(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の階層を有する建物における自然換気構造であって、
第１の階から屋上階まで貫通し且つ該屋上階において外気に開口可能な第１竪穴部と、
前記第１の階よりも下方の第２の階から前記屋上階まで貫通し且つ前記屋上階において外気に開口可能な第２竪穴部とを備え、
前記第１竪穴部は、前記第１の階を含む１つまたは複数の階の室内空間と連通した第１下部空間と、該第１下部空間の上端階よりも上方の各階の室内空間から遮蔽された第１上部空間とを有し、
前記第２竪穴部は、前記第２の階を含む１つまたは複数の階の室内空間と連通した第２下部空間と、該第２下部空間の上端階よりも上方の各階の室内空間から遮蔽された第２上部空間とを有することを特徴とする自然換気構造。
【請求項２】
前記第１下部空間は、前記第１竪穴部の中性帯の下限位置よりも下方に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の自然換気構造。
【請求項３】
前記第２下部空間は、前記第２竪穴部の中性帯の下限位置よりも下方に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の自然換気構造。
【請求項４】
前記第２下部空間の上端階は、前記第１下部空間の下端階よりも１つだけ下方の階であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自然換気構造。
【請求項５】
前記第１竪穴部および前記第２竪穴部のうちの少なくとも一方は、前記屋上階における外気への開口面積を変化させるダンパーを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の自然換気構造。
【請求項６】
前記第１竪穴部および前記第２竪穴部のうちの少なくとも一方は、吹き抜けスペース、パイプスペース、ダクトスペース、または排煙スペースを利用して構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の自然換気構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の階層を有する建物における自然換気構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の抑制などの観点から、省エネルギーは建設分野において重要なテーマの一つである。省エネルギーを行うには、設備機械の高効率化を図るなど様々な手法があるが、自然エネルギーの利用も有効な手法である。特に通風効果の利用は省エネルギーのために良く用いられる手法であり、省エネルギーを図る建築物においては大変重要な技術となりつつある。
【０００３】
この種の技術として、竪穴（ボイド・吹抜）による煙突効果を利用して自然換気を行う構造が知られている。竪穴を利用する自然換気構造では、屋内外の温度差が駆動力となって竪穴に圧力差が生じ自然換気が行われる。竪穴において圧力差が０になる位置である中性帯よりも下方の負圧側の階では外気が室内を通って竪穴に吸い込まれ、中性帯よりも上方の正圧側の階では竪穴からの空気が室内を通って外部へと流れる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、竪穴を利用する従来の自然換気構造では、中性帯よりも下方の階において外気が室内へ取り入れられ、室内の空気が竪穴へ排出される。しかしながら、中性帯よりも上方の階では、外気を室内へ取り入れることができず、下層階の室内からの空気が竪穴を介して室内へ侵入する。
【０００５】
また、中性帯よりも下方の階では、室内へ流入する外気の風量（ひいては室内から竪穴へ排出される空気の風量）が高さにより大きく異なることがあり、風量も外気温や外部の風速によって決定されるため全く制御されない状態である。特に、室内へ吹き込む風量が大きいと、風切り音、開閉障害、気流（ドラフト）による不快感などの問題が起こり易い。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、建物の所要階に亘って外気を室内へ取り入れることができ、且つ下層階の室内からの空気が竪穴を介して室内へ侵入するのを抑えることのできる自然換気構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明では、複数の階層を有する建物における自然換気構造であって、
第１の階から屋上階まで貫通し且つ該屋上階において外気に開口可能な第１竪穴部と、
前記第１の階よりも下方の第２の階から前記屋上階まで貫通し且つ前記屋上階において外気に開口可能な第２竪穴部とを備え、
前記第１竪穴部は、前記第１の階を含む１つまたは複数の階の室内空間と連通した第１下部空間と、該第１下部空間の上端階よりも上方の各階の室内空間から遮蔽された第１上部空間とを有し、
前記第２竪穴部は、前記第２の階を含む１つまたは複数の階の室内空間と連通した第２下部空間と、該第２下部空間の上端階よりも上方の各階の室内空間から遮蔽された第２上部空間とを有することを特徴とする自然換気構造を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、互いに異なる階から屋上階まで貫通した複数の竪穴部の協働作用により、すなわちその複数の下部空間の協働作用により、建物の所要階に亘って外気を室内へ取り入れることができ、室内の空気を竪穴部へ排出することができる。また、複数の竪穴部の上部空間の作用により、下層階の室内からの空気が、竪穴部を介して上層階の室内へ侵入することなく、確実に外部へ排出される。すなわち、本発明にかかる自然換気構造では、建物の所要階に亘って外気を室内へ取り入れることができ、且つ下層階の室内からの空気が竪穴を介して上層階の室内へ侵入するのを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態にかかる自然換気構造の構成を概略的に示す図である。
【図２】各竪穴部が屋上階において外気に開口可能に構成されている様子を示す図である。
【図３】竪穴を利用する従来の自然換気構造の不都合について説明する第１の図である。
【図４】竪穴を利用する従来の自然換気構造の不都合について説明する第２の図である。
【図５】従来技術と比較して本実施形態の作用効果を定性的に説明する図である。
【図６】本実施形態における自然換気の風量制御を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる自然換気構造の構成を概略的に示す図である。本実施形態では、比較的単純な一例として、７階建ての建物に対して本発明を適用している。図１を参照すると、本実施形態にかかる自然換気構造は、互いに異なる階から屋上階まで鉛直方向に貫通した竪穴部１１，１２，１３を備えている。
【００１１】
第１竪穴部１１は５階から屋上階まで貫通し、第２竪穴部１２は３階から屋上階まで貫通し、第３竪穴部１３は１階から屋上階まで貫通している。竪穴部１１〜１３は、図２に示すように、屋上階において外気に開口可能に構成されている。具体的に、竪穴部１１〜１３は、例えば屋上階の床から上方へ突出した部分の側面に形成された開口部１１ａ，１２ａ，１３ａと、開口部１１ａ〜１３ａの開口面積を変化させるダンパー１１ｂ，１２ｂ，１３ｂとを有する。
【００１２】
再び図１を参照すると、第１竪穴部１１は、５階および６階の室内空間２５，２６と連通した第１下部空間（図１中破線で示す）１１ｃと、７階の室内空間２７から遮蔽された第１上部空間（図１中実線で示す）１１ｄとを有する。第２竪穴部１２は、３階および４階の室内空間２３，２４と連通した第２下部空間（図１中破線で示す）１２ｃと、５階〜７階の室内空間２５〜２７から遮蔽された第２上部空間（図１中実線で示す）１２ｄとを有する。
【００１３】
第３竪穴部１３は、１階および２階の室内空間２１，２２と連通した第３下部空間（図１中破線で示す）１３ｃと、３階〜７階の室内空間２３〜２７から遮蔽された第３上部空間（図１中実線で示す）１３ｄとを有する。換言すると、第１上部空間１１ｄは、第１下部空間１１ｃの上端階である６階よりも上方の７階の室内空間２７から遮蔽されている。第２上部空間１２ｄは、第２下部空間１２ｃの上端階である４階よりも上方の５〜７階の室内空間２５〜２７から遮蔽されている。
【００１４】
第３上部空間１３ｄは、第３下部空間１３ｃの上端階である２階よりも上方の３〜７階の室内空間２３〜２７から遮蔽されている。こうして、第２下部空間１２ｃの上端階である４階は、第１下部空間１１ｃの下端階である５階よりも１つだけ下方の階である。第３下部空間１３ｃの上端階である２階は、第２下部空間１２ｃの下端階である３階よりも１つだけ下方の階である。
【００１５】
また、第１下部空間１１ｃは、第１竪穴部１１の中性帯１１ｅの下限位置よりも下方に設けられている。第２下部空間１２ｃは、第２竪穴部１２の中性帯１２ｅの下限位置よりも下方に設けられている。第３下部空間１３ｃは、第３竪穴部１３の中性帯１３ｅの下限位置よりも下方に設けられている。竪穴部１１〜１３の中性帯１１ｅ〜１３ｅの下限位置については後述する。竪穴部１１〜１３は、吹き抜けスペース、パイプスペース、ダクトスペース（例えば、排煙用スペース）などを利用して構成されている。
【００１６】
以下、本実施形態にかかる自然換気構造の作用効果の理解を容易にするために、竪穴を利用する従来の自然換気構造の不都合について説明する。図３および図４は、各階の室内と連通した従来の単一の竪穴を有する３８階建ての実際のビルの解析結果であって、図３は竪穴の圧力上下分布を、図４は竪穴の風量分布を示している。図３および図４において、縦軸は階を示している。
【００１７】
図３において、横軸は竪穴内の圧力と室内の圧力（ひいては屋外の圧力）との差を示している。圧力差が０になる位置（１２階に相当する高さ位置：図３中矢印で示す）を中性帯３１という。図４において、横軸は風量を示している。図３および図４において、縦軸よりも左側は負圧側であって室内から竪穴へ空気を取り入れる側であり、縦軸よりも右側は正圧側であって竪穴から外部へ空気を吐出する側である。
【００１８】
すなわち、中性帯３１よりも下方の階では外気が竪穴に入る側（自然換気により室内を介して外気を竪穴へ取り込む側）となり、中性帯３１よりも上方の階では空気が竪穴から外部へ出る側（自然換気により室内からの空気を竪穴から外部へ排出する側）となる。その結果、竪穴を利用する従来の自然換気構造では、建物の中層階にある中性帯３１よりも下方の階において外気を室内へ取り入れることができ、室内の空気を竪穴へ排出することができる。
【００１９】
しかしながら、中性帯３１よりも上方の階では、図４中の楕円３２で示すように、外気を室内へ取り入れることができず、下層階の室内からの空気が竪穴を介して室内へ侵入する。下層階の室内から竪穴へ排出された空気は比較的高温であり、上層階の室内へ侵入すると空調負荷を増大させる。中性帯３１よりも下方の階では、図４中の楕円３３で示すように、室内へ流入する外気の風量（ひいては室内から竪穴へ排出される風量）が高さにより大きく異なる。特に、室内へ吹き込む風量が大きいと、風切り音、開閉障害、気流（ドラフト）による不快感などの問題が起こり易い。
【００２０】
再び図１を参照して、第１竪穴部１１に着目すると、第１下部空間１１ｃは中性帯１１ｅの下限位置よりも下方にあり、且つ第１下部空間１１ｃは５階および６階の室内空間２５，２６と連通している。したがって、第１下部空間１１ｃは常に負圧側にあり、５階および６階において新鮮な外気を室内空間２５，２６へ取り入れることができ、室内の空気を室内空間２５，２６から第１竪穴部１１へ排出することができる。
【００２１】
室内空間２５，２６から第１竪穴部１１へ排出された空気は、浮力作用により正圧側にある第１上部空間１１ｄへ移動する。しかしながら、第１上部空間１１ｄは７階の室内空間２７から遮蔽されているので、５階および６階の室内空間２５，２６からの空気が第１竪穴部１１を介して７階の室内空間２７へ侵入することなく、屋上階の床よりも上方の開口部１１ａに設けられたダンパー１１ｂを介して、確実に外部へ排出される。
【００２２】
第２竪穴部１２では、第２下部空間１２ｃは中性帯１２ｅの下限位置よりも下方にあり、且つ第２下部空間１２ｃは３階および４階の室内空間２３，２４と連通している。したがって、第２下部空間１２ｃは常に負圧側にあり、３階および４階において新鮮な外気を室内空間２３，２４へ取り入れることができ、室内の空気を室内空間２３，２４から第２竪穴部１２へ排出することができる。
【００２３】
室内空間２３，２４から第２竪穴部１２へ排出された空気は、浮力作用により正圧側にある第２上部空間１２ｄへ移動する。しかしながら、第２上部空間１２ｄは５階〜７階の室内空間２５〜２７から遮蔽されているので、３階および４階の室内空間２３，２４からの空気が第２竪穴部１２を介して５階〜７階の室内空間２５〜２７へ侵入することなく、屋上階の床よりも上方の開口部１２ａに設けられたダンパー１２ｂを介して、確実に外部へ排出される。
【００２４】
同様に、第３竪穴部１３では、第３下部空間１３ｃは中性帯１３ｅの下限位置よりも下方にあり、且つ第３下部空間１３ｃは１階および２階の室内空間２１，２２と連通している。したがって、第３下部空間１３ｃは常に負圧側にあり、１階および２階において新鮮な外気を室内空間２１，２２へ取り入れることができ、室内の空気を室内空間２１，２２から第３竪穴部１３へ排出することができる。
【００２５】
室内空間２１，２２から第３竪穴部１３へ排出された空気は、浮力作用により正圧側にある第３上部空間１３ｄへ移動する。しかしながら、第３上部空間１３ｄは３階〜７階の室内空間２３〜２７から遮蔽されているので、１階および２階の室内空間２１，２２からの空気が第３竪穴部１３を介して３階〜７階の室内空間２３〜２７へ侵入することなく、屋上階の床よりも上方の開口部１３ａに設けられたダンパー１３ｂを介して、確実に外部へ排出される。
【００２６】
図５は、従来技術と比較して本実施形態の作用効果を定性的に説明する図である。単一の竪穴を用いる従来技術の場合、図５の上側の図に示すように、竪穴の中性帯よりも下方の階では外気を室内へ取り入れることができるが、図５中の楕円５０で示すように、中性帯よりも上方の階では外気を室内へ取り入れることができない。しかも、中性帯よりも下方の階の室内からの空気が、中性帯よりも上方の階の室内へ侵入してしまう。
【００２７】
これに対し、本実施形態にかかる自然換気構造では、図５の下側の図において参照符号５１で示すように、第１竪穴部１１の第１下部空間１１ｃの作用により５階および６階において外気を室内空間２５，２６へ取り入れることができる。第２竪穴部１２の第２下部空間１２ｃの作用により、参照符号５２で示すように、３階および４階において外気を室内空間２３，２４へ取り入れることができる。第３竪穴部１３の第３下部空間１３ｃの作用により、参照符号５３で示すように、１階および２階において外気を室内空間２１，２２へ取り入れることができる。
【００２８】
そして、第１竪穴部１１の第１上部空間１１ｄの作用により、室内空間２５，２６からの空気が７階の室内空間２７へ侵入することが回避される。第２竪穴部１２の第２上部空間１２ｄの作用により、室内空間２３，２４からの空気が５階〜７階の室内空間２５〜２７へ侵入することが回避される。第３竪穴部１３の第３上部空間１３ｄの作用により、室内空間２１，２２からの空気が３階〜７階の室内空間２３〜２７へ侵入することが回避される。
【００２９】
このように、本実施形態にかかる自然換気構造では、互いに異なる階から屋上階まで貫通した３つの竪穴部１１〜１３の協働作用により、すなわち３つの下部空間１１ｃ〜１３ｃの作用により、１階〜６階において常に外気を室内空間２１〜２６へ取り入れることができ、室内の空気を室内空間２１〜２６から竪穴部１１〜１３へ排出することができる。また、３つの上部空間１１ｄ〜１３ｄの作用により、１階〜６階の室内空間２１〜２６からの空気が、竪穴部１１〜１３を介して３階〜７階の室内空間２３〜２７へ侵入することなく、確実に外部へ排出される。
【００３０】
竪穴部１１〜１３では、中性帯１１ｅ〜１３ｅの高さ位置が、ダンパー１１ｂ〜１３ｂの作用により決定される開口部１１ａ〜１３ａの開口面積に依存して変化する。すなわち、ダンパー１１ｂ〜１３ｂの作用により開口部１１ａ〜１３ａの開口面積を小さく（大きく）すると、中性帯１１ｅ〜１３ｅの高さ位置が下降し（上昇し）、室内空間２１〜２６へ取り入れることのできる風量が低減される（増大する）。中性帯１１ｅ〜１３ｅの下限位置は、開口部１１ａ〜１３ａの開口面積を０に近づけたときの中性帯１１ｅ〜１３ｅの高さ位置である。
【００３１】
したがって、本実施形態にかかる自然換気構造では、図５に示す状態よりも開口部１１ａの開口面積を大きくし且つ開口部１３ａの開口面積を小さくすることにより、室内空間２１〜２６へ取り入れる外気の風量を一定化することができる。具体的には、開口部１１ａの開口面積を大きくし且つ開口部１３ａの開口面積を小さくすると、図６に示すように、室内空間２５，２６へ取り入れる外気の風量が増大（参照符号５１で示す分布から参照符号５１ａで示す分布への変化）し、室内空間２１，２２へ取り入れる外気の風量が低減（参照符号５３で示す分布から参照符号５３ａで示す分布への変化）される。
【００３２】
その結果、第１下部空間１１ｃの作用により室内空間２５，２６へ取り入れられる外気の風量の分布、および第３下部空間１３ｃの作用により室内空間２１，２２へ取り入れられる外気の風量の分布を、第２下部空間１２ｃの作用により室内空間２３，２４へ取り入れられる外気の風量の分布に近づけることができる。このように、竪穴部１１〜１３の上部開口面積をそれぞれ変化させることにより、中性帯１１ｅ〜１３ｅの位置および自然換気の風量を制御することができる。そして、階により異なっていた自然換気の風量をほぼ一定に保つだけでなく、必要に応じて取り込む風量を制御することができ、風切り音や開閉障害、気流（ドラフト）による不快感を防ぐことができるようになる。
【００３３】
なお、上述の説明では、一例として、７階建ての建物に対して、３つの竪穴部を備えた特定の構成を有する自然換気構造を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、建物の階数、建物の構成、竪穴部の数、複数の竪穴部の配置、各竪穴部の具体的な構成などについては様々な形態が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１１，１２，１３  竪穴部
１１ａ，１２ａ，１３ａ  開口部
１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ  ダンパー
１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ  下部空間
１１ｄ，１２ｄ，１３ｄ  上部空間
１１ｅ，１２ｅ，１３ｅ  中性帯
２１〜２７  室内空間
【図１】
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【図２】
0005776901.tif 000003
【図３】
0005776901.tif 000004
【図４】
0005776901.tif 000005
【図５】
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【図６】
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