JP2017142009A - 換気システム及び換気方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度斑や換気斑を低減したり、寒がり暑がり等の温熱感の個人差を考慮したりすることで、より快適な室内環境を実現することができる換気システムを得る。【解決手段】１階に内気回収口１０ｅから取り入れた屋内の空気を屋外に排気し、屋外の空気を吹出し口１０ｆから屋内に給気する換気装置１０が配置され、２階に内気回収口１１ｅから取り入れた屋内の空気を屋外に排気し、屋外の空気を吹出し口１１ｆから屋内に給気する換気装置１１とを備え、暖冷房の状況や居住者の要望等に応じて、少なくとも１つの換気装置１０，１１の屋外への排気風量を、屋内への給気風量と異なる値に設定する。【選択図】図１

Description

この発明は、快適な室内環境を実現するための換気システム及び換気方法に関するものである。

快適な室内環境を実現するため、様々な空調システムが従来から知られている。例えば、空調したい居室ごとにエアコン等の空調機器を設置する個別空調や、特許文献１のような複数の居室を対象に空調を行う全館空調等がある。また、快適な室内環境のためには、換気も重要な要素となっている。

特開平５−１７２３７１号公報

近年、室内の温度斑や換気斑を低減したり、寒がり暑がり等の温熱感の個人差を考慮したりすることで、より快適な室内環境を実現することが求められている。しかし従来のシステムでは、室内環境を快適にするための配慮が不十分であり、室内へ吹き出された調和空気は、成り行きに近い状態で室内を移動するため、温度斑や換気斑の低減、温熱感の個人差を考慮した運転が難しかった。例えばよく知られているように、空気は温度が低いほど密度が大きくなるので、成り行きの状態では鉛直方向上側に暖気、鉛直方向下側に冷気が分布しやすくなる。また例えば、同じ居室内でも場所によって、空気が移動しやすく頻繁に空気が入れ替わる空間と、空気が滞留しやすい空間とが存在する。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、温度斑や換気斑を低減したり、寒がり暑がり等の温熱感の個人差を考慮したりすることで、より快適な室内環境を実現することができる換気システム及び換気方法を得ることを目的とする。

この発明に係る換気システムは、内気回収口から取り入れた屋内の空気を屋外へ排気し、屋外の空気を吹出し口から屋内へ給気する換気装置を複数備え、複数の換気装置のうち少なくとも１つの換気装置の屋外への排気風量は、当該換気装置の屋内への給気風量と異なる値に設定されることを特徴とするものである。

この発明によれば、屋外への排気風量と屋内への給気風量とが異なる換気装置を備えたので、温度斑や換気斑を低減したり、寒がり暑がり等の温熱感の個人差を考慮したりすることが可能となり、より快適な室内環境を実現することができる。

この発明の実施の形態１に係る換気システムを建物に設置した場合の概略図である。 図２Ａは、この発明の実施の形態１に係る換気システムを設置した図１の建物の１階平面図であり、図２Ｂは、この発明の実施の形態１に係る換気システムを設置した図１の建物の２階平面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る換気システムを建物に設置した場合の概略図である。また、図２Ａはその場合の１階平面図、図２Ｂは２階平面図である。図１及び図２Ａ，２Ｂに示す建物では、屋内の暖冷房を行うために全館空調システムが導入されているとして以下説明する。
全館空調システムでは、空調用室外機１と、空調用室外機１に不図示の冷媒の循環ラインを介して接続する空調用室内機２との協働により、温風又は冷風の調和空気が生成される。

空調用室外機１は、外気と冷媒を熱交換させるものであり、圧縮機、水冷式の熱交換器（又は空冷式の熱交換器とファン）等を有する。
空調用室内機２は、例えば天井裏に設置され、熱交換器、ファン等を有する。空調用室内機２は、空調用室外機１から冷媒の循環ラインを介して送られた冷媒と、居室からの戻り空気とを熱交換器で熱交換させる。そして、熱交換後の調和空気をファンにより送り出す。空調用室内機２が送り出した調和空気は、不図示のサプライダクトを介して、吹出し口３から各居室へ吹き出される。その後、各居室に設けたガラリや、ドアのアンダーカット等を介して、通路及び階段等へも調和空気が行き渡ることで、全館が空調される。なお、空調用室内機２は、不図示のリターンダクトを介して、居室からの戻り空気を取り入れている。

また、図１及び図２Ａ，２Ｂに示す建物では、換気装置１０，１１を有する換気システムが導入されている。
１階では、換気装置１０が換気用室内機として例えば機械室に設置され、また、２階では、換気装置１１が同じく換気用室内機として例えば機械室に設置されている。各機械室には、ガラリやドアのアンダーカット等が設けられるなどして、機械室内外での空気の移動を可能としている。換気装置１０は、熱交換器１０ａ、ファン１０ｂ，１０ｃ等を有して換気を行い、換気装置１１は、熱交換器１１ａ、ファン１１ｂ，１１ｃ等を有して換気を行う。

具体的には、換気装置１０は、外気取入れ口１０ｄから外気を取り入れるとともに、換気装置１０の筐体側面に設けた内気回収口１０ｅから１階の空気を取り入れ、両者を熱交換器１０ａで熱交換させる。熱交換後の外気は、換気装置１０の筐体側面に設けた吹出し口１０ｆから１階に吹き出して給気し、熱交換後の１階から取り入れた空気は、排出口１０ｇから屋外へ排気する。このとき、ファン１０ｂの回転により外気取入れ口１０ｄから吹出し口１０ｆへと空気が流れ、ファン１０ｃの回転により内気回収口１０ｅから排出口１０ｇへと空気が流れる。

また同様に、換気装置１１は、外気取入れ口１１ｄから外気を取り入れるとともに、換気装置１１の筐体側面に設けた内気回収口１１ｅから２階の空気を取り入れ、両者を熱交換器１１ａで熱交換させる。熱交換後の外気は、換気装置１１の筐体側面に設けた吹出し口１１ｆから２階に吹き出して給気し、熱交換後の２階から取り入れた空気は、排出口１１ｇから屋外へ排気する。このとき、ファン１１ｂの回転により外気取入れ口１１ｄから吹出し口１１ｆへと空気が流れ、ファン１１ｃの回転により内気回収口１１ｅから排出口１１ｇへと空気が流れる。

換気装置１０，１１に設ける熱交換器１０ａ，１１ａは、全熱交換器でも、顕熱交換器でもよい。換気装置１０，１１に熱交換器１０ａ，１１ａを設けることで、外気取入れ口１０ｄ，１１ｄから取り入れた外気を、内気回収口１０ｅ，１１ｅから取り入れた室内の空気で暖房時は温め、冷房時は冷やすことができる。これにより、換気による熱エネルギーのロスを低減することができる。なお、換気装置１０，１１にかかるコストの低減のために、熱交換器１０ａ，１１ａを換気装置１０，１１から省略することも可能である。

この発明の実施の形態１に係る換気システムは、不図示の制御部がファン１０ｂ，１０ｃ，１１ｂ，１１ｃの回転数を制御することで、換気装置１０，１１の屋内への給気風量と屋外への排気風量のバランスが調節される。または、外気取入れ口１０ｄ，１１ｄと吹出し口１０ｆ，１１ｆとの間にダンパを設けるとともに、内気回収口１０ｅ，１１ｅと排出口１０ｇ，１１ｇとの間にダンパを設けて、それらのダンパの開度を不図示の制御部で制御して、屋内への給気風量と屋外への排気風量のバランスを調節してもよい。

次に、上記のように構成された換気システムの運転例について説明する。
まず、全館空調システムにより屋内が冷房されている場合について説明する。
このとき、１階に設置された換気装置１０は、屋内への給気風量がリッチ、屋外への排気風量がプアとなるように設定される。すなわち、例えば、屋内への給気風量が１５０［ｍ^３／ｈ］、屋外への排気風量が５０［ｍ^３／ｈ］に設定される。この場合、換気装置１０では、屋内への給気風量が屋外への排気風量よりも１００［ｍ^３／ｈ］多く、屋内へ給気される空気が多くなる。
一方、２階に設置された換気装置１１は、屋内への給気風量がプア、屋外への排気風量がリッチとなるように設定される。すなわち、例えば、屋内への給気風量が５０［ｍ^３／ｈ］、屋外への排気風量が１５０［ｍ^３／ｈ］に設定される。この場合、換気装置１１では、屋外への排気風量が屋内への給気風量よりも１００［ｍ^３／ｈ］多く、屋外へ排気される空気が多くなる。

このように換気装置１０，１１を運転した場合に発生する空気の流れについては、図１及び図２Ａ，２Ｂに示している。１階の換気装置１０では、屋内への給気風量を屋外への排気風量よりも多くし、２階の換気装置１１では、屋外への排気風量を屋内への給気風量よりも多くすることで、図１及び図２Ａ，２Ｂに図示の矢印Ｆのように、１階から２階へと向かう空気の流れが発生する。
空気は、温度が低いほど密度が大きくなるので、成り行きの状態では、冷気は鉛直方向の下側、暖気は鉛直方向の上側へと移動する。つまり、建物全体で見ると、上位階の冷気が下位階へと下がり、温度斑が発生する。また、居室単体でみると、床側に冷気が分布して温度斑が発生する。そこで、この発明では、換気装置１０，１１の給気風量と排気風量のバランスを調節することにより、１階から２階へと向かう空気の流れを発生させて、温度斑を低減する。また、鉛直方向の下側に滞留していた冷気、鉛直方向の上側に滞留していた暖気が、発生した空気の流れに巻き込まれるようにして拡散するので、換気斑も低減される。

さらに、図２Ａ，２Ｂに示すように、換気装置１０，１１を、鉛直方向上側から俯瞰した際の平面視で互いに対角となるよう設置することで、換気装置１０の吹出し口１０ｆと換気装置１１の内気回収口１１ｅとが、上記と同様の平面視で互いに対角に位置する。これにより、屋内を水平方向に横切るような空気の流れが発生するので、温度斑や換気斑が更に低減される。

続いて、全館空調システムにより屋内が暖房されている場合について説明する。
暖房の場合、換気装置１０，１１は、冷房の場合とは逆の設定とする。つまり、１階に設置された換気装置１０は、屋内への給気風量がプア、屋外への排気風量がリッチとなるように設定される。一方、２階に設置された換気装置１１は、屋内への給気風量がリッチ、屋外への排気風量がプアとなるように設定される。これにより、２階から１階へと向かう空気の流れが発生して、冷房のときと同様に温度斑や換気斑が低減される。

なお、寒がり暑がり等の温熱感の個人差を考慮して、冷房時に１階をより涼しく、２階はさほど涼しくしたくない場合も考えられる。この場合、１階に設置された換気装置１０は、屋内への給気風量がプア、屋外への排気風量がリッチとなるように設定され、２階に設置された換気装置１１は、屋内への給気風量がリッチ、屋外への排気風量がプアとなるように設定される。このようにすれば、冷房時に成り行きで発生していた２階から１階へと向かう空気の流れが強くなって、冷気が１階に移動しやすくなる。空気の流れが強くなると、同じ場所に空気が滞留しにくくなるので、換気斑も低減される。

また、暖房時に２階をより暖かく、１階をさほど暖かくしたくない場合も考えられる。この場合、１階に設置された換気装置１０は、屋内への給気風量がリッチ、屋外への排気風量がプアとなるように設定され、２階に設置された換気装置１１は、屋内への給気風量がプア、屋外への排気風量がリッチとなるように設定される。このようにすれば、暖房時に成り行きで発生していた１階から２階へと向かう空気の流れが強くなって、暖気が２階に移動しやすくなる。空気の流れが強くなると、同じ場所に空気が滞留しにくくなるので、換気斑も低減される。

続いて、春季及び秋季等、暖冷房を行う必要の無い場合について説明する。
暖冷房がされていない場合は、そもそも生じている温度斑が小さいので、換気装置１０，１１のうちのいずれかを、屋外への排気風量と屋内への給気風量とが異なるように運転することで発生する空気の流れであっても、温度斑の低減には効果的である。例えば、１階から２階へと向かう空気の流れを発生させるのであれば、１階に設置された換気装置１０で屋内への給気風量をリッチ、屋外への排気風量をプアとなるように設定する。あるいは、２階に設置された換気装置１１で屋内への給気風量をプア、屋外への排気風量をリッチとなるように設定してもよい。また例えば、２階から１階へと向かう空気の流れを発生させるのであれば、１階に設置された換気装置１０で屋内への給気風量をプア、屋外への排気風量をリッチとなるように設定する。あるいは、２階に設置された換気装置１１で屋内への給気風量をリッチ、屋外への排気風量をプアとなるように設定してもよい。換気装置１０又は換気装置１１を運転して空気の流れを発生させることにより、温度斑や換気斑の低減、温熱感の個人差を考慮した室内環境の実現が可能となる。なお、このとき、屋外への排気風量と屋内への給気風量とが異なるように運転するいずれか一方の換気装置１０，１１に対して、他方の換気装置１０，１１は、運転を停止して自然換気をさせてもよいし、一方の換気装置１０，１１の運転により発生する空気の流れを強めるように、屋外への排気風量と屋内への給気風量のリッチプア設定を、一方の換気装置１０，１１での設定と反対にして運転していてもよい。他方の換気装置１０，１１の運転を停止した場合は、屋内が正圧又は負圧に傾くが、建物外壁に設けられた通気孔等を介して外気との間で空気が移動することにより、正圧又は負圧は問題の無い程度に緩和される。

このように、換気装置１０，１１の運転は、暖冷房の状況や居住者の要望等に応じて様々に設定されるものであり、空気の流れを発生させるために換気装置１０，１１のうち少なくとも１つの換気装置で、屋外への排気風量と屋内への給気風量とが異なる値に設定される。そうして発生した空気の流れにより、温度斑や換気斑を低減したり、温熱感の個人差を考慮したりすることが可能となり、より快適な室内環境を実現することができる。

換気装置１０，１１での屋内への給気風量及び屋外への排気風量は、例えば居住者がリモコンを操作して換気システムの制御部に指示を与えることにより、手動で変更することができる。または、制御部が状況に応じて自動的に変更するように設計してもよい。制御部で自動的に変更する場合、温度センサを建物内の１階と２階に設けるなどして検知した鉛直方向での温度差に基づき、換気装置１０，１１のうちのどちらで屋内への給気風量をリッチ、屋外への排気風量をプア、また、屋内への給気風量をプア、屋外への排気風量をリッチとするかを判定可能に制御部をプログラムすればよい。また、暖房か冷房かにより、換気装置１０，１１のうちのどちらで屋内への給気風量をリッチ、屋外への排気風量をプア、また、屋内への給気風量をプア、屋外への排気風量をリッチとするかを一義的に判定するように制御部をプログラムしてもよい。暖房か冷房かの判定は、全館空調システムから運転情報を得ること等により可能である。

なお、上記では、全館空調システムにより空調が行われる建物に対して、実施の形態１の換気システムを適用した場合について説明した。全館空調システムを採用する建物は、気密性が高く設計されるので、そもそも換気が必須であり、実施の形態１の換気システムを導入するのに好適である。
しかしながら、全館空調ではなく、個別空調で空調されている建物に対して、実施の形態１の換気システムを適用してもよい。例えば、第１のエアコンが空調対象としている１階の部屋と、第２のエアコンが空調対象としている２階の部屋との間が、吹き抜け等で空気の移動が容易となっている場合にも、実施の形態１の換気システムは好適である。

また、上記では、２階建ての建物を例に説明をした。しかしながら、３階建て以上の建物であっても実施の形態１の換気システムは適用可能である。この場合、少なくとも、最下階に換気装置１０、最上階に換気装置１１を設置すればよい。もちろん、各階に換気装置を設置して、各換気装置の屋内への給気風量と屋外への排気風量とを調節し、上の階に向かう空気の流れ又は下の階に向かう空気の流れを発生させてもよい。
また、１階建ての建物の場合、換気装置１０，１１を、鉛直方向上側から俯瞰した際の平面視で互いに対角に設置することで、温度斑や換気斑の低減が可能となる。

また、上記では、換気装置１０を１階に設置することで、その筐体に設けた内気回収口１０ｅから１階の空気を取り入れて排気し、また、外気を吹出し口１０ｆから１階に吹き出して給気した。しかしながら、換気装置１０を２階に設置して、１階の空間に露出させて配置した内気回収口１０ｅ及び吹出し口１０ｆとダクトを介して接続させることにより、１階の給気と排気とを行ってもよい。同様に、換気装置１１を１階に設置して、２階の空間に露出させて配置した内気回収口１１ｅ及び吹出し口１１ｆとダクトを介して接続させることにより、２階の給気と排気とを行ってもよい。このようにしてダクトを利用すれば、換気装置１０，１１を１つの機械室にまとめて設置することが可能になる。ただし、圧力損失を考慮すれば、ダクトの使用は避けるか、ダクト長がなるべく短くなるように換気装置１０，１１を設置するのが好ましい。

また、上記では、暖冷房を担う空調用室内機２と、換気を担う換気装置１０，１１とが、別々の装置として設置されている場合を示した。しかしながら、空調用室内機２を、例えば換気装置１１と装置として一体となるように設けてもよい。

以上のように、この実施の形態１によれば、換気装置１０，１１のうち少なくとも１つの換気装置で、屋外への排気風量と屋内への給気風量とが異なる値に設定される。これにより発生した空気の流れにより、温度斑や換気斑を低減したり、温熱感の個人差を考慮したりすることが可能となり、より快適な室内環境を実現することができる。

また、この発明の換気システムには、換気装置の屋外への排気風量が、当該換気装置の屋内への給気風量よりも多く設定される第１換気装置と、換気装置の屋外への排気風量が、当該換気装置の屋内への給気風量よりも少なく設定される第２換気装置とが含まれることとした。このようにすると、暖冷房運転時の温度斑や換気斑を効率的に低減したり、寒がり暑がり等の温熱感の個人差を考慮した室内環境を効率的に実現したりすることができる。

また、第１換気装置の内気回収口と第２換気装置の吹出し口は、平面視で互いに対角に位置することとした。このようにすると、屋内を水平方向に横切るような空気の流れが発生するので、温度斑や換気斑の更なる低減に効果的である。

また、屋内が冷房されている場合、第１換気装置は、内気回収口１１ｅ及び吹出し口１１ｆが建物最上階の空間に配置されて当該空間を換気する換気装置１１であり、第２換気装置は、内気回収口１０ｅ及び吹出し口１０ｆが建物最下階の空間に配置されて当該空間を換気する換気装置１０であることとした。このようにすると、冷房時の温度斑や換気斑の低減に効果的である。

また、屋内が暖房されている場合、第１換気装置は、内気回収口１０ｅ及び吹出し口１０ｆが建物最下階の空間に配置されて当該空間を換気する換気装置１０であり、第２換気装置は、内気回収口１１ｅ及び吹出し口１１ｆが建物最上階の空間に配置されて当該空間を換気する換気装置１１であることとした。このようにすると、暖房時の温度斑や換気斑の低減に効果的である。

また、換気装置１０，１１は、熱交換器１０ａ，１１ａを有し、内気回収口１０ｅ，１１ｅから取り入れた屋内の空気と熱交換させた屋外の空気を、吹出し口１０ｆ，１１ｆから給気することとした。このようにすると、換気による熱エネルギーのロスを低減することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 空調用室外機
２ 空調用室内機
３ 吹出し口
１０ 換気装置
１０ａ 熱交換器
１０ｂ ファン
１０ｃ ファン
１０ｄ 外気取入れ口
１０ｅ 内気回収口
１０ｆ 吹出し口
１０ｇ 排出口
１１ 換気装置
１１ａ 熱交換器
１１ｂ ファン
１１ｃ ファン
１１ｄ 外気取入れ口
１１ｅ 内気回収口
１１ｆ 吹出し口
１１ｇ 排出口

Claims (7)

1. 内気回収口から取り入れた屋内の空気を屋外へ排気し、屋外の空気を吹出し口から屋内へ給気する換気装置を複数備え、
   前記複数の換気装置のうち少なくとも１つの換気装置の屋外への排気風量は、当該換気装置の屋内への給気風量と異なる値に設定されることを特徴とする換気システム。
2. 前記複数の換気装置には、
   換気装置の屋外への排気風量が、当該換気装置の屋内への給気風量よりも多く設定される第１換気装置と、
   換気装置の屋外への排気風量が、当該換気装置の屋内への給気風量よりも少なく設定される第２換気装置とが含まれることを特徴とする請求項１記載の換気システム。
3. 前記第１換気装置の内気回収口と前記第２換気装置の吹出し口は、平面視で互いに対角に位置することを特徴とする請求項２記載の換気システム。
4. 屋内が冷房されている場合、
   前記第１換気装置は、内気回収口及び吹出し口が建物最上階の空間に配置されて当該空間を換気する換気装置であり、
   前記第２換気装置は、内気回収口及び吹出し口が建物最下階の空間に配置されて当該空間を換気する換気装置であることを特徴とする請求項２または請求項３記載の換気システム。
5. 屋内が暖房されている場合、
   前記第１換気装置は、内気回収口及び吹出し口が建物最下階の空間に配置されて当該空間を換気する換気装置であり、
   前記第２換気装置は、内気回収口及び吹出し口が建物最上階の空間に配置されて当該空間を換気する換気装置であることを特徴とする請求項２から請求項４のうちのいずれか１項記載の換気システム。
6. 前記複数の換気装置は、熱交換器を有し、内気回収口から取り入れた屋内の空気と熱交換させた屋外の空気を、吹出し口から給気することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の換気システム。
7. 内気回収口から取り入れた屋内の空気を屋外へ排気し、屋外の空気を吹出し口から屋内へ給気する換気装置を複数備えた換気システムにおいて、
   前記複数の換気装置のうち少なくとも１つの換気装置の屋外への排気風量を、当該換気装置の屋内への給気風量と異なるようにすることを特徴とする換気方法。

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