JP3827996B2

JP3827996B2 - 自然換気方法及び自然換気システム

Info

Publication number: JP3827996B2
Application number: JP2001354058A
Authority: JP
Inventors: 克弘三浦; 祐一武政; 雅哉平岡; 敏戸河里
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: JP2003155788A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、煙突効果による弊害の生じる高層建物において、エレベータシャフト等の縦シャフトに設置した扉の風切り音を発生させずに自然換気を可能にする自然換気方法及び自然換気システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物における自然換気の方法には、温度差換気と通風換気がある。温度差換気は、建物内外の温度差と、建物上下の開口高低差とにより生じる浮力が空気搬送の駆動力となる。通風換気は、外部風速により生じる風圧が空気搬送の駆動力となる。温度差換気、通風換気のいずれの場合においても、外気を建物内に取り込むための開口を、外壁に設けなければならないことは共通する。
このような自然換気を利用すれば、室内より温度の低い外気を取り入れ、冷房負荷を低減させることができる。高層建物に入居することが多い事務所では、近年増加の傾向にあるＯＡ負荷により、中間期や冬季でも冷房を行う必要が生じている。特にこのような事務所の場合、自然換気は、冷房負荷を低減させる省エネの観点から有用なものとなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
自然換気を行うには、外壁に開口を設けなければならない。
しかしながら、高層建物では外壁の開口を大きくすれば、エレベータシャフト等の縦シャフトにおける扉に温度差による圧力がかかって所謂煙突効果が生じるため、その弊害である風切り音が発生し、居住者から苦情が出た。この風切り音は、１、２階のエントランス階で、外気が出入り口扉の隙間を通って侵入する場合や、縦シャフトの扉まわりの隙間から縦シャフト内に空気が流れ込む際に発生する。この場合の騒音レベルは、扉前後の圧力差に比例して増大する。苦情は大略５５ｄＢ程度で出ることが多く、圧力差にして２［ｋｇ／ｍ²］が一つの目安となっている。このように、高層建物で自然換気を実現するには煙突効果による弊害（風切り音等）が生じないように開口の開閉を行わなければならないが、従来では、自動制御に組み込むロジックや必要な測定手段（センサ等）が明確でなかったため、開閉をその都度、手動により行うのが一般的であった。そして、このような手動による開閉では、積極的な自然換気が行い難く、本来、自然換気によって得ることのできる空調エネルギーの大きな削減効果が極めて小さなものとなっていた。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その第一の目的は、内外温度差や風圧、或いは周囲建物の条件が変化しても、これに追随して、その時点における適切な中性域を決定できるようにすることにある。また、その第二の目的は、煙突効果による弊害を発生させない自然換気を可能な限り長く実現させることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための自然換気方法の１つは、縦シャフトを備えた建物の自然換気方法であって、前記縦シャフトに隣接する室と縦シャフト内との室・シャフト間差圧を所定階ごとに検出する処理と、建物の各外壁面における内外差圧を前記所定階ごとに検出する処理と、前記室・シャフト間差圧及び前記内外差圧から、建物の各外壁面におけるシャフト・外部間差圧を前記所定階ごとに算出する処理と、建物の上下方向における前記シャフト・外部間差圧の圧力分布を建物の各外壁面ごとに推定算出する処理と、各外壁面の前記シャフト・外部間差圧が基準値以下となる階を建物の中性域として判定する処理とを含むことを特徴とする。
【０００５】
この自然換気方法では、室と縦シャフト内との室・シャフト間差圧を所定階ごとに検出する。また、建物の各外壁面における内外差圧を所定階ごとに検出する。そして、最終的に、これらの検出値から各外壁面におけるシャフト・外部間差圧を所定階ごとに算出する。所定階ごとに算出したこのシャフト・外部間差圧から、建物の各外壁面ごとに建物上下方向の圧力分布を推定算出する。これにより、全ての外壁面のシャフト・外部間差圧が基準値以下となる階を建物の中性域として判定することが可能になる。すなわち、予め建物に設置しておいたセンサを用いて検出を行うので、内外温度差や風圧、或いは周囲建物の条件が変化しても、これに追随して、その時点における中性域を決定することができる。
【０００６】
そして本発明の自然換気方法は、縦シャフトを備えた建物の自然換気方法であって、前記縦シャフトに隣接する室と縦シャフト内との室・シャフト間差圧を所定階ごとに検出する処理と、建物の各外壁面における内外差圧を前記所定階ごとに検出する処理と、前記室・シャフト間差圧及び前記内外差圧から、建物の各外壁面におけるシャフト・外部間差圧を前記所定階ごとに算出する処理と、建物の上下方向における前記シャフト・外部間差圧の圧力分布を建物の各外壁面ごとに推定算出する処理と、各外壁面の前記シャフト・外部間差圧が基準値以下となる階を建物の中性域として判定する処理と、前記所定階に予め設置しておいた換気口開閉手段のうち、前記中性域に設置した該換気口開閉手段に、前記判定結果に基づき換気口開信号を送出する処理とを含むことを特徴とする。
【０００７】
この自然換気方法では、中性域が決定したなら、所定階に予め設置しておいた換気口開閉手段のうち、中性域として決定した階の換気口開閉手段に換気口開信号を送出することで、その時点における建物の内外条件に合致した最適な中性域を自動で開放して自然換気が行える。つまり、適切な中性域の決定と、その中性域における換気口開閉手段の開放とが自動化される。
【０００８】
本発明の自然換気システムは、縦シャフトを備えた建物の自然換気システムであって、建物の所定階ごとの室と前記縦シャフトとの間に配設され該室と縦シャフト内との室・シャフト間差圧を検出する室・シャフト間差圧センサと、建物の所定階ごとの各外壁面に対応して配設され建物の各外壁面における内外差圧を検出する内外差圧センサと、前記所定階の各外壁面に対応して配設され開閉制御信号の受信によって換気口を開閉させて屋外と屋内とを連通可能にする換気口開閉手段と、前記室・シャフト間差圧センサ及び前記内外差圧センサに接続されこれらセンサからの検出信号に基づき演算処理を行うことで建物の上下方向における前記シャフト・外部間差圧の圧力分布を推定算出し、かつ各外壁面で、前記シャフト・外部間差圧が基準値以下となる階を建物の中性域として判定し、該中性域に設けた前記換気口開閉手段へ換気口開信号を送出する制御手段とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
この自然換気システムでは、室・シャフト間差圧センサ、内外差圧センサから得た差圧に基づき、制御手段がシャフト・外部間差圧の圧力分布を推定算出し、さらに制御手段がこのシャフト・外部間差圧の圧力分布から中性域を決定し、その中性域の換気口開閉手段へ換気口開信号を送出する。これにより、季節、天候、周囲建物等の条件により種々に変化する内外温度差や風圧に追随して常に最適な中性域が決定可能になる。しかも、その中性域に設けた換気口開閉手段へ開信号を自動で送出するので、手動開閉の場合に比べ、煙突効果による弊害を発生させない自然換気を可能な限り長く実現させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る自然換気方法及び自然換気システムの好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る自然換気方法の中性域決定の手順を表すフローチャート、図２は本発明に係る自然換気システムの概略構成を表すブロック図、図３はシャフト・外部間差圧の測定を説明する斜視図、図４は建物の中性域を決定する際の建物上下方向の圧力分布を各外壁ごとに表した説明図である。
【００１１】
まず、本実施の形態による自然換気方法を実施するための自然換気システムについて説明する。自然換気システムは、図２に示すように、室・シャフト間差圧センサＡと、内外差圧センサＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅと、換気口開閉手段ＭＤと、制御手段ＰＣとをその主要構成として有している。
【００１２】
室・シャフト間差圧センサＡは、建物の所定階ごとの室（例えばエレベータホール）と縦シャフト（例えばエレベータシャフト）との間に配設される。本実施の形態において、所定階とは、上下に隣接するそれぞれの階とする。すなわち、室・シャフト間差圧センサＡは、全ての階に配設してある。この他、室・シャフト間差圧センサＡは、建物の上下方向の圧力分布が算出できれば、経済性を考慮して任意の階数おきに配設するものであってもよい。
【００１３】
室・シャフト間差圧センサＡは、例えばピトー管の原理を利用した差圧計とすることができる。この場合、検出器の一端に接続したチューブ等の端部を室に開口させ、検出器の他端に接続したチューブ等の端部を縦シャフトに開口させる。また、室・シャフト間差圧センサＡは、検出した差圧を電気信号として出力できるようになっている。これにより、室・シャフト間差圧センサＡは、室と縦シャフト内との差圧（室・シャフト間差圧）を検出して、それを電気信号として送出することができる。
【００１４】
内外差圧センサＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、建物の所定階ごとの各外壁に対応して配設される。すなわち、上記の室・シャフト間差圧センサＡを設けた階と、同じ階に設けている。また、内外差圧センサＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、建物の各外壁に対応して設けている。本実施の形態では、建物の横断面が四角形となることから、外壁面は東南西北の四つとなる。従って、東外壁面に内外差圧センサＢ、南外壁面に内外差圧センサＣ、西外壁面に内外差圧センサＤ、北外壁面に内外差圧センサＥを配設している。
【００１５】
内外差圧センサＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅの基本構成は、上記の室・シャフト間差圧センサＡと同様である。したがって、検出器の一端に接続したチューブ等の端部を屋外に開口させ、検出器の他端に接続したチューブ等の端部を屋内に開口させる。これにより、内外差圧センサＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、各外壁面における内外差圧を検出して、それを電気信号として送出することができる。
【００１６】
換気口開閉手段ＭＤは、建物の所定階における各外壁面に配設してある。すなわち、本実施の形態では、建物の各階における東南西北の各外壁面に設けてある。換気口開閉手段ＭＤは、開閉制御信号の受信によって換気口を開閉させる例えばモータダンパを用いることができる。これにより、換気口開閉手段ＭＤは、制御信号の入力のみにより、その配設外壁面において建物の屋外と屋内とを連通可能としている。
【００１７】
制御手段ＰＣは、入力側インターフェース１１と、出力側インターフェース１３と、演算部１５と、記憶部１７と、表示装置１９と、入力装置２１とによってその主要部が構成される。この制御手段ＰＣとしては、例えば専用のパーソナルコンピュータの他、建物の設備制御を行う中央監視室等に設けホストコンピュータにその機能を組み込むことができる。
【００１８】
入力側インターフェース１１は、室・シャフト間差圧センサＡ及び内外差圧センサＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅからの検出信号をＡ／Ｄ変換処理して演算部１５へ入力する。
出力側インターフェース１３は、演算部１５が出力する開閉制御信号をＡ／Ｄ変換処理して換気口開閉手段ＭＤへ出力する。
【００１９】
演算部１５は、入力側インターフェース１１からの検出信号に基づき演算処理を行うことで建物の上下方向におけるシャフト・外部間差圧の圧力分布を推定算出する。また、各外壁面で、シャフト・外部間差圧が基準値以下となる階を建物の中性域として判定する。さらに、中性域に設けた換気口開閉手段ＭＤへ出力側インターフェース１３を介して換気口開信号を送出する。これらの推定算出、判断、信号送出は、記憶部１７に格納した処理プログラムを実行することにより行う。
【００２０】
記憶部１７は、上記した推定算出、判断、信号送出を実行する処理プログラムを格納する。また、記憶部１７は、各センサ検出値、中性域判定結果、開閉制御信号出力履歴等も記憶できるようになっている。
表示装置１９は、各センサ検出値、中性域判定結果、開閉制御信号出力の状況やその履歴等を表示できるようになっている。
入力装置２１は、演算部１５へ操作信号を入力することで、処理プログラムによる処理動作の開始や停止、或いは記憶部１７からの履歴検索を可能にする。
【００２１】
このように構成した自然換気システムを用いた自然換気方法の手順を説明する。
まず、制御手段ＰＣは、室と縦シャフト間の室・シャフト間差圧を、室・シャフト間差圧センサＡによって測定する（ｓｔ１）。図３に示すように、建物の上中下階の３層（ｉ＝１〜３）の場合を例に説明すれば、上層、中層、下層の室・シャフト間差圧を、室・シャフト間差圧センサＡ₁、Ａ₂、Ａ₃によって測定する。
【００２２】
次いで、建物の東南西北の各外壁面（ｊ＝１〜４）における内外差圧を、内外差圧センサＢ₁ _、 ₂ _、 ₃、Ｃ₁ _、 ₂ _、 ₃、Ｄ₁ _、 ₂ _、 ₃、Ｅ₁ _、 ₂ _、 ₃によって、上層、中層、下層ごとに測定する（ｓｔ３）。これにより、各外壁面に対応した室・シャフト間差圧と、内外差圧とが、上階、中階、下階ごとに求められる。
【００２３】
次いで、室・シャフト間差圧ａ１及び内外差圧ｂ１、ｃ１、ｄ１、ｅ１から、建物の各外壁面におけるシャフト・外部間差圧（ａ１＋ｂ１、ａ１＋ｃ１、ａ１＋ｄ１、ａ１＋ｅ１）を各階ごとに算出する（ｓｔ５）。その結果は、下表１に示す通りとなる。なお、例えば表１中の「ａ１＋ｂ１」の「＋」は、室・シャフト間差圧ａ１と内外差圧ｂ１とには正負があるためである。
【００２４】
【表１】

【００２５】
次いで、これら各外壁面ごと、かつ各階ごとに算出したシャフト・外部間差圧値に基づき、建物の上下方向におけるシャフト・外部間差圧の圧力分布ΔＰを建物の各外壁面ごとに推定算出する（ｓｔ７）。この推定算出は、内外温度条件、風圧係数等をパラメータとした関数を予め記憶させておき、当該関数にその時点における測定したシャフト・外部間差圧値を代入して求めることができる。その結果の圧力分布ΔＰは、例えば図４に示す各外壁面（東南西北）ごとの圧力分布曲線等として得ることができる。
【００２６】
次いで、これらの圧力分布曲線から、各外壁面のシャフト・外部間差圧が基準値以下となる階を判定する（ｓｔ９）。この判定は、演算部１５によって行う。基準値は、予め設定した値でもよく、その都度入力装置２１により入力してもよい。この基準値としては、煙突効果に起因する問題の生じない差圧と言われている値を用いることができる。運用上、この基準値は、風切り音等の生じない差圧とすることが好ましい。本実施の形態では、この基準値を、図４に示す−２〜＋２［ｍｍＡｑ］の許容差圧範囲としている。
【００２７】
次いで、全ての外壁面において差圧が基準値以下となった階を建物の中性域（差圧が基準値以下となる建物の上下方向の特定領域）として決定する（ｓｔ１１）。本実施の形態では、この中性域を図４に斜線で示す領域として得ることができる。
【００２８】
このようにして中性域が決定できたなら、制御手段ＰＣは、その中性域に該当する階に設置しておいた換気口開閉手段ＭＤに、換気口開信号を送出する。
【００２９】
この自然換気システムを用いた自然換気方法によれば、エレベータホール等の室とエレベータシャフト等の縦シャフト内との室・シャフト間差圧を所定階ごとに検出し、建物の各外壁面における内外差圧を所定階ごとに検出する。そして、最終的に、これらの検出値から各外壁面におけるシャフト・外部間差圧を所定階ごとに算出する。したがって、所定階ごとに算出したこのシャフト・外部間差圧から、建物の各外壁面ごとに建物上下方向の圧力分布ΔＰを推定算出することができ、これにより、全ての外壁面のシャフト・外部間差圧が基準値以下となる階を建物の中性域として判定することが可能になる。
【００３０】
すなわち、予め建物に設置しておいたセンサを用いて検出を行うので、内外温度差や風圧、或いは周囲建物の条件が変化しても、これに追随して、その時点における中性域を決定することができる。
また、中性域が決定したなら、所定階に予め設置しておいた換気口開閉手段ＭＤのうち、中性域として決定した階の換気口開閉手段ＭＤに換気口開信号を送出することで、その時点における建物の内外条件に合致した最適な中性域を自動で開放して自然換気が行える。つまり、適切な中性域の決定と、その中性域における換気口開閉手段の開放とを自動化することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る自然換気方法によれば、建物の上下方向におけるシャフト・外部間差圧の圧力分布を建物の各外壁面ごとに推定算出し、全ての外壁面のシャフト・外部間差圧が基準値以下となる階を建物の中性域として判定するので、内外温度差や風圧、或いは周囲建物の条件が変化しても、これに追随して中性域を決定することができる。この結果、煙突効果による弊害を発生させずに、自然換気を実現させることができる。
【００３２】
本発明に係る自然換気システムによれば、室・シャフト間差圧センサと、内外差圧センサと、所定階に予め配設した換気口開閉手段と、シャフト・外部間差圧の圧力分布を推定算出し、かつ中性域として判定し、その中性域の換気口開閉手段へ換気口開信号を送出する制御手段とを備えたので、季節、天候、周囲建物等の条件により種々に変化する内外温度差や風圧から常に最適な中性域を決定でき、しかも、その中性域に設けた換気口開閉手段へ開信号を自動で送出することができる。この結果、手動開閉の場合に比べ、煙突効果による弊害を発生させない自然換気を可能な限り長く実現させることが可能となり、空調エネルギーの削減効果を大幅に増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自然換気方法の中性域決定の手順を表すフローチャートである。
【図２】本発明に係る自然換気システムの概略構成を表すブロック図である。
【図３】シャフト・外部間差圧の測定を説明する斜視図である。
【図４】建物の中性域を決定する際の建物上下方向の圧力分布を各外壁ごとに表した説明図である。
【符号の説明】
ＭＤ…換気口開閉手段、Ａ…室・シャフト間差圧センサ、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ…内外差圧センサ、ＰＣ…制御手段

Claims

縦シャフトを備えた建物の自然換気方法であって、
前記縦シャフトに隣接する室と縦シャフト内との室・シャフト間差圧を所定階ごとに検出する処理と、
建物の各外壁面における内外差圧を前記所定階ごとに検出する処理と、
前記室・シャフト間差圧及び前記内外差圧から、建物の各外壁面におけるシャフト・外部間差圧を前記所定階ごとに算出する処理と、
建物の上下方向における前記シャフト・外部間差圧の圧力分布を建物の各外壁面ごとに推定算出する処理と、
各外壁面の前記シャフト・外部間差圧が基準値以下となる階を建物の中性域として判定する処理と、
前記所定階に予め設置しておいた換気口開閉手段のうち、前記中性域に設置した該換気口開閉手段に、前記判定結果に基づき換気口開信号を送出する処理と
を含むことを特徴とする自然換気方法。
縦シャフトを備えた建物の自然換気システムであって、
建物の所定階ごとの室と前記縦シャフトとの間に配設され該室と縦シャフト内との室・シャフト間差圧を検出する室・シャフト間差圧センサと、
建物の所定階ごとの各外壁面に対応して配設され建物の各外壁面における内外差圧を検出する内外差圧センサと、
前記所定階の各外壁面に対応して配設され開閉制御信号の受信によって換気口を開閉させて屋外と屋内とを連通可能にする換気口開閉手段と、
前記室・シャフト間差圧センサ及び前記内外差圧センサに接続されこれらセンサからの検出信号に基づき演算処理を行うことで建物の上下方向における前記シャフト・外部間差圧の圧力分布を推定算出し、かつ各外壁面で、前記シャフト・外部間差圧が基準値以下となる階を建物の中性域として判定し、該中性域に設けた前記換気口開閉手段へ換気口開信号を送出する制御手段と
を具備したことを特徴とする自然換気システム。