(57)【要約】  建物の内側の部分に沿って垂直に配列されたソーラエンジン３０２は、太陽輻射によって暖められる。ソーラエンジン３０２は、ソーラエンジン３０２の上部の暖気室３０８と、暖気室３０８の下に配置された中空のコア１０８とを含む。居住空間１０２は、コア１０８周りに、建物１００の外側に向かって配置される。暖気室３０８への太陽輻射は、暖気室３０８内に高温度帯を形成し、この高温度帯は、煙突効果を生じさせ、コア１０８のより低い温度によって、空気がコア１０８内を上昇し、結果として、コア１０８内に負圧を発生する。空気は、建物のより低い部分から流入し、ソーラエンジン３０２によって、コア１０８内を上昇される。
2011523009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の上部に配置され、その底部に暖気室吸気口と、その最上部に暖気室排気口とを有し、その上部の少なくとも一部が透明材料からなり、該透明材料を透過した太陽輻射によってその内部の空気が暖められる暖気室と、
上記暖気室吸気口から下方に、該建物の内側の部分に沿って垂直に延び、その側壁の少なくとも一部が居住空間の内壁によって画定され、該建物の外側の部分に延びる外気ダクトに連結した第１のコア開口と、該居住空間の内壁を介して該居住空間に連結した第２のコア開口を有する中空のコアとを備え、
上記コア内の空気の温度は、上記暖気室内の空気よりも低く、それによって、該コア内の空気が、上昇し、上記暖気室吸気口を介して該暖気室に流入することにより、上記建物の外の圧力に対する負圧を該コア内に発生するとともに、該建物の外から上記外気ダクトを介して外気を吸気する吸気力を生じ、該コアからの空気は、該暖気室内に上昇し、該暖気室内の空気と混合され、該混合空気の少なくとも一部は、該暖気室から上記暖気室排気口を介して排出されることを特徴とする建物換気システム。
【請求項２】
上記建物の外の圧力に対するコアの負圧は、上記建物の外から、外気を上記居住空間及び上記第２のコア開口を介して上記コアに吸気する吸気力を生じることを特徴とする請求項１記載の建物換気システム。
【請求項３】
上記コア内の空気の一部は、上記第２のコア開口を介して上記居住空間に流入し、該居住空間を換気するとともに、温風を該居住空間に入れることを特徴とする請求項１記載の建物換気システム。
【請求項４】
上記建物の最上部に配置され、太陽輻射を上記暖気室に反射する反射器を更に備え、
上記反射器によって上記暖気室に反射された太陽輻射は、該暖気室の空気の温度を上昇させることを特徴する請求項１記載の建物換気システム。
【請求項５】
上記反射器は、太陽輻射を上記コア内に反射し、該反射器によってコア内に反射された太陽輻射は、該コア内の空気の温度を上昇させることを特徴する請求項４記載の建物換気システム。
【請求項６】
上記暖気室は、太陽輻射を上記反射器に反射する暖気室反射器を備えることを特徴とする請求項４記載の建物換気システム。
【請求項７】
上記暖気室吸気口に沿って水平に配置された回転軸と、上記コアからの空気が途中でそれに接触して、上記暖気室に流入するときに、該回転軸によって回転する少なくとも１つの羽根とを有する、該暖気室吸気口に配置された少なくとも１つの風力タービンと、
上記風力タービンの回転軸からの機械エネルギを電気エネルギに変換して、上記建物に電力を供給する発電機とを更に備える請求項１記載の建物換気システム。
【請求項８】
上記コアの側壁の少なくとも一部は、太陽輻射を該コアの下方に反射する反射面を有することを特徴とする請求項１記載の建物換気システム。
【請求項９】
建物を換気する建物換気方法において、
上記建物は、当該建物の上部に配置され、その底部に暖気室吸気口と、その最上部に暖気室排気口とを有する暖気室と、該暖気室吸気口から下方に、当該建物の内側の部分に沿って垂直に延び、その側壁の少なくとも一部が居住空間の内壁によって画定され、第１のコア開口と、該居住空間の内壁を介して該居住空間に連結した第２のコア開口を有する中空のコアとを備え、
上記暖気室の透明な上部を介して入射される太陽輻射を用いて、該暖気室内の空気を暖めるステップと、
上記建物の外側の部分に延びる第１の開口と、上記第１のコア開口に連結された第２の開口とを有する外気ダクトを用い、上記コア内の空気の温度は、上記暖気室内の空気よりも低く、それによって、該コア内の空気が、上昇し、上記暖気室吸気口を介して該暖気室に流入することにより、上記建物の外の圧力に対する負圧を該コア内に発生させるとともに、該建物の外から該外気ダクトを介して外気を吸気する吸気力を生じさせ、該コアからの空気が、該暖気室内に上昇し、該暖気室内の空気と混合され、該混合空気の少なくとも一部を、該暖気室から上記暖気室排気口を介して排出するステップとを有する建物換気方法。
【請求項１０】
上記建物の外の圧力に対するコアの負圧は、上記建物の外から、外気を上記居住空間及び上記第２のコア開口を介して上記コアに吸気する吸気力を生じることを特徴とする請求項９記載の建物換気方法。
【請求項１１】
上記コア内の空気の一部は、上記第２のコア開口を介して上記居住空間に流入し、該居住空間を換気するとともに、温風を該居住空間に入れることを特徴とする請求項９記載の建物換気方法。
【請求項１２】
上記建物は、当該建物の最上部に配置され、太陽輻射を上記暖気室に反射する反射器を更に備え、
上記反射器によって上記暖気室に反射された太陽輻射は、該暖気室の空気の温度を上昇させることを特徴する請求項９記載の建物換気方法。
【請求項１３】
上記反射器は、太陽輻射を上記コア内に反射し、該反射器によってコア内に反射された太陽輻射は、該コア内の空気の温度を上昇させることを特徴する請求項１２記載の建物換気方法。
【請求項１４】
上記暖気室は、太陽輻射を上記反射器に反射する暖気室反射器を備えることを特徴とする請求項１２記載の建物換気方法。
【請求項１５】
上記暖気室吸気口に沿って水平に配置された回転軸と、上記コアからの空気が途中でそれに接触して、上記暖気室に流入するときに、該回転軸によって回転する少なくとも１つの羽根とを備える、該暖気室吸気口に配置された少なくとも１つの風力タービンと、
上記風力タービンの回転軸からの機械エネルギを電気エネルギに変換して、上記建物に電力を供給する発電機とによって、電気を発生するステップを更に有する請求項９記載の建物換気方法。
【請求項１６】
上記コアの側壁の少なくとも一部は、太陽輻射を該コアの下方に反射する反射面を有することを特徴とする請求項９記載の建物換気方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、建物のエネルギシステムに関し、特に、煙突効果（stack effect）を用いて、建物の換気（ventilation）及び温度（temperature）を制御するとともに、電力を発生することに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の建物の設計では、建物の外部から居住空間（Habitable spaces）に換気（ventilation）を行うのに、動力建物−機械システム（powered building-mechanical systems）に依存している。これらの従来の設計では、通常、建物の外壁に電動ルーバ（powered louvers）を配置し、換気、暖房及び冷房のために、これらの電動ルーバを開けて、居住空間に空気を入れることができるようにしている。通常、電動ファン（powered fans）は、これらの電動ルーバを介して外気（outside air）を吸い込み、そして、居住空間から空気を建物の外側に排出する。この従来の手法は、電動ルーバ及び電動ファンを駆動するために大きなエネルギ消費を必要としていた。したがって、建物のエネルギ効率を改善することが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明に基づく建物換気方法及びシステムは、建物のエネルギ効率を改善する。建物の内側の部分（interior portion）に沿ってソーラエンジン（solar engine）を垂直に配置し、このソーラエンジンは、太陽輻射（solar radiation）によって暖められる。ソーラエンジンは、ソーラエンジンの上部である暖気室（warm air chamber）と、暖気室の下に配置された中空のコア（hollow core）、すなわち空洞（void）とを備える。居住空間は、コアの周りに、建物の外側に向かって配置されている。暖気室に対する太陽輻射により、暖気室内に高温度帯（high temperature zone）が形成される。これにより、煙突効果が発生し、コアのより低い温度に起因して、空気がコア内を上昇して、コア内に負圧が生じる。空気は、ソーラエンジンによって、建物の低い部分（lower portion）から流入し、コア内を吸い上げられる。居住空間の外側の窓が開いている場合、コアの負圧により、空気が、建物の外部から流入し、居住空間を通り、コアに流入する受動的な通風（passive cross ventilation）が起こり、空気は、暖気室に上昇し、そして、建物の外部に流出する。この煙突効果によって、居住空間を、光熱費なしで、自然冷房及び換気することができる。
【０００４】
また、空気をコアから居住空間内に吸い込むことによって、居住空間を換気してもよい。この場合、居住空間の機械ユニット（mechanical units）は、コア内を上昇している空気を、居住空間内に吸い込む。コアからの空気は、居住空間を換気して、建物の外側に排出される。建物のより低い部分の居住空間は、高い負圧を発生するとともに、内部ゾーン（interior zones）を冷房する必要がある。コアからの空気が居住空間の内面に沿って流れるときに、空気は、周囲の調和空間（conditioned space）とのエネルギ伝達によって予熱される（preheated）。建物の外側からではなく、コアを通じて空気を吸い込むことによって、空気を予調和（preconditioning）することにより、暖房エネルギをかなり節約できる。さらに、建物の外壁に設けられたルーバは、変化する風況（changing wind conditions）の影響を受けやすく、風の吸気力（suction forces）がルーバファンの外向きの定常圧力（external static pressure）を上回る場合もあり、この場合、空気を吸い込むことができないので、コアからの空気は、ルーバを介して吸い込まれる空気と比較して、より安定した換気（more consistent ventilation）を行うことができる。
【０００５】
煙突効果は、暖気室に１つ以上の太陽反射器（solar reflector）を設けることによって、高めることができる。太陽輻射は、太陽反射器で反射され、下方に向かって、暖気室及びコアに入射される。コア内に更なる反射器又は反射面（reflective surface）を設けることによって、太陽輻射を、コアのより下方に向けることができる。コアに太陽エネルギを導入することにより、コア内の空気は更に暖められ、その結果、ソーラエンジン内を介する空気速度が高くなり、煙突効果は高くなる。また、コアに太陽光（light）を導入することより、コアの周りに配置された居住空間の内側の部分を照明するのにも役に立つことができる。これにより、居住空間を照明するためのエネルギ消費量を削減することができる。
【０００６】
さらに、ソーラエンジンに１つ以上の風力タービン（wind turbines）を設けることにより、ソーラエンジン内を上方に流れる空気の風エネルギを、建物に電力を供給する（power）電気に変換することができる。したがって、本発明に基づいた建物換気方法及びシステムにより、建物を換気するために必要なエネルギ量を削減できるとともに、建物に電力を供給するのに用いることができる電気を発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、建物換気システムを提供する。この本発明に基づいた建物換気システムは、建物の上部に配置され、その底部に暖気室吸気口と、その最上部に暖気室排気口とを有し、その上部の少なくとも一部が透明材料からなり、透明材料を透過した太陽輻射によってその内部の空気が暖められる暖気室と、暖気室吸気口から下方に、建物の内側の部分に沿って垂直に延び、その側壁の少なくとも一部が居住空間の内壁によって画定され、建物の外側の部分に延びる外気ダクトに連結した第１のコア開口と、居住空間の内壁を介して居住空間に連結した第２のコア開口を有する中空のコアとを備える。そして、コア内の空気の温度は、暖気室内の空気よりも低く、それによって、コア内の空気が、上昇し、暖気室吸気口を介して暖気室に流入することにより、建物の外の圧力に対する負圧をコア内に発生するとともに、建物の外から外気ダクトを介して外気を吸気する吸気力を生じ、コアからの空気は、暖気室内に上昇し、暖気室内の空気と混合され、混合空気の少なくとも一部は、暖気室から暖気室排気口を介して排出される。
【０００８】
本発明は、建物換気方法を提供する。この本発明に基づいた建物換気方法は、建物は、当該建物の上部に配置され、その底部に暖気室吸気口と、その最上部に暖気室排気口とを有する暖気室と、暖気室吸気口から下方に、当該建物の内側の部分に沿って垂直に延び、その側壁の少なくとも一部が居住空間の内壁によって画定され、第１のコア開口と、居住空間の内壁を介して居住空間に連結した第２のコア開口を有する中空のコアとを備える。そして、暖気室の透明な上部を介して入射される太陽輻射を用いて、該暖気室内の空気を暖めるステップと、建物の外側の部分に延びる第１の開口と、第１のコア開口に連結された第２の開口とを有する外気ダクトを用い、コア内の空気の温度は、暖気室内の空気よりも低く、それによって、コア内の空気が、上昇し、暖気室吸気口を介して暖気室に流入することにより、建物の外の圧力に対する負圧を該コア内に発生させるとともに、建物の外から該外気ダクトを介して外気を吸気する吸気力を生じさせ、コアからの空気が、暖気室内に上昇し、暖気室内の空気と混合され、混合空気の少なくとも一部を、暖気室から暖気室排気口を介して排出するステップとを有する。
【０００９】
他のシステム、他の方法、発明の特徴及び効果は、以下の図面と詳細な説明によって、当業者に明らかである。全てのそのような更なるシステム、更なる方法、本発明の特徴及び効果は、この明細書内に含まれ、発明の範囲内であって、図面によって保護される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
明細書に援用され、その一部を構成する図面は、本発明の実施の形態を示し、明細書と共に、発明の効果及び原理を説明するのに役に立つ。
【００１１】
【図１】本発明に基づいた建物の断面図である。
【図２】コアの上部の断面図である。
【図３】煙突効果を用いたソーラエンジン内の気流を示す建物の機能的な断面図である。
【図４】従来の居住空間の断面側面図である。
【図５】本発明に基づいた居住空間の断面側面図である。
【図６】反射器を有する建物の断面図である。
【図７】他の反射器を有する建物の断面図である。
【図８】コアの最上部に風力タービンを有する建物の断面図である。
【図９】コアの上部の周りに風力タービンを有する建物の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照して、本発明に基づく実施の形態を詳細に説明する。図面及び明細書を通じて同じ又は類似した部分に、可能ならば、同じ指示符号を付している。
【００１３】
本発明に基づく建物換気方法及びシステムは、建物のエネルギ効率を改善する。図１は、本発明に基づく実施の形態の建物１００の垂直断面図である。一実施の形態の建物１００は、その低い部分（lower portion）に居住空間（habitable spaces）１０２の複数の床＃１〜＃ｎと、その上部に迫頭（crown）１０４とが設けられている。居住空間１０２は、建物１００の外側の部分（exterior portion）の周りに配置されている。居住空間１０２の内壁１０６は、建物１００の内側の部分（interior portion）とのオープンスペース（open space）、すなわちコア１０８の外側境界面（outer boundary）を形成している。この実施の形態においては、コア１０８は、居住空間１０２の高さに広がるアトリウム空間（atrium）である。なお、この実施の形態では、コア１０８は、居住空間１０２の高さの全体に広がっているが、低層階の床まで達しないようにしてもよい。
【００１４】
図２に示すように、一実施の形態の建物１００は、円形の断面を有する。なお、建物１００は、この構成に限定されるものではない。建物１００は、他の断面形状、例えば正方形、長方形等の断面形状を有していてもよく、さらに、高さに沿った様々な場所で異なる断面形状を有していてもよい。さらに、一実施の形態のコア１０８は、円形の断面を有し、建物１００の中心に位置するが、コアは、あらゆる形状の断面を有し、あるいは建物中のいかなる位置にあってもよい。
【００１５】
従来の建物の設計では、建物の外部から居住空間（Habitable spaces）に換気を行うのに、動力建物−機械システム（powered building-mechanical systems）に依存している。これらの従来の設計では、通常、建物の外壁に電動ルーバ（powered louvers）を配置し、換気、暖房及び冷房のために、これらの電動ルーバを開けて、居住空間に空気を入れることができるようにしている。通常、電動ファン（powered fans）は、これらの電動ルーバを介して外気（outside air）を吸い込み、そして、居住空間から空気を建物の外側に排出する。この従来の手法は、電動ルーバ及び電動ファンを駆動するために大きなエネルギ消費を必要としていた。本発明に基づく建物換気方法及びシステムでは、居住空間内を自然換気するソーラエンジン（solar engine）を、建物内に設けることによって、エネルギ消費量を削減する。
【００１６】
図３に示すように、迫頭１０４とコア１０８を連結した空間は、ソーラエンジン３０２を形成している。一実施の形態のソーラエンジン３０２を実線で示す。一実施の形態において、迫頭１０４の幅は、コア１０８の幅よりも広い。したがって、空気は、コア１０８から、迫頭１０４の底面（base）を介して迫頭１０４に入る。迫頭１０４の屋根３０４の少なくとも一部分は、透明材料、例えばガラス、プラスチック等からなる。太陽輻射３０６は、迫頭１０４の屋根３０４を加熱するとともに、透明材料を介して迫頭１０４に入射し、迫頭１０４内の空気を暖め、コア１０８に対して、高温度帯（high temperature zone）を形成する。したがって、以下、迫頭１０４を、暖気室（warm air chamber）３０８と呼ぶ。
【００１７】
暖気室３０８の空気は、コア１０８の空気より暖かい。さらに、コア１０８の上部の空気は、太陽輻射３０６がコア１０８の上部の空気を照らしているので、コア１０８の下部の空気よりも暖かい。これにより、空気は、コア１０８の上部に向かって上昇し、暖気室３０８に流入して、コア１０８内に負圧を生じる。コア１０８内のこの負圧は、結果として、煙突効果（stack effect）となり、空気が建物１００の外部から流入し、換気シャフト（ventilation shafts）内を吸い上げられる、換言すると、空気を、窓を介して居住空間に吸い込み、居住空間を流し、コア内に流入させることができる。コア１０８内の空気が外気よりも暖かい限り、煙突効果は維持される。
【００１８】
外気は、外側換気口（outer ventilation openings）３１２を介して建物１００に流入し、また、外気は、居住空間１０２の開いた窓３１４を介して建物１００に流入することもできる。コア１０８の負圧は、外側換気口３１２を介して外気を吸い込み、そして、外気を内側換気口（inner ventilation openings）３１６を介してコア１０８内に吸い込む。また、この負圧は、１つ以上の窓３１４を介して外気を吸い込み、そして、外気を、内側換気口３１６を介してコア１０８内に吸い込むこともできる。内側換気口３１６は、例えば、内側の窓の開口（interior window openings）、通路（vias）、換気シャフト口（ventilation shaft openings）、壁の隙間（voids）、玄関（doorways）等である。当業者にとって、窓は、あらゆる適切な開口、例えば、外側の窓の開口、通路、換気シャフト口、外壁の隙間、玄関等あってもよいことは、明らかである。具体的には、窓は、閉じることができるが、永久に開いたものであってもよい。空気は、コア１０８の負圧によって、建物１００の低い部分（lower portion）から流入し、コア１０８内を吸い上げられる。暖気は、迫頭１０４の１つ以上の排気口（exhaust openings）３１８を介して、迫頭１０４から排出される。排気口３１８は、迫頭１０４の外側の側壁に及び／又は迫頭１０４の屋根３０４は設けることができる。
【００１９】
一実施の形態において、外側換気口３１２、内側換気口３１６、窓３１４及び排気口３１８は、建物１００の外側からコア１０８に気流をもたらすのに適したサイズを有する。外側換気口３１２、内側換気口３１６、窓３１４及び排気口３１８は、０ｍよりも大きな高さと幅を有する。実験では、外側換気口３１２が６．０ｍの高さ、排気口３１８が３．０ｍの幅を有するとき、コア１０８の最上部の平均風速は、中間季（transitional season）では７．０ｍ／ｓであり、冬季では７．５ｍ／ｓである。中間季にいて、外気（ambient air）は、１７℃であり、建物１００の外面は、２０℃であり、コア１０８の表面は、２７℃であり、迫頭１０４の内面は、４５℃であり、建物１００の屋根３０４は、４０℃であった。コア１０８の内側の空気は、平均で１８℃〜２０℃であり、それは、外気温度よりも１℃〜３℃暖かいことが判明した。建物１００の迫頭１０４内の空気温度（air temperature）は、更に高い２０℃〜２３℃であり、すなわち外気温度よりも高かった。冬季においては、外気は、１℃であり、建物１００の外面は、５℃であり、コア１０８の表面は、１４℃であり、迫頭１０４の内面は、２５℃であり、建物１００の屋根３０４は、２０℃であった。空気がコア１０８内を上昇し、コア１０８の最上部に到着したとき、コア１０８内の空気温度は、２℃以上上昇していたことが判明した。空気が暖気室３０８に流入した後、温度は、更にもう１〜２℃上昇していた。冬季において、外気は、約３．５ｍ／ｓの速度で外側換気口３１２に吸気されていた。空気は、コア１０８の壁面によって暖められるので、コア１０８の上部に向かって上昇して、９．０ｍ／ｓのピーク速度で暖気室３０８に流入していた。
【００２０】
実験とモデリングによって、発明者は、迫頭１０４の外壁に特定の材料を用いたときに、迫頭１０４内の空気温度を上昇させることができることを発見した。例えば、実験では、迫頭１０４の壁は、通常の二重板ガラス（double panel glazing）であり、外側板ガラス（outer panel）は、０．０８の反射率と、０．１６の吸収率とを有し、内側板ガラス（inner panel）は、０．０８の反射率と、０．１６の吸収率とを有していた。吸収性の内側板ガラスを用いたとき、外側板ガラスは、０．０８の反射率と、０．１６の吸収率とを有し、内側板ガラスは、０．０８の反射率と、０．４１の吸収率とを有していた。吸収性の内側板ガラスが、低ｅコーティング（例えば０．２０の低ｅ値）を有するとき、外側板ガラスは、０．０８の反射率と、０．１６の吸収率とを有し、内側板ガラスは、０．０８の反射率と、０．４１の吸収率とを有していた。
【００２１】
実験では、通常の二重板ガラスは、ピーク日照時間帯（during peak sunlight hours）は、約３６℃の表面温度を有し、吸収性の内側板ガラスは、ピーク日照時間帯は、約４３℃の表面温度を有し、低ｅコーティングを有する吸収性の内側板ガラスは、約４４℃の表面温度を有していることが分かった。したがって、迫頭１０４に低ｅコーティングを有する吸収性の内側板ガラスを用いることにより、迫頭１０４の温度は上昇していた。
【００２２】
さらに、迫頭１０４の内面を暗色（dark color）、例えば黒とすることによって、迫頭１０４内の温度は、更に上昇する。実験では、迫頭１０４に通常の二重板ガラスを用いるとともに、内部垂直黒シリンダ（internal vertical black cylinder）を迫頭１０４の中心部に配置したとき、外側板ガラスは、０．０８の反射率と、０．１６の吸収率と、０．９０の表面放射率（surface emissivity）とを有し、内側板ガラスは、０．０８の反射率と、０．１６の吸収率と、０．９０の表面放射率とを有し、内部シリンダ表面（inner cylinder surface）は、０．１０の反射率と、０．９０の吸収率と、０．９０の表面放射率とを有していることが分かった。この実験では、通常の二重板ガラスは、ピーク日照時間帯には、約３６℃の表面温度を有し、内部黒シリンダ（internal black cylinder）は、約４２℃の表面温度を有していた。
【００２３】
コア１０８の内部黒シリンダに吸収性の内側板ガラスが使われたとき、外側板ガラスは、０．０８の反射率と、０．１６の吸収率と、０．９０の表面放射率とを有し、内側板ガラスは、０．０８の反射率と、０．４１の吸収率と、０．９０の表面放射率とを有し、内部シリンダ表面は、０．１０の反射率と、０．９０の吸収率と、０．９０の表面放射率とを有していた。この実験では、吸収性の内側板ガラスは、ピーク日照時間帯には、約４０℃の表面温度を有し、内部黒シリンダは、約４２℃の表面温度を有していた。
【００２４】
したがって、吸収性の内側板ガラス、特に低ｅコーティングを有する吸収性の内側板ガラスと、迫頭１０４内の１つ以上の内部黒体表面、例えば内部シリンダにより、暖気室３０８内の空気温度は上昇し、これは、煙突効果と、コア１０８中の気動（air movement）とを高める。
【００２５】
一実施の形態において、居住空間１０２の内壁１０６のコア１０８に面する側の少なくとも一部は、反射面（reflective surface）を構成している。したがって、コア１０８に入射した太陽輻射は、この反射面で反射されて、コア１０８のより低い部分に向かう。これにより、コア１０８のより低い部分の空気が暖められて、煙突効果が高められる。反射面は、あらゆる適切な材料、例えば、ガラス、プラスチック、金属、塗装面等のうちの少なくとも１つからなる。
【００２６】
図４は、従来の居住空間４０２の断面図である。従来の換気慣例（conventional ventilation practices）に基づく換気及び快適制御（ventilation and comfort control）は、循環ファン４０４（circulation fan）、機械通風装置（mechanical ventilation system）４０６又は床暖房装置（floor heating system）４１２を用いることによって、行われている。機械通風装置４０６は、電気ヒータ（powered heating）に連結された空気ダクトと、換気装置と、空気調和装置（air conditioning unit、図示せず）とを含んでいる。従来の居住空間４０２に居る人は、制御操作器（control actuator）４１０、例えば壁掛けスイッチ（wall switch）又は自動温度調節器の操作盤（thermostat operator）を用いて、循環ファン４０４又は機械通風装置４０６をオンにする。循環ファン４０４又は機械通風装置４０６をオンしたとき、室内の空気は循環される。また、機械通風装置４０６は、温風（heated or conditioned air）又は調和空気（conditioned air）を部屋に供給する。また、床４１４の床暖房装置４１２も、部屋を暖めるためにオンにされる。したがって、従来の居住空間４０２は、部屋を換気、暖房及び冷房するためには、循環ファン４０４、機械通風装置４０６、床暖房装置４１２を作動させるために必要なエネルギを消費していた。従来の居住空間４０２には、窓４０８を介して外気が入ることがある。しかしながら、これは、本発明に基づく建物換気方法及びシステムとは異なり、空気は、ソーラエンジン３０２を用いて、従来の居住空間４０２に流入し、又は居住空間４０２から流出されない。
【００２７】
本発明に基づく建物換気方法及びシステムでは、コア内に生じる有益な煙突効果により、居住空間は自然換気される。これにより、光熱費をゼロ又は削減して、居住空間を自然換気、冷房及び暖房することができる。図５は、本発明に基づいた実施の形態の居住空間１０２の断面図である。居住空間１０２は、建物１００の外側に設けられた窓３１４と、コア１０８への通路（via）を形成する内側換気口３１６を含んでいる。居住空間１０２の外側の窓３１４が開いているとき、コア１０８の負圧により、空気が、建物１００の外部から流入し、居住空間１０２を通り、コア１０８に流入する吸気の受動的な通風（passive cross ventilation）３１０が起こり、空気は、暖気室３０８に上昇し、そして、建物１００の外部に流出する。この煙突効果によって、居住空間１０２を、光熱費なしで、自然冷房及び換気することができる。
【００２８】
居住空間１０２の換気及び快適制御は、例えば循環ファン５０２と、機械通風装置５０４と、床５０８の下に設けられた床暖房装置５０６とによって補われる。代わりに又は加えて、換気及び快適制御装置を用いてもよい。例えば、居住空間１０２に居る人は、部屋の空気を更に冷やすために、制御操作盤（control operator）５１０を用いて、循環ファン５０２又は機械通風装置５０４のうちの少なくとも１つをオンにすることができる。あるいは、人は、部屋を暖めるために、制御操作盤５１０を用いて、床暖房装置５０６又は機械通風装置５０４のうちの少なくとも１つをオンにすることができる。一実施の形態では、制御操作器の操作盤（control actuator operator）５１０は、循環ファン５０２、機械通風装置５０４及び床暖房装置５０６のうちの少なくとも１つを作動させることができる制御装置に機械的に又は電気的に接続された、例えば壁掛けスイッチ、自動温度調節器等である。
【００２９】
また、制御操作盤５１０は、窓３１４と内側換気口３１６のそれぞれの通気口（vents）５１４、５１６だけではなく、換気扇（exhaust fan）５１２を起動させる。一実施の形態において、制御操作盤５１０は、循環ファン５０２、機械通風装置５０４及び床暖房装置５０６をオフにし、換気扇５１２をオンにし、通気口５１４、５１６を開く。これによって、ソーラエンジン３０２による部屋の自然換気ができ、換気扇５１２によって、空気がコア１０８に吸い込まれることを促進することができる。この場合、換気扇５１２だけがエネルギを消費し、一方、部屋は、外気によって、換気され、暖められ、又は冷やされる。あるいは、換気扇５１２をオフにして、部屋を、ソーラエンジン３０２の吸気力だけを使って冷やし、及び換気することができ、エネルギ消費をゼロにすることができる。
【００３０】
一実施の形態において、圧力センサ５１８を用いて、室内圧力をモニタし、あるいは部屋とコア１０８の圧力差を求めることができる。室内圧力が、所定の閾値以下、あるいはコア１０８の圧力レベル以下になった場合、圧力センサ５１８は、機械通風装置５０４に信号を送って、機械通風装置５０４をオンにし、空気を強制的に部屋内に送ることができる。これにより、コア１０８に対して正圧（positive pressure）を形成し、煙突効果を促進する。あるいは、機械通風装置５０４は、その速度を上下させて、部屋の圧力を、コア１０８内の圧力よりも高い特定の圧力に維持することができる。
【００３１】
また、居住空間１０２は、コア１０８から空気を、内側換気口３１６を介して居住空間１０２に吸い込むことによって、換気することもできる。これは、建物１００の表面（facade）が閉じられているときであって、例えば冬季に行うことができる。この場合、換気扇５１２又は機械通風装置５０４のうちの少なくとも１つは、コア１０８内を上昇している空気を、居住空間１０２内に吸い込むことができる。コア１０８からの空気は、居住空間１０２を換気して、建物１００の外側又は機械通風装置５０４に排出される。
【００３２】
建物１００のより低い部分の居住空間１０２は、高い負圧を発生するとともに、内部ゾーン（interior zones）を冷房する必要がある。コア１０８からの空気が居住空間１０２の内面に沿って流れるときに、空気は、周囲の調和空間（conditioned space）とのエネルギ伝達によって予熱される（preheated）。建物１００の外側からでなく、コア１０８を通じて空気を吸い込むことにとって、空気を予調和（preconditioning）することにより、暖房エネルギをかなり節約できる。さらに、建物１００の外壁に設けられたルーバは、変化する風況（changing wind conditions）の影響を受けやすく、風の吸気力（suction forces）がルーバファンの外向きの定常圧力（external static pressure）を上回る場合もあり、この場合、空気を吸い込むことができないので、コア１０８からの空気は、ルーバを介して吸い込まれる空気と比較して、より安定した換気（more consistent ventilation）を行うことができる。
【００３３】
図６に示すように、煙突効果は、建物１００の迫頭１０４に１つ以上の太陽反射器（solar reflector）６０２を設けることによって、高めることができる。太陽輻射は、迫頭１０４の表面から太陽反射器６０２に反射され、太陽反射器６０２は、太陽輻射をコア１０８に向ける。したがって、通常はコア１０８に入射できない方向に迫頭１０４で反射された太陽輻射は、太陽反射器６０２で反射することによって、コア１０８に向けられる。したがって、太陽反射器６０２は、迫頭１０４の反射面と組み合わせることにより、ヘリオスタット装置（heliostatic system）を形成し、太陽輻射をコア１０８に向ける。
【００３４】
太陽反射器６０２は、１つ以上の反射材料、例えば１つ以上の鏡、ガラス、金属等からなる反射面６０４を有する。図６に示す実施の形態における反射面６０４は、通常、放物線形状を有し、互いに適合して反射面６０４を形成する複数の鏡部（mirror sections）からなる。反射面は、他の形状又は配置、例えば図７に示す配置等を有していてもよい。太陽反射器６０２の反射面６０４は、特定の反射角度を有するように選択される。例えば、太陽反射器は、太陽輻射をコア１０８内のより深い所に向けることができるより大きな角度を有する反射面を有する。これを、図７の実施の形態に示す。図７に示すように、太陽反射器７０２は、図６に示す実施の形態の太陽反射器６０２よりも深く、太陽輻射をコア１０８内に向ける反射面７０４を有する。
【００３５】
迫頭１０４の表面は、１つ以上の反射材料、例えば１つ以上の鏡、ガラス、金属等で処理されている。迫頭１０４の更なる１つ以上表面は、手動で、又は制御装置を用いて自動で調節可能であり、太陽反射器６０２がより多くの太陽光（light）を反射できるように、迫頭１０４の表面の角度を調節される。
【００３６】
太陽輻射は、太陽反射器６０２で下方に向かって反射され、暖気室３０８及びコア１０８に入射される。太陽輻射は、コア１０８内に１つ以上の更なる反射器又は反射面を設けることによって、コア１０８のより下方に向けることができる。例えば、居住空間（以下、居室（habitable chambers）ともいう。）１０２のコア１０８に面した１つ以上の壁に、太陽光をコア１０８の下方に向かって反射する窓、すなわち又は鏡面の窓（windows or mirrored surfaces）を設けてもよい。他の実施の形態において、太陽光をコア１０８の下方に向けて反射するために、コア１０８の壁の少なくとも一部を、反射色、例えば白色、銀色又は金色に塗装してもよい。コア１０８に太陽エネルギを導入することにより、コア１０８内での空気は更に暖められ、その結果、ソーラエンジン３０２内を介する空気速度が高くなり、煙突効果は高くなる。
【００３７】
また、コア１０８に太陽光を導入することにより、コア１０８の周りに配置された居住空間１０２の内側の部分を照明するのにも役に立つことができる。例えば、１つ以上の居住空間１０２に、窓を有するか、それが居住空間１０２に太陽光を入れる窓、又はコア１０８に隣接した通路を開けてもよい。これにより、居住空間１０２を照明するためのエネルギ消費量を削減することができる。
【００３８】
空気は、コア１０８の上部に向けて上昇するにつれて、暖かい空気と混合されて、速度を増す。図８に示すように、コア１０８の最上部出口の周りに風力タービン８０２を配置し、この移動する空気で風力タービン８０２を回転させて、発電機を駆動し、機械的な回転エネルギを電気に変換する。一実施の形態において、風力タービン８０２は、フィンランドのWindside社製である。なお、他の風力タービンを用いてもよい。
【００３９】
一実施の形態において、風力タービン８０２は、水平に配置されており、その一端でコア１０８の上端の側壁に接続され、その他端でコア１０８の最上部に配置された天井８０４に接続されている。天井８０４は、それを介して太陽輻射がコア１０８に透過できるように、少なくとも部分的に透明であり、あるいはそれを貫通した１つ以上の通路を有する。一実施の形態において、天井８０４は、太陽光がコア１０８に透過できるように、支持された板ガラス（glass plates）からなる。
【００４０】
各風力タービン８０２は、その水平軸の回りを回転する羽根を備える。暖気が風力タービン８０２の羽根上を通過するとき、風力タービン８０２は、その水平軸の回りを回転する。風力タービン８０２は、発電機８０６に機械的に連結された回転軸を有する。風力タービン８０２が回転し、その回転軸が回転すると、発電機８０６は、その回転軸の機械エネルギを電気に変換する。
【００４１】
図９は、コア１０８の上部の周りに配置された複数の風力タービン８０２を上から見た平面図である。図９に示すように、各風力タービン８０２は、その一端で、コア１０８の上端の側壁の近くに搭載された発電機８０６に接続されており、その他端で天井８０４に接続されている。一実施の形態の天井８０４は、実質的に固い。したがって、空気は、コア１０８内を上昇したとき、居住空間１０２の内壁１０６、すなわちコア１０８の側壁と、天井８０４との間の間隙を通過することを強制される。したがって、少なくとも空気の一部は、１つ以上の風力タービン８０２を横切って移動し、それによって、風力タービン８０２が回転し、発電機８０６で電気を発生する。発生された電気は、建物１００のエネルギ源として用いることができる。したがって、本発明に基づく建物換気方法及びシステムにより、建物１００を換気するために必要なエネルギ量を削減するとともに、建物１００に電力を供給するのに用いることができる電気を発生する。
【００４２】
本発明を説明する目的のために、実施の形態を説明した。実施の形態は、本発明の全てを含むものではなく、また、本発明を説明した形態に限定するものではない。上述した教示に基づいて、実施の形態を変更又は修正できることは明らかであり、実施の形態は、発明を実施することから、得ることもできる。例えば、説明した実施の形態は、ソフトウェアを含むが、本実施の形態は、ハードウェアとソフトウェアの組合せ、又はハードウェアのみで実現することができる。発明は、オブジェクト指向及び非オブジェクト指向プログラミングシステムよって実行される。発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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