JP2019168176A - 換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外観意匠性や構造部材の納まりを考慮しつつも空気の流量を確保し得る換気装置を提供する。【解決手段】本発明の換気装置は、換気経路２の一端に室外で下方に向けた室外側開口２１が位置し、他端に室内で上方に向けた室内側開口２２が位置し、前記室外側開口及び前記室内側開口がスリット状であり、換気経路２が、室外側開口２１から鉛直方向に立ち上がる第１鉛直経路部２Ａと、第１鉛直経路部２Ａに第１屈曲部２Ｂを介して連なり略水平方向に延在する水平経路部２Ｃと、水平経路部２Ｃに第２屈曲部２Ｄを介して連なり室内側開口２２に向けて鉛直方向に立ち上がる第２鉛直経路部２Ｅと、からなり、換気経路２の内面のうち、室外側開口２１における長手方向の２つの縁から室内側開口２２まで連なる対向面２α，２βがいずれも、第１屈曲部２Ｂ及び第２屈曲部２Ｄにおいて、鈍角の折線部を有する平面、または、曲面により構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、換気装置に関する。

高層のオフィスビル等の建造物（建物）には、窓が嵌め殺しであったり、壁に窓が無かったりすることも多く、換気の必要から別途換気装置を設けている場合がある。また、開閉できる窓があっても、耐風圧の観点から、窓を開放することなく換気することが望まれ、窓とは別に換気装置を設ける場合がある。

換気装置の換気方式には、換気ファンを用いて強制的に換気する強制換気型のものと、換気ファンを用いず、室内外の温度差による浮力や風などの自然の空気の動きを利用した自然換気型のものとがある。これらの換気装置の換気口は、限られた設置可能範囲の中で、均質な換気効果確保の観点から、比較的小面積のものが１フロア当たり多数設置される。当該換気装置には、ダンパーや蓋が設けられ、手動であるいは電動で開閉することにより、適時換気乃至閉塞が選択される。

換気装置の数や換気口の大きさは、通常、設計段階で、室内の容積に対する開口面積により決まってくる。しかし、例えば高層のオフィスビルの場合などは、外観意匠への影響を考慮しつつ、躯体工事とカーテンウォール工事との兼ね合いによる構造部材の納まりを調整することで、換気装置の設置位置や換気経路の取り回しが決まってくるため、入り組んだ形状となりやすい。したがって、空気が流れにくくなりやすく、設計の開口面積に比して、十分な流量係数（空気の流れやすさ）を確保し難い場合があった。

特開２０１３−６４５９６号公報 特開平７−１２３７９号公報 特開２０１５−１１３６５２号公報

そこで、本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、雨仕舞いや外観意匠性、構造部材の納まりを考慮しつつも空気の流量を確保し得る換気装置を提供することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明により解決される。即ち、本発明の換気装置は、建物の内外に貫通する換気経路を備え、該建物の室内を換気するための換気装置であって、
前記換気経路の一端に、前記建物の室外で下方に向けた室外側開口が位置し、その他端に、前記建物の室内で上方に向けた室内側開口が位置し、前記室外側開口及び前記室内側開口が、前記建物の外壁と平行で水平方向を長手方向とするスリット状であり、
前記換気経路が、前記室外側開口から鉛直方向に立ち上がる第１鉛直経路部と、該第１鉛直経路部に第１屈曲部を介して連なり略水平方向に延在する水平経路部と、該水平経路部に第２屈曲部を介して連なり前記室内側開口に向けて鉛直方向に立ち上がる第２鉛直経路部と、からなり、
前記換気経路の内面のうち、前記室外側開口における長手方向の２つの縁から前記室内側開口まで連なる対向面がいずれも、前記第１屈曲部及び前記第２屈曲部において、鈍角の折線部を有する平面、または、曲面により構成されていることを特徴とする。

前記水平経路部において、前記対向面の間の鉛直方向の中心が、前記第１屈曲部側から前記第２屈曲部側に進むに従って、漸次上方に移動することが好ましい。

また、前記換気経路における前記室内側開口近傍に、該室内側開口の長手方向に沿った長尺状で、自身の短手方向の中心を軸として回動可能なダンパーを備えてもよい。

この場合に、前記ダンパーの回動可能範囲が、水平状態から、前記建物の室外から離れた側の端部が立ち上がって垂直になるまでの間、またはそれ未満であり、
前記ダンパーの厚みが、当該ダンパーの短手方向において、中央が最も厚く、かつ、両端部に向けて漸次薄くなっており、
前記軸が、前記ダンパーの厚み方向の中心に位置し、
前記ダンパーが、水平状態において、前記軸を含む当該厚み方向の中心面を基準に、前記軸より前記建物の室外に近い側では下面側が上面側より厚く、前記建物の室外から離れた側では上面側が下面側より厚いことが好ましい。

前記ダンパーとしては、水平状態で前記室内側開口を閉塞状態とするものであり、所定の温度範囲において、水平状態から回動して開口するものであることが好ましい。

本発明の換気装置においては、さらに、前記室内側開口を閉塞可能な蓋を備えることもできる。

本発明によれば、雨仕舞いや外観意匠性、構造部材の納まりを考慮しつつも空気の流量を確保し得る換気装置を提供することができる。

第１実施形態の換気装置を備える高層ビル等の建物におけるあるフロアの外壁近傍を概略的に示す斜視図である。 本発明の効果を説明するための参考例の換気装置を示す模式断面図である。 第１実施形態の換気装置を示す模式断面図である。 第１実施形態の換気装置におけるダンパーの短手方向の縁側から見た拡大断面図である。 第２実施形態の換気装置を示す模式断面図である。 実施形態の換気装置における換気経路の形状を求めるシミュレーション試験を説明するための換気装置の模式断面図である。

以下、本発明の一例である第１実施形態にかかる換気装置を、図１〜図４に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の換気装置を備える高層ビル等の建物におけるあるフロアの外壁近傍を概略的に示す斜視図である。

本実施形態の換気装置１は、外壁面ＯＷと平行で水平方向を長手方向とする長尺状であり、当該階の床ＦＬ近傍の外壁面ＯＷに配される。図１においては、１つの換気装置のみが表されているが、実際の建物においては、１つの部屋に複数の換気装置が設置され、ビルの１つの階でも数十から数百もの換気装置が設置される。

換気装置１は、建物の室内の換気をするためのものであり、建物の内外に貫通する換気経路２を備えている。
換気経路２の室外側の端部（一端）は、下方に向いており、室外側開口２１を構成する。室外側開口２１は、外壁ＯＷと平行で水平方向を長手方向とするスリット状の開口である。当該室外側開口２１の長手方向の辺（縁）の長さは１０００ｍｍであり、短手方向の辺（縁）の長さは１００ｍｍである。

なお、本発明において、室外側開口は、一方に長い孔であればよく、スリットの幅がある程度広い、例えば数センチから数十センチ程度の幅のものも含まれる。したがって、本発明において「スリット状」というときは、スリットというにはやや幅広の長孔も概念に含むものとする。

一方、換気経路２の室内側の端部（他端）は、上方に向いており、室内側開口２２を構成する。室内側開口２２も、外壁ＯＷと平行で水平方向を長手方向とするスリット状の開口である。ここでいう「スリット状」についても、室外側開口と同様の概念である。本実施形態においては、室内側開口と室外側開口とが略同一形状で、長手方向の辺（縁）の長さは１０００ｍｍであり、短手方向の辺（縁）の長さは１０６ｍｍである。ただし、本発明においては、室内側開口と室外側開口とが同一形状でなくてもよく、例えば、室外側開口に比して室内側開口の方を小さめにする等相互の形状を異ならせても構わない。

このように、室内側開口２２と室外側開口２１の向きをそれぞれ上下に向けた上で換気経路２によって外壁ＯＷを貫通して両開口を連通させる形状（クランク状）とすることで、階の床面、あるいはその近傍に室内への空気の吹出口（あるいは吸込口）を設けつつ、その階の階下の天井の軒先に室外からの空気の流入口（あるいは流出口）を設けることができるので、建物の構造躯体における納まりがよく、建築設計の自由度が高い。また、室外側開口２１が下方を向いているため、雨仕舞いを考慮する必要がなく、あるいは、簡単な雨仕舞いで十分なため、外観意匠性に優れた形状を確保しやすい。

図２に、換気経路の内壁面について何ら工夫することなく、室外側開口２１’を下方に室内側開口２２’を上方にそれぞれ向けた上で、両者を換気経路２’で単に繋いだ構成（参考例）の断面図を示す。室内外で逆方向を向いたそれぞれの開口を換気経路２’で繋いで構成すると、図のように直角のクランク状の流路が形成される。

しかし、このような形状では、直角に曲がる屈曲部で空気が内壁にぶつかり、流れが阻害される。そのため、開口面積を十分に取っても計算どおりの空気の流量を確保することが困難になってくる。

そこで、本発明者は、空気の流れやすさの指標として流量係数（詳細は後述）を用い、換気経路の内面の形状を適宜変更しながら当該流量係数を計測することにより、最適な内面形状を求めるよう鋭意研究した。その結果、図２に示すような、換気経路の屈曲部の内面が急激に屈曲する経路では流量係数が低下しやすく、できるだけ鈍角で、さらに望ましくは曲面状とすることで流量係数を改善できることを見出した。

図３は、本発明の特徴を備える本実施形態の換気装置１を示す模式断面図である。本実施形態の換気装置は、室外側開口２１が下方を向いているため、フード３を設けることで、外観意匠性を容易に向上させることができる。

本実施形態の換気装置１において換気経路２は、室外側開口２１から鉛直方向に立ち上がる第１鉛直経路部２Ａと、該第１鉛直経路部２Ａに第１屈曲部２Ｂを介して連なり略水平方向に延在する水平経路部２Ｃと、該水平経路部２Ｃに第２屈曲部２Ｄを介して連なり室内側開口２２に向けて鉛直方向に立ち上がる第２鉛直経路部２Ｅと、からなる。

換気経路２の内面のうち、室外側開口２１における長手方向（図３における紙面奥行き方向）の２つの縁から前記室内側開口２２まで連なる対向面（図３において、換気経路２を形成する実線として描かれている内面２α，２β）がいずれも、第１屈曲部２Ｂ及び第２屈曲部２Ｄにおいて、鈍角の折線部を有する平面、または曲面により構成されている。なお、ここでいう「鈍角」は、内面が凹凸何れに曲がった場合においても、その内角側（角度が１８０°未満の側）を対象とし、当該内角側が９０°以下になっていないことを指す。

詳しく見ると、まず、第１屈曲部２Ｂにおいて、換気経路２が鉛直から略水平に大きく略直角に方向転換する際、内面２αは曲面を構成し、大きなアールを描いて角度を変え、内面２βも曲面を構成し、小さなアールを描いて角度を変えている。したがって、図２の換気経路２’と比較して、第１屈曲部２Ｂにおける空気の流れがスムーズになり、大幅に改善されていることがわかる。

また、第２屈曲部２Ｄにおいて、換気経路２が略水平から鉛直に大きく略直角に方向転換する際、内面２αは鈍角ｂの折線部で角度を変え、内面２βは極めてなだらかな鈍角ｃとそれよりは角度が小さいながらもなだらかな鈍角ｄの２つの鈍角の折線部の組み合わせで角度を変えている。したがって、図２の換気経路２’と比較して、第２屈曲部２Ｄにおける空気の流れがスムーズになり、大幅に改善されていることがわかる。なお、内面２αについては、第２屈曲部２Ｄの手前の水平経路部２Ｃにおいて、極めてなだらかな鈍角ａの折線部が形成されて、水平経路部２Ｃの段階で、若干ながら鉛直方向への方向転換が図られて第２屈曲部２Ｄに繋げることで、なだらかな内面形状を実現している。

なお、本実施形態において、鈍角ａ，ｂ，ｃ，ｄは、何れの角もテーパが付けられて曲面状に仕上げられており、「曲面状」と捉えることもできる。もちろん、鈍角な折線部でさえあれば、直角や鋭角の折線部である場合に比して、流量係数の改善が見込める。しかし、流量係数をより向上させ得る点で、鈍角の角度はより大きく緩やかであることが好ましく（例えば、具体的には１２０°以上、さらには１５０°以上。）、曲面状であることがより好ましい。

本実施形態の換気装置１では、水平経路部２Ｃにおいて、前記対向面（内面２α及び内面２β）の間の鉛直方向の中心（図３中の中心線Ｌ）が、第１屈曲部２Ｂ側から第２屈曲部２Ｄ側に進むに従って、漸次上方に移動している。即ち、水平経路部２Ｃにおいて、第２屈曲部２Ｄ側に進むに従って、換気経路２が全体として徐々に上に持ち上がる形状となっている。このような形状とすることで、空気の流れがより一層スムーズとなり、流量係数のさらなる向上を見込むことができる。

本実施形態の換気装置１では、室外側開口２１における長手方向（図３における紙面奥行き方向）の２つの縁のうち、外壁面ＯＷから離れた側の縁２３が、面取りされている。縁２３が面取りされることで、室外側開口２１への外気の流入がスムーズとなり、流量係数の改善に貢献する。

本実施形態の換気装置１は、換気経路２における室内側開口２２近傍に、室内側開口２２の長手方向（図３における紙面奥行き方向）に沿った長尺状で、自身の短手方向（図３においては、見かけ上長手方向）の中心を軸Ｐａ，Ｐｂとして回動可能な２つのダンパー４ａ，４ｂを備える。２つのダンパー４ａ，４ｂの軸Ｐａ，Ｐｂは、相互に平行に、かつ、外壁面ＯＷと平行で水平方向になるように配されており、両者が同じ姿勢を維持したまま連動して回動する。

軸Ｐａ，Ｐｂの内面２α，２βからの距離は３３ｍｍ、軸Ｐａ，Ｐｂ相互間の距離は３４ｍｍとした。ダンパー４ａ，４ｂの短手方向長さは６０ｍｍとしたので、水平状態（閉塞状態）でダンパー４ａ，４ｂは、２６ｍｍ重なった状態となる。

ダンパー４ａ，４ｂが水平状態で室内側開口２２を閉塞（ただし、全閉状態ではなく、ダンパー４ａ，４ｂの縁と内面２α，２βとの間にそれぞれ３ｍｍの隙間が形成される。）し、建物の室外から離れた側の端部４ａｘ，４ｂｘが立ち上がるように矢印Ａ方向に回動することで室内側開口２２が徐々に開放される。この回動角度により、換気装置１としての開放の程度が決まってくる。

なお、本実施形態のように、ダンパーが水平状態で、その縁と換気経路の内面との間に多少の隙間があったとしても、室内側開口の開口面積が最も小さくなる水平状態は、本発明において「閉塞状態」とする。

本実施形態においては、不図示の形状記憶合金からなるバネ部材をダンパー４ａ，４ｂに組み込むことにより、ダンパー４ａ，４ｂの回動角度が機械的かつ自動的に調整されるようになっている。具体的には、１５℃未満及び２８℃を超える温度ではダンパー４ａ，４ｂが水平状態となって室内側開口２２を閉塞し、１５℃以上２８℃以下の範囲でダンパー４ａ，４ｂが回動して開放され、２０℃〜２３℃の間で全開状態となるように設計されている。

１５℃未満で閉塞状態となるのは、外気温が低過ぎて室内温度の低下を招くからであり、２８℃を超える温度で閉塞状態となるのは、外気温が高過ぎて室内温度の上昇を招くからである。したがって、換気をした際に心地よい気候である１５℃以上２８℃以下の範囲で開放されるようになっている。このように、電気などのエネルギーを消費せずに自立的に準自動開閉を実現することができるため、手間がかからないのは勿論、運用コストがかからずに、換気装置運用の適正化、省力化が図れる。また、電気的に制御を行う装置を設置する場合に比べて、遥かにイニシャルコストを抑えた準自動開閉機能を実現することができる。

なお、ダンパー４ａ，４ｂに組み込まれるバネ部材は、室外から離れ、外気に直接触れる場所にはないことから、外気温とダンパー４ａ，４ｂの駆動温度が一致するわけではない。また、建物の形状・大きさや立地条件、換気装置の形状や大きさ、個数によって、開放に適した温度範囲や全開状態とすべき温度範囲は異なってくるので、これらの温度設定は、換気装置の設置状況に応じて適宜設計すればよい。

本実施形態におけるダンパー４ａ，４ｂは、全開状態で、水平状態に対して６０°立ち上がった状態（鉛直状態に対して３０°、室外から離れた側に傾いた状態）になるように構成されている（図３が当該状態）。鉛直状態ではなく、やや傾けた状態が全開状態にすることで、空気の流れがスムーズになり、流量係数の向上が見込める。なお、この角度についても、本発明においては、各種条件に応じて適宜調整すればよい。

形状記憶合金からなるバネ部材を組み込んだ、ダンパー４ａ，４ｂの具体的な構造は、特に限定されず、公知の知見により適宜設計乃至製造することができる。技術的な知見は、例えば、特開２０１７−２１１１４５号公報等の各種文献から得ることができる。

ダンパー４ａ，４ｂを配置する箇所としては、本実施形態では、室内側開口２２から若干下方に入った所になっている。これは、ダンパー４ａ，４ｂが後述する蓋５と干渉しない位置に配置する必要があるためであり、このような位置は、勿論、本発明にいう「室内側開口近傍」の概念に含まれる。

実際には、第２鉛直経路部２Ｅ及びその前後の領域であれば、「室内側開口近傍」の概念に含まれる。本実施形態では、室内側開口２２から３０ｍｍ下方に軸Ｐａが位置するように配されている。なお、蓋５が無いなど、干渉を考慮する必要が無い場合には、もっと上方、例えば、室内側開口２２と軸Ｐａとが一致する高さであっても構わない。

ダンパー４ａ，４ｂの厚みについて説明する。図４に、ダンパー４ａの短手方向の縁側から見た拡大断面図を示す。なお、図４では、代表させてダンパー４ａを挙げているが、ダンパー４ｂについても同様である。図４において、ダンパー４ａは、水平状態（室内側開口２２を閉塞する状態）となっている。

ダンパー４ａは、その厚みが、当該ダンパー４ａの短手方向（図４における左右方向）において、中央ｔ０が最も厚く、かつ、両端部４ａｘ，４ａｙに向けて漸次薄くなっている。また、軸Ｐａは、中央ｔ０の厚み方向の中心に位置している。そして、ダンパー４ａは、軸Ｐａを含む厚み方向の中心面Ｓを基準に、軸Ｐａより建物の室外に近い側では下面側ｔ２が上面側ｔ１より厚く、建物の室外から離れた側では上面側ｔ３が下面側ｔ４より厚くなっている。即ち、中心面Ｓを基準にして非対称な形状となっている。

このような形状とすることで、ダンパー４ａが、水平状態から、建物の室外から離れた側の端部４ａｘが立ち上がった状態（本実施形態では、最大で、水平状態に対して６０°立ち上げた状態。図３参照。）において、室外側開口２１から吸入された空気の流れを、ダンパー４ａの下方の上面側の形状で掬い上げて上方に送り出すとともに、上方の上面側の形状で室内へとスムーズに送り出す。一方、ダンパー４ａの下方の下面側の形状で隣のダンパー４ｂによる空気流を阻害しないように働き、上方の下面側の形状で室内へとスムーズに送り出す。そのため、空気の流れがスムーズになり、流量係数の向上が見込める。

なお、以上の効果は、ダンパー４ａの回動が、水平状態から、建物の室外から離れた側の端部４ａｘが立ち上がって垂直になるまでの間、またはそれ未満で奏される。本実施形態では、後述するように実際のシミュレーション試験において、水平状態に対して６０°立ち上げた状態で顕著な効果が見られた。

本実施形態の換気装置１は、換気経路２における室内側開口２２を閉塞し得る蓋５を備えている。蓋５は、通常は開放状態としておき、ダンパー４ａ，４ｂにより開放／閉塞を制御するが、強風や暴風雨のときに風雨を遮断したい場合に、使用者によって閉塞される。

蓋５は、室内側開口２２を閉塞し得る長尺の矩形状の部材であり、長辺の一端５１が室内側開口２２の長辺のうち、室外側の縁に回動自在に軸支され、水平状態で室内側開口２２が全閉状態のようになっている。そして、長辺の他端５２が立ち上がるように回動させることで、室内側開口２２を開放状態にすることができる。

本実施形態において、蓋５は、水平状態から５０°立ち上がった位置で全開状態になるようにしている。蓋５を室外側とは逆側（室内側）に傾けた状態を全開状態とすることで、室外から取り込まれて換気経路２を流れてきた空気が、スムーズに室内側に導入される。

次に、本発明の他の一例である第２実施形態にかかる換気装置を、図５に基づいて説明する。
図５は、本発明の特徴を備える本実施形態の換気装置６を示す模式断面図である。本実施形態の換気装置６は、ダンパー４ａ，４ｂを備えていないことを除けば第１実施形態の換気装置１と同一の構成、形状、大きさ（以下、「構成等」と略す。）のものである。そのため、第１実施形態の換気装置１と同一の構成等で同一の機能を有する部材については、図３において同一の符号を付すことで、その説明を省略する。

本実施形態においては、室内側開口２２の閉塞乃至開口の調整を、使用者が蓋５を回動させることで行うようにしている。また、蓋５の開度（水平状態からの立ち上がりの程度）を無段階で、あるいは多段階で選択し得るように構成しておけば、使用者が、外気温や室温、さらには、風の強さに応じて、適切な換気量に調整することができる。

本実施形態においても、室外側開口２１と室内側開口２２の向きをそれぞれ上下に向けた上で換気経路２をクランク状にしているので、建物の構造躯体における納まりがよく、建築設計の自由度が高いとともに、外観意匠性に優れた形状を確保しやすい。また、換気経路２の内面形状が第１実施形態と同様適切に構成され、かつ、換気経路２が全体として徐々に上に持ち上がっているため、空気の流れが極めてスムーズとなり、流量係数の向上を見込むことができる。

次に、本発明における換気経路やダンパー等の適切な形状を求める方法について説明する。
換気経路２やダンパー４ａ，４ｂの形状は、コンピュータ上で流体解析により、あるいは、実際にラボ装置を組み立てて実機による試験により、最適の形状を求めればよい。
上記実施形態において適切な換気経路２の形状を求めた具体的手法を挙げて、以下説明する。

上記実施形態では、蓋５は全開状態とし、換気経路２の内面形状のうち、流量係数に影響を及ぼしやすいと思われる領域を変数として種々の条件を振るとともに、その他の部分については固定状態（固定部）として、できる限り数多くの実験を繰り返してみた。実験は、まず、計算流体力学（computational fluid dynamics＝ＣＦＤ）の手法によりコンピュータ上でシミュレーションを行い、好ましい条件の当たりを付けた上で、ラボ装置を組み立てて実機試験（モックアップ試験）を行った。

試験体は、ビルの換気装置を模擬したモックアップを想定し、チャンバーに対し、床面相当部分に換気装置を接続したモデルとした。加えて、換気装置外部の空間を解析対象とすることで、流入口での剥離による影響を考慮することを意図した。
以下、コンピュータ上におけるシミュレーション試験と、ラボ装置を組み立てての実機試験とを詳細に説明する。

（Ｉ：コンピュータ上におけるシミュレーション試験）
図６に、上記実施形態の換気装置を設計する際、実際に行った、換気経路の形状を求めるシミュレーション試験を説明するための換気装置の模式断面図を示す。図６中の括弧書きではない数値が付された範囲及び数値が付されていない範囲が、形状を固定状態とした部分（固定部）であり、その延長線となる実線及び破線を結んだ直角のクランク状の経路が、図２に示す参考例の経路である。また、一点鎖線は、前記クランク状の経路の対向する内壁面間の中心位置を結んだ線（以下、単に「中心線」という。）である。固定部の各寸法は、括弧書きではない数値で示してある。なお、括弧書きの数値は、後に記す、シミュレーション試験終了後の最終形状の数値（Final）を記入したものである（以上、単位は「ｍｍ」）。

固定部に対して、ｐ１〜ｐ６を変動部とし、設計変数として変化させた。以下に、各変動部の詳細を示す。
変動部ｐ１は、第１屈曲部２Ｂにおいて、第１鉛直経路部２Ａと水平経路部２Ｃの両中心線の交点ｘ１から内面２αまでの距離であり、変動部ｐ２は、内面２αにおける第２鉛直経路部２Ｅの固定部の下端ｘ２とｘ１とを結ぶ線分のうち、内面２αとの分かれ目に当たる点ｘ３とｘ１との距離であり、変動部ｐ３は、内面２βにおける第２鉛直経路部２Ｅの固定部の下端ｘ４と、その延長であって鉛直方向から交差する方向に角度を変える変化点ｘ５までの距離である。また、内面２βにおける水平経路部２Ｃの、直角のクランク状の二点鎖線と内面２βとの鉛直方向距離を、室内側から適宜３点とり、順に変動部ｐ４〜ｐ６とした。

一方、ダンパーの形状については、図４を用いて説明すると、具体的には、ｔ０を６ｍｍで固定部、軸Ｐａから両端部４ａｘ，４ａｙまでの間の各中間位置（軸Ｐａから１５ｍｍ）における上面側ｔ１，ｔ３と、下面側ｔ２，ｔ４のそれぞれの厚みを変動部とし、設計変数として変化させた。ダンパーの断面形状は、短手方向長さ１００ｍｍ及びｔ０＝６ｍｍ、並びに、変動部ｔ１〜ｔ４の値を維持しつつ、スプライン形状となるようにした。

また、ダンパーの全開時の傾斜角について、鉛直状態に対して室外側に傾いた角度の値Ａｎｇｌｅ１として、これも設計変数として変化させた。室外側から離れた側に傾いた状態は、−（マイナス）表記となる。

これら変動部ｐ１〜ｐ６、変動部ｔ１〜ｔ４及びＡｎｇｌｅを適宜変動させて、最適な流量係数となる条件を見つけるべく、コンピュータ上でシミュレーション試験を行った。このとき、第２実施形態の構成（ダンパー無し）について、シミュレーション試験を行った。また、シミュレーション試験を行う際、換気経路２の内面（２α，２β）の角部（折線部）についてはテーパを付けて曲面状に仕上げた。さらに、各点を結ぶ線は、直線またはスプラインとして、段差や角度を付けないようにした。

なお、「流量係数」は、建材試験センター規格ＪＳＴＭ Ｌ６２０１：２００２「換気ガラリの通気性試験方法」に準じた測定により評価した。
Ｓｔｅｐ１〜Ｓｔｅｐ４の順に操作の手順を説明する。

Ｓｔｅｐ１：まず、設定した設計変数のうち、効果的なパラメータを最適化により抽出し、さらに水勾配上の妥当と思われる変数を決定する。
具体的には、下記表１に示すとおりに、各設計変数を変動させて、流量係数を最適化する条件を導き出した。

上記表１において、「状態」とは、当該Ｓｔｅｐにおいて、各設計変数を変動させるか、固定状態とするかの別であり、本Ｓｔｅｐでは、未だ試験を実施していない段階なので、全ての設計変数を変動させる。「最小」と「最大」は、各設計変数の変動幅の大小限界値であり、「変動間隔」で示された数値幅で変動させて試験を行った。なお、「初期値」は、本試験において仮に設定した変動の初期探索点である。表１に関する以上の説明は、後記する表２〜表５において、同様である。

以上のシミュレーション試験の結果、設計変数の内、変動部ｐ１及び変動部ｐ３〜ｐ６についてパラメータを決定し、固定化した。また、他の設計変数についても、変動幅を妥当と思われる程度まで絞る。固定化後の確定値や狭めた変動幅は、後記する表２を参照のこと。

Ｓｔｅｐ２：次に、Ｓｔｅｐ１で決定したパラメータを固定し、他の設計変数を変動させて、再度最適化を実行する。
具体的には、下記表２に示すとおりに、変動部ｐ１及び変動部ｐ３〜ｐ６についてパラメータを固定化し、他の設計変数を変動させて、流量係数が最適化する条件を導き出した。

以上のシミュレーション試験の結果、さらに、Ａｎｇｌｅ１についてパラメータを決定し、固定化した。また、ｔ１及びｔ３についてもパラメータを決定し、固定化したが、後述するとおり、ｔ１〜ｔ４は改めて最適化を実行するため、この段階では、仮の確定値となる。他の設計変数についても、変動幅を妥当と思われる程度まで絞る。固定化後の（仮）確定値や狭めた変動幅は、後記する表３を参照のこと。

Ｓｔｅｐ３：更に、Ｓｔｅｐ２から変数を限定し、再度最適化を実行する。
具体的には、下記表３に示すとおりに、設計変数の内、ｔ２，ｔ４及びｐ２についてパラメータを変動させて、他の設計変数は固定化し、流量係数を最適化する条件を導き出した。

以上のシミュレーション試験の結果、さらに、ｐ２についてパラメータを決定し、固定化した。Ｓｔｅｐ３の終了により、ダンパーの角度Ａｎｇｌｅ１及び流路形状（ｐ１〜ｐ６）が決定し、固定化される。固定化後の確定値は、後記する表４を参照のこと。

Ｓｔｅｐ４：最後に、ダンパーの形状に焦点を当て、再度最適化を実行する。
具体的には、下記表４に示すとおりに、設計変数の内、ｔ１〜ｔ４についてのみパラメータを変動させて、他の設計変数は固定化し、流量係数を最適化する条件を導き出した。このとき、Ｓｔｅｐ２終了後に一旦仮確定したり、変動幅を絞ったりしたパラメータも、Ｓｔｅｐ２の開始前の状態に戻って、シミュレーション試験を行った。

以上のシミュレーション試験の結果、下記表５に示すとおり、全ての設計変数を決定した（Final）。確定した値（Final）で導かれる最終形状をコンピュータ上におけるシミュレーション試験での最終形状とした。

（II：実機試験）
次に、コンピュータ上におけるシミュレーション試験での最終結果（Final）を受けて、実機試験を行った。実機試験は、下記１）〜４）に示す４水準で行った。

１）参考例
図２に示すように、流入経路を９０°エルボで連結した、特別な工夫をしていない形状であり、ダンパーは付けない。蓋の開放角度（水平状態からの角度）は、５０°とした。図６において、固定部と、その延長線となる実線及び破線を結んだ直角のクランク状の経路に相当し、具体的な寸法は、図６に記載された通りである。

２）最終形状（ダンパーなし）
図６に示すように、流入経路を、コンピュータ上におけるシミュレーション試験での最終結果（Final）で導かれる最終形状としたものであるが、ダンパーは付けていない。蓋の開放角度（水平状態からの角度）は、５０°とした。具体的な寸法は、図６に記載された通りである。

３）最終形状（ダンパーなし、化粧パネル付）
２）最終形状（ダンパーなし）に対して、図５に示すように化粧パネル（フード３）を取り付けたものであり、縁２３が、面取りされている（面取り部の鉛直方向寸法は１２ｍｍ）。なお、フード３の下端も同寸法の面取りが為されている。

４）最終形状（ダンパー、化粧パネル付）
３）最終形状（ダンパーなし、化粧パネル付）に対して、ダンパーを付けたものである。当該ダンパーは、コンピュータ上におけるシミュレーション試験での最終結果（Final）で導かれる最終形状とし、全開状態で、水平状態に対して６０°立ち上がった状態（鉛直状態に対して３０°、室外から離れた側に傾いた状態＝Ａｎｇｌｅ１）としたものである。

実機装置は、横２０００ｍｍ×縦２０００ｍｍ×奥行１５００ｍｍのチャンバーを用意し、その前面側かつ下面に、チャンバーの内外を換気できるように換気装置の試験体を取り付け、その背面に吸込みファンを取り付けた。なお、流路以外のチャンバー部での圧力損失の影響を除くため、チャンバー内の前後を仕切るように整流網（φ１．５、＃３）を設置した。

吸込みファンによる吸込み風量を十分にとり乱流場を安定させ、風量とチャンバー内外の圧力差から、流量係数を求めた。このときの流量係数の測定には、ＪＩＳ Ｂ ８３３０送風機の試験及び検査方法に準じた試験装置により試験を実施した。ただし、本試験では、ＪＩＳ Ｂ ８３３０で規定されるダンパーは設けていない（ＪＩＳ Ｂ ８３３０ ５．１試験装置、図４（ａ）参照。）。また、測定部は、ピトー管とした。

なお、本実機装置の精度を確認するため、試験体を取り付けずに、試験体と同じ開口面積となる１０００ｍｍ×１００ｍｍの矩形開口を設けた状態で測定したところ、流量係数は０．６９であった。単純開口の慣用値が０．６〜０．７とされているので、本実機装置は、十分な精度を有しているといえる。

流量係数の測定結果は、以下の通りである。
１）参考例について
流量係数は０．３２と小さく、ガラリ相当の通気効率であった。

２）最終形状（ダンパーなし）について
流量係数は０．４１に向上し、１）参考例に対して約３０％の効率アップとなった。

３）最終形状（ダンパーなし、化粧パネル付）について
流量係数はさらに０．４５に向上し、１）参考例に対して約４０％の効率アップとなった。

４）最終形状（ダンパー、化粧パネル付）について
ダンパーの追加により、流量係数は０．４０となり、１）参考例に対して約２５％の効率アップとなった。ただし、ダンパーの部分の面積を除いた開口面積は９２３ｃｍ^２であり、これを考慮して流量係数を求めると０．４３になる。よって、ダンパー自体による効率低下は、比較的小さいといえる。

なお、３）最終形状（ダンパーなし、化粧パネル付）及び４）最終形状（ダンパー、化粧パネル付）については、同じ実機装置で、耐雨試験も行っている。耐雨試験は、毎分４リットル／ｍ^２の水を１０分間、チャンバー外部から試験体に当てつつ、大型のブロアで風速５ｍ／ｓ及び１０ｍ／ｓに相当する内外圧力差を生じさせて、チャンバーの内部への飛散状況を確認することで行った。結果、何れも風速５ｍ／ｓでチャンバー内部への飛散は確認されず、風速１０ｍ／ｓでも後者は飛散が確認されなかった。前者についても、確認された飛散はごく僅か（数滴程度）であった。

以上の例では、換気経路の全体的な形状とダンパーの形状及び開度をシミュレーション試験によって求め、実機試験で確認する方法について述べたが、同様の手法によって、例えば、蓋の形状や開度、換気経路のその他の内面形状（例えば、縁２３の面取り形状）についても、シミュレーション試験によって適切な条件を求めることができる。

以上、本発明の換気装置について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の換気装置は上記実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、ダンパーの数が２個（２列）の例を挙げて説明したが、この数は特に制限は無く、１個（１列）でも３個（３列）以上であっても構わない。室内側開口の大きさとダンパーの大きさ（ともに、特に短手方向長さ）に応じて、適宜選択すればよい。選択した構成に応じて、上記説明したシミュレーション試験等を行えば、適切な換気経路やダンパー等の形状や各種条件を求めることができる。

また、各種構成部材の大きさや形状も、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、実際の建物の形状や施工を通じた納まり、周辺環境等に応じて、適切なものに設計することができる。

その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の換気装置を適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の換気装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

ＯＷ：外壁面
ＦＬ：床
１，６：換気装置
２：換気経路
２Ａ：第１鉛直経路部
２Ｂ：第１屈曲部
２Ｃ：水平経路部
２Ｄ：第２屈曲部
２Ｅ：第２鉛直経路部
２１：室外側開口
２２：室内側開口
３：フード
４ａ，４ｂ：ダンパー
５：蓋

Claims (6)

1. 建物の内外に貫通する換気経路を備え、該建物の室内を換気するための換気装置であって、
   前記換気経路の一端に、前記建物の室外で下方に向けた室外側開口が位置し、その他端に、前記建物の室内で上方に向けた室内側開口が位置し、前記室外側開口及び前記室内側開口が、前記建物の外壁と平行で水平方向を長手方向とするスリット状であり、
   前記換気経路が、前記室外側開口から鉛直方向に立ち上がる第１鉛直経路部と、該第１鉛直経路部に第１屈曲部を介して連なり略水平方向に延在する水平経路部と、該水平経路部に第２屈曲部を介して連なり前記室内側開口に向けて鉛直方向に立ち上がる第２鉛直経路部と、からなり、
   前記換気経路の内面のうち、前記室外側開口における長手方向の２つの縁から前記室内側開口まで連なる対向面がいずれも、前記第１屈曲部及び前記第２屈曲部において、鈍角の折線部を有する平面、または、曲面により構成されていることを特徴とする換気装置。
2. 前記水平経路部において、前記対向面の間の鉛直方向の中心が、前記第１屈曲部側から前記第２屈曲部側に進むに従って、漸次上方に移動することを特徴とする請求項１に記載の換気装置。
3. 前記換気経路における前記室内側開口近傍に、該室内側開口の長手方向に沿った長尺状で、自身の短手方向の中心を軸として回動可能なダンパーを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の換気装置。
4. 前記ダンパーの回動可能範囲が、水平状態から、前記建物の室外から離れた側の端部が立ち上がって垂直になるまでの間、またはそれ未満であり、
   前記ダンパーの厚みが、当該ダンパーの短手方向において、中央が最も厚く、かつ、両端部に向けて漸次薄くなっており、
   前記軸が、前記ダンパーの厚み方向の中心に位置し、
   前記ダンパーが、水平状態において、前記軸を含む当該厚み方向の中心面を基準に、前記軸より前記建物の室外に近い側では下面側が上面側より厚く、前記建物の室外から離れた側では上面側が下面側より厚いことを特徴とする請求項３に記載の換気装置。
5. 前記ダンパーが、水平状態で前記室内側開口を閉塞状態とするものであり、所定の温度範囲において、水平状態から回動して開口することを特徴とする請求項３または４に記載の換気装置。
6. さらに、前記室内側開口を閉塞可能な蓋を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の換気装置。

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