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JP5847780B2 - 空調システム - Google Patents

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JP5847780B2
JP5847780B2 JP2013190023A JP2013190023A JP5847780B2 JP 5847780 B2 JP5847780 B2 JP 5847780B2 JP 2013190023 A JP2013190023 A JP 2013190023A JP 2013190023 A JP2013190023 A JP 2013190023A JP 5847780 B2 JP5847780 B2 JP 5847780B2
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幸男 久野
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株式会社 テスク資材販売
株式会社 テスク資材販売
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Description

本発明は、建物内の24時間換気を実施しながら、建物内の冷暖房を行い、空気を清浄化する機能を有する空調技術に関する。
建築物の内部の冷暖房を行う空調システムとしては、所謂、ルームエアコンなどの空調装置を用いたものが代表的である。従来の空調装置は、室外機で適度に温度調節された空気流を室内機から建物内に吹き出すことにより空調を行うものであるが、特に夏の暑い時季は、室内機から吹き出す空調空気によって生じる気流感により涼しく感じることができるが、場合によってはドラフトという不快な現象が発生することがある。
そこで、室内に配置された放熱器に熱媒を循環供給し、放熱器から輻射される熱気や冷気により室内の空調を行う方式が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1記載の「冷暖房システム」は、冷暖房パネルと、この冷暖房パネルの内部に高温あるいは低温の流体を流通させる流体供給装置とを備え、流体供給装置として、配管と、ポンプと、燃料ボイラと、ヒートポンプとが設けられている。
一方、本発明に関連する従来技術として、例えば、特許文献2記載の「住宅換気構造」がある。特許文献2記載の「住宅換気構造」は、冷暖房機能は備えていないが、屋外から吸入した空気を住宅内へ導き入れる空気供給装置と、空気供給装置に一端が連通された給気用ダクトと、この給気用ダクトの他端に連通された給気ガラリ(給気口)と、を備え、空気ガラリ(給気口)を、部屋内の壁面下部や床面端部に形成したものである。
特開2008−121907号公報 特開2006−317058号公報
従来の空調装置(ルームエアコンなど)の室内機は運転中にファンの回転音や空気吹き出し音を発するので、静寂性に欠ける面がある。また、特許文献1に記載された放熱器のみによる空調システムは、無風状態でありながら、輻射作用により快適な空調空間を実現することができるが、24時間換気機能及び建物内へ清浄化された外気を導入する機能を具備していないので、空調作用や換気作用が不十分である。
一方、特許文献2記載の「住宅換気構造」は、気流による居住者などへの不快感を低減させることができ、換気効率の低減を防止することもできるが、部屋内の低い部分に設けられている給気ガラリ(給気口)を家具や調度品で塞がないようにする必要があるため、部屋内における家具や調度品などの配置が著しく制約される。
本発明が解決しようとする課題は、24時間換気と輻射空調を行いながら、屋外の汚染物質などの建物内への侵入を防止し、建物内を常に静寂かつ快適で清浄な雰囲気に保つことができ、家具や調度品などの配置状態が制約されることがなく、より確実な空調作用、換気作用を得ることができる空調システムを提供することにある。
本発明の空調システムは、
温度調節された熱媒を内部に流通させ表面から暖気若しくは冷気を放出して空調を行うため建物内に配置された放熱器と、
前記熱媒の温度調節を行うため前記建物外に配置された熱源機と、
前記放熱器と前記熱源機との間で前記熱媒を循環させる第1流通経路と、
前記建物内に外気を導入するための給気経路及び給気手段と、
前記給気手段で導入される外気を浄化する清浄化手段と、
前記給気手段で導入される外気の温度調節を行う熱交換器と、
前記建物内の空気が流出可能な排気経路と、
前記熱交換器と前記熱源機との間で前記熱媒を循環させる第2流通経路とを備えた空調システムにおいて、
前記給気経路の給気口を、前記建物内に配備された部屋の出入り口の開閉手段であるドアの動作領域下方の床面であって、前記建物内の居住者移動領域の床面に設けたことを特徴とする。
ここで、前記開閉手段とは、部屋の出入り口や物品収納空間の出し入れ口などを開閉する手段をいい、蝶番を中心に回動するドアや扉、敷居やレールに沿ってスライドする引き戸などを含む。また、開閉手段の動作領域に臨む床面とは、前記動作領域に近接した場所に位置する床面をいう。
一般的な建物の内部において、当該建物内に配備された開閉手段の動作領域下方の床面、前記開閉手段の動作領域に臨む床面若しくは前記建物内の居住者移動領域の床面は、本来、家具などを設置できない場所であるため、このような場所に給気口を設ければ、給気口の設置場所の選定に迷う必要がなくなり、家具や調度品などの配置状態が制約されることもない。また、このような場所に給気口を設ければ、壁面の上方に設けられることの多い、排気経路の排気口に向かって空気が流動するときに、建物内を淀みなく空気流が通過するので、より確実な空調作用、換気作用を得ることができる。
ここで、前記建物を形成する壁部、床部及び天井部の内部にダクトレス空間を気密状に形成し、前記ダクトレス空間を前記給気経路の少なくとも一部をなす通気経路とすることができる。
このような構成とすれば、給気経路を経由して建物内に導入された外気を、前記ダクトレス空間を通気経路として利用して各部屋に供給することが可能となるので、建物内に外気導入用のダクトを施工する必要がなくなり、資材の削減及び施工の容易化を図ることができる。
また、前記建物の1階天井部と2階床部との間にダクトレス空間を気密状に形成し、前記ダクトレス空間を前記通気経路とすることができる。
このような構成とすれば、建物の1階天井部と2階床部との間に形成されたダクトレス空間を通気経路として利用して、給気経路を経由して建物内へ導入された外気を建物内へ供給することが可能となる。従って、前記通気経路の下方や上方に位置する部屋内に給気口を設置することにより、前記給気手段から前記給気経路及び前記通気経路を経由して前記給気口に至る流路が形成され、ダクトの施工が不要となる。
また、前記通気経路として利用する前記ダクトレス空間には、熱交換器で温度調節された外気が流通するので、前記ダクトレス空間に接する天井面や床面を介して、部屋内に対する輻射作用が生じ、空調効果が向上する。
また、前記通気経路と連通する給気口を、前記建物内の1階天井部に設けることもできる。
このような構成とすれば、1階天井部は前記通気経路(ダクトレス空間)に接しているため、この場所に給気口を設ければ、給気口と前記通気経路とが連通するため、施工の簡略化を図ることができる。なお、前記給気口は、1階天井部に設けられた開口部に通気部材を設置することによって形成することができる。
さらに、前記壁部、前記床部及び前記天井部に発泡断熱構造を設けることにより前記ダクトレス空間を形成することができる。
このような構成とすれば、前記ダクトレス空間に断熱性と気密性の両方を持たせることができるので、温度調節された状態で前記ダクトレス空間に導入される外気の温度ロス(冷気や暖気の散逸)を抑制することができ、空調効果の向上に有効である。
本発明により、24時間換気と輻射空調を行いながら、屋外の汚染物質などの建物内への侵入を防止し、建物内を常に静寂かつ快適で清浄な雰囲気に保つことができ、家具や調度品などの配置状態が制約されることがなく、より確実な空調作用、換気作用を得ることができる空調システムを提供することができる。
本発明の第1実施形態である空調システムの構成を示す図である。 図1中の矢線Aで示す領域の一部省略斜視図である。 本発明の第2実施形態である空調システムの構成を示す図である。 その他の実施形態である空調システムの一部を示す図である。 発泡断熱構造を用いた空調システムの一部を示す図である。
以下、図1〜図5に基づいて本発明の実施形態である空調システム100,200などについて説明する。
図1に示すように、本発明の第1実施形態である空調システム100は、温度調節された熱媒を内部に流通させ表面から暖気若しくは冷気を放出して空調を行うため建物10内の複数の部屋1,2,3,4内にそれぞれ配置された輻射型の放熱器11と、前記熱媒の温度調節を行うため建物10外に配置された熱源機(ヒートポンプ)12と、放熱器11と熱源機12との間で前記熱媒を循環させる第1流通経路13と、建物10内に外気を導入して建物10内の気圧を正圧に保持するための給気経路14及び給気手段(ファン)15と、給気手段15で導入される外気を浄化する清浄化手段(フィルタ)16と、給気手段15で導入される外気の温度調節を行う熱交換器17と、建物10内の各部屋1,2,3,4の空気が流出可能な排気経路5,6,7,8と、熱交換器17と熱源機12との間で前記熱媒を循環させる第2流通経路18とを備えている。
給気手段15のサイズ(性能)などは、限定しないが、建物10に応じて、建築基準法で定められている必要換気量(0.5回/h)を満たすことができるサイズ(性能)のものを選定することができる。
給気経路14は、部屋2の外壁部10aに開設された開口部10から1階天井部C1と2階床部F2との間に形成された通気経路19を経由して2階側の部屋3,4の給気口21に連通している。本実施形態では、1階天井部C1と2階床部F2との間に気密断熱状のダクトレス空間を形成し、このダクトレス空間を通気経路19として使用している。また、1階側の部屋1,2の給気口21と給気経路14とは、例えば、床下空間20及び壁内空間(図示せず)を介して連通されているが、給気経路14を床下空間20に接続することもできる。
排気経路5,6,7,8は各部屋1,2,3,4の外壁部10aに開設されている。排気経路5,6,7,8にはそれぞれ逆流防止機能と所定の圧力差で開放する機能を有する差圧調節手段9が設けられている。排気経路5,6,7,8の外側にはそれぞれ防雨用のフード10cが設けられている。
放熱器11は金属製、セラミックス製あるいは合成樹脂製のものを使用できるが、耐腐食性などの耐久性の観点から、本実施形態では合成樹脂製のものを使用している。具体的には、PPR(ポリプロピレンランダムコポリマ樹脂)で形成された柵状パネルを前後2枚重ね構造とした放熱器などが好適である。また、本実施形態では、第1流通経路13を経由して熱源機12と放熱器11との間を循環する熱媒として水を使用しているが、これに限定されるものではない。
図1に示すように、各部屋1,2,3,4の床面1f,2f,3f,4fにそれぞれ、給気経路14の給気口21が設けられている。図2に示すように、部屋1内の給気口21は、床面1fにおいて、部屋1の出入り口1aの開閉手段であるドア1bの動作領域1dの下方に位置する部分に設けられている。他の部屋2,3,4の給気口21も同様に、各部屋2,3,4内の床面2f,3f,4fにおいて、出入り口2a,3a,4aのドア2b,3b,4bの動作領域(図示せず)の下方に位置する部分に設けられている。なお、各部屋1,2,3,4内の床面2f,3f,4fにおいて、出入り口1a,2a,3a,4aのドア2b,3b,4bの動作領域(図示せず)の下方に位置する部分は居住者移動領域の床面に該当する。
図1に示す空調システム100において熱源機12及び給気手段15を稼働させると、熱源機12において温度調節された熱媒が、第1流通経路13を経由して各部屋1,2,3,4内の放熱器11との間で循環するとともに、第2流通経路18を経由して熱交換器17との間で循環する。これと並行して、給気手段15により、建物10の外部から、清浄化手段16を通過して吸い込まれた外気が熱交換器17、給気経路14及び開口部10bなどを経由して給気口21から部屋1,2,3,4内へ流入する。このとき、給気手段15の送風能力及び排気経路5,6,7,8の開度は、建物10内の気圧が正圧を維持することができるように設定され、熱源機12及び給気手段15はいずれも連続稼働(所謂、24時間運転)することができる。従って、空調システム100は、第2種換気方式の24時間換気機能を発揮する。
空調システム100において、季節(気温)に応じて熱源機12で温度調節された熱媒を、第一流通経路13を経由して、建物10内の各部屋1,2,3,4に配置された放熱器11に循環させることにより、各放熱器11から放出される暖気若しくは冷気により、それぞれの部屋1,2,3,4内を適切な温度で暖房したり、冷房したりする輻射空調を行うことができる。また、空調システム100においては、建物10内に電動式の送風ファンなどを設ける必要がないので、当該空調システム100が稼働しているときも建物10内を静寂に保つことができる。
また、給気手段15により導入される外気は、清浄化手段16で浄化され、熱交換器17で適切な温度に調節され、建物10内の気圧を正圧に保持できるような風圧(風量)で建物10内に供給される。即ち、給気手段15により建物10内へ導入される外気は図1中の矢線で示すように、給気経路14を経由して部屋1,2,3,4内へ流入して拡散した後、それぞれの一部は排気経路5,6,7,8から屋外へ排出される。
従って、屋外の汚染物質などが外気に伴って建物10内へ侵入するのを防止しながら、建物10内を常に快適で清浄な雰囲気に保つことができる第2種換気方式の24時間換気を実行することができる。また、暖房及び冷房が不要な中間期においては、熱源機12の運転を停止して、放熱器11及び熱交換器17の機能を停止する一方、給気手段15を連続運転することにより、第2種換気方式の24時間換気を行うことができる。また、清浄化手段16としては、空気中の塵埃などを捕捉する機能を有するフィルタが好適であるが、エアワッシャなどを使用することもできる。
なお、空調システム100においては、第2種換気方式を採用しているが、これに限定するものではないので、例えば、第1種換気方式を採用することもできる。第1種換気方式は、給気及び排気の両方を電動ファンなどの機械的送気手段を用いて行う換気方式であるため、給気量>排気量となるように給排気量を設定すれば、前述した第2種換気方式と同様の効果を得ることができる。
一方、図2に示すように、建物10の内部において、部屋1の出入り口1aの開閉手段であるドア1bの動作領域1dの下方に位置する床面1fは、本来、居住者移動領域の床面に相当し、家具などを設置できない場所であるため、このような場所に給気口21を設ければ、給気口の設置場所の選定に迷う必要がなくなり、家具や調度品などの配置状態が制約されることもない。給気口21は、床面1fに開設された開口部21xに通気部材21y(例えば、グリルなど)を設置することによって形成することができるが、これに限定されない。
なお、給気口21を設けた領域は人間やペットなどが通行する場所であるため、給気口21上に荷重が加わったときに破損しない程度の強度を有する構造とするとともに、給気口21で躓いたり、給気口21に足が引っ掛かったりするのを防止するため、給気口21と周囲の床面1fとが略同一平面をなす構造(給気口21と周囲の床面1fとの間に段差が生じない構造)とすることが望ましい。
また、図2に示すような場所に給気口21を設ければ、壁面の上方に設けられることの多い、排気経路5の排気口に向かって空気が流動するときに、部屋1内を淀みなく空気流が通過するので、より確実な空調作用、換気作用を得ることができる。さらに、給気口21に指向性を持たせれば、給気口21から吹き出した気流が部屋を一巡するようにすることができるので空調作用、換気作用の向上に有効である。
また、建物10の1階天井部C1と2階床部F2との間に形成されたダクトレス空間を、給気経路14の一部をなす気密断熱性の通気経路19としたことにより、給気口21から部屋3,4内へ導入される外気流を確保することができるので、確実な換気作用を得ることができる。また、通気経路19が給気経路として機能するので、給気口21に接続するダクトの施工が不要となり、資材の削減及び施工の容易化を図ることができる。また、通気経路19に面する1階天井部C1や2階床部F2を介して輻射作用が生じるので、空調効果の向上に有効である。
図1に示す空調システム100において、第1流通経路13、第2流通経路18の少なくとも一方に経路開閉手段(図示せず)を設ければ、空調負荷などに応じて、前記経路開閉手段を開閉することにより、第1流通経路13に接続された放熱器11、第2流通経路18に接続された熱交換器17のいずれか一方のみの運転が可能となるので、空調効率の向上に有効である。
例えば、放熱器11による輻射空調を行いながら、外気をそのまま取り入れたい場合(輻射空調のみを行いたい場合など)は、熱交換器17に接続される第2流通経路18の途中に設けた前記経路開閉手段(図示せず)を閉止して、熱交換器17への熱媒の循環を停止させることによって実現することができる。また、第1流通経路13に設けた経路開閉手段(図示せず)を閉止して、放熱器11への熱媒の循環を停止させれば、外気の温度調節のみの運転も可能である。
また、熱交換器17の熱源として、放熱器11の熱源である熱源機12を利用することにより、建物10内へ導入する外気の温度調節用の熱源を別途、設ける必要がなくなるので、構造の簡素化、設置スペースの削減を図ることができる。
さらに、外気を熱交換器17で熱交換して建物10内へ導入するので、特に夏場は高温多湿の外気を冷却することで除湿、冷却された外気を導入することができ、建物10内を快適な状態にすることができる。なお、夏場は特に放熱器11表面に結露が発生することがあるが、建物10内へ導入する外気を予め除湿冷却すれば、放熱器11表面に発生する結露を緩和させることができる。
一方、排気経路5,6,7,8にそれぞれ逆流防止機能を有する差圧調節手段9が設けられているため、建物10内の気圧と建物外の気圧との間に所定の圧力差を設定することができ、建物10内を常に安定した正圧に保つことができる。この場合、建物10内の気圧と建物外の気圧との圧力差は5Pa〜10Pa程度に設定することが望ましい。また、建物10に設けられた扉(図示せず)などの開閉操作により建物10内の気圧が変動した場合、これに追随して、差圧調節手段9の逆流防止機能が作動するので、排気経路5,6,7,8からの外気侵入を防止することができる。
また、排気経路5,6,7,8から排出される空気量を差圧調節手段9で増減させることにより、建物10内の気圧を昇降させることもできるので、建物外の気圧などが変化した場合でも、汚染物質の侵入防止機能を適切な状態に設定することができる。さらに、差圧調節手段9は逆流防止手段も有するので、給気手段15の故障や停止などの原因で建物10内の正圧が維持できなくなった場合、あるいは強風などにより排気経路5,6,7,8に向かって外気が吹き込むような事態が生じた場合でも、汚染物質を含む外気の建物10内への侵入を防止することができる。
なお、逆流防止機能を有する差圧調節手段9は、特に限定しないので、予め設定された一定圧力以上で開放状態を保ち、一定圧力未満で閉鎖する機能を有するものを使用することができる。また、逆流防止機能を有する差圧調節手段9は、圧力差により開閉する羽根にウエイトなどを取り付け、一定圧力差以上で開放し、圧力差がなくなると自重で閉止する機構をもつ差圧開閉手段などを好適に使用することができる。設定圧力はウエイトの取り付け個数などで任意に設定できるものでもよい。この場合、ウエイト個数が増えれば開放する際の圧力が高くなり、外気との差圧を大きくとることができ、ウエイト個数が減れば開放圧力が下がり、外気との差圧を小さくすることができる。
そのほか、排気経路5,6,7,8に排気ファン(図示せず)を設けて第1種換気方式の24時間換気を行うこともできる。この場合も、開口部10bからの給気量が、排気経路5,6,7,8からの排気量よりも多くなるように設定すれば、第1種換気方式により計画的な換気を実現しつつ、建物10内を常に正圧に保つことができる。また、建物10内の気圧と建物外の気圧との間に設定されている圧力差を変更する場合は前記排気ファンの回転数を変更することによっても対応可能である。
本実施形態において建物10は高気密・高断熱構造であるが、これに限定しないので、中気密・中断熱構造の建物などにおいても本発明の空調システムを施工することが可能であり、そのような建物においても、建物内を常に静寂かつ快適で清浄な雰囲気に保つことができる。
次に、図3に基づいて、本発明の第2実施形態である空調システム200について説明する。なお、図3に示す空調システム200において、図1に示す空調システム100の構成部分と同様の構造、機能を有する部分は図1中の符号と同じ符号を付して説明を省略する。
図3に示す空調システム200においては、通気経路19は給気経路14と連通しており、建物10の1階天井部C1と2階床部F2との間に気密断熱状のダクトレス空間を形成し、このダクトレス空間を通気経路19とし、1階側の部屋1,2の給気口21aが部屋1,2の天井面1c,2cに設けられている。
1階側の部屋1,2の天井面1c,2cは通気経路19(ダクトレス空間)に接しているため、これらの場所に、給気口21aを設ければ、給気口21aと通気経路19とが最短距離で連通するため、施工の簡略化を図ることができる。また、1階天井部C1と2階床部F2との間のみをダクトレス空間として使用しているため、気密断熱処理など、ダクトレス空間を構築するための処理も必要最小限で済む。その他の部分の構造、機能などについては図1に示す空調システム100と同様である。
次に、図4に示す空調システム300においては、第1,2実施形態である空調システム100,200の場合と同様、2階床部F2と1階天井部C1との間に気密断熱状のダクトレス空間を形成し、このダクトレス空間を通気経路39としている。この場合、屋外に設置された給気手段(図示せず)と通気経路39とは、適宜、断熱処理が施されたダクト38などで接続されている。
図4は冬期の運転状態を示しており、新鮮な外気は屋外に設置した給気手段であるファンコイルユニット(例えば、図1に示す給気手段15及び熱交換器17を一体化した機材)によってダクトレス空間39に給気され、2階側の部屋4の床面4fであってドア4bの前に設置された給気口21から部屋4内へ供給される。この場合、給気口21からの給気と放熱器(図示せず)による暖房に加え、床面4fからの輻射効果も生じるので、優れた暖房効果を得ることができる。
次に、図5に示す空調システム400においては、2階床部F2と1階天井部C1との間に形成されたダクトレス空間を通気経路49とするとともに、前記ダクトレス空間に気密性及び断熱性を持たせる手段として、発泡断熱構造を採用している。発泡断熱構造は、合成樹脂系の断熱材を発泡させた発泡断熱材41を建物40の内側に吹き付けることによって形成されている。具体的には、2階床部F2を構築した後に、発泡断熱材41を吹き付け、その後、1階天井部C1を構築することによって発泡断熱構造を形成することができるが、これに限定するものではない。
発泡断熱材41は建物40内の隙間にも確実に充填されるので、断熱機能を確保しつつ建物10の気密性を向上させることができる。また、2階床部F2と1階天井部C1との間に形成されたダクトレス空間49を給気経路の一部とすることにより、室内に供給される新鮮な外気の熱ロスを最小限に抑えることができる。
なお、建物の壁部、天井部、床部の内部に空調空気を流通させるようにすれば、建物の躯体(構造部分)の風通しが良くなり、結露などが発生し難くなるので、建物の長寿命化を図ることができるほか、ダクトレス空間も空調されることとなるので、ダクトレス空間と居室との温度差がなくなり、居室の壁、天井、床などの面も室温に近くなる結果、温度差がなくなって快適な空調を実現することができる。
なお、図1〜図5に基づいて説明した実施形態は本発明に係る空調システムを例示したものであり、本発明の空調システムは前述した実施形態に限定されない。
本発明の空調システムは、戸建て住宅や集合住宅などの各種建築物における空調手段として、建築・建設産業の分野などにおいて広く利用することができる。
100,200,300,400 空調システム
1,2,3,4 部屋
5,6,7,8 排気経路
9 差圧調節手段
10 建物
10a 外壁部
10b,21x 開口部
10c フード
10d 屋根
11 放熱器
12 熱源機
13 第1流通経路
14 給気経路
15 給気手段
16 清浄化手段
17 熱交換器
18 第2流通経路
19,39,49 通気経路
20 床下空間
21,21a 給気口
21y 通気部材

Claims (5)

  1. 温度調節された熱媒を内部に流通させ表面から暖気若しくは冷気を放出して空調を行うため建物内に配置された放熱器と、
    前記熱媒の温度調節を行うため前記建物外に配置された熱源機と、
    前記放熱器と前記熱源機との間で前記熱媒を循環させる第1流通経路と、
    前記建物内に外気を導入するための給気経路及び給気手段と、
    前記給気手段で導入される外気を浄化する清浄化手段と、
    前記給気手段で導入される外気の温度調節を行う熱交換器と、
    前記建物内の空気が流出可能な排気経路と、
    前記熱交換器と前記熱源機との間で前記熱媒を循環させる第2流通経路とを備えた空調システムにおいて、
    前記給気経路の給気口を、前記建物内に配備された部屋の出入り口の開閉手段であるドアの動作領域下方の床面であって、前記建物内の居住者移動領域の床面に設けたことを特徴とする空調システム。
  2. 前記建物の壁部、床部及び天井部の内部にダクトレス空間を気密状に形成し、前記ダクトレス空間を前記給気経路の少なくとも一部をなす通気経路とした請求項1記載の空調システム。
  3. 前記建物の1階天井部と2階床部との間にダクトレス空間を気密状に形成し、前記ダクトレス空間を前記通気経路とした請求項2記載の空調システム。
  4. 前記通気経路と連通する給気口を、前記建物内の1階天井部に設けた請求項3記載の空調システム。
  5. 前記壁部、前記床部及び前記天井部の内部に発泡断熱構造を設けることにより前記ダクトレス空間を形成した請求項2〜4のいずれかに記載の空調システム。
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