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by j-sense
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カテゴリ:手法❽パッシブ換気( 1 )

平成15年7月に建築基準法が改正され、住宅では0.5回/h以上の換気が義務づけられています。そのためには、全熱交換型の換気扇の利用が欠かせません。
しかし、機械力に頼るだけではなく、自然力をしっかりと見つめ、利用できる潜在的エネルギーを活用するという視点も欠かせません。そこに、パッシブ換気の可能性を知ることでできるのです。
これも、ヒートポンプと同じように地熱を利用することになります。

寒冷地における冬期間の内外温度差による浮力を利用する換気方式で、断熱気密機能を高く保った建物の床下空間へ集中的な自然給気を行います。
住宅全体の負荷に応じた暖房器を床下に設置してその冷外気を予熱し、暖めた空気を自然循環させることで全室の暖房と換気を同時に行う、北海道が生んだ世界に誇れる画期的な暖房換気システムのことです。
[ 特 徴 ]
・ 冷気を感じることなく不断に新鮮空気を取り込み、家中良好な空気質を保ちます。
・ 建物全体に暖気循環が起こるため、温度差がほとんどありません。
・ 結露やカビとは無縁の居住空間が得られます。
・ 各室内に暖房器を設置しなくても良いため、室内の有効利用が図れます。
・ 自然空気循環のため、動力が一切必要ありません。


・北海道立北方建築総合研究所のレポートより
A)空気の入り口 
 
夏の旨とすべしとは、日本の家作りの教えですが、あらゆる部分に隙間を作り、外と内の空気の区別を徹底的に無くすことを目指した技術です。床に使う畳は最も特徴的で、床下からの空気を速やかに通すことで耐久性を保ちながら通風にも役立ってきました。 
 建物全体にある隙間を通じて起こる換気は空気のよどみをなくし、いつも建物全体が空気にさらされるようにできています。外壁はしっかり断熱性と気密性を高めておいて、間仕切壁や床は今までどおり作ることによって、受け継がれてきた優れた特性を手に入れられると考えました。 
 床下空間から室内に空気を取り入れることに抵抗のある人もいますが、もともと日本の住宅では床下からたくさん空気が入ってきたし、隙間だらけの床で仕切られた室内と床下との間にどれほどの違いがあるのでしょう。このような住宅では、床の上にいることで、あたかも空中に浮いているような環境になるわけですから、いかにも気持ちよさそうではありませんか。
B)パッシブ換気が可能な期間
 煙突効果は、建物の内と外に温度差がなければ働きませんから、冬しか役に立たないと思いがちです。しかし、私たちの研究では、窓を閉めきっていても、冬とそれ以外のときに簡単な切り替えをすることで、一年の大半に良好な換気を実現できるようになりました。図-2は、暖房期間中とそれ以外の期間、それと真夏の7、8月の期間について、換気量がどれくらい得られるかを比較したものです。
 真夏を除けば、ほとんどすべての期間に十分な換気が得られることがわかります。
 夏には窓を開けない人はいないでしょうから、結局、年中換気が不足する心配はほとんどないことになります。冬に風が吹いたら寒くなるのではと心配する人もいますが、強風時でも換気量はせいぜい台所の換気扇を弱で運転したくらいにしかなりません。また、冷たい外気は床下で暖められて入ってきますから、今までのように冷たい隙間風が入ってくるのとは違って、部屋の中が寒くなることありません。

C)床下暖房との組み合わせ
 基礎断熱した床下を給気予熱にだけ使うのではなく、床下に放熱機を集中的に置いて、住宅全体をセントラルヒーティングすることができます。部屋の中に放熱機を置く必要がなくなるのでスペースを有効に利用できますし、一般に放熱機の台数は各室に配置するより少なくなります。また、床下にしか暖房設備がないので、取り付け工事も保守もとても簡単です。
 室内の快適性はどうでしょう。空気循環によって床や1階天井、2階床、間仕切壁などの表面温度を高めることにより、ふく射暖房に近い穏やかな室内環境をつくることができます。温風暖房機を使った場合でも、室内に直接吹き出すのではないので、温風暖房特有の気流感やざわつきもありません。空気の循環には注意が必要ですが、木造住宅では、お金をかけず簡単に空気循環の経路をつくることができます。いわば、建物自体が暖房システムの主役となるわけです。
 下図は、室内の温度と床の表面温度を比較したものです。中央の線より上にあれば室温より床表面温度が高いことを示していますが、居間ではほとんど全期間で床表面温度の方が高くなっています。

・ パッシブ換気の原理
 パッシブ換気のアイデアは、図-1のようにとても簡単です。パッシブ換気の原理は、暖かい煙が上昇するという煙突効果を利用したものです。
 建物の中の温度が外より高いと、空気が、建物の足元では自然に入ってくる力が働き、屋根の周りのような高いところでは出ていく力が働きます。 基礎で断熱して室内の一部となった床下に空気を取り入れ、煙突を立てて排気をすることによって、この効果を最大限に活用しているのです。 床下暖房は、この床下に暖房機を置き、空気の循環を利用して暖房するアイデアで、冷たい取り入れ外気をあらかじめ暖めることと、床が暖められることで、隙間風のない、とても穏やかで快適な室内を作ることができました。

・ パッシブ換気システムの設計
 換気の設計は、空気の入り口と出口の設計です。換気を設計するとき、新鮮外気をどうやって各部屋に導入するかを考えますが、床下を使ったパッシブ換気では、床下全体から各部屋の床周りや間仕切壁面を使って空気を取り入れるため、特別な設計は必要ありません。特に床下暖房の場合には、住宅内全体が一つの部屋のように扱われるので、各部屋への配慮はほとんど必要ありません。 
 写真-1~4は、実際使れている給気口と排気筒です。給気口は基礎の壁面に設けられた単純な換気口でかまわないし、排気筒も屋根から煙突を出す要領ですから、特段の特殊な技術ではありません。その設計方法を簡単に紹介します。


①換気量を決める
 住宅の必要換気量は一般に換気回数0.5回/h(2時間に1回)といわれています。パッシブ換気で設計するのは、温度差による分だけです。実際には外部風による換気量や、建物への出入りでおきる分、台所やトイレの換気扇を使った分などを考慮すると、よほど大きな建物でもない限り、80m3/hぐらいを、パッシブ換気でまかなうように考えると具合がよいようです。足りなければ、換気扇を利用したり窓を一時的に開けることもできますから、住んでいる人が調節するように考えます。
②給気口と排気筒のサイズと数を決める
 煙突効果は、建物の高さが大きくなるほど、建物内外の温度差が大きくなるほど、強くなります。このため、正確には、建設地の外気温度と建物の高さから、必要な換気量に合わせて設計することになります。ただ、北海道全域で、暖房期間中の平均外気温度は、-2~-7℃程度と5℃程度しか違いません。このため、およその目安としては、給排気それぞれ直径150mmを2本程度、給気口と排気筒との高さを8m程度で造っておけば、あとは給排気口の簡単な調節でほとんど大丈夫でしょう。もちろん詳細な設計もできるようにマニュアルも用意していますので、自由な設計も可能です。
③給気口と排気筒の場所を決める
 給気口の位置はどこでもかまいません。排気筒の位置は、居間に吹き抜けがある場合には、そのできるだけ高い位置とします。吹き抜けがない場合には、階段の一番高い位置でもよいでしょう。各部屋から集まってきた空気の出口ですから、できるだけ簡単に空気が抜けるような位置とします。
④給排気のパーツと調節
 排気口は、塩化ビニール管を使って地中を通して給気する方法と、直接換気口を設ける方法をとっています。給気口の調節は、連続暖房の期間(11月から3月くらい)に給気口の半分を閉じ、その他の期間は2つとも使用する程度の目安でうまくいきます。最近、外気温度で自動的に開閉する換気口(写真-4)が販売されており、これらを利用すると居住者の調節は必要ありません。 
 排気筒は、屋根から煙突を立ち上げる方法と、壁から断熱煙突を立ち上げる方法があります。排気筒の制御は、給気口で制御できれば必要ありません。排気位置はできるだけ高い方が望ましいので、やはり換気量の調節は給気位置でしたほうが無難でしょう。強風時風きり音が気になる場合があります。強風地域や郊外の一軒家などの場合には、排気筒の一部にグラスウールダクトを使うなどの吸音対策が必要です。
⑤空気の流れなどを決める
 図-4に示すように、暖気の循環経路として床下・間仕切・天井懐の循環と室内を経由する循環の2つの経路をつくります。


まず内循環の流れですが、床下→間仕切壁→天井懐→間仕切壁→床下という、室内を経由しない流れです。床下の暖気を2階へ供給するためのもので、空気に運ばれる熱により暖気循環経路もあたためられ、床や壁面の温度が上昇するため、ふく射による暖房効果も期待できます。このような床下・間仕切壁・天上懐を経由する暖気流れを作るためには、暖気循環のための専用放熱器を間仕切下に設置します。この時、抵抗なく空気が流れるようにするため、間仕切壁下および上が解放されていることが必要です(写真-5)。

暖気上昇のための開口は間仕切壁がもっとも使いやすいのですが、ユニットバス周りの開口の利用や、構造上、間仕切を利用できない場合は、ふかし壁を作ります。
 次に外循環は、1階床や2階床から吹き出した暖気が室内や階段ホール・吹き抜けを経由して、1階床面の開口から、再び床下へ戻る流れのことをいいます。各室への空気循環に床面開口が必要ですが、設計上工夫が必要なのが、1階の居室から床下に戻るための1階の床面開口です。必要な開口面積は表ー1のとおりですが、見付面積としては、この4倍程度の面積と考えておけばよいでしょう。写真-6は、床面開口の例です。
⑦床部材の乾燥 
 暖房中、床下の温度が高いことと乾燥した外気が入ってくることで、床下は非常に乾燥します。十分に乾燥した材料を使うことはもちろんですが、集成材など乾燥収縮のない材料を使うことも検討しましょう。

⑧健康への配慮 
 床下を経由して空気を取り入れますから、床下に汚染の発生源があってはいけません。基礎断熱した床下は、北海道では、土台を除いて防腐剤防蟻処理を求められることはほとんどありません。床下は乾燥して腐れなどの恐れはほとんどなくなりますから、薬剤はできるだけ使わないようにします。また、建設時のごみが床下に残っていると空気汚染の原因となります。外から入ってくる埃はほとんど問題ありませんが、建築材料の切れ端などはとても危険です。入居前に十分な清掃は欠かせません。
⑨床下環境への注意 
 床下地盤温度は、建物が建ってから安定するのに数年かかるといわれています。特に建築当所はその影響が大きく、竣工が冬にかかると暖房開始時にしばらく寒かったりエネルギー消費量が増えたりします。また、春に竣工すると、その年の夏には床下温度が低く経過し、かび臭くなることもあり、湿っぽいようであれば除湿器を使うなどの配慮は必要です。長い年月の、たった1年間の注意ですから、居住者も建設した側も、そういった特質を理解し、冷静に対処していただきたいと思います。
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by j-sense | 2008-05-08 08:27 | 手法❽パッシブ換気