JP6938115B2 - ダブルスキンユニットおよび空調システム - Google Patents

Description

本発明は、ダブルスキンユニットおよび当該ダブルスキンユニットを用いた空調システムに関するものである。

従来から、建物の熱貫流負荷の軽減、夏季日射負荷の削減、冬季の日射熱の利用などを目的として、ダブルスキンと呼ばれる窓部や壁体の二重構造が知られている。たとえば一般的なダブルスキンは、室外側のガラス（アウターガラス）と、室内側のガラス（インナーガラス）と、その間の中間層（以下、「緩衝空間」という）からなる構造を有している。

従来のこの種のダブルスキンについては、たとえば「建物のダブルスキン」がある（特許文献１）。これは、建物の室内空間と屋外とを仕切って外壁部や窓部を構成する仕切材を相互に間隔をあけて内外二重に配置し、これら仕切材間に空気層を画成した建物のダブルスキンにおいて、前記空気層の上部及び下部にそれぞれ建物の屋外に連通して設けられた上下２つの屋外通気口と、前記空気層の上部及び下部にそれぞれ建物の室内空間に連通して設けられた上下２つの室内通気口と、前記空気層の上部及び下部にそれぞれ設けられ、前記空気層の上部及び下部において前記屋外通気口または前記室内通気口のいずれか一方を選択して前記空気層に連通させるための上下２つの連通切替機構とを備えているものであった。

この従来の技術によれば、空気層の上部及び下部に設けられた上下２つの連通切替機構によって、季節や条件等に応じて屋外または室内空間のいずれか一方を適宜に選択して空気層に連通させ、熱貫流負荷の低減や日射熱の暖房利用を行うようにしていた。

特開２００２−２５６６３７号公報

しかしながらかかる従来技術のダブルスキンは、まず空気層の上部及び下部に連通切替機構という可動機構をダブルスキン内に設ける必要があり、その分構造が複雑になり、それに伴ってコストがかさむ。さらにまた前記従来技術では、室内を換気する際には、室内側のインナーガラスを別途開閉可能な構造とする必要があり、構造がさらに複雑化してコストの高騰を招く。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ダブルスキン内の流路を工夫して、これまでのようにダブルスキン内に可動機構を設けることなく、建物の熱貫流負荷の軽減、夏季日射負荷の削減、冬季の日射熱の利用を図り、しかも換気も容易に行えるようにして、併せてコストの低廉化を図ることを目的としている。

前記目的を達成するため、本発明は、室内側のインナーガラスと、室外側のアウターガラスと、前記インナーガラスと前記アウターガラスとの間に緩衝空間を有するダブルスキン構造のダブルスキンユニットであって、前記ダブルスキンユニットの室外側の上部に形成された上部開口部と、前記ダブルスキンユニットの室外側の下部に形成された下部開口部と、を有し、
前記緩衝空間を介して室内と前記下部開口部とを連通させる第１の流路と、前記緩衝空間を介さずに室内と前記上部開口部とを連通させる第２の流路と、前記下部開口部に通ずる下部チャンバと前記緩衝空間との間に設けられ、多数の開口を有する開口板と、前記第１の流路をなす前記緩衝空間の上部に位置する上部チャンバと、前記緩衝空間との間に設けられ、多数の開口を有する他の開口板とを有し、前記各開口板は、前記緩衝空間内の気流速度が均一になるように場所によって開口率が異なっていることを特徴としている。
また他のダブルスキンユニットとして、室内側のインナーガラスと、室外側のアウターガラスと、前記インナーガラスと前記アウターガラスとの間に緩衝空間を有するダブルスキン構造のダブルスキンユニットであって、前記ダブルスキンユニットの室外側の上部に形成された上部開口部と、前記ダブルスキンユニットの室外側の下部に形成された下部開口部と、を有し、
前記緩衝空間を介して室内と前記下部開口部とを連通させる第１の流路と、前記緩衝空間を介さずに室内と前記上部開口部とを連通させる第２の流路と、有し、
前記第１の流路をなす前記緩衝空間の上部に上部チャンバが設けられ、前記第２の流路をなす上部開口部と、室内側に通ずるダクト接続口との間に、他の上部チャンバが設けられ、前記上部チャンバと前記他の上部チャンバとは前記緩衝空間の上側に、前記アウターガラス面と平行な方向に配置され、前記上部開口部と前記下部開口部は、前記アウターガラスと同一平面上に設けられ、前記上部チャンバと前記他の上部チャンバとは、前記アウターガラス面に対して直角方向に重ならないように配置されていることを特徴とする、ダブルスキンユニットも提案できる。

本発明によれば、前記緩衝空間を介して室内と前記下部開口部とを連通させる第１の流路と、前記緩衝空間を介さずに室内と前記上部開口部とを連通させる第２の流路と、を有しているので、後述の実施の形態で説明するように、可動機構を格別ダブルスキンユニットに設けることなく、建物の熱貫流負荷の軽減、夏季日射負荷の削減、冬季の日射熱の利用を図ることができる。

ダブルスキンユニットを複数用いた空調システムは、複数の前記ダブルスキンユニットを建物の同じ方位に設置し、暖房運転時は、負荷の少ない室から外気を取り入れ、当該室の日射量が多い場合は前記緩衝空間を経由して外気を取り入れるとともに、負荷の多い室からは前記暖房運転によって昇温している室内空気を、前記緩衝空間を経由して排気し、冷房運転時は、負荷の少ない室から外気を取り入れるとともに、負荷の多い室からは前記冷房運転によって降温している室内空気を、前記緩衝空間を経由して排気することを特徴としている。

本発明によれば、これまでのようにダブルスキン内に可動機構を設けることなく、建物の熱貫流負荷の軽減、夏季日射負荷の削減、冬季の日射熱の利用を図ることができる。

実施の形態にかかるダブルスキンユニットを示し、図１（ａ）は建物の外側から見た正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。 図１のダブルスキンユニットの背面図である。 図３は、図１（ｂ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図４は、図１（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である 図１のダブルスキンユニットにおける背面側（室内側）のダクトの施工の様子を示し、図５（ａ）は平面視の様子、図５（ｂ）は背面の様子を示している。 図１のダブルスキンユニットの流路構成を模式的に示した側面断面図である。 日射制御型と負荷制御型のダブルスキンユニットの制御方法と効果を示した表である。 独立型のダブルスキンユニットの制御方法と効果を示した表である。 図１のダブルスキンユニットを建物の外壁に施工した空調システムを平面視で模式的に示し、冬期の朝の運転例を示した説明図である。 図１のダブルスキンユニットを建物の外壁に施工した空調システムを平面視で模式的に示し、冬期の昼の運転例を示した説明図である。 図１のダブルスキンユニットを建物の外壁に施工した空調システムを平面視で模式的に示し、冬期の夕方の運転例を示した説明図である。 図１のダブルスキンユニットを建物の外壁に施工した空調システムを平面視で模式的に示し、夏期の朝の運転例を示した説明図である。 図１のダブルスキンユニットを建物の外壁に施工した空調システムを平面視で模式的に示し、夏期の昼の運転例を示した説明図である。 図１のダブルスキンユニットを建物の外壁に施工した空調システムを平面視で模式的に示し、夏期の夕方の運転例を示した説明図である。

以下、本実施の形態について説明する。図１〜図５は、実施の形態にかかるダブルスキンユニット１を示しており、図１（ａ）は、ダブルスキンユニット１の正面図、すなわち施工される建物の外側から見た図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、図２はダブルスキンユニット１の背面図、すなわち施工される建物の内側から見た図である。図３は、図１（ｂ）におけるＢ−Ｂ線断面図、図４は、図１（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。

ダブルスキンユニット１は、矩形に開口した、ほぼ中空形状の本体フレーム２の当該開口を塞ぐアウターガラス３、インナーガラス４とを有している。外形寸法はもちろん任意に設定できるが、この例では、幅２〜３ｍ、高さ３ｍ、厚さ２００〜３００ｍｍ程度であり、またアウターガラス３とインナーガラス４との間に形成される緩衝空間Ｓの厚さは５０ｍｍ〜２００ｍｍ程度の寸法を想定したものである。

ダブルスキンユニット１の本体フレーム２内の上部には、上部チャンバ２０、２１と下部チャンバ３０が形成されている。上部チャンバ２１の下面側には、多数の開口を有する上部開口板２２が配置され、当該開口を通じて緩衝空間Ｓと連通している。また下部チャンバ３０の上面側には、多数の開口を有する下部開口板３１が配置され、当該開口を通じて緩衝空間Ｓと連通している。上部開口板２２、下部開口板３１については、緩衝空間Ｓ内の気流速度が均一になるように、場所によって開口率を変えることが望ましい。

ダブルスキンユニット１の本体フレーム２の正面側（屋外側）の上部の一側（図１中の左上）には、上部ガラリ４１が設けられており、同じく本体フレーム２の正面側（屋外側）の下部の他側（図１中の右下）には、下部ガラリ４２が設けられている。したがって、上部ガラリ４１と下部ガラリ４２とは、対角線上に設けられている。

上部ガラリ４１は、本体フレーム２内において、前記上部チャンバ２０に通じている。下部ガラリ４２は、本体フレーム２内において、前記した下部チャンバ３０に通じている。

図４に示したように、上部ガラリ４１の内側の本体フレーム２内には、防虫網、フィルタなどで構成される清浄部材４１ａが設けられ、この清浄部材４１ａ、上部ガラリ４１を介して、上部チャンバ２０と屋外とが通じている。また下部ガラリ４２の内側の本体フレーム２内には、防虫網、フィルタなどで構成される清浄部材４２ａが設けられ、この清浄部材４２ａ、下部ガラリ４２を介して、下部チャンバ３０は屋外と通じている。

また本体フレーム２の背面側（室内側）には、上部ガラリ４１と対応する位置に、清浄部材４１ａを保守するためなどに使用される上部ガラリ点検口が開口されており、この上部ガラリ点検口には、上部ガラリ点検プレート４１ｂがビス止めなどによって固定されている。同様に、下部ガラリ４２と対応する位置に、清浄部材４２ａを保守するためなどに使用される下部ガラリ点検口が開口されており、この下部ガラリ点検口には、下部ガラリ点検プレート４２ｂがビス止めなどによって固定されている。

緩衝空間Ｓの頂部には、側面からみて上方に凸の空間Ｆが形成されており、この空間Ｆは、ブラインドを設ける際のブラインドボックスとして機能させることができる。ブラインドを設置することで、日射量を軽減させることができる。

ダブルスキンユニット１の背面側（室内側）には、図２、図３に示したようにダクト接続口２３、３３が設けられている。ダクト接続口２３は上部チャンバ２０に通じており、ダクト接続口３３は上部チャンバ２１に通じている。これら各ダクト接続口２３、３３には、図５（ａ）、（ｂ）に示したように、ダクトが接続されている。

すなわち、上部チャンバ２０に通じるダクト接続口２３には、保温材が施されたダクト２４が接続され、上部チャンバ２１に通じるダクト接続口３３には、ダクト３４が接続されている。ダクト３４は、分岐してダクト５１、５２と通じている。またダクト２４も分岐ダクト２５を介して、ダクト５１、５２に通じている。そして分岐ダクト２５とダクト５１、５２の接続部には、モーターダンパＭＤ１、ＭＤ２が設けられ、ダクト５１、５２におけるモーターダンパＭＤ１、ＭＤ２の室内側には、モーターダンパＭＤ３、ＭＤ４が設けられている。モーターダンパＭＤ１、ＭＤ２は、流路切替用であり、モーターダンパＭＤ３、ＭＤ４は開閉用であり、開度調整も可能である。モーターダンパＭＤ３、ＭＤ４はＶＡＶ（可変風量制御ユニット）としてもよい。この場合は、ダンパ開度ではなく、設定風量を与えることになる。

以上の構成にかかるダブルスキンユニット１の構成、流路等を模式的に示すと図６に示したようになる。すなわち、ダブルスキンユニット１の室外側の下部に形成された下部開口部となる下部ガラリ４２−下部チャンバ３０−緩衝空間Ｓ−上部チャンバ２１−ダクト接続口３３などからなる第１の流路と、ダブルスキンユニット１の室外側の上部に形成された上部開口部となる上部ガラリ４１−上部チャンバ２０−ダクト接続口２３などからなる第２の流路とが形成されている。そしてダクト接続口２３，３３に接続されたダクト２４、３４は、それぞれ分岐してダクト５１、５２に通じており、またモーターダンパＭＤ１〜ＭＤ４がダクト５１、５２に設けられているから、ダクト５１、５２を、室内の還気口、室内の給気口に通ずるように施工することで、排気流路、給気流路とに切り替え可能とすることができる。

また実施の形態で用いたダブルスキンユニット１のサイズは、一般のカーテンウォールのサイズと大差ないため、建物構造体に特別な配慮を必要としない。またワンフロアのみ、ワンスパンのみといった部分的な設置も可能である。従来のこの種のダブルスキンは、大規模建物で複数のフロアに施工されていたことに比べると、例えば小規模建物、特定フロアのみの施工も容易となっている。

そしてこのダブルスキンユニット１は、下部ガラリ４２−下部チャンバ３０−緩衝空間Ｓ−上部チャンバ２１−ダクト接続口３３に連なる第１の流路と、ダブルスキンユニット１の室外側の上部に形成された上部ガラリ４１−上部チャンバ２０−ダクト接続口２３に連なる第２の流路とを有しているので、前記したダクト５１、５２の経路に適宜ファン等を設置することにより、従来のようにダブルスキン内に可動機構を設けることなく、第１の流路または第２の流路を経て外気を室内側に取り入れたり、第１の流路または第２の流路を経て室内からの還気を排気することが可能である。

また例えば冬季においては、緩衝空間Ｓで昇温した空気を室内に取り入れるなどして、日射熱の利用を有効に図ることができる。また夏期においては、緩衝空間に絶えず外気を流すことで、遮熱して熱貫流負荷を軽減することも可能になっている。

次にこのようなダブルスキンユニット１を用いた空調システムについて説明する。上述のダブルスキンユニット１は、第１の流路、第２の流路の室内側での接続先並びにモーターダンパＭＤ１〜４の切り替え操作、換気の有無によって、下記のような機能別のタイプに分けて建物に施工することができる。

すなわち、換気する場合には、室外条件で制御する「日射制御型」と、室内条件で制御する「負荷制御型」の２種類を設定することができ、換気しない場合は、空調換気システムと接続しない「独立型」として構成することができる。独立型は、第１の流路と第２の流路とを、後述のように例えば室内側の各ダクト接続口２３，３３を短絡ダクト等で接続して、当該短絡ダクトに設けたダンパなどによって開閉自在とすることによって実現できる。次に各種類について説明する。

日射制御型は、暖房時に日射量の多い方位から緩衝空間Ｓ経由で外気を予熱して取り入れることで、外気負荷を削減するものである。また日射量の少ない方位から緩衝空間Ｓ経由で室内空気（還気）を排気することで、ダブルスキンユニット１の熱貫流率を下げて熱貫流負荷を削減することができる。また夏期冷房時は、日射量の少ない方位から直接外気を取り入れ、日射量の多い方位から緩衝空間Ｓ経由で室内空気（還気）を排気することで、熱貫流負荷を削減することができる。そして中間期冷房時は、日射量の少ない方位から緩衝空間Ｓ経由で外気を取り入れることで、ダブルスキンユニット１の熱貫流率を上げて室内から室外への放熱を促進することができる。

負荷制御型は、暖房時に負荷の少ない室から外気を取り入れるが、日射量が多い場合は緩衝空間Ｓ経由とすることで外気負荷を削減することができる。また負荷の多い室から緩衝空間Ｓ経由で室内空気を排気することで、熱貫流負荷を削減することができる。一方冷房時は、負荷の少ない室から外気を取り入れ、また負荷の多い室から緩衝空間Ｓ経由で室内空気を排気することで、負荷の多い室のペリメータ環境を優先的に向上させることができる。一方中間期冷房時は、負荷の多い室から緩衝空間Ｓ経由で外気を取り入れることで、ダブルスキンユニット１の熱貫流率を上げて室内から室外への放熱を促進することができる。

独立型は、ダブルスキンユニット１のダクト接続口２３、３３を短絡するダクトを接続し、かつその経路を開閉するダンパ（たとえばモーターダンパ）を設ける。冷房時に緩衝空間Ｓにこもった熱を室外に放熱したい場合は、当該ダンパを開いて緩衝空間の自然換気を行う。それ以外はダンパを閉鎖し、熱貫流率を下げてペリメータ温熱環境を向上させる。緩衝空間Ｓに熱がこもっているか否かは、個々の緩衝空間と内の温度を測定するのではなく、たとえば設置面の日射量と外気温度から推定することによってセンサ類等を省略することが提案できる。

以上のような、日射制御型、負荷制御型の各ダブルスキンユニットの制御方法とその効果について図７の表に、独立型のダブルスキンユニットの制御方法とその効果について図８の表にそれぞれ示した。これらの各タイプ別のダブルスキンユニット１を組み合わせてビル等の建物の外壁に施工することにより、例えば複数方位にガラス面のある室には各方位に日射制御型のダブルスキンユニット１を設け、同一方位の複数の小部屋をまとめて換気する場合には各室に負荷制御型のダブルスキンユニット１を設置する。独立型のダブルスキンユニット１は、日射制御型や負荷制御型と窓デザインをそろえる目的でも設置することができる。

次に前記した日射制御型、負荷制御型、独立型の各ダブルスキンユニット１を組み合わせて建物に施工した空調システムの例について説明する。図９は、ビル等の建物６１に適用した例を示している。この建物６１は、図の下側が北であり、建物６１の北側には、エレベータホール６２や倉庫、階段室等の領域６３が設定されている。室外機置場６４も建物６１の北側に設置されている。

この建物６１の南側半分の外壁面にダブルスキンユニット１が施工されている。すなわちこの建物６１の南側半分には、東側から順に室Ｒ１〜Ｒ５が仕切り壁Ｇ等で区画形成されている。図において、日射制御型のダブルスキンユニットは、符号Ｊで、負荷制御型のダブルスキンユニットは、符号Ｋで、そして独立型のダブルスキンユニットは、符号Ｌで表している。また各ダブルスキンユニットＪ、Ｋ、Ｌ内において長方形で示しているのは、緩衝空間Ｓである。

まず東南角に位置する室Ｒ１については、東面に北側から順に日射制御型のダブルスキンユニットＪ１、独立型のダブルスキンユニットＬ１が設けられている。また室Ｒ１の南面には、東側から順に独立型のダブルスキンユニットＬ１、日射制御型のダブルスキンユニットＪ１が設けられている。

建物６１の南側に面する室Ｒ２〜Ｒ４については、それぞれ対応する負荷制御型のダブルスキンユニットＫ１〜Ｋ３、独立型のダブルスキンユニットＬ３〜Ｌ５が１つずつ設けられている。

南西角に位置する室Ｒ５については、南面に日射制御型のダブルスキンユニットＪ３、西面に南側から順に日射制御型のダブルスキンユニットＪ４、独立型のダブルスキンユニットＬ６が設けられている。

また各日射制御型のダブルスキンユニットＪ、負荷制御型のダブルスキンユニットＫに接続されているダクト５１、５２と、給気口Ｐ、還気口Ｑに通ずるダクトとは、室Ｒ１については、全熱交換器Ｚ１、室Ｒ２〜Ｒ４については、共通の全熱交換器Ｚ２、室Ｒ５については、全熱交換器Ｚ３において、外気と還気、給気と外気とが必要に応じて熱交換されるようになっている。

次に冬期の朝、昼、夕方、及び夏期の朝、昼、夕方について各々の場合の空調システムの運転例について説明する。なお各ダブルスキンユニットＪ、Ｋについては、説明の都合上ダンパの数が６か所に設定してあるが、図５に示したダンパ構成と機能的には同じである。

まず冬期の朝については、室Ｒ２の暖房負荷は小、室Ｒ３の暖房負荷は大、室Ｒ４の暖房負荷は中とする。そして図９に示したように、室Ｒ１については、日射のある東側に面する日射制御型のダブルスキンユニットＪ１から取り入れた外気は、緩衝空間Ｓを経て日射熱で加熱される。その後全熱交換器Ｚ１において、室Ｒ１の還気と熱交換された後に給気として室内に供給される。熱交換後の還気は、日射制御型のダブルスキンユニットＪ２において緩衝空間を経由した後排気される。

一方、未だ日射がない室Ｒ２〜Ｒ４については、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ１、Ｋ３から外気を直接取り入れ、全熱交換器Ｚ２に導入して、室Ｒ２〜Ｒ４からの還気と熱交換して室内に給気する。熱交換した後の還気は、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ２の緩衝空間を経て排気される。負荷の多い室のペリメータ温度環境向上を優先させるため、緩衝空間を経た排気は負荷の多い室に多く流すようにする。負荷制御型のダブルスキンユニットＫ１〜Ｋ３については、このようなペリメータ温度環境向上を優先させるための気流の流量調整を行うため、ダンパの開度が流量０％、１００％、すなわち全閉、全開だけではなく、必要に応じてたとえば５０％、７０％などの中間開度も可能なように個別に制御される。これは後述する冬期の昼、夕方、夏期の朝、昼、夕方の場合も同様である。

室Ｒ５については、日射制御型のダブルスキンユニットＪ３から取り入れた外気は、緩衝空間Ｓを経て、全熱交換器Ｚ３において、室Ｒ５の還気と熱交換された後に給気として室内に供給される。熱交換後の還気は、日射制御型のダブルスキンユニットＪ４において緩衝空間を経由した後に排気される。

そしてすべての独立型のダブルスキンユニットＬ１〜Ｌ６は、短絡したダクトを閉鎖する。これによってダブルスキンユニットＬ１〜Ｌ６の緩衝空間への気流の出入りをなくして、緩衝空間を断熱空間とし、熱貫流負荷の低減を図っている。

次に冬期の昼について説明する。昼については、室Ｒ２の暖房負荷は中、室Ｒ３の暖房負荷は小、室Ｒ４の暖房負荷は大とする。そして室Ｒ１については、図１０に示した通りであり、南側に面する日射制御型のダブルスキンユニットＪ２から取り入れた外気は、緩衝空間を経て日射熱で加熱される。その後全熱交換器Ｚ１において、室Ｒ１の還気と熱交換された後に給気として室内に供給される。熱交換後の還気は、日射制御型のダブルスキンユニットＪ１において緩衝空間を経由した後排気される。

一方、日射のある室Ｒ２〜Ｒ４については、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ１、Ｋ２から緩衝空間を経た後の外気を取り入れ、全熱交換器Ｚ２に導入して、室Ｒ２〜Ｒ４からの還気と熱交換して室内に給気する。熱交換した後の還気は、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ１、Ｋ２については緩衝空間を経ずに直接排気され、ダブルスキンユニットＫ３については、緩衝空間を経た後に排気される。負荷の多い室のペリメータ温度環境向上を優先させるため、緩衝空間を経た外気は、負荷の少ない室から多く取り入れるようにする。

室Ｒ５については、日射制御型のダブルスキンユニットＪ３から取り入れた外気は、緩衝空間を経て全熱交換器Ｚ３において、室Ｒ５の還気と熱交換された後に給気として室内に供給される。熱交換後の還気は、日射制御型のダブルスキンユニットＪ４において緩衝空間を経由した後に排気される。

そしてすべての独立型のダブルスキンユニットＬ１〜Ｌ６は、短絡したダクトを閉鎖する。これによって緩衝空間への気流の出入りをなくして、緩衝空間を断熱空間として熱貫流負荷の低減が図られている。

次に冬期の夕方について、図１１に基づいて説明する。夕方は、室Ｒ２の暖房負荷は大、室Ｒ３の暖房負荷は小、室Ｒ４の暖房負荷は中とする。そして室Ｒ５についてのみ、西側からの日射があるとする。この場合には、室Ｒ１については、南側に面する日射制御型のダブルスキンユニットＪ２から取り入れた外気は、緩衝空間を経て、全熱交換器Ｚ１において、室Ｒ１の還気と熱交換された後に給気として室内に供給される。熱交換後の還気は、日射制御型のダブルスキンユニットＪ１において緩衝空間を経由した後排気される。

一方、室Ｒ２〜Ｒ４については、前記したように、室Ｒ２の暖房負荷は大、室Ｒ３の暖房負荷は小、室Ｒ４の暖房負荷は中である。この場合、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ２、Ｋ３からの外気を直接取り入れ、全熱交換器Ｚ２に導入して、室Ｒ２〜Ｒ４からの還気と熱交換して各室内に給気する。熱交換した後の還気は、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ１、Ｋ３から緩衝空間を経た後に排気される。室Ｒ２は暖房負荷が大きいので、ダブルスキンユニットＫ１の緩衝空間を経て排気することで熱貫流負荷を軽減することができる。負荷の多い室のペリメータ温度環境向上を優先させるため、緩衝空間を経た排気は負荷の多い室に多く流すようにする。

室Ｒ５については、日射制御型のダブルスキンユニットＪ４から取り入れた外気は、緩衝空間を経て全熱交換器Ｚ３において、室Ｒ５の還気と熱交換された後に給気として室内に供給される。熱交換後の還気は、日射制御型のダブルスキンユニットＪ３において緩衝空間を経由した後に排気される。

そしてすべての独立型のダブルスキンユニットＬ１〜Ｌ６は、短絡したダクトを閉鎖する。これによって緩衝空間への気流の出入りをなくして、緩衝空間を断熱空間として、熱貫流負荷の低減が図られている。

次に夏期の朝、昼、夕方について図１２〜図１４に基づいて説明する。
まず夏期の朝については、室Ｒ２の冷房負荷は小、室Ｒ３の冷房負荷は大、室Ｒ４の冷房負荷は中とする。まず室Ｒ１については日射があるから、東側に面する独立型のダブルスキンユニットＬ１については、短絡しているダクトを開放して、緩衝空間内にこもった熱気を自然換気で放出するようにする。そして南側に面している日射制御型のダブルスキンユニットＪ２からはそのまま外気を取り入れて、全熱交換器Ｚ１において、室Ｒ１の還気と熱交換した後に給気として室内に供給する。外気と熱交換した後の還気は、日射制御型のダブルスキンユニットＪ１において緩衝空間を経由した後に排気する。これによって、ダブルスキンユニットＪ１における熱貫流負荷を低減する。

一方、未だ日射がない室Ｒ２〜Ｒ４については、前記したように、室Ｒ２の冷房負荷は小、室Ｒ３の冷房負荷は大、室Ｒ４の冷房負荷は中であるから、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ１、Ｋ３から外気を直接取り入れ、全熱交換器Ｚ２に導入して、室Ｒ２〜Ｒ４からの還気と熱交換して室内に給気する。熱交換した後の還気は、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ２の緩衝空間を経て排気される。室Ｒ２は冷房負荷が大きいので、ダブルスキンユニットＫ２の緩衝空間を経て排気することで熱貫流負荷を軽減することができる。また室Ｒ４の冷房負荷は中程度であるから、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ３に対しても、熱交換後の還気は、緩衝空間を経た後に排気する。負荷の多い室のペリメータ温度環境向上を優先させるため、緩衝空間を経た排気は負荷の多い室に多く流すようにする。

室Ｒ５については、日射制御型のダブルスキンユニットＪ４から取り入れた外気は、緩衝空間を経ないで取り入れ、全熱交換器Ｚ３において、室Ｒ５の還気と熱交換された後に給気として室内に供給される。熱交換後の還気は、日射制御型のダブルスキンユニットＪ３において緩衝空間を経由した後に排気される。

そして独立型のダブルスキンユニットＬ２〜Ｌ６は、短絡したダクトを閉鎖し。これによって緩衝空間への気流の出入りをなくして、緩衝空間を断熱空間として熱貫流負荷の低減を図っている。

次に夏期の昼について図１３に基づいて説明する。昼については、室Ｒ２の冷房負荷は中、室Ｒ３の冷房負荷は小、室Ｒ４の冷房負荷は大とする。まず室Ｒ１については日射がなく、東側に面する日射制御型のダブルスキンユニットＪ１からそのまま外気を取り入れて、全熱交換器Ｚ１において、室Ｒ１の還気と熱交換した後に給気として室内に供給する。熱交換した後の還気は、日射制御型のダブルスキンユニットＪ２において緩衝空間を経由した後に排気する。これによって、ダブルスキンユニットＪ２における熱貫流負荷は低減される。また独立型のダブルスキンユニットＬ１については、短絡しているダクトを閉鎖し、緩衝空間への空気の出入りを停止させて、断熱空間として使用する。これによって熱貫流負荷は低減される。

一方、南側に面した室Ｒ２〜Ｒ４については、全てにおいて日射がある。したがって、まず独立型のダブルスキンユニットＬ２〜Ｌ５については、短絡しているダクトを開放し、緩衝空間内にこもった熱気を自然換気で放出するようにする。

そして負荷制御型のダブルスキンユニットＫ１、Ｋ２から外気をそのまま取り入れて、全熱交換器Ｚ２に導入して、室Ｒ２〜Ｒ４からの還気と熱交換して室内に給気する。外気と熱交換した還気は、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ３の緩衝空間を経て排気される。前記したように、室Ｒ２の冷房負荷は中、室Ｒ３の冷房負荷は大、室Ｒ４の冷房負荷は中であるから、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ１、Ｋ３から外気を直接取り入れ、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ３の緩衝空間を経て排気することで、熱貫流負荷を低減することができる。また室Ｒ２の冷房負荷は中程度であるから、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ１に対しても、熱交換後の還気は、緩衝空間を経た後に排気する。負荷の多い室のペリメータ温度環境向上を優先させるため、緩衝空間を経た排気は負荷の多い室に多く流すようにする。

室Ｒ５については、日射制御型のダブルスキンユニットＪ４から緩衝空間を経ないでそのまま取り入れた外気は、全熱交換器Ｚ３において、室Ｒ５の還気と熱交換された後に給気として室内に供給される。熱交換後の還気は、日射制御型のダブルスキンユニットＪ３において緩衝空間を経由した後に排気される。これによって、日射制御型のダブルスキンユニットＪ３からの熱貫流負荷は低減される。なお室Ｒ５の独立型のダブルスキンユニットＬ６については、短絡しているダクトが閉鎖され、緩衝空間への空気の出入りをなくして断熱空間としている。これによって熱貫流負荷は低減されている。

次に夏期の夕方について図１４に基づいて説明する。夕方については、室Ｒ２の冷房負荷は大、室Ｒ３の冷房負荷は小、室Ｒ４の冷房負荷は中とする。まず室Ｒ１については日射がなく、東側に面する日射制御型のダブルスキンユニットＪ１からそのまま外気を取り入れて、全熱交換器Ｚ１において、室Ｒ１の還気と熱交換した後に給気として室内に供給する。外気と熱交換した還気は、日射制御型のダブルスキンユニットＪ２において緩衝空間を経由した後に排気する。これによって、ダブルスキンユニットＪ２における熱貫流負荷は低減される。また独立型のダブルスキンユニットＬ１については、短絡しているダクトを閉鎖し、緩衝空間への空気の出入りを停止させて、断熱空間として使用する。これによって熱貫流負荷は低減される。

一方、南側に面した室Ｒ２〜Ｒ４については、全てにおいて日射がないので、独立型のダブルスキンユニットＬ２〜Ｌ５については、短絡しているダクトを閉鎖し、緩衝空間への空気の出入りを停止させて、断熱空間として使用する。これによって熱貫流負荷は低減される。

そして負荷制御型のダブルスキンユニットＫ２、Ｋ３から外気をそのまま取り入れて、全熱交換器Ｚ２に導入して、室Ｒ２〜Ｒ４からの還気と熱交換して室内に給気する。一方、外気と熱交換した還気は、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ１の緩衝空間を経て排気される。前記したように、室Ｒ２の冷房負荷は中、室Ｒ３の冷房負荷は大、室Ｒ４の冷房負荷は中であるから、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ２、Ｋ３から外気を直接取り入れ、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ１の緩衝空間を経て排気することで、熱貫流負荷を低減することができる。また室Ｒ２の冷房負荷は大きいから、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ１の緩衝空間を経て排気することで、ダブルスキンユニットＫ１からの熱貫流負荷は低減される。負荷の多い室のペリメータ温度環境向上を優先させるため、緩衝空間を経た排気は負荷の多い室に多く流すようにする。

室Ｒ５については、日射制御型のダブルスキンユニットＪ３から緩衝空間を経ないでそのまま取り入れた外気は、全熱交換器Ｚ３において、室Ｒ５の還気と熱交換された後に給気として室内に供給される。熱交換後の降温した還気は、日射制御型のダブルスキンユニットＪ４において緩衝空間を経由した後に排気される。これによって、日射制御型のダブルスキンユニットＪ４からの熱貫流負荷は低減される。

一方、室Ｒ５には西側からの日射があるので、独立型のダブルスキンユニットＬ６については、短絡しているダクトを開放し、緩衝空間内にこもった熱気を自然換気で放出するようにする。

以上の冬期、下記の朝、昼、夕方の各運転例において、各ダブルスキンユニットＪ１〜Ｊ４、Ｋ１〜Ｋ３、Ｌ１〜Ｌ６の背面側（室内側）のダクト５１、５２に設けられているモーターダンパＭＤ１〜ＭＤ４については、複数台を連動開閉するように構成してもよい。

また各ダブルスキンユニットＪ１〜Ｊ４、Ｋ１〜Ｋ３、Ｌ１〜Ｌ６が設置されている設置面の日射量は、高価な日射計の設置台数を減らすため、たとえば建物６１近傍の水平面（例えば屋上）に全天日射計を１台のみ設置し、日時から各方位の鉛直面日射量を計算してもよい。

また各室Ｒの負荷は、セントラル空調方式の場合には、空調機の給気温度、給気風量（またはファン回転数）から推定することが提案できる。パッケージエアコン空調方式の場合は、室内機の膨張弁開度や冷暖房要求の有無（サーモオン／サーモオフ）などから推定するようにしてもよい。

以上の空調システムに用いたダブルスキンユニットＪ１〜Ｊ４、Ｋ１〜Ｋ３、Ｌ１〜Ｌ６は、建物、特に中小規模の建物において、従来のダブルスキンより安価にこれを導入できる。また開閉可能な窓のない室において、ガラリやベントキャップ等を設けなくても換気経路を確保できる。さらにまたダブルスキンユニットの設置場所や換気システムの構成の自由度が高く、様々な規模や用途の建物に対応できる。

また前記した空調システムの運転例でもわかるように、冬季の日射熱で外気負荷を削減でき、かつ日射利用場所を各方位の日射量変化に応じて変えることができるから空調負荷の軽減を図ることができる。さらにペリメータの温熱環境が改善でき、かつ空調負荷の大きい室に対して優先的にこれを行うことができる。そして換気しないダブルスキンユニット、すなわち独立型のダブルスキンユニットＬ１〜Ｌ６を、日射制御型のダブルスキンユニットＪ１〜Ｊ４、負荷制御型のダブルスキンユニットＫ１〜Ｋ３と組み合わせて設置することで、過剰設備となることを避けつつ窓デザインを統一することができる。

ダブルスキンユニット自身に駆動部やセンサ類が無いため、電気、計装工事が不要で、かつ長寿命である。そして長寿命のダブルスキンユニットと、短寿命のダクト部分（ダクト、ダンパ、ファン、センサ類等）の区分が明快であり、ダクト部分のみの更新や改修が容易である。

なお前記した空調システムの例では、特に室Ｒ内の空調負荷を担う空調機、並びに外気の取り入れや、給気、還気、排気をするためのファンは格別図示していなかったが、空調機についてはセントラル空調方式、パッケージ空調方式等、任意のものを採用できる。そしてファンについても、外気の取り入れや、給気、還気、排気の流路に、環境、条件に応じて設置することができる。

前記した空調システムで用いたダブルスキンユニットＪ、Ｋ、Ｌは、基本的には室内側のインナーガラス４、室外側のアウターガラス３と、インナーガラス４とアウターガラス３との間に緩衝空間Ｓを有し、ダブルスキンユニットの室外側の上部に形成された上部開口部となる上部ガラリ４１、ダブルスキンユニットの室外側の下部に形成された下部開口部となる下部ガラリ４２を有し、緩衝空間Ｓを介して室内と前記下部ガラリ４２とを連通させる第１の流路と、緩衝空間Ｓを介さずに室内と上部ガラリ４１とを連通させる第２の流路とを有するものであったが、前記した空調システム並びにその運転例を実現するためのダブルスキンユニットの構造はかかる例に限られない。

たとえばダブルスキンユニットの室外側の上部に形成された上部開口部と、ダブルスキンユニットの室外側の下部に形成された下部開口部と、アウターガラスとインナーガラスとの間の緩衝空間を介して室内と上部開口部とを連通させる第１の流路と、当該緩衝空間を介さずに室内と前記下部開口部とを連通させる第２の流路とを有する構造のダブルスキンユニットを用いてもよい。

本発明は、ダブルスキンを建物に採用する際に有用であり、大規模、小規模を問わず、また特定の階のみに適用することも容易である。

１ ダブルスキンユニット
２ 本体フレーム
３ アウターガラス
４ インナーガラス
２０、２１ 上部チャンバ
２２ 上部開口板
２３、３３ ダクト接続口
２４、５１、５２ ダクト
２５ 分岐ダクト
３０ 下部チャンバ
３１ 下部開口板
４１ 上部ガラリ
４２ 下部ガラリ
６１ 建物
６２ エレベータホール
６３ 倉庫、階段室等の領域
６４ 室外機置場
Ｆ 空間
Ｇ 仕切り壁
Ｊ１〜Ｊ４ ダブルスキンユニット（日射制御型）
Ｋ１〜Ｋ３ ダブルスキンユニット（負荷制御型）
Ｌ１〜Ｌ６ ダブルスキンユニット（独立型）
ＭＤ１、ＭＤ２、ＭＤ３、ＭＤ４ モーターダンパ
Ｐ 還気口
Ｑ 給気口
Ｒ１〜Ｒ５ 室
Ｓ 緩衝空間
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３ 全熱交換器

Claims (3)

1. 室内側のインナーガラスと、室外側のアウターガラスと、前記インナーガラスと前記アウターガラスとの間に緩衝空間を有するダブルスキン構造のダブルスキンユニットであって、
   前記ダブルスキンユニットの室外側の上部に形成された上部開口部と、
   前記ダブルスキンユニットの室外側の下部に形成された下部開口部と、
   を有し、
   前記緩衝空間を介して室内と前記下部開口部とを連通させる第１の流路と、
   前記緩衝空間を介さずに室内と前記上部開口部とを連通させる第２の流路と、
   前記下部開口部に通ずる下部チャンバと前記緩衝空間との間に設けられ、多数の開口を有する開口板と、
   前記第１の流路をなす前記緩衝空間の上部に位置する上部チャンバと、前記緩衝空間との間に設けられ、多数の開口を有する他の開口板とを有し、
   前記各開口板は、前記緩衝空間内の気流速度が均一になるように場所によって開口率が異なっていることを特徴とする、ダブルスキンユニット。
2. 室内側のインナーガラスと、室外側のアウターガラスと、前記インナーガラスと前記アウターガラスとの間に緩衝空間を有するダブルスキン構造のダブルスキンユニットであって、
   前記ダブルスキンユニットの室外側の上部に形成された上部開口部と、
   前記ダブルスキンユニットの室外側の下部に形成された下部開口部と、
   を有し、
   前記緩衝空間を介して室内と前記下部開口部とを連通させる第１の流路と、
   前記緩衝空間を介さずに室内と前記上部開口部とを連通させる第２の流路と、
   有し、
   前記第１の流路をなす前記緩衝空間の上部に上部チャンバが設けられ、
   前記第２の流路をなす上部開口部と、室内側に通ずるダクト接続口との間に、他の上部チャンバが設けられ、
   前記上部チャンバと前記他の上部チャンバとは前記緩衝空間の上側に、前記アウターガラス面と平行な方向に配置され、
   前記上部開口部と前記下部開口部は、前記アウターガラスと同一平面上に設けられ、
   前記上部チャンバと前記他の上部チャンバとは、前記アウターガラス面に対して直角方向に重ならないように配置され、
   ていることを特徴とする、ダブルスキンユニット。
3. 請求項１または２のいずれか一項に記載のダブルスキンユニットを複数用いた空調システムであって、
   複数の前記ダブルスキンユニットを、建物の同じ方位に設置し、
   暖房運転時は、
   負荷の少ない室から外気を取り入れ、当該室の日射量が多い場合は前記緩衝空間を経由して外気を取り入れるとともに、
   負荷の多い室からは前記暖房運転によって昇温している室内空気を、前記緩衝空間を経由して排気し、
   冷房運転時は、
   負荷の少ない室から外気を取り入れるとともに、負荷の多い室からは前記冷房運転によって降温している室内空気を、前記緩衝空間を経由して排気することを特徴とする、空調システム。

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