JP6895667B2 - 冷暖房システム - Google Patents

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Description

本発明は、戸建住宅、集合住宅、オフィスビルなどの建築物に適用可能な冷暖房システムに関するものである。
従来、住宅空間を画成する躯体壁全体を蓄熱体に構成するとともにこの躯体壁と冷暖房及び換気設備とを一体に融合させた冷暖房システムが提案されている(下記特許文献参照)。
特開平6−58572号公報
上記特許文献に記載の冷暖房システムにおいては、躯体壁が熱容量の高い材料で構成される必要があり、適用可能な建物の条件が厳しいという問題がある。
そこで、本願は、躯体壁の材質に関わらず、木造、鉄筋コンクリート造、鉄骨造など、幅広い種類の建物に適用可能な冷暖房システムを提供することを目的とする。
冷暖房システムにおいて、
下階の床下に配置された暖房装置と、
下階の床下の空気を前記下階の天井と上階の床の間の空間に送る第1の循環手段と、
ファンと垂直ダクトから構成され、前記下階の天井と前記上階の床の間の空気を前記下階の床下に送る第2の循環手段と、
上階の居室内又は上階の天井裏に配置され、前記上階の居室内の空気を取り込んで温度を低下させる冷房装置と、
前記下階の天井と前記上階の床の間の空間に配置され、居室内の空気を建物外に排出し、外気を取り込むとともに、排出される前記居室内の空気と取り込まれる前記外気との間で熱交換を行う熱交換型換気装置とを有する冷暖房システムとを有するものとする。
本発明によれば、躯体壁の材質に関わらず、木造、鉄筋コンクリート造、鉄骨造など、幅広い種類の建物に適用可能な冷暖房システムを提供することができる。
図1は本願の第1実施形態に係る冷暖房システムを設置した建物の縦断面図である。 図2は本願の第2実施形態に係る冷暖房システムを設置した建物の縦断面図である。 図3は本願の第3実施形態に係る冷暖房システムを設置した建物の縦断面図である。 図4は本願の第4実施形態に係る冷暖房システムを設置した建物の縦断面図である。 図5は本願の第5実施形態に係る冷暖房システムを設置した建物の縦断面図である。
(第1実施形態)
以下、図1を参照しながら本願の第1実施形態に係る冷暖房システム100について説明する。
図1に示す冷暖房システム100が設置された建物は、べた基礎2と、べた基礎2の上に配置された下階床3と、下階の居住空間の上に配置された下階天井4と、更にその上に空間を空けて配置された上階床5と、上階の居住空間の上に配置された上階天井6と、更にその上に屋根裏の空間を空けて配置された屋根7と、これらと一体的に構成された躯体壁8とを有する。
冷暖房システム100は、暖房装置として、べた基礎2と下階床3との間の空間に配置されたヒーター10a、10b、10c、10dを有している。ヒーター10aから10dは、冬季等で気温の低いときに、べた基礎2と下階床3の間(第1の温度調整層)の空気を暖めることができる。ヒーター10aから10dに用いるエネルギーとしては、電気、灯油、ガス、水素、太陽光などあらゆるエネルギーを採用することができる。
冷暖房システム100は、下階床3に取り付けられ、べた基礎2と下階床3との間の空気を吸い込むファン11と、ファン11によって吸い込まれた空気を下階天井4と上階床5の間の空間(第2の温度調整層)まで案内する垂直ダクト12を有している。ファン11と垂直ダクト12は第1の循環装置(第1の循環手段)を構成する。
冷暖房システム100は、下階天井4に取り付けられ、下階天井4と上階床5の間の空気を吸い込むファン13と、ファン13によって吸い込まれた空気をべた基礎2と下階床3の間の空間まで案内する垂直ダクト14を有している。ファン13と垂直ダクト14は第2の循環装置(第2の循環手段)を構成する。
冷暖房システム100は、下階天井4と上階床5との間に熱交換型換気装置15を有している。熱交換型換気装置15は、取込口16から外気を取り込み、排出口17から下階天井4と上階床5の間の空間に排出する。また、熱交換型換気装置15は、上階の居室内の空気を上階天井6に取り付けられた換気口18から吸入し、垂直ダクト19を通して、排気口20から排出する。熱交換型換気装置15は、排出される2階(上階)の居室内の空気と取り込まれる外気との間で熱交換を行い、取り込まれる外気を2階(上階)の居室内の空気の温度に近づけた後、排出口17から排出する。
冷暖房システム100は、上階の居室内に冷気を流入させる冷房装置21を有している。冷房装置21としては、市販のエアーコンディショナー(エアコン)を用いることができる。
上記構成による冷暖房システム100は、冬季などで気温が低いときは、ヒーター10aから10dがべた基礎2と下階床3との間の空気を暖める。ファン11、13及び垂直ダクト12、14は、べた基礎2と下階床3の間の空気と、下階天井4と上階床5の間の空間とを循環させる。これにより、下階床3と上階床5を均一な温度に暖め、床全面からの輻射熱によって全館暖房をすることができる。
冷暖房システム100は、夏季などで気温が高いときは、冷房装置21によって上階の居室内の気温を低下させる。上階の居室内の空気は換気口18から垂直ダクト19を通して熱交換型換気装置15に送られる。熱交換型換気装置15は、熱交換を行うことによって下階天井4と上階床5の間の空気の温度を低下させる。ファン11、13及び垂直ダクト12、14は、べた基礎2と下階床3の間の空気と、下階天井4と上階床5との間の空気とを循環させる。これにより、べた基礎2と下階床3の間の気温を低下させ、下階の居室内での体感温度及び気温を低下させる。なお、春、秋など気温が適温のときは冷暖房システム100を稼動させる必要はない。
以上に説明した冷暖房システム100によれば、躯体壁8の材質に関わらず、木造、鉄筋コンクリート造、鉄骨造など、幅広い躯体の建物に適用可能な全館冷暖房システムを提供することができる。また、冷暖房システム100は、戸建住宅、集合住宅、オフィスビルの他、あらゆる用途の建物に適用可能である。
また、冷暖房システム100によれば、比較的簡素な設備によって全館の温度を一定に保つことができる。さらに、冷暖房システム100は、建物のリフォームとして既存の建物に新たに設置して、全館冷暖房を実現することもできる。
加えて、冷暖房システム100は、暖房工事は下階でのみ行い、冷房工事は上階でのみ行うことができるため、施工時の手間を省き、施工コストを下げることができる。
なお、冷暖房システム100は、下階天井4に取り付けられた送風機22a、22bを有することが好ましい。送風機22a、22bは、下階天井4と上階床5の間の空気を下階の居室内に送風する。これにより、下階の居室ごとに気温を調整することができるようになる。
また、冷暖房システム100は、下階天井4と上階床5の間から上階天井裏まで延びる垂直ダクト23と、上階天井裏で空気を分配する分配器24と、分配器24から上階天井裏を延びる水平ダクト25a、25b、25cと、水平ダクト25a、25b、25cに接続され、上階天井6に取り付けられた送風機26a、26b、26cとを有することが好ましい。送風機26a、26b、26cは、垂直ダクト23を通じて下階天井4と上階床5の間の空気を上階天井裏まで吸い上げた後、上階の居室内に送風する。これにより、上階の居室ごとに気温を調整することができるようになる。
また、冷暖房システム100は、不図示の中央制御装置を設け、使用者の指示により、冷暖房システム100を構成する各装置を制御することが好ましい。例えば、居室の壁面に1又は2以上の操作パネルを設け、使用者による操作パネルの操作に応じて中央制御装置が無線又は有線により各装置に信号を送り、各装置を制御するものとしても良い。なお、冷暖房システム100は、中央制御装置を設けず、使用者が各装置を操作して使用する構成とすることもできる。
(第2実施形態)
次に、図2を参照しながら本願の第2実施形態に係る冷暖房システム200について説明する。第2実施形態に係る冷暖房システム200は、上記第1実施形態に係る冷暖房システム100と共通する部分があるため、共通する部分には上記第1実施形態の説明において用いた符号の数字に200を足した数字の参照符号を付し、重複する説明は省略する。例えば、第1実施形態において示した「べた基礎2」に対応する部分には「202」の参照符号を付する。
冷暖房システム200は、べた基礎202と下階床203との間の空間に配置されたヒーター210a、210b、210c、210dを有している。ヒーター210aから210dは、冬季等で気温が低いときに、べた基礎202と下階床203の間(第1の温度調整層)の空気を暖めることができる。
冷暖房システム200は、べた基礎202と下階床203の間の空気を下階天井204と上階床205の間の空間(第2の温度調整層)まで案内する垂直ダクト222を有している。垂直ダクト222はユニットバス循環(パッシブ循環)とすることができる。垂直ダクト222は第1の循環手段を構成する。
冷暖房システム200は、下階天井204と上階床205の間の空気を吸い込むファン213と、ファン213によって吸い込まれた空気をべた基礎202と下階床203の間の空間まで案内する垂直ダクト214を有している。ファン213と垂直ダクト214は第2の循環装置(第2の循環手段)を構成する。
冷暖房システム200は、下階天井204と上階床205との間に熱交換型換気装置215を有している。熱交換型換気装置215は、取込口216から外気を取り込み、垂直ダクト224及び225により、べた基礎202と下階床203の空間と上階の天井206の天井裏の空間に排出する。また、熱交換型換気装置215は、下階の居室内の空気を下階天井204に取り付けられた換気口218から吸入し、排気口220から排出する。熱交換型換気装置215は、排出される下階の居室内の空気と取り込まれる外気との間で熱交換を行い、取り込まれる外気を下階の居室内の空気の温度に近づけた後、垂直ダクト224、225を通じて建物内に排出する。
上階の天井206の天井裏にはファン227が設けられ、ファン227から、下階の天井204と上階の床205の間まで延びる垂直ダクト226とを有している。ファン227と垂直ダクト226は第3の循環手段を構成する。ファン227と垂直ダクト226は水平方向で冷房装置229から離れた位置に配置することが好ましい。これにより、上階の天井206の天井裏の空気を全体的に循環させることが可能になる。
冷暖房システム200は、上階の居室内の空気の温度を低下させ、上階の天井206の天井裏の空間に送る冷房装置229を有している。冷房装置229としてはフリービルトインエアコンを用いることが好ましい。
上記構成による冷暖房システム200は、冬季などで気温が低いときは、ヒーター210aから210dがべた基礎202と下階床203との間の空気を暖める。垂直ダクト214、222とファン213は、べた基礎202と下階床203の間の空気と、下階天井204と上階床205の間の空気とを循環させる。これにより、下階床203と上階床205を均一な温度に暖め、床全体からの輻射熱によって全館暖房をすることができる。
冷暖房システム200は、夏季などで気温が高いときは、冷房装置229によって上階の天井206の天井裏の気温を低下させる。上階の天井206の天井裏の空気は、上階の天井206に設けられた給気口228a、228bから上階の居室内に流入させ、上階の居室内の気温を下げる。また、上階の天井206の天井裏の空気は、上階の天井206の天井裏に設けられたファン227から垂直ダクト226を通じて下階の天井204と上階の床205の間の空間に送られる。下階の天井204と上階の床205の間の空気は、下階の天井204に設けられた給気口223a、223bから下階の居室内に流入させ、下階の居室内の気温を下げる。なお、春、秋など気温が適温のときは冷暖房システム200を稼動させる必要はない。
以上に説明した冷暖房システム200によれば、躯体壁208の材質に関わらず、木造、鉄筋コンクリート造、鉄骨造など、幅広い種類の建物に適用可能な全館冷暖房システムを提供することができる。また、冷暖房システム200は、戸建住宅、集合住宅、オフィスビルの他、あらゆる用途の建物に適用可能である。
(第3実施形態)
次に、図3を参照しながら本願の第3実施形態に係る冷暖房システム300について説明する。第3実施形態に係る冷暖房システム300は、上記第2実施形態に係る冷暖房システム200と多くの点で共通するため、共通する部分には上記第2実施形態の説明において用いた符号の数字に100を足した数字の参照符号を付し、重複する説明は省略する。例えば、第2実施形態において示した「べた基礎202」に対応する部分には「302」の参照符号を付する。
本第3実施形態においては、第2実施形態のファン227及び垂直ダクト226を設ける代わりに、垂直ダクト330を設けている。垂直ダクト330は第3の循環手段を構成する。垂直ダクト330は冷房装置329の近くに設けることが好ましい。垂直ダクト330は、上階の天井306の天井裏の空気と、下階の天井304と上階の床305の間の空気のパッシブ循環に用いられる。
冷房装置329は送風が可能であるため、第2実施形態において示した上階の天井裏のファン227を設けなくても、上階の天井306の天井裏の空気を循環させることができる。したがって、建物の規模や建物が設置されている場所の気候等の条件によっては、本第3実施形態においても上記第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
以上に説明した冷暖房システム300によれば、躯体壁308の材質に関わらず、木造、鉄筋コンクリート造、鉄骨造など、幅広い躯体の建物に適用可能な全館冷暖房システムを提供することができる。また、冷暖房システム300は、戸建住宅、集合住宅、オフィスビルの他、あらゆる用途の建物に適用可能である。
(第4実施形態)
次に、図4を参照しながら本願の第4実施形態に係る冷暖房システム400について説明する。本第4実施形態に係る冷暖房システム400は、上記第3実施形態に係る冷暖房システム300と多くの点で共通するため、共通する部分には上記第3実施形態の説明において用いた符号の数字に100を足した数字の符号を付し、重複する説明は省略する。例えば、第3実施形態において示した「べた基礎302」に対応する部分には「402」の参照符号を付する。なお、図4において、実線矢印は新鮮空気、破線矢印は暖房空気、一点鎖線矢印は冷房空気、二点差線矢印は室内空気の流れを示す。
本第4実施形態においては、吹き抜け440を有する建物に冷暖房システム400を設置した例を示しているが、吹き抜け440が無い建物であっても、例えば、階段スペースなど、上下階をつなぐ空間がある建物であれば、冷暖房システム400を設置することができる。
本第4実施形態においては、べた基礎402と下階床403の間の空気は、ユニットバスの隙間等の空気循環スペース422を通って下階天井404と上階床405の間の空間に送ることができるように構成されている。空気循環スペース422は第1の循環手段としての役割を果たす。
下階床403と下階天井404の間には、ダクトスペース431を設け、その中に垂直ダクト414を配置している。垂直ダクト414は、下階床403と略同じ高さで周囲に気密部材414aが配置され、下階天井404と略同じ高さで周囲に気密部材414bが配置されている。垂直ダクト414の上側の端部は、下階天井404と上階床405の間に配置され、ファン413が取り付けられている。ファン413及び垂直ダクト414は、下階天井404と上階床405の間の空気を、下階床403の床下へ送る第2の循環手段としての役割を果たす。
下階床403と下階天井404の間には、ダクトスペース432を設け、その中に垂直ダクト424を配置している。垂直ダクト424は、下階床403と略同じ高さで周囲に気密部材424aが配置され、下階天井404と略同じ高さで周囲に気密部材424bが配置されている。
上階床405と上階天井406の間には、ダクトスペース430を設け、その中に垂直ダクト425を配置している。垂直ダクト425の周囲には気密部材が配置されず、上階天井406の天井裏の空気を、下階天井404と上階床405の間の空間に送ることができるように構成されている。ダクトスペース430は、第3の循環手段としての役割を果たす。
下階天井404には、換気口418を設けている。換気口418は下階の居室内の空気を吸い込む。換気口418から吸い込まれた空気は、熱交換型換気装置415を通り、排気口420から排出される。熱交換型換気装置415は、取込口416から取り込んだ外気を、換気口418から吸い込んだ室内の空気との間で熱交換し、室内の空気の温度に近づけてから、垂直ダクト425を通して、下階床403の床下の空間と、上階天井406の天井裏の空間に送る。
上記構成による冷暖房システム400は、冬季などで気温が低いときは、ヒーター410aから410dがべた基礎402と下階床403の間の空気を暖める。ファン413、垂直ダクト414及び空気循環スペース422は、べた基礎402と下階床403の間の空気と、下階天井404と上階床405の間の空気を循環させる。これにより、下階床403と上階床405を均一な温度に暖め、床全体からの輻射熱によって全館暖房をすることができる。
冷暖房システム400は、夏季などで気温が高いときは、冷房装置429によって上階の居室内の空気を吸い込み、温度を低下させる。温度が低下した空気(以下「冷気」)の一部は、冷房装置429から上階天井406の天井裏に供給され、残りはダクトスペース430を通して下階天井404と上階床405の間に送られる。上階の天井406の天井裏に供給された冷気は、上階天井406に設けられた給気口428a、428bから上階の居室内に吹き出され、一部は吹き抜け440を通じて下階の居室内に流入する。下階天井404と上階床405の間の冷気は、下階天井に設けられた給気口423aから下階の居室内に吹き出される。
以上に説明した冷暖房システム400によれば、躯体壁408の材質に関わらず、木造、鉄筋コンクリート造、鉄骨造など、幅広い種類の建物に適用可能な全館冷暖房システムを提供することができる。また、冷暖房システム400は、戸建住宅、集合住宅、オフィスビルの他、あらゆる用途の建物に適用可能である。
(第5実施形態)
次に、図5を参照しながら本願の第5実施形態に係る冷暖房システム500について説明する。第5実施形態に係る冷暖房システム500は、上記第4実施形態に係る冷暖房システム400と多くの点で共通するため、共通する部分には上記第4実施形態の説明において用いた符号の数字に100を足した数字の符号を付し、重複する説明は省略する。例えば、第4実施形態において示した「べた基礎402」に対応する部分には「502」の参照符号を付する。
本第5実施形態においては、上記第4実施形態のヒーター410aから410dの代わりに、暖房装置として、放熱器534、535を設けている。放熱器534、535は、例えば、不図示の機器から温水、蒸気などの高温の熱媒体の供給を受け、ラジエータによって、熱媒体の熱を空気中に放出する。放熱器534は、取込口516から取り込み、熱交換型換気装置515を通した空気の温度を上げる。一方、放熱器535は、下階天井504と上階床505の間から垂直ダクト514を通じて下階床503の床下に送られる空気の温度を上げる。
本第5実施形態においては、上記第4実施形態とは異なり、ユニットバスの天井裏にナノイー発生器533を設けている。これにより、ユニットバスのカビ発生を抑制することができる。
上記構成による冷暖房システム500は、冬季などで気温が低いときは、放熱器534、535が、べた基礎502と下階床503の間の空間と、下階天井504と上階床505の間の空間に暖かい空気を供給する。ファン513、垂直ダクト514及び空気循環スペース522は、べた基礎502と下階床503の間の空気と、下階天井504と上階床505の間の空気を循環させる。これにより、下階床503と上階床505を均一な温度に暖め、床全体からの輻射熱によって全館暖房をすることができる。
以上に説明した冷暖房システム500によれば、躯体壁508の材質に関わらず、木造、鉄筋コンクリート造、鉄骨造など、幅広い躯体の建物に適用可能な全館冷暖房システムを提供することができる。また、冷暖房システム500は、戸建住宅、集合住宅、オフィスビルの他、あらゆる用途の建物に適用可能である。
以上、本願の発明について具体的な実施形態を挙げて説明を行ったが、本願の発明は上記実施形態に限られるものではなく、種々の変更、改良等が可能である。
例えば、第1実施形態において、図1に示すように、下階天井4と上階床5の間にヒーター10eを配置しても良い。これにより、暖房時に、べた基礎2と下階床3の間の気温と、下階天井4と上階床5の間の気温をより均一化することができる。
また、冷暖房システム100、200、300、400、500は、図に示すように1階と2階に設置するものに限られず、例えば、同様の構成で2階と3階に設けることもできるし、3つ以上の階にわたって設置することもできる。例えば、建物の1階から3階にわたって冷暖房システム100、200、300、400、500を設ける場合、1階床下にヒーターを設置し、1階床下の空気と1階天井と2階床下の間の空気とを循環させる循環手段を設置し、更に1階天井と2階床下の空気と2階天井と3階の床下の空気とを循環させる循環手段を設置し、3階に冷房装置を設置し、3階床下と2階天井の間に熱交換型換気装置を設置すれば良い。このように、3つ以上の階にわたって冷暖房システム100、200、300、400、500を設置する場合は、増えた階数に応じて、中間階に温度調整層の空気を循環させる循環手段を追加すれば良い。
また、冷暖房システム100、200、300、400、500は、連続する階に限られず、例えば、1階と3階のように、間の階を飛ばして設置することもできる。この場合、空気循環層の空気を循環させる垂直ダクトを、冷暖房システム100、200、300、400、500を設置する下階の床下から冷暖房システム100、200、300、400、500を設置する上階の床下まで連続して延ばせば良い。
100、200、300、400、500 冷暖房システム
2、202、302、402、502 べた基礎
3、203、303、403、503 1階床
4、204、304、404、504 1階天井
5、205、305、405、505 2階床
6、206、306、406、506 2階天井
7、207、307、407、507 屋根
8、208、308、408、508 躯体壁
10a、10b、10c、10d、10e、210a、210b、210c、210d、310a、310b、310c、310d ヒーター
11、13、213、227、313、413、513 ファン
12、14、19、23、214、222、224、225、226、314、322、324、325、330、414、424、514、524 垂直ダクト
15、215、315、415、515 熱交換型換気装置
16、216、316、416、516 取込口
17 排出口
18、218、318、418、518 換気口
20、220、320、420、520 排気口
21、229、329、429、529 冷房装置
22a、22b、26a、26b、26c 送風機
24 分配器
25a、25b、25c 水平ダクト
223a、223b、228a、228b、323a、323b、328a、328b、423a、428a、428b、523a、528a、528b 給気口
422、522 空気循環スペース
430、431、432、530、531、532 ダクトスペース
425、525 垂直ダクト
533 ナノイー発生器
534、535 放熱器
440、540 吹き抜け

Claims (4)

  1. 下階の床下に配置された暖房装置と、
    下階の床下の空気を前記下階の天井と上階の床の間の空間に送る第1の循環手段と、
    ファンと垂直ダクトから構成され、前記下階の天井と前記上階の床の間の空気を前記下階の床下に送る第2の循環手段と、
    上階の居室内又は上階の天井裏に配置され、前記上階の居室内の空気を取り込んで温度を低下させる冷房装置と、
    前記下階の天井と前記上階の床の間の空間に配置され、居室内の空気を建物外に排出し、外気を取り込むとともに、排出される前記居室内の空気と取り込まれる前記外気との間で熱交換を行う熱交換型換気装置とを有する冷暖房システム。
  2. 前記熱交換型換気装置は、前記外気を床下又は天井裏の空間に取り込む請求項1に記載の冷暖房システム。
  3. さらに、前記上階の天井裏の空気と、前記下階の天井と前記上階の床の間の空気を循環させる第3の循環手段を有し、
    前記冷房装置は、気温を低下させた空気を前記上階の天井裏及び前記下階の天井と前記上階の床の間の空間に送る請求項1又は2に記載の冷暖房システム。
  4. さらに、天井裏の空気を前記居室内に送る送風機を有する請求項1から3のいずれか一項に記載の冷暖房システム。
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