JP5502699B2 - 室内環境制御システム - Google Patents

Description

本発明は、住宅内に快適な居住環境を作り出す室内環境制御システムに関する。

通風および排熱に優れた微気候デザイン建物の一例として特許文献１に記載のものが知られている。
この微気候デザイン建物は、外部から空気を取り入れ、その空気を上階または屋根部から排出する微気候デザイン建物であって、前記建物の下階に設けられた複数の開口部と、前記下階の前記開口部から離れた位置に設けられた欄間と、前記下階の天井に設けられた風洞と、前記建物の屋根に設けられた排熱塔とを備え、前記欄間と、前記風洞と、前記排熱塔が連続的に空気流通路を形成され、さらに、前記屋根部に風洞からの空気および熱を外部へ排出可能とするトップライトが設けられているものである。

このような微気候デザイン建物によれば、開口部から外気が取り込まれ、その外気は欄間から建物の各居室に流れ込まれる。また、欄間と、風洞と、排熱塔が連続的に空気流通路を形成していることで、室内にこもった熱は自然対流により、欄間から風洞を通り、風洞から排熱塔を抜けて外部へと排熱される。つまり、風の入口と出口が設けられているため、住人は気流感を得ることによって、快適性が向上し、冷房等の設備機器の使用を極力抑えることが可能であり、体内環境にも良好となる。
また、熱気は上昇するため、天井付近に溜まり上部からのふく射熱を増大する要因となり、対流もしにくいため排熱することが困難であるが、トップライトを設けることで、容易に熱気を排出可能となる。さらに、居室の使用条件などによって、開口部を閉める必要が生じた場合にも、排熱を効果的に行うことができる。
また、トップライトとシーリングファンとによる空調システムの一例として、特許文献２に記載のものが知られているが、この空調システムでもトップライト付近の熱溜まりに着目していない。

特開２００４−２８５７０５号公報 特開２００６−３４９３１８号公報

ところで、上記のような微気候デザイン建物では、特に夏季において熱気がトップライト付近に溜まり易く、トップライトを開けても熱気を十分に排出できない場合がある。特に都市部の立地環境では熱気の排出（排熱）を十分にできないことが多い。排熱が十分にできないと、前記微気候デザイン建物による効果を十分に得られず、住宅の室内環境を快適に保つことが困難になるばかりか、エアコンにかかる負荷が大きくなって省エネの観点からも望ましくない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、トップライト付近に溜まっている熱気を十分に排熱することによって、住宅内の室内環境を快適に保つことができる住宅の室内環境制御システムを提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、例えば図１〜図５に示すように、住宅の室内環境制御システムであって、
開閉可能に設けられたトップライト１と、このトップライト１の下方に設けられたシーリングファン２と、
室内の温度を検出する室内温度検出手段１０と、
前記トップライト付近の温度を検出する上方温度検出手段１１と、
外気温度を検出する外気温度検出手段１２と、
前記トップライト１と前記シーリングファン２を制御する制御手段１６と、
前記室内に設けられたエアコン１４と、を備え、
前記制御手段１６は、前記室内温度検出手段１０によって検出された室内温度と前記上方温度検出手段１１によって検出されたトップライト付近の温度との温度差が所定値（例えば３℃）以上で、かつ、前記トップライト付近の温度が前記外気温度検出手段１２によって検出された外気温度以上の場合に、前記トップライト１を開けるとともに前記シーリングファン２を上方に向けて気流を生じさせるべく回転させるように制御し、
さらに前記制御手段１６は、前記トップライト１を開けるとともに前記シーリングファン２を回転させてから所定時間経過後（例えば約２分間経過後）に前記エアコン１４を運転開始するように制御し、このエアコン１４の運転開始から所定時間経過後（例えば約６分経過後）に前記トップライト１を閉じるように制御し、
前記室内温度検出手段１０によって検出された室内温度がシステム設定温度以下になった場合に前記エアコン１４を停止するように制御することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、室内温度検出手段１０によって検出された室内温度と上方温度検出手段１１によって検出されたトップライト付近の温度との温度差が所定値（例えば３℃）以上の場合、トップライト付近に熱気が溜まっているが、トップライト付近の温度が外気温度検出手段１２によって検出された外気温度以上の場合に、制御手段１６がトップライト１を開けるとともにシーリングファン２を上方に向けて気流を生じさせるべく回転させるように制御することによってトップライト付近の熱気をシーリングファン２によって外部に容易かつ十分に排熱でき、この結果住宅内の室内環境を快適に保つことができる。
また、トップライト付近の熱気を外部に排出できるので、エアコンを作動させていた場合に、エアコンによって部屋の温度を効果的に下げることができ、省エネを図ることもできる。

また、制御手段１６が、トップライト１を開けるとともにシーリングファン２を回転させてから所定時間経過後（例えば約２分間経過後）にエアコン１４を運転開始するように制御するので、トップライト付近の熱気が排熱された後にエアコン１４を運転開始でき、さらに、このエアコン１４の運転開始から所定時間経過後（例えば約６分経過後）にトップライト１を閉じるように制御するので、エアコン１４に負荷をかけすぎることなく、エアコン１４の涼風を室内に行き渡らせることができる。
また、制御手段１６が、室内温度検出手段１０によって検出された室内温度がシステム設定温度以下になった場合にエアコン１４を停止するように制御するので、室内を冷やし過ぎることもなく、エアコンの稼働時間を削減できるので、省エネを図ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の室内環境制御システムにおいて、
前記エアコン１４の設定温度が前記システム設定温度と同じか少し低め（例えば１〜２℃低め）に設定されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、エアコン１４の設定温度がシステム設定温度と同じか少し低めに設定されているので、エアコン１４を運転すると室内温度はシステム設定温度かそれより少し低めになっていく。したがって、この場合に制御手段１６がエアコン１４を停止するように確実に制御でき、室内温度の上昇を防止できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の室内環境制御システムにおいて、
前記制御手段１６は、前記外気温度検出手段１２によって検出された外気温度がシステム設定温度未満になった場合に前記トップライト１を開けるように制御することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、外気温度検出手段１２によって検出された外気温度がシステム設定温度未満になった場合に制御手段１６がトップライト１を開けるように制御するので、エアコン停止後の室内温度の上昇を防ぐことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の室内環境制御システムにおいて、
降雨検出手段１３を備えており、
前記制御手段１６は、前記降雨検出手段１３によって降雨が検出された場合でかつ前記トップライト１が開いている場合に、優先して当該トップライト１を閉じるように制御することを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、制御手段１６が、降雨検出手段１３によって降雨が検出された場合でかつトップライト１が開いている場合に、優先して当該トップライト１を閉じるように制御するので、室内への雨水の浸入を防止できる。

本発明によれば、室内温度検出手段によって検出された室内温度と上方温度検出手段によって検出されたトップライト付近の温度との温度差が所定値以上の場合、トップライト付近に熱気が溜まっているが、トップライト付近の温度が外気温度検出手段によって検出された外気温度以上の場合に、制御手段がトップライトを開けるとともにシーリングファンを上方に向けて気流を生じさせるべく回転させるように制御することによってトップライト付近の熱気をシーリングファンによって外部に容易かつ十分に排熱でき、この結果住宅内の室内環境を快適に保つことができる。

本発明に係る室内環境制御システムの一例を示すもので、システムを構成する構成部材をその位置とともに示す概略図である。 同、システム構成を示すブロック図である。 同、室内環境制御システムを備えた住宅の平面図であり、（ａ）は１階の平面図、（ｂ）は２階の平面図である。 同、トップライトとシーリングファンを示す概略図である。 同、室内環境制御システムのリモコンを示す正面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る住宅の室内環境制御システムの一例について説明する。
本実施の形態の室内環境制御システムは、図１および図２に示すように、トップライト１とシーリングファン２とを備えている。図１および図４に示すように、トップライト１は住宅の屋根に設けられており、図示しない駆動モータ等によって自動的に開閉されるようになっている。シーリングファン２はトップライト１の直下に設けられている。すなわち図４に示すように、トップライト１と天井３との間には、通風および採光用の通気部４が設けられており、この通気部４においてトップライト１の直下にシーリングファン２が設けられている。また、通気部４の下面にはルーバ５が天井３とほぼ面一に設けられている。ルーバ５は風（空気）や光が通り抜けられるように形成されている。

また、前記室内環境制御システムは、室内温度検出手段１０、上方温度検出手段１１、外気温度検出手段１２、降雨検出手段１３、エアコン１４、リモコン１５、制御手段１６等を備えている。
前記室内温度検出手段１０は、例えば温度センサ１０によって構成されており、この温度センサ１０は室内環境制御システム用のリモコン１５に内蔵されている。
リモコン１５は制御手段１６に信号線によって接続され、これに内蔵されている温度センサ１０も信号線によって制御手段１６に接続されている。
また、リモコン１５は室内の壁面等に固定されている。例えば図３（ａ）に示すように、住宅の１階の居間６の壁に、照明スイッチ等とほぼ同じ高さ（床面から１ｍ〜１．５ｍ程度の高さ）に固定されている。このリモコン１５に温度センサ１０が内蔵されているので、この温度センサ１０によって居間６の下部の温度を検出できるようになっている。なお、居間６の上方は２階の天井まで吹き抜けている。

上方温度検出手段１１は、例えば温度センサ１１によって構成されており、この温度センサ１１は、図４に示すように、前記通気部４を形成する壁面にトップライト１の下端から１ｍ以内の位置に固定されている。したがって、この温度センサ１１によってトップライト付近の温度を検出することができるようになっている。また、温度センサ１１は、図１および図２に示すように、信号線によって制御手段１６に接続されている。
外気温度検出手段１２は、例えば温度センサ１２によって構成されており、この温度センサ１２は、図１に示すように、１階の床下でかつ風通しのよい場所（換気台輪近く）に設置されている。したがって、この温度センサ１２によって外気温度を検出することができるようになっている。なお、温度センサ１２は、メンテナンス等を容易に行える床下収納庫付近に設置するのが望ましい。また、温度センサ１２は信号線によって制御手段１６に接続されている。

降雨検出手段１３は、例えば降雨センサ１３によって構成されており、この降雨センサ１３は、図１および図４に示すように、トップライト１近くの屋根面に設置されている。したがって、この降雨センサ１３によって降雨の有無を検出できるようになっている。また、降雨センサ１３は信号線によって制御手段１６に接続されている。
エアコン１４は居間６の壁に固定されており、このエアコン１４には制御ユニット１４ａが接続され、この制御ユニット１４ａが信号線によって制御手段１６に接続されている。したがって、エアコン１４は制御ユニット１４ａを介して制御手段１６に接続されている。

制御手段１６は本実施の形態の室内環境制御システムの心臓部を構成するものであり、例えば図３（ａ）に示すように、住宅の１階の収納庫７に設置されている。また、この制御手段１６には、図１、図２および図４に示すように、赤外線発光部１ａ，２ａがそれぞれ信号線によって接続されている。
赤外線発光部１ａは、トップライト１の受光部に当該トップライト１を開閉させるための開閉信号を赤外線によって送信するものであり、前記通気部４を形成する壁面に受光部に対向して固定されている。
赤外線発光部２ａは、シーリングファン２の受光部に当該シーリングファンをON・OFFするためのON・OFF信号を赤外線によって送信するものであり、前記通気部４を形成する壁面に受光部に対向して、かつ、前記赤外線発光部１ａより下方位置に固定されている。

また、前記リモコン１５は、本実施の形態の室内環境制御システムのON・OFF、システム設定温度の設定・変更の際に使用されるもので、図５に示すように、室内環境制御システムのON・OFFを行う運転／停止ボタン１５ａ、システム設定温度の設定・変更を行う温度ボタン１５ｂ、システム設定温度等を表示する液晶画面１５ｃ等を備えている。
本実施の形態の室内環境制御システムを運転する場合、運転／停止ボタン１５ａを押し、運転／停止ボタン１５ａのランプ１５ｄが点灯するようにし、液晶画面１５ｃに現在の設定温度が表示され、トップライト１、シーリングファン２、エアコン１５の運転が温度状況に合わせて自動的に制御されるようになっている。
室内環境制御システムを停止させる場合、運転／停止ボタン１５ａを押し、運転／停止ボタン１５ａのランプ１５ｄが消灯するようにし、これによって、液晶画面１５ｃの表示が消え、トップライト１を閉じてシーリングファン２とエアコン１４を停止するようになっている。

なお、前記制御手段１６による制御中において、トップライト１、シーリングファン２、エアコン１４は、それぞれの専用リモコンによってそれぞれ手動操作することができるが、すぐに制御状態に戻るようになっている。したがって、トップライト１、シーリングファン２、エアコン１４をそれぞれ手動で操作したい場合、前記リモコン１５の運転／停止ボタン１５ａによって本システムを停止させてから、それぞれの専用リモコンによって手動操作する。

次に、夏季において、本実施の形態の室内環境制御システムによって、トップライト１、シーリングファン２、エアコン１４を制御する方法の一例について説明する。
まず、リモコン１５の運転／停止ボタン１５ａによって、室内環境制御システムをONとする。これによって、本室内環境制御システムが運転開始されるとともに、エアコン１４がONとなる。これは、制御手段１６から制御ユニット１４ａに信号が送信され、この制御ユニット１４ａからエアコン１４にON信号が送信されることによって行われる。
また、システム設定温度をリモコン１５の温度ボタン１５ｂによって２７℃に設定するとともに、エアコン１４の設定温度を、システム設定温度より低い２６℃に設定する。

次に、夏季における居間６の下部の温度とトップライト付近の温度をそれぞれ温度センサ１０，１１が検出し、これら検出値の差によって温度差（上下温度差）を求める。これは前記制御手段１６に、温度センサ１０，１１による検出値が入力されるので、この制御手段１６によってこれら検出値の差を求めることによって行われる。
そして、本実施の形態では、温度センサ１０によって検出された居間６の下部の温度と温度センサ１１によって検出されたトップライト付近の温度との温度差が所定値（例えば３℃）以上の場合に以下のような制御を行う。
なお、以下では温度センサ１２，１０によって検出される外気温度および室内温度が、それぞれ２７℃以上の場合を「暑」とし、２７℃未満の場合を「涼」とする。

（１）外気温度が「涼」、室内温度が「涼」、上下温度差が「３℃以上」の場合、制御手段１６が、シーリングファン２を「OFF」、トップライト１を「開」、エアコン１４を「OFF」とする制御を行う。この場合、トップライト１が開放され、シーリングファン２とエアコン１４が停止されているので、「自然空冷」となる．

（２）外気温度が「暑」、室内温度が「涼」、上下温度差が「３℃以上」の場合、制御手段１６が、シーリングファン２を「OFF」、トップライト１を「閉」、エアコン１４を「OFF」とする制御を行う。この場合、トップライト１が閉鎖され、シーリングファン２が停止され、エアコン１４が停止されているので、「保冷」となる。

（３）外気温度が「暑」、室内温度が「暑」、上下温度差が「３℃以上」の場合、制御手段１６が、シーリングファン２を「ON」、トップライト１を「開」とする制御を行う。この場合、トップライト１が開かれ、シーリングファン２が上方に向けて気流を生じさせるべく回転されるので、「強制排熱」となる。なお、室内温度が「暑」であるので、この時点ではエアコン１４はOFF（一時停止）となっている。
トップライト１を開けるとともにシーリングファン２を回転させてから所定時間経過後（例えば２分間経過後）に、制御手段１６はエアコン１４を運転開始するように制御し、このエアコン１４の運転開始から所定時間経過後（例えば６分経過後）にトップライト１を閉じるように制御する。
次に、制御手段１６は、室内温度がシステム設定温度２７℃以下になった場合にエアコン１４を停止するように制御する。この状態で室内温度が上昇して「暑」となり、かつ上下温度差が「３℃以上」の場合、（３）に戻って同様の制御を行う。
その後、外気温度がシステム設定温度未満になった場合、制御手段１６はトップライト１を開けるように制御する。

また、上記のような制御中に、前記降雨検出手段１３によって降雨が検出された場合でかつトップライト１が開いている場合、制御手段１６は、優先して当該トップライトを閉じるように制御する。

本実施の形態によれば、室内温度検出手段１０によって検出された室内温度と上方温度検出手段１１によって検出されたトップライト付近の温度との温度差が所定値（例えば３℃）以上の場合、トップライト付近に熱気が溜まっているが、トップライト付近の温度が外気温度検出手段１２によって検出された外気温度以上の場合に、制御手段１６がトップライト１を開けるとともにシーリングファン２を上方に向けて気流を生じさせるべく回転させるように制御することによってトップライト付近の熱気をシーリングファン２によって外部に容易かつ十分に排熱でき、この結果住宅内の室内環境を快適に保つことができる。

また、制御手段１６が、トップライト１を開けるとともにシーリングファン２を回転させてから所定時間経過後（例えば約２分間経過後）にエアコン１４を運転開始するように制御するので、トップライト付近の熱気が排熱された後にエアコン１４を運転開始でき、さらに、このエアコン１４の運転開始から所定時間経過後（例えば約６分経過後）にトップライト１を閉じるように制御するので、エアコン１４に負荷をかけすぎることなく、エアコン１４の涼風を室内に行き渡らせることができる。
さらに、制御手段１６が、室内温度検出手段１０によって検出された室内温度がシステム設定温度以下になった場合にエアコン１４を停止するように制御するので、室内を冷やし過ぎることもなく、省エネを図ることができる。

また、エアコン１４の設定温度がシステム設定温度と同じか少し低めに設定されているので、エアコン１４を運転すると室内温度はシステム設定温度かそれより少し低めになっていく。したがって、この場合に制御手段１６がエアコン１４を停止するように確実に制御でき、室内温度の上昇を防止できる。
また、外気温度検出手段１２によって検出された外気温度がシステム設定温度未満になった場合に制御手段１６がトップライト１を開けるように制御するので、エアコン停止後の室内温度の上昇を防ぐことができる。
また、制御手段１６が、降雨検出手段１３によって降雨が検出された場合でかつトップライト１が開いている場合に、優先して当該トップライト１を閉じるように制御するので、室内への雨水の浸入を防止できる。

さらに、温度センサ（室内温度検出手段）１０がリモコン１５に内蔵されているので、温度センサ専用の設置スペースが必要なく、しかも、温度センサ１０をリモコン１５の筺体によって保護できる。
また、外気温度検出手段１２が１階の床下でかつ風通しのよい場所に設置されているので、正確な外気温度を検出できる。

１ トップライト
２ シーリングファン
１０ 温度センサ（室内温度検出手段）
１１ 温度センサ（上方温度検出手段）
１２ 温度センサ（外気温度検出手段）
１３ 降雨センサ（降雨検出手段）
１４ エアコン
１６ 制御手段

Claims (4)

1. 住宅の室内環境制御システムであって、
   開閉可能に設けられたトップライトと、このトップライトの下方に設けられたシーリングファンと、
   室内の温度を検出する室内温度検出手段と、
   前記トップライト付近の温度を検出する上方温度検出手段と、
   外気温度を検出する外気温度検出手段と、
   前記トップライトと前記シーリングファンを制御する制御手段と、
   前記室内に設けられたエアコンと、を備え、
   前記制御手段は、前記室内温度検出手段によって検出された室内温度と前記上方温度検出手段によって検出されたトップライト付近の温度との温度差が所定値以上で、かつ、前記トップライト付近の温度が前記外気温度検出手段によって検出された外気温度以上の場合に、前記トップライトを開けるとともに前記シーリングファンを上方に向けて気流を生じさせるべく回転させるように制御し、
   さらに前記制御手段は、前記トップライトを開けるとともに前記シーリングファンを回転させてから所定時間経過後に前記エアコンを運転開始するように制御し、このエアコンの運転開始から所定時間経過後に前記トップライトを閉じるように制御し、
   前記室内温度検出手段によって検出された室内温度がシステム設定温度以下になった場合に前記エアコンを停止するように制御することを特徴とする室内環境制御システム。
2. 請求項１に記載の室内環境制御システムにおいて、
   前記エアコンの設定温度が前記システム設定温度と同じか少し低めに設定されていることを特徴とする室内環境制御システム。
3. 請求項１または２に記載の室内環境制御システムにおいて、
   前記制御手段は、前記外気温度検出手段によって検出された外気温度がシステム設定温度未満になった場合に前記トップライトを開けるように制御することを特徴とする室内環境制御システム。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の室内環境制御システムにおいて、
   降雨検出手段を備えており、
   前記制御手段は、前記降雨検出手段によって降雨が検出された場合でかつ前記トップライトが開いている場合に、優先して当該トップライトを閉じるように制御することを特徴とする室内環境制御システム。

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