JP3727229B2 - 空気循環式空調システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気循環式空調システムに関するものであり、より詳細には、太陽熱及び地中冷熱を効率的に利用し且つ乾式組積構法の煉瓦壁を断熱気密化し、冷房負荷を全体的に低減することができる空気循環式パッシブ空調システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属ボルトの締結力によりプレストレスを導入しながら煉瓦を多層に積層する乾式工法の煉瓦組積構法が、特願平４−５１８９３号、特願平５−９１６７４号、特願平６−２０６５９号、特願平７−１７２６０３号、特願平８−４３０１４号において提案されている。この乾式煉瓦組積構法の構成は、次世代省エネルギー型住宅の構法として、近年、既に実用化研究が開始され、実用化段階の各種実験及び改良が、本発明者等により継続的に実施されている。
【０００３】
乾式煉瓦組積構法により建造された煉瓦造住宅等は、熱容量が大きく、しかも、優れた壁面からの放射効果を備えるという煉瓦特有の物性により、在来の木造建築物や、鉄骨又は鉄筋コンクリート造の建築物では達成し難い居住快適性を提供するものと期待されている。
【０００４】
本発明者等は、乾式煉瓦組積構法の煉瓦造住宅に適した空調システムを開発すべく、空気循環式パッシブ空調システムの研究・開発を行ってきた。この方式の空調システムは、外壁、屋根及び地中に配置又は埋設したトロンブウォール、クールチューブ（アースチューブ）及び太陽熱集熱パネル等の集熱・放熱手段を使用し、太陽熱及び地中冷熱を有効利用した構成のものであり、煉瓦自体の蓄熱性及び壁面放射効果と相まって快適な居住環境を住居空間に形成し得るものと考えられる。
【０００５】
他方、高度に断熱気密化した住宅は、住宅等の熱環境及び熱収支を改善し、石油エネルギー消費量及び電力需要を低下するので、外壁等の断熱性及び気密性に向上する断熱気密住宅の実用化研究が、近年殊に注目されている。住宅建築の断熱気密化は、次世代省エネ基準や住宅金融公庫割増融資基準等に適合する上でも、今後は、重要な設計要素となるものと想定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
冬季の太陽熱や夏季の地中冷熱を利用した上記集熱・放熱手段を採用することにより、冷暖房負荷を大幅に低減し得る省エネルギー型住宅を実現し得る可能性がある。
【０００７】
しかしながら、モルタル等の接着材を介して煉瓦を組積する湿式組積工法の煉瓦壁と異なり、乾式組積工法により構築した煉瓦壁にあっては、煉瓦の目地部を完全に気密化し難く、壁体を完全に断熱気密化することは、事実上、極めて困難である。
【０００８】
仮に、煉瓦組積構造の壁体自体を断熱気密化し得たとしても、これは、室内の冷暖房により煉瓦壁内外の温度差及び水蒸気圧差を拡大する結果を招くので、壁体の内部結露現象を発生させる懸念があり、このような事態を回避すべき対策が必要とされる。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、太陽熱及び地中冷熱を効率的に利用した省エネルギー効果と、乾式組積構法の煉瓦壁の断熱気密化とを両立し、冷暖房負荷を大幅に低減可能な省エネルギー住宅を実現し得る空気循環式パッシブ空調システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記目的を達成すべく、煉瓦及び金属プレートを積層するとともに、前記煉瓦のボルト挿通孔を貫通する緊締具を緊締して上下の煉瓦を一体的に相互連結する乾式煉瓦組積構法の建築物における空気循環式空調システムであって、
前記建築物の外壁(10)は、乾式煉瓦組積構造の二重壁により形成され、非通気性の板状断熱材(16)が、該二重壁の中空部に挿入され、該断熱材と前記二重壁の内側壁(11)との間に循環空気層(15)が画成され、該空気層は、建築物の床下回収ダクト(17)と連通し、
一階床から小屋裏に達する煉瓦ダクト(30)が、前記建築物の内部領域において乾式煉瓦組積構造の垂直煉瓦壁により形成され、
床下から上方に延びる給気ダクト(40)が、前記煉瓦ダクト(30)内に配置され、
室内空気は、前記内側壁を構成する煉瓦の目地部を介して前記循環空気層に流入し、該空気層から前記回収ダクトに誘引され、地中冷熱又は太陽熱により冷却又は加熱された後、前記煉瓦ダクト又は前記給気ダクトに導入され、前記煉瓦ダクトを構成する煉瓦の目地部又は前記給気ダクトの吹出口(45)から室内領域に流出することを特徴とする空気循環式空調システムを提供する。
【００１１】
本発明は又、煉瓦及び金属プレートを積層するとともに、前記煉瓦のボルト挿通孔を貫通する緊締具を緊締して上下の煉瓦を一体的に相互連結する乾式煉瓦組積構法の建築物における空気循環式空調システムであって、
前記建築物の外壁(10)は、乾式煉瓦組積構造の二重壁により形成され、非通気性の板状断熱材(16)が、該二重壁の中空部に挿入され、該断熱材と前記二重壁の内側壁(11)との間に循環空気層(15)が画成され、該空気層は、建築物の床下回収ダクト(17)と連通し、
前記建築物は、地中冷熱により冷却した冷気を循環可能な熱交換器(55)と、太陽熱を蓄熱可能なトロンブウォール装置(20)と、太陽熱を集熱する集熱パネル(70)とを備え、
室内空気は、前記内側壁を構成する煉瓦の目地部を介して前記循環空気層に流入し、該空気層から前記回収ダクトに誘引され、
前記回収ダクトの空気は、冷房運転時に前記熱交換器により前記冷気と熱交換して冷却した後、給気ダクト(40)の吹出口(45)から室内領域に吹出し、
前記回収ダクトの空気は、暖房運転時に前記トロンブウォール装置の放熱空間(23)及び前記集熱パネルの伝熱管で太陽熱により加熱された後、室内領域に供給されることを特徴とする空気循環式空調システムを提供する。
【００１２】
本発明の上記構成によれば、外壁の中空部は、非通気性断熱材により分割され、外部環境から遮断された循環空気層が、上記内側壁と断熱材との間に形成される。乾式煉瓦組積構法により構築された内側壁の目地部は、通気性を有するので、循環空気層は、壁面全域に分散した目地部を介して室内空気を誘引する。循環空気層に流入した室内空気は、地中冷熱又は太陽熱により冷却又は加熱され、調温空気として室内に供給される。このような構成によれば、外側壁を非通気性板状断熱材により気密断熱化するとともに、循環空気層に誘引した空気を太陽熱及び地中冷熱により加熱又は冷却し得るので、乾式煉瓦組積構法の建築物の冷暖房負荷を低減することができる。しかも、上記構成の空調システムによれば、循環空気層を循環する空気流により、壁体の内部結露現象を確実に防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施形態によれば、一階床から小屋裏に達する煉瓦ダクト(30)が、建築物の内部領域において乾式煉瓦組積構造の垂直煉瓦壁により形成される。トロンブウォール装置および集熱パネルで加熱された空気は、煉瓦ダクトに導入され、煉瓦の目地部から室内領域に流出する。好ましくは、トロンブウォール装置は、冷房運転時に太陽光の入射を遮蔽する遮光手段(24)と、放熱空間の下部領域を大気開放する外気導入口(25)とを備える。外気導入口は、冷房運転時に開放し、放熱空間の空気は、トロンブウォール装置の蓄熱壁(21)から受熱して昇温した後、大気に放出される。
【００１４】
本発明の更に好適な実施形態によれば、空気循環式空調システムは、地中冷熱により冷却した空気を更に冷却又は除湿する補助空調機を備えるとともに、太陽熱により加熱された空気を煉瓦ダクト又は排気ダクト(85)に選択的に給送するハンドリングユニット(80)を備える。
【００１５】
好ましくは、地中冷熱により室内空気を冷却する手段として、地中に埋設したクールチューブ(50)が採用され、断熱材として、ファインセル連通ウレタンフォームの板状成形品が採用される。
【００１６】
図１及び図２は、本発明の好適な実施形態を示す空調システムの概略的システムフロー図である。図１には、夏季冷房時における空調システムの運転形態が示されており、図２には、冬季暖房時のシステム運転形態が示されている。
【００１７】
図１及び図２に示す空調システムは、煉瓦造住宅の冷暖房設備を構成する。空調システムは、空調熱源として、外壁及び屋根に配置したトロンブウォール装置及び集熱パネル、地中に埋設したクールチューブ（アースチューブ）、更には、補助的な熱源として機能する補助空調機を備える。クールチューブは、熱交換器に接続され、熱交換器は、クールチューブ内の冷気と循環空気との顕熱交換を行う。クールチューブと室内空気循環系との間に熱交換器を介装したことにより、臭気、不純物、蒸気等を含有し得るクールチューブ内の空気が直に室内に流入又は循環するのを防止することができる。
【００１８】
空調システムは、空気搬送手段として、小屋裏に配置したハンドリングユニットと、暖気を室内に供給する煉瓦ダクトとを備える。空調システムは又、空気循環手段として、外壁の二重壁中空部に形成した循環空気層と、１階床下に形成した床下回収ダクトと、冷気を室内に供給する給気ダクトとを備える。外壁は、乾式煉瓦組積構法により施工された二重壁構造の垂直煉瓦壁からなる。内側煉瓦壁及び外側煉瓦壁の間には、循環空気層を構成する中空域が形成される。煉瓦ダクトも又、乾式組積構法の垂直煉瓦壁により構築され、全高に亘って均等な方形又は円形の筒形断面を有する。ハンドリングユニットは、樹脂製又は金属製のチャンバ及び流路切換装置等の組立体からなり、給気ダクト及び床下回収ダクトは、樹脂製又は金属製のダクト部材により形成される。
【００１９】
ハンドリングユニットには、第１循環ファンが付設される。第１循環ファンは、循環空気を小屋裏排気手段（冷房時）又は煉瓦ダクト（暖房時）に選択的に給送する。室内空気を床下ダクト及び熱交換器に誘引する第２循環ファンが、床下ピット内に配置される。第２循環ファンは、熱交換器を通過した室内空気を給気ダクトに給送する。
【００２０】
図１に示す如く、夏季の冷房運転時には、室内冷房負荷により昇温した比較的高温の室内空気が、内側煉瓦壁の目地部から循環空気層に誘引され、床下回収ダクトを介して熱交換器に導入される。クールチューブ内の冷気が、冷気循環ファンの循環圧力下に熱交換器に導入され、室内空気の顕熱を受熱してクールチューブに還流する。室内空気は、クールチューブの冷気と熱交換して除熱又は冷却された後、第２循環ファンの循環圧力下に給気ダクトに送出され、給気ダクトは、比較的低温の調温空気（冷気）を室内空間に吹出す。
【００２１】
クールチューブの冷房能力が不足する場合、或いは、室内空気の除湿等を要する場合、熱交換器で熱交換した空気は、補助空調機によって更に冷却又は除湿される。補助空気機として、空冷、水冷又は吸収式のヒートポンプ型空調機等を使用し得る。
【００２２】
トロンブウォール装置は、日射を遮蔽可能な断熱シャッタ（図示せず）を備える。断熱シャッタは、日中は、蓄熱壁に対する太陽光の入射を遮蔽する。トロンブウォール装置の下部には、装置内に外気を導入する外気導入口が配設され、外気導入口は、放熱空間の下部領域を大気開放する。ハンドリングユニットの第１循環ファンが作動され、第１循環ファンは、トロンブウォール装置の放熱空間に滞留する比較的高温の空気を小屋裏排気手段から外界に放出し、外気を放熱空間に誘引する。なお、小屋裏排気手段は、好ましくは夏季又は中間期に常時運転され、小屋裏の空間を強制換気する。
【００２３】
冬季の暖房運転時には、室内暖房負荷により降温した比較的低温の室内空気は、図２に示す如く、煉瓦壁の循環空気層を介して床下回収ダクトに誘引され、第２循環ファンの循環圧力下にトロンブウォール装置の放熱空間に導入される。
【００２４】
所望により、補助空調機を補助的暖房手段として使用しても良い。この場合、補助空調機は、図２に破線で示す如く、循環空気の一部を回収ダクトから誘引し、所望の温度に加温した後、給気ダクトから室内空間に供給する。
【００２５】
トロンブウォール装置は、上述の外気導入口を閉塞するとともに、断熱シャッタを開放する。トロンブウォール装置の蓄熱壁は、太陽光の入射により受熱し、太陽熱を蓄熱するとともに、放熱空間の空気に放熱するとともに、蓄熱した顕熱を夜間に室内側に放熱する熱輻射壁として機能する。
回収ダクトから放熱空間に導入された循環空気は、放熱空間の高温雰囲気および蓄熱壁との伝熱接触により受熱して昇温し、温度差による自然対流作用および第１循環ファンの循環圧力により、集熱パネルに導入される。
【００２６】
集熱パネルは、黒色系に着色した伝熱管を有し、伝熱管は、太陽熱を集熱し、伝熱管内を流通する空気を加熱する。集熱パネルにより加熱された空気は、比較的高温の調温空気としてハンドリングユニットに誘引され、第１循環ファンにより煉瓦ダクトに導入される。
【００２７】
煉瓦ダクトの壁体は、煉瓦の目地部を介してダクト内領域と室内領域とを常時通気する。煉瓦ダクトは、暖気（調温空気）に伝熱接触して蓄熱するとともに、煉瓦の目地部から暖気を室内に放出する。
【００２８】
【実施例】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。図３は、図１及び図２に示す空調システムを適用した煉瓦造住宅の平面図であり、図４及び図５は、図３のＩ−Ｉ線における煉瓦造住宅の断面である。なお、図３（Ａ）には、煉瓦造住宅の１階平面図が示され、図３（Ｂ）には、煉瓦造住宅の２階平面図が示されている。また、図４には、冷房運転時の空調システムの運転形態が図示され、図５には、暖房運転時の空調システムの運転形態が図示されている。
【００２９】
煉瓦造住宅の外壁１０は、内側壁１１及び外側壁１２からなる二重壁構造の煉瓦壁として施工され、壁体１１、１２の間に循環空気層１５が画成される。循環空気層１５は、主に、東側、北側及び西側壁面に延在する。循環空気層１５の下端部は、一階床下ピットに配置された床下回収ダクト１７（図４、図５）と連通する。
【００３０】
煉瓦造住宅の南側外壁１０の中央部は、トロンブウォール装置２０の蓄熱壁２１を構成する。蓄熱壁２１の部分は、循環空気層１５の部分に乾式煉瓦を更に充填した三重壁構造の煉瓦壁からなる。所望により、蓄熱壁２１のみを鉄筋コンクリート構造の壁体として構築しても良い。蓄熱壁２１の外側には、外装材２２が配置され、放熱空間２３が、蓄熱壁２１及び外装材２２の間に画成される。外装材２２は、透光性ガラス建具からなり、日射を遮蔽可能な可動断熱シャッタ２４（仮想線で示す）を全域に備える。外装材２２は、開閉可能な外気導入口２５を下部に備えており、外気導入口２５は、放熱空間２３の下部領域を外界と連通する。
【００３１】
煉瓦造住宅の中心部には、煉瓦ダクト３０及び給気ダクト４０が配置される。煉瓦ダクト３０は、乾式煉瓦組積構法により構築された正方形配列の垂直壁３１からなり、給気ダクト４０は、煉瓦ダクト３０の中心部に配置された樹脂製又は金属製円形ダクトからなる。煉瓦ダクト３０は、コア形態に１階及び２階部分を貫通し、２階天井裏から垂直下方に延びる暖気給送路３２を形成する。給気ダクト４０は、１階床下から煉瓦ダクト３０の中心部を垂直上方に延び、２階の床上部分で終端する。給気ダクト４０は、半径方向に延びる分岐ダクト４１を備え、分岐ダクト４１の外端部は、垂直壁３１の冷気吹出口４５に接続される。
【００３２】
クールチューブ５０は、地中に埋設した所定本数の樹脂製又は金属製の空気冷却管５１と、冷気循環ファン（図示せず）とを備える。冷却管５１は、例えば、全長６０ｍ以上の管長を有する。本例では、２本以上の空気冷却管５１が、例えば、地中３ｍ以上の深さに埋設される。冷却管５１は、流入管５２及び流出管５３を介して熱交換器５５と連通する。冷気循環ファン及び熱交換器５５は、煉瓦造住宅の床下ピット内に配置され、熱交換器５５は、床下回収ダクト１７を介して循環空気層１５の下端部と連通する。熱交換器５５として、フィンチューブ型の顕熱交換式熱交換器、或いは、回転式の全熱交換型熱交換器等を好適に使用し得る。クールチューブ５０は、冷却管５１及び熱交換器５５を含むクローズド型の空気循環回路を構成し、地中冷熱により冷却した冷却管５１内の空気は、熱交換器５５において室内空気と熱交換し、空気冷却管５１に還流する。クールチューブ５０内の空気の循環流量は、例えば、３００ｍ3 ／ｈ以上に設定される。
【００３３】
補助空調機６０及び空気循環ファン６５が、床下ピット内に配置される。循環ファン６５は、循環空気層１５及び熱交換器５５を介して室内空気を誘引し、熱交換器５５にて冷却した室内空気を給気ダクト４０に給送する。補助空調機６０の作動を要する場合、例えば、冷房負荷が高く、クールチューブ５０の冷房能力が不足する時期又は時間帯（夏季日中等）、或いは、室内の除湿を要する場合には、循環ファン６５は、熱交換器５５を通過した室内空気の一部又は全流量を補助空調機６０に導入する。補助空調機６０は、室内空気を更に調温又は調湿した後、調整空気として給気ダクト４０に給送する。補助空調機として、空冷、水冷又は吸収式のヒートポンプ型空調機、或いは、冷水循環コイル内蔵型の空調機等の各種形式の空調機を使用し得る。
【００３４】
床下回収ダクト１７の連通部１８が、トロンブウォール装置２０の下面に開口し、放熱空間２３と連通する。暖房運転時には、回収ダクト１７内の空気は、連通部１８を介して放熱空間２３に流入する。放熱空間２３の上端部は、熱搬送ダクト８１を介してハンドリングユニット８０と連通するとともに、集熱パネル７０の伝熱管と連通する。集熱パネル７０の面積は、例えば、１５〜２０ｍ2 以上に設定され、通過流量は、例えば、３００ｍ3 ／ｈ以上に設定される。集熱パネル７０の流入口には、開閉ダンパ（図示せず）が設けられ、開閉ダンパは、冷房運転時に常時閉鎖し、暖房運転時に集熱ダクトの温度が、例えば、２５℃以上に達したときに開放し、放熱空間２３の空気の取込みを開始する。
【００３５】
集熱パネル７０の流出口が、熱搬送ダクト８２を介してハンドリングユニット８０に接続される。ハンドリングユニット８０は、搬送ダクト８１、８２からユニット８０内に流入した空気を混合する混合チャンバ８３と、混合域を排気ダクト８５及び熱搬送ダクト８６に選択的に連通する流路切換装置８４と、放熱空間２３及び集熱パネル７０の暖気を誘引し且つこれを圧送する空気循環ファン（図示せず）とを備える。ハンドリングユニット８０は、冷房運転時に放熱空間２３の暖気を排気ダクト８５に給送し、暖房運転時に放熱空間２３及び／又は集熱パネル７０の暖気を熱搬送ダクト８６に給送する。
【００３６】
排気ダクト８５に送出された暖気は、小屋組頂部の排気筒８７を介して大気に放出される。小屋裏領域８８には、換気ファン（図示せず）が配置され、換気ファンは、夏季（所望により夏季及び中間期）に常時作動し、軒裏領域から外気を誘引するとともに、小屋裏領域８８の空気を排気筒８７から大気に放出する。
【００３７】
熱搬送ダクト８６に送出された暖気は、煉瓦ダクト３０の暖気給送路３２に導入され、垂直壁３１の煉瓦に伝熱接触しながら降下し、煉瓦の隙間（目地部）から室内空間に流出する。煉瓦は、暖気に接触して温度上昇し、暖気の顕熱を蓄熱する。煉瓦が保有する熱は、暖気循環の停止時又は夜間等に室内空気に放熱する。
【００３８】
図６乃至図８は、外壁１０の構造を示す斜視図、横断面図及び縦断面図である。
図６に示す如く、外壁１０は、所定間隔を隔てて内側壁１１及び外側壁１２を平行に配置した二重壁構造を有し、壁体１１、１２の間の中空部は、非通気性断熱材１６により分割される。標準煉瓦１及びコーナー煉瓦１’は、千鳥配列に組積される。煉瓦１、１’のボルト挿通孔７は、下段及び上段煉瓦１の半円形溝９の曲率中心と同心状に配置され、煉瓦１の大径貫通孔８は、下段及び上段煉瓦１の大径貫通孔８と同心位置に配置される。
【００３９】
図８に示す如く、上下の煉瓦１の間には、金属プレート２が介挿される。金属プレート２は、ボルト挿通孔７と整合可能なボルト挿通孔を有する。長ナット３、丸座金３ａ及びバネ座金３ｂが、金属プレート２上に位置決めされ、全螺子ボルト４が、長ナット３の半部まで螺込まれる。金属プレート２、全螺子ボルト４及び長ナット３等の連結作業が、煉瓦１、１’の組積段毎に反復実施され、垂直な壁体１１、１２が構築される。
【００４０】
このような組積構法によれば、煉瓦１、１’は、ボルト４の緊締力によるプレストレス下に互いに一体化しているにすぎず、壁体１１、１２の横目地５及び縦目地６は、通気性を有する。即ち、煉瓦１、１’は、意匠的且つ構造的には、連続的な壁体を構成し、雨水等の進入を防止する防水性を発揮するが、気密性を備えておらず、煉瓦壁１１、１２の両側の空気は相互に流通する。
【００４１】
壁体１１、１２の中空部に挿入された非通気性断熱材１６は、真空断熱材又はファインセル連通ウレタンフォームと一般に呼ばれる素材の板状成形品からなる。この素材は、通常は、冷蔵庫又は保冷車の断熱材として使用される材料であり、極めて低い熱伝導率（０．００８Ｗ／ｍ・Ｋ）を示すので、図７及び図８に示す如く、厚さ３０mm程度の薄板形態の断熱材１６を１３０mm程度の壁体間隙に挿入することにより、外界と隔絶した気密空気層が、循環空気層１５として形成される。この結果、外壁１０の熱貫流率は、０．２７Ｗ／ｍ2 ・Ｋ程度に低減し、煉瓦造住宅の熱損失係数は、１．５１Ｗ／ｍ2 ・Ｋ程度に低下する。
【００４２】
外壁１０は、断熱材１６を中空部に挿入した結果として、外部環境に対する外壁１０の高気密化及び高断熱化を達成する一方、室内環境と循環空気層１５との間の通気性を維持する。従って、室内空気は、内側壁１１の全域に分散する目地部５、６から循環空気層１５に流入する。
【００４３】
同様の煉瓦組積構造は、煉瓦ダクト３０にも採用されており、煉瓦ダクト３０内の暖気は、垂直壁３１の全域に分散する目地部から室内に流入する。同時に、煉瓦ダクト３０内を流下し且つ目地部を流通する暖気は、垂直壁３１の煉瓦１に伝熱接触し、暖気が保有する顕熱の一部は、煉瓦１に蓄熱される。煉瓦１が蓄熱した顕熱は、夜間等に緩慢に室内に放熱されるので、夜間の外気温低下や、外乱等に伴う急激な室温低下は防止され、室内環境は安定化する。
【００４４】
次に、上記構成の空調システムの作動態様について説明する。
冷房運転時には、空調システムは、図４に示す如く、クールチューブ５０、補助空調機６０、ハンドリングユニット８０を作動する。トロンブウォール装置２０の断熱シャッタ２５は、閉鎖位置に保持され、外気導入口２５は開放される。煉瓦造住宅には、２つの空気流通系、即ち、室内環境−循環空気層１５−床下回収ダクト１７−熱交換器５５−（補助空調機６０）−給気ダクト４０−室内環境の空気循環回路からなる冷気循環系と、外気−外気導入口２５−放熱空間２３−ハンドリングユニット８０−排気筒８７−外気の暖気放出経路からなる放熱系とが形成される。
【００４５】
他方、暖房運転時の空調システムは、図５に示す如く、集熱パネル７０及びハンドリングユニット８０を作動するとともに、トロンブウォール装置２０の断熱シャッタ２５を開放位置に保持し、外気導入口２５を閉鎖する。煉瓦造住宅には、単一の空気流通系、即ち、室内環境−循環空気層１５−床下回収ダクト１７−連通部１８−放熱空間２３−集熱パネル７０−ハンドリングユニット８０−煉瓦ダクト３０−室内環境の暖気循環回路からなる暖気循環系が形成される。
【００４６】
上記構成の空調システムを備えた煉瓦造住宅の試験室を建造し、夏季及び冬季の室内熱環境の実測調査を実施した結果、クールチューブを夜間に使用した場合、室温は低下し続け、ＰＭＶ（met 値1.2 、clo 値0.6 ）は、徐々に低下した。夜間のクールチューブ運転の効果を日中の冷房負荷で比較した結果、クールチューブを使用した場合の日積算冷房消費電力量は、クールチューブを使用しない場合に比べて、概ね20％前後、減少すると判明した。なお、ＰＭＶは、熱的に中立に近い状態の人体の温冷感を表すPredicted Mean Vote の略であり、かなり暑い状態の＋3 から、かなり寒い状態の−3 までの7 段階の尺度で示す快適性評価の指標である。met 値は、活動レベルの指標であり、clo 値は、衣服着用時の指標である。
【００４７】
また、冬季は、集熱パネル及びトロンブウォール装置を日中に使用すると室温は、日中の最高温度が約24℃に達した。また、朝方の最低温度が、約12℃まで低下したが、これは、その時点の外気温度と対比すると、約14K 高い値であった。集熱パネルとトロンブウォール装置の効果を暖房負荷で比較した結果、集熱パネルとトロンブウォール装置を使用した場合の日積算暖房消費電力量は、これらの装置を使用しない場合に比べて、概ね30％程度減少すると判明した。
【００４８】
更に、上記空調システムを備えた煉瓦造住宅モデルを対象とした数値シミュレーションを行った結果、冬季において、煉瓦壁および土間床の熱容量、集熱パネル、トロンブウォール装置を用いた空調システムは、室内熱環境向上に大きく寄与し、期間積算暖房負荷は、木造住宅モデルに比べて、約26％減少した。なお、煉瓦造住宅モデルの各設定条件は、集熱パネル面積＝16.2m2、取り込み流量＝300m3 ／h 、取り込み開始温度＝25℃であり、トロンブウォール装置の断熱シャッタは、8:00〜17:00 の時間帯に開放するものと設定した。また、夏季において、クールチューブを使用した煉瓦造住宅モデルの期間積算冷房負荷は、木造住宅モデルに比べて約30％減少した。なお、クールチューブの運転時間は、21:00 〜6:00に設定し、クールチューブ本数＝2 本、長さ＝60m 、埋設深さ＝3m、流量＝310m3/h に条件設定した。
【００４９】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、該変形例又は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。
【００５０】
例えば、煉瓦壁には、所望により、吸気グリル等の吸気口を更に設けても良い。
また、上記実施例では、実質的に建物の全外周壁を乾式煉瓦の二重壁構造に設計しているが、実際の建築物においては、必ずしも全外周壁をこのような二重壁構造に設計する必要はなく、例えば、外周壁を部分的に乾式煉瓦の二重壁構造に設計し、他の外周壁部分をブリックベニア工法（単一の乾式煉瓦壁の内側に石膏ボート等の内装ボードを内張りする工法）の壁体、或いは、鉄筋コンクリート構造、木構造又は鉄骨構造の壁体に設計しても良い。
更には、上記実施例では、外周壁から室内空気を吸い込み、建物中央部の煉瓦ダクト又は給気ダクトから調温空気を吹き出す構成を採用しているが、その他の構造、例えば、建物中央部のダクトから室内空気を吸い込み、外周壁から調温空気を室内に吹き出したり、或いは、一方の側の外周壁から室内空気を吸い込み、他の側の外周壁から調温空気を室内に吹き出すような構成を採用しても良い。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の上記構成によれば、太陽熱及び地中冷熱を効率的に利用した省エネルギー効果と、乾式組積構法の煉瓦壁の断熱気密化とを両立し、冷暖房負荷を大幅に低減可能な省エネルギー住宅を実現し得る空気循環式パッシブ空調システムを提供することがてきる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施形態を示す空調システムの概略的システムフロー図であり、夏季冷房時における空調システムの運転形態が示されている。図２には、冬季暖房時のシステム運転形態が示されている。
【図２】本発明の好適な実施形態を示す空調システムの概略的システムフロー図であり、冬季冷房時における空調システムの運転形態が示されている。
【図３】図１及び図２に示す空調システムを適用した煉瓦造住宅の平面図である。
【図４】図３のＩ−Ｉ線における煉瓦造住宅の断面であり、冷房運転時の空調システムの運転形態が図示されている。
【図５】図３のＩ−Ｉ線における煉瓦造住宅の断面であり、暖房運転時の空調システムの運転形態が図示されている。
【図６】外壁の構造を示す斜視図である。
【図７】外壁の構造を示す横断面図である。
【図８】外壁の構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 煉瓦
５ 横目地
６ 縦目地
１０ 外壁
１１ 内側壁
１２ 外側壁
１５ 循環空気層
１６ 非通気性板状断熱材
１７ 床下回収ダクト
２０ トロンブウォール装置
３０ 煉瓦ダクト
４０ 給気ダクト
５０ クールチューブ
６０ 補助空調機
７０ 集熱パネル
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気循環式空調システムに関するものであり、より詳細には、太陽熱及び地中冷熱を効率的に利用し且つ乾式組積構法の煉瓦壁を断熱気密化し、冷房負荷を全体的に低減することができる空気循環式パッシブ空調システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属ボルトの締結力によりプレストレスを導入しながら煉瓦を多層に積層する乾式工法の煉瓦組積構法が、特願平４−５１８９３号、特願平５−９１６７４号、特願平６−２０６５９号、特願平７−１７２６０３号、特願平８−４３０１４号において提案されている。この乾式煉瓦組積構法の構成は、次世代省エネルギー型住宅の構法として、近年、既に実用化研究が開始され、実用化段階の各種実験及び改良が、本発明者等により継続的に実施されている。
【０００３】
乾式煉瓦組積構法により建造された煉瓦造住宅等は、熱容量が大きく、しかも、優れた壁面からの放射効果を備えるという煉瓦特有の物性により、在来の木造建築物や、鉄骨又は鉄筋コンクリート造の建築物では達成し難い居住快適性を提供するものと期待されている。
【０００４】
本発明者等は、乾式煉瓦組積構法の煉瓦造住宅に適した空調システムを開発すべく、空気循環式パッシブ空調システムの研究・開発を行ってきた。この方式の空調システムは、外壁、屋根及び地中に配置又は埋設したトロンブウォール、クールチューブ（アースチューブ）及び太陽熱集熱パネル等の集熱・放熱手段を使用し、太陽熱及び地中冷熱を有効利用した構成のものであり、煉瓦自体の蓄熱性及び壁面放射効果と相まって快適な居住環境を住居空間に形成し得るものと考えられる。
【０００５】
他方、高度に断熱気密化した住宅は、住宅等の熱環境及び熱収支を改善し、石油エネルギー消費量及び電力需要を低下するので、外壁等の断熱性及び気密性に向上する断熱気密住宅の実用化研究が、近年殊に注目されている。住宅建築の断熱気密化は、次世代省エネ基準や住宅金融公庫割増融資基準等に適合する上でも、今後は、重要な設計要素となるものと想定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
冬季の太陽熱や夏季の地中冷熱を利用した上記集熱・放熱手段を採用することにより、冷暖房負荷を大幅に低減し得る省エネルギー型住宅を実現し得る可能性がある。
【０００７】
しかしながら、モルタル等の接着材を介して煉瓦を組積する湿式組積工法の煉瓦壁と異なり、乾式組積工法により構築した煉瓦壁にあっては、煉瓦の目地部を完全に気密化し難く、壁体を完全に断熱気密化することは、事実上、極めて困難である。
【０００８】
仮に、煉瓦組積構造の壁体自体を断熱気密化し得たとしても、これは、室内の冷暖房により煉瓦壁内外の温度差及び水蒸気圧差を拡大する結果を招くので、壁体の内部結露現象を発生させる懸念があり、このような事態を回避すべき対策が必要とされる。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、太陽熱及び地中冷熱を効率的に利用した省エネルギー効果と、乾式組積構法の煉瓦壁の断熱気密化とを両立し、冷暖房負荷を大幅に低減可能な省エネルギー住宅を実現し得る空気循環式パッシブ空調システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記目的を達成すべく、煉瓦及び金属プレートを積層するとともに、前記煉瓦のボルト挿通孔を貫通する緊締具を緊締して上下の煉瓦を一体的に相互連結する乾式煉瓦組積構法の建築物における空気循環式空調システムであって、
前記建築物の外壁(10)は、乾式煉瓦組積構造の二重壁により形成され、非通気性の板状断熱材(16)が、該二重壁の中空部に挿入され、該断熱材と前記二重壁の内側壁(11)との間に循環空気層(15)が画成され、該空気層は、建築物の床下回収ダクト(17)と連通し、
一階床から小屋裏に達する煉瓦ダクト(30)が、前記建築物の内部領域において乾式煉瓦組積構造の垂直煉瓦壁により形成され、
床下から上方に延びる給気ダクト(40)が、前記煉瓦ダクト(30)内に配置され、
室内空気は、前記内側壁を構成する煉瓦の目地部を介して前記循環空気層に流入し、該空気層から前記回収ダクトに誘引され、地中冷熱又は太陽熱により冷却又は加熱された後、前記煉瓦ダクト又は前記給気ダクトに導入され、前記煉瓦ダクトを構成する煉瓦の目地部又は前記給気ダクトの吹出口(45)から室内領域に流出することを特徴とする空気循環式空調システムを提供する。
【００１１】
本発明は又、煉瓦及び金属プレートを積層するとともに、前記煉瓦のボルト挿通孔を貫通する緊締具を緊締して上下の煉瓦を一体的に相互連結する乾式煉瓦組積構法の建築物における空気循環式空調システムであって、
前記建築物の外壁(10)は、乾式煉瓦組積構造の二重壁により形成され、非通気性の板状断熱材(16)が、該二重壁の中空部に挿入され、該断熱材と前記二重壁の内側壁(11)との間に循環空気層(15)が画成され、該空気層は、建築物の床下回収ダクト(17)と連通し、
前記建築物は、地中冷熱により冷却した冷気を循環可能な熱交換器(55)と、太陽熱を蓄熱可能なトロンブウォール装置(20)と、太陽熱を集熱する集熱パネル(70)とを備え、
室内空気は、前記内側壁を構成する煉瓦の目地部を介して前記循環空気層に流入し、該空気層から前記回収ダクトに誘引され、
前記回収ダクトの空気は、冷房運転時に前記熱交換器により前記冷気と熱交換して冷却した後、給気ダクト(40)の吹出口(45)から室内領域に吹出し、
前記回収ダクトの空気は、暖房運転時に前記トロンブウォール装置の放熱空間(23)及び前記集熱パネルの伝熱管で太陽熱により加熱された後、室内領域に供給されることを特徴とする空気循環式空調システムを提供する。
【００１２】
本発明の上記構成によれば、外壁の中空部は、非通気性断熱材により分割され、外部環境から遮断された循環空気層が、上記内側壁と断熱材との間に形成される。乾式煉瓦組積構法により構築された内側壁の目地部は、通気性を有するので、循環空気層は、壁面全域に分散した目地部を介して室内空気を誘引する。循環空気層に流入した室内空気は、地中冷熱又は太陽熱により冷却又は加熱され、調温空気として室内に供給される。このような構成によれば、外側壁を非通気性板状断熱材により気密断熱化するとともに、循環空気層に誘引した空気を太陽熱及び地中冷熱により加熱又は冷却し得るので、乾式煉瓦組積構法の建築物の冷暖房負荷を低減することができる。しかも、上記構成の空調システムによれば、循環空気層を循環する空気流により、壁体の内部結露現象を確実に防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施形態によれば、一階床から小屋裏に達する煉瓦ダクト(30)が、建築物の内部領域において乾式煉瓦組積構造の垂直煉瓦壁により形成される。トロンブウォール装置および集熱パネルで加熱された空気は、煉瓦ダクトに導入され、煉瓦の目地部から室内領域に流出する。好ましくは、トロンブウォール装置は、冷房運転時に太陽光の入射を遮蔽する遮光手段(24)と、放熱空間の下部領域を大気開放する外気導入口(25)とを備える。外気導入口は、冷房運転時に開放し、放熱空間の空気は、トロンブウォール装置の蓄熱壁(21)から受熱して昇温した後、大気に放出される。
【００１４】
本発明の更に好適な実施形態によれば、空気循環式空調システムは、地中冷熱により冷却した空気を更に冷却又は除湿する補助空調機を備えるとともに、太陽熱により加熱された空気を煉瓦ダクト又は排気ダクト(85)に選択的に給送するハンドリングユニット(80)を備える。
【００１５】
好ましくは、地中冷熱により室内空気を冷却する手段として、地中に埋設したクールチューブ(50)が採用され、断熱材として、ファインセル連通ウレタンフォームの板状成形品が採用される。
【００１６】
図１及び図２は、本発明の好適な実施形態を示す空調システムの概略的システムフロー図である。図１には、夏季冷房時における空調システムの運転形態が示されており、図２には、冬季暖房時のシステム運転形態が示されている。
【００１７】
図１及び図２に示す空調システムは、煉瓦造住宅の冷暖房設備を構成する。空調システムは、空調熱源として、外壁及び屋根に配置したトロンブウォール装置及び集熱パネル、地中に埋設したクールチューブ（アースチューブ）、更には、補助的な熱源として機能する補助空調機を備える。クールチューブは、熱交換器に接続され、熱交換器は、クールチューブ内の冷気と循環空気との顕熱交換を行う。クールチューブと室内空気循環系との間に熱交換器を介装したことにより、臭気、不純物、蒸気等を含有し得るクールチューブ内の空気が直に室内に流入又は循環するのを防止することができる。
【００１８】
空調システムは、空気搬送手段として、小屋裏に配置したハンドリングユニットと、暖気を室内に供給する煉瓦ダクトとを備える。空調システムは又、空気循環手段として、外壁の二重壁中空部に形成した循環空気層と、１階床下に形成した床下回収ダクトと、冷気を室内に供給する給気ダクトとを備える。外壁は、乾式煉瓦組積構法により施工された二重壁構造の垂直煉瓦壁からなる。内側煉瓦壁及び外側煉瓦壁の間には、循環空気層を構成する中空域が形成される。煉瓦ダクトも又、乾式組積構法の垂直煉瓦壁により構築され、全高に亘って均等な方形又は円形の筒形断面を有する。ハンドリングユニットは、樹脂製又は金属製のチャンバ及び流路切換装置等の組立体からなり、給気ダクト及び床下回収ダクトは、樹脂製又は金属製のダクト部材により形成される。
【００１９】
ハンドリングユニットには、第１循環ファンが付設される。第１循環ファンは、循環空気を小屋裏排気手段（冷房時）又は煉瓦ダクト（暖房時）に選択的に給送する。室内空気を床下ダクト及び熱交換器に誘引する第２循環ファンが、床下ピット内に配置される。第２循環ファンは、熱交換器を通過した室内空気を給気ダクトに給送する。
【００２０】
図１に示す如く、夏季の冷房運転時には、室内冷房負荷により昇温した比較的高温の室内空気が、内側煉瓦壁の目地部から循環空気層に誘引され、床下回収ダクトを介して熱交換器に導入される。クールチューブ内の冷気が、冷気循環ファンの循環圧力下に熱交換器に導入され、室内空気の顕熱を受熱してクールチューブに還流する。室内空気は、クールチューブの冷気と熱交換して除熱又は冷却された後、第２循環ファンの循環圧力下に給気ダクトに送出され、給気ダクトは、比較的低温の調温空気（冷気）を室内空間に吹出す。
【００２１】
クールチューブの冷房能力が不足する場合、或いは、室内空気の除湿等を要する場合、熱交換器で熱交換した空気は、補助空調機によって更に冷却又は除湿される。補助空気機として、空冷、水冷又は吸収式のヒートポンプ型空調機等を使用し得る。
【００２２】
トロンブウォール装置は、日射を遮蔽可能な断熱シャッタ（図示せず）を備える。断熱シャッタは、日中は、蓄熱壁に対する太陽光の入射を遮蔽する。トロンブウォール装置の下部には、装置内に外気を導入する外気導入口が配設され、外気導入口は、放熱空間の下部領域を大気開放する。ハンドリングユニットの第１循環ファンが作動され、第１循環ファンは、トロンブウォール装置の放熱空間に滞留する比較的高温の空気を小屋裏排気手段から外界に放出し、外気を放熱空間に誘引する。なお、小屋裏排気手段は、好ましくは夏季又は中間期に常時運転され、小屋裏の空間を強制換気する。
【００２３】
冬季の暖房運転時には、室内暖房負荷により降温した比較的低温の室内空気は、図２に示す如く、煉瓦壁の循環空気層を介して床下回収ダクトに誘引され、第２循環ファンの循環圧力下にトロンブウォール装置の放熱空間に導入される。
【００２４】
所望により、補助空調機を補助的暖房手段として使用しても良い。この場合、補助空調機は、図２に破線で示す如く、循環空気の一部を回収ダクトから誘引し、所望の温度に加温した後、給気ダクトから室内空間に供給する。
【００２５】
トロンブウォール装置は、上述の外気導入口を閉塞するとともに、断熱シャッタを開放する。トロンブウォール装置の蓄熱壁は、太陽光の入射により受熱し、太陽熱を蓄熱するとともに、放熱空間の空気に放熱するとともに、蓄熱した顕熱を夜間に室内側に放熱する熱輻射壁として機能する。
回収ダクトから放熱空間に導入された循環空気は、放熱空間の高温雰囲気および蓄熱壁との伝熱接触により受熱して昇温し、温度差による自然対流作用および第１循環ファンの循環圧力により、集熱パネルに導入される。
【００２６】
集熱パネルは、黒色系に着色した伝熱管を有し、伝熱管は、太陽熱を集熱し、伝熱管内を流通する空気を加熱する。集熱パネルにより加熱された空気は、比較的高温の調温空気としてハンドリングユニットに誘引され、第１循環ファンにより煉瓦ダクトに導入される。
【００２７】
煉瓦ダクトの壁体は、煉瓦の目地部を介してダクト内領域と室内領域とを常時通気する。煉瓦ダクトは、暖気（調温空気）に伝熱接触して蓄熱するとともに、煉瓦の目地部から暖気を室内に放出する。
【００２８】
【実施例】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。図３は、図１及び図２に示す空調システムを適用した煉瓦造住宅の平面図であり、図４及び図５は、図３のＩ−Ｉ線における煉瓦造住宅の断面である。なお、図３（Ａ）には、煉瓦造住宅の１階平面図が示され、図３（Ｂ）には、煉瓦造住宅の２階平面図が示されている。また、図４には、冷房運転時の空調システムの運転形態が図示され、図５には、暖房運転時の空調システムの運転形態が図示されている。
【００２９】
煉瓦造住宅の外壁１０は、内側壁１１及び外側壁１２からなる二重壁構造の煉瓦壁として施工され、壁体１１、１２の間に循環空気層１５が画成される。循環空気層１５は、主に、東側、北側及び西側壁面に延在する。循環空気層１５の下端部は、一階床下ピットに配置された床下回収ダクト１７（図４、図５）と連通する。
【００３０】
煉瓦造住宅の南側外壁１０の中央部は、トロンブウォール装置２０の蓄熱壁２１を構成する。蓄熱壁２１の部分は、循環空気層１５の部分に乾式煉瓦を更に充填した三重壁構造の煉瓦壁からなる。所望により、蓄熱壁２１のみを鉄筋コンクリート構造の壁体として構築しても良い。蓄熱壁２１の外側には、外装材２２が配置され、放熱空間２３が、蓄熱壁２１及び外装材２２の間に画成される。外装材２２は、透光性ガラス建具からなり、日射を遮蔽可能な可動断熱シャッタ２４（仮想線で示す）を全域に備える。外装材２２は、開閉可能な外気導入口２５を下部に備えており、外気導入口２５は、放熱空間２３の下部領域を外界と連通する。
【００３１】
煉瓦造住宅の中心部には、煉瓦ダクト３０及び給気ダクト４０が配置される。煉瓦ダクト３０は、乾式煉瓦組積構法により構築された正方形配列の垂直壁３１からなり、給気ダクト４０は、煉瓦ダクト３０の中心部に配置された樹脂製又は金属製円形ダクトからなる。煉瓦ダクト３０は、コア形態に１階及び２階部分を貫通し、２階天井裏から垂直下方に延びる暖気給送路３２を形成する。給気ダクト４０は、１階床下から煉瓦ダクト３０の中心部を垂直上方に延び、２階の床上部分で終端する。給気ダクト４０は、半径方向に延びる分岐ダクト４１を備え、分岐ダクト４１の外端部は、垂直壁３１の冷気吹出口４５に接続される。
【００３２】
クールチューブ５０は、地中に埋設した所定本数の樹脂製又は金属製の空気冷却管５１と、冷気循環ファン（図示せず）とを備える。冷却管５１は、例えば、全長６０ｍ以上の管長を有する。本例では、２本以上の空気冷却管５１が、例えば、地中３ｍ以上の深さに埋設される。冷却管５１は、流入管５２及び流出管５３を介して熱交換器５５と連通する。冷気循環ファン及び熱交換器５５は、煉瓦造住宅の床下ピット内に配置され、熱交換器５５は、床下回収ダクト１７を介して循環空気層１５の下端部と連通する。熱交換器５５として、フィンチューブ型の顕熱交換式熱交換器、或いは、回転式の全熱交換型熱交換器等を好適に使用し得る。クールチューブ５０は、冷却管５１及び熱交換器５５を含むクローズド型の空気循環回路を構成し、地中冷熱により冷却した冷却管５１内の空気は、熱交換器５５において室内空気と熱交換し、空気冷却管５１に還流する。クールチューブ５０内の空気の循環流量は、例えば、３００ｍ3 ／ｈ以上に設定される。
【００３３】
補助空調機６０及び空気循環ファン６５が、床下ピット内に配置される。循環ファン６５は、循環空気層１５及び熱交換器５５を介して室内空気を誘引し、熱交換器５５にて冷却した室内空気を給気ダクト４０に給送する。補助空調機６０の作動を要する場合、例えば、冷房負荷が高く、クールチューブ５０の冷房能力が不足する時期又は時間帯（夏季日中等）、或いは、室内の除湿を要する場合には、循環ファン６５は、熱交換器５５を通過した室内空気の一部又は全流量を補助空調機６０に導入する。補助空調機６０は、室内空気を更に調温又は調湿した後、調整空気として給気ダクト４０に給送する。補助空調機として、空冷、水冷又は吸収式のヒートポンプ型空調機、或いは、冷水循環コイル内蔵型の空調機等の各種形式の空調機を使用し得る。
【００３４】
床下回収ダクト１７の連通部１８が、トロンブウォール装置２０の下面に開口し、放熱空間２３と連通する。暖房運転時には、回収ダクト１７内の空気は、連通部１８を介して放熱空間２３に流入する。放熱空間２３の上端部は、熱搬送ダクト８１を介してハンドリングユニット８０と連通するとともに、集熱パネル７０の伝熱管と連通する。集熱パネル７０の面積は、例えば、１５〜２０ｍ2 以上に設定され、通過流量は、例えば、３００ｍ3 ／ｈ以上に設定される。集熱パネル７０の流入口には、開閉ダンパ（図示せず）が設けられ、開閉ダンパは、冷房運転時に常時閉鎖し、暖房運転時に集熱ダクトの温度が、例えば、２５℃以上に達したときに開放し、放熱空間２３の空気の取込みを開始する。
【００３５】
集熱パネル７０の流出口が、熱搬送ダクト８２を介してハンドリングユニット８０に接続される。ハンドリングユニット８０は、搬送ダクト８１、８２からユニット８０内に流入した空気を混合する混合チャンバ８３と、混合域を排気ダクト８５及び熱搬送ダクト８６に選択的に連通する流路切換装置８４と、放熱空間２３及び集熱パネル７０の暖気を誘引し且つこれを圧送する空気循環ファン（図示せず）とを備える。ハンドリングユニット８０は、冷房運転時に放熱空間２３の暖気を排気ダクト８５に給送し、暖房運転時に放熱空間２３及び／又は集熱パネル７０の暖気を熱搬送ダクト８６に給送する。
【００３６】
排気ダクト８５に送出された暖気は、小屋組頂部の排気筒８７を介して大気に放出される。小屋裏領域８８には、換気ファン（図示せず）が配置され、換気ファンは、夏季（所望により夏季及び中間期）に常時作動し、軒裏領域から外気を誘引するとともに、小屋裏領域８８の空気を排気筒８７から大気に放出する。
【００３７】
熱搬送ダクト８６に送出された暖気は、煉瓦ダクト３０の暖気給送路３２に導入され、垂直壁３１の煉瓦に伝熱接触しながら降下し、煉瓦の隙間（目地部）から室内空間に流出する。煉瓦は、暖気に接触して温度上昇し、暖気の顕熱を蓄熱する。煉瓦が保有する熱は、暖気循環の停止時又は夜間等に室内空気に放熱する。
【００３８】
図６乃至図８は、外壁１０の構造を示す斜視図、横断面図及び縦断面図である。
図６に示す如く、外壁１０は、所定間隔を隔てて内側壁１１及び外側壁１２を平行に配置した二重壁構造を有し、壁体１１、１２の間の中空部は、非通気性断熱材１６により分割される。標準煉瓦１及びコーナー煉瓦１’は、千鳥配列に組積される。煉瓦１、１’のボルト挿通孔７は、下段及び上段煉瓦１の半円形溝９の曲率中心と同心状に配置され、煉瓦１の大径貫通孔８は、下段及び上段煉瓦１の大径貫通孔８と同心位置に配置される。
【００３９】
図８に示す如く、上下の煉瓦１の間には、金属プレート２が介挿される。金属プレート２は、ボルト挿通孔７と整合可能なボルト挿通孔を有する。長ナット３、丸座金３ａ及びバネ座金３ｂが、金属プレート２上に位置決めされ、全螺子ボルト４が、長ナット３の半部まで螺込まれる。金属プレート２、全螺子ボルト４及び長ナット３等の連結作業が、煉瓦１、１’の組積段毎に反復実施され、垂直な壁体１１、１２が構築される。
【００４０】
このような組積構法によれば、煉瓦１、１’は、ボルト４の緊締力によるプレストレス下に互いに一体化しているにすぎず、壁体１１、１２の横目地５及び縦目地６は、通気性を有する。即ち、煉瓦１、１’は、意匠的且つ構造的には、連続的な壁体を構成し、雨水等の進入を防止する防水性を発揮するが、気密性を備えておらず、煉瓦壁１１、１２の両側の空気は相互に流通する。
【００４１】
壁体１１、１２の中空部に挿入された非通気性断熱材１６は、真空断熱材又はファインセル連通ウレタンフォームと一般に呼ばれる素材の板状成形品からなる。この素材は、通常は、冷蔵庫又は保冷車の断熱材として使用される材料であり、極めて低い熱伝導率（０．００８Ｗ／ｍ・Ｋ）を示すので、図７及び図８に示す如く、厚さ３０mm程度の薄板形態の断熱材１６を１３０mm程度の壁体間隙に挿入することにより、外界と隔絶した気密空気層が、循環空気層１５として形成される。この結果、外壁１０の熱貫流率は、０．２７Ｗ／ｍ2 ・Ｋ程度に低減し、煉瓦造住宅の熱損失係数は、１．５１Ｗ／ｍ2 ・Ｋ程度に低下する。
【００４２】
外壁１０は、断熱材１６を中空部に挿入した結果として、外部環境に対する外壁１０の高気密化及び高断熱化を達成する一方、室内環境と循環空気層１５との間の通気性を維持する。従って、室内空気は、内側壁１１の全域に分散する目地部５、６から循環空気層１５に流入する。
【００４３】
同様の煉瓦組積構造は、煉瓦ダクト３０にも採用されており、煉瓦ダクト３０内の暖気は、垂直壁３１の全域に分散する目地部から室内に流入する。同時に、煉瓦ダクト３０内を流下し且つ目地部を流通する暖気は、垂直壁３１の煉瓦１に伝熱接触し、暖気が保有する顕熱の一部は、煉瓦１に蓄熱される。煉瓦１が蓄熱した顕熱は、夜間等に緩慢に室内に放熱されるので、夜間の外気温低下や、外乱等に伴う急激な室温低下は防止され、室内環境は安定化する。
【００４４】
次に、上記構成の空調システムの作動態様について説明する。
冷房運転時には、空調システムは、図４に示す如く、クールチューブ５０、補助空調機６０、ハンドリングユニット８０を作動する。トロンブウォール装置２０の断熱シャッタ２５は、閉鎖位置に保持され、外気導入口２５は開放される。煉瓦造住宅には、２つの空気流通系、即ち、室内環境−循環空気層１５−床下回収ダクト１７−熱交換器５５−（補助空調機６０）−給気ダクト４０−室内環境の空気循環回路からなる冷気循環系と、外気−外気導入口２５−放熱空間２３−ハンドリングユニット８０−排気筒８７−外気の暖気放出経路からなる放熱系とが形成される。
【００４５】
他方、暖房運転時の空調システムは、図５に示す如く、集熱パネル７０及びハンドリングユニット８０を作動するとともに、トロンブウォール装置２０の断熱シャッタ２５を開放位置に保持し、外気導入口２５を閉鎖する。煉瓦造住宅には、単一の空気流通系、即ち、室内環境−循環空気層１５−床下回収ダクト１７−連通部１８−放熱空間２３−集熱パネル７０−ハンドリングユニット８０−煉瓦ダクト３０−室内環境の暖気循環回路からなる暖気循環系が形成される。
【００４６】
上記構成の空調システムを備えた煉瓦造住宅の試験室を建造し、夏季及び冬季の室内熱環境の実測調査を実施した結果、クールチューブを夜間に使用した場合、室温は低下し続け、ＰＭＶ（met 値1.2 、clo 値0.6 ）は、徐々に低下した。夜間のクールチューブ運転の効果を日中の冷房負荷で比較した結果、クールチューブを使用した場合の日積算冷房消費電力量は、クールチューブを使用しない場合に比べて、概ね20％前後、減少すると判明した。なお、ＰＭＶは、熱的に中立に近い状態の人体の温冷感を表すPredicted Mean Vote の略であり、かなり暑い状態の＋3 から、かなり寒い状態の−3 までの7 段階の尺度で示す快適性評価の指標である。met 値は、活動レベルの指標であり、clo 値は、衣服着用時の指標である。
【００４７】
また、冬季は、集熱パネル及びトロンブウォール装置を日中に使用すると室温は、日中の最高温度が約24℃に達した。また、朝方の最低温度が、約12℃まで低下したが、これは、その時点の外気温度と対比すると、約14K 高い値であった。集熱パネルとトロンブウォール装置の効果を暖房負荷で比較した結果、集熱パネルとトロンブウォール装置を使用した場合の日積算暖房消費電力量は、これらの装置を使用しない場合に比べて、概ね30％程度減少すると判明した。
【００４８】
更に、上記空調システムを備えた煉瓦造住宅モデルを対象とした数値シミュレーションを行った結果、冬季において、煉瓦壁および土間床の熱容量、集熱パネル、トロンブウォール装置を用いた空調システムは、室内熱環境向上に大きく寄与し、期間積算暖房負荷は、木造住宅モデルに比べて、約26％減少した。なお、煉瓦造住宅モデルの各設定条件は、集熱パネル面積＝16.2m2、取り込み流量＝300m3 ／h 、取り込み開始温度＝25℃であり、トロンブウォール装置の断熱シャッタは、8:00〜17:00 の時間帯に開放するものと設定した。また、夏季において、クールチューブを使用した煉瓦造住宅モデルの期間積算冷房負荷は、木造住宅モデルに比べて約30％減少した。なお、クールチューブの運転時間は、21:00 〜6:00に設定し、クールチューブ本数＝2 本、長さ＝60m 、埋設深さ＝3m、流量＝310m3/h に条件設定した。
【００４９】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、該変形例又は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。
【００５０】
例えば、煉瓦壁には、所望により、吸気グリル等の吸気口を更に設けても良い。
また、上記実施例では、実質的に建物の全外周壁を乾式煉瓦の二重壁構造に設計しているが、実際の建築物においては、必ずしも全外周壁をこのような二重壁構造に設計する必要はなく、例えば、外周壁を部分的に乾式煉瓦の二重壁構造に設計し、他の外周壁部分をブリックベニア工法（単一の乾式煉瓦壁の内側に石膏ボート等の内装ボードを内張りする工法）の壁体、或いは、鉄筋コンクリート構造、木構造又は鉄骨構造の壁体に設計しても良い。
更には、上記実施例では、外周壁から室内空気を吸い込み、建物中央部の煉瓦ダクト又は給気ダクトから調温空気を吹き出す構成を採用しているが、その他の構造、例えば、建物中央部のダクトから室内空気を吸い込み、外周壁から調温空気を室内に吹き出したり、或いは、一方の側の外周壁から室内空気を吸い込み、他の側の外周壁から調温空気を室内に吹き出すような構成を採用しても良い。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の上記構成によれば、太陽熱及び地中冷熱を効率的に利用した省エネルギー効果と、乾式組積構法の煉瓦壁の断熱気密化とを両立し、冷暖房負荷を大幅に低減可能な省エネルギー住宅を実現し得る空気循環式パッシブ空調システムを提供することがてきる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施形態を示す空調システムの概略的システムフロー図であり、夏季冷房時における空調システムの運転形態が示されている。図２には、冬季暖房時のシステム運転形態が示されている。
【図２】本発明の好適な実施形態を示す空調システムの概略的システムフロー図であり、冬季冷房時における空調システムの運転形態が示されている。
【図３】図１及び図２に示す空調システムを適用した煉瓦造住宅の平面図である。
【図４】図３のＩ−Ｉ線における煉瓦造住宅の断面であり、冷房運転時の空調システムの運転形態が図示されている。
【図５】図３のＩ−Ｉ線における煉瓦造住宅の断面であり、暖房運転時の空調システムの運転形態が図示されている。
【図６】外壁の構造を示す斜視図である。
【図７】外壁の構造を示す横断面図である。
【図８】外壁の構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 煉瓦
５ 横目地
６ 縦目地
１０ 外壁
１１ 内側壁
１２ 外側壁
１５ 循環空気層
１６ 非通気性板状断熱材
１７ 床下回収ダクト
２０ トロンブウォール装置
３０ 煉瓦ダクト
４０ 給気ダクト
５０ クールチューブ
６０ 補助空調機
７０ 集熱パネル
Claims (8)
- 煉瓦及び金属プレートを積層するとともに、前記煉瓦のボルト挿通孔を貫通する緊締具を緊締して上下の煉瓦を一体的に相互連結する乾式煉瓦組積構法の建築物における空気循環式空調システムであって、
前記建築物の外壁(10)は、乾式煉瓦組積構造の二重壁により形成され、非通気性の板状断熱材(16)が、該二重壁の中空部に挿入され、該断熱材と前記二重壁の内側壁(11)との間に循環空気層(15)が画成され、該空気層は、建築物の床下回収ダクト(17)と連通し、
一階床から小屋裏に達する煉瓦ダクト(30)が、前記建築物の内部領域において乾式煉瓦組積構造の垂直煉瓦壁により形成され、
床下から上方に延びる給気ダクト(40)が、前記煉瓦ダクト(30)内に配置され、
室内空気は、前記内側壁を構成する煉瓦の目地部を介して前記循環空気層に流入し、該空気層から前記回収ダクトに誘引され、地中冷熱又は太陽熱により冷却又は加熱された後、前記煉瓦ダクト又は前記給気ダクトに導入され、前記煉瓦ダクトを構成する煉瓦の目地部又は前記給気ダクトの吹出口(45)から室内領域に流出することを特徴とする空気循環式空調システム。 - 煉瓦及び金属プレートを積層するとともに、前記煉瓦のボルト挿通孔を貫通する緊締具を緊締して上下の煉瓦を一体的に相互連結する乾式煉瓦組積構法の建築物における空気循環式空調システムであって、
前記建築物の外壁(10)は、乾式煉瓦組積構造の二重壁により形成され、非通気性の板状断熱材(16)が、該二重壁の中空部に挿入され、該断熱材と前記二重壁の内側壁(11)との間に循環空気層(15)が画成され、該空気層は、建築物の床下回収ダクト(17)と連通し、
前記建築物は、地中冷熱により冷却した冷気を循環可能な熱交換器(55)と、太陽熱を蓄熱可能なトロンブウォール装置(20)と、太陽熱を集熱する集熱パネル(70)とを備え、
室内空気は、前記内側壁を構成する煉瓦の目地部を介して前記循環空気層に流入し、該空気層から前記回収ダクトに誘引され、
前記回収ダクトの空気は、冷房運転時に前記熱交換器により前記冷気と熱交換して冷却した後、給気ダクト(40)の吹出口(45)から室内領域に吹出し、
前記回収ダクトの空気は、暖房運転時に前記トロンブウォール装置の放熱空間(23)及び前記集熱パネルの伝熱管で太陽熱により加熱された後、室内領域に供給されることを特徴とする空気循環式空調システム。 - 一階床から小屋裏に達する煉瓦ダクト(30)が、前記建築物の内部領域において乾式煉瓦組積構造の垂直煉瓦壁により形成され、
前記放熱空間及び前記伝熱管で加熱された空気は、前記煉瓦ダクトに導入され、該煉瓦ダクトを構成する煉瓦の目地部から室内領域に流出することを特徴とする請求項２に記載の空気循環式空調システム。 - 前記トロンブウォール装置は、冷房運転時に太陽光の入射を遮蔽する遮光手段(24)と、前記放熱空間の下部を外気と連通する開閉可能な外気導入口(25)とを備え、
前記外気導入口は、冷房運転時に開放し、前記放熱空間の空気は、前記トロンブウォール装置の蓄熱壁(21)の熱を受熱して昇温した後、大気に放出されることを特徴とする請求項２又は３に記載の空気循環式空調システム。 - 地中冷熱により冷却した空気を更に冷却又は除湿する補助空調機(60)を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の空気循環式空調システム。
- 太陽熱により加熱された空気を前記煉瓦ダクト又は排気ダクト(85)に選択的に送出するハンドリングユニット(80)を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の空気循環式空調システム。
- 前記地中冷熱により前記空気を冷却する手段として、地中に埋設したクールチューブ(50)を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の空気循環式空調システム。
- 前記断熱材は、ファインセル連通ウレタンフォームの板状成形品からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の空気循環式空調システム。
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