JP3819886B2

JP3819886B2 - 建築物の排気構造及びこれを用いた建築物

Info

Publication number: JP3819886B2
Application number: JP2003328897A
Authority: JP
Inventors: 祥明樋口; 友裕黒木
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2023-09-19
Also published as: JP2005090187A

Description

本発明は、室内の窓側に、水平方向に所定間隔を隔てて、ガラスなどの透光体を設けた建築物の排気構造及びこれを用いた建築物に関する。

建物の眺望を確保しつつ外皮負荷を低減する方法の一つとして、ガラス外壁を二重化し、このガラス外壁によって構成された中空層を熱的緩衝域とするダブルスキンが利用されている。多くの場合は中空層にブラインドを設置するなどして日射熱を吸収、反射し、室内への侵入を防ぐ措置がとられているが、吸収された日射熱が中空層内にこもると、内側のガラスから室内への貫流熱が生じるため、特に夏期において、空調負荷が大きな問題となる。

このため、例えば、特許文献１では、中空層の下部から外気を導入し、ブラインドに吸収された熱を吸収した後、熱上昇した空気を中空層の上部から排出している。

また、本出願人が既に出願した特許文献２では、図１３に示すように、高層の建築物１００の各層の室内の窓部に複層ガラス１０２を設け、複層ガラス１０２に対向して多層に連なる状態で単板のフロートガラス１０４を設けて、フロートガラス１０４と複層ガラス１０２とで排気空間１０６を構成している。

そして、上層の床スラブ１０８との間に設けられた各層の天井空間１１０内に、室内に外気を導入する外気導入管１１２及び空調済み空気を排出する排気管１１４を配設し、外気導入管１１２及び排気管１１４のそれぞれの途中箇所に熱交換器１１６を連結している。

この熱交換器１１６によって、換気のために室内に取り入れる外気と下層の室内で空調に供された空調済み空気とを優先して熱交換し、空調済み空気が保有する空調用の熱エネルギーを換気用の外気に回収することで、空調前の外気に対する空調負荷を良好に軽減している。
特開２００１−２５３７３４号公報特開２００３−１０６５９８号公報

しかしながら、特許文献１の場合、中空層を攪拌しながら中空層内の空気を排出するため、内ガラスの近傍まで比較的高温の空気が流れることとなり、貫流熱が大きくなりやすい。また、機械換気による場合、中空層の熱溜りを抑えるには大きなファン動力が必要といった問題がある。

また、特許文献２では、各層毎に、空調済みの空気と外気とを熱交換器１１６によって熱交換するため、多層建築物の場合に、この熱交換器１１６が多数必要となり高価になる欠点があった。

本発明は上記事実を考慮し、空調負荷を良好に軽減できる建築物の排気構造及びこれを用いた建築物を得ることを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、建築物の排気構造において、建築物の窓部に設けられた第１透光体と、前記第１透光体の外側に第１透光体との間に中空層を形成するように設けられた第２透光体と、前記第１透光体の上部に設けられ、室内空気を前記中空層内にある第１透光体の表面に沿わせて下降させながら排出する排出手段と、前記第２透光体に設けられた熱吸収体と、前記第２透光体の下部に設けられた下部開口部と、前記第２透光体又は前記中空層の上部に設けられ、前記下部開口部から吸気され前記熱吸収体によって熱上昇する前記中空層内の空気と共に前記排出手段によって前記第１透光体の表面に沿わせて下降させた排出空気を建築物の外側へ排出する上部開口部と、を有することを特徴としている。

請求項１に記載の発明では、建築物の室内の窓側に第１透光体を設け、この第１透光体の外側に、第１透光体との間に中空層を形成するように第２透光体を設けている。そして、第１透光体の上部には、室内空気を第１透光体の表面に沿わせて下降させながら排出する排出手段を設けている。また、第２透光体には熱吸収体を設けており、第２透光体の下部に設けられた下部開口部から吸気され熱吸収体によって熱上昇する中空層内の空気と共に排出手段によって第１透光体の表面に沿わせて下降させた排出空気を上昇させる。さらに、第２透光体又は該中空層の上部には、熱吸収体によって熱上昇した中空層内の空気を建築物の外側へ排出する上部開口部を設けている。

夏期において、第１透光体側では、排出手段によって、室内空気を第１透光体の表面に沿わせるようにして排出させ、室内からの低温空気の排出による空気の下降流を第１透光体の表面に沿って生じさせる。一方、第２透光体側では、熱吸収体による太陽光の吸収熱によって熱吸収体周りで空気の上昇流が生じるため、第１透光体の表面に沿って下降した排出空気を上昇させる。

つまり、第１透光体側で生じる空気の下降流と第２透光体側で生じる空気の上昇流を中空層内で分離させた状態で流すことができる。

このため、第１透過体側の温度を低く保持することができ、室内への貫流熱を抑制することができる。このように、室内空気を活用することで、空調負荷の原因となる貫流熱を減らし、空調負荷を低減して省エネルギー効果を得ることができる。

また、本発明によれば、中空層部分の熱溜りを防止するためのファンが不要或いはファン動力の低減を図ることができるため、ランニングコストを削減することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の建築物の排気構造において、前記熱吸収体が前記第２透光体を通過する光を遮るブラインドであることを特徴としている。請求項２に記載の発明では、第２透光体を通過する光を遮るブラインドを熱吸収体としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の建築物の排気構造において、前記熱吸収体が前記第２透光体を通過する光を遮るルーバーであることを特徴としている。請求項３に記載の発明では、第２透光体を通過する光を遮るルーバーを熱吸収体としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の建築物の排気構造において、前記熱吸収体が前記第２透光体自体であり、第２透光体が熱吸収性ガラスで形成されたことを特徴としている。

請求項４に記載の発明では、熱吸収体を第２透光体自体とし、第２透光体を熱吸収性ガラスで形成している。この場合、第２透光体自体のコストが高くなってしまうため、請求項２に記載の発明の方が材料費は安くできる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の建築物の排気構造において、前記排出手段が、前記第１透光体の上部に形成された排気口と、前記排気口から前記第１透光体の表面に沿って延長し、室内空気を第１透光体の表面に沿うように案内するガイド部と、で構成されたことを特徴としている。

請求項５に記載の発明では、第１透光体の上部に排気口を形成し、第１透光体の表面へ沿うように室内空気を案内するガイド部を排気口に配設している。ここで、ガイド部は、排気口の外へ張り出した状態で設けても良いが、排気口の出口部に配設しても良い。排気口の出口部にガイド部を配設した場合、ガイド部が外観に露出しないため、美観が良い。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の建築物の排気構造において、前記排気口へ室内空気を誘引する排気ファンが設けられたことを特徴としている。

請求項６に記載の発明では、排気口へ室内空気を誘引する排気ファンを設けており、これにより、室内空気を排気口へ確実に誘引し排出させることができる。このため、第１透過体側の温度を効果的に保持することができ、室内への貫流熱をさらに抑制することができる。

請求項７に記載の発明は、建築物において、請求項１〜６の何れかに記載の建築物の排気構造が各層毎に設けられたことを特徴としている。
請求項７に記載の発明では、請求項１〜６の何れかに記載の建築物の排気構造を各層毎に設けることで、建築物の各層毎で、第１透光体側の温度を低く保持し、室内への貫流熱を抑制することができるため、建築物の空調負荷を低減して省エネルギー効果をもたらすことができる。

本発明は、上記構成としたので、第１透光体側で生じる空気の下降流と第２透光体側で生じる空気の上昇流を中空層内で分離することができ、第１透光体側の空気と第２透光体側の空気が混合しにくくなるようにすることができるため、第１透過体側の温度を低く保持することができ、室内への貫流熱を抑制することができる。このように、室内空気を活用することで、空調負荷の原因となる貫流熱を減らし、空調負荷を低減して省エネルギー効果を得ることができる。また、本発明によれば、中空層部分の熱溜りを防止するためのファンが不要或いはファン動力の低減を図ることができるため、ランニングコストを削減することができる。

次に、本発明の実施の形態に係る建築物の排気構造について説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る建築物の排気構造が適用された多層建築物１０では、窓側に第１透光体としての複層ガラス１２（ガラスの断熱性能を向上させるため二枚の板ガラスの間に乾燥空気を封入した空気層を設けたガラス）が設けられており、この複層ガラス１２の外側には、多層階に連なる状態で第２透光体としての単板のフロートガラス１４（建築用の普通の透明板ガラス）が設けられ、フロートガラス１４と複層ガラス１２とで、中空層１６が構成される。

フロートガラス１４には、フロートガラス１４の表面に沿ってブラインド１８が配設されており、フロートガラス１４を透過する光を遮ぎると共に、太陽光による熱を吸収している。

また、フロートガラス１４には、各層毎の上部及び下部に、それぞれ開口部２０、２２が形成されており、中空層１６内が換気できるようになっている。開口部２０、２２には、それぞれ開閉部材２４が設けられており、開口部２０、２２を開閉可能とし、冬期など、外気が冷たい場合は開閉部材２４を閉止して、外気が中空層１６内へ入らないようにする。

一方、中空層１６では、各層毎に、複層ガラス１２とフロートガラス１４の間にグレーチング２６を水平に架け渡しており、中空層１６内の層と層との間を連通可能としている。

また、上層の床スラブ２８と天井面３０との間には、天井空間３２が設けられており、室内と連通すると共に、冷暖房を行う空調装置（図示省略）によって温度調整された空気が天井空間３２内を流動する。

天井空間３２の窓側の壁部３３には、中空層１６と連通する排気口３４が形成されており、室内空気が排出（余剰排気）可能となっている。また、天井空間３２内には、排気ファン３６が配設されており、室内空気を排気口３４へ誘引し、排気口３４から排気させるようにしている。

ここで、排気口３４は、図２及び図３に示すように、長穴状の開口とされており、排気口３４の上縁部には、排気口３４の幅に沿って断面がＬ字状のガイドカバー３８が取り付けられている。このガイドカバー３８によって、排気口３４から排出された室内空気は、複層ガラス１２の表面に沿うように案内される。

次に、本発明の実施の形態に係る建築物の排気構造の作用について説明する。

図１に示すように、夏期において、フロートガラス１４側では、ブラインド１８による太陽光の吸収熱によって空気の上昇流がブラインド１８周りで生じ、開口部２２から吸気された外気は、ブラインド１８に沿って開口部２０から排気される。

一方、複層ガラス１２側では、ガイドカバー３８によって、室内空気を複層ガラス１２の表面に沿わせて排出させ、室内からの低温空気の排出による空気の下降流を複層ガラス１２の表面に沿って生じさせる。

これにより、複層ガラス１２側で生じる空気の下降流とフロートガラス１４側で生じる空気の上昇流を中空層１６内で分離して、複層ガラス１２側の空気とフロートガラス１４側の空気が混合しにくくなるようにすることができる。

このため、複層ガラス１２側の温度を低く保持することができ、室内への貫流熱を抑制することができる。このように、室内空気を活用することで、空調負荷の原因となる貫流熱を減らし、空調負荷を低減して省エネルギー効果を得ることができる。

具体的には、各層毎でフロートガラス１４の上下に幅１ｍ当たり約０．１ｍ²の開口部２０、２２を設けた場合、外気温度を３５℃とすると、開口部２０から排気された排気温度は外気温度の＋７〜８℃程度まで上昇し、４２〜４３℃となるが、排気口３４を各層毎に設け、直接中空層１６内に２６℃の空気を混合すると、室内空気の排気量（余剰排気量）はそれほど大きくないため、温度は１〜２℃しか低下しない。仮に、中空層１６内の温度を４０℃程度とすると、複層ガラス１２の貫流熱が３Ｗ／ｍ²・℃のとき、（４０−２６）×３＝４２Ｗ／ｍ²の熱流が生じることとなる。

これに対して、本発明では、複層ガラス１２の表面に沿って２６℃の空気を流すことで、複層ガラス１２側で生じる空気の下降流とフロートガラス１４側で生じる空気の上昇流を中空層１６内で分離して複層ガラス１２側の空気とフロートガラス１４側の空気が混合しにくくなるようにすることができるため、仮に、複層ガラス１２の表面温度が３０℃程度まで上昇したとしても、（３０−２６）×３＝１２Ｗ／ｍ²の熱流で済む。従って、貫流熱による空調負荷を大幅に削減することができることとなる。

一方、図１２に示すように、冬期において、フロートガラス１４側では、冷たい外気によって冷やされた空気は、周囲の空気よりも重いため、フロートガラス１４の表面に沿って下降流が形成される。これに対して、複層ガラス１２側では、排気口３４から排気された室内空気は、周囲の空気よりも軽いため、上昇流が形成される。

ここで、冬期に日射がない場合、外気温度は例えば５℃以下となり、排気口３４から排気された室内空気は約２２℃と、温度差が大きいため、該室内空気は、排気口３４から排気されるとすぐ複層ガラス１２の表面に沿って上昇することとなる。

このように、冬期においては、夏期とは逆方向の状態で上昇流と下降流とが分離し、複層ガラス１２側の空気とフロートガラス１４側の空気が混合しにくくなるようにすることができる。このため、複層ガラス１２側の温度を下げないように保持することができ、室内に対する空調負荷は発生しにくくなる。なお、冬期においては、排気口３４の上縁部に取り付けたガイドカバー３８は取り外しても良い。

また、図１に示すように、本形態では、排気ファン３６を用いたが、室内と室外とで適切な圧力差があれば、排気ファン３６を用いる必要はなく、これにより、ランニングコストの削減を図ることもできる。

また、ここでは、太陽光による熱を吸収する熱吸収体としてブラインド１８を用いたが、ブラインド１８に限らずルーバー（図示省略）等を用いても良く、また、フロートガラス１４自体を熱吸収性のガラスで形成しても良い。但し、フロートガラス１４自体を熱吸収性のガラスで形成した場合、ブラインド１８やルーバーを用いた場合と比較して材料費が高くなってしまうため、ブラインド１８やルーバーを用いた方が好ましい。

さらに、本形態では、排気口３４を長穴状の開口としたが、これに限るものではなく、図４〜図６に示すように、丸穴４０としても良い。この場合、丸穴４０と丸穴４０の間にも室内空気が流動するように、丸穴４０内に丸穴４０の軸線に沿った直線から丸穴４０の出口部へ行くに従って水平方向に沿って丸穴４０の左右へ湾曲するガイド部４２を設ける。

これにより、排気口４４から排気された室内空気は、ガイド部４２によって一旦、水平方向に沿って排気口４４の左右へ案内された後、ガイドカバー３８によって複層ガラス１２の表面に沿うように案内される。

ここで、中空層１６内にガイドカバー３８が露出してしまうため、外観上好ましくないという場合は、ガイドカバーをなくしても良い。

例えば、図７及び図８に示すように、排気口３４内にガイドカバーに代わるガイド部４６を設ける。ここで、ガイド部４６は排気口３４内に水平方向に沿って排気口３４内を分断し、排気口３４の出口部側を下方へ向かって湾曲させる。これにより、排気口３４から排気された室内空気は下方へ向かって案内することができ、複層ガラス１２の表面に沿って流動することとなる。

また、図９〜図１１に示すように、丸穴４０の場合は、丸穴４０から排出された室内空気を水平方向に沿って丸穴４０の左右にも案内しなければならないため、丸穴４０内に、水平方向に沿って丸穴４０内を分断し丸穴４０の出口部側を下方へ向かって湾曲させたガイド部４８を設けると共に、丸穴４０から排出された室内空気を水平方向に沿って丸穴４０の左右に案内するガイド部５０を設ける必要がある。

これにより、丸穴４０から排気された室内空気は、ガイド部４８によって一旦、複層ガラス１２の表面に沿うように下方へ案内された後、水平方向に沿って丸穴４０の左右へ案内されることとなる。

ところで、本形態では、建築物の第１透光体として、断熱効果の高い複層ガラス１２を用いたが、第２透光体と同様に単板のガラスを用いても良く、また、その他の透光体であっても適用可能である。

また、グレーチング２６にはスライドシャッター（図示省略）を設け、中空層１６内の層間において、連通状態、或いは非連通状態に切り換えることができるようにしても良い。

さらに、本発明の建築物の排気構造は、層毎で独立した状態で適用させても良い。中空層１６内の空気をなるべく乱さないという趣旨からすると、中空層１６を層毎で独立させた方が好ましい。

一方、フロートガラス１４の各層毎の上部及び下部に、それぞれ開口部２０、２２を形成し、開口部２２から吸気された外気を開口部２０から排気するようにしたが、ブラインド１８周りの放熱が十分になされる場合は、フロートガラス１４の各層毎の下部に開口部２２を設けなくても良い。

また、本形態では、開口部２０をフロートガラス１４の上部に設けたが、中空層１６内の空気が排気できれば良いため、これに限るものではなく、例えば、多層建築物において、最上層に位置する中空層１６の上部に開口部２０を設けるようにしても良い。

また、図示はしないが、室内空気を複層ガラスの表面に沿うように案内するガイド部の形状を、複層ガラスとの離間距離によって変え、複層ガラスの近傍側では室内空気の流速が速くなるようにし、複層ガラスから離間した側では、室内空気の流速が遅くなるようにして、いわゆるコアンダ効果（室内空気を複層ガラスの表面に沿って吹き付け、室内空気を複層ガラスの表面に沿って流動させるようにする）のような効果が得られるようにしても良い。

本発明の実施の形態に係る建築物を示す説明図であり、夏期の場合を示している。本発明の実施の形態に係る建築物に適用された排気構造を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る建築物に適用された排気構造を示す側断面図である。本発明の実施の形態に係る建築物に適用された排気構造の第１変形例を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る建築物に適用された排気構造の第１変形例を示す横断面図である。本発明の実施の形態に係る建築物に適用された排気構造の第１変形例を示す一部を切り欠いた斜視図である。本発明の実施の形態に係る建築物に適用された排気構造の第２変形例を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る建築物に適用された排気構造の第２変形例を示す側断面図である。本発明の実施の形態に係る建築物に適用された排気構造の第３変形例を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る建築物に適用された排気構造の第３変形例を示す側断面図である。本発明の実施の形態に係る建築物に適用された排気構造の第３変形例を示す一部を切り欠いた斜視図である。本発明の実施の形態に係る建築物を示す説明図であり、冬期の場合を示している。従来の建築物を示す説明図である。

符号の説明

１０多層建築物
１２複層ガラス（第１透光体）
１４フロートガラス（第２透光体）
１６中空層
１８ブラインド（熱吸収体）
２０開口部（上部開口部）
２２開口部（下部開口部）
３４排気口
３６排気ファン
３８ガイドカバー（ガイド部）
４０丸穴
４２ガイド部
４４排気口
４６ガイド部
４８ガイド部
５０ガイド部

Claims

建築物の窓部に設けられた第１透光体と、
前記第１透光体の外側に第１透光体との間に中空層を形成するように設けられた第２透光体と、
前記第１透光体の上部に設けられ、室内空気を前記中空層内にある第１透光体の表面に沿わせて下降させながら排出する排出手段と、
前記第２透光体に設けられた熱吸収体と、
前記第２透光体の下部に設けられた下部開口部と、
前記第２透光体又は前記中空層の上部に設けられ、前記下部開口部から吸気され前記熱吸収体によって熱上昇する前記中空層内の空気と共に前記排出手段によって前記第１透光体の表面に沿わせて下降させた排出空気を建築物の外側へ排出する上部開口部と、
を有することを特徴とする建築物の排気構造。
前記熱吸収体が前記第２透光体を通過する光を遮るブラインドであることを特徴とする請求項１に記載の建築物の排気構造。
前記熱吸収体が前記第２透光体を通過する光を遮るルーバーであることを特徴とする請求項１に記載の建築物の排気構造。
前記熱吸収体が前記第２透光体自体であり、第２透光体が熱吸収性ガラスで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の建築物の排気構造。
前記排出手段が、前記第１透光体の上部に形成された排気口と、前記排気口から前記第１透光体の表面に沿って延長し、室内空気を第１透光体の表面に沿うように案内するガイド部と、で構成されたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の建築物の排気構造。
前記排気口へ室内空気を誘引する排気ファンが設けられたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の建築物の排気構造。
請求項１〜６の何れかに記載の建築物の排気構造が各層毎に設けられたことを特徴とする建築物。