JP2017179787A - 上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】従来と比較し、ダブルスキンシステムの省エネルギー効果及び自然換気効率を高めることを可能にした建物のダブルスキンシステムの運転方法を提供する。【解決手段】夏期には、上部換気口４と下部換気口３を開状態にするとともに建物１の室内の空気をダブルスキン換気路２に排気させる。夏期と冬期の間の中間期には、上部換気口４を開状態、下部換気口３を閉状態とし、且つ上部換気口４、及び室内の壁に設けた開口を通じて、建物１の屋外から室内、室内からダブルスキン換気路２、ダブルスキン換気路２から屋外に空気を流通させる。冬期には、日射量が少ないときに上部換気口４と下部換気口３を閉状態とし、日射量が多いときにダブルスキン換気路２内の暖かい空気を空調機あるいは外調機に取り入れて暖房用エネルギーとして利用する。【選択図】図１

Description

本発明は、上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステムに関する。

環境配慮型ビルなどには、建物の外壁の一部あるいは全面をガラスで被覆し、外壁とガラスの間に空気を流通／換気させることにより、夏期に室内への日射侵入熱の軽減効果、冬期に室内への断熱効果を発揮し、建物内部、特にペリメーターゾーンの温熱環境を向上させ、空調の省エネルギー化を可能にするダブルスキンカーテンウォールが用いられている。

また、例えば特許文献１、特許文献２に開示されるようなダブルスキンシステムでは、外側のガラス面の下部に空気（外気）を導入する下部換気口（導入口）、上部に空気を排出する上部換気口（排出口）を設け、ダブルスキンカーテンウォール内が日射熱により温められることで下部換気口から空気を取り入れ、外壁とガラスの間のダブルスキン換気路（中空層）を温められた空気が上昇して上部換気口から排気され、自動的に換気することができる。

特開２００２−２５６６３７号公報 特開２０１３−１７７７５６号公報

ここで、上記の特許文献１のようなダブルスキンシステムにおいては、下部換気口と上部換気口に連通切替機構を設け、さらに屋外通気口と室内通気口を設け、連通切替機構が屋外通気口または室内通気口のいずれか一方を選択してダブルスキン換気路（中空層）に連通させ、２つの連通切替機構を使用して中空層内を流通する空気の循環路を季節に応じて屋外または室内のいずれかに切り替えるように構成されている。

しかしながら、特許文献１のようなダブルスキンシステムは、単層タイプのダブルスキンカーテンウォールであり、複数層または全層タイプへの適用が難しい。また、中間期に自然換気を行うと外部風圧及び外部風速の影響を強く受け、風が吹いていない時には換気量が低下するという不都合が生じてしまう。

また、上記の特許文献２のようなダブルスキンシステムは、冬期のダブルスキンカーテンウォール内の暖気取り入れにおいて、ダブルスキンカーテンウォール下部から外気を取り入れるため、ダブルスキンカーテンウォール下層部の温度低下が生じ、室内へのコールドドラフトを招くおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑み、従来と比較し、ダブルスキンカーテンウォールの省エネルギー効果及び自然換気効率を高めることを可能にした上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステムを提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステムは、建物の全階層又は複数階層にわたって設けられるダブルスキンカーテンウォールと、前記ダブルスキンカーテンウォールによって形成され、空気を導入するための下部換気口を下方に、前記下部換気口から取り入れ、上方に流通した空気を外部に排気するための上部換気口を上方に備えるとともに、前記建物の全階層又は複数階層にわたって上下方向に延設されたダブルスキン換気路と、前記上部換気口と前記下部換気口をそれぞれ開閉する上部ダンパー及び下部ダンパーとを備え、夏期には、前記上部換気口と前記下部換気口が開状態とされるとともに建物の室内の空気が前記ダブルスキン換気路に排気され、夏期と冬期の間の中間期には、前記上部換気口が開状態、前記下部換気口が閉状態とされ、且つ前記上部換気口、及び室内と前記ダブルスキン換気路の間の壁に設けられた開口を通じて、建物の屋外又は日射を受けない別のダブルスキンカーテンウォールから室内、室内からダブルスキン換気路、ダブルスキン換気路から屋外に空気が流通され、冬期には、日射量が少ないときに前記上部換気口と前記下部換気口が閉状態とされ、日射量が多いときに前記上部換気口が開かれ、前記下部換気口が閉じられ、前記ダブルスキン換気路内の暖かい空気が空調機あるいは外調機に取り入れられて暖房用エネルギーとして利用するように構成されていることを特徴とする。

また、本発明の上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステムにおいては、建物の一方に日射が当たるときに他方に日射が当たらないような建物の一方位側と該一方位側の反対の他方位側とにそれぞれ、前記ダブルスキン換気路を建物内と連通させるように前記ダブルスキンカーテンウォールが設けられ、建物内の自然換気を促進するように構成されていることが望ましい。

本発明の上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステムにおいては、ダブルスキンカーテンウォールの上部換気口と下部換気口のダンパー開閉により、年間を通してダブルスキンカーテンウォールを活用した省エネルギー効果及び自然換気効率の向上を図ることが可能になる。

また、冬期にダブルスキン換気路内に空気の取り入れても、室内の快適性を確保することができる。

さらに、中間期は自然換気を行うことで冷房時間が短縮し、冷房エネルギー消費量を削減することができる。

本発明の一実施形態に係る上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステムを示す図である。 本発明の一実施形態に係る上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステムの夏期の状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステムの中間期の状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステムの冬期の状態を示す図である。 図３の建物の解析モデルを示す図である。 図５の解析モデルを用いて行った検証結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係る上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステムのシミュレーション結果であり、冬期外気導入時のダブルスキンカーテンウォール内温熱環境検証結果を示す図である。

以下、図１から図７を参照し、本発明の一実施形態に係る上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステム（以下、建物のダブルスキンシステムという）について説明する。

はじめに、本実施形態の建物のダブルスキンシステムＡは、図１に示すように、建物１の全層又は複数層（全階層又は複数階層）にわたって設けられたダブルスキンカーテンウォールＡ１と、このダブルスキンカーテンウォールＡ１によって形成され、建物１の全階層又は複数階層にわたって上下方向Ｔ１に延設されたダブルスキン換気路２とを備えて構成されている。また、このダブルスキン換気路２の下方に空気を導入するための下部換気口３、上方に下部換気口３から取り入れて上方に流通した空気を外部に排気するための上部換気口４を設けて構成されている。

さらに、本実施形態の建物のダブルスキンシステムＡにおいては、上部換気口４と下部換気口３をそれぞれ開閉する上部ダンパー５及び下部ダンパー６（一対の開閉ダンパー）を備えている。

そして、季節／期節、外気温、時間帯などに応じて開閉ダンパー５、６の開閉制御を行うことにより、ダブルスキンシステムＡによる省エネルギー効果及び自然換気効率を高めるように構成されている。

具体的に、本実施形態のダブルスキンシステムＡを運転する際には、ダブルスキンシステムＡの上部換気口４と下部換気口３にそれぞれ設けた開閉ダンパー５、６を次のように制御する。

（モード１：夏期）
まず、夏期には、図２に示すように、上部換気口４と下部換気口３をともに開状態とし、ダブルスキン換気路２内（中空層）の換気を行って、日射遮蔽性能の向上を図る。さらに、室内空気をダブルスキン換気路２内に排気してダブルスキン換気路２内の温度上昇を抑え、日射遮蔽性能を高める。

（モード２：夏期と冬期の間の中間期）
中間期には、図３に示すように、上部換気口４を開状態、下部換気口３を閉状態とし、且つ室内にはダブルスキン換気路２に面する壁と屋外に面する壁にそれぞれ開口を設ける。ダブルスキン換気路２は日射取得により温度上昇し、上部換気口４から排気されることにより、屋外から室内、室内からダブルスキン換気路２、ダブルスキン換気路２から屋外という流れができ自然換気を行える。

また、中間期には、図３（ｂ）に示すように、他方位側のダブルスキンシステムＡ’と組み合わせ、２つのダブルスキンシステムＡ、Ａ’（一方位側のダブルスキンカーテンウォールＡ１と他方位側のダブルスキンカーテンウォールＡ１）を利用することにより、より効果的に自然換気が可能になる。なお、例えば、南と北、東と北、東と西、西と北など、２つのダブルスキンシステムＡ、Ａ’のうち、一方に日射が当たるときに他方に日射が当たらないような方位の組み合わせが最適である。

そして、日射取得の多いダブルスキンカーテンウォールＡ１側を一方のダブルスキンシステムＡとし、日射取得が少ないダブルスキンカーテンウォールＡ１側を他方のダブルスキンシステムＡ’とした場合、一方のダブルスキンシステムＡは上部換気口４を開状態、下部換気口３を閉状態とし、他方のダブルスキンシステムＡ’は上部換気口４を閉状態、下部換気口３を開状態とする。
また、室内には一方のダブルスキンシステムＡと他方のダブルスキンシステムＡ’に面する壁にそれぞれ開口を設ける。

これにより、一方のダブルスキンシステムＡは日射取得が多いため温度上昇し上部換気口４から排気されるため、屋外→他方のダブルスキンシステムＡ’→室内→一方のダブルスキンシステムＡ→屋外という流れができ自然換気を行える。また、他方のダブルスキンシステムＡ’は日射取得が少ないため、外気温に比べ大きな温度上昇は起こらない。

このように構成する場合において、他方のダブルスキンシステムＡ’の下部換気口３を建物１の軒天に、一方のダブルスキンシステムＡの上部換気口４を建屋屋上に設置すれば、垂直外壁面に取り付ける換気口と違い、外風圧を受けにくく比較的安定した換気が行える。

また、風が吹き、屋上換気口付近の風圧が負圧になった場合には、より換気が促進されることになる。さらに、ダブルスキン換気路２から外気の給排気を行うことにより、雨天にも関係なく自然換気が可能となる。

ここで、図６は、図５に示す一方のダブルスキンシステムＡと他方のダブルスキンシステムＡ’を備えた建物モデルを用いて自然換気の検証（熱換気回路網解析）を行った結果を示す図である。

また、この自然換気の検証では、一方のダブルスキンシステムＡの上部換気口ｆ（４）と他方のダブルスキンシステムＡ’の下部換気口ａ（３）の大きさをそれぞれ変化させたＣａｓｅ１（ｆ＝０．７ｍ^２，ａ＝６．２９ｍ^２）、Ｃａｓｅ２（ｆ＝０．７ｍ^２，ａ＝０．７ｍ^２）、Ｃａｓｅ３（ｆ＝６．２９ｍ^２，ａ＝６．２９ｍ^２）、Ｃａｓｅ４（ｆ＝６．２９ｍ^２，ａ＝０．７ｍ^２）の４ケースについて解析を行った。なお、換気口ｂ、ｃ、ｄ、ｅは面積固定としている。

この図６に示す解析結果から、一方のダブルスキンシステムＡの上部換気口ｆ（４）と他方のダブルスキンシステムＡ’の下部換気口ａ（３）をともに大きくするほど、中性帯の位置が上がり、一方のダブルスキンシステムＡから他方のダブルスキンシステムＡ’への逆流のおそれがなくなることが確認された。

（モード３：冬期「日射量が少ない場合」）
冬期の日射量が少ない場合には、図４（ａ）に示すように、上部換気口４と下部換気口３を閉状態として、ダブルスキン換気路２内の断熱効果を高める。なお、下部換気口３が開状態であっても断熱効果はあるが、閉状態にすることによって空気（外気）の流出入が防止でき、断熱効果が高まる。

（モード４：冬期「日射量が多い場合」）
冬期の日射量が多い場合には、図４（ｂ）（及び図３、詳細を後述する図７参照）に示すように、ダブルスキンカーテンウォールＡ１の日射取得により、ダブルスキン換気路２内の温度が一定以上の温度になるときにダブルスキン換気路２の暖かい空気を空調機もしくは外調機に取り入れ、暖房エネルギー消費を低減する。

このとき、一般には上部換気口４を閉状態として下部換気口３から外気を取り入れるが、この場合には、ダブルスキン換気路２の下層部付近が外気取入れにより温度低下してしまい、室内窓面でコールドドラフト問題などが生じて室内環境が悪化する。

これに対し、本実施形態では、上部換気口４を開状態、下部換気口３を閉状態として外気を取り入れる。これにより、取り入れられる低温の外気はダブルスキン換気路２の上部にたまる熱だまりと混合され、局所的な温度低下が抑制される。

また、中空層２の暖かい空気を室内または空調機もしくは外調機に取り入れる場合、ダブルスキン換気路２内の温度が過度に低下し、室内窓面でコールドドラフトが起こるおそれがある。このため、本実施形態では、コールドドラフトを防止するため、取り入れ条件を室内でコールドドラフトが起こらないダブルスキン換気路２内の温度以上として制御を行う。

ここで、図７は、冬期外気導入時のダブルスキンカーテンウォールＡ１内の温熱環境を検証するために行ったダブルスキンシステムＡの気流シミュレーションの結果を示している。

この検証では、まず、建物モデルとして、５階建ての高さ２２ｍ、ダブルスキンカーテンウォールＡ１を２階から５階に適用するものとした。ダブルスキンカーテンウォールＡ１の幅は１６００ｍｍであり、奥行を９００ｍｍとした。そして、幅方向に延長されるダブルスキンの１カーテンウォールを切り出し計算対象とした。なお、ダブルスキンカーテンウォールＡ１の両サイドはフリースリップとしている。

建物１のアウターガラスは厚さ１９ｍｍの単板、インナーガラスはＬｏｗＥクリア１０−Ａ１２−１２、ブラインドは中等色ブラインドとした。

そして、本検証では、上部換気口４を閉、下部換気口３を開としたＣａｓｅ１と、上部換気口４を開、下部換気口３を閉としたＣａｓｅ２の２ケースで解析を行った。
また、計算条件としては、外気温を４．８℃、鉛直面日射量を２２１Ｗ／ｍ２、外風を無風、外気導入量を４８０ＣＭＨ［９６ＣＭＨ／（幅１．６ｍ×１ｆｌｏｏｒ）］とした。

そして、図７から、上記の（モード４：冬期「日射量が多い場合」）に示した通り、上部換気口４を開状態、下部換気口３を閉状態として外気を取り入れることにより、取り入れられる低温の外気はダブルスキン換気路２の上部にたまる熱だまりと混合され、局所的な温度低下が抑制されることが実証された。

したがって、本実施形態の上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステムにおいては、上部換気口４と下部換気口３のダンパー開閉により、年間を通してダブルスキンシステムＡを活用した省エネルギー及び自然換気効率の向上を図ることが可能になる。

また、冬期にダブルスキン換気路２内に空気の取り入れても、室内の快適性を確保することができる。

さらに、中間期は自然換気を行うことで冷房時間が短縮し、冷房エネルギー消費量を削減することができる。

以上、本発明に係る上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステムの一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 建物
２ ダブルスキン換気路（中空層）
３ 下部換気口
４ 上部換気口
５ 上部ダンパー
６ 下部ダンパー
Ａ 建物のダブルスキンシステム（上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステム）
Ａ’ 建物のダブルスキンシステム（上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステム）
Ａ１ ダブルスキンカーテンウォール

Claims (2)

1. 建物の全階層又は複数階層にわたって設けられるダブルスキンカーテンウォールと、
   前記ダブルスキンカーテンウォールによって形成され、空気を導入するための下部換気口を下方に、前記下部換気口から取り入れ、上方に流通した空気を外部に排気するための上部換気口を上方に備えるとともに、前記建物の全階層又は複数階層にわたって上下方向に延設されたダブルスキン換気路と、
   前記上部換気口と前記下部換気口をそれぞれ開閉する上部ダンパー及び下部ダンパーとを備え、
   夏期には、前記上部換気口と前記下部換気口が開状態とされるとともに建物の室内の空気が前記ダブルスキン換気路に排気され、
   夏期と冬期の間の中間期には、前記上部換気口が開状態、前記下部換気口が閉状態とされ、且つ前記上部換気口、及び室内と前記ダブルスキン換気路の間の壁に設けられた開口を通じて、建物の屋外又は日射を受けない別のダブルスキンカーテンウォールから室内、室内からダブルスキン換気路、ダブルスキン換気路から屋外に空気が流通され、
   冬期には、日射量が少ないときに前記上部換気口と前記下部換気口が閉状態とされ、日射量が多いときに前記上部換気口が開かれ、前記下部換気口が閉じられ、前記ダブルスキン換気路内の暖かい空気が空調機あるいは外調機に取り入れられて暖房用エネルギーとして利用するように構成されていることを特徴とする上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステム。
2. 請求項１に記載の上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステムにおいて、
   建物の一方に日射が当たるときに他方に日射が当たらないような建物の一方位側と該一方位側の反対の他方位側とにそれぞれ、前記ダブルスキン換気路を建物内と連通させるように前記ダブルスキンカーテンウォールが設けられ、建物内の自然換気を促進するように構成されていることを特徴とする上下開閉機構付き多機能ダブルスキンシステム。