JP2017180960A - 通風システム - Google Patents

Abstract

【課題】事務所系建物においても効率良く自然通風を行うこと。
【解決手段】通風システム（２０）は、部屋（１１）に面する外壁（１２）に設けられ、部屋の天井（１１ｂ）付近に位置する開口部（１３２）と、開口部を覆うように取付けられた板状の開閉部材（１６）と、開口部を開放する全開位置と開口部を閉鎖する全閉位置との間で、開閉部材の開閉動作を行う開閉機構（１７）とを備える。また、屋外の風速を検知するための風速センサ（２５）と、風速センサにより検知された風速の変化に応じて、全開位置、全閉位置、および少なくとも１つの中間位置を含む、少なくとも３つの位置の間で開閉部材を変位させるように、開閉機構の制御を行う制御装置（２１）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物内の部屋に外気を取り入れるための通風システムに関する。

建物において自然通風を利用することは、省エネルギーの観点から非常に有効である。そのため、従来から、建物内への通風を自動的に行うための様々なシステムが提案されている。

特開２０１３−１２４８３４号公報（特許文献１）には、採風可能な天候である場合に、風向および風速を検出し、風速が所定以上の場合にのみ（つまり、住宅内に風を取入れ可能な場合にのみ）、通風経路の特定、通風経路上の開口部の開度の特定、および通風促進表示を行う住環境管理システムが開示されている。

特開２０１３−１２４８３４号公報

特許文献１に示されるような住宅系の建物の外壁には、一般的に、掃出し窓や腰高窓等、比較的高さ寸法の大きい窓が、開閉可能に設けられている。そのため、これらの窓を開放することで、屋内全体への自然通風が可能である。これに対し、オフィスビル等の事務所系の建物においては、屋内環境の改善に自然通風が利用されることは稀である。オフィスビルの外壁に設けられた窓の多くが、開放不可のＦＩＸ窓であったり、通風できたとしても、窓の開放によって通風するのではなく、サッシに通風用のガラリを設けるケースがほとんどであるからである。

一方で、外壁に開放可能な窓が設けられたオフィスビルも存在する。しかし、せっかく開放可能な窓が設けられていても、ほとんどのオフィスビルにおいて窓は閉鎖されたままとされている。その理由としては、窓を開放すると、窓からの通風により書類が飛散する可能性があるからでる。このような事情を考慮すると、上述のような住宅用の通風システムを、事務所系建物にそのまま適用することは困難である。

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、事務所系建物においても効率良く自然通風を行うことのできる通風システムを提供することである。

この発明のある局面に従う通風システムは、建物内の部屋に外気を取り入れるための通風システムであって、部屋に面する外壁に設けられ、部屋の天井付近に位置する開口部と、開口部を覆うように取付けられた板状の開閉部材と、開口部を開放する全開位置と開口部を閉鎖する全閉位置との間で、開閉部材の開閉動作を行う開閉機構とを備える。また、屋外の風速を検知するための風速センサと、風速センサにより検知された風速の変化に応じて、全開位置、全閉位置、および少なくとも１つの中間位置を含む、少なくとも３つの位置の間で開閉部材を変位させるように、開閉機構の制御を行う制御装置とを備える。

好ましくは、開閉部材は、全閉位置から中間位置および全開位置に変位するにつれて、その上端よりも下端が屋外側へ突出するように、傾斜角度が変化するように取付けられている。これにより、開閉部材が全開位置または中間位置の場合には、開閉部材の傾斜面をガイドとして、外気が部屋の天井に向けて流入する。

好ましくは、開閉部材は、透光性を有している。また、外壁には、開閉部材の下方に位置する窓が設けられていることが望ましい。

好ましくは、制御装置は、開閉部材が全開位置に位置する際に風速が第１の閾値以上となった場合に、開閉部材を中間位置に変位させるように開閉機構を制御し、開閉部材が中間位置に位置する際に風速が第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上となった場合には、開閉部材を全閉位置に変位させるように開閉機構を制御する。

また、制御装置は、開閉部材が全閉位置または中間位置に位置する際に、所定時間以上連続して、風速が第１の閾値よりも小さい第３の閾値以下であることを検知した場合に、開閉部材を全開位置に変位させるように開閉機構を制御することが望ましい。

好ましくは、通風システムは、室温および外気温を含む基本環境指標を検出するための検出手段をさらに備える。この場合、制御装置は、検出手段による検出結果に基づき、基本環境指標がそれぞれ所定の条件を満たしているか否かを判定する判定手段を含み、判定手段により所定の条件を満たしていると判定された場合に、風速の変化に応じた開閉機構の制御を行うことが望ましい。

本発明によれば、事務所系建物においても効率良く自然通風を行うことができる。

本発明の実施の形態に係る通風システムの概要を示す図である。 本発明の実施の形態に係る通風システムの機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における、開閉部材の閉鎖条件および復帰条件を概念的に示す図である。 本発明の実施の形態において、開閉部材が全開位置または中間位置の場合に部屋内に取り込まれる風の経路を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態における通風処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における風量調整処理を示すフローチャートである。 開閉機構の他の例を模式的に示す図である。 開閉機構のさらに他の例を模式的に示す図である。

本発明の実施の形態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。

（概要について）
図１を参照して、本実施の形態に係る通風システム２０の概要について説明する。通風システム２０が搭載された建物１０は、典型的にはオフィスビルであり、内部に複数の部屋１１を有している。

部屋１１に面する外壁１２には、部屋１１の床１１ａ付近または腰高さ付近から天井１１ｂ付近まで延在する開口部１３が設けられている。開口部１３は、横桟１４を境界として下側開口部１３１と上側開口部１３２とに分割されている。横桟１４は開口部１３の全幅に亘り架け渡されている。上側開口部１３２は、天井１１ｂ付近に位置する。具体的には、上側開口部１３２の上端位置と天井１１ｂとの間隔が、たとえば３００ｍｍ以下である。

上下方向における上側開口部１３２の開口寸法は、下側開口部１３１の開口寸法の１／２以下であり、望ましくはその１／３以下である。床１１ａから上側開口部１３２の下端位置（つまり横桟１４の位置）までの距離Ｌ１は、たとえば１６００ｍｍ以上である。

外壁１２には、下側開口部１３１を覆うように透光性を有する窓１５が取付けられ、上側開口部１３２を覆うように板状の開閉部材１６が取付けられている。

下側開口部１３１の窓１５は、典型的には開閉できないＦＩＸ窓である。これに対し、上側開口部１３２の開閉部材１６は、開閉可能であり、上側開口部１３２を開放する全開位置と上側開口部１３２を閉鎖する全閉位置との間で変位可能となっている。すなわち、本実施の形態の建物１０においては、少なくとも、窓１５により部屋１１内への採光が可能であり、開閉部材１６を開状態とすることで部屋１１への通風が可能となっている。開閉部材１６の開閉動作は、開閉機構１７により行われる。

開閉部材１６は、窓１５と同様に透光性を有することが望ましい。開閉部材１６が透光性を有する部材（たとえばガラス）で構成される場合、開閉部材１６と開閉機構１７とが、公知の電動窓１８を構成してもよい。

電動窓１８は、たとえば突き出し窓である。すなわち、開閉部材１６は、上端部を支点として屋外側に向けて回動可能である。この場合、開閉機構１７は、たとえば、外壁１２に固定された枠体と開閉部材１６の下端部との距離を調整可能なチェーンと、チェーンを駆動するモータとを含む。

開閉部材１６の開閉は、屋外および部屋１１内の環境指標（室温、外気温、風速など）に基づいて自動的に行われる。具体的には、通風システム２０は、基本指標検出部３０と、風速センサ２５と、制御装置２１とを備えている。

基本指標検出部３０は、通風の可否判断に用いられる環境指標のうち、基本となる環境指標（以下「基本指標」と略す）を検出する。基本指標には、室温、外気温、および降雨の有無が含まれ、風速は含まれない。屋外の風速は、副次的な環境指標であり、風速センサ２５により検知される。基本指標には、室内外の湿度などがさらに含まれてもよい。

制御装置２１は、基本指標検出部３０の検出結果および風速センサ２５の検知結果に基づいて、開閉機構１７を制御する。これにより、屋外および部屋１１内の環境に応じて、開閉部材１６が開閉される。

（機能構成について）
図２を参照して、通風システム２０の機能構成について説明する。図２は、通風システム２０の機能構成を示すブロック図である。

基本指標検出部３０は、部屋１１内に設置された室温センサ２２と、屋外に設置された外気温センサ２３および雨センサ２４とを含む。基本指標検出部３０は、屋外および部屋１１内にそれぞれ設置される湿度センサ（図示せず）を含んでもよい。

制御装置２１は、各種演算および処理を行う制御部３１と、各種データおよびプログラムを記憶する記憶部３２と、計時動作を行う計時部３３とを含む。計時部３３は、制御部３１からの指示に応じて時間を計測するタイマであってもよいし、常に日時を計測するクロックであってもよい。

制御部３１は、基本指標検出部３０の各センサ２２〜２４、風速センサ２５、および開閉機構１７と電気的に接続されている。制御部３１は、その機能として、判定部３４および開閉制御部３５を含む。

判定部３４は、基本指標検出部３０による検出結果に基づき、それぞれの環境指標が所定の条件を満たしているか否かを判定する。全ての基本指標が所定の条件を満たしている場合に、通風可と判定し、少なくとも１つの基本指標が所定の条件を満たしていない場合には、通風不可と判定する。

具体的には、たとえば、室温が２１℃以上、外気温が２０℃〜２６℃、外気露点温度１８℃以下、および降雨なしの場合に、通風可と判定する。基本指標に湿度も含まれる場合には、屋内湿度が屋外湿度よりも高いことが、通風可の条件である。

開閉制御部３５は、判定部３４により通風可と判定された場合に、開閉部材１６を全開位置とし、通風不可と判定された場合には、開閉部材１６を全閉位置とする。判定部３４により通風可と判定されている期間中、開閉制御部３５は、風速センサ２５により検知される外部風速に基づいて、開閉機構１７の制御を行う。

ここで、本実施の形態では、開閉機構１７は、開閉部材１６を３つの保持位置のいずれかに保持可能である。具体的には、全開位置および全閉位置だけでなく、半開位置においても開閉部材１６を保持可能である。そのため、開閉制御部３５は、風速センサ２５により検知された風速の変化に応じて、全開位置、全閉位置、および半開位置の間で開閉部材１６を変位させるように、開閉機構１７を制御する。これにより、上側開口部１３２の開度（開口面積）が調整される。

開閉部材１６が全閉位置に位置する場合（以下「全閉状態」という）、開閉部材１６と外壁１２とのなす角度（すなわち、開閉部材１６の傾斜角度θ）は、０°である。開閉部材１６が全開位置に位置する場合（以下「全開状態」とうい）、開閉部材１６と外壁１２とのなす角度は、たとえば４５°である。開閉部材１６が半開位置に位置する場合（以下「半開状態」という）、開閉部材１６と外壁１２とのなす角度は、全開位置の場合の半分、たとえば２２．５°である。この場合、半開位置の場合の上側開口部１３２の開口面積は、全開位置の場合の上側開口部１３２の開口面積の約半分であるとみなせる。

図３は、本実施の形態における開閉部材１６の閉鎖条件および復帰条件を概念的に示す図である。まず、開閉部材１６が全開位置から全閉位置に至る閉鎖条件の一例について説明する。初期の外部風速は第１の閾値（たとえば５ｍ／ｓ）未満であると仮定する。全開状態において、徐々に風が強くなり外部風速が第１の閾値以上になったとする。このような場合、通常、開閉部材１６は全閉位置に変位させられるが、本実施の形態では、開閉部材１６を半開位置に変位させる。その後、さらに風が強くなり、外部風速が第２の閾値（たとえば１０ｍ／ｓ）以上になった場合に、開閉部材１６を全閉位置に変位させる。

このように、全開位置と全閉位置との中間位置として半開位置を設け、上側開口部１３２の開度を調整することで、強風時に部屋１１内に取入れられる外気量を抑制することができる。したがって、開閉部材１６の保持位置が全開位置と全閉位置との２位置しかない場合に比べて、自然風の利用時間帯を拡大することができる。その結果、ＲＡＣ（Room-Air-Conditioner）、すなわち空調装置２７（図２）の冷房運転時間を短くすることができるため、エネルギー削減効果を大きくすることができる。

次に、全閉位置または半開位置から全開位置への復帰条件について説明する。全開状態または半開状態において、外部風速が第３の閾値（たとえば３ｍ／ｓ）以下の状態が所定時間（たとえば６０秒）継続した場合に、全閉位置または半開位置から全開位置に開閉部材１６を変位させる。

このように、本実施の形態では、開閉部材１６の閉動作においてのみ、半開位置での保持を可能としている。また、復帰条件における第３の閾値（３ｍ／ｓ）は、開放条件における全開位置の上限である第１の閾値（５ｍ／ｓ）よりも小さい。したがって、開閉部材１６の頻繁な位置変更による不快感を防止することができる。

また、開放条件において、半開位置の上限風速（１０ｍ／ｓ）を、全開位置の上限風速（５ｍ／ｓ）の２倍に定めている。部屋１１内への通風量の大きさは、上側開口部１３２の開口面積と通過風速との積である。そのため、半開位置および全開位置の上限風速をそれぞれ上記のように定めることで、全開状態において想定される通風量と半開状態において想定される通風量とを、大よそ同量にすることができる。

また、本実施の形態において、全開位置および半開位置の場合の開閉部材１６の傾斜角度θは９０°未満である。そのため、図４に示されるように、開閉部材１６を風向ガイドとして機能させることができる。すなわち、上側開口部１３２を通過する外気が、開閉部材１６の傾斜面をガイドとして部屋１１内に流入する。したがって、部屋１１の天井１１ｂに沿って、外気を部屋１１の奥まで流動させることができる。

特に、半開位置の場合、上側開口部１３２を通過する外気のスピードが全開位置の場合よりも速いため、開閉部材１６を風向ガイドとして機能させることで、部屋１１内における書類の飛散等を効果的に防止することができる。また、風が部屋１１内の人に直接当たることによる不快感を防止することができる。

なお、全開位置および半開位置の場合の開閉部材１６の傾斜角度は上記例に限定されないが、風向ガイドの機能を考慮すると、全開位置の傾斜角度は６０°未満であることが望ましい。

（動作について）
次に、通風システム２０の動作について説明する。図５は、本実施の形態における通風処理を示すフローチャートである。図５に示す通風処理は、制御装置２１の制御部３１が、記憶部３２に予め格納されたプログラムを読み出して実行することにより実現される。なお、本処理は、たとえば、部屋１１の壁などに設置された操作パネル（図示せず）を介して、自然通風モードが選択された場合に開始される。本処理の開始時において、開閉部材１６は全閉位置にて保持されているものとする。

はじめに、制御部３１の判定部３４は、基本指標を検出する（ステップＳ１）。具体的には、室温センサ２２からの信号に基づいて部屋１１内の温度を検出し、外気温センサ２３からの信号に基づいて外気の温度を検出する。また、雨センサ２４からの信号に基づき、降雨の有無を検出する。

判定部３４は、これらの基本指標が全て通風可の条件を満たしているか否かを判定する（ステップＳ２）。１つ以上の基本指標が通風可の条件を満たしていない場合（ステップＳ２にてＮＯ）、外部風速に関わらず、開閉部材１６を全閉し（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻る。

基本指標の全てが通風可の条件を満たしていると判定した場合（ステップＳ２にてＹＥＳ）、判定部３４は、通風可と判定する。通風可の判定が１回目であれば（ステップＳ３にてＹＥＳ）、開閉制御部３５は、開閉部材１６を全開位置に変位させるよう開閉機構１７を制御する（ステップＳ４）。その後、開閉制御部３５による風量調整処理が行われる（ステップＳ５）。風量調整処理については、図６にサブルーチンを挙げて後に説明する。

通風可の判定が２回目以降であれば（ステップＳ３にてＮＯ）、ステップＳ４の処理をスキップして、風量調整処理を実行する。風量調整処理が終われば、ステップＳ１に戻り、上記処理を繰り返す。

図６を参照して、風量調整処理について説明する。はじめに、制御部３１の開閉制御部３５は、風速センサ２５からの信号に基づき外部の風速を検出する（ステップＳ１１）。

外部風速が５ｍ／ｓ未満であって（ステップＳ１２およびＳ１３にてＹＥＳ）、かつ、現状が全開状態である場合（ステップＳ１４にてＹＥＳ）、開閉部材１６を変位させることなく、処理はメインルーチンに戻される。

外部風速が５ｍ／ｓ以上１０ｍ／ｓ未満であって（ステップＳ１２にてＹＥＳ、ステップＳ１３にてＮＯ）、かつ、現状が全開状態である場合（ステップＳ１８にてＹＥＳ）、開閉制御部３５は、開閉部材１６を全開位置から半開位置に変位させる（ステップＳ１９）。このように、外部風速が大きくなってきた場合でも、上側開口部１３２の開度を狭めることで、上側開口部１３２を通過する風量を抑制することができる。

外部風速が５ｍ／ｓ以上１０ｍ／ｓ未満であって（ステップＳ１２にてＹＥＳ、ステップＳ１３にてＮＯ）、かつ、現状が全開状態でない場合には（ステップＳ１８にてＮＯ）、開閉部材１６を変位させることなく、処理はメインルーチンに戻される。

外部風速が１０ｍ／ｓ以上となった場合には（ステップＳ１２にてＮＯ）、開閉制御部３５は、開閉部材１６の位置を全閉位置とする（ステップＳ２１）。

外部風速が５ｍ／ｓ未満であって（ステップＳ１２およびＳ１３にてＹＥＳ）、かつ、現状が全開状態でない場合（ステップＳ１４にてＮＯ）、すなわち全閉状態または半開状態である場合には、開閉制御部３５は外部風速が３ｍ／ｓ以下であるか否かを判断する。外部風速が３ｍ／ｓ以下であると判断した場合、タイマカウントを開始する。外部風速が３ｍ／ｓ以下の状態が所定時間（たとえば６０秒）継続するまでの間、現状の開閉部材１６の位置を変位させることなく、処理はメインルーチンに戻される（ステップＳ１５にてＮＯ）。

所定時間以上連続して、外部風速が３ｍ／ｓ以下であることを検知した場合に（ステップＳ１５にてＹＥＳ）、開閉制御部３５は、開閉部材１６を全閉位置または半開位置から全開位置に変位させる（ステップＳ１６）。その後、処理はメインルーチンに戻される。

以上説明した通風処理は、たとえば、操作パネルを介して自然通風モードの停止指示が入力された場合、あるいは、空調装置２７の運転が開始された場合に、終了される。

開閉部材１６の保持位置が全開位置と全閉位置との２位置しかない場合、強風により全閉位置となる時間が多くなってしまうのに対し、本実施の形態によれば、開閉部材１６を半開位置にて保持可能であるため、自然通風の利用時間帯を増やすことができる。

また、外部風速は変動が大きいことから、上側開口部１３２の開度を固定としておくと、外部風速に応じて部屋１１内に流入する空気量は大きく変動する。したがって、そのような場合、強風時には、部屋１１内に取り入れられる外気量が過剰となり、室温の低下や気流による不快感につながる可能性がある。これに対し、本実施の形態では、開閉部材１６の位置を全開位置と半開位置との間で変位させることで風量が調整できるため、外部風速の変動を吸収することができる。

なお、本実施の形態では、閉鎖条件においてのみ半開位置を機能させることとしたが、復帰条件においても半開位置を機能させてもよい。

また、本実施の形態では、全開位置と全閉位置との間の中間位置として、半開位置が１つ定められた例を示したが、限定的ではない。つまり、中間状態における上側開口部１３２の開口面積は、全開状態における上側開口部１３２の開口面積の１／２でなくてもよく、たとえば、その１／３であってもよい。この場合においても、中間状態における通風量を全開状態における通風量と大よそ同程度とするために、中間位置の風速上限値を、全開位置の風速上限値の３倍に定めることが望ましい。また、中間位置は、複数定められてもよい。

また、本実施の形態では、電動窓１８が突き出し窓である例を示したが、限定的ではない。たとえば、図７に示すように、電動窓１８Ａは滑り出し窓であってもよい。あるいは、図８に示すように、電動窓１８Ｂは内倒し窓であってもよい。いずれの場合であっても、開閉部材１６は、全閉位置から半開位置および全開位置に変位するにつれて、その上端よりも下端が屋外側へ突出するように傾斜角度が変化するため、開閉部材１６を風向ガイドとして機能させることができる。

なお、本実施の形態では、開閉部材１６が透光性を有しているものとして説明したが、部屋１１内への採光は、窓１５において確保できるため、開閉部材１６は透光性を有していなくてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 建物、１１ 部屋、１１ａ 床、１１ｂ 天井、１２ 外壁、１３ 開口部、１４ 横桟、１５ 窓、１６ 開閉部材、１７ 開閉機構、１８，１８Ａ，１８Ｂ 電動窓、２０ 通風システム、２１ 制御装置、２２ 室温センサ、２３ 外気温センサ、２４ 雨センサ、２５ 風速センサ、２７ 空調装置、３０ 基本指標検出部、３１ 制御部、３２ 記憶部、３３ 計時部、３４ 判定部、３５ 開閉制御部、１３１ 下側開口部、１３２ 上側開口部。

Claims (6)

1. 建物内の部屋に外気を取り入れるための通風システムであって、
   前記部屋に面する外壁に設けられ、前記部屋の天井付近に位置する開口部と、
   前記開口部を覆うように取付けられた板状の開閉部材と、
   前記開口部を開放する全開位置と前記開口部を閉鎖する全閉位置との間で、前記開閉部材の開閉動作を行う開閉機構と、
   屋外の風速を検知するための風速センサと、
   前記風速センサにより検知された風速の変化に応じて、全開位置、全閉位置、および少なくとも１つの中間位置を含む、少なくとも３つの位置の間で前記開閉部材を変位させるように、前記開閉機構の制御を行う制御装置とを備える、通風システム。
2. 前記開閉部材は、全閉位置から中間位置および全開位置に変位するにつれて、その上端よりも下端が屋外側へ突出するように、傾斜角度が変化するように取付けられており、
   前記開閉部材が全開位置または中間位置の場合には、前記開閉部材の傾斜面をガイドとして、外気が前記部屋の前記天井に向けて流入する、請求項１に記載の通風システム。
3. 前記開閉部材は、透光性を有しており、
   前記外壁には、前記開閉部材の下方に位置する窓が設けられている、請求項１または２に記載の通風システム。
4. 前記制御装置は、前記開閉部材が全開位置に位置する際に風速が第１の閾値以上となった場合に、前記開閉部材を中間位置に変位させるように前記開閉機構を制御し、前記開閉部材が中間位置に位置する際に風速が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上となった場合には、前記開閉部材を全閉位置に変位させるように前記開閉機構を制御する、請求項１〜３のいずれかに記載の通風システム。
5. 前記制御装置は、前記開閉部材が全閉位置または中間位置に位置する際に、所定時間以上連続して、風速が前記第１の閾値よりも小さい第３の閾値以下であることを検知した場合に、前記開閉部材を全開位置に変位させるように前記開閉機構を制御する、請求項４に記載の通風システム。
6. 室温および外気温を含む基本環境指標を検出するための検出手段をさらに備え、
   前記制御装置は、前記検出手段による検出結果に基づき、前記基本環境指標がそれぞれ所定の条件を満たしているか否かを判定する判定手段を含み、前記判定手段により前記所定の条件を満たしていると判定された場合に、風速の変化に応じた前記開閉機構の制御を行う、請求項１〜５のいずれかに記載の通風システム。

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