特開 2024-142790 住宅および住宅の窓部の断熱リフォーム方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024142790

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】住宅および住宅の窓部の断熱リフォーム方法

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/76 20060101AFI20241003BHJP

   E04G 23/02 20060101ALI20241003BHJP

   F24T 10/40 20180101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

E04B1/76 200A

E04B1/76 200E

E04G23/02 D

F24T10/40

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023055114

(22)【出願日】2023-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】390037154

【氏名又は名称】大和ハウス工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001586

【氏名又は名称】弁理士法人アイミー国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 宏典

(72)【発明者】

【氏名】熊埜御堂 令

(72)【発明者】

【氏名】夜久 幸希

(72)【発明者】

【氏名】能登谷 美和子

【テーマコード（参考）】

2E001

2E176

【Ｆターム（参考）】

2E001DD01

2E001DD12

2E001DD13

2E001DD18

2E001FA11

2E001FA32

2E176BB27

(57)【要約】      （修正有）

【課題】簡易な構成で、窓部の断熱性能を向上することのできる住宅を提供する。
【解決手段】本発明に係る住宅（１）は、外壁（１０）に、屋外空間（１１）と屋内空間（１２）とを仕切る窓部（２）を備え、窓部は、中空層（２３）を有する複数窓である。住宅は、付随する自然エネルギー熱と中空層内の熱とを熱交換する熱交換手段（３）を設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外壁に、屋外空間と屋内空間とを仕切る窓部を備えた住宅であって、
前記窓部は、中空層を有する複数窓であり、
当該住宅に付随する自然エネルギー熱と前記中空層内の熱とを熱交換する熱交換手段を設けたことを特徴とする、住宅。

【請求項2】

前記熱交換手段は、吸熱部を一端に有し、放熱部を他端に有するヒートパイプであり、
前記自然エネルギー熱は地熱であり、
前記ヒートパイプは、前記一端が床下空間に配置され、前記他端が前記中空層に配置される、請求項１に記載の住宅。

【請求項3】

前記熱交換手段は、吸熱部を一端に有し、放熱部を他端に有するヒートパイプであり、
前記自然エネルギー熱は地熱であり、
前記ヒートパイプは、前記一端が中空層に配置され、前記他端が床下空間に配置される、請求項１に記載の住宅。

【請求項4】

前記ヒートパイプは、前記複数窓の窓枠に沿って配置されている、請求項２または３に記載の住宅。

【請求項5】

前記熱交換手段は、第１ヒートパイプと第２ヒートパイプとを含み、
前記自然エネルギー熱は地熱であり、
前記第１ヒートパイプは、床下空間に配置される吸熱部と前記中空層に配置される放熱部とを両端に有し、
前記第２ヒートパイプは、前記中空層に配置される吸熱部と、前記床下空間に配置される放熱部とを両端に有している、請求項１に記載の住宅。

【請求項6】

住宅の外壁に設けられた窓部をリフォームする際に、
（ｉ）前記窓部に、中空層を有する複数窓を施工する工程と、
（ｉｉ）当該住宅に付随する自然エネルギー熱と前記中空層の熱とを熱交換する熱交換手段を施工する工程とを含む、住宅の窓部の断熱リフォーム方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、住宅に関し、特に、外壁に二重窓などの複数窓を備える住宅に関する。

【背景技術】

【0002】

既存住宅において、熱損失が大きい窓の断熱性能を高めるために、既存窓の内側に内窓を設けて二重窓とすることがある。特開２０２０－１４８０３９号公報（特許文献１）には、屋外空間に面した外窓と、屋内空間に面した内窓と、外窓と内窓との間に形成された中間層と、屋外空間と中間層とを接続する通気口とを備える二重窓が開示されている。

【0003】

また、特開２０１５－１２１０３３号公報（特許文献２）には、床下空間を利用した住宅の換気構造が開示されている。特許文献２の換気構造は、夏場でも低温な床下空間の空気を利用したものであり、床下空間の空気を屋根裏空間に送り込むことで、屋根裏空間の温度を低下させることを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－１４８０３９号公報

【特許文献2】特開２０１５－１２１０３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のような二重窓は、窓部の断熱性向上に寄与するが、既存住宅の断熱性能を新築の基準値と同等にするためには、二重窓を採用するだけでは十分とは言えない。また、特許文献２の技術は、床下空間の空気温度を利用して、屋根裏空間の温度を改善するものであり、窓部の断熱性能については考慮されていない。

【0006】

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は簡易な構成で、窓部の断熱性能を向上させることのできる住宅を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある局面に従う住宅は、外壁に、屋外空間と屋内空間とを仕切る窓部を備える。住宅は、付随する自然エネルギー熱と中空層内の熱とを熱交換する熱交換手段を設けたことを特徴とする。

【0008】

好ましくは、熱交換手段は、吸熱部を一端に有し、放熱部を他端に有するヒートパイプである。自然エネルギー熱は地熱であり、ヒートパイプは、一端が床下空間に配置され、他端が中空層に配置される。

【0009】

他の局面において、熱交換手段は、吸熱部を一端に有し、放熱部を他端に有するヒートパイプである。自然エネルギー熱は地熱であり、ヒートパイプは、一端が中空層に配置され、他端が床下空間に配置される。

【0010】

好ましくは、ヒートパイプは、複数窓の窓枠に沿って配置されている。

【0011】

他の局面において、熱交換手段は、第１ヒートパイプと第２ヒートパイプとを含む。自然エネルギー熱は地熱であり、第１ヒートパイプは、床下空間に配置される吸熱部と中空層に配置される放熱部とを両端に有し、第２ヒートパイプは、中空層に配置される吸熱部と、床下空間に配置される放熱部とを両端に有している。

【0012】

また他の局面において、住宅の窓部のリフォーム方法は、住宅の外壁に設けられた窓部をリフォームする際に、（ｉ）窓部に、中空層を有する複数窓を施工する工程と、（ｉｉ）住宅に付随する自然エネルギー熱と中空層の熱とを熱交換する熱交換手段を施工する工程とを含む。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、簡易な構成で、窓部の断熱性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施の形態に係る住宅を模式的に示す断面図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る住宅の熱交換手段を示す模式図であり、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面を示す。

【図3】変形例１における住宅の熱交換手段を示す模式図である。

【図4】変形例２における住宅の熱交換手段を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の実施の形態に係る住宅について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

【0016】

（住宅の概要構成について）
はじめに、図１を参照して、本実施の形態に係る住宅１の概要について説明する。図１には、住宅１の断面図が部分的に示されている。住宅１は、屋外空間１１から外壁１０によって仕切られた屋内空間１２と、屋内空間１２の下方に位置し、床１４によって仕切られた床下空間１３とを含む。本実施の形態に係る住宅１は、外壁１０に複数窓２を備えており、床下空間１３の熱を利用する熱交換手段３を備えることを特徴とする。なお、図中、矢印Ａ１は屋外方向、矢印Ａ２は上下方向を示す。

【0017】

屋内空間１２は、居室および非居室（廊下、洗面室など）を含む。床下空間１３は、コンクリートで形成された基礎１５に囲まれている。床下空間１３は地盤に接する空間であることから、自然エネルギー熱である地熱の影響を受け易い。すなわち床下空間１３は、地熱の影響のため１年を通して温度変化が少なく、屋内空間１２と比較して、夏場は涼しく、冬場は暖かいという特徴を有している。

【0018】

（複数窓について）
本実施の形態に係る住宅１のたとえば１階部分の外壁１０には、屋外空間１１と屋内空間１２とを仕切る窓部２が設けられている。窓部２は、屋外空間１１に面した外窓２１と、屋内空間１２に面した内窓２２とを含み、外窓２１と内窓２２との間に中空層２３が形成された複数窓２である。本実施の形態における複数窓２は二重窓２であり、一例として腰窓である。

【0019】

本実施の形態の外窓２１は、２枚建ての引き違い窓２１ａ、２１ｂからなり、内窓２２は、２枚建ての引き違い窓２２ａ、２２ｂからなる。但し、本実施の形態はあくまで例示であり、外窓２１および内窓２２の種類は問わない。

【0020】

中空層２３は、空気層である。中空層２３が、屋外空間１１と屋内空間１２とを空間的に仕切るため、二重窓２は断熱効果を有している。

【0021】

典型的には、二重窓２の外窓２１は既存窓であり、内窓２２は既存窓の窓枠４に追加で取付けた窓である。すなわち本実施の形態の二重窓２は、住宅の窓部をリフォームする際に後付けで施工されたものである。

【0022】

窓枠４は、外窓２１よりも屋内空間１２側に設けられた額縁であり、上枠４１と、一対の横枠４２，４３と、下枠４４とを備える。断熱性向上の観点から、窓枠４は樹脂や木材など、熱伝導率の低い材料で形成されることが好ましい。

【0023】

（熱交換手段について）
図２をさらに参照して、本実施の形態に係る熱交換手段３について説明する。図２は、本実施の形態に係る住宅１の熱交換手段３を示す模式図であり、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面を示す。なお、図２では、内窓２２の図示を省略している（以降の図も同様）。本実施の形態における住宅１は、床下空間１３の熱と中空層２３内の熱とを熱交換する熱交換手段３を備えている。熱交換手段３は、たとえば吸熱部を一端３１に有し、放熱部を他端３２に有するヒートパイプ３０ａである。図２では、理解容易のため、一端３１をクロスハッチングで示している。

【0024】

ヒートパイプ３０ａは、一般的には中空状の長尺部材であり、円筒形状、または扁平形状（パイプを潰したような形状）である。ヒートパイプ３０ａは熱伝導率のよい材料で形成され、たとえば銅、アルミニウム、ステンレスなどの金属材料で形成される。ヒートパイプ３０ａ内は少量の作動液が密封されており、作動液は、水、エタノール、ナフタリンなどである。本実施の形態のヒートパイプ３０ａは、寒冷地で使用することを想定しているため、作動液にはエタノールが用いられることが好ましい。

【0025】

ヒートパイプ３０ａの内部は、毛細管構造（ウィック）かつ真空状態であり、作動液の蒸発・凝縮が起こりやすい環境である。ヒートパイプ３０ａの一端３１を熱源に密着させて熱を得ると、作動液が熱を吸収・蒸発して気体となり、他端３２へ移動する。他端３２へ移動した作動液は凝縮し、放熱した後液体に戻る。これにより、吸熱部の熱を放熱部に伝搬することができる。ヒートパイプ３０ａは、動力を必要とせず、メンテナンスも不要である。したがって、本実施の形態に係る熱交換手段３は、低コストで簡易な構成としながらも、窓部の断熱性能を向上させることができる。

【0026】

本実施の形態では、一つの二重窓２に対し、２本のヒートパイプ３０ａが設けられる。ヒートパイプ３０ａは、自然エネルギー熱として床下空間１３の地熱を利用し、冬場における中空層２３の温度を向上させるために、一端３１が床下空間１３に配置され、他端３２が中空層２３に配置される。ヒートパイプ３０ａは、窓枠４の下枠４４を貫通して上下方向に延びている。

【0027】

また、ヒートパイプ３０ａの中間部３３は、外壁１０内を通るように設けられる。つまり、ヒートパイプ３０ａの中間部３３は、外壁１０内に上下方向に沿って配置される。外壁１０内および床１４内には、断熱材１１０、１４ａが設けられている。本実施の形態では、中間部３３は、外壁１０内の断熱材１１０と、床１４の下方に設けられた断熱材１４ａとを上下方向に貫通している。したがって、本実施の形態の中間部３３は断熱材１１０、１４ａで覆われている。また、これにより、中間部３３においてヒートパイプ３０ａの熱が放熱してしまうことを防止できる。

【0028】

２本のヒートパイプ３０ａは、中空層２３内において、左右対称に設けられ、横枠４２（または４３）と、上枠４１とに沿うように略Ｌ字状に配置される。窓枠４に沿うように設けることで、二重窓２の視認性を確保しつつ、中空層２３を効率よく加温することができる。ヒートパイプ３０ａは、横枠４２（または４３）と、上枠４１に、接着剤等により固定される。

【0029】

上述のような住宅１によれば、床下空間１３の冬は暖かい空気の熱により、中空層２３の冷えた空気を温めることができる。これにより、屋内空間１２の空調された空気が屋外空間１１の影響を受けてしまうことを抑制でき、二重窓２周りにおける断熱効果をさらに向上することができる。

【0030】

寒冷地の場合、たとえば屋外気温－１２℃、屋内気温２０℃のような環境では、屋内空間１２と屋外空間１１との間に約３２℃の温度差が生じる。このようなケースでは、中空層２３の温度は約４℃と低温になってしまっていた。床下空間１３の気温は地熱の影響により、冬場でも約１０℃前後と安定しているため、床下空間１３の熱をヒートパイプ３０ａを利用して中空層２３に伝達することで、中空層２３の温度を６℃程度昇温させることができる。これにより、屋内空間１２から内窓２２への熱損失（貫流熱）を低減することができ、二重窓２の熱貫流率を低下させることができる。

【0031】

一般的な二重窓の断熱性能をさらに高めようとする際に、従来ではハニカムスクリーンなどが用いられていた。しかし、ハニカムスクリーンを設置するためには中空層２３に厚みを要するため、設置が難しい場合があった。また、中空層の厚みを大きくしてしまうと、中空層内の空気が熱対流してしまうため、望ましくない。これに対し、本実施の形態に係る住宅１は、中空層２３の横枠４２，４３および上枠４１にヒートパイプ３０ａを這わせるだけでよいため、既存窓の窓枠４の厚み内にヒートパイプ３０ａを収めることができる。また、ヒートパイプ３０ａは、ハニカムスクリーンのように窓部を遮蔽せず、また開閉操作も不要であるにも関わらず、窓部の視認性を常時確保することができる。したがって、住宅１は、簡易な構成でありながらも断熱性能および意匠性の双方を向上することができる。

【0032】

なお、熱交換手段３は、窓部を二重窓２にリフォームする際に同時に施工することができる。住宅の窓部のリフォーム方法は、（ｉ）窓部に、中空層を有する複数窓を施工する工程と、（ｉｉ）住宅に付随する自然エネルギー熱と中空層の熱とを熱交換する熱交換手段を施工する工程とを含む。

【0033】

〈変形例１について〉
図３を参照して、変形例１に係る熱交換手段３Ａについて説明する。図中、矢印Ａ２は上下方向、矢印Ａ３は二重窓の幅方向を示す。本実施の形態に係る熱交換手段３Ａは、２本のヒートパイプ３０ａ，３０ｂを含む。ヒートパイプ３０ａは、主に冬場に好適に用いられるのに対し、ヒートパイプ３０ｂは、主に冬場に好適に用いられる。変形例１は、図２の紙面右側のヒートパイプ３０ａをヒートパイプ３０ｂに置き換えた形態である。

【0034】

ヒートパイプ３０ａ（紙面左側）は、冬場における中空層２３の温度を向上させるために、一端３１が床下空間１３に配置され、他端３２が中空層２３に配置される。ヒートパイプ３０ｂ（紙面右側）は、夏場における中空層２３の温度を低下させるために、一端３１’が中空層２３に配置され、他端３２’が床下空間１３に配置される。なお、図３中、実線矢印が冬場の吸熱・放熱方向であり、点線矢印が夏場の吸熱・放熱方向である。

【0035】

本実施の形態の熱交換手段３Ａは、床下空間１３に吸熱部３１および放熱部３２’を有し、中空層２３に吸熱部３１’および放熱部３２を有している。これにより、本実施の形態の住宅１Ａは、年間を通して屋内空間１２から内窓２２への熱損失（貫流熱）を低減でき、二重窓２の熱貫流率を低下させることができる。

【0036】

〈変形例２について〉
図４を参照して、変形例２に係る熱交換手段３Ｂについて説明する。図中、矢印Ａ２は上下方向、矢印Ａ３は二重窓の幅方向を示す。本実施の形態に係る熱交換手段３Ｂは、第１ヒートパイプ３０ａと、第２ヒートパイプ３０ｂとを含み、一つの二重窓２に対し、各ヒートパイプ３０ａ、３０ｂはそれぞれ２本ずつ設けられている。

【0037】

第１ヒートパイプ３０ａは、冬場における中空層２３の温度を向上させるものであり、二重窓２の両側部に１本ずつ設けられる。同様に、第２ヒートパイプ３０ｂは、夏場における中空層２３の温度を低下させるものであり、二重窓２の両側部に１本ずつ設けられる。なお、図４中、実線矢印が冬場の吸熱・放熱方向であり、点線矢印が夏場の吸熱・放熱方向である。なお、図４では、第１ヒートパイプ３０ａ、第２ヒートパイプ３０ｂを上下左右に重ねて示したが、窓枠４の厚み方向に沿って第１，２ヒートパイプ３０ａ、３０ｂが離隔していることが望ましい。

【0038】

本実施の形態の熱交換手段３Ｂは、第１ヒートパイプ３０ａは、床下空間１３に配置される吸熱部３１と中空層２３に配置される放熱部３２とを両端に有し、第２ヒートパイプ３０ｂは、中空層２３に配置される吸熱部３１’と、床下空間１３に配置される放熱部３２’とを両端に有している。本実施の形態の熱交換手段３Ｂは、床下空間１３に吸熱部３１および放熱部３２’を２つずつ有し、中空層２３に吸熱部３１’および放熱部３２を２つずつ有している。これにより、本実施の形態の住宅１Ｂは、年間を通して屋内空間１２から内窓２２への熱損失（貫流熱）を低減でき、二重窓２の熱貫流率を低下させることができる。

【0039】

なお、本実施の形態では、二重窓２は腰窓であるとしたが、たとえば掃き出し窓であってもよい。また、外窓２１、内窓２２の窓の種類については限定されない。したがって、開き窓、ＦＩＸ窓など、種々の二重窓に適用することができる。

【0040】

また、本実施の形態の複数窓は二重窓であるとしたが、三重窓であってもよい。また、中空層にハニカムスクリーンを配置して、複数空間に分けるようにしてもよい。この場合、中空層は複数設けられることになるが、熱交換手段３は、最も屋外空間１１側に位置する中空層に設けられることが望ましい。

【0041】

また、本実施の形態では、熱交換手段３が利用する自然エネルギー熱は地熱であるとしたが、これに限定されない。すなわち、熱交換手段３は、自然エネルギー熱として太陽熱を利用してもよい。この場合、熱交換手段３は、ソーラーウォールをさらに含むことができる。ソーラーウォールは、住宅の外壁または屋根に配置され、ヒートパイプは、一端（吸熱部）をソーラーウォールと連結し、他端（放熱部）を二重窓の中空層に配置する。ソーラーウォールは、日当たりのよい場所に設けられることが好ましい。

【0042】

また、本実施の形態のヒートパイプ３０ａ、３０ｂは、窓枠４に沿って略Ｌ字状に配置されるが、これに限定されない。たとえば、窓枠４の厚み方向から見て波形形状に形成されてもよいし、正面視略Ｉ字状、略コの字状に形成されてもよく、種々の形状とすることができる。

【0043】

また、熱交換手段３は、ヒートパイプ以外のもので構成されてもよい。たとえば、中空層２３内と床下空間１３との間で互いに空気を送風することのできる送風機が設けられてもよい。

【0044】

以上、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明したが、この発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

【符号の説明】

【0045】

１ 住宅、２ 二重窓、３ 熱交換手段、４ 窓枠、１０ 外壁、１１ 屋外空間、１２ 屋内空間、１３ 床下空間、１４ 床、１５ 基礎、２１ 外窓、２２ 内窓、２３ 中空層、３０ａ，ｂ ヒートパイプ、３１ 一端（吸熱部）、３２ 他端（放熱部）、３３ 中間部、４１ 上枠、４２，４３ 横枠、４４ 下枠、１１０ 断熱材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】