JP2021006676A

JP2021006676A - 開口部装置

Info

Publication number: JP2021006676A
Application number: JP2019120611A
Authority: JP
Inventors: 豊大浦; Yutaka Oura; 幸康朝岡; Yukiyasu Asaoka; 恭助樋山; Kyosuke Hiyama; 裕一沢潟; Yuichi Omodaka
Original assignee: Meiji University; Sankyo Tateyama Inc
Current assignee: Meiji University; Sankyo Tateyama Inc
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2021-01-21

Abstract

【課題】窓からの熱の出入りを減らし、空調負荷を抑えることのできる開口部装置の提供。【解決手段】外側ガラス１と遮蔽体２と整流体３と内側ガラス４とを備え、内気取入口５と内気排出口６とを有するものであり、遮蔽体２は、外側ガラス１の室内側に設けてあり、整流体３は、遮蔽体２と内側ガラス４の間に設けてあり、内気が内気取入口５から取り入れられ、整流体３により内側ガラス４の外側面に沿って下向きに流れ、内外ガラス１，４間の中間層７の下部で折り返し、外側ガラス１の内側面及び遮蔽体２の内側面に沿って上向きに流れてから内気排出口６から排出されることで、内気が日射熱を回収する。【選択図】図１

Description

本発明は、建物の開口部に設けられる開口部装置に関する。

建物の室内環境は、空調設備で制御していたが、窓からの熱の出入りが多く電気代がかかるため、経済的に優れたものが求められていた。

本発明は以上に述べた実情に鑑み、窓からの熱の出入りを減らし、空調負荷を抑えることのできる開口部装置の提供を目的とする。

上記の課題を達成するために請求項１記載の発明による開口部装置は、外側ガラスと遮蔽体と整流体と内側ガラスとを備え、内気取入口と内気排出口とを有するものであり、遮蔽体は、外側ガラスの室内側に設けてあり、整流体は、遮蔽体と内側ガラスの間に設けてあり、内気が内気取入口から取り入れられ、整流体により内側ガラスの外側面に沿って下向きに流れ、内外ガラス間の中間層の下部で折り返し、外側ガラスの内側面及び遮蔽体の内側面に沿って上向きに流れてから内気排出口から排出されることで、内気が日射熱を回収することを特徴とする。

請求項２記載の発明による開口部装置は、外側ガラスと遮蔽体と中間ガラスと内側ガラスとを備え、内気取入口と内気排出口とを有するものであり、遮蔽体は、外側ガラスの室内側に設けてあり、中間ガラスは、遮蔽体と内側ガラスの間に設けてあり、内気が内気取入口から取り入れられ、内側ガラスと中間ガラスの間を下向きに流れ、内外ガラス間の中間層の下部で折り返し、外側ガラスの内側面及び遮蔽体の内側面に沿って上向きに流れてから内気排出口から排出されることで、内気が日射熱を回収することを特徴とする。

請求項１記載の発明による開口部装置は、外側ガラスと遮蔽体と整流体と内側ガラスとを備え、内気取入口と内気排出口とを有するものであり、遮蔽体は、外側ガラスの室内側に設けてあり、整流体は、遮蔽体と内側ガラスの間に設けてあり、内気が内気取入口から取り入れられ、整流体により内側ガラスの外側面に沿って下向きに流れ、内外ガラス間の中間層の下部で折り返し、外側ガラスの内側面及び遮蔽体の内側面に沿って上向きに流れてから内気排出口から排出されることで、内気が日射熱を回収するので、日射遮蔽性能が向上すると共に、内側ガラスの表面温度を室温に近付けられるため、快適な室内環境を形成でき、空調負荷を抑えることができる。

請求項２記載の発明による開口部装置は、外側ガラスと遮蔽体と中間ガラスと内側ガラスとを備え、内気取入口と内気排出口とを有するものであり、遮蔽体は、外側ガラスの室内側に設けてあり、中間ガラスは、遮蔽体と内側ガラスの間に設けてあり、内気が内気取入口から取り入れられ、内側ガラスと中間ガラスの間を下向きに流れ、内外ガラス間の中間層の下部で折り返し、外側ガラスの内側面及び遮蔽体の内側面に沿って上向きに流れてから内気排出口から排出されることで、内気が日射熱を回収するので、日射遮蔽性能が向上すると共に、内側ガラスの表面温度を室温に近付けられるため、快適な室内環境を形成でき、空調負荷を抑えることができる。

本発明の開口部装置の第１実施形態を示す縦断面図である。同開口部装置が設置されるビルの一例を示す平面図である。（ａ）は第１実施形態の開口部装置における中間層の空気温度分布を示す図であり、（ｂ）は内側ガラスの室内側面の表面温度分布を示す図である。本発明の開口部装置の第２実施形態を示す縦断面図である。（ａ）は第２実施形態の開口部装置における中間層の空気温度分布を示す図であり、（ｂ）は内側ガラスの室内側面の表面温度分布を示す図である。開口部装置の比較例を示す縦断面図である。（ａ）は比較例の開口部装置における中間層の空気温度分布を示す図であり、（ｂ）は内側ガラスの室内側面の表面温度分布を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の開口部装置９の第１実施形態（請求項１記載の発明の実施形態）を示す縦断面図であり、図２は、同開口部装置９が設置されるビルの一例を示す平面図である。本開口部装置９は、図２に示すように、ビル（オフィスビル）の東面と南面と西面の開口部１９に設置されている。

本開口部装置９は、図１に示すように、外側ガラス１とブラインド（遮蔽体）２と整流体３と内側ガラス４とを備えている。外側ガラス１は、最も室外側に位置し、開口部１９に取付けた枠１０に保持されている。ブラインド２は、外側ガラス１の室内側に設けてあり、上下方向に間隔をおいて多数のスラット１１を有し、スラット１１により日射を遮断する。ブラインド２は、日射が当たることで熱を持ち、その日射熱がブラインド２の室外側及び室内側の空気に伝達される。内側ガラス４は、最も室内側に位置し、開口部１９に取付けた枠１２に保持されている。整流体３は、ブラインド２と内側ガラス４との間に、開口部１９の天面から吊り下げて設けてある。整流体３は、例えば透明な樹脂板などで形成してある。

本開口部装置９は、図１に示すように、内側ガラス４よりも上方に内気取入口５が設けてある。内気取入口５が天井側（上部）にあることにより、室内の暖められた空気が取り入れやすくなる。整流体３は、内気取入口５の近傍にあり、内気取入口５から入る内気の流れを下向きに変える形状、具体的には内側ガラス４と平行な平らな板状となっている。
また、ブラインド２と整流体３との間の開口部１９の天面に内気排出口６が設けてある。内気排出口６は、天井裏に設置したファン１３とダクト１４で連結され、屋外に面した排気口１５とファン１３とがダクト１６で連結してある。ファン１３は、内気排出口６から内外ガラス１，４間の中間層７の空気（内気）を吸い込み、ダクト１４，１６を通じて排気口１５より屋外に排気する。そうして中間層７の空気がファン１３で引っ張られるのに伴い、内気が内気取入口５より中間層７に流入する。

天井裏には空調機１７が設置してある。空調機１７は、屋外に面した吸気口１８より外気を吸い込み、２５℃前後の適温に調整して、送風口２０より室内に送出する。

次に、夏期における本開口部装置９の働きについて説明する。先に述べたように、ファン１３を運転することで、図１中の矢印２１ａに示すように、内気が内気取入口５に吸い込まれ、その後、内気は整流体３に当たることで下向きに流れを変え、図中の矢印２１ｂに示すように、内側ガラス４の外側面に沿って下向きに流れる。このように、内側ガラス４の外側面に沿って内気が下向きに流れることで、内側ガラス４の表面温度を室温に近付けることができる。その後、内気は、中間層７の下部で折り返し（図中の矢印２１ｃ参照）、ブラインド２から放熱される日射熱と、外側ガラス１や枠１０を通じて室外から室内に入ってくる熱を回収しながら、図中の矢印２１ｄに示すように、外側ガラス１の内側面及びブラインド２の内側面に沿って上向きに流れる。その後、内気は内気排出口６より天井裏に吸い込まれ、ダクト１４，１６を通じて室外に排気される。これにより、回収した日射熱と外側ガラス１や枠１０から回収した熱を室外に捨てる。
このように、中間層７を内気が内側ガラス４の外側面と外側ガラス１の内側面及びブラインド２の内側面に沿うように迂回して流れることで、日射熱の取得を抑制できると共に、室外から室内に伝わる熱を空気の流れによって回収し室外に捨てることで、空気が流出する方向とは逆方向である室外側から室内側への熱輸送が妨げられ、優れた断熱効果を発揮して、室内が涼しく保たれる。
特に本開口部装置９は、内気が外側ガラス１の内側面及びブラインド２の内側面に沿って上向きに流れることで、ブラインド２から出る日射熱を効率よく回収し、その後室外に排気されることで、日射遮蔽性能が向上する。そして、内側ガラス４の表面温度を室温に近付けられることと日射遮蔽性能の向上との相乗効果により、室内（特に、窓面から５ｍの範囲のペリメータゾーン）を涼しく快適に保つことができ、空調負荷を抑えることができる。

図４は、本発明の開口部装置９の第２実施形態を示している。本開口部装置９は、外側ガラス１とブラインド２と中間ガラス８と内側ガラス４とを備えている。外側ガラス１とブラインド２は、第１実施形態と同様に設けてある。内側ガラス４は、最も室内側に位置しており、中間ガラス８は、ブラインド２と内側ガラス４の間に設けてある。また中間ガラス８は、内側ガラス４と平行に設けられ、中間層の上部から下部まで設けられている。中間ガラス８と内側ガラス４とは、開口部１９に取付けた一つの枠１２に保持してあり、枠１２と中間ガラス８と内側ガラス４とで内窓２２を構成している。内側ガラス４の上方の上枠部には、内気取入口５が設けてあり、中間ガラス８の下方の下枠部には、室外側に向けて開口する内気流通口２３が設けてある。これにより、内側ガラス４と中間ガラス８の間を内気が流れるようにしてある。また、ブラインド２と中間ガラス８との間の開口部１９の天面に内気排出口６が設けてある。

次に、夏期における本開口部装置９の働きについて説明する。ファン１３を運転することで、図中の矢印２１ａに示すように、内気が内気取入口５に吸い込まれ、その後、図中の矢印２１ｂに示すように、中間ガラス８と内側ガラス４の間を下向きに内気が流れる。このように、中間ガラス８と内側ガラス４の間を内気が下向きに流れることで、内側ガラス４の表面温度を室温に近付けることができる。内気は、中間ガラス８下方の内気流通口２３より流出し、中間層７の下部で折り返し（図中の矢印２１ｃ参照）、ブラインド２から放熱される日射熱と、外側ガラス１や枠１０を通じて室外から室内に入ってくる熱を回収しながら、図中の矢印２１ｄに示すように、外側ガラス１の内側面及びブラインド２の内側面に沿って上向きに流れる。その後、内気は内気排出口６より天井裏に吸い込まれ、ダクト１４，１６を通じて室外に排気される。これにより、回収した日射熱と外側ガラス１や枠１０から回収した熱を室外に捨てる。
このように、中間層７を内気が内側ガラス４の外側面と外側ガラス１の内側面及びブラインド２の内側面に沿うように迂回して流れることで、日射熱の取得を抑制できると共に、室外から室内に伝わる熱を空気の流れによって回収し室外に捨てることで、空気が流出する方向とは逆方向である室外側から室内側への熱輸送が妨げられ、優れた断熱効果を発揮して、室内が涼しく保たれる。
特に本開口部装置９は、内気が外側ガラス１の内側面及びブラインド２の内側面に沿って上向きに流れることで、ブラインド２から出る日射熱を効率よく回収し、その後室外に排気されることで、日射遮蔽性能が向上する。そして、内側ガラス４の表面温度を室温に近付けられることと日射遮蔽性能の向上との相乗効果により、室内（特に、窓面から５ｍの範囲のペリメータゾーン）を涼しく快適に保つことができ、空調負荷を抑えることができる。

以上に説明した第１及び第２実施形態の開口部装置９について、中間層７の空気温度分布と、内側ガラス４の室内側面の表面温度分布をシミュレーションにより求めた。シミュレーションは、熱流体解析シミュレーション用の市販ソフトを用いて計算することにより行った。計算条件は、外気温３０℃、室温２５℃、日射量５００Ｗ／ｍ^２、換気量６．２Ｌ／ｓｅｃ／ｍ^２とし、内側ガラス４の表面温度が平衡状態になるまで計算した。比較のために、図６に示すように、外側ガラス９０とブラインド９１と内側ガラス９２とを備え、中間層９３を下から上の一方向にだけ内気を流した場合について、同様に中間層９３の空気温度分布と内側ガラス９２の表面温度分布をシミュレーションにより求めた。図３は、第１実施形態のシミュレーション結果を示し、図５は、第２実施形態のシミュレーション結果を示し、図７は、比較例のシミュレーション結果を示す。

図７（ｂ）に示すように、比較例では内側ガラス９２の表面温度が上下方向の中間で３２℃に達し、上方に向かうにつれてさらに温度が上昇し、一番上では３３℃に達している。これに対し第１実施形態は、図３（ｂ）に示すように、上下方向の中間が３１℃になっており、上方にいくにつれて温度が下がり、上部では２７℃になっている。これは、内側ガラス４の外側面に沿って内気が下向きに流れることで、内側ガラス４への日射熱の伝達が妨げられ、内側ガラス４の表面温度が低下したものである。さらに、第２実施形態は、図５（ｂ）に示すように、内側ガラス４の表面温度が第１実施形態よりもさらに低く、全体が２６〜２８℃の室温に近い温度に保たれている。これは、中間ガラス８と内側ガラス４の間に内気を流すことで、内側ガラス４に沿う内気の下向きの流れが、中間ガラス８によりブラインド２付近の上昇流と隔離され、中間層７の最下部まで安定して保たれることによるものである。また、中間層７，９３の空気温度分布を見ると、比較例の図７（ａ）では、中間層９３内の室外側と室内側で空気温度があまり変わらない（室内側の方が若干高い）のに対し、第１実施形態の図３（ａ）、第２実施形態の図５（ａ）では、中間層７の中央部の空気温度は比較例より高いものの、内側ガラス４近傍の空気温度が低く保たれていることが分かる。このシミュレーション結果から、第１及び第２実施形態の開口部装置９は、日射遮蔽性能を向上する効果、内側ガラス４の表面温度を室温に近付ける効果が得られることが分かる。

以上に述べたように本開口部装置（第１実施形態）９は、外側ガラス１と遮蔽体（ブラインド）２と整流体３と内側ガラス４とを備え、内気取入口５と内気排出口６とを有するものであり、遮蔽体２は、外側ガラス１の室内側に設けてあり、整流体３は、遮蔽体２と内側ガラス４の間に設けてあり、内気が内気取入口５から取り入れられ、整流体３により内側ガラス４の外側面に沿って下向きに流れ、内外ガラス１，４間の中間層７の下部で折り返し、外側ガラス１の内側面及び遮蔽体２の内側面に沿って上向きに流れてから内気排出口６から排出されることで、内気が日射熱を回収するので、日射遮蔽性能が向上すると共に、内側ガラス４の表面温度を室温に近付けられるため、快適な室内環境を形成でき、空調負荷を抑えることができる。

本開口部装置（第２実施形態）９は、外側ガラス１と遮蔽体（ブラインド）２と中間ガラス８と内側ガラス４とを備え、内気取入口５と内気排出口６とを有するものであり、遮蔽体２は、外側ガラス１の室内側に設けてあり、中間ガラス８は、遮蔽体２と内側ガラス４の間に設けてあり、内気が内気取入口５から取り入れられ、内側ガラス４と中間ガラス８の間を下向きに流れ、内外ガラス１，４間の中間層７の下部で折り返し、外側ガラス１の内側面及び遮蔽体２の内側面に沿って上向きに流れてから内気排出口６から排出されることで、内気が日射熱を回収するので、日射遮蔽性能が向上すると共に、内側ガラス４の表面温度を室温に近付けられるため、快適な室内環境を形成でき、空調負荷を抑えることができる。中間ガラス８と内側ガラス４の間に内気を流すことで、内側ガラス４の表面温度を室温に近付ける効果がより一層高まる。

また本開口部装置（第１及び第２実施形態）は、内気取入口５が天井側（上部）にあることにより、室内の暖められた空気が取り入れやすい。
第１実施形態の開口部装置は、整流体３は、内気取入口５の近傍にあり、内気取入口５から入る内気の流れを下向きに変える形状であるため、内気を内側ガラスの外側面に沿って下向きに流すことができる。
第２実施形態の開口部装置は、中間ガラス８は、内側ガラス４と平行に設けられ、中間層の上部から下部まで設けられていることで、より確実に内気を対流させることができる。

本発明は以上に述べた実施形態に限定されない。外側ガラス、内側ガラス及び中間ガラスは、種々のガラスを用いることができ、例えば複層ガラス、単板ガラス、Ｌｏｗ−Ｅガラス等を用いることができる。ガラスを支持するフレームの構造は任意であり、例えば連窓サッシや、方立と無目で構成されたカーテンウォール等とすることができる。遮蔽体及び整流体の形態は、適宜変更することができる。遮蔽体は、日射を遮る機能を有するものであればよく、ブラインドの他、ロールスクリーンやカーテン等であってもよい。内気を動かすための手段は任意であり、例えば室内に設けたファンにより室内を正圧に調節することで、内気を内気取入口から中間層に流入させることもできる。

１外側ガラス
２ブラインド（遮蔽体）
３整流体
４内側ガラス
５内気取入口
６内気排出口
７中間層
８中間ガラス
９開口部装置

Claims

外側ガラスと遮蔽体と整流体と内側ガラスとを備え、内気取入口と内気排出口とを有するものであり、遮蔽体は、外側ガラスの室内側に設けてあり、整流体は、遮蔽体と内側ガラスの間に設けてあり、内気が内気取入口から取り入れられ、整流体により内側ガラスの外側面に沿って下向きに流れ、内外ガラス間の中間層の下部で折り返し、外側ガラスの内側面及び遮蔽体の内側面に沿って上向きに流れてから内気排出口から排出されることで、内気が日射熱を回収することを特徴とする開口部装置。
外側ガラスと遮蔽体と中間ガラスと内側ガラスとを備え、内気取入口と内気排出口とを有するものであり、遮蔽体は、外側ガラスの室内側に設けてあり、中間ガラスは、遮蔽体と内側ガラスの間に設けてあり、内気が内気取入口から取り入れられ、内側ガラスと中間ガラスの間を下向きに流れ、内外ガラス間の中間層の下部で折り返し、外側ガラスの内側面及び遮蔽体の内側面に沿って上向きに流れてから内気排出口から排出されることで、内気が日射熱を回収することを特徴とする開口部装置。