JP2005514541A - 通気外装パネル - Google Patents

Abstract

本発明は建築物又はその他の構造物のための外装材に関する。外装材は外側通気カバー（３）、内側通気カバー（４）、及び中間層（２）を有する。中間層は選択的粒子濾過を許容するための段階的濾過プロフィールを備え、それにより深度全体にわたる濾過を促進して詰まりを遅延させる。

Description

本発明は外装材に関し、詳細には、比較的汚染された地域に位置する建築物に適用される際の外装材に関するが、これに限定されるものではない。

上記の点において、浮遊粒子及び気体による汚染は、人体の健康に非常に有害な影響を及ぼすことが知られている。従来の建築物においては、機械的な暖房換気空調（Heating, Ventilation, and Air Conditioning (HVAC)）システムを用いて建築物内に配管される、制御された新鮮大気吸入によって、気密性及び低流入損失（low infiltration losses）を達成することに重点が置かれている。実施準則（Codes of Practice）には、伝統的に、トリクルベンチレーション（trickle ventilation）を提供するための床及び壁の開口部について詳細に規定されており、開口部サイズについては床面積に基づき規定されている。このような建築物における断熱は、エネルギー効率を達成するために、伝導熱損失を受動的に削減する。このことは試験を重ねたアプローチによる結果であり、技術的には有効であり続けるものの、その欠点は、高い資金（capital）と維持費、及び暖房エネルギー需要を制限するための厳密な最小換気規定量（tight minimum ventilation quotas）である。いくつかのケースでは、「シックハウス症候群（Sick Building Syndrome）」として知られる疾患は、設計上の本質的な欠陥、ＨＶＡＣシステム自体の杜撰な設置及び不十分な維持に起因するものとされる。

現英国政府は、浮遊粒子物質濃度の低減に貢献することを宣言している（大気の質についての戦略の検討（Review of Air Quality Strategy）、2001年）。近年、粒子物質が人体の健康に及ぼす影響を解明するための大掛かりな研究が実施されている（シートン（Seaton）ら、1995年；ＣＯＭＥＡＰ、1998年）。それにも関わらず、未だに不確実さが残っている。しかしながら、その潜在的な影響は十分に実質的なものであり、英国政府は放出粒子問題に対して予防的試みを行うよう推奨するに至っている。このことにより、未だに解明されていない事項が数多く存在するとはいえ、合理的に実施可能な限り最小限まで潜在的なリスクを低減させるべきであることが強調される。

放出粒子を最小限に抑えるための戦略を引き出す努力においては、多くの問題がある。それら問題の多くは、粒子物質のソース及び同ソースの存在する場所によるものである。
この点に関して、都市における粒子大気汚染のソースは、主に、以下のものによる。
１． 第１の粒子−不完全燃焼（主に、自動車交通、発電、建築物空間暖房）の生成物に起因する。
２． 第２の粒子−含硫黄放出物及び含窒素放出物の化学反応により大気中にて生成される。
３． 生物学的粒子−再浮遊する道路の粉塵、建設工事、採石、海塩、農業による。

上記の各ソースが、都市における総バックグラウンド濃度のほぼ３分の１の原因である。英国では放出物の８０％は英国内のソースに起因するものであるが、一定の風の条件が存在する場合には、このパーセンテージは低下し得る。高気圧下における風の条件によって、同パーセンテージは５０％まで（イングランドの南東部では更に低い値にまで）低下し得る。放出粒子を制限するための現行戦略は、“パイプ解決の前線”、即ち、例えば、ディーゼルエンジン及び発電所の排ガスを低減又はゼロにすることに焦点を当てている。

しかしながら、粒子物質の様々なソース及びロケーションを理由として、1997年に出された世界保健機構による最初の指針において設定された当初の限界値は、実現不能として却下されている。世界保健機構による同指針は、例えば、自動車ゼロというユートピア的な状況が実現されたとしても、これを満たすことは出来なかったであろう。従って、同限界値は引き上げられた。

従って、大気からの粒子物質除去に対処するために、代替戦略が要求されることは明らかである。
この点について、本出願の発明者により、建築物のための「呼吸可能な」壁外装材を提供することにおいて研究が成されている。この外装材によって、通気性を有すると共に、単一の断熱層を備えるパネルが建築物に具備される。大気は、建築物の内部と外部との間の圧力における負のディファレンシャルによって導かれ、パネルを通過する。建築物内部に流入する大気は外部に流出しようとする熱を集積し、それによって、建築物の空間暖房性能を更に改善する。断熱媒体は、粒子が外装材を通過しようとする際に断熱材により捕捉され得るように、濾過特性を与える。しかしながら、発明者は、「呼吸可能な」壁外装コンセプトの有効性を低減させるような、断熱材の詰まりに関連する問題を確認している。

本発明の目的は、上記のような問題を解決することにある。

本発明の第１の態様によれば、外側通気カバーと内側通気カバーと中間層とを備え、中間層は段階的な濾過プロフィールを有する外装材が提供される。
中間層に関しては、段階的な濾過プロフィールの開発により、選択的な粒子濾過が可能になり、中間層内の全深度にわたっての濾過が促進され、それによって詰まりが遅延することが分かっている。このことによって、早すぎる詰まりを導き得る、表面において優勢な濾過及び急速な濾過ケーク堆積の存在を回避することが出来る。

好ましくは、中間層の濾過特性は、同中間層の外側カバー端に向かって比較的大きい（１０μｍを上回る）粒子を捕捉し、中間層の内側カバー端に向かって比較的小さい（０．０１μｍ）粒子を捕捉するためのものである。定常的なフィルタ負荷及び全深度にわたって均一な粒子堆積率によって、中間層の寿命は層の厚みに応じて変化し得る。全要素が等しいとすれば、層の厚みが増した場合、粒子の捕捉及び分離に用いることが出来る（外装材の単位面積当たりの）容量も増加する。

さらに、比較的重要なこととして、段階的濾過プロフィールによって、汚染気体及び生物学的物質（又は汚染物質）の濾過に最適化された材料を組み込むことが許容される。気体の吸収には、一般に、媒体が大きい表面積を有すること、及び吸収される気体が媒体と長時間にわたって接触することが有効に作用するために必要である。大きい壁面積において用いられる動的断熱材によって、これら両方の条件が満たされる。例えば、正確な充填密度及び厚みを示す任意の天然繊維は、超微粒子を捕捉するためだけでなく、オゾン等の反応種を濾過するためにも用いることが出来る。

例えば、使い捨て可能な「複数段階」フィルタ層を設計に組み込む等、詰まりに対する代替的解決策もまた可能である。数年毎に、詰まりを有する層はただ単に「剥ぎ取られ」、新鮮なフィルタ表面を露出すべく安全に処分され得る。前述の詰まりのリスクに関わらず、壁パネル全体が置換あるいは再生されるまで、２０年を超える期間の寿命を目指すことが現実的になる。この点について、都市ブロック当たりの動的に断熱された建築物件数が増加するに従って、早期の詰まりという問題の深刻さが薄れることを注記しておく価値はある。これは、斯かる建設形式を非常に汚染された都市部という設定に特定する場合には、考慮すべき重要な要因である。

好適な実施の形態において、外装材は、エネルギー効率及び室内の快適性のため、断熱性及び／又は防音性を含む他の特徴を有している。
好都合なことに、中間層は、ミネラルウール、ウェットブロウンセルロース、グラスウール、又はその他の適するファイバ材料のうちの１つ以上を含んでいる。

好適には、中間層は、膜、ファイバ、パルプ又はセルベースの（フォーム又はスポンジ）材料、変性気泡コンクリート、又はコスト効果が高く容易に入手可能なその他の材料のうち１つ以上の形態により提供される。中間層は、構造的な支持を与え、断熱媒体を通しての均一な大気の流れを容易にし、大気配分、予濾過、暖房、冷房及び／又は除湿を与えるための付加的な構成要素を備えてもよく、境界部及び縁部における望ましくない大気の漏れを阻止するための密封要素を備えてもよい。

外装材は構造的断熱パネル（Structural Insulation Panel (SIP)）の形態にて提供されてもよく、放出粒子、汚染気体、化学物質及び生物学的物質のうちの１つ以上に特定的な濾過特性を有する材料を含んでもよい。

好適な実施形態において、外装材は複数のパネルユニットの形態で提供される。好都合なことに、パネルユニットはモジュラー方式にて提供される。モジュラー方式にて実施される場合、相補的な粒子濾過特性を有する異なる材料層から成るパネルユニットにより壁を形成することが出来る。このような層の１つ以上により、汚染気体、化学物質及び／又は生物学的物質等の濾過が更に可能になる。パネルは、究極的には様々な建築市場の需要に応じるべく種々の形状、サイズ及び仕上がりに生産され得ること、新築又は改装の両方に最適化され得ること、及びコストを低く抑え入手しやすさを高く保つために大量生産され得ることから、モジュラーアプローチの採用は重要である。

好適には、中間層は、相補的でありながらも異なる濾過特性を有する別個に設けられた複数の通気フィルタ層により形成され得る。また、中間層は、厚み全体にわたって異なる濾過特性を有する単一のフィルタ層から形成されてもよい。中間層のフィルタ層又は各フィルタ層は独立に置換可能であり、それによって、詰まりを生じたフィルタ層は、必要に応じ除去置換又は修理可能となる。

好適な実施形態において、中間層のフィルタ層又は各フィルタ層は１つ以上の使い捨て可能なフィルタエレメントを備え得る。詰まりが生じた場合、このようなフィルタエレメントは、例えば、前述のように「剥ぎ取る」ことによって除去され、新鮮なフィルタ面を露出すべく安全に処分することが可能である。このようにすれば、パネルの寿命を長期化することが出来る。

複数のフィルタ層が存在する好適な実施形態において、中間層の各フィルタ層は、特定の範囲における粒子径、大気汚染物質、及び／又は生物学的物質を抽出するように選択される。好都合なことに、中間層の別個に設けられたフィルタ層は、粒子及びその他の汚染物質の実質的に完全な濾過スペクトルを協働して画定する。

好適な実施形態において、外装材は建築物又はその他の構造物のためのものである。限定のない他の実施形態においては、航空機、自動車及び船舶、トンネル、道路、駐車場、及びその他種々の構造物が含まれる。

外装材は、複合（composite）モジュラーパネルユニットの一部として、グレージング（glazing）、再生可能なエネルギー装置、又はスマート要素等、その他の構成要素と組み合わせてもよい。

本発明の第２の態様によれば、特定のロケーションにおける建築物又はその他の構造物を外装するための外装システムにおいて、
ａ）前記ロケーションにおける汚染物質の本質を同定するステップと、
ｂ）前記ロケーションにおける建築物又はその他の構造物に適切なフィルタ構造を設けるステップと、
ｃ）建築物又はその他の構造物のための複数の外装パネルユニットを形成するステップであって、パネルユニットは、前記フィルタ構造に従って、厚み全体にわたって段階的な濾過プロフィールを有することと、
ｄ）建築物又はその他の構造物に前記パネルユニットを適用するステップと
を備えるシステムが提供される。

本発明は、更に、前述のように定義される外装材から形成される複数のパネルを備える建築物又はその他の構造物と、前述のように定義される外装材にて用いるための建築物又はその他の構造物の外装層とを包含する。同外装層は段階的なフィルタプロフィールを有する。

本発明の第３の態様によれば、通気性材料を含み、同材料は、更に、有害な化学物質及び／又は生物学的物質を濾過除去するように構成されている、建築物又はその他の構造物の外装材が提供される。

本発明の第４の態様によれば、特定のロケーションにおける大気の質を改良するためのシステムにおいて、
ａ）通気性外装材を採用する建築物又はその他の構造物を前記ロケーションに配置するステップであって、外装材は、大気が建築物又はその他の構造物の外部から内部に流入する際に放出粒子、汚染気体、化学物質及び生物学的物質の１つ以上を除去するための濾過層を備えることと、
ｂ）建築物又はその他の構造物の内部から建築物又はその他の構造物の外部へと濾過された大気を流出させるステップと
を備えるシステムが提供される。

従って、本発明は、汚染を除去すると共に動的に断熱され、室内暖房及び／又は冷房のエネルギー効率を改善する通気性外装材を提供する。建築物又はその他の構造物に適用された場合、用途に合わせて設計された耐久性多孔建築外装材を通して建築物又はその他の構造物に新鮮な換気大気が吸入される際に、同大気は予熱（又は予冷）され濾過され得る。このことによって、より汚染が少なく居住するうえで健康的な都市環境の発展を可能にすると共に、持続可能な将来の発展にも積極的に貢献する新しいタイプの「呼吸する壁」外装材が提供される。

動的断熱材によって、通気性を有し動的に断熱された壁を通しての大気の運動が許容される。このことにより、伝導熱損失（冷房での適用ではゲイン）が低減され、濾過された新鮮な大気を建築物内に導入する方法が提供される。このことを達成するために必要な（即ち、適切な断熱通気特性を有する）材料は入手可能であり、ミネラルウール、ウェットブロウンセルロース及びグラスウール等の従来の断熱材料を含む。良好に設計され動的に断熱された建築物又はその他の構造物は、大規模の暖房及び換気プラント及びその付属物（ダクティング等）を必要とせず、より高い制御換気率（controlled ventilation rates）を達成可能にし、伝導熱フラックスを低減することにより化石燃料の消費を削減する。これらは、多層建築物を含めて一定範囲の建築物及びその他の構造物のタイプにおいて、従来よりも薄型の壁を用い、現行の英国及び欧州建築基準及び規則（UK and European Building Standards and Regulations）を容易にパスすること（surpassing）により、任意の所望される建築物繊維熱損失係数（building fabric heat loss coefficient）、即ちＵ−バリュー（U-value）を効果的に達成可能にする。

以下、本発明の一実施形態を、下記の図を参照して、例証的に説明する。
図１の例に示すように、本発明は、モジュール構造を有する多層外装パネル１に関する。外装パネル１は、屋外に面するオプションの通気耐候カバー３と屋内に面するオプションの被覆表面カバー４との内側に、異なる特性及び厚みを備える１つ以上の通気中間又は内側層２から成るシリーズ配列を備えている。

パネルは、前述の要素を連続的に組み込み得る。また、内側層は、設計／製造要件に応じて、付加的な（図示されていない）構造サポート、大気配分、予濾過、暖房、冷房、及び／又は除湿及び密閉要素を伴い、別個の、又は１つ以上の大気プレナムにより離間された外側及び内側カバーに直接的に結合されてもよい。使用時、建築物又はその他の構造物の外装材（スキン）の全部又は部分を成す、このような外装パネルを通して、新鮮な換気大気が同建築物又はその他の構造物に吸入され、新鮮でない大気は、同建築物又はその他の構造物から排気ダクト（図示せず）を通じて外気に排出される。建築物外装の十分に大きい面積にわたって使用されれば、同パネルは、現行の規則及び基準をパスする断熱防音特性を提供することになる。より重要なことは、大気がパネルを通じて建築物又はその他の構造物に緩慢に吸入される際に、異なる内部層が、それぞれ、個々の濾過特性に応じた方法で、大気の流れから導入される粒子状の全内容物及びその他の形態の汚染物のフラクションを抽出することである。このような特性には、間隙率、透過率、充填密度、ファイバサイズ（ファイバ断熱材の場合）、化学的特性、生物学的特性が含まれる。

中間又は内側層２における、このような段階的な相補的濾過特性は、図示のように別個に設けられた濾過層を用いること、又は、単一の連続的な（contiguous）通気断熱層を用いることによって提供され得る。このように複数の断熱層又は段階的特性を組み合わせることの累積的な効果は、建築物又はその他の構造物の換気に用いられている大気から、実質的に全汚染物質を永久的に除去し安全に分離すること（permanent removal an safe sequestration）と、長期的には屋外環境そのものを清浄にすることにある。

多層構造又は段階的単一層構造、及び同層のフィルタ特性の選択により、外装パネルの全深度に及ぶ濾過が容易になり、このことは、正確に実施された場合に、パネルにおける早期の詰まりを阻止し、置換又は再生(refurbishment)を必要とするまでの受容可能な耐用寿命を確実なものにする。このことは、未確認の粒子による危険も含め、大気汚染問題に対するユニークで革新的な解決策を提供する。このような外装パネルを用いた建築物又はその他の構造物は、前述の通り、現在のところ本発明の作用を奏することのない従来の建築物とは違って、同パネルの通常の作用の一部として、建築物の居住者及び周囲の屋外環境の両方における健康及び幸福（well-being）を保持するように作用する。

特定の建築物又はその他の構造物において正確に機能するためには、外装パネルは、その構成層の全体にわたる適切な濾過特性及び圧力低下特性、良好な断熱性及び防音性、並びに環境に誘発される品質低下（degradation）に対する抵抗性を確立する必要がある。

中間層２は、膜、ファイバ、パルプ、又はセルベースの（フォーム又はスポンジ）材料、又は変性気泡コンクリートから形成され得る。濾過スペクトル全体にわたっての適用範囲は、イオン（原子半径）範囲からマクロ粒子（細砂）範囲にまで及ぶ。ファイバは、対象となる流速のＰＭ_2.5〜ＰＭ₁₀の範囲における有効性、広範な使用可能性、有用性、低コスト、及び従来の建築断熱材料としての普及から、動的に断熱された建築物での使用において魅力的な選択肢である。

外装材は、例えば、ＣＯｘ、ＮＯｘ、Ｓｏｘ、及びオゾンの気体吸着又は室温触媒変換のための材料を更に備え得る。化学物質フィルタ及び生物学的物質フィルタもまた、改良外装パネル設計の一部として含まれ得る。

中間又は内側層２における濾過層又は各濾過層は、１つ以上の使い捨て可能なフィルタエレメントを備え得る。詰まりが生じた場合、このようなフィルタエレメントは、例えば「剥ぎ取る」ことによって除去可能であり、新鮮なフィルタ面を露出すべく安全に処分され得る。このようにすれば、パネルの寿命を延ばすことが出来る。

複数のフィルタ層が存在する場合、中間層における各フィルタ層は、粒子径の特定範囲を抽出するように選択され得る。
本発明は、以上に記載されている特定の実施形態によって、その範囲を限定されるものではない。実際、当該技術分野の従事者にとっては、以上の記載及び添付図面から、本発明の種々の変更が明らかになろう。このような変更例は、添付の請求項の範囲内に含まれると見なす。

本発明の外装材の部分を概略的に示す断面図。

Claims (25)

1. 外側通気カバーと、
   内側通気カバーと、
   中間層とを備え、前記中間層は段階的な濾過プロフィールを有する外装材。
2. 前記中間層の濾過特性は、中間層の外側カバー端に向かって比較的大きい粒子を捕捉し、中間層の内側カバー端に向かって比較的小さい粒子を捕捉するためのものである、請求項１に記載の外装材。
3. 前記中間層は、断熱性及び／又は防音性を備える、請求項１又は請求項２に記載の外装材。
4. 前記中間層は、ミネラルウール、ウェットブロウンセルロース（wet-blown cellulose）、及びグラスウールのうちの１つ以上を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の外装材。
5. 前記中間層は、膜、ファイバ、パルプ又はセルベース（cellular-based）の（フォーム又はスポンジ）材料、又は変性気泡コンクリートのうち１つ以上の形態により提供される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の外装材。
6. 前記中間層はファイバを含む、請求項５に記載の外装材。
7. 前記外装材は、放出粒子、汚染気体、化学物質、及び生物学的物質のうちの１つ以上のためのフィルタ材料を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の外装材。
8. 前記外装材は複数のパネルユニットの形態で提供される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の外装材。
9. 前記複数のパネルユニットはモジュラー方式にて提供される、請求項８に記載の外装材。
10. 前記中間層は、異なる濾過特性を有する複数の別個に設けられた１つ以上のフィルタ層から形成される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の外装材。
11. 前記中間層の各フィルタ層は、特定範囲の粒子径、汚染気体、化学汚染物質、及び／又は生物学的物質を抽出するように選択される、請求項１０に記載の外装材。
12. 前記中間層の別個に設けられたフィルタ層は、粒子及びその他の汚染物質の実質的に完全なフィルタスペクトルを協働して画定する、請求項１１に記載の外装材。
13. 前記中間層は、厚み全体にわたって異なる濾過特性を有する単一のフィルタ層から形成される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の外装材。
14. 前記中間層の前記フィルタ層又は各フィルタ層は独立に置換可能である、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の外装材。
15. 前記中間層の前記フィルタ層又は各フィルタ層は１つ以上の使い捨て可能なフィルタエレメントを備える、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の外装材。
16. 特定のロケーションにおける建築物又はその他の構造物を外装するための外装システムにおいて、
    ａ）前記ロケーションにおける汚染物質の本質を同定するステップと、
    ｂ）前記ロケーションにおける建築物又はその他の構造物に適切なフィルタ構造を設けるステップと、
    ｃ）前記建築物又はその他の構造物のための複数の外装パネルユニットを形成するステップであって、同パネルユニットは、前記フィルタ構造に従って、厚み全体にわたって段階的な濾過プロフィールを有することと、
    ｄ）前記建築物又はその他の構造物に前記パネルユニットを適用するステップと
    を備えるシステム。
17. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の外装材から形成される複数のパネルを備える建築物又はその他の構造物。
18. 段階的なフィルタプロフィールを有する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の外装材にて用いるための建築物又はその他の構造物の外装層。
19. 通気性材料を含み、同材料は、更に、有害な化学物質及び／又は生物学的物質を濾過除去するように構成されている、建築外装材。
20. 特定のロケーションにおける大気の質を改良するためのシステムにおいて、
    ａ）通気性外装材を採用する建築物又はその他の構造物を前記ロケーションに配置するステップであって、前記外装材は、大気が建築物又はその他の構造物の外部から内部に流入する際に放出粒子、汚染気体、化学物質及び生物学的物質の１つ以上を除去するための濾過層を備えることと、
    ｂ）前記建築物又はその他の構造物の内部から同建築物又はその他の構造物の外部へと濾過された大気を流出させるステップと
    を備えるシステム。
21. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の外装材を備える、請求項２０に記載の大気の質を改良するためのシステム。
22. 外側通気耐候カバーと、
    内側通気被覆表面（wearing surface）カバーと、
    中間層とを備え、前記中間層は、粒子、気体、化学及び生物学的な汚染物質及び汚濁物質（pollutants and contaminants）を除去するための段階的な濾過プロフィールを有する耐久性外装材。
23. 添付図面を参照して本明細書に実質的に記載される外装材。
24. 添付図面を参照して本明細書に実質的に記載される大気改良システム。
25. 添付図面を参照して本明細書に実質的に記載される外装システム。

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