JP7698264B2 - 開口部建材 - Google Patents

Description

本発明は、建物の開口部に取付けられる開口部建材に関する。

建物の室内環境は、空調設備で制御していたが、窓からの熱の出入りが多く電気代がかかるため、経済的に優れたものが求められていた。

本発明は以上に述べた実情に鑑み、冷暖房負荷を抑えることのできる開口部建材の提供を目的とする。

上記の課題を達成するために請求項１記載の発明による開口部建材は、外側仕切体と内側仕切体と蓄熱材と遮蔽体とを備え、遮蔽体は、外側仕切体と内側仕切体の間の中間層に設けてあり、蓄熱材は、外側仕切体と内側仕切体の間の中間層の遮蔽体より室内側に設けてあり、外気が外側仕切体と遮蔽体の間と、遮蔽体と内側仕切体の間を通って室内に導入されるものであり、冬期の昼間は遮蔽体を開けた状態、冬期の夜間は遮蔽体を閉めた状態とし、蓄熱材に蓄熱した熱で外気を暖めて室内に導入し、夏期の夜間は遮蔽体を閉めた状態又は開けた状態、夏期の昼間は遮蔽体を閉めた状態とし、蓄熱材に蓄冷した冷熱で外気を冷やして室内に導入することを特徴とする。

蓄熱材を外側仕切体と内側仕切体の間の中間層にのぞませて設ける態様の例としては、蓄熱材を中間層の下側の領域内に設けることができる。この場合に蓄熱材は、中間層の上下方向の中央より下側の流域内に設けてあればよく、中間層の下部に設けてあってもよいし、中間層の下部と中間部に跨って設けてあってもよい。
他の例としては、蓄熱材を内側仕切体の下側に設けることができる。
さらに別の例としては、蓄熱材を中間層の下面に設けることができる。

請求項１記載の発明による開口部建材は、外側仕切体と内側仕切体と蓄熱材と遮蔽体とを備え、遮蔽体は、外側仕切体と内側仕切体の間の中間層に設けてあり、蓄熱材は、外側仕切体と内側仕切体の間の中間層の遮蔽体より室内側に設けてあり、外気が外側仕切体と遮蔽体の間と、遮蔽体と内側仕切体の間を通って室内に導入されるものであり、冬期の昼間は遮蔽体を開けた状態、冬期の夜間は遮蔽体を閉めた状態とし、蓄熱材に蓄熱した熱で外気を暖めて室内に導入し、夏期の夜間は遮蔽体を閉めた状態又は開けた状態、夏期の昼間は遮蔽体を閉めた状態とし、蓄熱材に蓄冷した冷熱で外気を冷やして室内に導入することで、暖房補助又は冷房補助として利用することができるので、冷暖房負荷を抑えることができる。

本発明の開口部建材の第１実施形態を示す縦断面図である。 同開口部建材の横断面図である。 （ａ）は同開口部建材の冬期の昼間における運用状態の例を示す図であり、（ｂ）は同開口部建材の冬期の夜間における運用状態の例を示す図である。 （ｃ）は同開口部建材の夏期の昼間における運用状態の例を示す図であり、（ｄ）は同開口部建材の夏期の夜間における運用状態の例を示す図である。 本発明の開口部建材の第２実施形態を示す縦断面図である。 同開口部建材の横断面図である。 本発明の開口部建材の第３実施形態を示す縦断面図である。 本発明の効果を検証するために暖房負荷のシミュレーションを行った実施例１，２及び比較例１，２の開口部建材の概略縦断面図である。 暖房負荷のシミュレーションにおける開口部建材の設置状態を示す住戸の平面図である。 暖房負荷のシミュレーションの結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１，２は、本発明の開口部建材の第１実施形態を示している。本開口部建材は、建物の屋外に面した開口部６に設置されるものであって、室外側に設けた外窓（外側仕切体）１と、室内側に設けた内窓（内側仕切体）２と、外側仕切体１と内側仕切体２の間の中間層５に設けたブラインド（遮蔽体）４及び蓄熱材３を備えている。

外窓１は、図１，２に示すように、開口部６に固定される枠７と、枠７内に引違い状に開閉自在に収めた外障子８ａ及び内障子８ｂとを備えている。枠７は、上枠９と下枠１０と左右の縦枠１１，１１を枠組みして構成してある。上枠９は、室外空間から中間層５に連通する通気経路１２を有している。この通気経路１２は、室外に面した通気口１３と室内（中間層）に面した通気口１４が何れも下向きに開口して設けてあり、コ字状に曲がった形で形成してある。これにより、通気経路１２から雨水が浸入するのを防いでいる。

内窓２は、図１，２に示すように、四周の額縁１５の内周側面に取付けた上枠１６と下枠１７及び左右の縦枠１８，１８と、上下枠１６，１７間に引違い状に開閉自在に収めた外障子１９ａ及び内障子１９ｂを備えている。枠１６，１７，１８と障子１９ａ，１９ｂの框は、樹脂製である。障子１９ａ，１９ｂのガラス２０は、複層ガラスである。外窓１の枠７と内窓２の枠１６，１７，１８の間には木製の額縁１５があるため、外窓１と内窓２とは熱的に分離されている。
内窓２は、図１に示すように、上枠１６の外周側に換気装置２１が設けてある。換気装置２１は、アルミ形材よりなる上形材２２と下形材２３とを上下に組み合わせて構成してあり、上形材２２と下形材２３の間に室内外方向に連通する通気経路２４が形成してある。

ブラインド４は、図１に示すように、ポリエステルの不織布等よりなる生地がプリーツ状に折り畳まれることにより伸縮するプリーツスクリーンとなっている。ブラインド４の生地は、遮光性のものを使用している。ブラインド４の下端部に設けられたボトムバー２５と中間層５の下面２６との間には、隙間２７が設けてある。ブラインド４の側縁部は、図２に示すように、内窓２の両側の額縁１５に取付けたレール２８に案内し、気密性を高めている。したがって、中間層５内はブラインド４により室外側と室内側に仕切られ、ブラインド４の室外側の空気は室外の気温に近付き、ブラインド４の室内側の空気は室内の気温に近付き、ブラインド４の室外側と室内側で温度差が生じる。ブラインド４は、室内側から図示しない操作部を操作することで上下に伸縮自在となっている。

蓄熱材３は、板状に構成されており、ブラインド４の室内側に隣接して設置してある。蓄熱材３は、中間層５の上下方向の中央より下側の領域に設けてある。このように蓄熱材３を中間層５内に設けることで、蓄熱材３の室外側面と室内側面の両面が中間層５にのぞんでいる。蓄熱材３の下端と中間層５の下面２６との間には、隙間２９が設けてある。
蓄熱材３は、透明なガラス又は樹脂製の２枚のパネル３０，３０間にパラフィン系または硫酸ナトリウム水和物等の潜熱蓄熱材（ＰＣＭ）３１を挟み込み、周囲を金属製または樹脂製のスペーサー３２で枠組みして構成してあり（図４参照）、透光性を有するものとなっている。この蓄熱材３は、加熱・冷却のエネルギーが固体から液体、液体から固体への相変化に使われ、相変化の間、温度が一定で推移する特徴を有する。蓄熱材３の融点は、１℃刻みで変更することが可能である。

蓄熱材３をどの程度の高さまで設けるかは、本開口部建材を設置する場所の環境等に応じて適宜設定することができるが、例えば開口部６の半分程度や１／３程度の高さで設けることができる。図１のものは、蓄熱材３をブラインド４の室内側に隣接して設けているが、蓄熱材３を内窓２の室外側に隣接して設けることもできる。

本開口部建材は、室内側に樹脂製の枠１６，１７，１８及び框と複層ガラス２０を用いた内窓２を設けたことに加え、外窓１の通気経路１２と中間層５と内窓２上部に設けた通気経路２４を通じて室内外を空気が流れ、その際に中間層５を空気が外窓１の内側面と内窓２の外側面に沿うように迂回して流れることで、空気の流入する方向とは逆方向の熱移動が妨げられ、非常に優れた断熱性能を発揮する。さらに本開口部建材は、中間層５の下側の領域内に蓄熱材３を設けてあり、外気が外窓１と蓄熱材３の間と、蓄熱材３と内窓２の間を通ることで、冬期には蓄熱材３に蓄熱した熱で外気を暖めて室内に導入し、夏期には蓄熱材３に蓄冷した冷熱で外気を冷やして室内に導入することで、冬期には暖房補助として、夏期には冷房補助として利用することができ、これにより冷暖房負荷を抑えることができる。

以下、本開口部建材の働きについて説明する。冬期の昼間は、図３－１（ａ）に示すように、ブラインド４を開けて（上げて）おく。これにより蓄熱材３に日射が当たり、日射熱が蓄熱材３に蓄えられる。
外窓１の通気経路１２より流入した冷たい外気は、通気経路１２室内側の通気口１４より下向きに流出し（図１参照）、その後、冷たい外気はコールドドラフトにより外窓１の内側面に沿って中間層５の下まで流れ、ブラインド４及び蓄熱材３の下端と中間層５の下面２６との隙間２７，２９を通って折り返す。その後、外気は蓄熱材３の熱で暖められると共に、内窓２のガラス２０から室内の熱が伝わることでさらに暖められ、ガラス２０の室外側面に沿って上昇し、この間にガラス２０から室外に逃げる熱を空気の流れによって回収する。その後、暖められた外気は内窓２上部の通気経路２４を通って室内に流入する。外気が通気経路２４を通過する際にも、室内の熱で暖められた換気装置２１や上枠１６の熱を空気の流れによって回収する。
冬期の夜間は、図３－１（ｂ）に示すように、ブラインド４を閉めて（下げて）おく。これにより、昼間に蓄熱材３に蓄熱した熱が室外に逃げるのを防ぐことができる。冬期の夜間も昼間と同じように本開口部建材を外気が流れ、蓄熱材３に蓄熱した熱で外気が暖められて室内に導入されるため、暖房を使用することなく朝まで室内が快適に保たれる。
このように本開口部建材は、室内から室外に逃げる熱を外気の流れによって回収して室内に戻すことで、窓からの熱の出入りを減らすことができ、さらに、蓄熱材３に蓄熱した熱で外気が暖められて室内に導入されるため、暖房補助として利用することができ、これにより暖房負荷を抑えることができる。

夏期の夜間は、図３－２（ｄ）に示すように、ブラインド４を閉めた（下げた）状態で外気を導入し、夜の涼しい外気を室内に取り入れつつ、蓄熱材３に冷熱を蓄冷する。なお、夜間にブラインド４を開けて（上げて）おくと、放射冷却により蓄熱材３への蓄冷が促進される。
夏期の昼間は、図３－２（ｃ）に示すように、ブラインド４を閉めて（下げて）日射を遮断し、蓄熱材３に蓄熱させないようにする。外気は、蓄熱材３と内窓２の間を通過する間に、夜間に蓄熱材３に蓄冷した冷熱で冷やされ、且つ内窓２の外側面に沿って上昇する間に内窓２のガラス２０から室外に逃げる冷熱を回収することでさらに冷やされ、内窓２の通気経路２４より室内に流入する。これにより、少なくとも午前中いっぱいぐらいは冷房を使用しなくても室内が快適に保たれる。
このように本開口部建材は、夏期には夜間に蓄熱材３に蓄冷した冷熱で外気を冷やして室内に導入することで、冷房補助として利用することができ、これにより冷房負荷を抑えることができる。

図４，５は、本発明の開口部建材の第２実施形態を示している。本実施形態の開口部建材は、図４に示すように、開口部６の室内側が無目３３で上下に仕切られており、無目３３の上側に内窓２が設置してあり、無目３３の下側に蓄熱材３が設置してある。蓄熱材３は、室外側面が中間層５にのぞみ、室内側面が室内空間にのぞんでいる。中間層５の下部で折り返した外気は、ブラインド４と蓄熱材３の間を通り、次いでブラインド４と内窓２の間を通り、内窓２上部の換気経路２４から室内に流入する。

第２実施形態の開口部建材は、第１実施形態と同様に、冬期には室内から室外に逃げる熱を外気の流れによって回収して室内に戻すことで、窓からの熱の出入りを減らすことができ、さらに、蓄熱材３に蓄熱した熱で外気が暖められて室内に導入されるため、暖房補助として利用することができ、これにより暖房負荷を抑えることができる。
また、夏期には夜間に蓄熱材３に蓄冷した冷熱で外気を冷やして室内に導入することで、冷房補助として利用することができ、これにより冷房負荷を抑えることができる。
さらに、第２実施形態の開口部建材は、蓄熱材３が室内空間に面して設けてあるので、蓄熱材３に蓄熱した熱で室内の空気を直接暖めたり、蓄熱材３に蓄冷した冷熱で室内の空気を直接冷やしたりできる効果がある。

図６は、本発明の開口部建材の第３実施形態を示している。本実施形態の開口部建材は、第１実施形態と同様に、開口部６の室外側に外窓１が、室内側に内窓２がそれぞれ設けてあり、中間層５にブラインド４が設けてある。蓄熱材３は、中間層５の下面２６に埋め込んで設けてある。

第３実施形態の開口部建材は、第１実施形態と同様に、冬期には室内から室外に逃げる熱を外気の流れによって回収して室内に戻すことで、窓からの熱の出入りを減らすことができ、さらに、蓄熱材３に蓄熱した熱で外気が暖められて室内に導入されるため、暖房補助として利用することができ、これにより暖房負荷を抑えることができる。
また、夏期には夜間に蓄熱材３に蓄冷した冷熱で外気を冷やして室内に導入することで、冷房補助として利用することができ、これにより冷房負荷を抑えることができる。
さらに、第３実施形態の開口部建材は、蓄熱材３を中間層５の下面２６に設けたことで、室内側から見て蓄熱材３が見えず、蓄熱材３によって窓の眺望が妨げられることがない。

蓄熱材３は、中間層５の下面２６に加え、中間層５の側面（縦の額縁１５）に設けることもできる。中間層５の側面にも蓄熱材３を設けることで、蓄熱材３の量と表面積が増大し、蓄熱性と放熱性が高まるので、冷暖房負荷を抑える効果が向上する。具体的には、例えば西面の窓では、室内側から見て右側の側面に蓄熱材３を設けることで、最も効果を期待する冬期において、日射を半日間受けることになり、蓄熱性を高めることができる。蓄熱材３を中間層５の側面に設ける場合、中間層５の上下方向の中央より下側の領域にのぞませて設けるのが好ましい。

図７に示す実施例１，２と比較例１，２の開口部建材を、図８に示す集合住宅の窓３４に適用した場合に、単なる二重窓（図示省略）を設置した場合と比べて暖房負荷がどの程度低減されるかをシミュレーションによって求めた。シミュレーションは、エネルギーシュミレーションソフト（Ｄｅｓｉｇｎ Ｂｕｉｌｄｅｒ）を用いて行った。解析条件を表１に、潜熱蓄熱材（ＰＣＭ）の仕様を表２に示す。
実施例１は、先に説明した第１実施形態の実施例であって、中間層５内のほぼ下半分の領域に蓄熱材３を設置したものである。実施例２は、第２実施形態の実施例であって、開口部６の室内側を上下半分に仕切り、上半分に内窓２を設置し、下半分に蓄熱材３を設置したものである。比較例１は、二重窓に外気が外窓１の内側面と内窓２の外側面に沿うように迂回して流れる外気導入経路を設けたもので、蓄熱材３を有しないものである。比較例２は、開口部６の上半分に通常の二重窓を設置し、下半分に蓄熱材３と外気導入経路を設けたものである。

図９は、上記のシミュレーションの結果を示している。同図より明らかなように、単なる二重窓を設置した場合と比較して、実施例１では暖房負荷を７６％低減することができ、実施例２では暖房負荷を８７％低減することができる。実施例２の方が暖房負荷の低減率が大きいのは、導入される外気が蓄熱材３に蓄熱した熱で暖められるのに加え、蓄熱材３の熱で室内の空気が直接暖められるためと考えられる。

以上に述べたように本開口部建材（第１～第３実施形態）は、外側仕切体（外窓）１と内側仕切体（内窓）２と蓄熱材３と遮蔽体（ブラインド）４とを備え、蓄熱材３は、外側仕切体１と内側仕切体２の間の中間層５にのぞませて設けてあり、遮蔽体４は、外側仕切体１と内側仕切体２の間の中間層５に設けてあり、外気が外側仕切体１と遮蔽体４の間と、遮蔽体４と内側仕切体２の間を通って室内に導入されるものであり、蓄熱材３に蓄熱した熱で外気を暖めて室内に導入するか、蓄熱材３に蓄冷した冷熱で外気を冷やして室内に導入することで、暖房補助又は冷房補助として利用することができるので、冷暖房負荷を抑えることができる。しかも本開口部建材（第１～第３実施形態）は、冬期に室内から室外に逃げる熱を外気の流れによって回収して室内に戻すことで、窓からの熱の出入りを減らすことができるので、暖房負荷をより一層低減することができる。中間層５に遮蔽体４を有していることで、冬期の夜間に蓄熱材３に蓄熱した熱が室内に逃げるのを防いだり、夏期の昼間に蓄熱材３に蓄熱させないようにすることができる。
また本開口部建材（第１～第３実施形態）は、蓄熱材３を中間層５の下側にのぞませて配置してあることで、中間層５内で外気を一度上から下に移動させ、反転して下から上に対流を利用して動かすのに合理的な配置となる。
第１実施形態の開口部建材は、蓄熱材３が中間層５の下側の領域内に設けてあることで、蓄熱材３が仕切りとなって中間層５に外側仕切体１の内側面と内側仕切体２の外側面に沿うように大きく迂回して流れる外気の流れが形成されるのを助け、冷暖房負荷を抑える効果が確実に発揮される。しかも、蓄熱材３の設置が容易であり、既存の二重窓に蓄熱材３を後から設置することも可能である。
第２実施形態の開口部建材は、蓄熱材３が内側仕切体２の下側に設けてあることで、蓄熱材３に蓄熱した熱で室内の空気を直接暖めたり、蓄熱材３に蓄冷した冷熱で室内の空気を直接冷やしたりできるので、冷暖房負荷をより一層低減できる。
第３実施形態の開口部建材は、蓄熱材３が中間層５の下面に設けてあることで、室内から見て蓄熱材３が見えず、蓄熱材３によって窓の眺望が妨げられることがない。

本発明は以上に述べた実施形態に限定されない。外側仕切体は、室外空間と中間層とに仕切るものであればよく、ガラス入りの外窓の他、シャッター、雨戸、ロールスクリーン等であってもよい。内側仕切体は、中間層と室内空間とに仕切るものであればよく、ガラス入りの内窓の他、カーテン、ロールスクリーン、障子等であってもよい。
遮蔽体は、日射を遮る機能を有するものであればよく、スラット式のブラインドやロールスクリーン等であってもよい。
蓄熱材は、内部を流通する外気と接するように設けてあればよく、その位置や大きさや量や種類は適宜変更することができる。
室外空間と連通する通気経路、室内空間と連通する通気経路は、どこに設けてあってもよい。

１ 外窓（外側仕切体）
２ 内窓（内側仕切体）
３ 蓄熱材
４ ブラインド（遮蔽体）
５ 中間層

Claims (1)

1. 外側仕切体と内側仕切体と蓄熱材と遮蔽体とを備え、遮蔽体は、外側仕切体と内側仕切体の間の中間層に設けてあり、蓄熱材は、外側仕切体と内側仕切体の間の中間層の遮蔽体より室内側に設けてあり、外気が外側仕切体と遮蔽体の間と、遮蔽体と内側仕切体の間を通って室内に導入されるものであり、冬期の昼間は遮蔽体を開けた状態、冬期の夜間は遮蔽体を閉めた状態とし、蓄熱材に蓄熱した熱で外気を暖めて室内に導入し、夏期の夜間は遮蔽体を閉めた状態又は開けた状態、夏期の昼間は遮蔽体を閉めた状態とし、蓄熱材に蓄冷した冷熱で外気を冷やして室内に導入することを特徴とする開口部建材。

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