JP2020172844A - 二重窓の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 窓からの熱の出入りを減らし、冷暖房負荷を抑えることのできる二重窓の製造方法の提供。【解決手段】 外窓１と内窓２とを備え、外窓１と内窓２の少なくとも一方に外窓・内窓間の中間層５と連通する通気部３，４を形成し、室外と連通して外窓１の内側面に沿って一方向に空気が流れ、中間層５の端部で折り返し、室内と連通して内窓２の外側面に沿って他方向に空気が流れる換気経路６を設けることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、二重窓の製造方法に関する。

建物の室内環境は、空調設備で制御していたが、窓からの熱の出入りが多く電気代がかかるため、経済的に優れたものが求められていた。

本発明は以上に述べた実情に鑑み、窓からの熱の出入りを減らし、冷暖房負荷を抑えることのできる二重窓の製造方法の提供を目的とする。

上記の課題を達成するために請求項１記載の発明による二重窓の製造方法は、外窓と内窓とを備え、外窓と内窓の少なくとも一方に外窓・内窓間の中間層と連通する通気部を形成し、室外と連通して外窓の内側面に沿って一方向に空気が流れ、中間層の端部で折り返し、室内と連通して内窓の外側面に沿って他方向に空気が流れる換気経路を設けることを特徴とする。

請求項１記載の発明による二重窓の製造方法は、外窓と内窓とを備え、外窓と内窓の少なくとも一方に外窓・内窓間の中間層と連通する通気部を形成し、室外と連通して外窓の内側面に沿って一方向に空気が流れ、中間層の端部で折り返し、室内と連通して内窓の外側面に沿って他方向に空気が流れる換気経路を設けることで、室内から室外に逃げる熱を回収したり、室外から室内に入ってくる熱を室外に捨てたりできるので、窓からの熱の出入りを減らし、冷暖房負荷を抑えることのできる二重窓を製造することができる。

本発明による二重窓の第１実施形態を示す縦断面図である。 （ａ）は同二重窓の外窓の上框の縦断面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。 本発明による二重窓の第２実施形態を示す縦断面図である。 （ａ）は同二重窓の外窓の上框の室外側正面図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。 本発明による二重窓の第３実施形態を示す縦断面図である。 同二重窓の上框に取付けられるタイト材の平面図である。 換気経路を設ける前の既存の二重窓を示す縦断面図である。 本発明による二重窓の第４実施形態を示す室外側正面図である。 同二重窓の縦断面図である。 外窓の内障子にのみ換気框を設けた場合と、外窓の内外障子に換気框を設けた場合の換気量と熱貫流率の関係を示すグラフである。 外窓の内障子にのみ換気框を設けた場合と、外窓の内外障子に換気框を設けた場合の、外窓のガラス面から室内側に５ｍｍ離れた位置での空気の流れを示す図であって、（ａ）は内障子のみに換気框を設けた場合、（ｂ）は内外障子に換気框を設けた場合、（ｃ）は外障子側及び内障子側のベクトル表示面を示す。 外窓の内障子にのみ換気框を設けた場合と、外窓の内外障子に換気框を設けた場合の、外窓のガラス面から室内側に３０ｍｍ離れた位置での空気の流れを示す図であって、（ａ）は内障子のみに換気框を設けた場合、（ｂ）は内外障子に換気框を設けた場合、（ｃ）は外障子側及び内障子側のベクトル表示面を示す。 外窓の内障子にのみ換気框を設けた場合と、外窓の内外障子に換気框を設けた場合の、内窓のガラス面から室外側に５ｍｍ離れた位置での空気の流れを示す図であって、（ａ）は内障子のみに換気框を設けた場合、（ｂ）は内外障子に換気框を設けた場合、（ｃ）は外障子側及び内障子側のベクトル表示面を示す。 本発明による二重窓の第５実施形態を示す室外側正面図である。 同二重窓の縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１，２は、本発明による二重窓の第１実施形態を示している。この二重窓は、図７に示すような外窓１と内窓２とを備える既存の二重窓を利用し、これに室外と連通して外窓１の内側面に沿って一方向に空気が流れ、外窓・内窓間の中間層５の端部で折り返し、室内と連通して内窓２の外側面に沿って他方向に空気が流れる換気経路６（図１参照）を設けることで、室内環境を損ねない省エネ常時換気機能を有する二重窓に改修したものである。

外窓１は、図１に示すように、建物の窓開口部に固定される枠７と、枠７内に引違い状に開閉自在に収めた外障子８ａ及び内障子８ｂとを備えている。枠７は、アルミ形材よりなる上枠９と下枠１０と左右の縦枠とを枠組みして構成されている。外障子及８ａび内障子８ｂは、アルミ形材よりなる上框１１と下框１２と戸先框と召合せ框とを框組みし、その内側にガラス１３を嵌め込んで構成されている。

外窓１の上框１１には、図１，２に示すように、室外側壁と室内側壁とに通気孔１４ａ，１４ｂを開けることで、室外から中間層５に連通する通気部３を形成している。室外側壁の通気孔１４ａと室内側壁の通気孔１４ｂは、それぞれ横長の長孔状になっており、室内側壁の通気孔１４ｂが室外側壁の通気孔１４ａよりも高い位置となるように、上下方向に位置をずらしてあり、尚且つ室内側壁の２つの通気孔１４ｂ，１４ｂの間の位置に室外側壁の通気孔１４ａが位置するように、左右方向にも位置をずらしてある。
室外側壁の通気孔１４ａの室外側には、図１に示すように、上方から覆い被さるようにカバー２６を取付けて通気孔１４ａを隠してあり、これにより通気孔１４ａから雨水が浸入するのを防いでいる。

内窓２は、図１に示すように、四周の額縁１５の内周側面に取付けた上枠１６と下枠１７及び左右の縦枠と、上下枠１６，１７間に引違い状に開閉自在に収めた外障子１８ａ及び内障子１８ｂを備えている。枠１６，１７と障子１８ａ，１８ｂの框は、樹脂製である。障子１８ａ，１８ｂのガラス１９は、複層ガラスである。外窓１の枠７と内窓２の枠１６，１７の間には木製の額縁１５があるため、外窓１と内窓２とは熱的に分離されている。
上枠１６の上部には、換気ブレス２０を備えている。換気ブレス２０は、室外側と室内側の見付面に多数の通気孔２１ａ，２１ｂを設け、中間層５から室内空間に連通する通気部４が設けてある。通気部４の室内側には、埃や花粉等の侵入を防ぐフィルター２２が設けてある。

中間層５には、図１に示すように、透明な樹脂板などよりなる整流体２３が上方から吊り下げて設けてある。整流体２３は、額縁１５の下面にアングル状の取付具２４を取付け、取付具２４にボルト・ナット２５で固定して取付けてある。

次に、図７に示すような既存の二重窓を、図１に示すような換気経路６を有するものに改修する手順を説明する。まず、外窓１の外障子８ａと内障子８ｂを枠７から外し、各障子８ａ，８ｂの上框１１にエンドミル等で通気孔１４ａ，１４ｂを形成し、室外側壁にカバー２６を取付ける。その後、外障子８ａ及び内障子８ｂを枠７に建て込む。また、上側の額縁１５の下面に整流体２３を取付ける。整流体２３の取付けは、外窓１の障子８ａ，８ｂを外している間に行うことができる。

本二重窓は、樹脂製の枠１６，１７及び框と複層ガラス１９を用いた内窓２を設けたことに加え、外窓１の通気部３と中間層５と内窓２の通気部４を通じて室内外を空気が流れることで、空気の流入する方向とは逆方向の熱移動が妨げられ、より一層の断熱効果を発揮する。
冬期の場合について説明すると、換気扇等により室内を負圧に調整し、図１に示すように、本二重窓を空気が室外から室内に向けて流れるようにする（図中の矢印は、空気の流れを示す）。外窓１の通気部３から流入した冷たい外気は、整流体２３に当たって下向きに流れを変え、その後、冷たい外気はコールドドラフトにより中間層５の下まで流れてから折り返し、内窓２のガラス１９から室内の熱が伝わることで暖められ、ガラス１９の室外側面に沿って上昇し、この間にガラス１９から室外に逃げる熱を空気の流れによって回収する。また、二重窓に日射を受ける場合は、このように中間層５を外気が外窓１の内側面と内窓２の外側面に沿うように流れる間に、日射熱を取得することができる。その後、暖められた外気は内窓２上部の通気部４を通って室内に流入する。外気が通気部４を通過する際にも、室内の熱で暖められた換気ブレス２０や上枠１６の熱を空気の流れによって回収する。０℃であった外気は、このように中間層５を外窓１の内側面と内窓２の外側面に沿って流れる間に１８℃に暖められる。そうして暖められた外気を室内に取り入れることで、回収した熱を室内に戻すことができる。
このように、中間層５内を外窓１の内側面と内窓２の外側面に沿うように迂回して外気が流れることで、日射熱を取得できるとともに、室内から室外に伝わる熱を空気の流れによって回収し、室内に戻すことで、室内から室外への熱の損失がほとんどなくなり、これにより空気が流入する方向とは逆方向である室内側から室外側への熱輸送が妨げられ、非常に高い断熱性が得られると共に、外気を暖めて室内に導入するため、暖房負荷を抑えることができる。また、室内に居る人が冷たい風を感じることがない。

夏期には、換気扇等により室内を正圧に調整し、冬期とは逆に室内から室外に空気が流れるようにする。内気は、室外よりも温度が低いので、内窓２の通気部４から出た内気は内窓２のガラス１９の室外側面に沿って下向きに流れ、その後、中間層５の下部で折り返し、外窓１のガラス１３等の熱が伝わることで外窓１のガラス１３の室内側面に沿って上昇し、この間に日射熱を取得すると共に、ガラス１３を通じて室外から室内に入ってくる熱を空気の流れによって回収する。２５℃であった内気は、外窓１の室内側面に沿って上昇する間に日射熱を取得して４６℃に暖められ、その後、外窓１の通気部３を通って室外に放出される。内気が通気部３を通過する際、上框１１を伝って室内に入ってくる熱を空気の流れによって回収する。そして、内気が室外に放出されることで、日射熱とガラス１３や上框１１から回収した熱を室外に捨てる。
このように、外窓１の内側面と内窓２の外側面に沿うように内気が流れることで、日射熱の取得を抑制できると共に、室外から室内に伝わる熱を空気の流れによって回収し室外に捨てることで、空気が流出する方向とは逆方向である室外側から室内側への熱輸送が妨げられ、優れた断熱効果を発揮して、室内が涼しく保たれる。よって、冷房負荷を抑えることができる。

図３，４は、本発明による二重窓の第２実施形態を示している。本実施形態は、図４に示すように、外窓１の上框１１の室外側壁にだけ通気孔２７を形成している。図３に示すように、上框１１は、上枠９のレール２８を呑み込む溝２９を有し、レール２８に当接するタイト材３０はレール２８の室外側にだけ設けてあるため、このように室外側壁にだけ通気孔２７を設けた場合でも、室外空間から中間層５に連通する通気部３を形成することができる。

図５，６は、本発明による二重窓の第３実施形態を示している。本実施形態は、図６に示すように、外窓１の上框１１と上枠９のレール２８との間を気密するタイト材３０に切欠き３１を設けることで、図５に示すように、室外空間から中間層５に連通する通気部３を形成している。

以上に説明した実施形態では、内窓２に換気ブレス２０を有していたが、内窓２に換気ブレス２０を有していない場合には、内窓２の障子１８ａ，１８ｂの上框に外窓１と同様に通気孔を設けたり、タイト材を切り欠くなどして、室内空間から中間層５に連通する通気部４を形成する。
また、框に通気孔１４ａ，１４ｂ，２７を設けたり、タイト材３０に切欠き３１を設ける以外では、例えば上枠９，１６のレール２８に通気孔や切欠きを設けることで、通気部３，４を形成することもできる。また、ガラス１３，１９を切り詰めて、框とガラス１３，１９の間に通気部３，４を形成することもできる。さらには、障子８ａ，８ｂ，１８ａ，１８ｂ自体を通気部３，４を有するものに交換したり、障子８ａ，８ｂ，１８ａ，１８ｂの上框１１のみを通気部３，４を有するもの（換気框）に交換してもよい。

図８，９は、本発明による二重窓の第４実施形態を示している。本実施形態は、外窓１の内障子８ｂのみに換気框３２を設けてあり、外窓１の外障子８ａには換気框３２を設けていない。内窓２は、これまでに説明した実施形態と同様に、上枠１６の外周側に換気ブレス２０を設けている。

換気框３２は、図９に示すように、外周側に上框１１のガラス保持溝３３に係合する係合部３４を有し、内周側にガラス１３の上縁部を保持するガラス保持溝３５を有しており、係合部３４を上框１１のガラス保持溝３３に係合して上框１１の内周側に取付けてある。換気框３２は、室外側壁と室内側壁とに縦長のスリット状の通気孔３６ａ，３６ｂが左右方向に間隔をおいて多数形成してあり（図８参照）、これら通気孔３６ａ，３６ｂにより室外空間から中間層５に連通する通気部３を形成している。換気框３２の内部には、室内側に設けた操作部（図示省略）を操作することで、通気部３を開閉できるシャッター板３７を有している。

この換気框３２は、既存の外窓１の内障子８ｂに後から設置することができる。その際の手順を説明すると、まず内障子８ｂを枠７から取外し、框同士を連結しているねじを外して内障子８ｂをいったん分解する。次に、上框１１のガラス保持溝３３に係合部３４を係合させて、換気框３２を上框１１の内周側に取付ける。次に、ガラス１３を換気框３２の幅に相当する分を切除した後、換気框３２付きの上框１１と下框１２と戸先框と召合せ框とをガラス１３を囲んで再度框組みして内障子８ｂを組み立てる。その後、組立てた内障子８ｂを枠７に建て込む。

なお、内窓２を後から取付ける場合などで、既存の窓（外窓１）の内障子８ｂにもともと換気框３２を備えている場合は、その換気框３２をそのまま利用することができ、外窓１には何ら細工をする必要がない。

第４実施形態の二重窓について、室外側の気温が０℃、室内側の気温が２０℃で、室外から室内に流入する空気の流量を変化させたときの熱貫流率を実験により求めた。比較のために、外障子８ａと内障子８ｂの両方に換気框３２を設けた場合についても同様に熱貫流率を測定した。実験結果を図１０に示す。

図１０より明らかなように、外窓１の内障子８ｂのみに換気框３２を設けた本実施形態の二重窓は、換気量が多くなるにつれて熱貫流率が小さくなり、換気量１８ｍ^３／ｈ以上では熱貫流率が１以下の非常に小さい値となった。内障子８ｂのみに換気框３２を設けた場合と内外障子８ａ，８ｂに換気框３２を設けた場合とでは、熱貫流率にほとんど差が無かった。この結果より、外窓１の一方の障子（８ａ又は８ｂ）にだけ換気框３２を設けた場合でも、内外両方の障子（８ａ及び８ｂ）に換気框３２を設けた場合と、断熱性能（空気の流れる方向と逆方向の熱輸送が妨げられることによる断熱性能）に差がないことが分かる。

次に、外窓１の内障子８ｂのみに換気框３２を設けた場合と、内外両方の障子８ａ，８ｂに換気框３２を設けた場合とで、中間層５内の空気の流れがどのようになっているかシミュレーションによって求めた。図１１〜１３は、このシミュレーションの結果を示しており、図１１は外窓１のガラス近傍（ガラス面から５ｍｍ）の空気の流れを示しており、図１２は外窓１のガラス面から少し離れた位置（ガラス面から３０ｍｍ）の空気の流れを示しており、図１３は内窓２のガラス近傍（ガラス面から５ｍｍ）の空気の流れを示している。図中の矢印は空気の流れを示しており、矢印の向きは流れの向きを、矢印の長さは流れの速さを示している。

外窓１のガラス近傍の空気の流れは、内外両方の障子に換気框３２がある場合には、図１１（ｂ）に示すように、外障子側と内障子側にほぼ均等に下降流が発生する。一方、内障子にのみ換気框３２を設けた場合には、通気部の面積が狭くなる（両方の障子に換気框を設けた場合の半分になる）ため、内障子側に約２倍の流速・流量の下降流が発生し、その下部で外障子側に回り込んでいる。外障子側も、ガラス面が外気に冷やされることによって生じる弱い下降流が見られる
外窓１のガラスから少し離れた位置での空気の流れは、内外障子の両方に換気框３２がある場合には、図１２（ｂ）に示すように、外障子側、内障子側とも、中央寄りで下降流の勢いが強く、下部で側方に曲がり、左右両側で上昇流が生じている。一方、内障子のみに換気框３２を設けた場合には、図１２（ａ）に示すように、内障子側に強い下降流が生じ、下の方で外障子側に回り込み、外障子側では旋回流が生じている。
内窓２のガラス近傍の空気の流れは、内外両方の障子に換気框３２がある場合は、図１３（ｂ）に示すように、外障子側、内障子側ともに、ほぼ均等に上昇流が生じている。内障子のみに換気框３２を設けた場合も、図１３（ａ）に示すように、外障子側、内障子側ともに、ほぼ均等に上昇流が生じている。

このように、外窓１の内障子８ｂにのみ換気框３２を設けた場合でも、外窓１のガラス近傍は外障子８ａ側、内障子８ｂ側ともに下降流になっており、内障子８ｂの換気框３２から流入した空気は外障子８ａ側に回り込んで窓の横幅全体に拡散し、内窓２のガラス近傍では外障子１８ａ側、内障子１８ｂ側ともに上昇流になっているから、内外両方の障子８ａ，８ｂに換気框３２を設けた場合と同等の断熱性能が得られるものと考えられる。

図１４，１５は、本発明による二重窓の第５実施形態を示している。本実施形態は、外窓１の内障子８ｂのみに換気小窓３８を設けてあり、外窓１の外障子８ａには換気小窓３８を設けていない。内窓２は、これまでに説明した実施形態と同様に、上枠１６の外周側に換気ブレス２０を設けている。

換気小窓３８は、図１４，１５に示すように、外周側フレーム３９と、内周側フレーム４０と、外周側フレーム３９と内周側フレーム４０との間に設けた外側ガラス４１ａと内側ガラス４１ｂとを有している。外側ガラス４１ａは、外周側フレーム３９及び内周側フレーム４０に固定してあり、内側ガラス４１ｂは外周側フレーム３９及び内周側フレーム４０の長手方向に沿ってスライド可能に設けてある。外周側フレーム３９は、図１５に示すように、外周側に上框１１のガラス保持溝３３に係合する係合部３４を有し、内周側フレーム４０にはガラス１３の上縁部を保持するガラス保持溝３５を有している。換気小窓３８は、係合部３４を上框１１のガラス保持溝３３に係合して上框１１の内周側に取付けてある。換気小窓３８は、図１４に示すように、内側ガラス４１ｂを戸尻側にスライドして開けることで、室外空間から中間層に連通する通気部３を形成できる。

換気小窓３８は、先に説明した換気框３２と同様に、内障子８ｂに後から取付けることができる。内障子８ｂにもともと換気小窓３８を有している場合には、その換気小窓３８をそのまま利用することができる。

第５実施形態の二重窓は、内障子８ｂのみに換気框３２を設けた第４実施形態と同様に、内外障子８ａ，８ｂに換気小窓３８を設けた場合と同等の断熱性能が得られる。

以上に述べたように本二重窓の製造方法は、外窓１と内窓２とを備え、外窓１と内窓２の少なくとも一方に外窓・内窓間の中間層５と連通する通気部３，４を形成し、室外と連通して外窓１の内側面に沿って一方向に空気が流れ、中間層５の端部で折り返し、室内と連通して内窓２の外側面に沿って他方向に空気が流れる換気経路６を設けることで、室内から室外に逃げる熱を回収したり、室外から室内に入ってくる熱を室外に捨てたりできるので、窓からの熱の出入りを減らし、冷暖房負荷を抑えることのできる二重窓を製造することができる。
本二重窓の製造方法によれば、室内環境を損ねない省エネ常時換気機能を有する二重窓とすることができるので、室内の快適性を向上させつつ省エネに貢献することができる。
また、本二重窓の製造方法は、既存の二重窓をそのまま利用し、框に通気孔１４ａ，１４ｂ，２７を開けたりタイト材３０を切り欠いたりするだけでよいので、低コストであり、且つ改修工事を短期間で行える。
タイト材３０に切欠き３１を設けて通気部３を形成する場合（第３実施形態）は、枠や框に通気部を設ける必要がないため、窓の意匠がシンプルになり、眺望性も向上する。
外窓１の内障子８ｂにだけ換気框３２や換気小窓３８を設ける実施形態（第４・第５実施形態）によれば、外障子８ａと内障子８ｂの開閉に支障がなく、両方の障子８ａ，８ｂに換気框３２や換気小窓３８を設ける場合よりもコストを削減できる上、両方の障子８ａ，８ｂに換気框３２や換気小窓３８を設けた場合と同等の断熱性能が得られる。

本発明は以上に述べた実施形態に限定されない。外窓と内窓の形態は任意であり、引違い窓に限らず、嵌め殺し窓や開き窓等であってもよい。外窓及び内窓の納まりは、適宜変更することができる。室外空間から中間層に連通する通気部、中間層から室内空間に連通する通気部はどこに形成してあってもよく、例えば縦枠や下枠に設けてあったり、縦框と縦枠との隙間を通気部とし、その隙間から空気が流入・流出するものであってもよい。通気孔の具体的な形状は問わない。外窓と内窓の枠は、一体に形成してあってもよい。本発明の二重窓は、空気が流れる向きが室外から室内だけのもの、室内から室外だけのもの、室外から室内と室内から室外の両方向に空気が流れるものの何れであってもよい。本発明は、新築の建物に外窓と内窓を新たに設置する場合、既存の外窓・内窓を利用して改修する場合の他、既存の単体のサッシ（外窓）が取付けられた窓に、後から内窓を増設して二重窓とする場合にも適用できる。外窓の換気框や換気小窓は、外障子のみに設けることもできる。

１ 外窓
２ 内窓
３ 通気部（外窓）
４ 通気部（内窓）
５ 中間層
６ 換気経路

Claims (1)

1. 外窓と内窓とを備え、外窓と内窓の少なくとも一方に外窓・内窓間の中間層と連通する通気部を形成し、室外と連通して外窓の内側面に沿って一方向に空気が流れ、中間層の端部で折り返し、室内と連通して内窓の外側面に沿って他方向に空気が流れる換気経路を設けることを特徴とする二重窓の製造方法。