JP6524528B2 - 自然換気構造 - Google Patents

Description

本発明は、建物における自然換気を促す自然換気構造に関する。

一般に温度差による自然換気の効果を建物に導入しようとすると、一繋ぎの高低差のある空間が必要になるため、大きな吹抜空間を要することが多い。例えば、自然換気を建物内に導入するために、特許文献１（特許第４９６２７３１号公報）では、換気塔を設けることが提案されている。

一方、吹抜やアトリウムを設けることができない場合においては、特許文献２（特開２０１３−１９０１５９号公報）のように小さなシャフトを壁面に設け、日射熱によって外気との温度差を大きくして自然換気を促す手法もある。
特許第４９６２７３１号公報 特開２０１３−１９０１５９号公報

換気塔や大きな吹抜空間などを設ける引用文献１に記載の自然換気方法では、建物の延面積を削減せざるを得なかったり、建物の設計において意匠的な制約を受けたりする、という問題があった。また、このよう自然換気方法では、多数の空間・開口部と繋がるため、換気量の制御が難しい、という問題もあった。

また、特許文献２に記載の方法も、多数の開口部の開放状況によって換気量が変動するため、制御性に乏しい、という問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するものであって、本発明に係る自然換気構造は、第１壁面部と、前記第１壁面部とは異なる第２壁面部と、少なくとも前記第１壁面部と前記第２壁面部とに囲まれる居室部と、前記第１壁面部の最外壁面の一部をなし、前記居室部の床面側に換気口が設けられた第１採光ガラスと、前記第１採光ガラスより居室部側に配される第２採光ガラスと、前記第１採光ガラスと前記第２採光ガラスとの間に形成されるガラス間空間部に配される複数の羽根からなる遮光部と、前記第２壁面部の最外壁面の一部をなす第１立設壁部と、前記第１立設壁部より居室部側に配される第２立設壁部と、からなる単位フロア構造を有しており、あるフロアの前記居室部は、当該フロアの１フロア下の前記ガラス間空間部との第１空気流通路と、当該フロアの１フロア上の前記第２立設壁部と当該フロアの前記第１立設壁部との間で形成される第２空気流通路と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る自然換気構造は、第１壁面部と、前記第１壁面部とは異なる第２壁面部と、少なくとも前記第１壁面部と前記第２壁面部とに囲まれる居室部と、前記第１壁面部の最外壁面の一部をなし、前記居室部の床面側及び天井側に換気口が設けられた第１採光ガラスと、前記第１採光ガラスより居室部側に配される第２採光ガラスと、前記第１採光ガラスと前記第２採光ガラスとの間に形成されるガラス間空間部に配される複数の羽根からなる遮光部と、前記第２壁面部の最外壁面の一部をなす第１立設壁部と、前記第１立設壁部より居室部側に配される第２立設壁部と、からなる単位フロア構造を有しており、あるフロアの前記居室部は、当該フロアの１フロア下の前記ガラス間空間部との第１空気流通路と、当該フロアの１フロア上の前記第２立設壁部と当該フロアの前記第１立設壁部との間で形成される第２空気流通路と、を有し、前記第２空気流通路には、チルドビームが設けられたことを特徴とする。

また、本発明に係る自然換気構造は、前記第１空気流通路には、空気の流量を手動で調節可能な流量調整部が設けられることを特徴とする。

また、本発明に係る自然換気構造は、前記第１壁面と、前記第２壁面とは対向することを特徴とする。

また、本発明に係る自然換気構造は、前記遮光部がルーバーからなることを特徴とする。

また、本発明に係る自然換気構造は、前記遮光部がブラインドからなることを特徴とする。

本発明に係る自然換気構造は、あるフロアの前記居室部が、当該フロアの１フロア下の前記ガラス間空間部との第１空気流通路と、当該フロアの１フロア上の前記第２立設壁部と当該フロアの前記第１立設壁部との間で形成される第２空気流通路と、を有しており、このような本発明に係る自然換気構造によれば、建物の設計において意匠的な制約を大きく受けることがなくなると共に、建物の延面積の削減を抑制することが可能となる。

また、本発明に係る自然換気構造によれば、居室部における換気量は、当該フロアの１フロア下の第１空気流通路と、当該フロアの１フロア上の第２空気流通路の２つの空気流通路のみによって決定されるので、居室部における換気量の制御が容易となる。

本発明の実施形態に係る自然換気構造１を模式的に説明する図である。 本発明の実施形態に係る自然換気構造１における換気の様子を示す図である。 冬期における本発明の実施形態に係る自然換気構造１の解析結果を示す図である。 中間期における本発明の実施形態に係る自然換気構造１の解析結果を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る自然換気構造１を模式的に説明する図である。 本発明の他の実施形態に係る自然換気構造１における換気の様子を示す図である。 夏期における本発明の実施形態に係る自然換気構造１の解析結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る自然換気構造１を模式的に説明する図であり、建物５の断面の一部を示している。本発明に係る自然換気構造１は、建物５における自然換気を促す特徴的な構造を有している。なお、本実施形態に係る自然換気構造１は、冬期・中間期用のものである。

建物５は、第１壁面部１００と、この第１壁面部１００と対向する第２壁面部２００とを有している。本実施形態では、第１壁面部１００と第２壁面部２００とは対向しているが、これは必ずしも必須の要件ではない。

建物５における居室部３００は、少なくとも第１壁面部１００と第２壁面部２００とよって囲まれた空間である。この居室部３００は、不図示の空調システムで温度管理がされていることが想定されている。

ここで、１つのフロアの居室部３００に関連する、本発明に係る自然換気構造１における単位フロア構造１０について説明する。

第１採光ガラス１１０は、第１壁面部１００の最外壁面の一部をなしている。また、第１採光ガラス１１０には、居室部３００の床面側には第１換気口１１１が設けられている。本実施形態においては、第１換気口１１１は単なる開口として表されているが、第１換気口１１１は開閉機構などで構成することもできる。

第１壁面部１００において、第２採光ガラス１２０は、第１採光ガラス１１０より居室部３００側に配されている。第１壁面部１００は、第１採光ガラス１１０と第２採光ガラス１２０の対による二重ガラス構造となっている。

第１採光ガラス１１０と第２採光ガラス１２０との間に形成されるガラス間空間部１３０には、複数の羽根１４３からなる遮光部１４０が設けられている。遮光部１４０としては、ルーバーを用いてもよいし、ブラインドを用いてもよい。

本実施形態では、第１採光ガラス１１０と第２採光ガラス１２０との間に形成されるガラス間空間部１３０における遮光部１４０で日射遮蔽を行うようにしているが、このように居室部３００内で日射遮蔽をせず、ガラス間空間部１３０で日射遮蔽を行うことで、空調システム（不図示）の負荷低減を期待するこことができる。また、ガラス間空間部１３０に設けられた遮光部１４０は、冬期・中間期においては遮光部１４０に当たる日光で温められた空気によって自然換気を促進することもできる。

次に、単位フロア構造１０の第２壁面部２００側について説明する。第２壁面部２００において、第１立設壁部２１０は、最外壁面の一部をなしている。第１立設壁部２１０より居室部３００側には第２立設壁部２２０が設けられており、この第２立設壁部２２０からは水平延出部２１５が延出し、この水平延出部２１５から第１立設壁部２１０が立設されるように設けられている。

図１の中段のフロアに着目すると、このフロアの居室部３００は、当該フロアの１フロア下の前記ガラス間空間部１３０と通じている。あるフロアの居室部３００と、１フロア下の前記ガラス間空間部１３０との間の空間を、第１空気流通路１５０として定義する。

第１空気流通路１５０には、空気の流量を手動で調節可能な流量調整部１５５が設けられている。本実施形態においては、流量調整部１５５は両方向にスライド可能な開閉部材１５６によって構成されているが、流量調整部１５５の構成はこれに限られるものではない。

また、図１の中段のフロアに着目すると、このフロアの居室部３００は、当該フロアの１フロア上の第２立設壁部２２０と当該フロアの第１立設壁部２１０との間で形成される空間と通じるようになっている。１フロア上の第２立設壁部２２０と当該フロアの第１立設壁部２１０との間で形成される空間を、第２空気流通路２５０として定義する。

このように、本発明に係る自然換気構造１は、あるフロアの前記居室部３００が、当該フロアの１フロア下の前記ガラス間空間部との第１空気流通路１５０と、当該フロアの１フロア上の前記第２立設壁部２２０と当該フロアの前記第１立設壁部２１０との間で形成される第２空気流通路２５０と、を有している。

すなわち、本発明に係る自然換気構造１は、３フロア分の高低差を有した自然換気構造となっている。このように、各フロアが独立した自然換気構造を持つことで、他のフロアの窓などの開閉の影響を受けることなくフロアごとの制御が容易になる。また、本発明に係る自然換気構造１は、３フロア分の高低差を有するため、温度差換気による換気量が大きく確保できる。

このような本発明に係る自然換気構造１によれば、建物の設計において意匠的な制約を大きく受けることがなくなると共に、建物の延面積の削減を抑制することが可能となる。

また、本発明に係る自然換気構造１によれば、居室部３００における換気量は、当該フロアの１フロア下の第１空気流通路１５０と、当該フロアの１フロア上の第２空気流通路２５０の２つの空気流通路のみによって決定されるので、居室部３００における換気量の制御が容易となる。

図２は本発明の実施形態に係る自然換気構造１における換気の様子を示す図である。なお、図が煩雑となることを避けるため、参照番号の多くを省略している。また、図中において、点線で描かれた矢印が換気の方向として想定しているものである。

本発明に係る自然換気構造１に換気量を、換気量シミュレーションソフト（ＮＥＴＳ）を用いて概算した。本発明に係る自然換気構造１の解析モデルでは日射を考慮しており、居室部３００の温度を冬・中間期は２２℃に固定して計算をしている。図２の（１）に示す第１換気口１１１の開口を０．２ｍ×５ｍの開口とし、図２の（３）に示す第２空気流通路２５０の開口を１ｍ×５ｍの開口とし、図２の（４）に示す開口を０．１６ｍ×５ｍの開口とし、図２の（５）に示す開口を１ｍ×５ｍの開口としている。

また、居室部３００の各要所で局所圧損を加味した計算モデルで換気量を計算した。換気量の結果は正の値が下方から上方へ抜ける気流方向の換気量で、負の値が上方から下方への気流方向の換気量である。

なお、建具やガラリを加味していない局所圧損のため、実在案件に適用の場合は局所圧損がさらにおおきくなり、換気量が小さくなることが考えられる。概念的検討を行うため、建具などの局所圧損を無視し、本概念が実現可能かを表２の解析条件に沿って換気量を計算した。

表１の解析結果は表２の解析条件において外気温を固定した場合の風量の結果である。

図３は冬期における本発明の実施形態に係る自然換気構造１の解析結果を示す図である。また、 図４は中間期における本発明の実施形態に係る自然換気構造１の解析結果を示す図である。図３及び図４を参照すると、冬期・中間期について想定している正の方向での所定の換気量があることがわかる。

また、冬期に関しては外気と室内の温度差が大きいため換気量が大きくなる傾向がある。

また、中間期は外気と室内の温度差が小さくなるが、日射を受けた遮光部１４０の影響を受け、ペリメータの空気温度が上昇したため、換気量を確保することができた。

以上、本発明に係る自然換気構造１による換気量の解析結果によれば、本発明に係る自然換気構造１では、冬期・中間期について概ね良好な換気量を確保することが確認できた。

また、本発明に係る自然換気構造１によれば、１フロアごとに少ない換気口（開口等）を調整することで換気量を調整できるため、大きな吹抜空間を持った自然換気システムよりも容易に換気量を調整することができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。以下説明する他の実施形態に係る自然換気構造１は、夏期用のものである。図５は本発明の他の実施形態に係る自然換気構造１を模式的に説明する図である。以下、先の実施形態と相違する点のみを説明する。

他の実施形態に係る自然換気構造１においては、第１採光ガラス１１０には、居室部３００の天井側には第２換気口１１２が設けられている。本実施形態においては、第２換気口１１２は単なる開口として表されているが、第２換気口１１２は開閉機構などで構成することもできる。このように、他の実施形態に係る自然換気構造１においては、第１採光ガラス１１０には、第１換気口１１１及び第２換気口１１２の２つの換気口が設けられる構成となっている。

また、他の実施形態に係る自然換気構造１においては、第２空気流通路２５０には、チルドビーム２３０を配するようにしている。第２空気流通路２５０に設けられたチルドビーム２３０により、暖かい空気は冷やされ、室内に近い温度の空気が居室部３００に導入される。

チルドビーム２３０としては、ファンを用いないパッシブ型のものを用いることが好ましい。また、チルドビーム２３０で発生した結露を排水するドレーン（不図示）などを設けておくことが好ましい。

図６は本発明の他の実施形態に係る自然換気構造１における換気の様子を示す図である。なお、図が煩雑となることを避けるため、参照番号の多くを省略している。また、図中において、点線で描かれた矢印が換気の方向として想定しているものである。

他の実施形態に係る自然換気構造１に換気量を、換気量シミュレーションソフト（ＮＥＴＳ）を用いて概算した。ここで、居室部３００の温度を２６℃に固定して計算をしている。図６の（１）に示す第１換気口１１１の開口を０．２ｍ×５ｍの開口とし、図６の（２）に示す第２換気口１１２の開口を０．２ｍ×５ｍの開口とし、図２の（３）に示す第２空気流通路２５０の開口を１ｍ×５ｍの開口とし、図２の（４）に示す開口を０．１６ｍ×５ｍの開口とし、図２の（５）に示す開口を１ｍ×５ｍの開口としている。

表３の解析結果は表２の解析条件において外気温を固定した場合の風量の結果である。

図７は夏期における本発明の実施形態に係る自然換気構造１の解析結果を示す図である。図７を参照すると、夏期について想定している負の方向での所定の換気量があることがわかる。しかしながら、一方で正の方向での換気量もあり、現状では必ずしも夏期における自然換気は想定通りではない場合もあることが確認できる。

このように、夏期における本発明の実施形態に係る自然換気構造１の解析結果では、夏期に関しては夜間の気温が低くなるときに想定とは逆の気流方向で換気が行われている。除湿との兼ね合いから夏期には通風方向を一定とする必要があるため、夏期を基準に開口部（１）（２）（３）（図６）の大きさを検討することが重要である。具体的には、開口（２）と開口（３）の面積比を調整することとチルドビーム２３０の能力を調整することの２点によって逆流を防ぐことが可能になると予想される。

また、夏期には概ね想定通りの通風方向での換気ができることが確認できたが、外気温度が２４〜２５℃前後のとき、通風方向が逆転するため、夏期の夕方〜夜間には対応する制御機構を取り入れる必要がある。

以上、本発明に係る自然換気構造は、あるフロアの前記居室部が、当該フロアの１フロア下の前記ガラス間空間部との第１空気流通路と、当該フロアの１フロア上の前記第２立設壁部と当該フロアの前記第１立設壁部との間で形成される第２空気流通路と、を有しており、このような本発明に係る自然換気構造によれば、建物の設計において意匠的な制約を大きく受けることがなくなると共に、建物の延面積の削減を抑制することが可能となる。

また、本発明に係る自然換気構造によれば、居室部における換気量は、当該フロアの１フロア下の第１空気流通路と、当該フロアの１フロア上の第２空気流通路の２つの空気流通路のみによって決定されるので、居室部における換気量の制御が容易となる。

１・・・自然換気構造
５・・・建物
１０・・・単位フロア構造
１００・・・第１壁面部
１１０・・・第１採光ガラス
１１１・・・第１換気口
１１２・・・第２換気口
１２０・・・第２採光ガラス
１３０・・・ガラス間空間部
１４０・・・遮光部
１４３・・・羽根
１５０・・・第１空気流通路
１５５・・・流量調整部
１５６・・・開閉部材
２００・・・第２壁面部
２１０・・・第１立設壁部
２１５・・・水平延出部
２２０・・・第２立設壁部
２３０・・・チルドビーム
２５０・・・第２空気流通路
３００・・・居室部

Claims (6)

1. 第１壁面部と、
   前記第１壁面部とは異なる第２壁面部と、
   少なくとも前記第１壁面部と前記第２壁面部とに囲まれる居室部と、
   前記第１壁面部の最外壁面の一部をなし、前記居室部の床面側に換気口が設けられた第１採光ガラスと、
   前記第１採光ガラスより居室部側に配される第２採光ガラスと、
   前記第１採光ガラスと前記第２採光ガラスとの間に形成されるガラス間空間部に配される複数の羽根からなる遮光部と、
   前記第２壁面部の最外壁面の一部をなす第１立設壁部と、
   前記第１立設壁部より居室部側に配される第２立設壁部と、からなる単位フロア構造を有しており、
   あるフロアの前記居室部は、
   当該フロアの１フロア下の前記ガラス間空間部との第１空気流通路と、
   当該フロアの１フロア上の前記第２立設壁部と当該フロアの前記第１立設壁部との間で形成される第２空気流通路と、を有することを特徴とする自然換気構造。
2. 第１壁面部と、
   前記第１壁面部とは異なる第２壁面部と、
   少なくとも前記第１壁面部と前記第２壁面部とに囲まれる居室部と、
   前記第１壁面部の最外壁面の一部をなし、前記居室部の床面側及び天井側に換気口が設けられた第１採光ガラスと、
   前記第１採光ガラスより居室部側に配される第２採光ガラスと、
   前記第１採光ガラスと前記第２採光ガラスとの間に形成されるガラス間空間部に配される複数の羽根からなる遮光部と、
   前記第２壁面部の最外壁面の一部をなす第１立設壁部と、
   前記第１立設壁部より居室部側に配される第２立設壁部と、からなる単位フロア構造を有しており、
   あるフロアの前記居室部は、
   当該フロアの１フロア下の前記ガラス間空間部との第１空気流通路と、
   当該フロアの１フロア上の前記第２立設壁部と当該フロアの前記第１立設壁部との間で形成される第２空気流通路と、を有し、
   前記第２空気流通路には、チルドビームが設けられたことを特徴とする自然換気構造。
3. 前記第１空気流通路には、空気の流量を手動で調節可能な流量調整部が設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自然換気構造。
4. 前記第１壁面と、前記第２壁面とは対向することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の自然換気構造。
5. 前記遮光部がルーバーからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の自然換気構造。
6. 前記遮光部がブラインドからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の自然換気構造。

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