JP2011226124A - 建物 - Google Patents

Abstract

【課題】建物周辺の空気の滞留を抑制することを目的とする。
【解決手段】地下通風路１６、１８は、第１通風路１６Ａ、１８Ａと第２通風路１６Ｂ、１８Ｂを有している。第２通風路１６Ｂ、１８Ｂは基礎１２に設けられており、構造体１４に沿って下降した風が導入される。第２通風路１６Ｂ、１８Ｂに導入された風は、構造体１４の下に設けられた第１通風路１６Ａ、１８Ａに導入され、構造体１４の反対側に設けられた第２通風路１６Ｂ、１８Ｂから導出される。これにより、構造体１４の反対側の空気が循環され、構造体１４の反対側における空気や熱の滞留が抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物に関する。

地上の建物では、当該建物によって風が遮られるため、建物の背後に空気や熱が溜まり易い。特に、建物の空調排気や、汚染物質を含む自動車の排気ガス等が滞留すると、建物周辺の環境が悪化する恐れがある。

一方、特許文献１及び特許文献２には、風力発電装置が設置された建物が提案されている。

特開平６−２４１１５９号公報 特開２００２−９８０３７号公報

本発明は、上記の事実を考慮し、建物周辺の空気の滞留を抑制することを目的とする。

請求項１に記載の建物は、地上に構築された構造体と、地下に設けられ、前記構造体に吹き付けられて該構造体に沿って下降する風を、該構造体の下を通して該構造体の反対側へ導く地下通風路と、を備えている。

請求項１に係る発明によれば、構造体に吹き付けられた風が、当該構造体に沿って下降し、地下通風路を通って構造体の反対側へ導かれる。これにより、構造体の反対側の空気が循環され、空気や熱の滞留が抑制される。従って、建物周辺の大気環境が改善される。

請求項２に記載の建物は、請求項１に記載の建物において、前記地下通風路が、前記構造体の下に設けられた第１通風路と、前記構造体の周囲の地盤又は基礎に設けられ、前記第１通風路へ風を導入し又は該第１通風路から風を導出する第２通風路と、を有している。

請求項２に係る発明によれば、地下通風路が、第１通風路と第２通風路を有している。第２通風路は、構造体の周囲の地盤又は基礎に設けられており、構造体に沿って下降した風が導入される。第２通風路に導入された風は、構造体の下に設けられた第１通風路に導入され、構造体の反対側に設けられた第２通風路から導出される。これにより、構造体の反対側の空気が循環され、構造体の反対側における空気や熱の滞留が抑制される。従って、建物周辺の大気環境が改善される。

請求項３に記載の建物は、請求項２に記載の建物において、前記地下通風路内に、風力発電装置が設置されている。

請求項３に係る発明によれば、地下通風路内に風力発電装置が設置されている。従って、地下通風路を通る風によって風力発電装置が作動され、風力エネルギーが電気エネルギーに変換される。

ここで、従来（例えば、特許文献１、２）のように、構造体の頂部や隅角部に風力発電装置を設置した場合、風力発電装置の振動や騒音が構造体に直接伝播され、構造体の環境性能が低下する恐れがある。また、風力発電装置の設置部には、風力に応じた応力が発生するため、当該設置部の補強が必要となり、構造体の重量が増加する恐れがある。更に、風力発電装置が地上に露出しているため、落雷対策等が必要となる。

これに対して本発明では、地下に設けられた地下通風路内に風力発電装置を設置することにより、風力発電装置の振動や騒音が地盤や基礎へ伝播されるため、構造体に伝播される振動や騒音が低減される。従って、構造体の環境性能が向上する。また、地盤や基礎に風力発電装置を設置することにより、構造体の重量を増加せずに、風力発電装置の設置部を補強することができる。更に、落雷対策が不要になると共に、構造体の頂部等に風力発電装置を設置する場合と比較して、風力発電装置へのアクセスが容易となり、風力発電装置のメンテナンス性が向上する。更にまた、地下通風路によって風が整流されるため、風力発電装置に対する風力の作用方向が特定の方向に制限される。従って、風力発電装置の発電効率が向上する。

請求項４に記載の建物は、請求項２又は請求項３に記載の建物において、前記構造体の側壁に設けられ、該構造体に沿って下降する風を前記第２通風路へ導くガイド部を備えている。

請求項４に係る発明によれば、構造体の側壁にガイド部が設けられている。このガイド部によって、構造体に沿って下降する風が第２通風路へ導かれる。従って、第２通風路へ導入される風量（流量）が増加するため、構造体の反対側における空気の循環効率が向上する。また、地下通風路内に風力発電装置を設置する構成では、単位面積当たりの風量が増加し、風速が大きくなるため、風力発電装置の発電効率が向上する。

請求項５に記載の建物は、請求項４に記載の建物において、前記ガイド部が、前記構造体の側壁に形成され、前記構造体の高さ方向に延びると共に、前記第２通風路に通じる溝である。

請求項５に係る発明によれば、ガイド部が、構造体の高さ方向に延びる溝とされている。この溝によって構造体に沿って下降する風を第２通風路へ導くことにより、構造体の側方へ回り込む風の風量が低減される。従って、高層ビル等で問題となるビル風等の突風が抑制される。

請求項６に記載の建物は、請求項４に記載の建物において、前記ガイド部が、前記構造体の側壁から突出し、前記構造体の高さ方向に延びると共に、前記第２通風路を間において対向するガイド部材である。

請求項６に係る発明によれば、ガイド部が、構造体の高さ方向へ延びるガイド部材とされている。このガイド部材は構造体の側壁から突出し、第２通風路を間において対向している。これらのガイド部材によって、構造体に沿って下降する風が第２通風路へ導かれる。また、ガイド部材の間隔や、構造体の側壁から突出する突出量を増減することにより、第２通風路へ導入する風量が調整される。

請求項７に記載の建物は、請求項１〜６の何れか１項に記載の建物において、前記構造体の下の地下に構築された地下基礎と、前記構造体と前記地下基礎との間に設けられ、免震層を形成する免震装置と、を備え、前記地下通風路が、前記免震層に設けられている。

請求項７に係る発明によれば、地下通風路が、構造体と地下基礎との間に形成された免震層に設けられている。このように免震層を地下通風路として流用することにより、地盤を掘削して地下通風路を設ける構成と比較して、コスト削減を図ることができる。

本発明は、上記の構成としたので、建物周辺の空気の滞留を抑制することができる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る建物を示す平面図であり、（Ｂ）は図１の１−１線断面図である。 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る建物を示す、図１の１−１線断面図であり、（Ｂ）は従来の建物を示す立面図である。 本発明の第２実施形態に係る建物を示す、平面図である。 本発明の第２実施形態に係る建物を示す、図３の４−４線断面図である。 本発明の第２実施形態に係る基礎を示す、斜視図である。 本発明の第１、第２実施形態に係る地下通風路の変形例を示す、平面図である。 （Ａ）は本発明の第１、第２実施形態に係る地下通風路の変形例を示す平面図であり、（Ｂ）は、本発明の第１、第２実施形態に係る風力発電装置の変形例を示す斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１、第２実施形態に係る地下通風路の変形例を示す、平面図である。 本発明の第１、第２実施形態に係る構造体の変形例を示す、斜視図である。 本発明の第１、第２実施形態に係る構造体の変形例を示す、斜視図である。 本発明の第１、第２実施形態に係る構造体の変形例を示す、斜視図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の風洞実験に係る試験体としての建物を示す、平面図である。 （Ａ）は本発明の風洞実験に係る試験体としての建物を示す斜視図であり、（Ｂ）は本発明の風洞実験に係る試験体としての建物を示す立面図である。 本発明の風洞実験に係る試験体としての建物の側方の風速比分布を示す分布図である。 本発明の風洞実験に係る試験体としての建物の側方の平均風速を計測する計測点を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の風洞実験に係る試験体としての建物の側方の風速比分布を示す分布図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の風洞実験に係る試験体としての建物の側方の風速比分布を示す分布図である。 本発明の風洞実験に係る試験体としての建物の開口幅比と風速比の関係を示すグラフである。 本発明の数値流体解析に係る地下通風内及び構造体の高さ方向の風速比分布を示す分布図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

先ず、第１実施形態に係る建物１０の構成について説明する。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）には、建物１０が示されている。建物１０は、基礎１２と構造体１４を備えている。基礎１２は、地盤Ｇを掘り下げた地下に構築されている。構造体１４は角柱状で基礎１２の上に構築され、その上部が地上へ露出している。

なお、構造体１４は多角柱状でも良いし、円柱状でも良い。また、構造体１４には、例えば、地下室や地下駐車場等の地下構造を設けても良い。即ち、構造体１４は、少なくもその上部が地上へ露出しており、風が吹き付けられる状態であれば良い。また、構造体１４は４つの側壁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄを有し、一の側壁１４Ａに直交する方向を矢印Ｘ方向で示し、この側壁１４Ａに隣接する他の側壁１４Ｂに直交する方向を矢印Ｙ方向で示し、矢印Ｘ方向を風が吹く方向として以下説明する。

基礎１２には、２つの地下通風路１６、１８が設けられている。各地下通風路１６、１８は、構造体１４の側壁１４Ａ及び側壁１４Ｂにそれぞれ直交又は略直交する方向に延びており、平面視にて構造体１４を横切っている。これにより、構造体１４の側壁１４Ａ及び側壁１４Ｂに沿って下降する風が地下通風路１６、１８に導入され易くなっている。これらの地下通風路１６、１８は平面視にて十字状に形成されており、構造体１４の中央部で交差する交差部２０で相互に通じている。

なお、本実施形態では、地下通風路１６、１８を構造体１４の側壁１４Ａ及び側壁１４Ｂにそれぞれ直交又は略直交させたが、地下通風路１６、１８を構造体１４の側壁１４Ａ及び側壁１４Ｂに対して傾斜させても良い。

各地下通風路１６、１８は、第１通風路１６Ａ、１８Ａと第２通風路１６Ｂ、１８Ｂを備えている。第１通風路１６Ａ、１８Ａは構造体１４の下に設けられている。第２通風路１６Ｂ、１８Ｂは、第１通風路１６Ａ、１８Ａの両端部から上方へ延び、基礎１２の上面に形成された通風口１６Ｃ、１８Ｃにそれぞれ通じている。通風口１６Ｃ、１８Ｃは矩形で、建物１０の各側壁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄに隣接しており、建物１０の側壁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄに沿って下降する風が導入可能になっている。

なお、通風口１６Ｃ、１８Ｃは、構造体１４の側壁１４Ａ、１４Ｃに沿って下降する風が導入可能な位置にあれば良く、側壁１４Ａ、１４Ｃから離れた位置に設けても良いし、その一部が平面視にて構造体１４と重なっていても良い。また、通風口１６Ｃ、１８Ｃには、落下防止用のネットや金網、若しくは通風口１６Ｃ、１８Ｃの外周にフェンス等を設けても良い。更に、本実施形態では、地下通風路１６、１８を基礎１２に設けたが、地盤に設けても良い。

ここで、２つの地下通風路１６、１８が交差する交差部２０には、風力発電装置２４が設けられている。風力発電装置２４は、プロペラ２４Ａの回転軸が水平とされた一般的な水平軸型の風力発電装置であり、プロペラ２４Ａが風を受けて回転することにより、図示しない発電機が作動して風力エネルギーが電気エネルギーに変換され、電力が発生するように構成されている。発生した電力は、図示しない配線等によって電子機器や蓄電池（二次電池）に導かれる。

また、プロペラ２４Ａの回転軸は、略鉛直に立てられた支軸によって回転可能に支持されており、風向きに応じてプロペラ２４Ａが風上側を向くように水平方向に回転可能になっている。これにより、例えば、第１通風路１６Ａ内を矢印Ｘ方向に吹く風に対しては、プロペラ２４Ａが図１（Ａ）において左側を向き、第１通風路１８Ａ内を矢印Ｙ方向に吹く風に対しては、プロペラ２４Ａが図１（Ａ）において上側を向くようになっている。なお、風力発電装置２４は、必要に応じて設ければ良く、適宜省略可能である。

次に、第１実施形態に係る建物１０の作用について説明する。

図２（Ａ）に示されるように、矢印Ｘ方向から構造体１４の側壁１４Ａに吹き付けられた風（矢印ａ）は当該側壁１４Ａに沿って下降し、基礎１２に形成された通風口１６Ｃから第２通風路１６Ｂに導入される。また、地表に沿って吹く風（矢印ｂ）は、地表から直接、若しくは構造体１４の側壁１４Ａに沿って下降して、通風口１６Ｃから第２通風路１６Ｂに導入される。第２通風路１６Ｂに導入された風は、構造体１４の下に設けられた第１通風路１６Ａに導入され、構造体１４の反対側（構造体１４の風下側）に設けられた第２通風路１６Ｂを通して通風口１６Ｃから導出される。これにより、構造体１４の反対側、即ち、構造体１４の風下側の空気が循環される。従って、構造体１４の風下側、特に構造体１４の背後における空気（例えば、建物１０の空調排気や汚染物質を含む自動車の排気ガス等）や熱の滞留が抑制されるため、構造体１４周辺の大気環境が改善される。

また、例えば、高層ビルが併設された沿岸部等では、これらの高層ビル群によって低温の海風等が遮られ、高層ビル群の風下側にある街区等でヒートアイランド現象等の高温化を招く恐れがある。これに対して本実施形態では、地下通風路１６、１８を通して構造体１４の風下側へ低温の海風等が導かれるため、前述した街区等の高温化を抑制することができる。

更に、本実施形態では、地下通風路１６、１８に風が導入されると、地下通風路１６、１８の交差部２０（図１（Ａ）参照）に設けられた風力発電装置２４によって風力エネルギーが電気エネルギーに変換される。即ち、風力発電装置２４のプロペラ２４Ａが地下通風路１６、１８を通る風を受けて回転することにより、図示しない発電機が作動して風力エネルギーが電気エネルギーに変換される。

ここで、従来（例えば、特許文献１、２）のように、構造体１４の頂部や隅角部に風力発電装置２４を設置した場合、風力発電装置２４の振動や騒音が構造体１４に直接伝播され、構造体１４の環境性能が低下する恐れがある。また、風力発電装置２４の設置部には、風力に応じた応力が発生するため、当該設置部の補強が必要となり、構造体１４の重量が増加する恐れがある。更に、風力発電装置２４が地上に露出しているため、落雷対策等が必要となる。

これに対して本実施形態では、地下通風路１６、１８内に風力発電装置２４を設置することにより、風力発電装置２４の振動や騒音が基礎１２を介して地盤Ｇへ伝播されるため、構造体１４に伝播される振動や騒音が低減される。従って、構造体１４の環境性能が向上する。また、基礎１２に設けられた地下通風路１６、１８に風力発電装置２４を設置することにより、構造体１４の重量を増加せずに、風力発電装置２４の設置部を補強することができる。更に、落雷対策等が不要になると共に、構造体１４の頂部や隅角部に風力発電装置２４を設置した場合と比較して、風力発電装置２４へのアクセスが容易となるため、風力発電装置２４のメンテナンス性が向上する。

更に、構造体１４の頂部の風上側端部では平均風速の水平成分が小さいため、風力発電装置の発電効率が悪い。即ち、図２（Ｂ）に示されるように、構造体１４の頂部周辺では、矢印Ｘ方向から構造体１４の側壁１４Ａに吹き付けられた風が当該側壁１４Ａに沿って上昇する（矢印ｃ）。この上昇風により構造体１４の頂部の風上側端部では平均風速の鉛直成分（吹き上げ成分）が大きくなる。しかしながら、平均風速の水平成分は小さいため、構造体１４の頂部の風上側端部に一般的な水平軸型の風力発電装置２００を設置しても発電効率を高めることはできない。また、構造体１４の頂部の風上側端部から風下側へ離れた中央部では相対的に平均風速が小さくなり、また、逆流風（矢印ｄ）等によって風が乱れるため（一般に、１０％〜３０％程度）、風向の変化が大きくなる。従って、風力発電装置２０２に対して特定方向に安定して吹く風が供給されないため、発電効率が悪くなる。

これに対して本実施形態では、地下通風路１６、１８によって風向が特定の方向に制限されると共に、風の乱れが小さくなるため（１０％以下）、風力発電装置２４に対して特定方向に吹く風が安定して供給される。従って、平均風速の水平成分が構造体１４の頂部の風上側端部の平均風速の水平成分よりも大きくなるため、風力発電装置２４の発電効率が向上する。なお、構造体１４の頂部に風力発電装置２００、２０２を設置した場合を例に説明したが、構造体１４の隅角部に風力発電装置を設置した場合も同様に、風の乱れ等によって風力発電装置の発電効率が悪くなる。

また、本実施形態では、地下通風路１６、１８を平面視にて十字状に設けたことにより、構造体１４に対して四方向から吹き付ける風が、地下通風路１６、１８を通して構造体１４の反対側へそれぞれ導かれる。これにより、構造体１４の全周において、空気が循環され、空気や熱の滞留が抑制される。従って、構造体１４の全周の大気環境が改善される。また、風が吹く方向を問わずに、風力発電装置２４を作動させることができる。従って、発電量の安定化を図ることができる。

次に、第２実施形態に係る建物の構成について説明する。なお、第１実施形態と同じ構成のものは同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図３〜図５に示されるように、第２実施形態に係る建物３０では、地下通風路３６、３８が構造体１４と基礎３２との間に形成された免震層Ｌに設けられている。基礎３２は、基礎スラブ（地下基礎）４０（図４参照）と擁壁４２を備えている。基礎スラブ４０は、地盤Ｇを掘り下げた地下に構築され、その上面に複数の免震装置４４が設置されている。これらの免震装置４４によって構造体１４が支持されると共に、基礎スラブ４０と構造体１４との間に免震層Ｌが形成されている。

基礎スラブ４０の外周部には、構造体１４の下部を囲む擁壁４２が立てられている。擁壁４２と構造体１４との間には、構造体１４の水平方向の変位を許容する隙間が形成されている。また、構造体１４の下部には、当該構造体１４の側壁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄから擁壁４２の上方へ張り出す張出し部４６が設けられている。この張出し部４６によって構造体１４と擁壁４２との隙間が覆われている。

免震層Ｌには２つの地下通風路３６、３８が形成されている。各地下通風路３６、３８は、建物１０の側壁１４Ａ及び側壁１４Ｂにそれぞれ直交又は略直交する方向に延びており、平面視にて構造体１４を横切っている。これらの地下通風路３６、３８は平面視にて十字状に形成されており、構造体１４の中央部で交差する交差部４８（図３参照）で相互に通じている。

各地下通風路３６、３８は、第１通風路３６Ａ、３８Ａと第２通風路３６Ｂ、３８Ｂを備え、隣接する免震装置４４の間に、対向して立てられた仕切り壁５０、５２によって形成されている。仕切り壁５０、５２は、図４に示されるようにＬ型状の板材で、基礎スラブ４０及び擁壁４２にまたがって配置されている。第１通風路３６Ａ、３８Ａは構造体１４の下に設けられており、第２通風路３６Ｂ、３８Ｂは、第１通風路３６Ａ、３８Ａの両端部から擁壁４２に沿って上方へ延び、構造体１４の張出し部４６に形成された通風口３６Ｃ、３８Ｃにそれぞれ通じている。

なお、各仕切り壁５０、５２は、地震時における免震装置４４の水平変形を阻害しないように、免震装置４４との間に所定の間隔を空けて設けることが望ましい。また、仕切り壁５０、５２は、地震時における構造体１４の水平移動を阻害しないように、構造体１４及び基礎１２の何れか一方に固定し、構造体１４及び基礎１２の何れか他方とは縁を切ることが望ましい。

通風口３６Ｃ、３８Ｃは矩形で、構造体１４の各側壁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄに隣接しており、これらの側壁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄに沿って下降する風が導入可能になっている。また、２つの地下通風路３６、３８が交差する交差部４８には、風力発電装置２４が設けられている。

次に、第２実施形態に係る建物の作用について説明する。

図４に示されるように、矢印Ｘ方向から構造体１４の側壁１４Ａに吹き付けられた風（矢印ａ）は当該側壁１４Ａに沿って下降し、張出し部４６に形成された通風口３６Ｃから第２通風路３６Ｂに導入される。また、構造体１４の張出し部４６に沿って吹く風（矢印ｂ）は、張出し部４６から直接、若しくは構造体１４の側壁１４Ａに沿って下降して、通風口３６Ｃから第２通風路３６Ｂに導入される。第２通風路３６Ｂに導入された風は、構造体１４の下に設けられた第１通風路３６Ａに導入され、構造体１４の反対側（構造体１４の風下側）に設けられた第２通風路３６Ｂを通して通風口３６Ｃから導出される。

また、本実施形態では、地下通風路３６、３８に風が導入されると、地下通風路３６、３８の交差部４８（図３参照）に設けられた風力発電装置２４によって風力エネルギーが電気エネルギーに変換される。即ち、風力発電装置２４のプロペラ２４Ａが地下通風路３６、３８を通る風を受けて回転することにより、図示しない発電機が作動して風力エネルギーが電気エネルギーに変換される。

従って、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、免震層Ｌに地下通風路３６、３８を設けたことにより、地盤Ｇを掘削して地下通風路３６、３８を設ける構成と比較して、コスト削減を図ることができる。

次に、上記第１、第２実施形態に係る地下通風路の変形例について説明する。なお、第１実施形態に係る地下通風路１６、１８を用いて説明するが、以下で説明する各変形例は第２実施形態に係る地下通風路３６、３８にも適用可能である。

図６に示されるように、２つの地下通風路１６、１８が交差する交差部２０に開閉手段を設けても良い。開閉手段は、略鉛直に立てられる回転軸６２と、回転軸６２に回転可能に支持される回転板６４を備え、交差部２０の外周に複数（図６では、８つ）設けられている。これらの開閉手段は、各々の回転板６４が同じ向きとなるように設けられている。各回転板６４は図示しないモータ等の駆動源によって回転駆動され、一方の第１通風路１８Ａ（又は第１通風路１６Ａ）に対して回転板６４が直交すると、当該第１通風路１８Ａ（又は第１通風路１６Ａ）が閉じられ、他方の第１通風路１６Ａ（又は第１通風路１８Ａ）が開放されるようになっている（図６に示す状態）。

駆動源には、当該駆動源を電気的に制御する切替手段（図示省略）が接続されている。この切替手段は、構造体１４（図２（Ａ）参照）の頂部に設置されて構造体１４に吹き付ける風の向きを検出する風向センサ（図示省略）に接続されている。この切替手段が、風向センサで検出された風向に応じて駆動源を作動することにより、２つの地下通風路１６、１８が切り替えられるようになっている。

このように、構造体１４に吹き付ける風の風向に応じて２つの地下通風路１６、１８を切り替えることにより、風力発電装置２４の発電効率を高めことができる。例えば、矢印Ｘ方向（図１（Ａ）参照）から構造体１４に吹き付ける風の風速が、矢印Ｙ方向（図１（Ａ）参照）から構造体１４に吹き付ける風の風速よりも大きい場合、図６に示されるように、各開閉手段の回転板６４を回転させて地下通風路１８を閉じると共に、地下通風路１６を開放することで、風速が大きい矢印Ｘ方向の風（矢印Ｗ）を風力発電装置２４に供給することができる。また、回転板６４によって地下通風路１８が遮蔽され、地下通風路１６から地下通風路１８へ流れる風が低減されるため、交差部２０を通過する単位面積当たりの風量が増加する。更に、回転板６４によって地下通風路１８から交差部２０に吹き込む風が遮蔽されるため、交差部２０における風の乱れが抑制される。従って、風力発電装置２４の発電効率が向上する。

次に、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示されるように、風力発電装置２４に、開閉手段としての一対の開閉翼６６を設けても良い。これらの開閉翼６６は平面視にて円弧状に湾曲され、風力発電装置２４を間において対向すると共に、風力発電装置２４の鉛直軸２４Ｂに回転可能に取り付けられている。この開閉翼６６が回転することより、地下通風路１６、１８の一方が閉じられ、地下通風路１６、１８の他方が開放されるようになっている。

この開閉翼６６により構造体１４に吹き付ける風の風向に応じて２つの地下通風路１６、１８を切り替えることにより、風力発電装置２４の発電効率を高めことができる。なお、開閉翼６６は、モータ等の駆動源を用いて回転駆動しても良いし、風を受けて回転するように構成しても良い。

次に、上記第１、第２実施形態では、水平軸型の風力発電装置２４を用いたが、図８（Ａ）に示されるように、鉛直軸型の風力発電装置６８を用いても良い。この風力発電装置６８は、略鉛直に立てられた鉛直軸６８Ａと、当該鉛直軸６８Ａに回転可能に取り付けられた３枚の回転翼６８Ｂを備えている。これらの回転翼６８Ｂが風を受けて回転することにより、図示しない発電機が作動され、風力エネルギーが電気エネルギーに変換されて電力が発生するように構成されている。

また、図８（Ａ）に示されるように、地下通風路１６、１８には、断面減少部７０、７２を設けても良い。この断面減少部７０、７２により、通風口１６Ｃ、１８Ｃ（図１（Ａ）参照）から風力発電装置６８に向かって地下通風路１６、１８の断面積を徐々に減少させることにより、単位面積当たりの風量（流量）が増加するため風速が大きくなる。従って、風力発電装置６８の発電効率が向上する。なお、図８（Ａ）に示す構成では、地下通風路１６、１８の幅を徐々に減少させたが、地下通風路１６、１８の高さを徐々に減少させても良い。また、断面減少部７０、７２は、第１通風路１６Ａ、１８Ａに設けても良いし、第２通風路１６Ｂ、１８Ｂに設けても良い。

次に、上記第１、第２実施形態では、２つの地下通風路１６、１８（地下通風路３６、３８）が交差する交差部２０（交差部４８）に風力発電装置２４を設けたがこれに限らず、第１通風路１６Ａ、１８Ａ（第１通風路３６Ａ、３８Ａ）、第２通風路１６Ｂ、１８Ｂ（第２通風路３６Ｂ、３８Ｂ）に風力発電装置２４を設置しても良い。また、１つの地下通風路１６、１８（地下通風路３６、３８）に対して、複数の風力発電装置２４を設置しても良い。この場合、図８（Ｂ）に示されるように、各風力発電装置２４を風が吹く方向（矢印Ｗ方向）に重ねず、かつ、風が吹く方向に所定の間隔を空けて階段状（又は千鳥状）に配列することが望ましい。隣接する風力発電装置２４の影響を低減することができるためである。

次に、上記第１、第２実施形態に係る構造体の変形例について説明する。

構造体１４には、側壁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄに沿って下降する風を第２通風路１６Ｂ、１８Ｂ、３６Ｂ、３８Ｂへ導くガイド部を設けても良い。具体的には、図９に示されるように、構造体１４の側壁１４Ａ、１４Ｃには、当該側壁１４Ａ、１４Ｃから凹んだガイド部としての溝７４がそれぞれ形成されている。溝７４は平面視にて矩形状で、構造体１４の底部から当該構造体１４の高さ方向（矢印Ｈ方向）に延びて構造体１４の頂部に達している。これらの溝７４は、基礎１２に設けられた地下通風路７６の通風口７６Ｃにそれぞれ通じている。

地下通風路７６は、第１通風路７６Ａと第２通風路７６Ｂを備えている。第１通風路７６Ａは構造体１４の下に設けられており、第２通風路７６Ｂは第１通風路７６Ａの両端部から上方へ延び、構造体１４の周囲の基礎１２に形成された通風口７６Ｃにそれぞれ通じる。これにより、構造体１４の溝７４に沿って下降する風が、通風口７６Ｃから第２通風路７６Ｂへ導入可能になっている。
なお、構造体１４の周囲とは、側壁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄの外側だけでなく、溝７４のように側壁１４Ａ、１４Ｃから凹んだ部分も含む概念である。

このように、構造体１４の側壁１４Ａ、１４Ｃに溝７４を形成することにより、当該溝７４に沿って下降する風が通風口７６Ｃから第２通風路７６Ｂへ導かれる。これにより、第２通風路７６Ｂへ導入される風量が増加するため、構造体１４の反対側における空気の循環効率が向上する。また、第２通風路７６Ｂ内に導入される風の風量が増加し、地下通風路７６内の風速が大きくなるため、風力発電装置２４（図１（Ｂ）参照）の発電効率が向上する。更に、溝７４によって構造体１４の側壁１４Ａ、１４Ｃに沿って下降する風を第２通風路７６Ｂへ導くことにより、構造体１４の側壁１４Ｂ、１４Ｄ側へ回り込む風（矢印Ｒ）の風量が低減される。従って、高層ビル等で問題となるビル風等の突風が抑制される。

ここで、構造体の側方へ回り込む風（ビル風）を低減する手段として、植栽などを設けることが一般に行われている。しかしながら、都心部等では敷地面積に余裕がなく、植栽の設置スペースの確保が困難であることが多い。これに対して本変形例では、このような植栽等を省略することできるため、敷地面積に余裕がない構造体にも適用することができる。

また、図１０に示されるように、溝７４に、構造体１４の頂部に向かって幅が広がる幅増加部７８を設けることにより、第２通風路７６Ｂへ導く風量を更に増加することができる。これにより、構造体１４の反対側における空気の循環効率、及び風力発電装置２４の発電効率を更に向上することができる。なお、溝７４の幅だけでなく、溝７４の深さによっても第２通風路７６Ｂへ導入する風量を調整することができる。
なお、溝７４は、必ずしも構造体１４の頂部から設ける必要はなく、構造体１４の任意の高さから設けても良い。

また、図１１に示されるように、構造体１４の側壁１４Ａ、１４Ｃに一対のガイド部材８０Ａ、８０Ｂを設けても良い。ガイド部材８０Ａ、８０Ｂは構造体１４の側壁１４Ａ、１４Ｃから突出し、側壁１４Ａ、１４Ｃの幅方向に対向すると共に、構造体１４の底部から当該構造体１４の高さ方向（矢印Ｈ方向）へ延びている。ガイド部材８０Ａ、８０Ｂの間には、構造体１４の側壁１４Ａ、１４Ｃに隣接して形成された通風口１６Ｃが設けられており、これらのガイド部材８０Ａ、８０Ｂによって構造体１４の側壁１４Ａ、１４Ｃに沿って下降する風が通風口１６Ｃを通して第２通風路１６Ｂへ導入可能となっている。

従って、第２通風路１６Ｂ、１８Ｂへ導入される風量が増加するため、構造体１４の反対側における空気の循環効率が向上する。また、第２通風路１６Ｂ内に導入される風の風量が増加し、地下通風路１６内の風速が大きくなるため、風力発電装置２４（図１（Ｂ）参照）の発電効率が向上する。更に、ガイド部材８０Ａ、８０Ｂの間隔や高さ、構造体１４の側壁１４Ａ、１４Ｃから突出する突出量を増減することにより、第２通風路１６Ｂ、１８Ｂへ導入する風量を調整することができる。

次に、風洞実験について説明する。本風洞実験では、ケース１、２について実験を行った。以下、ケース１、２ごとに説明する。

[ケース１]
＜実験概要＞
先ず、ケース１について説明する。ケース１では、地下通風路の数、ガイド部の有無、ガイド部の形状をパラメータとして付与し、特定方向から試験体としての建物に風洞気流を当て、地下通風路内の風速を計測した。

＜試験体＞
図１２（Ａ）〜図１２（Ｅ）には、試験体としての建物Ｔ１〜Ｔ５の平面図が示されており、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）には、建物Ｔ２の斜視図及び立面図がそれぞれ示されている。図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示されるように、各建物Ｔ１〜Ｔ５は構造体８４を備えている。構造体８４は正四角柱で４つの側壁８４Ａ、８４Ｂ、８４Ｃ、８４Ｄを有し、高さＨ＝３００ｍｍ、幅Ｂ＝１００ｍｍである。

建物Ｔ１には、図１２（Ａ）に示されるように、地下通風路が設けられておらず、評価基準となっている。
建物Ｔ２には、図１２（Ｂ）に示されるように、２つの地下通風路８６、８８が設けられている。各地下通風路８６、８８は、構造体８４の側壁８４Ａ及び側壁８４Ｂにそれぞれ直交する方向に延びており、平面視にて構造体８４を横切っている。これらの地下通風路８６、８８は平面視にて十字状に形成されており、構造体８４の中央部で交差する交差部９０で相互に通じている。地下通風路８６、８８の断面は、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示されるように、幅ｂ＝５０ｍｍ、高さｈ＝２０ｍｍとされており、地下通風路８６、８８の通風口８６Ｃ、８８Ｃは、幅ｂ＝５０ｍｍ、奥行ｄ＝２０ｍｍとされている。なお、地下通風路８６の寸法は、以下の建物Ｔ３〜Ｔ５に共通である。
建物Ｔ３には、図１２（Ｃ）に示されるように、１つの地下通風路８６が設けられている。
建物Ｔ４には、図１２（Ｄ）に示されるように、１つの地下通風路８６が設けられている。また、構造体８４の側壁８４Ａ、８４Ｃに、ガイド部としてのガイド部材９２Ａ、９２Ｂ（高さ１００ｍｍ）がそれぞれ設けられている。
建物Ｔ５には、図１２（Ｄ）に示されるように、１つの地下通風路８６が設けられている。また、構造体８４の側壁８４Ａ、８４Ｃには、ガイド部としての溝９４（深さ２０ｍｍ）が設けられている。

＜実験方法＞
矢印Ｘ方向（図１３（Ａ）参照）から各建物Ｔ１〜Ｔ５に風洞気流を当て、建物Ｔ１については、構造体８４の頂部中央部に設置された風速計Ｐで風速を計測し、建物Ｔ２〜Ｔ５については、地下通風路８６内の中央部に設置された風速計Ｐで風速を計測した。この風速計Ｐは、構造体８４の頂部の床又は地下通風路８６の床から高さ１０ｍｍの位置に設置されている。

なお、評価基準となる構造体８４の高さＨ＝３００ｍｍでの平均風速（以下、「基準風速Ｕ_Ｈ」という）も計測した。この基準風速Ｕ_Ｈは、構造体８４の影響を受けないように構造体８４から充分離れた位置で計測した。

＜実験結果＞
建物Ｔ１の構造体８４の頂部中央部の平均風速Ｕ、及び建物Ｔ２〜Ｔ５の地下通風路８６、８８内の平均風速Ｕの計測結果を表１に示す。なお、各平均風速Ｕの計測結果は、基準風速Ｕ_Ｈに対する平均風速Ｕの比（以下、「風速比Ｕ／Ｕ_Ｈ」という）として表している。

なお、地下通風路内の平均風速の理論値は、下記式（１）によって求められる。

ただし、
α ：流量係数（地下通風路の形状に起因する係数）
ΔＣ：＝Ｃ_１−Ｃ_２
Ｃ_１：構造体の風上側の風圧係数（構造体の形状に起因する係数）
Ｃ_２：構造体の風下側の風圧係数（構造体の形状に起因する係数）
Ｕ_Ｈ：基準風速（構造体高さでの平均風速）
である。

表１から分かるように、建物Ｔ１における構造体８４の頂部中央部の風速比Ｕ／Ｕ_Ｈが０．４５であるのに対し、建物Ｔ２〜Ｔ５における地下通風路８６、８８内の風速比Ｕ／Ｕ_Ｈは、それぞれ０．５７、０．７３、０．７５、０．８５となっており、建物Ｔ１における構造体８４の頂部中央部の平均風速Ｕよりも、建物Ｔ２〜Ｔ５における地下通風路８６内の平均風速Ｕが増加した。

ここで、風力発電装置の発電効率は、一般に風力発電装置が受ける風速の３乗に比例する。従って、構造体８４の頂部中央部に風力発電装置２４を設置した場合と比較して、地下通風路８６、８８内に風力発電装置２４（図１（Ｂ）参照）を設置することにより、風力発電装置２４の発電効率を向上することができる。仮に、地下通風路８６内の平均風速Ｕを構造体８４の頂部中央部の平均風速Ｕの２倍として試算すると、地下通風路８６内に設置された風力発電装置２４の発電効率は、構造体８４の頂部中央部の設置された風力発電装置２４の発電効率の８倍（＝２^３）になる。

また、表１から分かるように、建物Ｔ４及び建物Ｔ５では、建物Ｔ２及び建物Ｔ３よりも風速比Ｕ／Ｕ_Ｈが大きくなっている。即ち、ガイド部材９２Ａ、９２Ｂ又は溝９４を設けることにより、風力発電装置２４の発電効率が向上することが分かる。これは、ガイド部としてのガイド部材９２Ａ、９２Ｂ又は溝９４によって、構造体８４の側壁８４Ａに沿って下降した風が通風口８６Ｃから地下通風路８６に導かれ、地下通風路８６内の風量が増加したためと考えられる。

また、図１４には、建物Ｔ５の構造体８４の側方（側壁８４Ｄ側）で計測した風速比分布が示されている。この建物Ｔ５の風速比分布は、建物Ｔ１の構造体８４の側方の平均風速Ｕ_Ｔ１に対する建物Ｔ５の構造体８４の側方の平均風速Ｕ_Ｔ５の比（風速比Ｕ_Ｔ５／Ｕ_Ｔ１）を算出し、同じ値の風速比Ｕ_Ｔ５／Ｕ_Ｔ１を線で結んだものであり、例えば、１．００の線上では平均風速Ｕ_Ｔ１と平均風速Ｕ_Ｔ５が同じであることを意味する。これらの建物Ｔ１及び建物Ｔ５の構造体８４の側方の平均風速Ｕ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ５は、図１５に示されるように、床から高さ１０ｍｍの位置に設置された複数の計測点（二点鎖線で囲まれた領域内の黒丸）で計測した。

図１４から分かるように、建物Ｔ５の構造体８４の側方では、風速比Ｕ_Ｔ５／Ｕ_Ｔ１＝１．００の線を境に構造体８４側で、建物Ｔ１よりも平均風速Ｕ_Ｔ５が小さくなった。このことから、ガイド部として溝９４を設けることにより、構造体８４の側方へ回り込む風の風速が低減されたことが分かる。これは、ガイド部としての溝９４によって構造体８４に側壁８４Ａに吹き付けられた風が地下通風路８６へ導かれた結果、構造体８４の側方へ回り込む風の風量が減少したためと考えられる。

更に、図１９には、建物Ｔ３の中心位置での縦断面図が示されており、数値流体解析で解析した地下通風路８６内及び構造体８４の高さ方向の風速比分布が示されている。この風速比分布は、基準風速Ｕ_Ｈに対する建物Ｔ３の平均風速Ｕの比（風速比Ｕ／Ｕ_Ｈ）として表している。

図１９から分かるように、構造体８４の頂部における中央部及び風下側端部付近では風速比Ｕ／Ｕ_Ｈが約０〜０．１となり、平均風速が小さくなることが分かる。また、構造体８４の頂部における風上側端部付近では風速比Ｕ／Ｕ_Ｈが約１になっているものの、これは前述したように、構造体８４の側壁８４Ａ（図１２（Ｃ）参照）に沿って上昇する上昇風に起因する平均風速の鉛直成分によるものであり、その水平成分は小さくなる。従って、構造体１４の頂部付近に一般的な水平軸型の風力発電装置を設置しても発電効率を高めることはできない。一方、構造体８４の頂部の上方では、風速比Ｕ／Ｕ_Ｈが約１となっているが、構造体８４の頂部から相当離れている。従って、この領域に風力発電装置のプロペラを設置するためには、プロペラ高さを高くする必要があり、風力発電装置が大型化する。

これに対して地下通風路８６内では、風速比Ｕ／Ｕ_Ｈが約０．６〜０．８となっており、構造体８４の頂部と比較して、風力発電装置の発電効率が向上することが分かる。また、地下通風路８６内では、床付近で風速比Ｕ／Ｕ_Ｈが大きくなっているため、プロペラ高さを低く抑えることが可能となり、構造体８４の頂部に風力発電装置を設置する場合と比較して、風力発電装置の小型化を図ることができる。

[ケース２]
＜実験概要＞
次に、ケース２について説明する。ケース２では、建物Ｔ３に対して通風口８６Ｃ、８８Ｃの開口幅ｂをパラメータとして付与し、開口幅ｂが地下通風路８６、８８内の風速、及び構造体８４の側方（地上）へ回り込む風の風速に与える影響を検証した。

＜試験体＞
図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）、図１７（Ａ）、及び図１７（Ｂ）には、試験体としての４つの建物Ｔ３１、Ｔ３２、Ｔ３３、Ｔ３４が示されている。各建物Ｔ３１、Ｔ３２、Ｔ３３、Ｔ３４の開口幅ｂは、それぞれ１０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ、８０ｍｍであり、構造体８４の幅Ｂ（１００ｍｍ）に対する開口幅ｂの比（以下、「開口幅比ｂ／Ｂ」という）は、それぞれ０．１、０．３、０．５、０．８である。なお、開口幅ｂに応じて地下通風路８６の幅も増減している。また、建物Ｔ３３は、図１２（Ｃ）に示す建物Ｔ３と同じ構成である。

＜実験結果＞
図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）、図１７（Ａ）、及び図１７（Ｂ）には、各建物Ｔ３１〜Ｔ３４の構造体８４の側方（側壁８４Ｄ側）で計測した風速分布が示されている。これらの風速分布は、建物Ｔ１の構造体８４の側方の平均風速Ｕ_Ｔ１に対する各建物Ｔ３１〜Ｔ３４の構造体８４の側方の平均風速Ｕ_Ｔ３１、Ｕ_Ｔ３２、Ｕ_Ｔ３３、Ｕ_Ｔ３４の比（風速比）をそれぞれ算出し、建物Ｔ３１〜Ｔ３４ごとに同じ値の風速比Ｕ_Ｔ３１／Ｕ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ３２／Ｕ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ３３／Ｕ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ３４／Ｕ_Ｔ１を線で結んだものである。なお、各平均風速Ｕ_Ｔ１、Ｕ_Ｔ３１、Ｕ_Ｔ３２、Ｕ_Ｔ３３、Ｕ_Ｔ３４は、図１５に示した複数の計測点（二点鎖線で囲まれた領域内の黒丸）で計測した。

図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）から分かるように、建物Ｔ３１、Ｔ３２では構造体８４の側方の平均風速Ｕ_Ｔ３１、Ｕ_Ｔ３２が、風速比１．００の線を境に構造体８４側で建物Ｔ１の平均風速Ｕ_Ｔ１よりも小さくなった。一方、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）から分かるように、建物Ｔ３３、Ｔ３４では構造体８４の側方の平均風速Ｕ_Ｔ３１、Ｕ_Ｔ３２が、建物Ｔ１の平均風速Ｕ_Ｔ１よりも大きくなった。このことから、開口幅比ｂ／Ｂを０．３以下にすることにより、構造体８４の側方へ回り込む風の平均風速を低減することができることが分かる。従って、構造体８４の側方へ回り込む風の平均風速を低減するためには、開口幅比ｂ／Ｂを０．３以下（ｂ／Ｂ≦０．３）にすることが望ましい。

また、図１８には、開口幅比ｂ／Ｂと地下通風路８６内の風速比Ｕ／Ｕ_Ｈの関係が示されている。なお、図１８には、追加で実施した開口幅比ｂ／Ｂ＝０．６の実験結果も示されている。この図１８から分かるように、開口幅比ｂ／Ｂが０．１〜０．５では、風速比Ｕ／Ｕ_Ｈが０．７５前後で保持されるのに対し、開口幅比ｂ／Ｂが０．５を超えると、風速比Ｕ／Ｕ_Ｈが徐々に減少することが分かる。即ち、開口幅比ｂ／Ｂを０．５以下にすることにより、地下通風路８６、８８内の平均風速を確保できることが分かる。従って、地下通風路８６、８８内の平均風速を確保するためには、開口幅比ｂ／Ｂを０．５以下（ｂ／Ｂ≦０．５）にすることが望ましい。

ただし、開口幅比ｂ／Ｂは、地下通風路８６内に設置される風力発電装置の設置数や大きさを考慮して設定することが望ましい。地下通風路８６の断面積が大きいほど、風力発電装置の設置数を増やしたり、大きな風力発電装置を設置したりすることができ、発電量を増加することができるためである。

このように、上記第１、第２実施形態に係る建物１０、３０では、開口幅比ｂ／Ｂを０．５以下にすることにより、地下通風路８６、８８内の平均風速を確保することができ、更に、開口幅比ｂ／Ｂを０．３以下にすることにより、構造体１４の側方に回り込む風の風速を低減することができる。

以上、本発明の第１、第２の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、第１、第２の実施形態を組み合わせて用いてもよいし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０ 建物
１２ 基礎
１４ 構造体
１６ 地下通風路
１６Ａ 第１通風路
１６Ｂ 第２通風路
１８ 地下通風路
１８Ａ 第１通風路
１８Ｂ 第２通風路
２４ 風力発電装置
３０ 建物
３２ 基礎
３６ 地下通風路
３６Ａ 第１通風路
３６Ｂ 第２通風路
３８ 地下通風路
３８Ａ 第１通風路
３８Ｂ 第２通風路
４０ 基礎スラブ（地下基礎）
４４ 免震装置
６８ 風力発電装置
７４ 溝（ガイド部）
７６ 地下通風路
７６Ａ 第１通風路
７６Ｂ 第２通風路
８０Ａ ガイド部材（ガイド部）
８０Ｂ ガイド部材（ガイド部）

Claims (7)

1. 地上に構築された構造体と、
   地下に設けられ、前記構造体に吹き付けられて該構造体に沿って下降する風を、該構造体の下を通して該構造体の反対側へ導く地下通風路と、
   を備える建物。
2. 前記地下通風路が、
   前記構造体の下に設けられた第１通風路と、
   前記構造体の周囲の地盤又は基礎に設けられ、前記第１通風路へ風を導入し又は該第１通風路から風を導出する第２通風路と、
   を有する請求項１に記載の建物。
3. 前記地下通風路内に、風力発電装置が設置されている請求項２に記載の建物。
4. 前記構造体の側壁に設けられ、該構造体に沿って下降する風を前記第２通風路へ導くガイド部を備える請求項２又は請求項３に記載の建物。
5. 前記ガイド部が、前記構造体の側壁に形成され、前記構造体の高さ方向に延びると共に、前記第２通風路に通じる溝である請求項４に記載の建物。
6. 前記ガイド部が、前記構造体の側壁から突出し、前記構造体の高さ方向に延びると共に、前記第２通風路を間において対向するガイド部材である請求項４に記載の建物。
7. 前記構造体の下の地下に構築された地下基礎と、
   前記構造体と前記地下基礎との間に設けられ、免震層を形成する免震装置と、
   を備え、
   前記地下通風路が、前記免震層に設けられている請求項１〜６の何れか１項に記載の建物。