JPWO2009019874A1 - 空気断熱性を備えた建築物 - Google Patents

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Abstract

【課題】太陽輻射熱による温度上昇が防止でき、太陽輻射熱が減少した夕方や夜間での室内の迅速な温度低下を可能とする空気断熱性を備えた建築物を提供すること。【解決手段】建築物の外側と内側とを遮蔽する壁面に形成される第１壁面空気層１２と、第２壁面空気層１４と、第３壁面空気層１６とを有する空気三層構造の外壁部１０と、建築物の最上部に設けられた内側と外側とを遮蔽する屋根材２１に設けられた第１屋根空気層２２を有する屋根部２０とを備えた建築物において、第１壁面空気層１２と第１屋根空気層２２には、熱平衡状態に達しない程度の流速の空気流が形成されるよう構成すると共に、さらに、前記屋根部の第１屋根空気層２２より内側に形成される第２屋根空気層２４と、第２屋根空気層２４と前記建築物の内側との間に形成される第３屋根空気層２６とを有する空気三層構造の屋根部としたことを特徴とする。

Description

本発明は、化学系断熱材を用いないで冷暖房が効率的に行えるように改良された構造を有する建築物に関し、特に壁や屋根に設けた対流現象を無くした空気層による、空気断熱性を備えた建築物に関する。また、本発明は、傾斜のある屋根を有する既設建物、例えば、温熱管理を必要とする勾配屋根を有する既設工場などの屋根に用いて、特に空気の比重差によって移動が起きる冷却空気層による、好適な冷却性を備えた屋根を施設する、既設建物の屋根冷却施工方法に関する。さらに本発明は、中高層ビルのような既設鉄筋コンクリートの壁構造を有する建物に用いて好適な、特に対流現象を無くした空気層による空気断熱性を備えた壁を増設する、既設建物の壁空気断熱施工方法に関する。また、本発明は高層ビルのようなカーテンウォールを用いた建築物の施工に用いて好適な、特に壁に設けた対流現象を無くした空気層による空気断熱を備えた、建築物の壁空気断熱施工方法、及びこれに用いるカーテンウォールに関する。
例えば、建築構造物の外壁の構造部に断熱材や空気層を形成することは、夏季における外壁材から屋内への熱の輻射（放射）と、冬季における外壁材から屋内への冷気の伝達を抑制できることから、夏季の断熱効果と冬季の保温効果を得る上で意義があることは知られている（特許文献１、２参照）。ここで、夏季とは、例えば一日の最高気温が摂氏３０度を超すような日の割合が、他の季節と比較して多い季節をいい、典型的には夏至及び夏至から二ヶ月程度を含む季節をいう。また、冬季とは、例えば一日の最低気温が摂氏０度以下の日の割合が、他の季節と比較して多い季節をいい、典型的には冬至及び冬至から二ヶ月程度を含む季節をいう。
そこで、特許文献１では、外壁と内壁の内部空間の中間に断熱材を中心にして、２層の空気層を配置し、これを通気層として、床下に設けたダンパーで調節することで、省エネの対策を講じる通気構造建築物が提案されている。
また、本出願人の提案にかかる特許文献２では、外壁構造に耐震気密パネルを用いて、気密面材を張り、空気層を密閉することで空気層の保温断熱能力を得ることが開示されている。さらに、本出願人の提案にかかる特許文献３では、屋根材と室内側に設置された断熱材との間に、その屋根勾配に沿って空気層を設け、輻射熱によって高温状態となった屋根材により熱せられた空気の上昇エネルギーを利用して、その熱せられた高温空気は排気通路ユニットを用いて、熱交換させる屋根構造を提案している。
また、非特許文献１では、特許文献３の構造、即ち屋根材と室内側に設置された断熱材との間に、その屋根勾配に沿って空気層を設け、積極的に空気流を形成することを念頭に、屋根材ばかりでなく外側壁材と室内側に設置された内側壁材との間に空気層を設け、壁側の空気層と屋根側の空気層を連通させて、効率よく遮熱する遮熱建築構造が提案されている。
特開平９−１３５２３号公報 特開２００３−４１６８７号公報 特開２００２−２１２０５公報 『森林浴のできる家』第３３頁、飯塚敏夫著、新建新聞社発行、２００６年７月１日発行
ところで、特許文献１では、２層の空気層のほか断熱材を使用しているが、その断熱材自体に伝熱上の限界がある。即ち、外壁の内部に断熱材を配置すれば、太陽熱の７５％占める輻射熱によって、断熱材自体が時間遅れを伴いながら蓄熱し、その後外気温度が低下すれば暖められた断熱材からの放熱が開始される。したがって、夏季においては朝から昼までの間、太陽輻射熱は断熱材が有効に作用して昼間の室内への伝熱は少なくて済み、昼間の温度上昇は断熱材によって抑制される。
しかし、断熱材は伝熱工学的には、熱伝導抵抗を高くするに過ぎず、従って熱の平衡状態の平衡条件を左右するものではない。仮に太陽熱輻射が夜間まで継続するとすれば、断熱材の効用は熱輻射開始時の僅かな期間しかに作用せず、長期間の効用は非常に乏しいものになる。これを夏季の太陽熱輻射についてみると、夕方になっても晴天であれば太陽熱輻射はさほど減少せず、他方断熱材が放出する輻射熱は時間遅れを伴って屋内に到達するから、太陽熱輻射の熱エネルギーは家屋を構成する内壁を暖めることになる。そして、内壁が暖まれば、暖められた内壁による赤外線によって人体も暖められ、当該室内に居住する人は室内空気温度以上に暑さを感じることになる。
また、これらの断熱材は硬質ウレタンフォーム、発泡ポリエチレンその他の発泡性樹脂から成型される。これらの発泡性樹脂を原料にした断熱材は、空気の流れを遮断して断熱性能を得ているため、断熱材で仕切られる屋外と室内の空気の移動も遮断してしまう。さらに、この断熱材を始め、化学物質を応用した内装建材や家具、電化製品等から、室内空気中に揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を発生し得ることから、化学物質過敏症（シックハウス症候群）を引き起こす要因になっている。
また、現在一般化している従来の断熱材を用いる高気密高断熱工法では、夏季において、太陽からの輻射熱を受けて建築物表面が高温状態となる。さらに、外壁材や屋根材からの輻射熱放射によって、断熱材自体が高温状態となり、そして蓄熱する。そして、この断熱材に蓄熱された熱が夕方から夜間にかけ、内装材を通して室内側に輻射熱を放射するため、夜間における充分な温度低下が得られなくなるという課題があった。
これに対し、特許文献２では、外壁の厚さ方向の柱間および土台と桁や胴差しの間に枠材と自然素材を主体にした面材とで区画された、密閉された空気層を形成することを提案している。しかし、建築物は土台・柱・壁・屋根等で構成されているところ、太陽輻射熱は屋根に作用する割合が大きい。そこで、特許文献２のように、壁材の壁内換気構造だけでは、太陽輻射熱による建築物躯体の温度上昇対策として不十分であることが明らかになった。他方、屋根対策として、特許文献３の構造が提案されている。しかし、特許文献３の構造では、屋根層の強制換気構造を採用して、太陽輻射熱による建築物躯体の温度上昇対策を行っているが、エアコンのような空気調和装置が必要であった。そこで、本出願人は、最終目標とするエアコンのような空気調和装置を採用しなくても、室内について自然換気だけで快適な住環境が得られる住宅構造が実現できないか、更に鋭意研究を続けた。
そして、本出願人は、非特許文献１で提案したように、壁側の空気層と屋根側の空気層を連通させて、効率よく遮熱する遮熱建築構造を着想した。これにより、自然環境が豊かな地域では、エアコンのような空気調和装置を採用しなくても、室内について自然換気だけで快適な住環境が得られる住宅構造が実現できた。しかし、近年の地球温暖化現象によって、周囲の外気温度が上昇したため、更なる太陽輻射熱による建築物躯体の温度上昇対策の必要性が増して来た。
本発明は上述した課題を解決するもので、第一の発明は、遮熱部材よりも内側では太陽輻射熱による温度上昇が防止でき、太陽輻射熱が減少した夕方や夜間での室内の迅速な温度低下を可能とする空気断熱性を備えた建築物を提供することを目的とする。第二の発明は、傾斜のある屋根を有する既設建物に用いるもので、特に空気の比重差によって移動が起きる冷却空気層による、好適な冷却性を備えた屋根を施設する、既設建物の屋根冷却施工方法に関する。さらに、第三の発明は、中高層のビルのような既設建物において、特に対流現象を無くした空気層による空気断熱性を備えた壁を増設する、既設建物の壁空気断熱施工方法に関する。また、第四の発明は、鉄筋コンクリート又は鉄骨コンクリートの構造躯体を有する建築物の施工に用いて好適な、特に壁に設けた対流現象を無くした空気層による空気断熱性を備えた、構造躯体を有する建築物の壁空気断熱施工方法に関する。さらに、第五の発明は高層ビルのようなカーテンウォールを用いた建築物の施工に用いて好適な、特に壁に対流現象を無くした空気層による空気断熱性を備えた、建築物の壁空気断熱施工方法に関する。第六の発明は高層ビルのような建築物の壁面施工に用いて好適な、建築物の壁空気断熱施工方法に用いるカーテンウォールに関する。
上記課題を解決する本発明の空気断熱性を備えた建築物は、例えば図１〜図３に示すように、建築物の外側と内側とを遮蔽する壁面（外気接触壁部１１）に形成される第１壁面空気層１２（空気層の厚さはｄ１２）と、第１壁面空気層１２より内側に形成される第２壁面空気層１４（空気層の厚さはｄ１４）と、第２壁面空気層１４と前記建築物の内側との間に形成される第３壁面空気層１６（空気層の厚さはｄ１６）とを有する空気三層構造の外壁部１０と、建築物の最上部に設けられた内側と外側とを遮蔽する屋根材（外気露出屋根部２１）に設けられた第１屋根空気層２２を有する屋根部２０とを備えた建築物において、第１壁面空気層１２と第１屋根空気層２２には、熱平衡状態に達しない程度の流速の空気流が形成されるよう構成すると共に、さらに、前記屋根部の第１屋根空気層２２より内側に形成される第２屋根空気層２４と、第２屋根空気層２４と前記建築物の内側との間に形成される第３屋根空気層２６とを有する空気三層構造の屋根部としたことを特徴とする。
このように構成された本発明の空気断熱性を備えた建築物においては、例えば図２、図３に示すように、第１壁面空気層１２と第１屋根空気層２２には、熱平衡状態に達しない程度の流速の空気流が形成されるよう構成されているので、仮に外気接触壁部１１や外気露出屋根部２１が太陽輻射熱によって温度上昇しても、第１壁面空気層１２と第１屋根空気層２２には換気により外気温度と同じ程度の外気が常時流入して、外気接触壁部１１や外気露出屋根部２１の壁面温度まで上昇することなく換気される。そこで、第２壁面空気層１４・第３壁面空気層１６・第２屋根空気層２４・第３屋根空気層２６は、外気接触壁部１１や外気露出屋根部２１の壁面温度と比較して低い温度の第１壁面空気層１２と第１屋根空気層２２に隣接するため、室内に太陽輻射熱による熱エネルギーが流入せず、空気断熱性を備えた建築物のうち第１壁面空気層１２と第１屋根空気層２２の内側の躯体温度が上昇しないという効果がある。
好ましくは、第１壁面空気層１２、第２壁面空気層１４及び第３壁面空気層１６を有する空気三層構造の外壁部１０において、各空気層の仕切り部は、第１壁面隔壁１３によって第１壁面空気層１２と第２壁面空気層１４を仕切り、第２壁面隔壁１５によって第２壁面空気層１４と第３壁面空気層１６を仕切り、第３壁面隔壁１７によって第３壁面空気層１６と居室内空気を仕切っている構成とするとよい。このようにして、空気三層構造の外壁部１０は各空気の仕切り層によって区画される。また、第１屋根空気層２２、第２屋根空気層２４及び第３屋根空気層２６を有する空気三層構造の屋根部２０において、各空気層の仕切り部は、第１屋根隔壁２３によって第１屋根空気層２２と第２屋根空気層２４を仕切り、第２屋根隔壁２５によって第２屋根空気層２４と第３屋根空気層２６を仕切り、第３屋根隔壁２７によって第３屋根空気層２６と居室内空気を仕切る構成とするとよい。このようにして、空気三層構造の屋根部２０は各空気の仕切り層によって区画される。
上記課題を解決する本発明の空気断熱性を備えた建築物は、例えば図１〜図３に示すように、建築物の外気接触壁部１１との間で第１壁面空気層１２（空気層の厚さはｄ１２）を形成させる第１壁面隔壁１３と、この第１壁面隔壁１３より第２壁面空気層１４（空気層の厚さはｄ１４）を挟んで内側に設けられる第２壁面隔壁１５と、この第２壁面隔壁１５より第３壁面空気層１６（空気層の厚さはｄ１６）を挟んで内側に設けられる第３壁面隔壁１７とを有する壁面隔壁四層構造の外壁部１０と、建築物の外気露出屋根部２１との間で第１屋根空気層２２を形成させる第１屋根隔壁２３を有する屋根部２０とを備えた建築物において、この第１壁面空気層１２と第１屋根空気層２２には、熱平衡状態に達しない程度の流速の空気流が形成されるよう第１壁面隔壁１３と第１屋根隔壁２３とを構成すると共に、この第１屋根隔壁２３より第２屋根空気層２４を挟んで内側に設けられる第２屋根隔壁２５と、この第２屋根隔壁２５より第３屋根空気層２６を挟んで内側に設けられる第３屋根隔壁２７とを有する屋根隔壁四層構造の屋根部としたことを特徴とする。
このように構成された本発明の空気断熱性を備えた建築物においては、建築物の外気接触壁部１１と第１壁面隔壁１３との間で第１壁面空気層１２が形成される。また、建築物の外気露出屋根部２１と第１屋根隔壁２３との間で第１屋根空気層２２が形成される。そして、第１壁面空気層１２（空気層の厚さはｄ１２）と第１屋根空気層２２には、熱平衡状態に達しない程度の流速の空気流が形成されるよう構成されているので、仮に外気接触壁部１１や外気露出屋根部２１が太陽輻射熱によって温度上昇しても、第１壁面空気層１２と第１屋根空気層２２には換気により外気温度と同じ程度の外気が常時流入して、外気接触壁部１１や外気露出屋根部２１の壁面温度まで上昇することなく換気される。そこで、第２壁面空気層１４や第２屋根空気層２４は、外気接触壁部１１や外気露出屋根部２１の壁面温度と比較して低い温度の第１壁面隔壁１３や第１屋根隔壁２３で、第１壁面空気層１２や第１屋根空気層２２と隔てられるため、室内に太陽輻射熱による熱エネルギーが流入せず、空気断熱性を備えた建築物のうち第１壁面隔壁１３や第１屋根隔壁２３の内側の躯体温度が上昇しないという効果がある。
好ましくは、本発明の空気断熱性を備えた建築物において、さらに、第１壁面空気層１２は、外気接触壁部１１の温度が、太陽からの輻射熱を吸熱して快適温度よりも数十度程度の高温状態となる場合には、第１壁面空気層１２での空気流の流速を高め、外気温度が快適温度よりも低く、太陽からの輻射熱を外気接触壁部１１が吸熱する熱を室内にも伝熱しても、室内温度が快適温度よりも超過しないときは、第１壁面空気層１２の空気流を停止させることを特徴とする。このように構成すると、太陽輻射熱の大きな夏季の昼間や熱帯地方では、第１壁面空気層１２の効率的な換気により、建築物の室内に太陽輻射熱による熱エネルギーが流入せず、空気断熱性を備えた建築物のうち第１壁面隔壁１３の内側の躯体温度が上昇しないという効果がある。また、太陽輻射熱の小さな冬季や夜、並びに冷涼な寒帯地方では、建築物の室内に太陽輻射熱による熱エネルギーが蓄熱されると共に、空気断熱性を備えた建築物のうち第１壁面隔壁１３の内側にある室内の暖房エネルギーが、第１壁面空気層１２によっても蓄熱されるため、室内の暖房効率が高まるという効果がある。
好ましくは、本発明の空気断熱性を備えた建築物において、さらに、第１屋根空気層２２は、外気露出屋根部２１の温度が、太陽からの輻射熱を吸熱して快適温度よりも数十度程度の高温状態となる場合には、第１屋根空気層２２の空気流の流速を高め、外気温度が快適温度よりも低く、太陽からの輻射熱を外気露出屋根部２１が吸熱する熱を室内にも伝熱しても、室内温度が快適温度よりも超過しないときは、第１屋根空気層２２の空気流を停止させることを特徴とする。このように構成すると、太陽輻射熱の大きな夏季の昼間や熱帯地方では、第１屋根空気層２２の効率的な換気により、建築物の室内に太陽輻射熱による熱エネルギーが流入せず、空気断熱性を備えた建築物のうち第１屋根隔壁２３の内側の躯体温度が上昇しないという効果がある。また、太陽輻射熱の小さな冬季や夜、並びに冷涼な寒帯地方では、建築物の室内に太陽輻射熱による熱エネルギーが蓄熱されると共に、空気断熱性を備えた建築物のうち第１屋根隔壁２３の内側にある室内の暖房エネルギーが、第１屋根空気層２２によっても蓄熱されるため、室内の暖房効率が高まるという効果がある。
好ましくは、本発明の空気断熱性を備えた建築物において、例えば図２、図３に示すように、さらに、第２壁面空気層１４の空気層の厚さ（ｄ１４）と第２屋根空気層２４の空気層の厚さは、２０ｍｍ以下であることを特徴とする。さらに好ましくは、第２壁面空気層１４を挟む第１壁面隔壁１３と第２壁面隔壁１５の少なくとも一方の空気摩擦抵抗が高くなるように定めると良い。また、第２屋根空気層２４を挟む第１屋根隔壁２３と第２屋根隔壁２５の少なくとも一方の空気摩擦抵抗が高くなるように定めると良い。第２壁面空気層１４の空気層の厚さ（ｄ１４）と第２屋根空気層２４の空気層の厚さが、２０ｍｍ以下の場合には、当該空気層は外部の空気と換気されない構造のため対流を生ぜず、これら空気層を挟む隔壁間や屋根隔壁間の熱抵抗が大きくなる。
好ましくは、本発明の空気断熱性を備えた建築物において、例えば図２、図３に示すように、さらに、第３壁面空気層１６の空気層の厚さ（ｄ１６）と第３屋根空気層２６の空気層の厚さは、７５ｍｍから１００ｍｍの範囲であることを特徴とする。第３壁面空気層１６と第３屋根空気層２６の空気層の厚さが、７５ｍｍから１００ｍの範囲の場合には、空気に流れが生じても乱流の程度が著しくないと共に、当該空気層は外部の空気と換気されない構造のため、これら空気層を挟む隔壁間や屋根隔壁間の熱抵抗が大きくなる。
好ましくは、本発明の空気断熱性を備えた建築物において、さらに、第１壁面空気層１２、第２壁面空気層１４及び第３壁面空気層１６を有する空気三層構造の外壁部１０と、第１屋根空気層２２、第２屋根空気層２４及び第３屋根空気層２６を有する空気三層構造の屋根部２０とを備える請求項２乃至６の何れか１項に記載の空気断熱性を備えた建築物において、さらに、空気三層構造の屋根部２０には、第１屋根隔壁２３、第２屋根隔壁２５、又は第３屋根隔壁２７の何れの各空気層の何れの仕切り部にも、断熱材を用いていないことを特徴とする。断熱材を用いなくても、第１壁面空気層１２、第２壁面空気層１４及び第３壁面空気層１６を有する空気三層構造の外壁部１０と、第１屋根空気層２２、第２屋根空気層２４及び第３屋根空気層２６を有する空気三層構造の屋根部２０により所望の熱抵抗が得られる。
好ましくは、本発明の空気断熱性を備えた建築物において、さらに、空気三層構造の外壁部１０には、第１壁面隔壁１３、第２壁面隔壁１５、又は第３壁面隔壁１７の何れの各空気層の何れの仕切り部にも、断熱材を用いていないことを特徴とする。断熱材を用いなくても、第１壁面空気層１２、第２壁面空気層１４及び第３壁面空気層１６を有する空気三層構造の外壁部１０と、第１屋根空気層２２、第２屋根空気層２４及び第３屋根空気層２６を有する空気三層構造の屋根部２０により所望の熱抵抗が得られる。
好ましくは、本発明の空気断熱性を備えた建築物において、さらに、さらに、空気三層構造の外壁部１０と、第１壁面隔壁１３、第２壁面隔壁１５、第３壁面隔壁１７の少なくとも何れか一つの屋根隔壁に、熱容量の小さな空気層仕切り材を用い、空気三層構造の屋根部２０には第１屋根隔壁２３、第２屋根隔壁２５、又は第３屋根隔壁２７の少なくとも何れか一つの屋根隔壁に、熱容量の小さな空気層仕切り材を用いることを特徴とする。このように構成された各空気層の仕切り板は、熱容量が小さくなるように、薄く構成されているので、外壁構造および屋根構造の夏季における、室内への第３壁面隔壁１７や第３屋根隔壁２７による輻射熱の影響が少なくなる。また、各空気層の仕切り板の熱射受面を薄くして熱容量を小さくすることによって、各部材から輻射熱による伝熱を最小限に抑えることができる。
さらに、熱容量の小さな各空気層の仕切り板を用いることで、各空気層を三層構造とすることができ、熱伝導率が極めて低く、また輻射熱による吸熱現象が抑止ができる三層空気層と組み合わせることで、建築構造躯体の外壁材１１および屋根材２１に、輻射熱による高温状態が起きても、これを熱伝導や熱放射などによる室内側への熱移動が起き難い構造とすることができる。
好ましくは、本発明の空気断熱性を備えた建築物において、さらに、建築物の外気接触壁部１１の第１壁面空気層１２と、建築物の外気露出屋根部２１の第１屋根空気層２２とを連通させると共に、建築物の外気露出屋根部２１の屋切り面の最上部近傍に設けられた、第１壁面空気層１２と連通する第１空気層排出口４２と、第１空気層排出口４２に設置されるシャッター付き換気扇４２２又は可動式ダンパー４２４と、当該建築物の外気接触壁部１１の最下部近傍に設けられた、第１壁面空気層１２と連通する第１空気層吸い込み口４１とを備えている。そして、シャッター付き換気扇４２２又は可動式ダンパー４２４を開放状態にすると、第１空気層吸い込み口４１から、第１空気層吸い込み口４１近傍の外気が第１壁面空気層１２を経由して屋根面の第１空気層内部２２に導入されることを特徴する。
好ましくは、本発明の空気断熱性を備えた建築物において、さらに、建築物の外気露出屋根部２１の屋切り面の最上部近傍に設けられた、第１屋根空気層２２と連通する第１空気層排出口４２と、第１空気層排出口４２に設置されるシャッター付き換気扇４２２又は可動式ダンパー４２４と、建築物の外気露出屋根部２１の当該建築物の外気接触壁部１１近傍に設けられた、第１屋根空気層２２と連通する第１空気層吸い込み口４１とを備えている。そして、シャッター付き換気扇４２２又は可動式ダンパー４２４を開放状態にすると、第１空気層吸い込み口４１から、第１空気層吸い込み口４１近傍の外気が屋根面の第１屋根空気層２２に導入されることを特徴する。
上記課題を解決する本発明の空気断熱性を備えた建築物は、例えば図１〜図３に示すように、建築物の外側と内側とを遮蔽する壁面（外気接触壁部１１）に形成される第１壁面空気層１２（空気層の厚さはｄ１２）と、第１壁面空気層１２より内側に形成される第２壁面空気層（１４、１６）とを有する空気二層構造の外壁部１０と、建築物の最上部に設けられた内側と外側とを遮蔽する屋根材（外気露出屋根部２１）に設けられた第１屋根空気層２２を有する屋根部２０とを備えた建築物において、第１壁面空気層１２と第１屋根空気層２２には、換気性の空気層が形成されるよう構成すると共に、さらに、前記屋根部の第１屋根空気層２２より内側に形成される第２屋根空気層（２４、２６）を有する空気二層構造の屋根部とし、第２壁面空気層と第２屋根空気層を気密性の空気層としたことを特徴とする。
このように構成された本発明の空気断熱性を備えた建築物においては、例えば図２、図３に示すように、第１壁面空気層１２と第１屋根空気層２２には、換気性の空気層が形成されるよう構成されているので、仮に外気接触壁部１１や外気露出屋根部２１が太陽輻射熱によって温度上昇しても、第１壁面空気層１２と第１屋根空気層２２には換気により外気温度と同じ程度の外気が常時流入して、外気接触壁部１１や外気露出屋根部２１の壁面温度まで上昇することなく換気される。そこで、第２壁面空気層１４や第２屋根空気層２４は、外気接触壁部１１や外気露出屋根部２１の壁面温度と比較して低い温度の第１壁面空気層１２と第１屋根空気層２２に隣接するため、室内に太陽輻射熱による熱エネルギーが流入せず、また気密性の空気層には遮熱部材としての作用もあり、空気断熱性を備えた建築物のうち第１壁面空気層１２と第１屋根空気層２２の内側の躯体温度が上昇しないという効果がある。
上記課題を解決する第二の発明である既設建物の屋根冷却施工方法は、例えば図６〜図７に示すように、既設屋根５０を有する既設建物について、当該既設建物の既設屋根５０の上に増設屋根隔壁５２を葺く工程（Ｓ１０２、Ｓ１０４）と、既設屋根５０、又は既設屋根５０と増設屋根隔壁５２との間の少なくとも一方に、気密屋根空気層を形成する工程（Ｓ１０２、Ｓ１００）と、増設屋根隔壁５２の上に増設屋根材５６を葺くと共に、増設屋根隔壁５２と増設屋根材５６との間に換気屋根空気層を形成する工程（Ｓ１０６）とを備え、換気屋根空気層に空気流を生じさせるように構成する（Ｓ１１０）ことを特徴とする。
上記課題を解決する第三の発明である既設建物の壁空気断熱施工方法は、例えば図８〜図９に示すように、既設壁部６２を有する既設建物について、当該既設建物の既設壁部６２の外側に増設隔壁６７を設置する工程（Ｓ２０２、Ｓ２０４）と、既設壁部６２、又は既設壁部６２と増設隔壁６７との間の少なくとも一方に、気密壁空気層６６を形成する工程（Ｓ２０２、Ｓ２００）と、増設隔壁６７の外側に増設外壁材６９を設置すると共に、増設隔壁６７と増設外壁材６９との間に換気壁空気層６８を形成する工程（Ｓ２０６）とを備え、換気壁空気層６８に空気流を生じさせるように構成する（Ｓ２１０）ことを特徴とする。
上記課題を解決する第四の発明である構造躯体を有する建築物の壁空気断熱施工方法は、例えば図８に示すように、各階に相当するスラブコンクリート６１を敷設すると共に、壁面コンクリート６２を敷設してなる鉄筋コンクリート又は鉄骨コンクリートの構造躯体６０を有する建築物について、壁空気断熱施工を行う方法において、壁面コンクリート６２の外側に増設隔壁６７を設置すると共に、壁面コンクリート６２と増設隔壁６７との間に気密壁空気層６６を形成する工程と、増設隔壁６７の外側に増設外壁材６９を設置すると共に、増設隔壁６７と増設外壁材６９との間に換気壁空気層６８を形成する工程とを備え、換気壁空気層６８に空気流を生じさせるように構成することを特徴とする。
上記課題を解決する第五の発明である建築物の壁空気断熱施工方法は、例えば図１０に示すように、壁部を設置すべき建築物について、当該建築物の壁部としてカーテンウォール８０を設置する建築物の壁空気断熱施工方法において、カーテンウォール８０として、当該建築物の外気接触壁部となるべき壁面８１との間で第１壁面空気層８２を形成させる第１壁面隔壁８３と、第１壁面隔壁８３より第２壁面空気層８４を挟んで内側に設けられる第２壁面隔壁８５と、第２壁面隔壁８５より第３壁面空気層８６を挟んで内側に設けられる第３壁面隔壁８７とを有する壁面隔壁四層構造の外壁部を形成する工程と、カーテンウォール８０を、所定のパネル形状に成型する工程と、建築物の壁面形状に応じた当該パネル形状を用いて、カーテンウォール８０を前記建築物の壁面に設置する工程とを有している。
上記課題を解決する第六の発明であるカーテンウォールは、例えば図１０に示すように、壁部を設置すべき建築物について、当該建築物の壁部として所定のパネル形状のカーテンウォールを設置するカーテンウォール８０において、カーテンウォール８０は、当該建築物の外気接触壁部となるべき壁面８１との間で第１壁面空気層８２を形成させる第１壁面隔壁８３と、第１壁面隔壁８３より第２壁面空気層８４を挟んで内側に設けられる第２壁面隔壁８５と、第２壁面隔壁８５より第３壁面空気層８６を挟んで内側に設けられる第３壁面隔壁８７とを有する壁面隔壁四層構造の外壁部を有することを特徴とする。
第一の発明である空気断熱性を備えた建築物によれば、外気接触壁部や外気露出屋根部の内側に、換気性の空気層として第１壁面空気層と第１屋根空気層を設けているので、外気接触壁部や外気露出屋根部に太陽熱輻射が作用しても、第１壁面空気層と第１屋根空気層より内側の建物躯体の温度はさほど上昇しない。また、気密性の空気層として第２壁面空気層・第３壁面空気層と第２屋根空気層・第３屋根空気層を設けているので、気密性の空気層が遮熱部材として作用し、外部からの熱の流入や外部への熱の流失が少なくなり、室内温度が維持されやすくなる。また、気密性の空気層は、第２壁面空気層・第３壁面空気層のような二層構造であり、第１壁面隔壁、第２壁面隔壁、第３壁面隔壁等の各空気層の仕切り部を用いて、木造軸組構造における柱の間の空間に気密性の空気層を形成するのに適している。
請求項５に記載の空気断熱性を備えた建築物によれば、外気露出屋根部の温度が、太陽からの輻射熱を吸熱して居住者の快適温度よりも数十度程度の高温状態となる場合には、第１屋根空気層の空気流の流速を高めているので、停滞状態であれば熱平衡状態まで昇温する第１屋根空気層の空気を、外気と換気しているので、仮に外気露出屋根部の温度が昇温しても第１屋根空気層の空気温度は、移動過程での外気露出屋根部からの伝熱で温度上昇するだけであり、実質的に第１屋根空気層の空気温度は外気温度に近い温度に維持される。また請求項５に記載の空気断熱性を備えた建築物によれば、外気露出屋根部の温度が居住者の快適温度よりも低く、太陽からの輻射熱を前記外気接触壁部が吸熱する熱を室内にも伝熱しても、室内温度が快適温度よりも超過しないときは、第１屋根空気層の空気流を停止させることで、室内の温められた空気による伝熱が第１屋根空気層の空気を暖めるため、第１屋根空気層が保温断熱機能を発揮する。
請求項６に記載の空気断熱性を備えた建築物によれば、第２壁面空気層と第２屋根空気層の空気層の厚さを２０ｍｍ以下としているので、当該第２空気層内で空気の対流が起きなくなる。そこで、当該第２空気層内で空気が有する保温断熱能力と空気断熱性を備え、建築物内部の冷暖房における省エネルギーに利用できる。
請求項７に記載の空気断熱性を備えた建築物によれば、第３壁面空気層と第３屋根空気層の空気層の厚さは、７５ｍｍから１００ｍｍの範囲としているので、壁の構造材である柱の太さに準拠した空気層の厚さが、第２壁面空気層と第３壁面空気層とを含めて確保でき、室内の壁面の平坦性と空気の伝熱特性の確保が両立できる。そこで当該第３空気層内で空気の対流が起きにくく、空気の保温断熱の能力によって、春や秋、特に外気温が下がる冬季の保温断熱の性能を発揮できる。また夏季おける空気の特質として、輻射熱による吸熱が抑止されるため、蓄熱現象の減少が実現できる。また、天井の構造材である梁の太さに準拠した空気層の厚さが、第２屋根空気層と第３屋根空気層とを含めて確保でき、室内の天井面の平坦性と空気の伝熱特性の確保が両立できる。
請求項１３に記載の空気断熱性を備えた建築物によれば、外気接触壁部や外気露出屋根部の内側に、換気性の空気層として第１壁面空気層と第１屋根空気層を設けているので、外気接触壁部や外気露出屋根部に太陽熱輻射が作用しても、第１壁面空気層と第１屋根空気層より内側の建物躯体の温度はさほど上昇しない。また、気密性の空気層として第２壁面空気層と第２屋根空気層を設けているので、気密性の空気層が遮熱部材として作用し、外部からの熱の流入や外部への熱の流失が少なくなり、室内温度が維持されやすくなる。
第二の発明である既設建物の屋根冷却施工方法によれば、既設屋根の上に増設屋根隔壁を設置して気密屋根空気層を設け、さらに増設屋根隔壁の上に増設屋根材を設置して換気層の屋根空気層を設けているので、特に空気の比重差によって移動が起きる冷却空気層による、好適な冷却性を備えた屋根を施設することで、特に太陽熱輻射の影響を少なくして冷房コストを低減したいという要請を低コストで実現できる。
第三の発明である既設建物の壁空気断熱施工方法によれば、既設壁部の外側に増設隔壁を設置して気密壁空気層を設け、さらに増設隔壁の外側に増設外壁材を設置して換気層の壁空気層を設けているので、既設建物内の換気対策、特に太陽熱輻射の影響を少なくして冷房コストを低減したいという要請を低コストで実現できる。また、第四の発明である構造躯体を有する建築物の壁空気断熱施工方法によれば、壁面コンクリートの外側に増設隔壁を設置して気密壁空気層を設け、さらに増設隔壁の外側に増設外壁材を設置して換気層の壁空気層を設けているので、構造躯体内の換気対策、特に太陽熱輻射の影響を少なくして冷房コストを低減したいという要請を低コストで実現できる。
第五の発明である建築物の壁空気断熱施工方法によれば、壁部を設置すべき建築物が高層ビルのようにカーテンウォールを設置する建築物において、カーテンウォールとして壁面隔壁四層構造の外壁部を形成すると、既設建物内の換気対策、特に太陽熱輻射の影響を少なくして冷房コストを低減したいという要請に対処できる。また、カーテンウォールを規格化されたパネル形状とすることで、カーテンウォールの量産化に伴う製造コストの低減と、壁部を設置すべき建築物の壁面形状に応じたパネル形状選択を行うことで、建築設計作業や施工作業の標準化が推進できる。第六の発明であるカーテンウォールによれば、第五の発明である建築物の壁空気断熱施工方法に用いるカーテンウォールが製造できる。
本発明に用いられる空気断熱工法が適用される建築物の全体を説明する要部断面図である。 本発明にかかる空気三層構造の外壁部の、壁厚み方向の上下方向断面図である。 本発明にかかる空気三層構造の外壁部の、柱断面方向の平面方向断面図である。 外壁面の第１壁面空気層１２と屋根面の第１屋根空気層２２の空気の動き全体を示す構成斜視図である。 建築構造躯体の外壁と屋根の各構造を立体的に示したパース図である。 第二の発明として、本発明思想を既設建物に適用する場合を説明する構成図で、（Ａ）は施工前と施工後を説明する斜視図、（Ｂ）は施工後の側面図である。 第二の発明である既設建物の屋根冷却施工方法を説明する流れ図である。 第三の発明として、本発明思想を既設建物に適用する場合を説明する要部構成図、並びに第四の発明である構造躯体を有する建築物の壁空気断熱施工方法の対象となる構造躯体を有する建築物の要部構成図である。 第三の発明である既設建物の壁空気断熱施工方法を説明する流れ図である。 第五の発明として、本発明思想を高層ビルに適用する場合を説明する要部構成図である。
符号の説明
１０ 外壁部（外壁面）
１１、８１ 外気接触壁部（外壁材）
１２、８２ 第１壁面空気層
１３ 第１壁面隔壁（壁用インシュレーションボード）
１４、８４ 第２壁面空気層
１５ 第２壁面隔壁（木質繊維ボード）
１６、８６ 第３壁面空気層
１７ 第３壁面隔壁（室内の壁仕上げ材）
２０ 屋根部（屋根構造）
２１ 外気露出屋根部（屋根材）
２２ 第１屋根空気層
２３ 第１屋根隔壁（屋根面インシュレーションボード）
２３２ 登り垂木
２３４ 垂木（４５ｍｍ角）
２４ 第２屋根空気層
２５ 第２屋根隔壁（屋根面の木質繊維ボード）
２６ 第３屋根空気層
２７ 第３屋根隔壁（室内の天井仕上げ材）
３０ 棟部
３２ 第１棟部空気層
３３ 第１棟部隔壁（屋根棟部の構造用合板）
３４ 第２棟部空気層
３５ 第２棟部隔壁（屋根棟部の木質繊維ボード）
３６ 第３棟部空気層
３７ 第３棟部隔壁（屋根棟部の天井仕上げ材）
３９ 屋根棟部の平板パネル構造
４０ 屋切壁面
４１ 第１空気層吸い込み口
４２ 第１空気層排出口
４２２ シャッター付き換気扇
４２４ 可動式ダンパー
５０ 既設屋根
５２ 増設屋根隔壁
５６ 増設屋根材
６０ 既設壁材（鉄筋コンクリート構造躯体）
６２ 既設壁材（壁面コンクリート）
６６ 気密壁空気層
６７ 増設隔壁（空気層仕切り板）
６８ 換気壁空気層
６９ 増設外壁材（外壁材）
８０ カーテンウォール
ｄ１２ 第１壁面空気層の空気層の厚さ
ｄ１４ 第２壁面空気層の空気層の厚さ
ｄ１６ 第３壁面空気層の空気層の厚さ
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、本発明に用いられる空気断熱工法が適用される建築物の全体を説明する要部断面図である。図１において、空気断熱工法が適用される建築物は、基礎1、土台２、床材３、桁６、天井梁７、棟木８を有すると共に、外壁構造１０、屋根構造２０、屋根棟部３０を有している。なお、図１では描かれていないが、図３には、柱４と間柱５が描かれており、図４には窓９が描かれている。また、図１において黒矢印は、空気流れを示している。
図１において、基礎１は、建築物を支え地盤に定着させる部分で、例えば木造軸組構造では、軸組下部に設け、外周基礎はコンクリートの布基礎とし、主要な間仕切りの下や浴室などの水を使う部分の周囲にも用いる。基礎１は、不同沈下を生じないようにし、地震力、風圧力などの水平荷重に対しても安全な構造にすると共に、建築物の自重及び建築物に加えられる外力を地盤に伝達する。土台２は、軸組最下部に設けられる水平材で、柱４や間柱５が取り付けられて、柱の不等沈下を防止して柱の荷重を基礎１に伝える。床材３は、土台２を支持材として、建築物の床面を形成するのに用いられる。
柱４は、土台２を支持材として、屋根を構造的に支えると共に、壁を垂直状態に保持するのに用いられる。間柱５は、柱４と柱４の間に補助的に設置されるもので、構造の補強として入れる場合と、間仕切り用などの仕上げのための下地として入れる場合がある。桁６は、柱４や壁などの上に据えられる横架材をいい、主に柱４の上で垂木や梁を受ける。母屋７は、小屋組みの構造材のひとつで、棟木８、桁６と平行に、そのふたつの材の中間に位置する材をいう。棟木８は、屋根の1番頂上の部材である。窓９は、外壁構造１０に設けられた開口部で、室内の採光、換気、屋外からの眺望を得るために用いる。窓９には、アルミや木材、樹脂などの枠にガラスが入ったが用いられる。
外壁構造１０には、第１壁面空気層１２、第２壁面空気層１４、第３壁面空気層１６の各空気層が設けてある。外壁構造１０の各空気層は、外壁材１１、第１壁面隔壁１３、第２壁面隔壁１５、第３壁面隔壁１７によって仕切られている。ここで、第１壁面隔壁１３には、木質ボードのうち、インシュレーションボードを用いるのがよい。インシュレーションボード(ＩＦＢ；Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｂｏａｒｄ)は、木質ボードの一種であるファイバーボードのうち、密度が０．３５［ｇ／ｃｍ３］のものをいう。
図２、図３に示すように、第１壁面空気層１２は、空気層の厚さｄ１２として典型的には３０mm程度の空隙であるが、壁面縦胴ぶち１３２と壁面横胴ぶち１３４が存在するため、空気層の厚さｄ１２は狭い箇所がある。例えば、図２に示すように、壁面横胴ぶち１３４にそう柱方向では、空気層の厚さｄ１２は壁面横胴ぶち１３４の厚みが控除されて、隙間ｄ１２２となる。また、図３に示すように、壁面縦胴ぶち１３２にそう水平方向では、空気層の厚さｄ１２は壁面縦胴ぶち１３２の厚みが控除されて、隙間ｄ１２４となる。第２壁面空気層１４は、空気層の厚さｄ１４を、空気の対流が起きないとされる空隙２０ｍｍとする。第３壁面空気層１６は、空気層の厚さｄ１６として、柱の太さと第２壁面空気層１４の厚さ、並びに第２壁面隔壁１５、第３壁面隔壁１７の厚みを考慮して定める。
そして、外壁面の第１壁面空気層１２は、外壁材１１と第１壁面隔壁１３によって形成される。外壁材１１は、例えば板厚１２ｍｍの防火加工や防水加工のされた外装材が使用される。第１壁面隔壁１３は、構造躯体全体を包み込むように張るもので、例えば板厚１２ｍｍのインシュレーションボードを用いる。ここで、外壁材１１を保持するために、壁面縦胴ぶち１３２と壁面横胴ぶち１３４が第１壁面隔壁１３に固定される。壁面縦胴ぶち１３２には、例えば板厚１５ｍｍの棒材が使用される。壁面横胴ぶち１３４には、例えば板厚１５ｍｍの棒材が使用される。壁面縦胴ぶち１３２と壁面横胴ぶち１３４を縦横に組み合わせると、外壁材１１と第１壁面隔壁１３との間に３０mmの空隙が確保され、外壁面の第１壁面空気層１２となる。外壁面の第１壁面空気層１２には、最下部に第１空気層吸い込み口４１が形成されており、第１空気層吸い込み口４１の開口部は１５ｍｍ程度とし、常時開放状態になっている。
外壁面における第２壁面空気層１４は、構造躯体上、壁面の壁厚方向の空隙を一部利用して、空気の対流が起きないとされる空隙２０ｍｍ以下の空気層を設ける。第１壁面隔壁１３は、建造物の壁全体を包みこむ形状に設置されるが、第１壁面隔壁１３が第１壁面空気層１２および第２壁面空気層１４の仕切り板を兼ねるため、第２壁面空気層１４の気密性が確保できる。さらに、第１壁面隔壁１３に対して、建造物壁構造の室内側に２０ｍｍ程度の間隔で、第２壁面隔壁１５を装着する。第２壁面隔壁１５は、例えば構造用合板で厚さ９ｍｍ程度が良く、柱間および土台２と桁６もしくは胴差しの内面へ、なるべく隙間ができない状態にして挿入する。この第２壁面空気層１４は、空気の粘性と摩擦抵抗の特性を利用したもので、保温断熱空気層として作用する。
外壁面の第３壁面空気層１６は、第２壁面隔壁１５（木質繊維ボード）と、第３壁面隔壁１７（室内の壁仕上げ材）との空隙となっているおり、例えば７８ｍｍ程度の空隙となる。第２壁面隔壁１５は、外壁構造の室内側の空気仕切り板を兼ねるもので、例えば構造用合板で厚さ９ｍｍのものを用いるとよい。第３壁面隔壁１７は、例えば室内の壁仕上げ材で厚さ１２ｍｍのものを用いるとよい。
ここで、ファイバーボードとは蒸解した木材繊維を接着剤と混合し熱圧成型したものであり、インシュレーションボードの他、密度が０．３５［ｇ／ｃｍ３］から０．８０［ｇ／ｃｍ３］迄のものを中密度ファイバーボード (Ｍｉｄ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｉｂｅｒ Ｂｏａｒｄ)、０．８０［ｇ／ｃｍ３］以上のものをハードボードと呼ぶ。ファイバーボードは、パーティクルボードよりもエレメントが小さいために均質であり、木材の持つ異方性は殆ど無い。原料として未利用廃材や低質木材が主に利用されるリサイクル製品である。木質ボードの他の類型には、パーティクルボード、構造用パネル、ここで、パーティクルボードとは木材の小片を接着剤と混合し熱圧成型した木質ボードの一種で、エレメントは構造用パネルに用いられるものより小さく配向性はない。原料としては主に解体廃材等が用いられる。下地材として使われるほか表面に化粧板を貼られ家具等に加工される。また、構造用パネルは、配向性ストランドボード（ＯＳＢ; Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｓｔｒａｎｄ Ｂｏａｒｄ)を日本農業規格で定めたものである。
また、屋根構造２０にも、第１屋根空気層２２、第２屋根空気層２４、第３屋根空気層２６の各空気層が設けてある。屋根構造２０の各空気層は、屋根材２１、第１屋根隔壁２３、第２屋根隔壁２５、第３屋根隔壁２７によって仕切られている。ここで、建築構造躯体の最上部では、屋根面の第１屋根空気層２２と屋根棟部の第１棟部空気層３２に直結する構造の空気層となっている。また、第１屋根隔壁２３には、木質ボードのうち、インシュレーションボードを用いるのがよく、第２屋根隔壁２５には木質繊維ボードを用いるのがよく、第３屋根隔壁２７には室内の天井仕上げ材を用いるのがよい。
次に、屋根面における第１屋根空気層２２は、外気露出屋根部２１として瓦等の屋根材２１と熱的に一体となった屋根下地材２１４と、第１屋根隔壁２３との間に形成される。第１屋根隔壁２３は、板厚が例えば１２ｍｍのインシュレーションボードを空気層仕切り板として用いるとよく、登り垂木２３２（断面形状は例えば１２０ｍｍ×４５ｍｍ）の上端に装着される。屋根下地材２１４は、板厚が例えば１２ｍｍのもので、第１屋根隔壁２３の上に垂木２３４（断面形状は例えば４５ｍｍ角）を取り付け、さらにその上に張られる。第１屋根隔壁２３と屋根下地材２１４によって、４５ｍｍの第１屋根空気層２２の空隙が生まれる。
好ましくは、この空隙は外壁面の第１壁面空気層１２に直結されるように、第１空気層連結部を設けるとよい。また、第１屋根空気層２２は、屋根棟部３０の第１棟部空気層３２に連結される。第１空気層排出口４２は、屋根棟部３０の屋切壁面４０に設けられている。シャッター付き換気扇４２２は、第１空気層排出口４２に設けられた開閉自在の強制換気装置である。なお、シャッター付き換気扇４２２に代えて、可動式ダンパー４２４でも同様な開閉自在の強制換気装置としての機能を有する。第１空気層排出口４２は、第１屋根空気層２２と第１棟部空気層３２とを屋外の外気と繋げるもので、換気に不可欠の要素である。
例えばシャッター付き換気扇４２２として、消費電力１７Ｗのシャッター付き換気扇２台を用いると、典型的には１２００［ｍ３／ｈ］前後の空気排出量が確保できる。そして、対象となる建物が１０ｍｘ１０ｍの平屋建物すると、建物外壁の四辺の合計は４０ｍとなるため、第１壁面空気層１２の第１空気層吸い込み口４１の開口幅を０．０３ｍとすれば、開口総断面積は１．２ｍ２となる。すると、空気排出量が１２００［ｍ３／ｈ］の場合、一秒当りの空気排出量は０．３３［ｍ３／秒］となるから、開口総断面積当りの平均流速は０．２７［ｍ３／秒］程度になる。そこで、強制空気流による冷却効果と、低温外気の流入量が第１空気層吸い込み口４１を通して多くなるため、夏季における省エネ効果がより発揮される。
なお、シャッター付き換気扇４２２もしくは可動式ダンパー４２４を閉止状態にすると、第１壁面空気層１２と第１屋根空気層２２、屋根棟部３０の第１棟部空気層３２の空気は動きにくい状態になり、空気の熱伝導率の低さによる保温断熱空気層となる。すると、外壁面の第１壁面空気層１２、第１屋根空気層２２、第１棟部空気層３２の各空気層を空気の動きにくい空気層となすことができ、冬季や春秋に保温断熱空気層として利用できる。
屋根面の第２屋根空気層２４は、第１屋根隔壁２３と第２屋根隔壁２５により形成されるもので、空気の対流現象が起き難い空気層となる。第２屋根隔壁２５は、登り垂木２３２の中間に差し込まれるもので、例えば木質系ボード（板厚は例えば３．５ｍｍ）を用いるのがよい。屋根面においては、屋根勾配がつく形状となるため、第２屋根空気層２４は２０〜４５ｍｍ程度の空隙を形成しても、空気の粘性や摩擦抵抗で対流現象が起き難い保温断熱空気層となる。
屋根面の第３屋根空気層２６は、第２屋根隔壁２５（屋根面の木質繊維ボード）と、第３屋根隔壁２７（室内の天井仕上げ材）との空隙で、例えば６０〜８５ｍｍ前後の空隙を持った空気層である。第２屋根隔壁２５は、屋根面の木質繊維ボードで、例えば板厚３．５ｍｍとする。第３屋根隔壁２７は、室内の天井仕上げ材とする。屋根面の第３屋根空気層２６は、空気の特質として、輻射熱による蓄熱を抑止するため、夏季の蓄熱現象を削減してくれる外壁面および屋根面の空気断熱工法となる。
屋根棟部３０には、第１棟部空気層３２、第２棟部空気層３４、第３棟部空気層３６の各空気層が設けてある。屋根棟部３０の各空気層は、第１棟部隔壁３３、第２棟部隔壁３５、第３棟部隔壁３７によって仕切られている。ここで、屋根棟部３０には、母屋を連結する平板パネル構造３９が設けられている。平板パネル構造３９は、屋根棟部の空気層仕切り用で、第１棟部隔壁３３、第２棟部隔壁３５、第３棟部隔壁３７を一体的に構成してある。また、第１棟部隔壁３３には、例えば構造用合板を用いるのが良く、第２棟部隔壁３５には木質繊維ボードを用いるのが良く、第３棟部隔壁３７には天井仕上げ材を用いるのがよい。
ここで、屋根棟部３０の第２棟部空気層３４は、第１棟部隔壁３３と第２棟部隔壁３５（屋根棟部の木質繊維ボード）の空隙で、平板パネル構造３９として構成する。また、屋根棟部３０の第３棟部空気層３６は、第２棟部隔壁３５と屋根棟部の第３棟部隔壁３７（屋根棟部の天井仕上げ材）の空隙で、平板パネル構造３９として構成する。
なお、第１壁面空気層１２は、東西南北の外壁面によって形成され、これに連結する屋根面の第１屋根空気層２２と屋根棟部の第１棟部空気層３２が、繋がる構造となっている。なお、ここでは第１壁面空気層１２、第１屋根空気層２２、及び第１棟部空気層３２を全体的に考察するときは、各第一空気層と略称する。また、第２壁面空気層１４、第２屋根空気層２４、及び第２棟部空気層３４を全体的に考察するときは、各第二空気層と略称する。同様に、第３壁面空気層１６、第３屋根空気層２６、第３棟部空気層３６を全体的に考察するときは、各第三空気層と略称する。
このように構成された家屋の夏季における太陽熱輻射を受けている昼間の状態について検討する。なお、家屋の周囲は木立等の日陰があって、通風のよい環境にあることを前提とする。まず、外壁構造１０、屋根構造２０及び屋根棟部３０に設けられた、第１壁面空気層１２、第１屋根空気層２２、第１棟部空気層３２は、夏季の輻射熱によって高温状態に昇温する。即ち、各第一空気層の空気は、外壁材１１や屋根材２１からの放射熱を受け温度上昇してしまう。この各第一空気層の空気を、外壁材１１の最下部に設けた第１空気層吸い込み口４１から、低温の外気を吸込んで換気させるには、第一空気層の空気の温度差による比重差と、屋根棟部３０の屋切壁面４０に取り付けた、シャッター付き換気扇４２２もしくは可動式ダンパー４２４を開放状態にすると、自然換気作用若しくは強制換気作用によって、各第一空気層の空気は外気と入れ替わる。
そして、シャッター付き換気扇４２２あるいは可動式ダンパー４２４の開放によって、第１壁面空気層１２と第１屋根空気層２２の空気は、夏季においては温度上昇による比重差によって移動しながら、屋根棟部３０の第１棟部空気層３２に到達し、シャッター付き換気扇４２２もしくは可動式ダンパー４２４によって屋外へ排出される。
外壁面の第１壁面空気層１２や屋根面の第１屋根空気層２２は、空気層の壁方向の厚さを空気の摩擦抵抗を考慮しつつ３０〜４５ｍｍ程度に狭めることで、外壁面第１壁面空気層１２と屋根面第１屋根空気層２２の空気の移動速度を、例えば０．３［ｍ／秒］程度の自然対流を生成する構造となる。また、各第１空気層の空気が換気されると共に、換気に伴う熱交換によって、外壁材１１や屋根材２１に対して冷却能力を発揮できる。
したがって、各第１空気層を形成する部材である外壁材１１と、第１壁面隔壁１３、屋根材２１および屋根下地材２１４と、第１屋根隔壁２３などの空気接触面を空気流により冷却できる。また、各第１空気層の空気が換気されることによって、輻射熱を吸熱した外壁材１１、屋根材２１からの伝熱による第１壁面隔壁１３や第１屋根隔壁２３の温度上昇が抑止される。
次に第２空気層について説明する。図２は、本発明にかかる空気三層構造の外壁部の、壁厚み方向の上下方向断面図である。図３は、本発明にかかる空気三層構造の外壁部の、柱断面方向の平面方向断面図である。第２壁面空気層１４と第２屋根空気層２４には、壁厚方向２０ｍｍ以下の空気層が設けられている。第２壁面空気層１４は、第１壁面隔壁１３と第２壁面隔壁１５により仕切られている。また、第２屋根空気層２４は、第１屋根隔壁２３と第２屋根隔壁２５により仕切られている。
このように構成された各第２空気層は、壁厚方向２０ｍｍ以下の空気層であるため、空気の粘性と摩擦抵抗による対流現象をなくして、各第２空気層の保温断熱能力を確保できる。そして、空気に内在する保温断熱によって、外壁面および屋根面に位置する、第２壁面空気層１４、第２屋根空気層２４、及び第２棟部空気層３４には、高性能な保温断熱能力を発揮させることができる。即ち、空気調和における工学的知見として、空気の対流が起き得ない縦方向の空隙は、例えば６ｍｍ以下とされている。しかし、出願人が実験したところ、ガラスの仕切り板で２０ｍｍ以下の空気層では、空気の対流現象がみられず、空気の保温断熱性能が確認されている。
続いて、各第３空気層について説明する。第３壁面空気層１６は、第２壁面隔壁１５と第３壁面隔壁１７により形成される。屋根面の第３屋根空気層２６は、第２屋根隔壁２５（屋根面の木質繊維ボード）と、第３屋根隔壁２７（室内の天井仕上げ材）により形成される。屋根棟部の第３棟部空気層３６は、第２棟部隔壁３５（屋根棟部の木質繊維ボード）と、屋根棟部の第３棟部隔壁３７（屋根棟部の天井仕上げ材）により形成される。外壁面の第３壁面空気層１６と、屋根面の第３屋根空気層２６と、屋根棟部の第３棟部空気層３６は、第３壁面隔壁１７が室内の壁仕上げ材を兼用し、そして第３屋根隔壁２７が室内の天井仕上げ材を兼用しているため、室内壁面や天井面の装飾性にも配慮する必要がある。
具体的には、壁には柱４などの構造材があり、天井には梁などの構造材がある。そして、柱４などの構造材の太さは、第１壁面隔壁１３、第２壁面隔壁１５、第３壁面隔壁１７の設置間隔を規定する。そこで、第１壁面隔壁１３と第２壁面隔壁１５の間は、第２壁面空気層１４として断熱性を優先して間隔を２０ｍｍ程度にする必要があるため、第２壁面隔壁１５と第３壁面隔壁１７の間は、第３壁面空気層１６として、構造材の太さと適合させて、室内壁面の装飾性を確保する。第３壁面空気層１６は、空気の対流が多少起きうる空気層の厚さであっても、その冷却現象は極めて小さく、輻射熱による第３壁面空気層１６の吸熱が起きないため、夏季の焼け込みを減少させる大きなメリットが生れる保温断熱空気層となる。
同様にして、梁などの構造材の太さは、第１屋根隔壁２３、第２屋根隔壁２５、第３屋根隔壁２７の設置間隔を規定する。そこで、第１屋根隔壁２３と第２屋根隔壁２５の間は、第２屋根空気層２４として断熱性を優先して間隔を２０ｍｍ程度にする必要がある。そこで、第３屋根空気層２６は、第２屋根隔壁２５と第３屋根隔壁２７の間の間隙を、構造材の太さと適合させるように構成されることで、室内天井面の装飾性を確保する。第３屋根空気層２６は、空気の対流が多少起きうる空気層の厚さであっても、その冷却現象は極めて小さく、輻射熱による第３屋根空気層２６の吸熱が起きないため、夏季の焼け込みを減少させる大きなメリットが生れる保温断熱空気層となる。
次の第４図は、外壁面の第１壁面空気層１２と屋根面の第１屋根空気層２２の空気の動き全体を示す構成斜視図である。また、第５図は、建築構造躯体の外壁と屋根の各構造を立体的に示したパース図である。図４及び図５は、夏季における輻射熱の発熱抑止と、各第１空気層の空気の入れ替えと冷却などについて略図化したもので、白抜き矢印は空気流れを示している。
太陽から地上に達する熱エネルギーの７５％は輻射熱ある。この輻射熱の特徴は、空気を構成する酸素ガスや窒素ガスが吸熱する周波数帯域の輻射線を含んでいないが、炭水化物や水分子が吸熱する周波数帯域の輻射線を含む点にある。他方、空気は６０ｃｍ／秒の移動速度で、その空気接触面は１℃冷却されたのと同等の感覚を人間に与える。さらに、空気の移動速度が、例えば７ｍ／秒であれば、空気接触面において１５℃前後の温度低下として、人の皮膚に感じられることになる。
本実施例に示すように、外壁面の第１空気層吸い込み口４１から、輻射熱で熱せられた各第１空気層の空気より温度が低い、外気を強制的に吸気して、屋切壁面４０の第１空気層排出口４２から排気するように構成すると、空気の移動に伴う冷却特性を外壁面の第１壁面空気層１２と屋根面の第１屋根空気層２２および屋根棟部の第１棟部空気層３２で発揮させることができる。第１空気層の空気を強制的に換気するには、シャッター付き換気扇４２２あるいは可動式ダンパー４２４を屋切壁面４０の第１空気層排出口４２に取り付けるとよい。
夏季の太陽輻射熱の吸熱によって高温状態にある、外壁材１１や屋根材２１および屋根下地材２１４からの熱放射を受け、温度上昇している各第１空気層の空気の入れ替えと、入れ替え時に起きる空気の移動速度から、各第１空気層に接触している、外壁材１１や屋根下地材２１４、そして、第１壁面隔壁１３と、第１屋根隔壁２３も空気による冷却作用を受け、それぞれの各部材の温度低下がもたらされている。
次に、冬季および春と秋における空気による断熱の仕組みと、それぞれの空気層の特徴を説明する。空気の特性として、移動が拘束された空気は０．０２４１［Ｗ／ｍ・ｄｅｇ］の熱伝導率となり、この熱伝導率の価は高性能な保温断熱空気層として作用する。外壁面の第２壁面空気層１４は、第１壁面隔壁１３と第２壁面隔壁１５（木質繊維ボード）によって仕切られる。また、屋根面の第２屋根空気層２４は外壁面第２壁面空気層１４と、第１屋根隔壁２３と第２屋根隔壁２５（屋根面の木質繊維ボード）によって確保される。特に、屋根面の第２屋根空気層２４が、空気の対流現象が起きない間隙２０ｍｍ以下にすることで、各空気層は、一般に市販されている高性能な断熱材に匹敵、あるいはそれ以上の保温断熱性能を発揮できる。
本発明の各第３空気層における空気による保温断熱と、空気の輻射熱の発熱抑止の仕組みの特徴を説明する。従来のように断熱材を用いた建造物については、夏季における太陽輻射熱は断熱材を含む躯体全体の温度上昇として蓄熱される。即ち、断熱材のほとんどが熱伝播遅効型熱吸収材料であり、その発熱した輻射熱の熱移動を遅らせてしまう状態が蓄熱である。例えば、発泡系の断熱材では、厚さ５ｃｍでは約１時間、１０ｃｍでは約２時間の熱移動を遅らせるだけである。その結果、昼間の太陽熱輻射による外気接触壁部１１や外気露出屋根部２１の壁面温度上昇は、断熱材に対する熱輻射として作用する。そこで、断熱材自体が、さらなる輻射熱の発生源となり、室内を暖める。そして、夏季における太陽輻射熱による蓄熱をした建築物の躯体は、太陽輻射熱のなくなった夜間においても、熱輻射により建築物の室内空気を暖め、外気による冷却を阻害する。
即ち、多種多様な断熱材を用いての断熱施工において、建築物の保温断熱を目的に、断熱材を厚く施工すればするほど、保温断熱効果は発揮できる。しかし、夏季に於いて断熱材自体が蓄熱するため、建築物の外壁面や屋根面全体が蓄熱して、時間差を持って、室内へ放熱する。そこで、断熱材による輻射熱の放熱を抑えるには、例えば蓄熱作用のない空気層を設けて、蓄熱現象を抑えることが必要となる。
そこで、本実施例においては、上記断熱材による輻射熱の放熱を抑える蓄熱作用のない空気層として、例えば外壁面の第３壁面空気層１６や屋根面の第３屋根空気層２６が設けられている。外壁面の第３壁面空気層１６は、第２壁面隔壁１５（木質繊維ボード）と、第３壁面隔壁１７（室内の壁仕上げ材）の空隙に設けられる。また、屋根面の第３屋根空気層２６は、第２屋根隔壁２５（屋根面の木質繊維ボード）と、第３屋根隔壁２７（室内の天井仕上げ材）の空隙に設けられる。さらに、屋根棟部屋根棟部の平板パネル構造３９に設けられた第３棟部空気層３６も第三空気層に該当する。第三空気層は、第３壁面空気層１６、第３屋根空気層２６、第３棟部空気層３６を含むもので、各第２空気層の断熱性能重視とは違って、空気の特性である、輻射熱による発熱が小さい特性を利用したものである。また、各第３空気層内での対流現象は多少あったとしても、空気による保温断熱効果は充分満たされている。
本出願人が本発明を実施した外壁構造について、外壁用空気断熱壁工法の試験体を財団法人建材試験センター中央研究所の試験場所（草加市）にて、行った。当該試験方法は、準拠規格としてＪＩＳＡ１４２０（建築用構成材の断熱性能試験方法）で、設定温度が加熱箱内空気２０℃、低温室内空気０℃の試験条件であり、熱貫流率Ｋ＝０．８１[Ｗ／（ｍ２・Ｋ）]の数値が、試験期間８日間をかけた断熱性能試験結果として証明された。当該数値は、熱貫流率０．９８［Ｗ／（ｍ２・Ｋ）］の地域区分[ＩＩ]青森県、秋田県、岩手県等の寒冷地域の基準を上回るもので、空気により高性能な保温断熱効果があることが客観的に立証できたと言える。
続いて、本発明の換気層と気密層の多層構造の屋根について、既設工場の建屋や既設建物に適用する場合を説明する。図６は、第二の発明として、本発明思想を既設建物に適用する場合を説明する構成図で、（Ａ）は施工前と施工後を説明する斜視図、（Ｂ）は施工後の側面図である。図において、既設建物としては、屋根勾配を有する戸建の建築物や、屋根勾配を有する大型の建築物で、例えば、工場や公共施設を対象としている。既設建物の屋根５０は、例えばトタン板を葺いた一層の屋根材よりなるもので、風雨をしのげるが、太陽熱輻射の影響を考慮していない。そこで、従来は、このようなトタン板を葺いた屋根では、別途近くに高い木を植樹するとか、或いは水を屋根にまくなどして、対処していた。
しかし、既設建物内の換気対策、特に太陽熱輻射の影響を少なくして冷房コストを低減したいという要請が高まったので、本発明にかかる空気三層構造の屋根材に改造することは有効である。即ち、既設建物の屋根５０は、空気三層構造の屋根材のうち第３屋根隔壁として利用できる。そこで、増設屋根隔壁５２を既設建物の屋根５０に設ける。増設屋根隔壁５２は、図１に示した第１屋根隔壁２３並びに第２屋根隔壁２５と同等の機能を発揮するもので、例えばアルミ箔やステンレス薄板を増設下層５２ａと増設上層５２ｂの二層設ける。増設下層５２ａについては、第３屋根空気層を確保するため、増設下層５２ａと既設建物の屋根５０の間隙を図２・図３に図示したｄ１６程度に定める。また、第２屋根空気層を確保するため、増設下層５２ａと増設上層５２ｂの間隙を図２・図３に図示したｄ１４程度に定める。
そして、増設屋根隔壁５２の上には、垂木５４を設置して、増設屋根材５６を葺く。増設屋根材５６と増設屋根隔壁５２の増設上層５２ｂの間隙ｔ５６は、第１屋根空気層として、作用するものである。そこで、垂木５４の太さは、第１屋根空気層に必要とされる間隙、典型的には３０ｍｍ程度が確保できるように定める。増設屋根材５６の棟には、棟換気用屋根５８を設ける。棟換気用屋根５８によって、増設屋根材５６に照射される太陽光の影響で、第１屋根空気層に上昇気流が使用ずるので、この上昇気流を用いて第１屋根空気層の換気が促進される。なお、増設屋根隔壁５２で形成される第２屋根空気層と第３屋根空気層は、気密性の空気層であるため、断熱層として有効に作用する。
なお、上記実施例においては、本発明の換気層と気密層の多層構造の屋根について、既設工場の建屋や既設建物に適用する場合に、気密層として第２屋根空気層と第３屋根空気層の二層の場合を説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。要は、既設建物の屋根５０と増設屋根隔壁５２との間に気密屋根空気層を形成し、さらに増設屋根隔壁５２と増設屋根材５６との間で、換気屋根空気層を形成し、換気屋根空気層に空気流を生じさせるように構成すればよい。そして、気密屋根空気層は単層であっても良く、また二層以上であっても良い。
また、図６の実施例において、壁面に換気壁空気層を形成すると共に、換気壁空気層と換気屋根空気層を連結し、換気屋根空気層の最上部もしくは最下部に換気屋根空気層の遮断及び開放装置を設け、夏期のみ開放するように構成して、換気屋根空気層の空気流による冷却が実現できる。また、換気屋根空気層の遮断及び開放装置の遮断によって、換気屋根空気の空気は静止状態になる事から、換気屋根空気層の断熱保温特性を活かす構成とできる。また、換気屋根空気層の遮断及び開放装置は、四季の温度差が大きな地域では、空気流による冷却と空気の断熱保温の相反する特性を活かすことが可能となる。また、年間を通して暑い地域においては、換気屋根空気層の遮断及び開放装置を設けなくても良い。
さらに、増設屋根隔壁５２として、アルミ箔やステンレス薄板を用いると、太陽から降り注ぐ熱輻射を反射させるための熱反射材として作用する。なお、アルミ箔やステンレス薄板は、空気中の湿度との平衡含水率を維持できないため、これらの熱反射材と併用して使われる屋根の下地材の材質に注意しなければならない。例えば、木質の下地材であれば、この下地材の空気中の湿度との平衡含水率が維持できるようにアルミ箔やステンレス薄板に小さな穴を多数開け、下地材の湿度調整を妨げない構造とすることで、下地材の耐久性を高める事ができる。
図７は、第二の発明である既設建物の屋根冷却施工方法を説明する流れ図である。ここで、屋根冷却施工方法とは、屋根空気断熱施工方法と比較して、熱の遮蔽が簡便な施工方法をいう。既設建物の改修という用途では、完全な空気断熱を実現するような大規模改修が好まれず、費用対効果の点で低廉な投資コストで効果的な冷却が実現できれば足りるという顧客が多いためである。まず、図６に示すような、既設屋根５０を有する既設建物について、既設屋根５０が気密屋根空気層を有するか判断する（Ｓ１００）。もし、Ｓ１００でＮｏであれば、当該既設建物の既設屋根５０の上に増設屋根隔壁５２を葺く工程（Ｓ１０２）において、既設屋根５０と増設屋根隔壁５２との間に、気密屋根空気層を形成する（Ｓ１０２）。他方、Ｓ１００でＹｅｓであれば、当該既設建物の既設屋根５０の上に増設屋根隔壁５２を葺く工程（Ｓ１０４）だけで足りる。即ち、既設屋根５０の気密屋根空気層を用いることで、既設屋根５０と増設屋根隔壁５２との間に、気密屋根空気層を形成する工程を省くことができる。尤も、気密屋根空気層は遮熱部材として作用するので、増設屋根隔壁５２を葺く際に、既設屋根５０と増設屋根隔壁５２との間に、気密屋根空気層を形成してもよい。
続いて、増設屋根隔壁５２の上に増設屋根材５６を葺くと共に、増設屋根隔壁５２と増設屋根材５６との間に換気屋根空気層を形成する（Ｓ１０６）。このようにして、太陽輻射熱の作用する側に換気屋根空気層を備え、室内側に気密性の空気層を有する空気多層構造の屋根が完成する（Ｓ１０８）。このように構成された建物では、換気屋根空気層に空気流を生じさせるように構成しているので（Ｓ１１０）、太陽熱輻射の作用する時期に換気を充分行うことで、換気屋根空気層の内側建物の温度上昇が少なくて済み、太陽輻射熱が存在しても室内温度が影響を受け難くなる。
続いて、本発明の換気層と気密層の多層構造の壁について、既設ビルの壁面に適用する場合を説明する。図８は、第三の発明として、本発明思想を既設建物に適用する場合を説明する要部構成図、並びに第四の発明である構造躯体を有する建築物の壁空気断熱施工方法の対象となる構造躯体を有する建築物の要部構成図である。まず、既設ビルの壁面において、鉄筋コンクリート構造躯体６０、各階のスラブコンクリート６１、壁面コンクリート６２、鉄筋６３、室内側空気層６４、内装壁６５が設けられている。既設ビルの壁面では、構造上の特質として、鉄筋コンクリート構造躯体６０が壁面をなす領域と、既設ビルの各階の居住空間として、鉄筋コンクリート構造躯体６０よりも薄い壁面コンクリート６２が壁面をなす領域が、各階のスラブコンクリート６１の有無によって一定周期（例えば３ｍ程度）で現れる。壁面コンクリート６２の室内側には、室内側空気層６４と内装壁６５が設けられている。鉄筋６３は、コンクリートの強度を補強するため、鉄筋コンクリート構造躯体６０、各階のスラブコンクリート６１、壁面コンクリート６２に適宜に用いられる。
このような既設ビルの壁面に、換気層として換気空気層６８が外装材６９側に形成され、気密空気層として気密壁空気層６６が壁面コンクリート６２側に形成される。換気空気層６８と気密壁空気層６６との間には、空気層仕切り板６７が装着される。換気空気層６８は、図１で説明した第１壁面空気層に相当するもので、典型的な間隙は例えば３０ｍｍとする。他方、気密壁空気層６６は、図１で説明した第２壁面空気層に相当するもので、典型的な間隙は例えば２０ｍｍとする。
なお、屋根勾配を持たない建築構造物の代表例である、壁面及び開放できない窓面を有する既設ビルでは、各階のスパンごとに取り付けられる壁面や窓部分に換気空気層６８の遮断及び開放装置を設けるとよい。但し年間を通して暑い地域においては、各階のスパンを形成する壁面及び窓面の最上端と最下端に、空気の流入及び流出部を設ける構造とするのがよい。この時、空気の流入及び流出部に雨水や虫などの侵入を防ぐ配慮をするのが好ましい。
続いて、本発明の換気層と気密層の多層構造の壁について、壁面に適用する場合の施工方法を説明する。図９は、第三の発明である既設建物の壁空気断熱施工方法を説明する流れ図である。まず、図８に示すような、既設壁部としての壁面コンクリート６２を有する既設建物について、既設壁部６２が気密壁空気層を有するか判断する（Ｓ２００）。鉄筋コンクリート製の既設建物に関しては、鉄筋コンクリート構造躯体６０が既設壁部をなしている場合が多いため、通常は既設壁部６２が気密壁空気層を有しないことになる。しかし、例外的に通気壁工法を採用しているビルも存在するので、この場合には既設壁部６２が気密壁空気層を有することになる。
もし、Ｓ２００でＮｏであれば、当該既設建物の既設壁部６２の外側に増設隔壁６７を設置する工程（Ｓ２０２）において、既設壁部６２と増設隔壁６７との間に、気密壁空気層６６を形成する（Ｓ２０２）。他方、Ｓ２００でＹｅｓであれば、当該既設建物の既設壁部６２の外側に増設隔壁６７を設置する工程（Ｓ２０４）だけで足りる。続いて、増設隔壁としての空気層仕切り板６７の外側に増設外壁材６９を設置すると共に、増設隔壁６７と増設外壁材としての外装材６９との間に換気壁空気層を形成する（Ｓ２０６）。このようにして、太陽輻射熱の作用する側に換気壁空気層を備え、室内側に気密性の空気層を有する空気多層構造の壁が完成する（Ｓ２０８）。このように構成された建物では、換気壁空気層に空気流を生じさせるように構成しているので（Ｓ２１０）、太陽熱輻射の作用する時期に換気壁空気層の空気流を充分行うことで、換気壁空気層の内側建物の温度上昇が少なくて済み、太陽輻射熱が存在しても室内温度が影響を受け難くなる。
続いて、第四の発明について説明する。第四の発明は、構造躯体を有する建築物の壁空気断熱施工方法に関するものである。対象となる構造躯体を有する建築物は、例えば図８に示すように、各階に相当するスラブコンクリート６１を敷設すると共に、壁面コンクリート６２を敷設してなる鉄筋コンクリート又は鉄骨コンクリートの構造躯体６０を有する建築物である。このような建築物において、まず、壁面コンクリート６２の外側に増設隔壁６７を設置すると共に、壁面コンクリート６２と増設隔壁６７との間に気密壁空気層６６を形成する。次に、増設隔壁６７の外側に増設外壁材６９を設置すると共に、増設隔壁６７と増設外壁材６９との間に換気壁空気層６８を形成する。そして、換気壁空気層６８に空気流を生じさせるように構成する。このようにして、構造躯体内の換気対策、特に太陽熱輻射の影響を少なくして冷房コストを低減したいという要請を低コストで実現できる。
図１０は、第五の発明として、本発明思想を高層ビルに適用する場合を説明する要部構成図で、（Ａ）は鉄骨柱を含む要部構成図、（Ｂ）はカーテンウォールの構成を説明する構成断面図である。まず、一般的な高層建築では鉄骨鉄筋コンクリート構造を採用することが多く、外壁は柱や梁と同様、荷重を支えるほか地震や風圧によって建築物にかかる力に対抗する役割を果たしていた。しかし高層建築がさらに進んだ場合、外壁自体の重量が設計上無視できない問題として浮上するようになってきた。また高層建築で柔構造が採用された場合、地震の際に壁面が変形しそれに伴いガラスが割れ、破片が飛び散ってしまうことも問題視された。そこで、建築物の荷重を支える構造は柱と梁によるものとし、外壁はそれらの構造物に貼り付けるのみとするカーテンウォール工法が開発された。これによって外壁重量の軽量化、建物のしなりによるゆがみの影響を小さくすることが可能となった。即ち、高層ビルの壁面において、カーテンウォール（ｃｕｒｔａｉｎ ｗａｌｌ）は、建築構造上取り外し可能な壁であり、建物の自重および建物の荷重はすべて柱、梁、床、屋根等で支え、建物の荷重を直接負担しない壁をいう。カーテンウォールは、間仕切り壁と同様の非耐力壁である。
そして、カーテンウォールの設置される建築物として、代表例である高層ビルの場合を説明する。高層ビルの場合、骨組みは鉄骨構造とすることが多く、鉄の防錆や構造上の強度や施工期間も考慮して、鉄骨コンクリート造りとする場合もある。図１０（Ａ）において、建築物は鉄骨柱７０、鉄骨梁７１、コンクリートスラブ７２を有している。鉄骨柱７０と鉄骨梁７１により、建築物の骨組みが形成され、各階の床面をコンクリートスラブ７２で形成している。コンクリートスラブ７２は、建築物の外形を形成する鉄骨柱７０よりも建築物外側に突出している。カーテンウォール８０は、コンクリートスラブ７２の端面に装着される。
図１０（Ｂ）において、カーテンウォール８０は、空気三層構造の外壁部として、第１壁面空気層８２、第２壁面空気層８４及び第３壁面空気層８６を有している。また、カーテンウォール８０は、壁面隔壁四層構造の外壁部として、外気接触壁部としての外壁８１、第１壁面隔壁としての空気層仕切り板８３、第２壁面隔壁としての空気層仕切り板８５、第３壁面隔壁としての内装壁８７を有している。第１壁面空気層８２は、間隙が例えば３０ｍｍ確保するのが望ましい。第２壁面空気層８４は、気密性の空気層として、間隙を例えば２０ｍｍ以下とするのがよい。第３壁面空気層８６は、気密性の空気層として、間隙を例えば２０ｍｍから１００ｍｍの適宜の値とするのがよい。第３壁面空気層８６の厚さは、カーテンウォール８０を装着するコンクリートスラブ７２の突起部の形状や、建築物の施工上の歪みを吸収して、建物全体の完成度を高めるように、気密性の空気層と施工上の歪み調整機能を両立させるように、適宜に定めるのがよい。
カーテンウォール８０は、一定の規格化された形状のパネルとして製造され、建築物の施工現場まで搬送されることが多い。パネル形状としては、例えば1ｘ２ｍが採用される。そこでパネルの枠として、カーテンウォール上枠９１とカーテンウォール下枠９２がカーテンウォール８０の両端に形成されている。そして、カーテンウォール枠９１、９２によって、壁面隔壁四層構造の外壁部が一体的に保持されている。なお、図示しないが、パネルの枠として、カーテンウォールの左右にも枠が形成されている。外気接触壁部としての外壁８１には、第１壁面空気層８２での換気性を確保するため、外壁８１とカーテンウォール下枠９２側との間に空気吸入口としての下側開口部９３が形成され、外壁８１とカーテンウォール上枠９１側との間に空気排気口としての上側開口部９４が形成されている。接続プレート９５は、上下で隣接するカーテンウォール８０のカーテンウォール上枠９１とカーテンウォール下枠９２を連結するもので、上側開口部９４と下側開口部９３の縁に装着される。
このように構成されたカーテンウォールを用いた建築物の壁空気断熱施工方法は、次のような過程で施工される。まず、カーテンウォール８０として壁面隔壁四層構造の外壁部が、カーテンウォールの製造工場にて製造される。このとき、カーテンウォール８０は、所定のパネル形状に成型するのが、運搬の便宜や建築物の設計や施工に便利である。そして、建築物の施工現場では、建築物の壁面形状に応じた当該パネル形状を用いて、カーテンウォールを建築物の壁面に設置する。カーテンウォール８０に設けられた上側開口部９４と下側開口部９３が有効に作用して、太陽輻射熱により温められた外壁８１の熱が作用して、第１壁面空気層８２内の空気が煙突のように換気される。そこで、第１壁面空気層８２内の空気は外気温度に近いため、第１壁面空気層８２より内側の空気層仕切り板８３、８５、内装壁８７は太陽輻射熱の影響をさほど受けず、建築物の室内温度に及ぼす太陽輻射熱の影響が小さくなる。
なお、本発明の換気層と気密層の多層構造の屋根について、既設工場の建屋や既設建物に適用する場合に、非換気層としての第２屋根空気層を設置する場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、屋根形状に適合するように、適宜の空気多層構造の屋根部を備えた建築物に適用できる。
また本発明を適用した建築物では、断熱材を用いることなく、快適な室内居住環境が実現できる。そこで、断熱材使用により付随的に発生した弊害を防止できる。特に化学系の断熱材においては、空気中の湿度に対して平衡含水率の維持ができないため、壁内結露やそれに伴う腐朽菌発生から構造躯体の劣化へ、また、断熱材と気密シートによる壁や天井などの面呼吸現象の劣化など、建造物自体に悪影響をおよぼしている。これに対して、本発明の空気断熱性を備えた建築物によれば、空気三層構造の壁面部又は屋根部の少なくとも一方を有しているため、各空気層の空気と自然素材の平衡含水率の関係が改善され、建築構造躯体の耐久性を長くできる。
本発明は、化学系断熱材を用いないで冷暖房が効率的に行えるように改良された構造を有する建築物に関し、特に壁や屋根に設けた対流現象を無くした空気層による、空気断熱性を備えた建築物の産業分野に利用可能性がある。また、本発明は、工場建屋のような勾配屋根のある既設建物に用いて好適な、屋根冷却施工方法の産業分野に利用可能性がある。さらに、本発明は、中高層のビルのような垂直壁のある既設建物や新築ビルに用いて好適な、壁空気断熱施工方法の産業分野に利用可能性がある。また、本発明は高層ビルのようなカーテンウォールを用いた建築物の施工に用いて好適な、建築物の産業分野に利用可能性がある。

Claims (18)

  1. 建築物の外側と内側とを遮蔽する壁面に形成される第１壁面空気層と、この第１壁面空気層より内側に形成される第２壁面空気層と、この第２壁面空気層と前記建築物の内側との間に形成される第３壁面空気層とを有する空気三層構造の外壁部と、
    建築物の最上部に設けられた内側と外側とを遮蔽する屋根材に設けられた第１屋根空気層を有する屋根部とを備えた建築物において、
    この第１壁面空気層と第１屋根空気層には、熱平衡状態に達しない程度の流速の空気流が形成されるよう構成すると共に、
    さらに、前記屋根部の前記第１屋根空気層より内側に形成される第２屋根空気層と、この第２屋根空気層と前記建築物の内側との間に形成される第３屋根空気層とを有する空気三層構造の屋根部としたことを特徴とする空気断熱性を備えた建築物。
  2. 前記第１壁面空気層、第２壁面空気層及び第３壁面空気層を有する空気三層構造の外壁部において、前記各空気層の仕切り部は、第１壁面隔壁によって第１壁面空気層と第２壁面空気層を仕切り、第２壁面隔壁によって第２壁面空気層と第３壁面空気層を仕切り、第３壁面隔壁によって第３壁面空気層と居室内空気を仕切り、
    前記第１屋根空気層、第２屋根空気層及び第３屋根空気層を有する空気三層構造の屋根部において、前記各空気層の仕切り部は、第１屋根隔壁によって第１屋根空気層と第２屋根空気層を仕切り、第２屋根隔壁によって第２屋根空気層と第３屋根空気層を仕切り、第３屋根隔壁によって第３屋根空気層と居室内空気を仕切ることを特徴とする請求項１に記載の空気断熱性を備えた建築物。
  3. 建築物の外気接触壁部との間で第１壁面空気層を形成させる第１壁面隔壁と、この第１壁面隔壁より第２壁面空気層を挟んで内側に設けられる第２壁面隔壁と、この第２壁面隔壁より第３壁面空気層を挟んで内側に設けられる第３壁面隔壁とを有する壁面隔壁四層構造の外壁部と、
    建築物の外気露出屋根部との間で第１屋根空気層を形成させる第１屋根隔壁を有する屋根部とを備えた建築物において、
    この第１壁面空気層と第１屋根空気層には、熱平衡状態に達しない程度の流速の空気流が形成されるよう第１壁面隔壁と第１屋根隔壁とを構成すると共に、
    この第１屋根隔壁より第２屋根空気層を挟んで内側に設けられる第２屋根隔壁と、この第２屋根隔壁より第３屋根空気層を挟んで内側に設けられる第３屋根隔壁とを有する屋根隔壁四層構造の屋根部としたことを特徴とする空気断熱性を備えた建築物。
  4. 前記外気接触壁部の温度が、太陽からの輻射熱を吸熱して快適温度よりも数十度程度の高温状態となる場合には、前記第１壁面空気層での空気流の流速を高め、
    外気温度が快適温度よりも低く、太陽からの輻射熱を前記外気接触壁部が吸熱する熱を室内にも伝熱しても、室内温度が快適温度よりも超過しないときは、前記第１壁面空気層の空気流を停止させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の空気断熱性を備えた建築物。
  5. 前記外気露出屋根部の温度が、太陽からの輻射熱を吸熱して快適温度よりも数十度程度の高温状態となる場合には、前記第１屋根空気層の空気流の流速を高め、
    外気温度が快適温度よりも低く、太陽からの輻射熱を前記外気露出屋根部が吸熱する熱を室内にも伝熱しても、室内温度が快適温度よりも超過しないときは、前記第１屋根空気層の空気流を停止させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の空気断熱性を備えた建築物。
  6. 前記第２壁面空気層と前記第２屋根空気層の空気層の厚さは、２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の空気断熱性を備えた建築物。
  7. 前記第３壁面空気層と前記第３屋根空気層の空気層の厚さは、７５ｍｍから１００ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の空気断熱性を備えた建築物。
  8. 第１壁面空気層、第２壁面空気層及び第３壁面空気層を有する空気三層構造の外壁部と、第１屋根空気層、第２屋根空気層及び第３屋根空気層を有する空気三層構造の屋根部とを備える請求項２乃至６の何れか１項に記載の空気断熱性を備えた建築物において、
    さらに、前記空気三層構造の屋根部には、第１屋根隔壁、第２屋根隔壁、又は第３屋根隔壁の何れにも、断熱材を用いていないことを特徴とする空気断熱性を備えた建築物。
  9. 請求項８に記載の空気断熱性を備えた建築物において、
    さらに、前記空気三層構造の外壁部には、第１壁面隔壁、第２壁面隔壁、又は第３壁面隔壁の何れにも、断熱材を用いていないことを特徴とする空気断熱性を備えた建築物。
  10. 第１壁面空気層、第２壁面空気層及び第３壁面空気層を有する空気三層構造の外壁部と、第１屋根空気層、第２屋根空気層及び第３屋根空気層を有する空気三層構造の屋根部とを備える請求項２乃至６の何れか１項に記載の空気断熱性を備えた建築物において、
    さらに、前記空気三層構造の屋根部には、第１屋根隔壁、第２屋根隔壁、又は第３屋根隔壁の少なくとも何れか一つの屋根隔壁に、熱容量の小さな空気層仕切り材を用い、
    さらに、前記空気三層構造の外壁部には、第１壁面隔壁、第２壁面隔壁、又は第３壁面隔壁の少なくとも何れか一つの壁面隔壁に、熱容量の小さな空気層仕切り材を用いることを特徴とする空気断熱性を備えた建築物。
  11. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の空気断熱性を備えた建築物において、
    さらに、前記建築物の外気接触壁部の第１壁面空気層と、前記建築物の外気露出屋根部の第１屋根空気層とを連通させると共に、
    建築物の外気露出屋根部の屋切り面の最上部近傍に設けられた、前記第１屋根空気層と連通する第１空気層排出口と、
    前記第１空気層排出口に設置されるシャッター付き換気扇又は可動式ダンパーと、
    当該建築物の外気接触壁部の最下部近傍に設けられた、前記第１壁面空気層と連通する第１空気層吸い込み口と、
    を備え、前記シャッター付き換気扇又は可動式ダンパーを開放状態にすると、前記第１空気層吸い込み口から、前記第１空気層吸い込み口近傍の外気が前記第１壁面空気層を経由して屋根面の第１空気層内部に導入されることを特徴する空気断熱性を備えた建築物。
  12. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の空気断熱性を備えた建築物において、
    さらに、建築物の外気露出屋根部の屋切り面の最上部近傍に設けられた、前記第１屋根空気層と連通する第１空気層排出口と、
    前記第１空気層排出口に設置されるシャッター付き換気扇又は可動式ダンパーと、
    建築物の外気露出屋根部の当該建築物の外気接触壁部近傍に設けられた、前記第１屋根空気層と連通する第１空気層吸い込み口と、
    を備え、前記シャッター付き換気扇又は可動式ダンパーを開放状態にすると、前記第１空気層吸い込み口から、前記第１空気層吸い込み口近傍の外気が屋根面の第１空気層内部に導入されることを特徴する空気断熱性を備えた建築物。
  13. 建築物の外側と内側とを遮蔽する壁面に形成される第１壁面空気層と、この第１壁面空気層より内側に形成される第２壁面空気層とを有する空気二層構造の外壁部と、
    建築物の最上部に設けられた内側と外側とを遮蔽する屋根材に設けられた第１屋根空気層を有する屋根部とを備えた建築物において、
    この第１壁面空気層と第１屋根空気層には、換気性の空気層が形成されるよう構成すると共に、
    さらに、前記屋根部の前記第１屋根空気層より内側に形成される第２屋根空気層を有する空気二層構造の屋根部とし、
    前記第２壁面空気層と前記第２屋根空気層を気密性の空気層としたことを特徴とする空気断熱性を備えた建築物。
  14. 既設屋根を有する既設建物について、当該既設建物の既設屋根部の上に増設屋根隔壁を葺く工程と、
    当該既設屋根、又は当該既設屋根と増設屋根隔壁との間の少なくとも一方に、気密屋根空気層を形成する工程と、
    当該増設屋根隔壁の上に増設屋根材を葺くと共に、当該増設屋根隔壁と当該増設屋根材との間に換気屋根空気層を形成する工程と、
    を備え、前記換気屋根空気層に空気流を生じさせるように構成することを特徴とする既設建物の屋根冷却施工方法。
  15. 既設壁部を有する既設建物について、当該既設建物の既設壁部の外側に増設隔壁を設置する工程と、
    当該既設壁部、又は当該既設壁部と増設隔壁との間の少なくとも一方に、気密壁空気層を形成する工程と、
    当該増設隔壁の外側に増設外壁材を設置すると共に、当該増設隔壁と当該増設外壁材との間に換気壁空気層を形成する工程と、
    を備え、前記換気壁空気層に空気流を生じさせるように構成することを特徴とする既設建物の壁空気断熱施工方法。
  16. 各階に相当するスラブコンクリートを敷設すると共に、壁面コンクリートを敷設してなる鉄筋コンクリート又は鉄骨コンクリートの構造躯体を有する建築物について、壁空気断熱施工を行う方法において、
    当該壁面コンクリートの外側に増設隔壁を設置すると共に、当該壁面コンクリートと増設隔壁との間に気密壁空気層を形成する工程と、
    当該増設隔壁の外側に増設外壁材を設置すると共に、当該増設隔壁と当該増設外壁材との間に換気壁空気層を形成する工程と、
    を備え、前記換気壁空気層に空気流を生じさせるように構成することを特徴とする構造躯体を有する建築物の壁空気断熱施工方法。
  17. 壁部を設置すべき建築物について、当該建築物の壁部としてカーテンウォールを設置する建築物の壁空気断熱施工方法において、
    前記カーテンウォールとして、当該建築物の外気接触壁部となるべき壁面との間で第１壁面空気層を形成させる第１壁面隔壁と、この第１壁面隔壁より第２壁面空気層を挟んで内側に設けられる第２壁面隔壁と、この第２壁面隔壁より第３壁面空気層を挟んで内側に設けられる第３壁面隔壁とを有する壁面隔壁四層構造の外壁部を形成する工程と、
    前記カーテンウォールを、所定のパネル形状に成型する工程と、
    前記建築物の壁面形状に応じた当該パネル形状を用いて、前記カーテンウォールを前記建築物の壁面に設置する工程と、
    を有する建築物の壁空気断熱施工方法。
  18. 壁部を設置すべき建築物について、当該建築物の壁部として所定のパネル形状のカーテンウォールを設置する前記カーテンウォールにおいて、
    前記カーテンウォールは、当該建築物の外気接触壁部となるべき壁面との間で第１壁面空気層を形成させる第１壁面隔壁と、この第１壁面隔壁より第２壁面空気層を挟んで内側に設けられる第２壁面隔壁と、この第２壁面隔壁より第３壁面空気層を挟んで内側に設けられる第３壁面隔壁とを有する壁面隔壁四層構造の外壁部を有することを特徴とするカーテンウォール。
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