(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気の温度差から発生する対流運動を利用して、断熱性および気密性に優れた建物の換気と暖房とを行うための自然対流式床下暖房換気システムであって、
建物の床下を基礎断熱した床下空間と、
この床下空間に外気を供給する給気手段と、
前記床下空間に設置されて当該床下空間に供給される外気や循環空気を暖める蓄熱暖房装置と、
この蓄熱暖房装置によって暖められた暖気を床上の居住空間に吹き出す吹出開口部と、
建物の屋根に設けられており上昇した前記居住空間から建物の外に前記暖気の一部を排出する排気手段と、
前記居住空間を巡った暖気を前記床下空間へ回帰させる回帰開口部と、
この回帰開口部から床下へ回帰する空気の量を増減制御することにより前記吹出開口部から吹き出す暖気吹出量を調整する回帰空気量制御手段と
を有すること特徴とする自然対流式床下暖房換気システム。
【請求項２】
請求項１において、前記回帰空気量制御手段は、前記回帰開口部の開口面積を増減制御することにより床下への回帰空気量を制御することを特徴とする自然対流式床下暖房換気システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記回帰開口部は前記給気手段の近傍に１又は２カ所に集中させて設けられていることを特徴とする自然対流式床下暖房換気システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかにおいて、間仕切壁および天井懐の内側に形成した空気を流通させる通気路と、この通気路に前記床下空間から暖気を送り込むために前記間仕切壁に形成した壁内送気開口部と、前記通気路から前記床下空間に暖気を回帰させるために他の間仕切壁に形成した壁内回帰開口部とを有しており、
前記壁内送気開口部を前記蓄熱暖房装置の近傍に設けるとともに、前記壁内回帰開口部を前記給気手段の近傍に設けることを特徴とする自然対流式床下暖房換気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気の温度差から発生する対流運動を利用して、断熱性および気密性に優れた建物の換気と暖房とを行うための自然対流式床下暖房換気システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建物の換気は、建物内の空気と建物外の空気とを交換して、建物内の空気を清浄化したり、湿度調節を図るものであり、生活環境を快適にするとともに、建物を湿気や乾燥から守る等の効果がある。一般的な換気方法には、窓を開けて空気の流れを作る方法や、建物内と建物外とを通気口や換気扇によって連通させる方法がある。
【０００３】
一方、暖房は、建物内の気温を高めて寒冷地における室内生活を快適にするために行われるものであり、従来、石油ストーブ等の暖房器具を各部屋に設置して室内が温められる。建物内を素早く温めて温度を保持するには、暖気が建物外へ逃げないように断熱性および気密性に優れている建物が望まれる。
【０００４】
すなわち、換気は外気との交換を行う行為であり、暖房は外気と遮断する行為であるから、換気と暖気とに求められる建物構造は相反するため、換気設備と暖房設備とを兼ね備えるには、バランスのよい構造上の工夫が必須である。かかる換気と暖房の構造バランスが崩れると、換気効率および暖房効率が悪くなってしまう。
【０００５】
近年、換気と暖房とを同時に行う建物の暖房換気システムとして、建物外から取り込んだ空気を予め床下空間で暖め、空気の対流運動を利用して暖気を建物内に循環させる自然対流式の床下暖房換気システムが提案されている。
【０００６】
例えば、特開平１１−１９３９３６号公報では、密閉・断熱状態の床下空間と、建物外から床下空間に空気を給気する給気部分と、この給気部分に設けられた暖房装置と、床下と床上とを連通する多数の通孔を設けた床材とを備え、床下空間に給気された空気を加熱し、その暖気を通孔から室内へと供給して、全室を通って換気扇により屋外に排出される床下暖房装置が提案されている（特許文献１）。本発明によると、建物の全室が暖房・換気され、快適な居住空間が得られるとされている。
【０００７】
また、特開２００６−２６６５７５号公報では、断熱基礎により形成されている床下空間と、地中に埋設設置され、一端を床下空間で開口させるとともに、他端を建物外に開口させた熱交換パイプと、床下空間から１階床上空間に暖気を送り込む換気装置と、上階へと暖気を送気する送気装置とを有した地熱利用住宅が提案されている（特許文献２）。本発明によると、熱交換パイプを通過する空気は地熱により温められ、床下空間に暖気として蓄積される。そして、その暖気を換気装置及び送気装置により建物内に対流させることにより、暖房の空調負荷を低減しつつ冬の寒さを和らげることができるとされている。
【０００８】
さらに、特開２００７−５６６４９号公報では、基礎断熱部と土間断熱部と蓄熱コンクリートとで形成された床下空間と、蓄熱コンクリートの内部に設けた放熱手段と、建物外と床下空間とを連通する外壁・床下吸気口と、建物外と室内とを連通する壁面・室内排気口と、外壁と断熱材との間に設けられた通気空間と、通気空間と居住空間空間である室内とを連通する通気空間・室内吸気口と、天井裏などの小屋裏空間に設けられた換気扇とを有しており、蓄熱コンクリートにより温められた空気が室内とともに通気空間も通って建物外へと排出される住宅の暖房・換気構造が提案されている（特許文献３）。本発明によると、室内空間が暖められ、新鮮な空気により清浄化され、衛生的になることができるとされている。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１９３９３６号公報
【特許文献２】特開２００６−２６６５７５号公報
【特許文献３】特開２００７−５６６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１から特許文献３のに記載された発明においては、暖房を考慮した場合には暖気がどんどん屋外に排出されていくため、暖房装置のランニングコストが高くなるという問題がある。
【００１１】
また、特許文献２に記載された発明においては、換気装置を動かすためのコストが掛かる問題がある。また、換気装置に換気扇などを用いていると常時換気する上で換気音が問題となる。
【００１２】
さらに、特許文献３に記載された発明においては、蓄熱タイプの暖房器具は、特性として蓄えた熱を徐々に放熱していくため、放熱の温度調節をリアルタイムに行うことが困難である。そこで、暖気の換気量を調節する方法が考えられるが、吹き出し口を閉じてしまうと暖気の流れが停止してしまい、換気ができなくなってしまうという問題がある。
【００１３】
また、自然対流式の床下暖房換気システムは、理論上、常時換気を続けつつ、室内に緩やかな暖気の流れを作ることによりぬくもりのあるきわめて快適な空間を提供するための建築構造を提案するものであるが、実際の現場では、換気と暖気の流れの調整や室温の制御などが極めて微妙であって難しい。このため、実際の住宅では別途、暖房機を用意したり、強制対流させる等により、温度むらをなくしたり、温度制御するなど、本来の自然対流式床下暖房換気システムのメリットが十分に活かされていない現状にある。
【００１４】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、強制対流をさせずに自然対流によって建物の換気を常に継続しつつ同時に暖気の循環量を制御し、室温の調整制御を任意に行って温度むらをなくすることができる自然対流式床下暖房換気システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る自然対流式床下暖房換気システムの特徴は、建物の床下を基礎断熱した床下空間と、この床下空間に外気を供給する給気手段と、前記床下空間に設置されて当該床下空間に供給される外気や循環空気を暖める蓄熱暖房装置と、この蓄熱暖房装置によって暖められた暖気を床上の居住空間に吹き出す吹出開口部と、建物の屋根に設けられており上昇した前記居住空間から建物の外に前記暖気の一部を排出する排気手段と、前記居住空間を巡った暖気を前記床下空間へ回帰させる回帰開口部と、この回帰開口部から床下へ回帰する空気の量を増減制御することにより前記吹出開口部から吹き出す暖気吹出量を調整する回帰空気量制御手段とを有する点にある。
【００１６】
また、本発明において、前記回帰空気量制御手段は、前記回帰開口部の開口面積を増減制御することにより床下への回帰空気量を制御することが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明において、前記回帰開口部は給気手段の近傍に１又は２カ所に集中させて設けられていることが好ましい。
【００１８】
さらにまた、本発明において、間仕切壁および天井懐の内側に形成した空気を流通させる通気路と、この通気路に前記床下空間から暖気を送り込むために前記間仕切壁に形成した壁内送気開口部と、前記通気路から前記床下空間に暖気を回帰させるために他の間仕切壁に形成した壁内回帰開口部とを有しており、前記壁内送気開口部を前記蓄熱暖房装置の近傍に設けるとともに、前記壁内回帰開口部を前記給気手段の近傍に設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、建物の換気を常に継続しつつ同時に暖気の循環量を制御することにより室温の調整制御が容易になり、室温むらや強制対流を不要としうる本来的な意味での床下暖房換気システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る自然対流式床下暖房換気システム１の実施形態について図面を用いて説明する。図１は自然対流式床下暖房換気システム１を用いた建物１０の断面図と当該建物１０内の空気の流れを示した図である。
【００２１】
自然対流式床下暖房換気システム１は、建物１０の床下を基礎断熱した床下空間２と、この床下空間２に外気を供給する給気手段３と、床下空間２に設置されて当該床下空間２に供給される外気や循環空気を暖める蓄熱暖房装置４と、この蓄熱暖房装置４によって暖められた暖気を床上の居住空間５に吹き出す吹出開口部６と、建物１０の屋根１１に設けられており上昇した前記居住空間５から建物１０の外に暖気の一部を排出する排気手段７と、居住空間５を巡った暖気を前記床下空間２へ回帰させる回帰開口部８と、この回帰開口部８から床下へ回帰する空気の量を増減制御することにより前記吹出開口部６から吹き出す暖気吹出量を調整する回帰空気量制御手段８１と、間仕切壁１２および天井懐１３の内側に形成した空気を流通させる通気路９と、この通気路９に前記床下空間２から暖気を送り込むために前記間仕切壁１２に形成した壁内送気開口部９１と、前記通気路９から前記床下空間２に暖気を回帰させるために他の間仕切壁１２に形成した壁内回帰開口部９２とから構成されている。
【００２２】
以下、各構成部についてより詳細に説明する。
【００２３】
床下空間２は、外から取り込んだ外気や建物１０内を循環してきた循環空気を暖めて居住空間５へと送り出すための空気の加熱場所であり、居住空間５を巡回してきた暖気の回収場所でもある。床下空間２は、図１に示すように、建物１０の基礎２１と床下との間に形成される空間である。基礎２１は、コンクリートを打設することにより形成されるとともに、暖房・換気を必要とする１階各部屋の床下空間２に空気を自由に移動させられるように連続基礎として形成されている。また、建物１０の外との気密性を高めるとともに、発泡プラスチック保温材などの断熱材２２が設けられて断熱処理が施されている。なお、床下空間２には、給気手段３および蓄熱暖房装置４が設けられている。
【００２４】
給気手段３は、建物１０内外における空気の温度差から発生する対流運動を利用して、外気を床下空間２に供給するためのものである。本実施形態における給気手段３は、塩化ビニル製の円管の開口端部を建物１０外と床下空間２とに配置し、連通させている。建物１０外に設けられた給気入口３１は、自動車の排ガスなどの汚染物質を直接給気してしまうような場所を避けて設けられる。また、給気出口３２は前記給気入口３１よりも低い位置で開口されている。
【００２５】
なお、給気手段３は前述した実施形態に限定されるものではなく、換気扇等の送風機（図示せず）を設けてもよく、これによれば対流運動が弱くて必要な量の外気を供給できない場合に強制的に供給することができる。また、図２に示すように、給気手段３の一部を地下に埋設させて、供給する外気を床下空間２の任意の位置へ導いてもよいし、地熱を利用して予熱してもよいし、給気入口３１を雨水や落ち葉などが入り込んで目詰まりを起こさないようにするため、地面に向かって下方に開口してもよい。
【００２６】
蓄熱暖房装置４は、給気手段３により床下空間２に供給される外気や、居住空間５を巡回して床下空間２へと回帰してきた循環空気を暖めるためのものである。本実施形態において、蓄熱暖房装置４には、太陽光発電システム４１による電力や安価な深夜電力を用いて蓄熱していた熱量を放熱することにより、周囲の空気を暖める蓄熱式暖房器具４が用いられる。また、当該蓄熱暖房装置４は床下空間２の任意の位置に配置してよいが、１階の窓１５下に設けられている吹出開口部６の真下ないしその近傍および壁内送気開口部９１の真下ないしその近傍に配置することが、室温調整の点からより好ましい。さらに、床下空間２に温度差を付けて対流運動を活発にさせるために、蓄熱暖房装置４を前記給気手段３の給気出口３２から離れた位置に設けるのが好ましい。なお、居住者の要望に応じて蓄熱暖房装置４に代えて灯油ストーブやガスストーブ、ヒートポンプや燃料電池等の他の熱源による暖房装置を床下空間２に配置するようにしてもよい。
【００２７】
吹出開口部６は、上記の蓄熱暖房装置４により暖められた暖気が温度差によって発生する対流運動によって自然に床下空間２から床上の居住空間５へと吹き出すための吹出口である。この吹出開口部６は１階の床面１４に形成されて床下空間２と居住空間５とを連通させている。また、吹出開口部６は、床下空間２に物が落ちたり、人間が引っ掛かったりしないないように、羽板等の蓋が取り付けられている。さらに、吹出開口部６は１階の窓１５下に設けることにより、窓辺に上昇気流を発生させて、窓１５から下降する冷気流（コールドドラフト）の発生を防止している。なお、吹出開口部６は部屋数などに応じて複数箇所に設けてもよい。
【００２８】
排気手段７は、対流運動により上昇した暖気の一部を建物１０の外に排出することにより、前記給気手段３による外気の取り込みをスムーズにして常時、継続的に換気するためのものである。排気手段７には、例えば、特開２００２−１２１８３３号公報に記載の断熱構造を有した排気塔７１などが用いられる。本実施形態において、排気塔７１は建物１０の屋根１１に設けられており、居住空間５の天井１８にあけられた排気口７２と連通されている。
【００２９】
回帰開口部８は、上記排気手段７によって建物１０の外に排出されずに建物１０内を巡回した空気を床下空間２へ回帰させるためのものである。この回帰開口部８は上記吹出開口部６と同様、床下空間２と居住空間５とを連通するように開口されており、羽板等が取り付けられている。回帰開口部８は床下空間２における前記給気手段３の近傍の床や壁に１又は２カ所に集中して設けるのが好ましく、居住空間５では玄関や階段下等の建物１０内で比較的寒いところに設けるのがよい。給気手段３の近傍で、かつ建物１０内の気温の低い場所に設けることにより、暖気の対流をよりスムーズに行うことができる。また、１カ所または２カ所に近接させて集中設置することにより、空気の循環が可能となる。仮に回帰開口部８を分散させて設けた場合、回帰開口部８から逆に空気が吹き上げてしまうこともあり、暖気がスムーズに対流しない。本実施形態では、図１に示すように、廊下の階段１６下であって給気手段３の真上の壁に回帰開口部８を設けている。
【００３０】
回帰空気量制御手段８１は、回帰開口部８から床下空間２へ回帰する空気の量を増減制御することにより前記吹出開口部６から吹き出す暖気吹出量を調整するためのものである。回帰する空気量の増減制御方法は、開口面積を増減させる方法が考えられるが、これ以外に空気のリターンを邪魔する部材を出入する方法等、適宜選択が可能である。本実施形態では、回帰開口部８の開口面積を増減制御している。開口面積の増減制御方法としては、手動、自動のいずれの方法でもよく、例えば前記羽板の蓋を隙間間隔の異なる蓋に取り替えたり、羽板の上にさらに空気が流通しない蓋を被せる等の手動でもよいし、また、リビングなど居住空間５内の適当な位置に温度センサー（図示しない）を設置し、その温度センサー値に応じて回帰開口部８の開閉を自動的に行うような装置を設けてもよい。
【００３１】
本実施形態では、図３に示すように、回帰開口部８に複数のスリットが形成された板状の開口制御板８２，８３を２枚用意し、１枚を表側に固定して固定開口制御板８２とし、もう１枚を裏側に数センチ程度離して水平方向に可変可能に取り付けて可変開口制御板８３とした。そして、図３（ａ）に示すように、可変開口制御板８３のほぼ中央上下位置にサーモスタッドバルブ８４を取り付けている。サーモスタッドバルブ８４は、設定温度に達するとバルブを開閉させる機能を備えている。回帰空気は前記固定開口制御板８２と可変開口制御板８３のスリットを通って床下空間２にリターンするところ、前記サーモスタッドバルブ８４の開閉動作に伴って可変開口制御板８３を水平に移動させ、固定開口制御板８２のスリット幅を大小制御し、当該スリットを通過できる回帰空気の量を制御するようになっている。なお、サーモスタッドバルブ８４は室温の設定に応じて数種用意しておくことが好ましい。
【００３２】
また、間仕切壁１２および天井懐１３の内側に形成された通気路９は、図１に示すように、間仕切壁１２および天井懐１３に暖気を流通させることにより、間仕切壁１２や天井１８からのふく射熱で居住空間５を暖めるものである。間仕切壁１３には前記通気路９に床下空間２から暖気を送り込むために壁内送気開口部９１が形成されている。そして、２階の床にもガラリ等から構成される吹出開口部６が形成されており、天井懐１３の通気路９内の暖気を２階の居住空間５に吹き出すようになっている。なお、図１に示すように、天井懐１３の通気路９を他の間仕切壁１２に連通させて、その間仕切壁１２の下部に床下空間２に繋がる壁内回帰開口部９２を設けて循環させてもよい。前記壁内送気開口部９１は前記蓄熱暖房装置４の近傍、特に真上に設けることが好ましく、前記壁内回帰開口部９２は前記給気手段３の近傍や窓１５下等の冷気の集まりやすい場所に設けることが好ましい。
【００３３】
なお、１階居住空間５の天井１８には天井懐１３の通気路９に繋がる通気口１９が設けられている。この通気口１９は、吹出開口部から１階居住空間５に入った暖気を２階へと導くためのものである。
【００３４】
つぎに、図１を用いて空気の流れを示しつつ、本実施形態における自然対流式床下暖房換気システム１の作用について説明する。なお、図１において、空気の流れを矢印線で示している。
【００３５】
まず、供給手段３において、床下空間２の気温は外気の気温より高く、さらに給気出口３２は給気入口３１よりも低い位置に設けられているため、密度差による対流が発生し、換気扇等の動力を用いることなく床下空間２に流れ込む。流れ込んできた外気や建物１０内を循環してきた循環空気は、上昇気流が発生して低圧となっている蓄熱暖房装置４の方へ流れる。
【００３６】
蓄熱暖房装置４は、蓄熱していた熱量を放熱することにより周囲の空気を暖め、密度を低くして上昇気流を発生させる。この上昇気流は吹出開口部６から居住空間５へ暖気として吹き出すとともに、壁内送気開口部９１からも間仕切壁１２内に形成した通気路９に送り込まれる。ちなみに、蓄熱暖房装置４は太陽光発電システム４１による電力や深夜の安価な電力により蓄熱することにより、ランニングコストを極めて抑えることができる。さらに、灯油などを用いた火力による暖房装置と比べ、出火の恐れがないため安全・安心に使用できる。
【００３７】
吹出開口部６から吹き出した暖気は、１階の居住空間５を暖めながら上昇して、天井１８などに設けられた通気口１９から間仕切壁１２や天井懐１３の通気路９を通り、２階の床に設けられた吹出開口部６から吹き出して２階の天井１８へと向かっていく。以後、３階があれば同様な構造によって暖気を送り込む。そして、小屋組みで作ったロフト１７に至るようにいずれかの部屋の天井１８を開放しておき、ロフト１７の天井１８に沿って暖気を移動させるとともに、その暖気の一部が居住空間５と建物１０外との密度差により排気塔７１から屋外へと排出される。排気塔７１は断熱構造を備えており、空気を換気しても熱の排出を極力抑えるようにしている。このとき建物１０の気密性が高い場合には、建物１０内の空気量は一定に保たれるため、給気手段３によって供給された冷気と等しい量が排気塔７１から建物の外へと排出される。
【００３８】
以上のようなれ暖気の流れにより、居住空間５の全室へと暖気が行き渡り、自然対流の中で建物１０全体の暖房と換気が実現される。また、吹出開口部６を窓１５近傍に設け、上昇気流を発生させることにより、コールドドラフトを抑え、足元まで暖かい快適な居住空間にすることができる。
【００３９】
一方、天井１８付近の暖気は、外気によって冷やされた天井１８や外壁、窓１５などからの冷気やふく射熱等によって、吹出開口部６から吹き出した暖気と比べて温度は低くなる。実験によれば２階建て住宅の場合、２℃程度低くなる。それにより、空気が重くなり下降気流が発生する。そして、建物１０内で比較的温度の低い玄関や階段１６下等へ下りていく。
【００４０】
回帰開口部８は、給気手段３の給気出口３２の近傍に設けられているため、床下空間２の空気は居住空間５の空気に比べて温度が低く空気密度が濃い。また、吹出開口部６の近傍から暖気が吹き出しているため、床下空間２の圧力は居住空間５の圧力に比べて負圧になっている。しかも、本実施形態の回帰開口部８は、１カ所ないし２カ所に集中させているため、リターン空気が分散することなく、必ず回帰開口部８に集約されて床下空間２へと回帰する。
【００４１】
以上のように、空気は対流運動により建物１０内を循環し、適度に外気と交換することによって、常時換気を継続させつつ、室内に緩やかな暖気の流れを作ることができる。
【００４２】
また、従来、蓄熱タイプの暖房装置は、主電源を切ったとしても放熱が続いてしまうため、温度調節への反応速度が遅く、リアルタイム制御やフィードバック制御が困難であるという難点を有していた。そこで、本実施形態の自然対流式床下暖房換気システム１では、回帰空気量制御手段８１によって、吹出開口部からの暖気の吹き出し量を制御すること、すなわち熱量を床下空間２から居住空間５へ輸送する量を調節することによって、暖房の温度調節を行っている。
【００４３】
図４は回帰開口部８が完全に開口しているときの空気の流れを示した概念図である。図４に示すように、例えば、給気手段３から「１００」の空気量が取り込まれ、蓄熱暖房装置４により暖められた暖気は、吹出開口部６からは「５００」の循環空気量が吹き出すと仮定する。気密性の高い建物１０であれば、入ってきた冷気と同量「１００」の空気が排気手段７から排出される。そして、残りの空気量「４００」は回帰開口部８から床下空間２へと回帰する。
【００４４】
一方、図５は回帰開口部８が完全に閉口しているときの空気の流れを示した概念図である。図５と同様に給気手段３からは「１００」の冷気が取り込まれる。また、建物１０の気密性が高いため、取り込まれた冷気と同量「１００」の空気が排気手段７から排出される。よって、吹出開口部６から吹き出す吹き出し量は「１００」となり、回帰開口部８が完全に開口しているときの半分となる。
【００４５】
すなわち、本実施形態の自然対流式床下暖房換気システム１は、換気量を減らさずに回帰開口部８の開口面積を制御することによって吹出開口部６からの吹き出し量を制御し、温度調節が可能な画期的な暖房換気システムである。
【００４６】
なお、暖気の吹き出し量を制御する方法として、吹出開口部６を回帰開口部８と同様に開口面積を制御する装置を設ける方法も考えられる。しかし、吹出開口部６を閉じてしまうと、換気ができなくなってしまうため意味がない。また、暖気が床下空間に必要以上に蓄積されるため必ずしも１階の気温が効果的に下がらない。さらには、吹出開口部６は複数設けているため、他の吹出開口部６から暖気が吹き出したり、回帰開口部８から吹き出してしまうこともあり、吹き出し量をコントロールするのが困難となる。したがって、循環空気量を制御するのには、回帰開口部８で制御するのが好ましい。
【００４７】
また、図１に示す１階中央の居住空間５のように、間仕切壁１２および天井懐１３に暖気を流通させることにより、間仕切壁１２や天井１８からのふく射熱で居住空間５を暖めた場合、蓄熱暖房装置４で暖められた暖気は、間仕切壁１２に形成されている壁内送気開口部９１から通気路９へ送られ、天井懐１３を介して、他の間仕切壁１２の通気路９へと進入し、壁内回帰開口部９２から床下へと回帰する。このとき、通過した暖気は壁または天井を暖めることにより、そのふく射熱で居住空間５を暖める。このふく射熱による暖房は、居住空間５に直接空気を送り込む方法ではないので、温風が人体などに直接当たる不快感などがない。また、ふく射熱は人体を芯から温め、快適な温度環境を創り出すことができる。
【００４８】
以上のような本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
１．換気量を減らさずに温度調節をリアルタイムに行うことができる。
２．蓄熱暖房装置４を各部屋におく必要が無くなり、居住空間５を広く使うことができる。さらには、建物１０のイニシャルコストも抑えられる。
３．蓄熱暖房装置４を太陽光発電システム４１による電力や安価な深夜電力を用いて蓄熱することによりランニングコストも抑えられる。
４．換気扇などの動力を必要としないため、静かで経済的である。
５．間仕切壁１２および天井懐１３からのふく射熱により人体を芯から温めることができる。
【実施例１】
【００４９】
つぎに、本発明の実施例について説明する。本実施例１では、自然対流式床下暖房換気システム１を導入した２階建ての住宅を構築し、回帰開口部８の開口面積制御によって吹出開口部６から吹き出す暖気の風速、排気口から排出される排気風速、および各空間の温度を計測し、回帰空気量制御手段８１による暖房および換気の効果を確認する実験を行った。なお、本実験は北海道立北方建築総合研究所の指導を受けて行われ、以下に記載するデータは、同研究所による分析結果に基づいてまとめたものである。
【００５０】
図６は実験に用いた住宅の間取り図である。延べ床面積が１３２ｍ２の２階建て４ＬＤＫの木造建築であり、リビングダイニング、天井および玄関を繋ぐ吹抜が構築されている。図６（ａ）に示すように、給気手段３は給気入口３１を外壁に設け、可変の給気出口３２を玄関下に敷設された管を経由して床下空間２に設けている。また、蓄熱暖房装置４はリビングダイニングの床下空間２における窓１５下当たりに設置されている。この蓄熱暖房装置４の真上であって窓下の床面には吹出開口部６が開口されている。さらに、回帰開口部８は玄関と階段の近傍の床面に開口されて給気出口３２の近傍へと繋がっている。このような住宅における暖気の流れは、主として、床下空間２から吹出開口部６を介してリビングダイニングに入り、上昇して吹抜を通り、一部は天井１８に設けられた排気手段７から建物１０外へ排気され、残りは玄関に設けられた回帰開口部８を介して床下空間２へと回帰するようになっている。
【００５１】
本実施例１の実験は、外気温がほぼ一定になる午後７時以降に実施した。回帰開口部８を午後７時１５分から１５分間閉口して、午後７時から１時間の各風速および各空間の温度を測定を行った。風速は、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、和室の窓１５の近傍に設けられた吹出開口部６からの吹出風速と天井１８に取り付けられた排気手段７の排気口７２における排気風速を測定した。また、温度は、居住空間５のうちの和室、和室下の床下空間２および建物１０外で測定を行った。
【００５２】
図７は５分毎の測定結果を表にまとめた図である。図７に示すように、実験時の外気温は２．５℃〜３℃、床下空間２の温度は２５℃前後であった。回帰開口部８を閉口する直前の午後７時１５分における和室温度は２８．６℃、吹出風速は０．３４ｍ／ｓ、吹出風量は６２．０６ｍ３／ｈ、吹出温度は３７．３℃であった。
【００５３】
その後、回帰開口部８を閉口した５分後の午後７時２０分には、吹出風速は０．１８ｍ／ｓにまで遅くなり、さらに１０〜１５分後には約０．１ｍ／ｓとなり、ほぼ無風に近い状態になった。そして、再開口した１０分後の午後７時４０分には０．３ｍ／ｓまで早くなり、ほぼ閉口前の速度に回復した。
【００５４】
一方、回帰開口部８を閉口した５分後の和室温度は３２．１℃に上昇した。これは気温の変化が吹出風速の変化に比べ遅いため開口時の影響が残ったためであり、閉口した１０分後には２８．４℃となり、１５分後には２６．８℃にまで低下した。そして、再開口した１０分後の午後７時４０分には２７．７℃と上昇し、１５分後には３０．４℃とほぼ閉口前の温度に回復した。よって、回帰開口部８の開閉制御に従って、室温を迅速かつ適度に調整可能であることがわかる。
【００５５】
また、吹出温度は閉口時の午後７時２５分において３７℃であったが、その５分後には３３．１℃まで低下した。これは、開口時および閉口直後において蓄熱暖房装置４で暖められる空気には循環空気が含まれているが、閉口後に時間が経過すると給気手段３によって取り込まれる冷気のみになり、吹出温度の上昇が抑えられたためだと思われる。よって、閉口によって、吹き出し量のみならず、吹き出し温度にも影響があることがわかった。
【００５６】
また、排気手段３による排気状況を測定した。図７に示すように、回帰開口部８を閉じたときと開けたときの排気口７２における排気風速および排気風量をそれぞれ測定した。その結果、回帰開口部８を閉口してから１５分経過したときの排気口７２における排気風速は１．２１ｍ／ｓ、風量は１０７．１６ｍ３／ｈであった。一方、回帰開口部８を開口してから１５分経過後の排気口７２における排気風速は１．１９ｍ／ｓ、風量は１０５．３９ｍ３／ｈであった。すなわち、回帰開口部８の開閉制御により吹出開口部６からの吹き出し量を増減させても、排気手段７から排気される風速・風量はほぼ変わらず、常に建物１０の換気が行われていることがわかる。
【００５７】
図８は、図７で示した吹出風速、吹出温度および室内温度の測定結果より推定した床下空間２から居住空間５に吹き出した熱供給量をグラフにしたものである。図８に示すように、閉口時の熱量は、開口時に比べ１／４〜１／３倍の熱供給量であると推定され、迅速に室温を調整できると考えられる。
【００５８】
以上、本実施例１の実験により、自然対流式床下暖房換気システム１が換気と暖房とを同時に行うことが可能であり、回帰開口部８の開口面積を制御することにより吹き出し風速および熱供給量のコントロールができ、室温の調整が可能であることが確かめられた。
【実施例２】
【００５９】
つぎに、実施例２について説明する。本実施例２では、実施例１で実験を行った同じ建物１０において、実施例１とは異なる日における床下空間２と居住空間（和室）５との回帰開口部８の開閉による温度変動を測定した。回帰開口部８は、実施例１とは異なり、日中に閉口させておき、午後９時１５分頃から翌日午前０時２０分頃までの時間帯に開口させた。
【００６０】
図９は、本実施例２における実験によって得られた床下空間２と居住空間５の温度測定結果を示す折れ線グラフである。この図９の横軸は、本実施例２の実験日における午後７時頃から翌日午前２時頃までの時間を示しており、縦軸は測定された床下空間２と居住空間５の温度を示している。
【００６１】
図９に示すように、床下空間２の温度は、回帰開口部８が閉口している午後９時１５分頃まで、約２２℃に保たれている。この床下空間２の温度は、回帰開口部８が開口されると低下し、開口から約２時間後の午後１１時１５分頃には約２１．５℃まで低下し、その後、回帰開口部８が閉口するまでほぼその温度が維持された。そして、再び回帰開口部８が閉口されると床下空間２の温度は２２℃近くまで上昇した。
【００６２】
一方、居住空間５の温度は、回帰開口部８が閉口している午後９時１５分頃まで、外気温の低下に伴って徐々に低下していたが、回帰開口部８が開口されると、床下空間２から温かい空気が流れ込むため、１０分程度で約２３℃まで上昇し、その後も２３〜２４℃の間で安定的に維持された。そして、回帰開口部８を閉口すると、徐々に温度が低下し、２２〜２３℃の間で安定した。
【００６３】
以上、本実施例２の実験によれば、回帰開口部８を閉口および開口させることにより、送風機などの動力を用いることなく、自然対流のみによって床下空間２に蓄えられた熱量を居住空間５へと供給することができ、速やかに温度調節することが可能であることが確かめられた。
【実施例３】
【００６４】
つぎに、実施例３について説明する。本実施例３では、実施例１および実施例２で使用した建物と同じ建物１０を使用し、二日間にわたって回帰開口部８を開口させた場合と閉口させた場合の床下空間２と居住空間５との温度を測定した。第一日目の実験は午前７時頃から開始し、回帰開口部８を「開口」させた状態とした。一方、第二日目の実験は午前７時頃から開始し、回帰開口部８を「開口」させた状態とし、午後７時頃以降に「閉口」させて、その後の温度差を測定した。
【００６５】
図１０は、本実施例３の実験結果を示すもので、床下空間２と居住空間５との温度差を示す折れ線グラフである。この図１０の横軸は、本実施例３の各実験日における午後５時半頃からその日の深夜１２時頃までの時間を示しており、縦軸は測定された床下空間２と居住空間５との温度差を示している。
【００６６】
図１０に示すように、一日中回帰開口部８を開口させた状態とした第一日目において、床下空間２と居住空間５との温度差は、午後５時半頃には約１．８℃であったのに対し、時間経過とともに徐々に小さくなり、午後１１時半頃には約０．８℃になってる。この結果は、夕刻までは日差しや外気温の影響で居住空間５が床下空間２よりも若干気温が高くなっているが、夜になってそれらの影響が収まると、床下空間２から供給される空気によって両者の気温差が小さくなったものと考えられる。
【００６７】
一方、回帰開口部８を午後７時頃に閉口した第二日目において、床下空間２と居住空間５との温度差は、回帰開口部８を閉口する前は約１．５℃であったが、回帰開口部８を閉口すると、その温度差は速やかに大きくなって約２０分後には約２．２℃まで温度差が開き、その後、時間経過とともに約１．５〜２．０℃の範囲となった。
【００６８】
以上、本実施例３の実験によれば、回帰開口部８を開口させると、床下空間２から居住空間５へ熱供給が速やかに行われ、居住空間５内が満遍なく温められることにより、温度差が小さくなっていくことが確認できた。一方、回帰開口部８を閉口すると、床下空間２と居住空間５との温度差は１．５〜２．０℃程度の差が生じることが確認できた。すなわち、本件発明に係る自動対流式床下暖房換気システム１の動力源である床下空間２と建物内との温度差が回帰開口部８を開口し続けることにより小さくなると、自然に対流量が少なくなり、熱供給量を自動調節することができるという結果が得られた。
【００６９】
なお、本発明に係る自然対流式床下暖房換気システム１は、前述した各実施例に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００７０】
例えば、蓄熱暖房装置４は放熱部が吹出開口６近傍の床下空間２に設ければよく、装置本体を建物１０外や任意の床下空間２に設けることができる。また、放熱部は吹出開口部６よりも低い位置でダクトなどで繋がれることにより任意の場所に設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係る自然対流式床下暖房換気システムの実施形態および空気の流れを示す建物断面図である。
【図２】本発明に係る給気手段の他の実施形態を示す断面図である。
【図３】本実施形態における回帰空気量制御手段の（ａ）正面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）平面図である。
【図４】本実施形態において、回帰開口部が完全に開口しているときの空気の流れを示した概念図である。
【図５】本実施形態において、回帰開口部が完全に閉口しているときの空気の流れを示した概念図である。
【図６】実施例１に係る実験に用いた住宅の間取り図であり、（ａ）断面図、（ｂ）１階平面図、（ｃ）２階平面図である。
【図７】実施例１における測定時間毎の温度、風速および風量の測定値をまとめた表である。
【図８】実施例１における計測時間毎の床下空間から居住空間へ供給した、熱供給量をまとめた棒グラフである。
【図９】実施例２における測定時間毎の床下空間と居住空間の温度を表す折れ線グラフである。
【図１０】実施例３における測定時間毎の床下空間と居住空間の温度差を表す折れ線グラフである。
【符号の説明】
【００７２】
１  自然対流式床下暖房換気システム
１０  建物
１１  屋根
１２  間仕切壁
１３  天井懐
１４  床、床面
１５  窓
１６  階段
１７  ロフト
１８  天井
１９  通気路
２  床下空間
２１  基礎
２２  断熱材
３  給気手段
３１  給気入口
３２  給気出口
４  蓄熱暖房装置
４１  太陽光発電システム
５  居住空間
６  吹出開口部
７  排気手段
７１  排気塔
７２  排気口
８  回帰開口部
８１  回帰空気量制御手段
９  通気路
９１  壁内送気開口部
９２  壁内回帰開口部
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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