JPH0339856A - 居住用地下室の環境制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、居住用地下室の自然光採光の状態を最適化す
る採光装置及び居住用地下室の空気環境を居住に適した
状態に制御する空調装置に関する。

（ロ）従来の技術 近年、居住空間のイｆ効利用の観点から地下室を居住空
間として利用する試みがなされ、注目を浴びている。し
かし、本邦の地下室内の空気状態は一般に外気に比べ、
湿度が高いので、居住用として使用するためには新鮮な
外気を地下室内に導入しなければならない、然し乍ら、
梅雨時等に高温、多湿な外気を地下室内に導入すると地
下室内壁面等に結露が発生しやすくなる。その結果、壁
面等に徴等が発生し、もはや快適で衛生的な居住用地下
室空間は維持できなくなる。そのために、結露を起こさ
ないように温度、湿度制御を行いながら、必要な新鮮外
気を導入する方法が検討されてきたく特願昭５９−８８
４４３号〉。

一方、地下室といえども居住を目的とする場合、日中に
おいては太陽光からの自然光の採光が要求されており、
建築基準法による地上階に採光基準にならって、地下室
床面積の７分の１程度の面積を持つ採光窓が付設される
のが一般的とされている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述した従来技術においては地ド室空間
の温度、８度制御と１ｊ然１ｆ：採光は独立１゜たもの
として取り扱われていたため、夏季においては採光に伴
−って流入ｊる輻射熱によって、温度、湿度制御のため
の空調装置の運転色画が大きくなり、その結果、消費エ
ネルギーが増大する問題があった。

そのような問題に鑑みて輻射による熱の流入を防ぐため
に赤外線を遮断Ｉ−るような窓材料を用いＣ採光すると
いう提案もある。ところが、その提案の構成では、冬季
昼間において暖房負荷を低減させるように働く自然採光
からの輻射熱を遮ることとなり、また、夏季夜間におけ
る地下室内からの輻射による熱放出も遮断してしまうた
め、空調装置の消費エネルギーの浪費という新たな問題
があった。

（ニ）課題を解決ｆるための手段 できる地下室内１’ｌ然採光装置と、自然採光液を検ｊ
＋！　’＃−る乙゛めの光センサとを備え、Ｌ′１然採
光装置の赤夕（繰送７１犠を、光センサによって検出さ
れた信号と室内外の温度及び湿度の状況とにより制御し
ている。

（ホ）作用 本発明によれば、夏季昼間等の採光による輻射熱の流入
が多く、かつ地下室内の空調制御が冷房運転状態になる
ときには、居住用地下室の温度及び湿度を減少させ、空
調負荷が低減するように制御する。また、冬季昼間等の
採光による輻射熱によって地下室内の暖房用空調負荷が
軽減されることが期待でさるときには、温度及び湿度を
増大させるような制御を行う。

（へ）実施例 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細番こ説明する
。Ｐ、１図は未発＋ｊｌＪによる居住用地下室の空調装
置及び採光装置の概略図を例示したものである。〈１）
は地表面であり、全地下式の居住用地下室（２）がＬ！
［！設され〔いる、〈３）は地下室内の温度及び湿度を
制御するための空調装置であり、ここでは冷房、暖房、
除ｉｆｌ！機能を持っヒートポンプ式エアフンディショ
ナーを用いている。（４）、（５）は、地下室外環境測
定用の＋１！度センサ、湿度センサ、（６）、（７〉は
、地下室内環境測定用の温度センサ、湿度センサであり
、各々空調装置（３）の運転制御の基礎データとなる環
境状態を検知する。

（８）は地］−の自然光を地下室内に採光するための採
光装置であり、本実施例の場合ダク］・式採光装置を用
いており、この採光装置（８）の内面は光の反射率が約
９０％以上の鏡で形成されている。

く９）は自然光、すなわら太陽からの直接光及び雲悴に
よる天空牧乱光を示しており、採光装置（８）内へのゴ
ミの流入と人、物の転落防ＩＬとを兼ねる透明な蓋板〈
８゛）を透過し、採光装置（８）内面で反射しながら、
透明窓〈１０）を透過して地下室（２〉内【こ導入され
る。　＜１１＞は赤外線カットフィルタで、赤外線の透
過量を可変するための装置として用い、電気的に透ｒＩ
Ｂ窓（１０）となす角度を可変できるようになっている
。　（１２）は光センサであり、地りからの自然光（９
）の入射ｊｅｔを検出するものである。　（１３）は換
気扇で地下室内に新鮮な外気を導入するために備えられ
ている。

次に、本発明の主要部を為す採光装置（８）の赤外線カ
ットフィルター＜１１）を用いた赤外線通Ｊ　＋、）の
可変機構の動作について第２図乃至第５図を用いて説明
しておく、第２図は、この温度及び湿度の可変機構を示
した断面図であり、（１５）は地下室を構成する壁で、
約ｔ　ｏ　ｏ　ｎｍ角の透明窓（１０）が１よめこまれ
ている。この透明窓（１ｏ〉の−側には幅５９ｍ、長さ
１０００ｍの赤外線を透過しない約２０枚の赤外線カッ
トフィルター＜１１）が同動自在に併設されており、可
動用モーター（１６〉によって透明窓（１０）と赤外線
カットフィルター（１１）の成す角度が可変できるよう
になっている。尚、本実施例において使用している赤外
線カットフィルター（１１）としては、ショッｌ−社製
の熱線吸収ガラスＫＧ−１が用いられる。その分光透過
率特性を第３図に示す、この特性図から明らかなように
、ａＳ吸収ガラスＫＧ−１は、波［０，６１１ｍ（６０
０ｎｍ）を中心とする可視光線は概ね９０％程度の透過
率を持つのに対して、波長０．８μｍ＜８００　ｎｍ）
以上の赤外線は１％以下しか透過しない。

また、第４図に示す特性図は自然光の分光放射照度の一
例を示したものであり、自然光の中には可視光線だけで
なく、波長数μｍまでの赤外線が含まれることが判る。

従って、第４図に示した自然光を第３図のような分光透
過特性を持つＫＧ−１で作られた赤外線カットフィルタ
ー（１１）に通すと、第５図に示すような可視光線だけ
のスペクトルが得られる。このような原理に基づき第２
図に示した温度及び湿度可変機構は構成されており、赤
外線カットフィルター（１１）を透明窓（ｌＯ）に対し
て直角になるように可動用モーター（１６）を動作させ
れば地下室内には第４図で示したような赤外領域のスペ
クトルをも含む自然光が入射され、その入射光に伴って
導入される輻射熱によって地下室空間の温度を上昇させ
ることができる。また、夜間専自然光がない状況であれ
ば地下室内で発生する熱を輻射熱の形で採光装置（８〉
を通して室外に放出することができる。

一方、赤外線カノトフィルター（１１）を透明窓（１０
）に対して平行になるように可動用モーター（１６）を
動作させれば、昼間等自然光が入射するときには第５図
に示すような赤外領域のスペクトルを含まない可視光線
だけの光を地下室内に導入でき熱を含まない採光のみが
可能となる。また、夜間などにおいては、地下室内から
の赤外線輻射による熱の流出を阻止することができる。

次に、第６図は本実施例における採光装置１ｔ（８）及
び空調装置（３）の制御系の概略ブロック図を示してい
る。第１図で説明した、空調装置（３）、室外環境測定
用の温度センサ（４）及び湿度センサ（５）、地下室内
環境測定用の温度センサ（６〉及び湿度センサ（７〉、
赤外線カットフィルター（１１〉、光センサ（１２）、
換気扇（１３）は同一の物を示している。ここで、（１
４）は制御用コンピュータであり、前記各種センサの検
知信号によって空調装置（３）採光装置（８）及び換気
扇（１３〉を統合的に制御する。

さらに、第７図に示すフローチャートを用いて本実施例
の居住用地下室の空調装置（３〉及び採光装置（８〉全
体の動作を説明する。　（１７）は地下室内湿度（Ｈｉ
ｎ）を予め定められた所定の湿度（Ｈｌ〉と比較するス
テップで、Ｈｉｎ≧Ｈ１となれば、湿度制御するステッ
プ（１８）に進み、室内絶対湿度（ＨＡｉｏ）と外気絶
対湿度（ＨＡｏｕｔ）とを比較する。その結果、外気の
方が低湿度である時（ＨＡｉｎ≧ＨＡ　ｏｕｔ）は換気
Ｍ　（１３）を駆動することによって絶対湿度の低い外
気を地下室内に導入することで多大のエネルギーを消費
する空調装置（３）に依らずに地下室内の湿度（Ｈｉｎ
）を所定値（Ｈ１’）になるまで下げる。逆に、室外湿
度が室内湿度より高い時（ＨＡ　ｉｎ＜　ＨＡ　ｏｕｔ
）は、空調装置（３）を除湿モードで運転し、Ｈｉｎ＜
）（Ｆになるまで除湿運転を続ける。

次に、ステップ（１７）において、室内湿度が所定の値
より低い時（Ｈｉｎ＜Ｈｌ）は、湿度制御は不要である
ので、温度制御のためのステップ（１９）に進み、室内
温度（Ｔｉｎ）が予め定められている所定の温度範囲（
Ｔｌ〜Ｔ２）内にあるかどうかが判断される。室内温度
（Ｔｉｎ）が所定の温度範囲内であれば何もせずにステ
ップ（１７）に戻る。

一方、ＴｉｎがＴＩより高いか、　Ｔ２より低い場合に
は、ステップ（２０〉に進み、そのどちらであるかが判
断されるｅ　Ｔ　ｘａ＞　７１であれば冷房が必要な状
態である。この時、採光装置（８〉より流入する光強度
（Ｏｐ）が光センサ（１２）”で検出され、その出力と
予め定められた所定ｆａ（Ｏｐｌ）とが比較されて、昼
間であり自然光による熱の流入があるかどうかの判定が
為され、その場合は赤外線カットフィルター（１１）を
閉じて空調装置（３）を冷房モードで運転する。

一方、夜間等Ｏｐ＜Ｏｐ？であれば、採光装置（８）を
通して地下室内から赤外線の輻射により熱を室外に放出
できるので、赤外線カットフィルター（１！ンを開いて
から、空調装置（３）を冷房七〜ドで運転する。上記ど
ちらの場合においてもステップ（２１〉に進み、室内温
度（Ｔｉｎ）が所定値（Ｔｌ’）以下になるまで冷房運
転が続けられる。

また、ステップ（２０）において、室内温度が所定温度
箱間より低い時（７ｉｎ＜　Ｔ２）社、暖房が必要な状
態であり、そのときには、光センサ（１２〉の検出値（
Ｏｐ〉が予め定められている所定値（Ｏｐ２）と比較さ
れる。Ｏｐ＜Ｏｐ２であれば、自然光に含まれる赤外線
の輻射熱による暖房効果が期待できるので赤外線カット
フィルター（１１）を開いてから空調装置（３）をＩＩ
！房モードで運転する。逆に夜間部において、Ｏｐ＜Ｏ
ｐ２となれば、地下室内からの輻用熱による熱の放出を
遮断するために、赤外線カットフィルター（１１）を閉
じて暖房運転をする。

どちらの場合も、ステップ（２２〉に進み室内温度（Ｔ
ｉｎ）が所定値（Ｔ２’）以りになるまで暖房運転を続
けた後、ステップ（１７〉に戻る。

以Ｌ、説明した本実施例の空調装置（３）及び採光装置
（８）を鋪えた居住用地下室と従来技術による居住用地
下室の空調に要するエネルギーを比較ｒる。

実測データによると、有効開口面積１ｍ”の採光装置（
８〉を用いた場合、日中１時間当り赤外線輻射によって
地下室内に流入する熱エネルギは、夏至には１１４　Ｋ
ｃａｌ、盛夏には１７０　Ｋｃａｌ。

秋分には５３　Ｋｃａｌ、冬至には３０　Ｋｃａｌ、厳
冬には、８８　Ｋｃａｌでｌ）った、一方、空調装置で
調節しなければならない熱量は、冷房時には概ね１時間
当り８００　Ｋｃａｌであり、暖房時には１２００Ｋｃ
ａｌであることから、本発明による場合には、夏季にお
いては１４〜２１％にエネルギー消費量を削減アき、冬
季においても３〜７％のエネルギーが削減が期待できる
。また、夜間等自然光のない状態で採光装置から放出さ
れる熱エネルギーは室内外の温度差１℃当りＩ　Ｋｃａ
ｌ／ｍ’・ｈであることから夏季において、夜間に外気
温度が下がれば多少はエネルギー消費が減少し、また、
冬季のように夜間の外気温が室内温よりも２０℃程度低
くなる峙には、さらに大きくエネルギー消費量を削減で
きることが判る。

尚、採光装置の温度及び湿度の可変は、必ずしも連続可
変である必要はなく遮断状態と透過状態だｌ−４の可変
であっても良い、又、本実施例においては、採光装置は
ダクト式のもので説明したが、地ト′室の構造には半地
下式等種々のタイプのものが選ばれるため、それに応じ
て温度及び湿度可変機構も変化さけなければならないこ
とは言うまでもない。

（ト）発明の効果 然採光装置の温度及び湿度を、光センサによって検出さ
れた信号と地下室内外の温度及び湿度の状況とによって
制御しているので、はぼ地上階の居室と同等の自然光に
よる採光を得ながら、年間を通じて最低限のエネルギー
消費で地下室内の空気環境の制御を行うことが可能とな
る。つまり、夏季においては従来技術によるものよりも
、１４〜２１％も空調に要するエネルギー消費を削減す
ることが可能であり、冬季においても３〜７％のエネル
ギー消費の削減が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による居住用地下室の概略断面図、第２
図は温度及び湿度可変機構を示した断面図、第３図は赤
外線カットフィルターの分光透過率を示した特性図、第
４図は自然光の分光放射照度を示した特性図、第５図は
赤外線カットフィルターに通した時の分光スペツクルを
示す特性図、第６図は本発明装置の制御系の概略ブＩフ
ック図、第７図はその動作のフｒＪ−ヂャートである。 （３）・・・空調装置、（４）、（６〉・・・温度セン
サ、（５〉、（７）・・・湿度センサ、（８）・・・採
光装置、（１１）・・・赤外線カッ）・フィルター（１
２〉・・・光センサ、（１３〉・・・換気扇。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 居住用地下室の温度及び湿度を制御する空調装置と、少
   なくとも波長が８００ｎｍ以上の赤外線の透過量を可変
   できる地下室内自然採光装置と、自然採光量を検出する
   ための光センサと、を備え、前記自然採光装置の赤外線
   透過量を、該センサによって検出された信号と前記地下
   室内外の温度及び湿度の状況とによって制御することを
   特徴とする居住用地下室の空調装置及び採光装置。