(57)【要約】【課題】一戸建て住宅、集合住宅、ビルなどの建物に適用することができる建物の床冷暖房機能を持つ空調ならびに換気システムに関する。【解決方法】ファンで吸引した空気を建物の床下に設けた蓄熱層の中を通して調温、空気浄化、調湿し、該空気を室内に循環させて建物の空調と床冷暖房ならびに換気を行う建物の空調換気システムにおいて、蓄熱層に遠赤外線ならびに育成光線の放射機能を有する多孔材料を使用すると同時に、ファンと蓄熱層の間に水冷あるいは温水で加温された熱交換器を配置して該空気を冷却あるいは加温することを特徴とする建物の空調換気システム。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンで吸引した空気を建物の床下に設けた多孔性の蓄熱層の中を通して調温、空気浄化、調湿し、該空気を室内に循環させて建物の空調と換気と床冷暖房を行う建物の空調換気システムにおいて、該蓄熱層に遠赤外線放射機能を有する多孔材料を使用すると同時に、該ファンと蓄熱層の間に水冷あるいは温水で温調された熱交換器を配置して該空気を冷却あるいは加温することを特徴とする建物の空調換気システム。
【請求項２】
上記遠赤外線放射機能を有する多孔材料がゼオライト、ぺタライト、トリマリン、木櫛粘土、酸化鉄、酸化チタン、溶岩，アルミナ、ジルコニア、チタニア、コ−ジライト、スポジューメン、チタン酸アルミニウム、石英、炭化珪素、炭化珪素、珪石、ガラス、セラミック炭であることを特徴とする請求項１に記載の建物の空調換気システム。
【請求項３】
上記ファンで吸引する空気を建物の内外に埋設した地下パイプ二重管の中に通して予め温調、除湿してなることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の建物の空調換気システム。
【請求項４】
上記熱交換器を冷却、加温する水が、地下水、水道水、太陽熱温水、ボイラ−給湯水である請求項１〜３に記載の建物の空調換気システム。
【請求項５】
上記熱交換器は独立した別々の入口と出口を持ち、各入口、出口から種類の異なる水流を同時に或いは別々に通水できる構造である請求項１〜４のいずれかに記載の建物の空調換気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一戸建て住宅、集合住宅、ビルなどの建物に適用することができる建物の空調ならびに換気システムに関するものであり、更に詳しくは、建物の床下に遠赤外線や育成光線の放射機能を有する多孔材料を使用すると同時に地中熱または地表熱等の地熱エネルギ−と水流熱交換器を組み合わせることによって健康で快適な温調並びに調湿と床冷暖房機能が可能な建物の空調ならびに換気システムに係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地中熱と循環水流を併用した建物の空調システムについては特許文献１等で提案されている。
この方法は、地中に埋設した二重構造の地中パイプに戸外の空気を取り込んで地中熱と熱交換するに際して、地中パイプ中を通過する空気流に循環水流を噴霧して冷却し、さらに建物の床下に形成されたぐり石層を通して蓄熱と清浄化を同時に行って、建物の室内に空気を供給する空調システムである。
【０００３】
また特許文献１には循環水流を利用して循環空気を補助的に加温、冷却する方法が開示されており、例えば、夏季には地中パイプの途中の位置に備えたノズルから水をシャワ−状または霧状に散水落下させて空気を冷却し、底部に溜まった水は再び回収して前記ノズルに循環させる方法とか、冬季には戸外に設置した温水器で暖められた温水を前記ノズルから吹き付けて地中パイプを通過する空気を補助的に加温する方法がある。
【０００４】
しかしながら、地中に埋設した二重構造の地中パイプと戸外の空気との熱交換の伝達速度、あるいは循環水流と空気との伝熱能力に制約があるため、噴流ノズルの設置方法や設置条件によってはぐり石層を通過したのち室内に供給される空気は必ずしも効率よく調湿、調温されているとは言えない面がある。
【０００５】
また、建物の床冷暖房に関しては、従来より熱伝導性のよい熱交換パイプを床板に切り込みを入れて装着したり或いは床板と床板の間に積層状に組み込む方法が一般的に採用されているが、床板の加工に手間がかかる。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２９５６５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、建物の室内に供給する空気を効率よく調湿、温調できると同時に床冷暖房機能を合わせ持つ健康で快適な空調システム或いは換気システムを提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は下記(１）〜（５）の手段によって解決できる。
すなわち、
(1)ファンで吸引した空気を建物の床下に設けた多孔性の蓄熱層の中を通して調温、空気浄化、調湿し、該空気を室内に循環させて建物の空調と換気と床冷暖房を行う建物の空調換気システムにおいて、該蓄熱層に遠赤外線放射機能を有する多孔材料を使用すると同時に、該ファンと蓄熱層の間に水冷あるいは温水で温調された熱交換器を配置して該空気を冷却あるいは加温することを特徴とする建物の空調換気システム。
(2) 上記遠赤外線放射機能を有する多孔材料がゼオライト、ぺタライト、トリマリン、木櫛粘土、酸化鉄、酸化チタン、溶岩，アルミナ、ジルコニア、チタニア、コ−ジライト、スポジューメン、チタン酸アルミニウム、石英、炭化珪素、炭化珪素、珪石、ガラス、セラミック炭であることを特徴とする請求項１に記載の建物の空調換気システム。
(3) 上記ファンで吸引する空気を建物の内外に埋設した地下パイプ二重管の中に通して予め温調、除湿してなることを特徴とする上記(1) あるいは(2)に記載の建物の空調換気システム。
(4) 上記熱交換器を冷却、加温する水が、地下水、水道水、太陽熱温水、ボイラ−給湯水である上記(1)〜(3)に記載の建物の空調換気システム。
(5) 上記熱交換器は独立した別々の入口と出口を持ち、各入口、出口から種類の異なる水流を同時に或いは別々に通水できる構造である上記(1)〜(4)のいずれかに記載の建物の空調換気システム。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の空調ならびに換気システムは、遠赤外線放射機能を持つ多孔材料を建物の床下の堆積層に装填し、地中熱或いは地表熱と自然エネルギーを熱媒体にした水流熱交換機を組合わせることによって四季を通じてその温度を１２〜２８℃、湿度を４０〜８０％に温調、調湿かつ床冷暖房できる特徴があり、健康的でかつ快適な、家庭の省エネに多大の貢献をなすものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の構造とその作用機能を図面で説明する。
図１，２は本発明の全体構造と作用機能を説明する図である。
図１は、地中熱と熱交換機を併用した場合の空調システムを説明する図である。
図２は、地表熱と熱交換機による換気システムを説明する図である。
【００１１】
先ず、地中熱と熱交換機を併用した場合の空調システムについて作用機能を説明する。
本発明においては、四季を通じて地中パイプを埋設することによって概ね一定の地中温度（１５〜２０℃）の地中熱を利用することが出来る。
【００１２】
図１において、高温多湿の空気が吸気口１から外気導入パイプ２を通して、建物の床下に設置したファンユニット３によって吸入される。
外気導入パイプ２は、図１に示すように二重管構造であり、先端が封止された外管の中に内管が差し込まれた構造で、内管の先端は開放されており、外管と内管の間には適当な隙間が存在する状態で地中に垂直に埋め込まれている。
空気流は外管の穴から外管と内管の隙間に入り、隙間を下降して下端の封止部に衝突して方向を変えて内管を上昇する構造になっている。内管の上部は吸気配管によってファンユニット３に接続されている。
【００１３】
外管表面は四季を通じて地中熱温度（１５〜２０℃）に保持されており、通過空気は地中熱によって熱交換される。
例えば、夏季の場合には、外気温度30〜35℃の空気が26〜28℃前後に冷却され、パイプ内面では空気中の水分が結露して第１段目の除湿が行われる。パイプの底部に溜まった結露水はポンプで吸い上げて屋外に排出する。
また冬季の場合では、外気温度５〜10℃の空気が12〜16℃前後に乾燥され、パイプ内面ではパイプ通過時に空気中の水分が蒸発して加湿される。
【００１４】
これら湿分を多く含む空気を効率よく冷却・除湿するためには、予め埋設すべき地下パイプの設置本数を増やすか或いは埋設地下パイプを長くすれば解決されるが、コスト高になって経済的でない。
【００１５】
パイプ内面での冷却と乾燥の伝熱効率をよくするためには、外管内面の表面積を大きくすることは極めて有効な手段である。たとえば内面にフィンを取付けたりあるいはパイプの長さ方向で波板形状に加工する等の方法が有効である。
【００１６】
しかしながら梅雨期における空気は特に高温多湿であり、地中熱によって冷却・除湿されたとはいっても必ずしも充分ではなく、未だ多くの湿分が含まれているため不快な状態のままである。
【００１７】
本発明では、これら湿分を多く含む空気を効率よく冷却・除湿するため、夏季にはファンユニット３の排出側に冷たい地下水を通水して冷却する水流熱交換機４を設置し、この水流熱交換機に湿分を多く含む空気を接触させて熱交換することによって空気を再度冷却・除湿する。
地下水の温度は四季を通じて地中熱温度（１５〜２０℃）と同じであり、この地下水を熱交換機に通すことによって上述した地下パイプの設置本数を増やすか或いは埋設地下パイプを長くことと同等の効果を得ることが出来る。
【００１８】
水流熱交換機４に循環させる液体の熱媒体には、上述したように、夏季には地下水が最
も好ましく、冬季には、暖かい地下水や太陽熱温水器の温水或いはボイラ−で加温した温水などを通水しても良い。これらは必要に応じて適宜組合せて使用しても良い。たとえば地下水で予め調温するフィンプレ−トとボイラー温水で加温するフィンプレ−トを別々に設置して循環空気を熱交換するようにしても良い。
【００１９】
図３、図４に水流熱交換器の構造図を示す。
図３は1種類の熱媒体水を通水する場合の構造図であり、図４は２種類の熱媒体水を通水する場合の構造図である。
【００２０】
図３において、地下水は図３(b)に示される冷水入口から銅管パイプに通水されて冷水出口から排出される。一方、空気は図３(a)の手前側のフィンプレ−トから奥に向かって通風し、熱交換される構造になっている。
また、水冷時に熱交換によって冷却・徐湿された空気中の凝縮水は熱交換器下部の凝縮水出口よりドレンパイプを通して系外に排出される。
【００２１】
図４は、２種類の熱媒体水を通水する場合の構造図である。２種類の熱媒体水を併用する場合は、それぞれ別々の冷水入口から通水し、別々の冷水出口から排出する構造にすればよい。また、図3の熱交換機を直列に連結しても何ら問題ない。
【００２２】
水流熱交換機４で再度冷却・徐湿された空気は、複数の穴のあいた吸気パイプ５を通して遠赤外線熱放射機能を有する多孔材料の充填層に吹き出すようになっている。
【００２３】
遠赤外線熱放射性の多孔材料は、床下に表面から40〜50cmの堆積厚さに積んだものである。１Ｆの堆積層の上面は土間コンクリ−トの基礎床或いは床面で気密されている。
【００２４】
多孔材料は空気を多く含み、熱移動が少ないので熱伝導率は小さいが、熱の放射すなわち電磁波による遠赤外線や育成光線が放射される。
物体から遠赤外線や育成光線が放射されるのは分子運動に依存する電磁波であるが、その発生する機構には冷放射と熱放射がある。
【００２５】
水流熱交換機を通して調温された空気によってこの多孔材料が加熱或いは冷却されると、肉眼には見えない遠赤外線や育成光線が放射され、さらに遠赤外線や育成光線は堆積層の上面の土間コンクリ−ト基礎床や床面に当たってエネルギ―を吸収されて高い熱エネルギ―を保有することになる。このため、床面が冷暖房機能を持つようになる。
放射率は吸収率と関係するので、表面がざらざらした粗面の方が放射率は高い。
【００２６】
遠赤外線放射機能を持つ多孔材料としては、ゼオライト、ぺタライト、トリマリン、木櫛粘土、酸化鉄、酸化チタン、溶岩，アルミナ、ジルコニア、チタニア、コ−ジライト、スポジューメン、チタン酸アルミニウム、石英、炭化珪素、炭化珪素、珪石、ガラス、セラミック炭などが挙げられるが、一般的な建築資材であるぐり石でも遠赤外線や育成光線放射機能を有しているので充分に使用できる。
【００２７】
堆積された多孔材料の間には隙間が存在し、吹出された冷却空気はこの多孔材料の隙間の中を通過するときにも多孔材料の蓄熱効果によって保温されている。
ラジエタ−を通過した空気はこの多孔材料の蓄熱効果を受けて夏季には２６〜２８℃、冬季には１２〜１６℃の温度に保持されている。
例えば多孔材料としてグリ石を用いた場合には、グリ石の堆積層の隙間を通り過ぎた空気流は、木炭或いはセラミック炭と接触しながら床下から１階室内に送られていく。
以上のような機構で、ファンユニットで吸い込まれた外気は地中熱による第１段目の冷却と除湿、水流熱交換機による第２段目の冷却と除湿が行われ、床下に排出される空気は除湿乾燥された温調並びに調湿された空気と成る。
【００２８】
また堆積層の底面には地中からの湿分の上昇を防止するためのコンクリ−ト又は防湿シートが敷かれており、地中からの湿分の上昇は防止する構造になっている。
【００２９】
なお温調並びに調湿された空気は、図１の図面に示されるように矢印の順路流れとなって住宅内を通風しながら戸外へ排気される。
グリ石堆積層→木炭・セラミック炭→１階屋内→２階床下→２階屋内→２階天井→集合管ユニット→排気ダンパ−→換気扇
【００３０】
本発明においては、夏季に外気の熱い空気で室内の通風空気の温度が上昇しないように、また冬季に外気の冷たい空気で室内の通風空気の温度が低下しないように、外壁の壁は断熱性能に優れた構造にする必要がある。たとえば外断熱構造、つまり内装材の外側に断熱材を配する構造が良い。又断熱材の外側に更に外装材を配し、内装材、断熱材、外装材の間にはそれぞれ隙間を設ける構造が良い。
【００３１】
また、空調された空気を室内に循環する場合には、床下のファンユニット並びに天井部
の集合管ユニットに組み込まれた自動制御のダンパ−を制御することによって、天井部と床下とを連結する送気管ダクトを通して循環できるようなシステムになっている。
通風循環させる空気の温度制御は、ダンパー(1)、(2)の開閉をコンピューターと連動させて作動させることによって任意に設定した温度に制御することが出来る。すなわち夏季、天井裏の温度が上昇すると、ダンパー(1)が開放され、ダンパー(2)が閉じられてファンが回転をはじめる。天井裏の熱気は外に排出され、外気が吸気口から吸い込まれ、二重パイプ、熱交換機、クリ石層の中を通って除湿、冷却された空気が室内に流れ込むこととなる。タイマ−を設定することによってエアサイクルされることも可能である。
一方設定温度以下になるとダンパー(1)が閉じられ、ダンパー(2)が開けられて屋内空気のみが循環して除湿のみが行われる事となる。又外の空気の導入によっても温度湿度を適宜自在に調整できる。
特に、室内温度と外気温度の低い方を感知してダンパ−を自動制御するシステムになっている。
冬季の場合、住宅内の空気の温度、湿度が外気よりも高くなる。ダンパー(1)を閉じ、ダンパー(2)を開いて、又吸気口は閉じて、屋内の空気をグリ石層に返してここで除湿して通風循環させると良い。
【００３２】
図２は、地中パイプのない場合の熱交換機のみによる換気システムを説明する図である。
高温多湿の外気空気は、吸気口１から建物の床下に設置したファンユニット３によって吸入される。
この場合、吸気口１から吸入される外気空気は床下の地表熱で部分的に熱交換され、更にファンユニット３の排出側に設置した水流熱交換機４を通る。夏季時にはこの水流熱交換機に冷たい地下水を通水して空気を冷却・徐湿し、冬季時には暖かい地下水又は暖かい太陽熱温水などを通水して空気を加温・徐湿する。
本発明においても、図１の場合と同様にファンユニットならびに集合管ユニットに内蔵された自動ダンパ−制御装置により、空気循環ならびに換気を行うことが出来るシステムになっている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、地中熱と熱交換機による換気システムを説明する図である。
【図２】図２は、地表熱と熱交換機による換気システムを説明する図である。
【図３】図３は、１種類の熱媒体水を通水する場合の構造図である。
【図４】図４は、２種類の異なった熱媒体水を通水する場合の構造図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…吸気口
２…地下パイプ（二重管）
３…ファン
４…熱交換器
５…吸気バイプ
６…セラミック炭
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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