JP2013092271A - 換気装置及び換気システム - Google Patents

Abstract

【課題】時期を問わず年間を通じて換気の省エネルギー化を図ることのできる換気装置及び換気システムを得る。
【解決手段】室外温度センサー２１の検出値、及び室内温度センサー２２の検出値に基づいて判定した環境条件に応じて、熱交換経路Ｒ２を開放する熱交換モードとバイパス経路Ｒ３を開放するバイパスモードとを切り替えて換気運転を行う換気装置制御手段３０とを備え、換気装置制御手段３０は、環境条件に基づいて、換気量の目標値である換気量設定値が得られるよう給気送風機２を先行して駆動制御し、給気風量検出手段３３により検出された室外空気取入量に応じて、排気送風機３を駆動制御する給気先行運転と、換気量設定値が得られるよう排気送風機３を先行して制御し、排気風量検出手段３６により検出された排気風量に応じて、給気送風機２を駆動する排気先行運転のいずれかの運転を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、室外空気を室内へ供給し、室内空気を室外へ排出する換気装置及び換気システムに関する。

近年、住宅の高気密、高断熱化により住宅からの排気と住宅内への給気を適切に行う全般換気設備が必須となっている。全般換気の目的は、建物内の室内環境を適切に維持するため、絶えず必要な換気量を確保し、室内で発生する揮発性有機化合物の濃度を適正な水準以下に維持することにある。

このような全般換気に関し、換気回数として毎時０．５回以上の換気（住宅からの排気と住宅内への給気）を、常時（２４時間）機械力で機能させることが建築基準法に定められている。また一方で、全般換気を行う換気装置は２４時間常時機能するため、換気に伴うエネルギーの省エネルギー化の推進も求められている。

全般換気の省エネルギーには、排気経路と給気経路を明確に設備した上で、住宅の隙間からの漏気を抑制して必要最小限の換気量で運転することが換気動力の低減に有効である。また、排気と給気との間で熱交換させれば空調負荷を軽減することができる。

また、冬期においては室内外温度差により住宅の隙間を通じて自然換気量が増加するため、自然換気増加分を見越して、全般換気量を例えば、０．５回／時から０．３回／時に低減する処置も法に適合する上で認められている。また、室内の揮発性有機化合物を吸着又は除去して室内濃度を低下させて所定量の全般換気量を低減させる処置も法に適合する上で認められている。これらの処置によれば、法的に定められた０．５回／時の機械換気設備による全般換気量を低減することができ、全般換気に伴う動力、空調負荷を低減して省エネを推進することができる。

従来の換気装置として、熱交換器により室内空気と室外空気との間で熱交換する熱交換換気運転を行うものが知られている。熱交換換気は、冬期および夏期の空調負荷を低減するとともに、屋外空気を室内に取り入れる際の冬期コールドドラフトや、夏期・梅雨期の熱気・取り込みを軽減して、室内温熱環境を適切に保つ効果がある。しかし、例えば夏期の夜間や中間期など、室内に熱気がこもった場合には、熱交換換気によりかえって空調負荷が増大する問題があるため、熱交換器を迂回して換気を行う通常換気が行えるようにバイパス経路を備えた換気装置が提案されている。このような換気装置においては、熱交換換気と通常換気とに換気モードを切り替えて運転可能となっている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の換気装置においては、「給気流を形成得る給気用送風機と、排気流を形成する排気用送風機と風量可変に構成され、制御処理手段により通常換気時には換気の風量が増加される」ように構成されている。

また、一般に、冬期には自然換気量が増加することが知られている。そこで、冬期における自然換気量の増加を加味して機械換気による全般換気を行う換気装置として、室外からの空気を吸い込む室外吸込口にその開度を調節する開閉シャッターを設け、開閉シャッターの開度を操作することで室外からの空気吸込量を調節して、冬期における給気風量を低減するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第３４３８２８０号公報（第５頁〜第７頁） 特開２００６−７１２０５号公報（請求項４、第７頁）

特許文献１には、室内温度と室外温度を検出して熱交換換気と通常換気とを切り替え、通常換気においては給気用送風機と排気用送風機の風量を増加させる旨の記載があるが、その風量の具体的な制御については開示されていない。例えば通常換気時においては、熱交換換気時と比べて機体内部の圧力損失が低下するため排気風量が相対的に増加する傾向があり、そうなると、排気風量と給気風量にアンバランスが生じ、建物の隙間からの漏気が発生して換気効率が低下するという課題があった。

特許文献２には、開閉シャッターで室外吸込口の開度を調節することで冬期には給気量を低減することができる旨の記載があるが、いかにして適正な換気量を確保するかについては記載されていなかった。

このため、時期を問わず年間を通じて換気の省エネルギー化を図ることのできる換気装置及び換気システムが望まれていた。

本発明に係る換気装置は、室内に供給する給気流を形成する給気送風機と、室外への排気流を形成する排気送風機と、前記給気送風機と連通する室外空気取入口、及び給気口、並びに前記排気送風機と連通する熱交換用室内空気取入口、バイパス用室内空気取入口、及び排気口が形成され、前記給気送風機及び前記排気送風機を収容する本体ケースと、前記熱交換用室内空気取入口と前記排気口とを接続し、前記排気流と前記給気流とを熱交換させる熱交換器を備えた熱交換経路と、前記バイパス用室内空気取入口と前記排気口とを接続し、前記熱交換器を迂回するバイパス経路と、前記熱交換経路と前記バイパス経路の一方を開放して他方を閉じる経路切替手段と、前記室外空気取入口を通過する空気の温度を検出する室外空気温度検出手段と、前記熱交換用室内空気取入口又は前記バイパス用室内空気取入口から前記本体ケース内入る空気の温度を検出する室内空気温度検出手段と、前記給気送風機の駆動により前記室外空気取入口から前記本体ケース内に取り入れられる室外空気取入量を検出する給気風量検出手段と、前記排気送風機の駆動により前記排気口から排気される排気風量を検出する排気風量検出手段と、換気装置制御手段とを備え、前記換気装置制御手段は、前記室外空気温度検出手段の検出値、及び前記室内空気温度検出手段の検出値に基づいて判定した環境条件に応じて、前記熱交換経路を開放する熱交換モードと前記バイパス経路を開放するバイパスモードとの切り替え、及び、換気量の目標値である換気量設定値が得られるよう前記給気送風機を先行して駆動制御し、前記給気風量検出手段により検出された前記室外空気取入量に応じて前記排気送風機を駆動制御する給気先行運転と、前記換気量設定値が得られるよう前記排気送風機を先行して制御し、前記排気風量検出手段により検出された前記排気風量に応じて前記給気送風機を駆動する排気先行運転との切り替えを行うものである。

本発明によれば、全般換気において、室外空気温度と室内空気温度に基づいて判定される環境条件に応じて、熱交換モードまたはバイパスモード、及び給気先行運転または排気先行運転の運転条件で換気運転を行うことができる。このため、環境条件に適した換気運転が可能となり、例えば換気量の低減、空調負荷の低減、消費電力の低減などの省エネルギー効果を発揮することができる。

本発明の実施の形態１に係る換気システムの設置概要図である。 本発明の実施の形態１に係る換気装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る換気装置の主要部のブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る換気装置の制御フローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態に係る換気装置及び換気システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る換気システムの設置概要図である。図１では、本実施の形態１に係る換気システムＳを住宅などの建物に設置した状態を断面模式図で示している。図１に例示する建物は、一階と二階にそれぞれ居室を有する二階建ての住戸であり、便宜上、建物の内部を室内６１と称し、建物の外部を室外６２と称する。

本実施の形態１に係る換気装置１を備えた換気システムＳは、室外空気を室内へ供給し、室内空気を室外へ排出する換気を行う。本実施の形態１に係る換気装置１は、室内の空気から汚染物質を除いて循環させながら新鮮な外気を取り入れる循環併用運転を行い、建物内の適切な室内環境を維持する。また、本実施の形態１に係る換気装置１は、室内へ供給する給気流と室外へ排出する排気流との間で熱交換する熱交換換気を行う。

換気装置１は、建物の天井裏空間等に設置されており、複数のダクト５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ、５０ｆ（以下、ダクト５０と総称する場合がある）が接続される。ダクト５０は、室内６１又は室外６２と連通するようにして建物内に設置されている。換気装置１は、室内６１内の空気をダクト５０を介して取り込み（図１に室内空気をＲＡ１、ＲＡ３で示す）、取り込んだ空気を排気として室外６２へ排出する（図１に排気をＥＡで示す）。また、換気装置１は、室外６２の空気を取り込み（図１に室外空気をＯＡで示す）、取り込んだ空気をダクト５０を介して室内６１内へ給気流として供給する（図１に給気をＳＡで示す）。なお、図１に示す換気装置１への空気の取入口及び給気口の数は一例であり、設置される建物の間取りに応じて、ダクト５０を適宜分岐させて室内空気ＲＡ１、ＲＡ３の取入口や室内６１への給気ＳＡの給気口を設けてもよい。また、換気装置１は、室内６１内の空気を循環風としてダクト５０を介して取り込み（図１に循環風をＲＡ２で表す）、室外空気ＯＡと混合して給気ＳＡとして室内６１に供給する循環併用運転も行う。

図２は、実施の形態１に係る換気装置の概略構成図である。
換気装置１は、ほぼ箱状の本体ケース１０の内部に、給気送風機２と、排気送風機３と、熱交換器４とを備えている。本体ケース１０には、室外空気取入口１１と、給気口１２と、室内空気取入口１３と、室内空気取入口１４と、排気口１５と、循環空気取入口１６とが形成されている。室外空気取入口１１、給気口１２、室内空気取入口１３、室内空気取入口１４、排気口１５、及び循環空気取入口１６には、それぞれ、ダクト５０と各開口部とを接続するための所定長さの管路である接続部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａが設けられている。

本体ケース１０の内部には、複数の通風路が形成されている。
一系統めの通風路は、室外空気取入口１１から給気口１２に至る通風路であり（通風路Ｒ１と称する）、この通風路Ｒ１内に、給気送風機２が配置されている。給気送風機２が動作すると、図２に空気流Ｆ１として示すように、室外６２の空気が室外空気取入口１１から本体ケース１０内に取り入れられ、取り入れられた空気は給気口１２から室内６１へと給気流として供給される。

二系統めの通風路は、室内空気取入口１３から排気口１５に至る通風路であり（熱交換経路Ｒ２と称する）、この熱交換経路Ｒ２内に、排気送風機３が配置されている。排気送風機３が動作すると、図２に空気流Ｆ２として示すように、室内６１の空気が、室内空気取入口１３から本体ケース１０内に取り入れられ、取り入れられた空気は排気口１５から室外６２へと排気される。

この通風路Ｒ１、Ｒ２の一部は、熱交換器４において空気対空気での熱交換が可能に構成されている。すなわち、熱交換器４において、室内へ給気される空気流Ｆ１と室外へ排気される空気流Ｆ２との間で、熱交換が行われる。

三系統めの通風路は、室内空気取入口１４から排気送風機３へ至る通風路であり（バイパス経路Ｒ３と称する）、このバイパス経路Ｒ３は、熱交換器４を迂回する構成となっている。バイパス経路Ｒ３は熱交換器４を通らない経路であり、熱交換経路Ｒ２に対して圧力損失が低位となるよう構成されている。

本体ケース１０には、室内空気取入口１３と室内空気取入口１４のうち、一方を閉塞し他方を開放するように動作するバイパス切替手段５が設けられている。バイパス切替手段５は、例えばダンパー装置であり、室内空気取入口１３と室内空気取入口１４のうちいずれか一方を開放することにより、その開放された取入口に連なる通風路（熱交換経路Ｒ２又はバイパス経路Ｒ３）を、空気が通過することとなる。熱交換経路Ｒ２用の室内空気取入口である室内空気取入口１３が開放されている場合には、室内空気取入口１３から室内空気ＲＡ１が本体ケース１０内に取り込まれ、通風路Ｒ１を通る空気流Ｆ１と熱交換経路Ｒ２を通る空気流Ｆ２（室内空気ＲＡ１）とが熱交換器４にて熱交換を行う熱交換モードでの運転が行われる。一方、バイパス経路Ｒ３用の室内空気取入口である室内空気取入口１４が開放されている場合には、室内空気取入口１４から室内空気ＲＡ３が本体ケース１０内に取り込まれ、通風路Ｒ１を通る空気流Ｆ１とバイパス経路Ｒ３を通る空気流Ｆ３（室内空気ＲＡ３）とが熱交換器４にて熱交換を行わず、バイパスモードでの運転が行われる。

循環空気取入口１６は、給気送風機２の吸込口２ａと連通する位置に開口している。この循環空気取入口１６には、一端が室内上層部空間６１ａに開口したダクト５０ｆが接続されており、循環空気取入口１６はダクト５０ｆを介して室内上層部空間６１ａと連通している。循環空気取入口１６には、通気断面積を調節するダンパー開閉調節手段６を備えている。ダンパー開閉調節手段６は、開度を複数段階に調節可能なダンパー装置であり、循環空気取入口１６を全閉状態から全開状態の範囲で遮蔽あるいは開放することにより、通気断面積を調節する。ダンパー開閉調節手段６によって調節される通気断面積により、循環空気取入口１６から吸込口２ａに吸い込まれる空気の量が調節される。なお、本実施の形態１に係るダンパー開閉調節手段６は、本発明に係る通気断面積調節手段の一例である。通気断面積調節手段としては、本実施の形態１に示したもののほか、給気送風機２の吸込口２ａに吸い込まれる循環風ＲＡ２の通気断面積を調節可能なものであれば任意の構成を採用することができる。

また、循環空気取入口１６に流入する空気の通風路上（又は、循環空気取入口１６から給気送風機２の吸込口２ａに至る通風路上）には、揮発性有機化合物を吸着又は除去する室内空気清浄フィルター７が備えられている。室内空気清浄フィルター７は、例えば、セルロースに活性炭を混抄した混抄紙に人工酵素を添着した濾材を、圧損の少ない２３０メッシュ／平方インチ程のコルゲートハニカム構造に成形したもので、幅９１ｍｍ、高さ９１ｍｍ、厚さ１５ｍｍ程度にカットしたものが用いられている。この室内空気清浄フィルター７は、使い捨てでありカセット式に交換することが可能である。

この他にも、室内空気清浄フィルター７としては、吸湿機能を持つ吸湿性材料に常温活性触媒を複合化した基材をハニカム状や、コルゲート状に成形したものでもよい。吸湿性材料としては、シリカゲル又はゼオライトをベースとした吸湿性セラミックスが用いられる。吸湿性材料に複合化する常温活性触媒としては、貴金属と金属酸化物を複合した触媒が用いられる。貴金属としては、金、白金、イリジウム、ロジウム又はルテニウムが、金属酸化物としては、酸化錫、酸化マンガン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウム等がそれぞれ用いられる。吸湿性セラミックスは、常温活性触媒との複合化が容易であり、長寿命化を図ることができ、枠に組み込むことで補強することができる。前者は、使い捨てであるが、この室内空気清浄フィルター７は、吸湿性材料が室温程度の温度下でも空気中の水蒸気を表面に吸着・凝縮し、水膜を形成し、この水膜に空気中の水溶性の臭気ガス等の有害ガスを溶解することで臭気除去機能を果たす。吸湿性材料の水膜に溶解され保持された有害ガスは、常温活性触媒により徐々に酸化分解され、室内空気清浄フィルター７は自己再生する。つまり、メンテナンスフリーで永年使用することができる。

室内空気清浄フィルター７の上流と下流には、それぞれ、室内空気汚染物質の濃度を検出するフィルター上流濃度検出手段８ａとフィルター下流濃度検出手段８ｂを備えている。フィルター上流濃度検出手段８ａ、フィルター下流濃度検出手段８ｂとしては、空気中に含まれる室内空気汚染物質の濃度を検出可能なものであれば、任意の検出装置を用いることができる。

また、換気装置１には、室外６２の空気温度を検出するための室外温度センサー２１と、室内６１の空気温度を検出するための室内温度センサー２２とを備えている。本実施の形態１では、室外温度センサー２１は、室外空気取入口１１近傍の室外空気経路内に設けられており、室外空気取入口１１から取り入れられる空気の温度を検出する。なお、室外温度センサー２１の設置位置をこれに限定するものではなく、例えばダクト５０ａ内など室外６２の空気温度を検出可能な任意の場所に設置することができる。

室内温度センサー２２は、本実施の形態１では、室内空気取入口１３及び室内空気取入口１４の空気流れ上流側であって、バイパス切替手段５により熱交換経路Ｒ２とバイパス経路Ｒ３のいずれが通風可能となっている場合であっても空気が流れる領域に配置されている。より具体的には、図２に示すように、本体ケース１０の外側には、室内空気取入口１３及び室内空気取入口１４の双方に連通するように接続された室内空気取入風路１７が接続されており、この室内空気取入風路１７内に、バイパス切替手段５が設けられている。接続部１３ａと接続部１４ａは、室内空気取入風路１７を介して、それぞれ室内空気取入口１３と室内空気取入口１４に接続されている。室内空気取入風路１７の内部には、室内空気取入口１３側と室内空気取入口１４側とを仕切る隔壁が設けられているが、この隔壁には、バイパス切替手段５が室内空気取入口１３と室内空気取入口１４のいずれを開放している場合であっても空気の流通が可能な温度センサー開口部１８が設けられている。そして、この温度センサー開口部１８の近傍領域（共通部１９と称する）に、室内温度センサー２２が設置されている。このため、バイパス切替手段５により熱交換経路Ｒ２とバイパス経路Ｒ３のいずれが通風可能となっている場合であっても、室内温度センサー２２の近傍に室内空気が流れるように構成されている。なお、室内温度センサー２２の設置位置をこれに限定するものではなく、熱交換経路Ｒ２とバイパス経路Ｒ３のいずれが通風可能となっている場合であっても室内の空気温度を検出可能な任意の場所に設置することができる。

図３は、実施の形態１に係る換気装置の主要部のブロック図である。
換気装置１は、換気装置１を構成する各部の全体的な制御を行う換気装置制御手段３０を備えている。換気装置制御手段３０には、室外温度センサー２１、室内温度センサー２２、及び後述する汚染物質捕集効率算定手段３８からの情報と、換気量設定手段４１により設定される換気量が入力され、換気装置制御手段３０は、これらの情報に基づいて所定の換気量が得られるように各部を制御する。換気量設定手段４１は、具体的には例えば居室の壁面等に設置される換気装置１の制御パネルに設けられたスイッチであり、例えば「大風量換気」／「小風量換気」のように換気量の設定が可能である。使用者は、換気量設定手段４１のスイッチを操作することにより、換気量を設定する。

換気装置制御手段３０には、ダンパー開閉調節手段６の開度に関する情報が入力される。ダンパー開閉調節手段６は、循環併用設定手段４２により循環併用運転の開始の設定がなされると、全閉状態から開側へと作動する。また、循環併用設定手段４２により循環併用運転の停止の設定がなされると、ダンパー開閉調節手段６は全閉状態となる。循環併用運転中においては、ダンパー開閉調節手段６は、換気装置制御手段３０によって開度が制御される。循環併用設定手段４２は、具体的には居室の壁面等に設置される換気装置１の制御パネルに設けられたスイッチである。使用者は、このスイッチを操作することにより、循環併用運転の開始と停止とを切り替える。

また、換気装置制御手段３０は、バイパス換気設定手段３７を介して、バイパス切替手段５の動作を制御する。バイパス換気設定手段３７は、換気装置制御手段３０からの制御信号に基づいて、室内空気取入口１３と室内空気取入口１４のうちいずれか一方を開放するようバイパス切替手段５を動作させる。

また、換気装置制御手段３０は、給気風量設定手段３１に対して、目標となる換気量（換気量設定値）に関する情報を出力する。給気風量設定手段３１は、入力された換気量設定値を得るために必要な給気風量を算出して設定する。給気送風機制御手段３２は、給気風量設定手段３１により設定された給気風量が得られるよう、給気送風機２の送風能力（回転速度）を制御する。換気装置１には、給気風量を検出するための圧力センサー等を備えた給気風量検出手段３３が設けられており、給気送風機制御手段３２は、給気風量検出手段３３により検出される給気風量に基づいて、給気送風機２の運転を制御する。なお、給気風量検出手段３３による風量検出処理については後述する。

また、換気装置制御手段３０は、排気風量設定手段３４に対して、目標となる換気量（換気量設定値）に関する情報を出力する。排気風量設定手段３４は、入力された換気量設定値を得るために必要な排気風量を算出して設定する。排気送風機制御手段３５は、排気風量設定手段３４により設定された排気風量が得られるよう、排気送風機３の送風能力（回転速度）を制御する。換気装置１には、排気風量を検出するための圧力センサー等の排気風量検出手段３６が設けられており、排気送風機制御手段３５は、排気風量検出手段３６により検出される排気風量に基づいて、排気送風機３の運転を制御する。

また、換気装置１には、汚染物質捕集効率算定手段３８が設けられている。汚染物質捕集効率算定手段３８には、室内空気清浄フィルター７の上流と下流にそれぞれ設けられたフィルター上流濃度検出手段８ａ、フィルター下流濃度検出手段８ｂが検出した値が入力される。汚染物質捕集効率算定手段３８は、フィルター上流濃度検出手段８ａ、フィルター下流濃度検出手段８ｂの検出値に基づき、室内空気清浄フィルター７による汚染物質の捕集効率を算定する。具体的には、汚染物質捕集効率は、以下の式で算出する。
汚染物質捕集効率＝（室内空気清浄フィルター７の上流の濃度Ｃ−室内空気清浄フィルター７の下流の濃度Ｃｐ）÷室内空気清浄フィルター７の上流の濃度Ｃ

換気装置制御手段３０には、汚染物質捕集効率算定手段３８が算出した汚染物質捕集効率が入力される。換気装置制御手段３０は、汚染物質捕集効率に基づいて、換気量低減運転を行う。

なお、換気装置制御手段３０、給気風量検出手段３３、排気風量検出手段３６、給気風量設定手段３１、排気風量設定手段３４、バイパス換気設定手段３７、及び汚染物質捕集効率算定手段３８等は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。また、図３に示したこれらの構成は、機能を概念的に記載したものであり、必ずしも物理的に図３に記載のように構成されていることを要しない。すなわち、これらの構成の機能を実現できるものであれば、具体的な装置の分散・統合に関する具体的形態は図示のものに限定されない。

次に、本実施の形態１に係る換気装置１の循環併用運転について説明する。循環併用運転においては、室内空気清浄フィルター７による汚染物質の捕集度合いに基づき、換気量（室外空気ＯＡの量）を低減するための運転を行う。

まず、使用者が循環併用設定手段４２を操作して循環併用運転の開始が設定されたものとする。
そうすると、ダンパー開閉調節手段６が全閉状態から開側へ作動し、循環空気取入口１６から換気装置１への循環風の取り入れが開始される。循環併用運転が開始されると、給気送風機２の動作により、室外空気取入口１１から取り入れられた室外６２の空気に加え、循環空気取入口１６から取り入れられた循環風が、給気口１２から室内６１へと供給されることとなる。

このとき、ダンパー開閉調節手段６の開度によって、給気送風機２により給気される室外空気取入量と循環風量の割合とが変化する。すなわち、ダンパー開閉調節手段６により循環風の通気断面積が小さく設定されると、給気風量に占める室外空気の取入量は相対的に多くなり、また、循環風の通気断面積が大きく設定されると、給気風量に占める室外空気の取入量は相対的に少なくなる。

給気風量検出手段３３は、少なくとも、ダンパー開閉調節手段６により通気断面積が調節される通風路の風量変化を検知可能な圧力センサー等のセンサーを備えている。給気風量検出手段３３は、このセンサーの検出値に基づいて、ダンパー開閉調節手段６が全閉状態から開側へ動作したことによって給気風量が大きくなる変化を捉えると、ダンパー開閉調節手段６の動作後の給気風量に占める室外空気と室内空気（循環風）の各々の風量を算定する。具体的には、室外空気取入口１１からの経路の圧力損失と、並列経路として加わった循環空気取入口１６からの経路の圧力損失との合成圧力損失を検出し、予め入力されている給気送風機２の風量−静圧特性データに基づいて、給気風量に占める室外空気取入量Ｖと循環風量Ｑｒとを算定する。

そして、換気装置制御手段３０は、給気風量検出手段３３が検出した室外空気取入量Ｖ、循環風量Ｑｒの算定値、並びに汚染物質捕集効率算定値の各々の算定値から、下式により有効換気換算量Ｖｑを算出する。
有効換気換算量Ｖｑ＝循環風量Ｑｒ×汚染物質捕集効率＋室外空気取入量Ｖ
なお、汚染物質捕集効率を算出する式については上述の通りである。

この有効換気換算量Ｖｑは、室内空気清浄フィルター７より汚染物質が捕集されて換気装置１に取り込まれる循環風ＲＡ２を、室外空気導入とみなして計算しているものであり、換気装置１としては、有効換気換算量Ｖｑが換気装置制御手段３０により設定された換気量以上であることが必要となる。

そこで、換気装置制御手段３０は、ダンパー開閉調節手段６を制御して循環風ＲＡ２の通気断面積を調節する。そして、ダンパー開閉調節手段６により通気断面積が調節される都度、給気風量検出手段３３は、ダンパー開閉調節手段６の動作による風量の変化から、給気に占める室外空気ＯＡと室内空気（循環風ＲＡ２）の各々の風量を算定し、また、前記のように汚染物質捕集効率を算定する。これらから算定される有効換気換算量Ｖｑが、換気装置制御手段３０によって設定された換気量設定値を上回るよう、ダンパー開閉調節手段６により循環風ＲＡ２の通気断面積を調節する。

また、ダンパー開閉調節手段６の開度を最大としたとき（循環風ＲＡ２の通気断面積を最大としたとき）に、換気装置制御手段３０の換気量設定値に対し有効換気換算量Ｖｑが所定値以上超えている場合（すなわち、換気量設定値に対して有効換気換算量Ｖｑが大きすぎる場合）には、給気風量設定手段３１は、換気量設定値に対して有効換気換算量Ｖｑが所定範囲内となるよう給気風量を調整する。具体的には、給気風量設定手段３１は、給気風量を段階的に下方修正して設定し、給気送風機制御手段３２は、給気風量検出手段３３による検出値が設定された給気風量となるように、給気送風機２の送風能力を調整する。そして、その都度、換気装置制御手段３０が有効換気換算量Ｖｑを算出し、換気量設定値に対して有効換気換算量Ｖｑが所定範囲内となっているかを判断する。このような制御動作を、換気量設定値に対して有効換気換算量Ｖｑが所定範囲内となるまで繰り返す。このように、給気送風機２の送風能力を制御して給気風量を調整することで、有効換気換算量Ｖｑを所定範囲内に収める。

上記のようにして給気風量が調整された後、排気風量設定手段３４は、給気風量と排気風量とが同量に近づくよう、排気風量検出手段３６、排気送風機制御手段３５を用いて排気送風機３の送風能力を調整する。

前述のように、室外空気取入口１１及び排気口１５は、室外空間と連通し、循環空気取入口１６は、建物の室内上層部空間６１ａと連通している。したがって、当該換気装置１及び換気システムＳは、建物の上層部の室内空気を吸い込んで室内空気清浄フィルター７で室内汚染の基となる揮発性有機化合物を吸着又は除去した後、揮発性有機化合物が除かれた循環風ＲＡ２と室外空気ＯＡとを給気送風機２により混合して、給気口１２から室内６１に給気ＳＡとして供給する。そして、前記の通り、このときの室外空気給気量と室内空気排気量は、略同量となるように制御されるため、住宅の各部位に存在する建物隙間からの空気の漏入、漏出は抑制される。

以上説明した構成において、換気装置１の動作を説明する。
図４は、実施の形態１に係る換気装置の制御フローチャートである。

ステップＳ１において、換気装置制御手段３０は、換気量設定手段４１の設定に基づいて住宅気積における０．５回／時という全般換気回数に見合う換気量Ｑを設定し、この換気量Ｑが得られるよう熱交換モードで運転を開始する。

このとき、図４には記載していないが、前述のように、換気装置制御手段３０が設定した換気量Ｑ（換気量設定値）に基づき、給気風量設定手段３１が給気風量を設定するとともに排気風量設定手段３４が排気風量を設定する。そして、給気送風機２は、給気風量設定手段３１により設定された給気風量に基づいて、０．５回／時の換気量に見合う所定の風量で運転する。また、排気送風機３は、排気風量設定手段３４により設定された排気風量に基づいて、０．５回／時に見合う所定の風量で運転する。

ステップＳ２において、室外温度センサー２１の検出温度（図４中、ＯＡと記載。以下同様。）が１６℃以下か否かを判定し、１６℃以下であれば（Ｓ２；Ｙｅｓ）、ステップＳ３において室内温度センサー２２の検出温度（図４中、ＲＡと記載。以下同様。）が室外温度センサー２１の検出温度より４℃以上高いか否かを判定し、４℃以上高ければ（Ｓ３；Ｙｅｓ）、冬期の環境条件であると判断する。そして、ステップＳ４において、換気装置制御手段３０は、換気量Ｑを、０．５回／時の換気量から０．３回／時に見合う換気量へと設定の変更を行う。

また、ステップＳ２において、室外温度センサー２１の検出温度が１６℃を超えていると判定すると（Ｓ２；Ｎｏ）、ステップＳ５において、室外温度センサー２１の検出温度が２４℃以下か否かを判定し、２４℃以下であれば（Ｓ５；Ｙｅｓ）、ステップＳ６において、室内温度センサー２２の検出温度と室外温度センサー２１の検出温度の温度差が２℃以下か否かを判定し、温度差が２℃以下であれば（Ｓ６；Ｙｅｓ）、中間期で空調負荷が小さい温熱環境条件であると判断する。そして、ステップＳ７において、換気量は変えず０．５回／時のまま、バイパスモードでの換気運転に運転モードを変更する。

また、ステップＳ６において、室内温度センサー２２の検出温度と室外温度センサー２１の検出温度との温度差が２℃を超えていると判定した場合は（Ｓ６；Ｎｏ）、ステップＳ８において、ステップＳ１と同じ０．５回／時の換気量で熱交換モードの設定のまま換気運転を続ける。

また、ステップＳ５において、室外温度センサー２１の検出温度が２４℃を超えていると判定したときは（Ｓ５；Ｎｏ）、ステップＳ９において、室外温度センサー２１の検出温度が２８℃以下か否かを判定し、２８℃以下であれば（Ｓ９；Ｙｅｓ）、夏期で空調負荷が小さい温熱環境条件と判断する。そして、ステップＳ７において、換気量は変えず０．５回／時のまま、バイパスモードでの換気運転に運転モードを変更する。

また、前記ステップＳ９において、室外温度センサー２１の検出温度が２８℃を超えていると判定したときは（Ｓ９；Ｎｏ）、ステップＳ１０において、室内温度センサー２２の検出温度が室外温度センサー２１の検出温度以上の高温か否かを判定し、高温であれば（Ｓ１０；Ｙｅｓ）、夏期の排熱を要する温熱環境条件と判断する。そして、ステップＳ１１に移行して、換気量を１．０回／時に変更してバイパスモードでの換気運転に運転モードを変更する。

また、ステップＳ３において室内温度センサー２２の検出温度が室外温度センサー２１の検出温度より４℃以上高いか否かを判定し、温度差が４℃未満のときは（Ｓ３；Ｎｏ）、冬期の自然換気が期待できない温熱環境条件と判断する。そして、ステップＳ８に移行して、ステップＳ１と同様に０．５回／時の換気量で熱交換モードの設定のままとする。

また、ステップＳ１０において、室内温度センサー２２の検出温度が室外温度センサー２１の検出温度以上の高温か否かを判定し、高温でなければ（Ｓ１０；Ｎｏ）、夏期の冷房負荷が生じている温熱環境条件であると判断する。そして、ステップＳ８に移行して、ステップＳ１と同様に０．５回／時の換気量で熱交換モードの設定のままとする。

前記ステップＳ４、ステップＳ７及びステップＳ８の後、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２では、ステップＳ１で設定された運転条件が変更されたか否かを判断する。具体的には、運転モードが熱交換モードからバイパスモードへ変更された場合、換気量が０．５回／時から変更された場合、のいずれかに該当するか否かを判断する。
運転条件が変更されていないときには（Ｓ１２；Ｎｏ）、ステップＳ２６に進み、その運転状態を所定時間（図４の例では１時間）継続する。
運転条件が変更されたときは（Ｓ１２；Ｙｅｓ）、ステップＳ１３において、前述のように換気装置制御手段３０により設定された換気量Ｑに基づいて、給気風量設定手段３１が給気風量Ｑｓを設定する。そして、この給気風量Ｑｓが得られるように、給気風量検出手段３３の検出値に基づいて給気送風機制御手段３２が給気送風機２の運転を制御する。ステップＳ１３にて設定される給気風量Ｑｓは、室外から取り込まれる室外空気取入量である。

続けて、ステップＳ１４において、排気風量設定手段３４は、ステップＳ１３にて設定・調整された給気風量Ｑｓと同量となるように排気風量Ｑｅを設定する。そして、この排気風量Ｑｅが得られるように、排気風量検出手段３６の検出値に基づいて排気送風機制御手段３５が排気送風機３の運転を制御する。

このように、換気システムＳが設置された建物の環境条件が、冬期の環境条件であると判断した場合や、中間期で空調負荷が小さい温熱環境であると判断した場合には、換気量Ｑに応じた給気風量Ｑｓが得られるよう給気送風機２を先行して動作させる（ステップＳ１３参照）。そして、この給気送風機２の給気量（室外空気取入量）と同量の排気風量Ｑｅが得られるように、排気送風機３を動作させるようにしている（ステップＳ１４参照）。このように、給気送風機２を先行して動作させる給気先行運転によって、新鮮な室外空気を室内６１により確実に供給することができる。

続けて、ステップＳ１５において、循環併用設定手段４２により循環併用運転が選択されたか否かを判定する。
循環併用運転が選択されていない場合には（Ｓ１５；Ｎｏ）、ステップＳ２６に進み、その運転状態を所定時間（図４の例では１時間）継続する。
循環併用運転が選択されている場合は（Ｓ１５；Ｙｅｓ）、循環併用運転を開始する。まず、ステップＳ１６において、ダンパー開閉調節手段６を全開状態として、循環風ＲＡ２の通気断面積を最大の面積とする。

続けて、ステップＳ１７において、給気風量検出手段３３は、ダンパー開閉調節手段６により通気断面積が調節される通風路の、ダンパー開閉調節手段６が全開状態となったことに伴う風量変化を検出し、給気側の圧力損失Ｐｏａ、及び循環側の圧力損失Ｐｒｓを推算する。次に、ステップＳ１８において、給気風量検出手段３３は、ステップＳ１７で推算した給気側圧力損失Ｐｏａ及び循環側圧力損失Ｐｒｓに基づいて、前述のようにして室外空気取入量Ｖ及び循環風量Ｑｒを算出する。

次に、ステップＳ１９において、フィルター上流濃度検出手段８ａにより汚染物質濃度（フィルター上流濃度Ｃ）を検出するとともに、フィルター下流濃度検出手段８ｂにより汚染物質濃度（フィルター下流濃度Ｃｐ）を検出し、これらの値から、前述のようにして室内空気清浄フィルター７による汚染物質捕集効率を算定する。

次に、ステップＳ２０において、換気装置制御手段３０は、ステップＳ１８及びステップＳ１９で算出した、室外空気取入量Ｖ及び循環風量Ｑｒ並びに汚染物質捕集効率に基づいて、前述のようにして有効換気換算量Ｖｑを算出する。

次に、ステップＳ２１において、有効換気換算量ＶｑがステップＳ１３で設定された給気風量Ｑｓ（換気装置制御手段３０により設定された換気量Ｑに等しい）に対し、許容範囲内であるかを判定する。図４に示す例では、「給気風量Ｑｓ≦有効換気換算量Ｖｑ≦給気風量Ｑｓ＊１．１」を有効換気換算量Ｖｑの許容範囲値としているが、この数値は一例である。そして、有効換気換算量Ｖｑが、許容範囲内の水準であれば（Ｓ２１；Ｙｅｓ）、ステップＳ２２において、ステップＳ１８で算出された室外空気取入量Ｖと同量になるように、排気風量設定手段３４が排気風量Ｑｅを設定する。そして、排気風量設定手段３４により設定された排気風量Ｑｅが得られるよう、排気風量検出手段３６、排気送風機制御手段３５により、排気送風機３を所定の風量で運転する。

また、ステップＳ２１において有効換気換算量ＶｑがステップＳ１３で設定された給気風量Ｑｓに対して許容範囲外である場合には（Ｓ２１；Ｎｏ）、ステップＳ２３において、ステップＳ２０で算出した有効換気換算量Ｖｑと、ステップＳ１３で設定された給気風量Ｑｓ（換気装置制御手段３０により設定された換気量Ｑに等しい）との大小関係を判定する。そして、有効換気換算量Ｖｑよりも給気風量Ｑｓが大であれば（Ｓ２３；Ｙｅｓ）、ステップＳ２４において、ダンパー開閉調節手段６により循環風ＲＡ２の通気断面積を１段階小さくし、ステップＳ１７に移行する。

ここで、ステップＳ１７においては、前記同様にダンパー開閉調節手段６により通気断面積が調節される通風路の上流側と下流側の風量変化を検出し、給気側の圧力損失Ｐｏａ、及び循環側の圧力損失Ｐｒｓを推算する。すなわち、ステップＳ２４にてダンパー開閉調節手段６により通気断面積が１段階小さくなった状態で、再び給気側の圧力損失Ｐｏａ、及び循環側の圧力損失Ｐｒｓを推算するのである。ステップＳ１８以降の動作は、前述の通りである。

また、ステップＳ２３において、ステップＳ２０で算出した有効換気換算量ＶｑがＳ１４で設定された給気風量Ｑｓ以上である場合には（Ｓ２３；Ｎｏ）、ステップＳ２５において、給気送風機制御手段３２により、給気送風機２の速度ノッチを１段階下げて、室外空気取入量Ｖ及び循環風量Ｑｒをその割合を変えずに減少させ、ステップＳ１８に移行する。

ステップＳ２５に続いて実行するステップＳ１８においては、給気送風機２の速度ノッチが１段階下げられたことに伴う室外空気取入量Ｖ及び循環風量Ｑｒを算出することとなる。ステップＳ１９以降の動作は、前述の通りである。

そして、ステップＳ２６においては、これ以前のステップでの運転状態を所定時間（図４の例では１時間）継続した後、前記ステップＳ２に移行して、以上で説明したステップを繰り返し実行する。所定時間おきにステップＳ２に戻って環境条件の判断を行うことで、時々刻々と変化しうる建物の環境に応じた換気運転が可能となる。

また、ステップＳ２７においては、１．０回／時の換気量に対応する排気風量Ｑｅを排気風量設定手段３４が設定し、当該排気風量Ｑｅが得られるように排気風量検出手段３６、排気送風機制御手段３５により排気送風機３を運転する。このとき、バイパス切替手段５によってバイパス経路Ｒ３が選択され、バイパス経路Ｒ３にて排気が行われる。
さらに、このステップＳ２７において、給気風量設定手段３１は、排気風量Ｑｅと同量の給気風量Ｑｓを設定し、当該給気風量Ｑｓが得られるように、給気風量検出手段３３、給気送風機制御手段３２により給気送風機２を運転する。その後は、前述のステップＳ２６に移行する。

このように、換気システムＳが設置された建物の環境条件が、夏期の排熱を要する温熱環境であると判断した場合には、バイパスモードで運転するとともに、換気量Ｑに応じた排気風量Ｑｅが得られるよう排気送風機３を先行して動作させる（ステップＳ２７参照）。そして、この排気送風機３の排気量と同量の給気風量Ｑｓ（室外空気取入量）が得られるように、給気送風機２を動作させるようにしている（ステップＳ２７参照）。このように、排気送風機３を先行して動作させる排気先行運転により、排気を優先した換気運転が実現され、効率的に排熱を行うことができる。また、バイパスモードにおいて排気経路となるバイパス経路Ｒ３は、熱交換経路Ｒ２に対して圧力損失が低いため、従来であれば給気風量と排気風量のアンバランスにより建物の隙間からの漏気が生じて換気効率が低下するおそれがあった。しかし、本実施の形態１においては、排気風量Ｑｅに応じて給気風量Ｑｓを調節するようにしているので、排気風量と給気風量のバランスが適正に保たれ、建物の隙間からの漏気を抑制することができる。このため、建物の排熱効果を高めることができる。なお、バイパス経路Ｒ３への空気の取入口である室内空気取入口１４を、建物の室内上層部空間６１ａに連通させるようダクト５０を接続してもよい。このようにすることで、夏期において建物の室内上層部空間６１ａにこもりやすい熱気をバイパス経路Ｒ３から室外６２へと排出することができるので、建物内の熱気を効率よく排出することができる。

なお、ステップＳ２６の継続運転中に、換気量設定手段４１、循環併用設定手段４２により換気風量、運転モードが変更された場合は、割り込み処理により、適宜所定のステップからフローチャートを再スタートさせる。

また、図４で示した数値はあくまでも一例であり、この換気装置１及び換気システムＳが設置される環境（寒冷地、温暖地など）や、建物の用途等の条件に応じて適宜数値を変更することが可能である。

以上説明したように、本実施の形態に係る換気装置１では、室外温度センサー２１の検出温度と室内温度センサー２２の検出温度に基づいて、換気装置１が設置された建物の環境条件を判断するようにした。そして、この環境条件に基づいて、給気先行運転か排気先行運転のいずれかを実行するようにした。例えば冬期の環境条件や、中間期で空調負荷が小さい温熱環境条件である場合には、給気先行運転を行うことで、新鮮な室外空気を室内６１により確実に供給することができる。また、例えば夏期の排熱を要する温熱環境条件の場合には、排気先行運転を行うことで、効率的に排熱を行うことができるため、空調負荷を低減することができる。

また、室外温度センサー２１の検出温度と室内温度センサー２２の検出温度、及びこれらの温度差に基づいて判断した環境条件に基づいて、熱交換モードとバイパスモードで運転モードを切り替えるようにした。また、この環境条件に基づいて、目標となる換気量を設定するようにした。このため、室内空気環境を適正に保ちつつ、換気による消費電力や空調負荷を低減する省エネルギー効果を得ることができる。

以上のように、本発明に係る換気装置は、住宅からの排気と住宅内への給気を常時（２４時間）機能させる全般換気の省エネの手段としての室内空気と室外空気との間で熱交換させながら換気を行う熱交換換気において、空調負荷などを軽減する手法や必要換気量を過不足なく制御して換気による消費電力、空調負荷を低減する換気装置、換気システムに有用である。

１ 換気装置、２ 給気送風機、２ａ 吸込口、３ 排気送風機、４ 熱交換器、５ バイパス切替手段、６ ダンパー開閉調節手段、７ 室内空気清浄フィルター、８ａ フィルター上流濃度検出手段、８ｂ フィルター下流濃度検出手段、１０ 本体ケース、１１ 室外空気取入口、１２ 給気口、１３ 室内空気取入口、１４ 室内空気取入口、１５ 排気口、１６ 循環空気取入口、１７ 室内空気取入風路、１８ 温度センサー開口部、１９ 共通部、２１ 室外温度センサー、２２ 室内温度センサー、３０ 換気装置制御手段、３１ 給気風量設定手段、３２ 給気送風機制御手段、３３ 給気風量検出手段、３４ 排気風量設定手段、３５ 排気送風機制御手段、３６ 排気風量検出手段、３７ バイパス換気設定手段、３８ 汚染物質捕集効率算定手段、４１ 換気量設定手段、４２ 循環併用設定手段、５０ ダクト、６１ 室内、６１ａ 室内上層部空間、６２ 室外、ＥＡ 排気、ＯＡ 室外空気、ＲＡ１ 室内空気、ＲＡ２ 循環風、ＲＡ３ 室内空気、ＳＡ 給気、Ｒ１ 通風路、Ｒ２ 熱交換経路、Ｒ３ バイパス経路。

Claims (7)

1. 室内に供給する給気流を形成する給気送風機と、
   室外への排気流を形成する排気送風機と、
   前記給気送風機と連通する室外空気取入口、及び給気口、並びに前記排気送風機と連通する熱交換用室内空気取入口、バイパス用室内空気取入口、及び排気口が形成され、前記給気送風機及び前記排気送風機を収容する本体ケースと、
   前記熱交換用室内空気取入口と前記排気口とを接続し、前記排気流と前記給気流とを熱交換させる熱交換器を備えた熱交換経路と、
   前記バイパス用室内空気取入口と前記排気口とを接続し、前記熱交換器を迂回するバイパス経路と、
   前記熱交換経路と前記バイパス経路の一方を開放して他方を閉じる経路切替手段と、
   前記室外空気取入口を通過する空気の温度を検出する室外空気温度検出手段と、
   前記熱交換用室内空気取入口又は前記バイパス用室内空気取入口から前記本体ケース内に入る空気の温度を検出する室内空気温度検出手段と、
   前記給気送風機の駆動により前記室外空気取入口から前記本体ケース内に取り入れられる室外空気取入量を検出する給気風量検出手段と、
   前記排気送風機の駆動により前記排気口から排気される排気風量を検出する排気風量検出手段と、
   換気装置制御手段とを備え、
   前記換気装置制御手段は、
   前記室外空気温度検出手段の検出値、及び前記室内空気温度検出手段の検出値に基づいて判定した環境条件に応じて、
   前記熱交換経路を開放する熱交換モードと前記バイパス経路を開放するバイパスモードとの切り替え、及び、
   換気量の目標値である換気量設定値が得られるよう前記給気送風機を先行して駆動制御し、前記給気風量検出手段により検出された前記室外空気取入量に応じて前記排気送風機を駆動制御する給気先行運転と、前記換気量設定値が得られるよう前記排気送風機を先行して駆動制御し、前記排気風量検出手段により検出された前記排気風量に応じて前記給気送風機を駆動制御する排気先行運転との切り替えを行う
   ことを特徴とする換気装置。
2. 前記熱交換用室内空気取入口と前記バイパス用室内空気取入口の双方に連通するように前記本体ケースに接続された室内空気取入風路を備え、
   前記室内空気取入風路は、前記経路切替手段により前記熱交換経路と前記バイパス経路のいずれが開放されている場合であっても空気の流通が可能な共通部を有しており、
   前記室内空気温度検出手段は、前記室内空気取入風路の前記共通部に配置されている
   ことを特徴とする請求項１記載の換気装置。
3. 前記換気装置制御手段は、前記室外空気温度検出手段の検出値、及び前記室内空気温度検出手段の検出値に基づいて前記換気量設定値を設定する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の換気装置。
4. 前記換気装置制御手段は、
   設定された運転条件での運転を所定時間継続した後、前記室外空気温度検出手段の検出値及び前記室内空気温度検出手段の検出値に基づいて、前記熱交換モードと前記バイパスモードのいずれで運転するか、及び前記給気先行運転と前記排気先行運転のいずれで運転するかを、再設定する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の換気装置。
5. 前記バイパス経路の圧力損失は、前記熱交換経路の圧力損失よりも低位となるよう構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の換気装置。
6. 建物の内部に設置された請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の換気装置を備え、
   前記給気口は前記建物の室内に連通し、前記室外空気取入口と前記排気口は前記建物の室外に連通し、前記熱交換用室内空気取入口及び前記バイパス用室内空気取入口は前記建物の室内に連通するようにダクトが配設されている
   ことを特徴とする換気システム。
7. 前記バイパス用室内空気取入口は、前記建物の室内上層空間に連通している
   ことを特徴とする請求項６記載の換気システム。

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