、建物内の湿度並びに建物の部材の平衡含水率を利用して、部材から放湿を促す。放湿の際に気化熱が周囲から奪われるので、そのエネルギーを冷房に補助的に活用する。これは、潜熱エネルギーを物質の相変化によって、気化熱という形で冷却エネルギーに利用可能とするものである。
【００４７】
冬の間、昼間に日射取得する太陽熱もしくは深夜電力を活用した電気温水器を暖房のエネルギー源にする場合、何れも床下の蓄熱室３内部の砂や栗石を蓄熱体として活用する。それで、そこに蓄えられた熱は床下空間２５から壁体内空間２６を通じて建物全体に行きわたる。暖かい空気は軽いので自然に上昇する。その様な空気の循環の過程で、壁体内空間２６に接する柱・間柱・梁・壁仕上げ材、天井裏空間２７に接する天井仕上げ材等に接触し、建物を構成する部材に熱を移転し、蓄熱する。壁体内空気循環システムを活用して蓄熱が進展すると、輻射熱として人体に体感できる遠赤外線の発生へ繋がるエネルギー変換が起こる。それで、遠赤外線の効果により芯から暖まり、温泉浴の気分を味わえる。請求項５に記載の通り、前記建物の構造材及び仕上げ材として、木材・珪藻土・漆喰等の自然材又は人工の調湿性建材または蓄熱性建材を使用する。
【００４８】
建物内の無垢材等が十分に乾燥し、平衡含水率１２％に達するほどの状態であれば、建物内の水蒸気は自然材等の調湿機能により吸湿され、建物内は適度な湿度（相対湿度５０〜６０％）を保つことができる。
更に、建物内が乾燥している場合は逆に自然素材等から放湿され、建物内は適度な湿度を保つことができる。しかも、放湿の際には気化と同一の現象が起こり、冷却エネルギーが発生する。つまり、調湿機能は湿度の調節に止まらず、温度調節の機能をも備えている。
近年では特開２００１−１２２６５７号公報、特開２００１−１２２６５８号等に開示されているようなアルミナ系の無機多孔質燒結体からなる人工の調湿建材も、本発明に置ける建物仕上げ材として使用することができる。
【００４９】
さて、自然素材や人工調湿建材等（以下、総称して無垢材等という）といえども、無限に吸湿機能を発揮し続けることはできない。そこで、人為的に無垢材等の吸湿能力の回復を図らなければならない。具体的には、除湿器を使用して、建物内の相対湿度５０％のレベルの確保を図る。相対湿度５０％に対応する木材の平衡含水率は１２％である。つまり、平衡含水率１２％に近付く迄木材から水蒸気の放出が続く。しかも、余剰の深夜電力の利用のできる時間帯のみ除湿器を稼働させだけで、無垢材等の吸湿能力の人為的な回復を図る。
【００５０】
人為的に吸湿能力の回復を遂げた無垢材等は深夜電力の助けを借りずに、再び建物内の水蒸気を吸湿し、湿度の上昇を抑える。そして、深夜電力を使用しない時間帯における許容される湿度の上昇の上限によって、建物内の空気環境を適切な範囲に保つ為に必要な無垢材等の調湿能力の容量が決まる。
【００５１】
建物内の空気環境を適切な範囲に保つ為に必要なムク材等の調湿能力が確保されれば、深夜電力の利用の出来ない時間帯でもムク材等の調湿能力によって建物内の湿度を適切な範囲に保つことができる。それで、余剰の深夜電力を利用できる時間帯のみ除湿器を稼働させる中で、建物内の湿度を一日中適切な範囲に保つことができれば、社会的に言っても電力使用の平準化を通じて大きな貢献に繋がるといえる。
【００５２】
現代の社会状況の元では、森の中で住むわけには行かない。大多数の人は都会に暮らさざるを得ない。ところが、都会の生活環境は年々悪化している。都会から緑は減り、その為に酸素供給量に支障の出る懸念を持たれるほどである。空気環境面では、プラスイオンの増加が上げられ、マイナスイオンの減少が見られる。空気環境からマイナスイオンが減少すると、酸化現象が進展する。その結果、物の腐敗・腐食が進みやすくなる。人体への影響では、疲れ易くなる。
さて、無垢材等からの放湿の過程でマイナスイオンが発生し、これが坑酸化作用、森林浴作用をもたらすため、物の腐敗、腐食を抑制し、更に、居住者の肉体的、精神的癒し効果が得られる。これにより自然力蘇生に繋がる。
【発明の実施例】
【００５３】
本発明では、蓄熱体内で水の気化する際に発生する気化熱及び水蒸気の内、水蒸気による蓄熱室内での気圧上昇に着目し、気圧上昇抑制の手段として空気循環・換気システムを利用した建物外への水蒸気の排出を構成した。
より高い効率を求めるとすれば、空気循環・換気システムとは別の手段によって、水蒸気を建物外に排出する手段を構成するべきである。具体的には、別途送風機を排気管に接続し、吸気する力によって密閉状態の蓄熱室内の空気を排出する。蓄熱室内で蒸発する以上に蓄熱室外に排出すれば、蓄熱室内の気圧を低下させることができる。気圧が低下すれば、その分水の沸点は下がり、より低温の環境のもとでも、水の蒸発は促進される。その結果、更に多量の冷却エネルギーを蓄熱体に蓄積することができる。それで、蓄熱体との間に行う熱交換後の空気の温度は一層低下し、冷房のエネルギーに利用するにも効率が上がる。
【００５４】
蓄熱室３に具備した諸機能を更に生かせば、費用対効果は更に高まる。
それは、太陽熱を屋根面に設置した集熱パネルにより集め、熱媒体を経由して貯湯タンク１２にお湯の形態で貯める。四季を通じて、給湯のエネルギーとして利用できる。冬期は、その一部を補助暖房のエネルギーとして利用する。夜間の暖房のみならず、天気が悪く、太陽の照らない日も暖房のエネルギーを安定して得られる。年間を通して、給湯・暖房に必要なエネルギーの大半を賄える。
【００５５】
この発明では、水の蒸発する際に得られる気化熱を冷房のエネルギーとして利用する様に構成している。それに対し、気化熱以外で冷房システムを構築する場合、天井裏空間にエアコンを設置し、エアコンから冷房のエネルギーの供給を受ける。空気循環システムにより建物全体を冷却し、エネルギー変換システムを利用すれば、六面輻射式の冷房方法は稼働できる。これは、対流熱から放射熱へのエネルギー変換による冷房効果を得るものである。
更に、エアコンで除湿する際に、湿度と平衡含水率の関係を利用して、自然素材から放湿させ、その時に発生する気化熱を冷房のエネルギーの一部として利用することができる。つまり、エアコンの除湿運転のみで、湿度を低下できるのみならず、室温をも低下でき、涼しい環境を形成することができる。
この場合、深夜電力を利用して夜間に冷房し、冷却エネルギーを空気循環システムに乗せて循環する過程で各部材に蓄冷することができる。その間、自然素材から吸湿させれば、暖める効果で冷え過ぎることもなく、円やかな空気環境を形成できる。結局、潜熱エネルギーの相変化及び対流熱・放射熱のエネルギー変換を活用して、少ないエネルギー使用で快適な空気環境の形成を工夫できる。
【００５６】
住宅の暖房システムへの実施例。
冬期、太陽の傾きにより太陽は窓を通じて室内に注がれる。より多くの太陽エネルギーが室内に注がれる様に、南側壁面の開口部の窓はできるだけ大きく取り、更に、吹き抜けを通して２階からも日射取得を試みる。さて、太陽エネルギーは蓄熱体と土間とを兼ねた部分で集熱し、暖房のエネルギーを獲得する。蓄熱体は集熱・蓄熱・放熱する機能を備えているので、集熱しながらも蓄熱・放熱する。更に、床下全体に跨がるコンクリート製蓄熱体にも熱伝導により蓄熱する。それで、一部は床下の蓄熱体を介して放熱され、暖められ比重の軽くなった暖気は自然に上昇し壁の中の通気層を通って建物全体を循環する。（構造的特性）その過程で床下を暖め、更に床・壁・天井の部材を暖め、蓄熱する。（部材の特性）床暖房は時として不快な熱さをもたらすが、床下暖房は優しい暖かさをもたらす。通常の高気密・高断熱住宅の持っている暖房時の長所（温度差の障害が無いので建物内の温度差による血圧の急激な上昇等に起因する脳卒中等のヒートショックは少ない）は当然に備えている。
【００５７】
暖められ、蓄熱された床・壁・天井の各部材は空気循環システムにより新たな暖房エネルギーの供給を受け、全体との相互補完関係の中で輻射熱という新たなエネルギーを生じる。所謂、輻射暖房は遠赤外線の効果により人間の体を芯から優しく暖め、心地よい気分をもたらす。（精神的癒し効果）温泉浴に比べられる心地よさである。更に、遠赤外線の暖房効果により血行の改善が進み、血行不良が原因で発症している腰痛・神経痛・肩こり等また女性に多い冷え性に改善効果が見込める。これは遠赤外線が人間の体を芯から優しく暖めた結果肉体の持っている蘇生力が高まり、血行の改善との相乗効果の現れたものである。（肉体的癒し効果）
上記は、エネルギー変換システムの一環としての蓄熱（冷）機能、吸放湿機能の利用の１形態として理解できる。具体的には、対流熱（空気、温水）エネルギーを放射エネルギーに変換後に輻射暖冷房として利用できるが、その過程で、蓄熱（冷）機能、吸放湿機能の利用が大きな役割を担っている。
【００５８】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、夏期においては冷房のエネルギーは水の気化熱を活用し、冬期においては暖房のエネルギーは太陽熱を活用しつつ、補助的に深夜電力を活用することで、ヒートアイランド現象を防止し、エネルギー消費に伴う環境負荷を掛けずに、自然の恵である太陽から安価で手軽な方法により冷暖房のエネルギーを獲得して快適空間を構築し、
四季を通じて、建物内の隅々まで高い効率の空気循環システムが稼働し、建築上の工夫に依り、建物を構成する構造材・仕上材等の特性を活用した温度調節・湿度調節を通じて、気化熱（潜熱）及び対流熱から放射熱のエネルギー変換を伴うエネルギー利用の可能性を開き、
更に、上記省エネルギー効果に止まらず、森林浴に特徴的な抗酸化作用等に富む環境を構築し、自然力を蘇生するのみならず、人間が活力を得られる住環境を手軽に蘇生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図２の横断面図である。
【図６】冬期のおける暖房作用を示す断面図である。
【図７】夏期のおける冷房作用を示す断面図である。
【符号の説明】
１  コンクリート
２  断熱層
３  蓄熱室
４  通気管
５  蓄熱体
６  通水管
７  給水管
８  排気管
９  コンクリート土間
１０  窓
１１  太陽光
１２  貯湯タンク
１３  送風機
１４  連通管
１５  吸気口
１６  排気口
１７  給気口
１８  放出口
１９  給気用連通管
２０  排気用連通管
２１  熱交換式換気扇
２２  除湿器
２３  素焼き土管
２４  防水層
２５  床下空間
２６  壁体内空間
２７  天井裏空間
２８  室内空間
２９  連通口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004333106.tif 000008
【図７】
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