(57)【要約】【課題】チムニを用いて、建物の内部空間を効率的に冷却することができる建物構造を提供する。【解決手段】建物の建物本体１１は、建物外壁２０に囲まれた内部空間を備えている。内部空間には、１階の第１マシン室Ｒ１及び３階の第２マシン室Ｒ２が設けられている。建物本体１１の建物外壁２０の両外側面には、チムニ３０が設けられている。建物本体１１内には、第１マシン室Ｒ１とチムニ３０とを連通する排気ダクト５１と、第２マシン室Ｒ２とチムニ３０とを連通する排気ダクト５２が設けられている。第１及び第２マシン室Ｒ１，Ｒ２からの暖気は、排気ダクト５１，５２を介して、チムニ３０に排出され、チムニ３０内を上昇して、チムニ３０の上方から建物の外部に排気される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物外壁に囲まれた内部空間を備えた建物の建物構造であって、
前記内部空間からの暖気を排出する排気ダクトが接続され、前記建物外壁の外側面に沿ってチムニを設けたことを特徴とする建物構造。
【請求項２】
前記チムニの壁部材は、前記建物の上層階において前記建物外壁から突出し、前記チムニの内部に設けられた支持部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の建物構造。
【請求項３】
前記支持部材は、グレーチングによって構成されたバルコニーであることを特徴とする請求項２に記載の建物構造。
【請求項４】
前記チムニの外側壁には、前記内部空間に外気を供給する外気取込部を設け、
前記チムニ内に前記外気取込部と前記内部空間とを連通する外気ダクトを配置することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の建物構造。
【請求項５】
前記チムニは、前記チムニの最下部を閉鎖したことを特徴とする請求項４に記載の建物構造。
【請求項６】
前記チムニは、最上部を塞ぐとともに、前記最上部よりも下方に、前記建物の最上部側に開口する排気口を設けたことを特徴とする請求項４又は５に記載の建物構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の内部空間を冷却するための建物構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
データセンター等の建物では、配置される高性能のサーバ（情報処理装置）の機能を十分に発揮させるために、通常、情報処理装置を冷却している。この場合、発熱した情報処理装置を効率よく冷却するために、コールドアイルとホットアイルとが形成されるように、サーバを配置する技術も検討されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１には、筐体の底面側に設けられた冷気吸込口を介して、空調機から供給される冷気を導入し、筐体の背面側に設けた排気吸込口を介して、ホットアイル側に排気を行なうラック型空調機が記載されている。
【０００３】
また、情報処理装置を冷却する場合、冷たい外気を取り入れて省電力化を図る技術も検討されている（例えば、非特許文献１参照。）。この非特許文献１には、建物の側面の外部から冷気を取り込み、この冷気を用いて情報処理装置を冷却する。そして、冷却により発生した暖気を、建物の中央に設けられたチムニの上部から排出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３６３３５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】株式会社日本設計、株式会社ＩＤＣフロンティア、清水建設株式会社、新菱冷熱工業株式会社、「建物自体が設備機械  次世代型データセンター  第１３回環境・設備デザイン賞ＩＩ．建築・設備統合デザイン部門  福島白河第一データセンター」［online］［平成２９年４月１５日検索］、インターネット<http://abee.or.jp/designaward/past/13/docs/15.pdf>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１に示すように、冷却により発生した暖気を排出するチムニを建物内に設けた場合、チムニの配置によって、内部空間が区切られ、レイアウトの自由度が低くなる。また、内部空間の上にチムニがある場合、チムニから雨等が浸入しないように構成する必要があり、建物構造が複雑になる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
・上記課題を解決するための建物構造は、建物外壁に囲まれた内部空間を備えた建物の建物構造であって、前記内部空間からの暖気を排出する排気ダクトが接続され、前記建物外壁の外側面に沿ってチムニを設ける。これにより、建物外壁の外側にチムニが設けられているので、内部空間のレイアウトの自由度を高くすることができる。
【０００８】
・上記建物構造において、前記チムニの壁部材は、前記建物の上層階において前記建物外壁から突出し、前記チムニの内部に設けられた支持部材に取り付けられていることが好ましい。これにより、建物外壁から突出させた支持部材を用いてチムニを支持することができる。
【０００９】
・上記建物構造において、前記支持部材は、グレーチングによって構成されたバルコニーであることが好ましい。これにより、グレーチングが暖気上昇の妨げにならず、バルコニーによってチムニを支持することができる。
【００１０】
・上記建物構造において、前記チムニの外側壁には、前記内部空間に外気を供給する外気取込部を設け、前記チムニ内に前記外気取込部と前記内部空間とを連通する外気ダクトを配置することが好ましい。これにより、建物の外気取込部側から、効率的に外気を取り込むことができる。
【００１１】
・上記建物構造において、前記チムニは、前記チムニの最下部を閉鎖することが好ましい。これにより、チムニの最下部の近くに外気取込口がある場合でも、排気と給気とのショートサーキットを抑制することができる。
【００１２】
・上記建物構造において、前記チムニは、最上部を塞ぐとともに、前記最上部よりも下方に、前記建物の最上部側に開口する排気口を設けることが好ましい。これにより、チムニの最上部の近くに外気取込口がある場合でも、排気と給気とのショートサーキットを抑制することができる。更に、外風圧の影響を少なくすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、チムニを用いて、建物の内部空間を効率的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態における建物全体の概略断面図。
【図２】本実施形態における建物の要部の部分拡大断面図。
【図３】本実施形態における建物の要部の平面図であって、（ａ）は１階、（ｂ）は３階部分を示す。
【図４】本実施形態における建物の要部の部分拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１〜図４を用いて、建物構造を具体化した一実施形態を説明する。図１は、建物構造の全体の概略断面図である。なお、図１においては、建物に設置される配管等は省略している。図２及び図４は、建物１０の要部の部分拡大断面図である。図３（ａ）、（ｂ）は、建物１０の１階及び３階の要部の平面図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態の建物構造を用いた建物１０は、データセンター等として用いられ、建物本体１１とチムニ３０とを備える。建物１０は、建物本体１１を構成する柱１２及び梁１３、地下に配置された免震層Ｌ１を備える。免震層Ｌ１には、複数のアイソレータＩｓとダンパー（図示せず）とが配置されている。アイソレータＩｓは、柱１２に対応する位置等に設けられる。
【００１７】
建物本体１１は、屋上階（４階）を有した３階建ての建物であって、鉄骨や鉄筋コンクリートで構成されている。建物本体１１は、梁１３に取り付けられる床スラブ１６，１７，１８，１９及び建物外壁２０を備える。建物外壁２０は、柱１２や梁１３の躯体によって区画された内部空間の外周を覆っている。建物外壁２０において、対向する両外側面には、チムニ３０が設けられている。このチムニ３０の詳細については、後述する。
【００１８】
＜建物本体１１の内部構成＞
次に、建物本体１１の内部構成について説明する。
１階は、１階の床スラブ１６及び２階の床スラブ（１階の天井スラブ）１７で区画される。２階は、２階の床スラブ１７及び３階の床スラブ（２階の天井スラブ）１８で区画される。３階は、３階の床スラブ１８及び４階の床スラブ（３階の天井スラブ）１９で区画される。
【００１９】
そして、１階には、第１マシン室Ｒ１、空調機械室Ｍ１及び廊下Ｐ１が区画されている。更に、２階には、電気室Ｒｐ及び廊下Ｐ２が区画されている。また、３階には、１階と同様に、第２マシン室Ｒ２、空調機械室Ｍ２及び廊下Ｐ３が区画されている。
【００２０】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、空調機械室Ｍ１，Ｍ２は、マシン室（Ｒ１，Ｒ２）の両外側（チムニ３０側）に配置されている。また、各階の廊下Ｐ１〜Ｐ３は、建物本体１１の外周を囲むように、同じ位置に配置される。
【００２１】
第１マシン室Ｒ１には、大規模な高速演算処理を行なう情報処理装置（いわゆるスーパーコンピュータ）が配置される。また、第２マシン室Ｒ２には、例えばサーバ等の情報処理装置が配置される。
【００２２】
図１に示す電気室Ｒｐには、電気設備が配置される。この電気設備は、第１及び第２マシン室Ｒ１，Ｒ２に配置された情報処理装置に電気を供給する設備である。電気室Ｒｐの中央には、トラス梁Ｔｂが設けられている。このトラス梁Ｔｂは、２階の床スラブ１７に取り付けられた下弦材、３階の床スラブ１８に取り付けられた上弦材、下弦材及び上弦材を連結する斜材を備える。
【００２３】
＜建物１０の換気設備＞
次に、図２を用いて、建物１０の換気設備について詳述する。
建物本体１１には、建物外壁２０から外側に突出するバルコニー床２２，２３，２４が設けられている。バルコニー床２２，２３，２４は、それぞれ建物本体１１の２階、３階、４階の床スラブ１７，１８，１９と面一となる位置に設けられている。本実施形態のバルコニー床２２，２３，２４は、チムニ３０の支持部材として機能し、グレーチングによって構成されている。
【００２４】
図３に示すように、各バルコニー床２２〜２４には、チムニ３０の壁部材３１が取り付けられている。なお、図３において、チムニ３０は厚く表示している。この壁部材３１は、バルコニー床２２〜２４の側面を覆っている。この壁部材３１の端部は建物外壁２０と密着して一体化され、壁部材３１は、建物外壁２０とともにチムニ３０の側壁を構成する。更に、この壁部材３１には、建物外壁２０と反対側に、開口部が設けられている。この開口部には、外気取込部としての給気用ガラリが設置されている。
【００２５】
更に、図２に示すように、チムニ３０の下端部は、１階の天井面構造体Ｃ１とほぼ同じ高さまで延在している。そして、チムニ３０の下面には、壁部材３１と建物外壁２０とで囲まれた空間の下面を閉鎖する閉塞部材３２が設けられている。
【００２６】
チムニ３０の上端部は、建物本体１１の屋上を超える高さまで延在している。そして、チムニ３０の上端部には、屋根３５が設けられている。そして、屋根３５の下方には、建物１０の屋上（最上階の４階）側に開口部３６が設けられている。また、本実施形態では、屋上に、板部材３７が、チムニ３０の開口部３６と離間して、開口部３６に対向するように配置されている。
【００２７】
更に、本実施形態では、チムニ３０内において、２階及び３階のバルコニー床２２，２３には、フィルタユニット４１，４２が載置されている。各フィルタユニット４１，４２は、壁部材３１の給気用ガラリにそれぞれ接続されている。
【００２８】
一方、建物１０内の１階及び３階の空調機械室Ｍ１，Ｍ２には、空気調和機４５，４６が配置されている。１階の空気調和機４５は、２階のフィルタユニット４１と外気ダクト４３を介して連通し、３階の空気調和機４６は、３階のフィルタユニット４２と外気ダクト４４を介して連通している。各空気調和機４５，４６は、循環用ファンを内蔵している。
【００２９】
また、建物１０の各階は、廊下Ｐ１〜Ｐ３を除き、二重床構造になっている。１階及び３階の床スラブ１６，１８の上には、床面支持体（図示せず）に支持されて、床面構造体１６ａ，１８ａが配置されている。そして、床スラブ１６，１８と床面構造体１６ａ，１８ａとの間には、床下空間が形成されている。これら床下空間は、高さが１ｍ弱程度であり、電気配線を敷設するとともに、各空気調和機４５，４６からの冷気を拡散させるために用いられる。
【００３０】
また、第１及び第２マシン室Ｒ１，Ｒ２には、天井面構造体Ｃ１，Ｃ２が設けられている。２階及び４階の床スラブ１７，１９と天井面構造体Ｃ１，Ｃ２とによって、それぞれ第１及び第２マシン室Ｒ１，Ｒ２には天井裏が形成されている。本実施形態では、天井裏は、２ｍ〜２．５ｍ程度の高さを有している。各天井面構造体Ｃ１，Ｃ２には、空気の吸込口（図示せず）が設けられている。更に、天井裏には、各空気調和機４５，４６の還気ダクト４７，４８が配置されている。各空気調和機４５，４６は、還気ダクト４７，４８に吸い込まれた第１及び第２マシン室Ｒ１，Ｒ２の空気を調和する。
【００３１】
更に、各階の廊下Ｐ１，Ｐ３には、吊り具（図示せず）によって、天井面構造体Ｃ１０，Ｃ２０が吊り下げられて、天井裏が形成されている。廊下Ｐ１の天井裏及び空調機械室Ｍ１の上部には、上述した外気ダクト４３とともに、排気ダクト５１が配置されている。廊下Ｐ３の天井裏及び空調機械室Ｍ２の上部には、上述した外気ダクト４４とともに、排気ダクト５２が配置されている。
【００３２】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、排気ダクト５１，５２は、空調機械室Ｍ１，Ｍ２及び廊下Ｐ１，Ｐ３を通過して、第１及び第２マシン室Ｒ１，Ｒ２とチムニ３０とを連通する。排気ダクト５１，５２は、マシン室（Ｒ１，Ｒ２）から発生した暖気をチムニ３０に排出する。排気ダクト５１，５２は、外気ダクト４３，４４と、水平面上に交互に配置されている。更に、排気ダクト５１，５２の吸込口は、還気ダクト４７，４８の吸込口よりも、空調機械室Ｍ１，Ｍ２側に設けられている。
【００３３】
（作用）
次に、図３及び図４を用いて、以上のように構成された建物１０において、外気を用いた冷却方法について説明する。
【００３４】
図４に示すように、チムニ３０の壁部材３１の給気用ガラリの外気取込口を介して、建物１０の外部から冷気を取り込む。２階の給気用ガラリの外気取込口から取り込まれた外気は、フィルタユニット４１を通過し、外気ダクト４３を介して１階の空気調和機４５に供給される。また、３階の給気用ガラリの外気取込口から取り込まれた外気は、フィルタユニット４２を通過し、外気ダクト４４を介して３階の空気調和機４６に供給される。
【００３５】
そして、図３（ａ）の破線矢印で示すように、空気調和機４５は、１階の床下空間に、冷気を供給する。この冷気は、この床下空間を介して、第１マシン室Ｒ１のコールドアイルに臨む開口部から、第１マシン室Ｒ１に供給される。
【００３６】
また、図３（ｂ）の破線矢印で示すように、空気調和機４６も同様に、３階の床下空間に、冷気を供給する。そして、この冷気は、この床下空間を介して、コールドアイルに臨む開口部から、第２マシン室Ｒ２に供給される。
そして、マシン室（Ｒ１，Ｒ２）の情報処理機器による暖気は、それぞれ天井面構造体Ｃ１，Ｃ２の吸込口を介して吸引される。
【００３７】
図４に示すように、第１マシン室Ｒ１の天井裏の暖気は、還気ダクト４７及び排気ダクト５１の吸込口に吸い込まれ、第２マシン室Ｒ２の天井裏の暖気は、還気ダクト４８及び排気ダクト５２の吸込口に吸い込まれる。還気ダクト４７，４８に吸い込まれた暖気は、空気調和機４５，４６に供給される。
【００３８】
１階の第１マシン室Ｒ１の排気ダクト５１の吸込口に吸い込まれた暖気は、チムニ３０に排出される。そして、チムニ３０に至った暖気は、グレーチングで構成されたバルコニー床２２〜２４を通過しながら、チムニ３０内を上昇する。また、３階の第２マシン室Ｒ２の排気ダクト５２の吸込口に吸い込まれた暖気は、チムニ３０に排出されて、このチムニ３０内を上昇する。
【００３９】
そして、チムニ３０の上端部に至った暖気は、屋根３５まで達して、開口部３６を介してチムニ３０から排出される。更に、チムニ３０の開口部３６から排出された暖気は、板部材３７とチムニ３０との間の空間から建物１０の上方（外部）に排出される。
【００４０】
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態の建物１０は、建物本体１１の建物外壁２０の両外側面にチムニ３０が設けられている。このチムニ３０には、建物本体１１のマシン室（Ｒ１，Ｒ２）と連通する排気ダクト５１，５２が接続されている。これにより、建物本体１１の外側にチムニ３０が設けられているので、仕切りのない広いマシン室（Ｒ１，Ｒ２）を確保し、マシン室（Ｒ１，Ｒ２）のレイアウトの自由度を高めることができる。また、チムニ３０を建物本体１１の外側に設置したため、建物１０の構造をシンプルに構成することができる。そして、チムニ３０内では、暖気が自然に上昇するため、建物１０の暖気を排出し、マシン室（Ｒ１，Ｒ２）を効率的に冷却することができる。
【００４１】
（２）本実施形態では、チムニ３０の壁部材３１は、建物外壁２０から突出したバルコニー床２２〜２４に取り付けられる。これにより、チムニ３０を、建物外壁２０の外側で支持することができる。
【００４２】
（３）本実施形態では、チムニ３０内に配置されるバルコニー床２２〜２４は、グレーチングによって構成されている。これにより、バルコニー床２２〜２４が暖気上昇の妨げにならず、チムニ３０内の暖気を上昇させることができる。
【００４３】
（４）本実施形態では、チムニ３０の壁部材３１には、給気用ガラリが設けられている。この給気用ガラリに接続したフィルタユニット４１，４２は、外気ダクト４３，４４を介して、マシン室（Ｒ１，Ｒ２）に接続されている。これにより、建物１０の外気取込口側においてチムニ３０を配置することができる。
【００４４】
（５）本実施形態では、チムニ３０の下面には、壁部材３１と建物外壁２０とで囲まれた空間を覆う閉塞部材３２が設けられている。これにより、チムニ３０の側面から外気を取り入れる場合にも、チムニ３０の下端部からの暖気の漏れを抑制し、排気（暖気）と給気（冷気）とのショートサーキットを抑制することができる。
【００４５】
（６）本実施形態では、チムニ３０の上端部には、屋根３５が設けられている。屋根３５の下方には、建物１０の屋上側に開口部３６が設けられている。これにより、チムニ３０の上方側における排気（暖気）と給気（冷気）とのショートサーキットを抑制することができる。また、外風圧の影響を少なくすることができる。
【００４６】
また、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、建物１０の両側面にチムニ３０を設け、チムニ３０の壁部材３１に給気用ガラリを設け、この給気用ガラリから外気を取り込んだ。外気取込部は、建物１０においてチムニ３０側に設ける場合に限定されない。例えば、建物１０の一側面にチムニ３０を設け、チムニ３０と反対側の建物１０の側面に外気取込部を設けてもよいし、建物１０の両側面にチムニ３０を設け、チムニ３０に対して直交する側面に外気取込部を設けてもよい。
【００４７】
・上記実施形態において、チムニ３０の上端部に屋根３５を設け、屋根３５に達した熱気は、建物側（屋上側）の開口部３６から排出させる。外気取込部の給気用ガラリと、チムニ３０の排気口との相対位置を変更して、排気（暖気）と給気（冷気）とのショートサーキットを抑制してもよい。この場合には、屋根３５を省略してもよい。
【００４８】
・上記実施形態において、１階の第１マシン室Ｒ１とチムニ３０とを連通する排気ダクト５１を設け、３階の第２マシン室Ｒ２とチムニ３０とを連通する排気ダクト５２を設けた。チムニ３０と内部空間を連通する排気ダクトは、暖気を排出する冷却対象空間とチムニを連通すればよく、例えば、２階からも暖気を排出する場合には、２階に設けてもよい。
【００４９】
・上記実施形態において、チムニ３０の壁部材３１を、グレーチングによって構成されたバルコニー床２２〜２４によって支持した。チムニ３０の支持部材は、グレーチングによって構成したバルコニー床２２〜２４に限られない。例えば、建物外壁２０から外側に離散した複数の支持部材を延在させて、チムニを支持してもよい。
【００５０】
・上記実施形態においては、チムニ３０の下面に、壁部材３１と建物外壁２０とで囲まれた空間の下面を閉鎖する閉塞部材３２を設けた。チムニ３０の下面に設けられる閉塞部材として、随時閉鎖できる開放可能な閉塞部材としてもよい。この場合には、外風圧が高くチムニ内の気流に影響が出る場合に閉鎖し、通常は開放する。
【符号の説明】
【００５１】
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１０，Ｃ２０…天井面構造体、Ｉｓ…アイソレータ、Ｌ１…免震層、Ｍ１，Ｍ２…空調機械室、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…廊下、Ｒ１…第１マシン室、Ｒ２…第２マシン室、Ｒｐ…電気室、Ｔｂ…トラス梁、１０…建物、１１…建物本体、１２…柱、１３…梁、１６，１７，１８，１９…床スラブ、１６ａ，１８ａ…床面構造体、２０…建物外壁、２２，２３，２４…バルコニー床、３０…チムニ、３１…壁部材、３２…閉塞部材、３５…屋根、３６…開口部、３７…板部材、４１，４２…フィルタユニット、４３，４４…外気ダクト、４５，４６…空気調和機、４７，４８…還気ダクト、５１，５２…排気ダクト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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