特開 2024-161742 建物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024161742

(43)【公開日】2024-11-20

(54)【発明の名称】建物

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/76 20060101AFI20241113BHJP

   E04H 1/04 20060101ALI20241113BHJP

   F24D 11/00 20220101ALI20241113BHJP

   F03D 9/35 20160101ALI20241113BHJP

【ＦＩ】

E04B1/76 200A

E04H1/04 C

E04H1/04 Z

E04B1/76 200Z

F24D11/00

F03D9/35

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023076724

(22)【出願日】2023-05-08

(71)【出願人】

【識別番号】000174943

【氏名又は名称】三井住友建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 隆一

(72)【発明者】

【氏名】松崎 真豊

【テーマコード（参考）】

2E001

3H178

3L071

【Ｆターム（参考）】

2E001DD15

2E001DD17

2E001DD18

2E001FA24

2E001FA35

2E001NA07

2E001ND01

3H178AA03

3H178AA22

3H178AA43

3H178BB31

3H178CC01

3H178CC21

3H178DD26Z

3H178DD67Z

3H178DD70X

3L071CC04

3L071CE04

(57)【要約】

【課題】新たな手段によって創エネルギー化を進めることが可能な建物を提供する。
【解決手段】建物１は、ダクト部１１と、ダクト部１１に設けられた風力発電装置２１と、を有している。ダクト部１１は建物１と一体化されている。ダクト部１１は、上下方向に延びる縦シャフト部１２と、縦シャフト部１２の下部と連通する給気部１４と、縦シャフト部１２の頂部に設けられた排気部１５と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ダクト部と、前記ダクト部に設けられた風力発電装置と、を有する建物であって、
前記ダクト部は前記建物と一体化され、
前記ダクト部は、上下方向に延びる縦シャフト部と、前記縦シャフト部の下部と連通する給気部と、前記縦シャフト部の頂部に設けられた排気部と、を有する建物。

【請求項2】

前記ダクト部の下部に熱を供給する熱源を有する、請求項１に記載の建物。

【請求項3】

前記熱源は、前記建物の外壁を構成する透光パネルと前記建物の躯体とで囲まれる集熱空間を含み、前記集熱空間は前記給気部を有する、請求項２に記載の建物。

【請求項4】

前記集熱空間を前記縦シャフト部に接続する横シャフト部を有する、請求項３に記載の建物。

【請求項5】

前記集熱空間は蓄熱材を収容している、請求項３に記載の建物。

【請求項6】

前記熱源は蓄熱材を含む、請求項２に記載の建物。

【請求項7】

前記熱源は空調機の室外機を含み、前記室外機は前記建物の内部の前記ダクト部と連通した空間に設置されている、請求項２に記載の建物。

【請求項8】

前記熱源は前記建物の外部に設置された集熱パネルを含み、
前記集熱パネルに接続され、前記集熱パネルで加温された媒体が循環する循環配管を有し、前記循環配管は前記ダクト部の下部を通る、請求項２に記載の建物。

【請求項9】

前記熱源は汚水槽を含み、
前記汚水槽と熱交換し前記ダクト部の下部を通る循環配管を有する、請求項２に記載の建物。

【請求項10】

前記熱源は汚水槽を含み、前記汚水槽は前記建物の内部の前記ダクト部と連通した空間に設置されている、請求項２に記載の建物。

【請求項11】

前記熱源は汚水槽に汚水を供給する汚水配管を含み、
前記汚水配管と熱交換し前記ダクト部の下部を通る循環配管を有する、請求項２に記載の建物。

【請求項12】

前記建物の地上高は６０ｍ以上である、請求項１から１１のいずれか１項に記載の建物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は建物に関する。

【背景技術】

【0002】

集合住宅などの建物では、近年省エネルギー化を推進するための様々な取り組みが行われている。特許文献１には、複数の住戸が界壁によって区切られ、界壁の断熱性能が建物の外皮の断熱性能よりも低い集合住宅が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－５０４１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されたように、建物の躯体の断熱性能を適切に設定することにより建物の省エネルギー化を進める方法は一般的に行われている。一方、今後は省エネルギーのみならず創エネルギーの取り組みが望まれている。現状では創エネルギーの大半は太陽光発電によって行われているが、建物の特性を生かした創エネルギーが可能であれば未利用エネルギーのさらなる利用につながる。

【0005】

本発明は、新たな手段によって創エネルギー化を進めることが可能な建物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】

【0006】

本発明の建物は、ダクト部と、ダクト部に設けられた風力発電装置と、を有している。ダクト部は建物と一体化されている。ダクト部は、上下方向に延びる縦シャフト部と、縦シャフト部の下部と連通する給気部と、縦シャフト部の頂部に設けられた排気部と、を有する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、新たな手段によって創エネルギー化を進めることが可能な建物を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係る集合住宅の概念的な断面図である。

【図2】図１に示す集合住宅の概念的な平面図である。

【図3】他の実施形態に係る集合住宅の概念的な平面図である。

【図4】煙突効果の原理を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図面を参照して本発明の建物の実施形態について説明する。本実施形態の建物は集合住宅であるが、建物の用途は限定されず、オフィスビル、ホテル、病院等であってもよい。図１は本発明の一実施形態に係る集合住宅の概念的な断面図である。図２（ａ）と図２（ｂ）はそれぞれ、図１のＡ－Ａ線とＢ－Ｂ線における集合住宅の概念的な平面図である。以下の実施形態の説明では、集合住宅と建物を同じ意味で用いる。

【0010】

集合住宅１はセンターコア２を有する高層集合住宅である。センターコア２には階段３やエレベータ４などが設置されている。センターコア２の周囲に共用廊下５が設けられ、共用廊下５と建物外壁７との間は住戸スペース６となっている。センターコア２の大きさによっては、センターコア２の一部をタワーパーキング設備として用いることもできる。集合住宅１は集合住宅１と一体化されたダクト部１１を有している。ダクト部１１は住戸スペース６、共用廊下５、エレベータホール（図示せず）、エントランスホール（図示せず）など人が通常出入りする空間から壁によって隔離されている。ダクト部１１は建物の鉄筋コンクリートの躯体で構成されているため、ダクト部１１を形成するための部材を設ける必要は無い。但し、ダクト部１１を鋼板などで形成することも可能であり、この場合圧力損失の低下により、ダクト部１１の内部の気流の流速を高めることができる。また、ダクト部１１は軽量気泡コンクリート（ＡＬＣ）、押出成形セメント板（ＥＳＰ）等で形成することもできる。

【0011】

ダクト部１１は、センターコア２を上下方向に延びる縦シャフト部１２と、縦シャフト部１２に接続された横シャフト部１３と、を有している。横シャフト部１３は縦シャフト部１２の底部に接続されている。縦シャフト部１２は集合住宅１の地上部のほぼ全高に渡って延びている。縦シャフト部１２は建物の屋根１６まで延びて、屋根１６に建物の外部と連通する上部開口１５を有している。すなわち、上部開口１５は縦シャフト部１２の頂部に設けられている。縦シャフト部１２は全体として上下に延びていればよく、一部で屈曲していてもよい。

【0012】

横シャフト部１３は建物の低層階を水平に延びて、後述する集熱空間３１に接続されている。横シャフト部１３は建物外壁７と直交する向きで直線状に延びているが、水平面内で屈曲していてもよい。集熱空間３１は建物外壁７に沿って設けられている。集熱空間３１は建物の外部と連通する下部開口１４を有している。後述するように集熱空間３１の設置は任意であり、横シャフト部１３に下部開口１４を設置することもできる。図２（ａ）に示すように、共用廊下５が横シャフト部１３で分断されるため、横シャフト部１３が設けられるフロアは共用設備エリア８とすることが好ましい。

【0013】

ダクト部１１はセンターコア２を有していない集合住宅１にも設置することができる。図３は板状の集合住宅１の平面図であり、図２（ａ）と同じ高さレベルの平面図を示している。縦シャフト部１２は建物の角部に配置されているが、縦シャフト部１２の位置は何ら限定されない。板状の集合住宅１では、図３のように集熱空間３１と縦シャフト部１２を隣接配置することで横シャフト部１３を省略することができ、横シャフト部１３を設ける場合でも小規模のものでよい。すなわち、下部開口１４が縦シャフト部１２の下部、好ましくは底部と連通している限り、横シャフト部１３は集合住宅１の基本構造やレイアウトに応じて任意に設置可能である。

【0014】

上部開口１５は建物の屋根１６に設けられているため、縦シャフト部１２の内部の空気は上空の気流による吸い込み効果（上部開口１５の近傍が縦シャフト部１２の内部に対して負圧となる効果）によって、上部開口１５から吸い出される。空気は下部開口１４から集熱空間３１に導入され、横シャフト部１３を通って縦シャフト部１２に入り、縦シャフト部１２を上方に流れて、上部開口１５から排出される。こうして、縦シャフト部１２には図１に示すように上昇気流Ａ１が発生し、横シャフト部１３には縦シャフト部１２に向かう水平気流Ａ２が発生する。下部開口１４はダクト部１１の給気部として機能し、上部開口１５はダクト部１１の排気部として機能する。以下の説明では、下部開口１４を給気部１４といい、上部開口１５を排気部１５という。

【0015】

ダクト部１１に風力発電装置２１が設けられている。風力発電装置２１は風車２２と、風車２２に同軸で連結された発電機２３と、を有し、ダクト部１１を流れる気流から電気エネルギーを発生する。風力発電装置２１は横シャフト部１３に設けられているが、縦シャフト部１２に設けることもできる。電気エネルギーは集合住宅１の共用部の照明や空調、エレベータ４の動力などに用いられる。余剰の電力は集合住宅１の住戸で使用してもよいし、外部への売電に用いることもできる。図示は省略するが、発電した電力を貯蔵するためのバッテリーを設けてもよい。

【0016】

本実施形態では、ダクト部１１の下部に熱を供給する様々な熱源３０が設けられている。これらの熱源３０は適宜組み合わせて用いることができ、以下に説明する様々な熱源３０の一部だけを採用することも可能である。ダクト部１１の下部に熱を供給することで、ダクト部１１の下部にある空気が加温され、いわゆる煙突効果によって縦シャフト部１２の上昇気流が促進される。熱源３０は必須ではないものの、熱源３０を用いることでダクト部１１の内部の気流の流速が増加し、発電量の増加が可能となる。

【0017】

図４は煙突効果を説明するための模式図である。煙突効果は以下の式で表すことができる。
ΔＰ＝Ｐｏ－Ｐｉ＝Ｃ・ｈ（１／Ｔｏ－１／Ｔｉ） （式１）
ここで、
ΔＰ：給気部１４の高さにおける煙突内外の圧力差
Ｐｏ：給気部１４の高さにおける煙突外の圧力
Ｐｉ：給気部１４の高さにおける煙突内の圧力
Ｃ：定数
ｈ：煙突１００の高さ（給気部１４と排気部１５の高低差）
Ｔｏ：外気温度（絶対温度）
Ｔｉ： 煙突内平均温度（絶対温度）
但し、Ｐｏ＞Ｐｉ、Ｔｉ＞Ｔｏ
ΔＰは煙突内に導入される空気の駆動力であり、ΔＰが大きいほど煙突内の流速が増加する。発電量を増やすためにはΔＰを増やすことが有効である。ΔＰを大きくするためにはｈ及び／またはＴｉを増やすことが有効である。

【0018】

従って、縦シャフト部１２の高さはできるだけ高いことが有利である。集合住宅１の地上高は６０ｍ以上あることが好ましく、１００ｍ以上あることがより好ましい。縦シャフトは集合住宅１の地上Ｇ付近から屋根１６まで延びていることが好ましい。給気部１４の設置階は限定されないが、本実施形態では給気部１４を地上２階に設置している。Ｔｉを増やすためには、ダクト部１１の内部の空気を何らかの方法で加温することが有効である。特に、ダクト部１１の下部の空気を熱源３０で加温することで、ダクト部１１の内部の空気の温度が全体的に上昇し、Ｔｉを効果的に増やすことができる。以下、様々な熱源３０についてさらに詳細に説明する。

【0019】

熱源３０の一つは建物外壁７沿いに設置された集熱空間３１である。集熱空間３１は、太陽光Ｒを透過させる透光パネル３２と建物の躯体９とで囲まれた空間である。透光パネル３２は建物外壁７の一部を構成し、ガラス、アクリルなどで形成することができる。集熱空間３１は給気部１４を有している。給気部１４は建物外壁７に設けられた開口であり、例えばルーバーや外壁に設けた多数の貫通孔で構成することができる。集熱空間３１は太陽光Ｒによって加温される。給気部１４から集熱空間３１に流入した外気の温度は集熱空間３１で上昇し、外気は集熱空間３１の内部を上昇し横シャフト部１３に導入される。外気の加温効果を高めるため、給気部１４は集熱空間３１の下部に設けられ、横シャフト部１３は集熱空間３１の上部と接続されている。これによって、集熱空間３１のほぼ全域で上昇気流が発生する。

【0020】

集熱空間３１は太陽光の熱エネルギーを集めるための空間であるので、南向きに設置することが好ましく、透光パネル３２の下部が上部より外側に張り出すように斜め上向きに設置してもよい。集熱効果は若干低下するが、透光パネル３２と対向する建物の躯体９を透光パネル３２と同様の透明な材料で形成することもできる。この場合、集熱空間３１は一種の二重窓のような構成となるため、集熱空間３１越しに外部を見ることができる。このため、集熱空間３１に面した空間の開放性が高められる。

【0021】

集熱空間３１は蓄熱材３３を収容している。蓄熱材３３の例として、物質が相変化する際の潜熱を利用した潜熱蓄熱材が挙げられる。潜熱蓄熱材は常温付近で相変化する化学物質を外装材に充填したもので、周囲温度が高いときは周囲の熱を吸収して融解し、周囲温度が低いときは凝固して周囲に熱（潜熱）を放出する。シート状に形成した蓄熱材３３を例えば、建物内部の透光パネル３２と対向する躯体９に取り付けることで、太陽エネルギーを効率的に蓄熱することができる。日中に蓄熱された熱エネルギーが夜間に放出されるので、集熱空間３１は一日を通して熱源３０として機能することが可能となる。

【0022】

熱源３０の他の例は空調機３４の室外機３６である。室外機３６は建物の共用部（エントランスホール等）の空調に用いられる空調機３４の一部であり、空調機３４の本体（室内機３５）は室外機３６から隔離されたエリアに設置されている。室外機３６はダクト部１１と連通した室外機設置空間１７に設置されている。室外機３６から排出される排気は室外機設置空間１７とダクト部１１を結ぶ連絡ダクト１８を通ってダクト部１１に供給される。室外機設置空間１７には建物外壁７に設けられた空気導入口４３を通って外気が導入される。排気は空調機３４を冷房として使用する際は周囲の大気よりも加温されているため、熱源３０として利用できる。これに対して、排気は空調機３４を暖房として利用する際は周囲の大気より低温であるため、熱源３０として利用するのが困難な場合がある。このように室外機３６の排気は、熱源３０としての利用価値が季節によって大きく変動し、場合によっては縦シャフト部１２の煙突効果に負の影響をもたらすこともある。このため、連絡ダクト１８にダンパ３７を設置し、季節によって開閉することが好ましい。空調機３４の冷房運転時または除湿運転時にダンパ３７を開き、暖房運転時にダンパ３７を閉じるよう自動制御することもできる。

【0023】

熱源３０の他の例は集熱パネル３８である。集熱パネル３８は建物の外部、例えば屋上（屋根１６）に設置されるが、建物外壁７に設置することもできる。集熱パネル３８は水などの媒体が流通するパイプ（図示せず）を内蔵しており、太陽光によってパイプの内部の媒体が加温される。集熱パネル３８の一例は温水パネルである。図１の右側に示す集熱パネル３８には、集熱パネル３８で加温された媒体が循環する第１の循環配管Ｌ１が接続されている。第１の循環配管Ｌ１には媒体を循環させるための循環ポンプＰ１が設置されている。第１の循環配管Ｌ１はコアスペース２を上下方向に延び、下端部がダクト部１１を通る。すなわち、第１の循環配管Ｌ１の一部はダクト部１１の内部に露出しており、ダクト部１１の内部の露出した部分にはフィンなどの放熱部３９が設けられている。媒体の温度は季節や時間帯によって変動するため、ポンプ動力を節約するため、特定の季節や特定の時間帯だけポンプＰ１を稼働するようにしてもよい。なお、図１におけるポンプＰ１の位置は便宜上のものである。

【0024】

蓄熱材３３は必ずしも集熱空間３１と組み合わせる必要はない。例えば、蓄熱材３３と集熱パネル３８を組わせることができる。図１の左側に示す集熱パネル３８に接続された第１の循環配管Ｌ１は蓄熱材３３の周りに巻き付けられており、第１の循環配管Ｌ１を流通する媒体の熱は蓄熱材３３を加熱し、蓄熱材３３に蓄熱される。日中に蓄熱された熱エネルギーが夜間に放出されるので、集熱パネル３８も集熱空間３１と同様、一日を通して熱源３０として機能することが可能となる。

【0025】

熱源３０の他の例は、一般に集合住宅１の地下階に設けられる汚水槽４０である。汚水槽４０は住戸の浴室やシンクから排出された排水を、汚水配管Ｌ４を通して受け入れる。これらの排水は常温より高温となっていることが多いため、熱源３０としての利用が可能となる。汚水槽４０には第２の循環配管Ｌ２が接続され、第２の循環配管Ｌ２は熱交換器４１を通っている。第２の循環配管Ｌ２には汚水を循環させるための循環ポンプＰ２が設置されている。熱交換器４１には第３の循環配管Ｌ３が接続されている。第３の循環配管Ｌ３には水などの媒体が流通しており、第３の循環配管Ｌ３には媒体を循環させるための循環ポンプＰ３が設置されている。第３の循環配管Ｌ３の一部はダクト部１１を通る。すなわち、第３の循環配管Ｌ３の一部はダクト部１１の内部に露出しており、ダクト部１１の内部の露出した部分にはフィンなどの放熱部４２が設けられている。第３の循環配管Ｌ３は熱交換器４１を介して汚水槽４０の温水と熱交換し汚水槽４０の熱エネルギーを回収する。汚水槽４０で回収される汚水の量は１日の中で変動する可能性がある。例えば、浴室やキッチンの使用頻度の高い夕方から夜間に掛けてより多くの汚水が回収される可能性がある。このため、ポンプ動力を節約するため、特定の時間帯だけポンプＰ２，Ｐ３を稼働するようにしてもよい。

【0026】

汚水槽４０の設置される空間４４がダクト部１１と連通していてもよい。汚水槽４０に供給される排水の熱によって、汚水槽４０の表面から熱が放熱される。この熱によって加温された空間４４内の空気が、空間４４とダクト部１１を結ぶ連絡ダクト４２を通ってダクト部１１に供給される。

【0027】

汚水槽４０に汚水を供給する汚水配管Ｌ４を熱源３０として利用してもよい。第３の循環配管Ｌ３から配管Ｌ５，Ｌ６が分岐し、熱交換器４３に接続されている。配管Ｌ５には媒体を循環させるための循環ポンプＰ４が設置されている。汚水配管Ｌ４は熱交換器４３を通っている。媒体は、汚水配管Ｌ４を通る汚水と熱交換器４３で熱交換することによって加温され、配管Ｌ５，Ｌ３を流れ、ダクト部１１を加温する。ダクト部１１で冷却された媒体の一部は配管Ｌ６を通って熱交換器４３に戻り、熱交換器４３で再び加温される。従って、第３の循環配管Ｌ３の一部と配管Ｌ５，Ｌ６は、汚水配管Ｌ４と熱交換しダクト部１１の下部を通る循環配管を形成する。図示は省略するが、配管Ｌ５，Ｌ６のみでダクト部１１の下部を通る循環配管を形成してもよい。

【符号の説明】

【0028】

１ 集合住宅（建物）
１１ ダクト部
１２ 縦シャフト部
１３ 横シャフト部
１４ 給気部
１５ 排気部
１７ 室外機設置空間
２１ 風力発電装置
３０ 熱源
３１ 集熱空間
３２ 透光パネル
３３ 蓄熱材
３６ 室外機
３８ 集熱パネル
４０ 汚水槽
Ｌ１～Ｌ４ 第１～第４の循環配管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】