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発明の名称 天窓付建物
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−138693(P2007−138693A)
公開日 平成19年6月7日(2007.6.7)
出願番号 特願2006−79989(P2006−79989)
出願日 平成18年3月23日(2006.3.23)
代理人 【識別番号】100082670
【弁理士】
【氏名又は名称】西脇 民雄
発明者 中山 靖士
要約 課題
建物内の通風を十分に行うことが可能な通風用天窓を備えた天窓付建物を提供すること。

解決手段
建物1の屋根(平屋根2)に設けられた天窓開口(天窓空間7a)が上下方向に移動可能な天窓開閉部材3bにより開閉可能に設けられ、前記天窓開閉部材3bが開いたときは該天窓開閉部材3bの周縁部と前記天窓開口(天窓空間7a)の周縁との間に通気口3cが形成されて、前記通気口3cを介して建物内の換気を行う通風用天窓(天窓3)を備えている。しかも、前記通気口3cと天窓設置階の空間を結ぶ通気経路(天窓空間7a)の内面の全面また一部に蓄熱材8と加熱用のヒーター18が設置されている。
特許請求の範囲
【請求項1】
建物の屋根に設けられた天窓開口が上下方向に移動可能な天窓開閉部材により開閉可能に設けられ、前記天窓開閉部材が開いたときは該天窓開閉部材の周縁部と前記天窓開口の周縁との間に通気口が形成されて、前記通気口を介して建物内の換気を行う通風用天窓を備えた天窓付建物において、
前記通気口と天窓設置階の空間を結ぶ通気経路の内面の全面また一部に蓄熱材と加熱用のヒーターを設置することを特徴とした天窓付建物。
【請求項2】
請求項1記載の天窓付建物において、前記蓄熱財を加熱するヒーターの電源として太陽電池を利用したことを特徴とした天窓付建物。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は上下方向に開閉する通風用天窓を備えた天窓付建物に関する
【背景技術】
【0002】
建物内の通風や建物内への採光のために屋根開口部に天窓を設置することが知られている。このような天窓としては、片開きタイプの天窓や窓中央の水平軸を中心に回転する中軸回転タイプや、特許文献1に示すように天窓本体が上下方向に移動するタイプが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2000-240229
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかし、上記天窓を開いたときに 必ず建物内の通風が十分となるわけでなく、通風効率が非常に悪い場合がある。
【0004】
例えば、片開きタイプや中軸回転タイプの天窓の場合、風向きによっては風が天窓を通じて建物に吹き込み、この吹き込んだ風と建物内の熱によって上昇した気流がぶつかり合って、通風性能が著しく低下することがある。
【0005】
上下移動タイプの場合でも、単に設置しただけでは建物内に空気の流れは生じにくく建物内の通風は十分でない。
【0006】
本発明の課題は天窓つきの建物において、建物内の通風を十分に行うことが可能な通風用天窓を備えた天窓付建物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、建物の屋根に設けられた天窓開口が上下方向に移動可能な天窓開閉部材により開閉可能に設けられ、前記天窓開閉部材が開いたときは該天窓開閉部材の周縁部と前記天窓開口の周縁との間に通気口が形成されて、前記通気口を介して建物内の換気を行う通風用天窓を備えた天窓付建物において、前記通気口と天窓設置階の空間を結ぶ通気経路の内面の全面また一部に蓄熱材と加熱用のヒーターを設置することを特徴とする。
【0008】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1記載の天窓付建物において、前記蓄熱材を加熱するヒーターの電源として太陽電池を使用したことを特徴としている
【発明の効果】
【0009】
請求項1の発明によれば、昼間天窓付近で受けた日射熱とヒーターの加熱による熱エネルギーを蓄熱材に蓄熱しておいて、主に夜間に蓄熱材に蓄熱された熱エネルギーを通気口と窓設置階の空間を結ぶ通気経路に放熱して、該通気経路が暖められる。その結果、煙突効果により、室内空気を、天窓の通気口を介して屋外へ送り出す流れが生じ、その結果、風向きや住宅の密集状態に関係なく、部屋の窓などを一箇所でもあけておけば、建物内の換気と排熱を継続的に行うことができる。
【0010】
このように、上下方向に開閉する天窓開閉部材と、天窓開閉部材が開いたときの通気口と天窓設置階の空間を結ぶ通気経路に蓄熱体とヒーターを設置することにより、風向きや建物の密集度合いに関係なく、建物通風を効率よく行うことができる。とくに春から秋にかけて建物内の排熱を行う際には、その効果が大である。
【0011】
また、請求項2の発明によれば、昼間該通気経路の加熱時に外部商業電力を利用しないために、余分な電力利用をしなくてすむ。また、日射が強く温度上昇が激しい日ほど蓄熱量が多くなり、その結果、室内空気を天窓を介して屋外へ送り出す流れが強まる。その結果、日射状況に応じて、建物内の換気と排熱量を調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する
【実施例】
【0013】
[構成]
図1は、本発明にかかる通風用天窓を備えた建物の断面図である。図1に示すように建物1は平屋根(陸屋根)2を有し、この平屋根2には屋根開口部2Bが設けられている。また、平屋根2には天窓(通風用天窓)3が設置されている。
【0014】
この天窓3は、屋根開口部2Bに下端部が固定された筒状の支持枠3aと、この支持枠3aの上部に配設された天窓開閉部材3bを有する。この外枠3aは、横断面矩形状で筒状の支持枠(天窓本体)7と、支持枠7の外周面及び上端を覆う水切り部材10を有する。この水切り部材10の上端部外周には段部11が設けられている。また、天窓開閉部材3bは、方形支持枠3b1と、方形枠3b1上に周縁部が固定された透明のパネル3b2を有する。
【0015】
尚、平屋根2の代わりに緩傾斜の屋根を設け、この緩傾斜の屋根に図1の天窓3を設置することができる。
【0016】
この天窓3は、平屋根2の屋根面2Aから上方に突出しており、上端が平屋根2の屋根面2Aよりも高い位置に配置されている。すなわち本実施例では、天窓3を閉めたときに、天窓3と屋根面2Aの最短距離Lが5cm以上となるように設定されている。距離Lが5cm未満では、防水のための水切りの設置が難しく、また屋根面2Aでは気流剥離などの問題が生じ、建物1内の室内空気を天窓3から屋外に排気する上で好ましくない。
【0017】
また、建物1の一階には、図3に示したように風呂、洗面室、トイレが設けられていると共に、和室等の居室R1やキッチン,リビングダイニングが一緒になっている居室R2が設けられている。また、建物1の一階には、居室R1,R2との間に位置させて玄関ホールHが設けられ、居室R2とトイレとの間には2階への階段Sが設けられている。尚、上述した屋根開口部2Bは、図2に示したように階段Sの上方に配置されている。
【0018】
更に、建物1の1階には、階段Sを挟んで洗面と書斎が設けられていると共に、洗面に隣接してトイレと収納が設けられている。また、建物1の2階には、書斎に隣接して収納が設けられていると共に、居室C,D,Eが設けられている。尚、天窓3は階段Sの上方に位置している。
【0019】
また、図3に示したように、建物1の1階の居室R1,R2の壁R1a,R2aおよび2階の居室C,D,Eの壁C1,D1,E1には主要大開口4(図3参照)がそれぞれ設けられている。更に、建物1の1階の居室R1,R2の外側壁R1b,R2bには地窓5がそれぞれ設けられていると共に、2階の居室C,Eの外側壁C2,E2には地窓5がそれぞれ設けられている。尚、地窓5は、図1に示したように居室R1,R2,C,Eの下部側に開口している。
【0020】
また、居室R1,R2の玄関ホールH側の内側壁R1c,R2cの上部(図1参照)には欄間窓6がそれぞれ設けられていると共に、居室C,D,Eの内側壁W1,W2,W3の上部(図1参照)には2階ホールH2(天窓設置階の空間)に連通する欄間窓6がそれぞれ設けられている。尚、地窓や欄間窓6はオーニング状に開き通風する機能を備えている。
【0021】
更に、これら地窓5や欄間窓6の代わりに通風機能をそなえたシャッターや雨戸を主要大開口4に設置して通風機能を持たせても良いし、縦滑り出し窓のような小窓を側面に設けて通風機能を持たせてもよい。
【0022】
また、天窓開閉部材3bは、クロスアーム機構13を介して支持枠7の上部に連結されている。このクロスアーム機構13は、X字状に交差して配置された2本のアーム14,15を有している。
【0023】
アーム14の下端部は水切り部材10の上端部内面に回動自在に取り付けられ、
アーム14の上端部は天窓開閉部材3bの外枠3b1の内面のガイド溝16に沿って水平方向にスライドできるようになっている。
【0024】
また、アーム15の上端部は天窓開閉部材3bの外枠3b1の内面に回動自在に取り付けられ、アーム15の下端部は水切り部材10の上端部内面に設けたガイド溝17に沿ってスライドできるようになっている。
【0025】
更に、クロスアーム機構13のアーム14,15は、モーター(図示省略)によって回動駆動されるようになっている。例えば、水切り部材10の上端部内にモータ(図示せず)及びこのモータにより回転駆動される送りネジ(図示せず)を設けて、この送りネジによりアーム15の下端部をガイド溝17に沿って進退駆動するように構成することで、アーム14,15を時計回り方向又は反時計回り方向に回動駆動できる。
【0026】
このクロスアーム機構13の駆動(即ち、アーム14,15の回動駆動)により天窓開閉部材3bは上下方向に移動する。そして、天窓開閉部材3bが上方向に移動すると、図2に示したように天窓開閉部材3bの周囲と水切り部材10の上端との間に通気口(開口部)3cが形成され、天窓開閉部材3bは開けられた状態となる。逆に天窓開閉部材3bが下方向に移動すると、外側枠18の下端部が段部11に嵌合し、天窓開閉部材3bは閉じられた状態になる。
【0027】
支持枠7の内側には、ヒーター18と蓄熱材8が全面に取り付けられ、さらにその表面には化粧用部材(壁紙、クロス、金属板)9を貼付する。
【0028】
ヒーター18としては、繊維状面発熱体・板状のヒーターが主に用いられる。しかも、ヒーター18の設置位置としては、図2に示したように支持枠7の内面と蓄熱材8の裏面との間に設ける。尚、支持枠7の内面に蓄熱材8とは別の第2の蓄熱材(図示せず)を設けて、ヒーター18を蓄熱材8と第2の蓄熱材の間に挟むように設置しても良い。
【0029】
また蓄熱材8の保護のための過昇防止用にサーモスタット20が、蓄熱材8とヒーター18との間に設置されていてる。このサーモスタット20は、ヒーター18の動作温度を検出していて、動作温度が40〜70℃の間のときにはヒーター18の電源回路(図示せず)をONさせて、ヒーター18に通電させ、検出温度が40〜70℃から外れたときにはヒーター18の電源回路(図示せず)をOFFさせるようになっている。
【0030】
これは、ヒーター18の動作温度が70℃より高いと蓄熱材8の容器(図示せず)の破損などの問題が生じ、ヒーター18の動作温度が40℃より低いと十分な蓄熱量が得られないからである。
【0031】
また、蓄熱材8としては、熱容量が大きい物が用いられる。例えば、蓄熱材8には、コンクリートや水をのりで固めた顕熱蓄熱材や、酢酸ナトリウム3水塩や硫酸ナトリウム10水塩のような潜熱蓄熱材が使用できる。この潜熱蓄熱材の場合、熱容量が大きいものを使用するのが好ましいが、効率よく排熱するためには相転移温度が30℃〜45℃の範囲にあることが望ましい。
【0032】
また、化粧用部材としては種類は問わないが、表面が黒く着色したものを使用するのが望ましい。
[作用]
次に上記構成の通風用天窓を備えた建物における通風作用や排熱作用について説明する。
【0033】
建物1内の空気の温度は、昼間は外部からの熱(太陽熱)や内部で生じた熱(調理、電気製品)によって暖められて上昇する。この空気の温度上昇により建物1内には上昇気流が発生する。
【0034】
このような場合において、建物1内の熱を屋外に排出(廃熱)させるには、クロスアーム機構13を駆動させて天窓開閉部材3bを上方に移動させることにより、天窓開閉部材3bを予め開いておいて、天窓開閉部材3bの周縁部と水切り部材10の上端との間に通気口3cを形成させておく。
【0035】
これにより、建物1の1階の例えば居室R1,R2で発生する上昇気流は、欄間窓6,玄関ホールH及び階段S上の空間、支持枠7内の天窓空間7a及び通気口3cを介してから屋外に排出される。また、建物1の2階の居室C,D,E等で発生する上昇気流は、2階ホールH2,支持枠7内の天窓空間7a及び通気口3cを介してから屋外に排出される。このようにして、建物1内の熱は上昇気流と共に排熱される。
【0036】
一方、夜間はもっぱら建物1の内部で生じた熱のみで上昇気流を発生させることになる。このため同じ外気風速の場合、夜間の方が熱は抜けにくい。
【0037】
しかし、昼間の太陽熱とヒーター18による発熱による熱エネルギーを蓄熱材8に蓄熱させておくことにより、夜間には蓄熱材8に蓄熱された熱エネルギーが支持枠7に囲まれた天窓空間7aに放熱される。この結果、風がなくても天窓空間7aの空気が上昇気流となって通気口3cから屋外に出て行くため、建物1内の空気が天窓開閉部材3b側に吸い寄せられて通気口3cを介して屋外へ排出される。
【0038】
このようにして建物1内の空気が屋外へ排出されると、建物1内の圧力が下がるので、通風機能を有する主要大開口4又は地窓5を開けておくことにより、外気が主要大開口4又は地窓5を介して建物1内に流入し、建物1内の温度が下がることになる。
【0039】
次に本発明を実際に一戸建て住宅に適用して実験を行った。本発明による建物での結果を実験例とし、従来技術による建物での結果を比較例1〜3として説明する。
実験例1
建物の1階(1F)の東側に有効開口面積0.37m2の地窓5を設置すると共に、建物の2階(2F)の東側に有効開口面積0.37m2の地窓5を設置し、さらに2Fホール天井部に有効開口面積0.6m2の天窓3を設置した。
【0040】
また、AC100V用繊維状ヒーター(出力80W)をヒーター18として支持材7の内面の全面に貼付した上、蓄熱材8として酢酸ナトリウム3水塩をポリプロピレンケースに収めた物をヒーター18の内面の全面に取り付け、このヒーター18の内表面にオレフィンクロスを化粧材9として貼付した。
【0041】
ヒーター18と外部電源はサーモスタットを介して接続し、サーモスタットは60℃で作動するよう設定した。そして、地窓5と天窓3と室内扉(図示せず)を開放した状態で朝9時ころから夕方4時までヒーター18に通電し、室温を午前0時の時点で測定した。
【0042】
この測定の結果は、午前0時の時点で外気温が26℃であったのに対し、2階の居室Eで室温が26.5℃(図3(b)参照)、1階の居室R2[リビング(図3(a))]で室温が26℃となった。
実験例2
また、建物の1階(1F)の東側に有効開口面積0.37m2地窓5を設置すると共に、建物1の2階(2F)の東側に有効開口面積0.37m2の地窓5を設置し、さらに2FホールH2の天井部に有効開口面積0.6m2の天窓空間7aを設置した。
【0043】
また、DC12V用繊維状ヒーターをヒーター18として支持材7の内面の全面に貼付した上、蓄熱材8として酢酸ナトリウム3水塩をポリプロピレンケースに収めた物を蓄熱材8の内面の全面に取り付け、この蓄熱材8の内表面にオレフィンクロスを化粧材9として貼付した。更に、平屋根2に図1に示したように太陽電池パネル19を設置し、太陽電池パネル19の出力側を図示しないサーモスタットを介してヒーター18と接続した。このサーモスタットは60℃で作動するよう設定した。そして、地窓5と天窓3と室内扉(図示せず)を開放した状態で朝9時ころから夕方4時までヒーターに通電し、午前0時の時点で室温を測定した。
【0044】
この測定した結果、午前0時の時点で外気温が26℃であったのに対し、2階の居室Eで室温が26.5℃(図3(b)参照)、1階の居室R2[リビング(図3(a))]で室温が26.℃となった
【比較例1】
【0045】
更に、建物の1階(1F)の東側に有効開口面積0.37m2の地窓5を設置すると共に、建物1の2階(2F)の東側に有効開口面積0.37m2の地窓5を設置し、さらに2FホールH2の天井部に有効開口面積0.6m2の天窓空間7aを設置した。
ただし、蓄熱材8を設置せず、化粧材9も着色しなかった。そして、地窓と天窓と室内扉を開放した状態で、室温を午前0時の時点で測定した結果、外気温が26℃であったのに対し、2階の居室E(洋室)の室温が28.5℃、1階(1F)の居室(リビング)R2の室温が27.5℃となった
【比較例2】
【0046】
また、建物の1Fの東側に有効開口面積0.37m2 建物2Fの東側に有効開口面積0.37m2の地窓をそれぞれ設置した。そして地窓と室内扉を開放した状態で室温を測定した結果、午前0時外気温26℃に対し、2階の居室Eの室温が30℃、1階の居室(リビング)R2の室温が28℃となった。
【0047】
以上説明したように、この発明の実施の形態の天窓付建物は、建物1の屋根(平屋根2)に設けられた天窓開口(天窓空間7a)が上下方向に移動可能な天窓開閉部材3bにより開閉可能に設けられ、前記天窓開閉部材3bが開いたときは該天窓開閉部材3bの周縁部と前記天窓開口(天窓空間7a)の周縁との間に通気口3cが形成されて、前記通気口3cを介して建物内の換気を行う通風用天窓(天窓3)を備えている。しかも、前記通気口3aと天窓設置階の空間を結ぶ通気経路(天窓空間7a)の内面の全面また一部に蓄熱材8と加熱用のヒーター18が設置されている。
【0048】
この構成によれば、昼間天窓付近で受けた日射熱とヒーターの加熱による熱エネルギーを蓄熱材8に蓄熱しておいて、主に夜間に蓄熱材8に蓄熱された熱エネルギーを通気口3cと窓設置階の空間を結ぶ通気経路(天窓空間7a)に放熱して、該通気経路(天窓空間7a)が暖められる。その結果、煙突効果により、室内空気を、天窓の通気口3cを介して屋外へ送り出す流れが生じ、その結果、風向きや住宅の密集状態に関係なく、部屋の窓などを一箇所でもあけておけば、建物内の換気と排熱を継続的に行うことができる。
【0049】
このように、上下方向に開閉する天窓開閉部材3bと、天窓開閉部材3bが開いたときの通気口3cと天窓設置階の空間を結ぶ通気経路(天窓空間7a)に蓄熱体8とヒーター18を設置することにより、風向きや建物の密集度合いに関係なく、建物通風を効率よく行うことができる。とくに春から秋にかけて建物内の排熱を行う際には、その効果が大である。
【0050】
また、この発明の実施の形態の天窓付建物においては、前記通気口3cと天窓設置階の天井を結ぶ通気経路(天窓空間7a)を加熱するヒーター18の電源として太陽電池を使用している。
【0051】
この構成によれば、昼間該通気経路(天窓空間7a)の加熱時に外部商業電力を利用しないために、余分な電力利用をしなくて済む。また、日射が強く温度上昇が激しい日ほど蓄熱量が多くなり、その結果、室内空気を天窓を介して屋外へ送り出す流れが強まる。その結果、日射状況に応じて、建物1内の換気と排熱量を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】この発明に係る通風用天窓を備えた建物の断面図である
【図2】図1の天窓の詳細断面図である
【図3】図1の一戸建て住宅の内部構造を示しており、(a)は1階の平面図、(b)は2階の平面図である。
【符号の説明】
【0053】
1…建物
2…平屋根
3…天窓(通風用天窓)
3b…天窓開閉部材
3c…通気口
7a…天窓空間(天窓開口、通気経路)
8…蓄熱体
18…ヒーター
19…太陽電池パネル
H2…2階ホール(天窓設置階の空間)




 

 


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