説明

空調システム

【課題】室内空間S1の冷暖房を行うシステムにおいて、放射冷暖房の立ち上がりの悪さを改善すると共に、除湿能力の向上及び室内空間S1の気流感の向上を図る。
【解決手段】天井裏空間S2と、天井裏空間S2に連通する壁裏空間S3と、天井裏空間S2及び室内空間S1の空気を取り込んで天井裏空間S2及び壁裏空間S3へ冷却空気又は加温空気を供給する空調機4と、壁材3の上部又は天井材2に設けられ壁裏空間S3を経由して供給された冷却空気を室内空間S1へ噴き出し可能な上部噴き出し口5と、壁材3の下部又は床材に設けられ壁裏空間S3を経由して供給された加温空気を室内空間S1へ噴き出し可能な下部噴き出し口6を備える。空調機4を冷房運転する場合は、上部噴き出し口5を開放すると共に下部噴き出し口6を閉塞し、暖房運転する場合は、下部噴き出し口6を開放すると共に上部噴き出し口5を閉塞する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、天井面からの熱の放射により室内空間の冷暖房を行うと共に、室内空間へ噴き出す空調空気を併用する放射冷暖房システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
室内空間の温湿度環境を快適にするための空調機は、空調空気を室内空間へ噴き出すものが一般的である。このような空気噴流式の空調機によれば、室内空間に気流が発生し、その気流が人体に直接当たることで不快を感じることがある。また、空気の温度と密度との関係により、冷気は下へ暖気は上へ移動する対流によって上下温度分布が発生し、頭熱足寒の環境となりやすい。そこで、不快な気流感や、室内空間の上下温度分布が発生しにくい放射冷暖房システムが注目され、様々な手法が提案されている。
【0003】
従来、放射冷暖房システムとしては、
(1) 天井スラブなどのコンクリート内部に冷温水配管を埋設し、この配管に冷却水あるいは加熱水を供給して、天井面からの放射により室内空間の冷暖房を行う手法
(2) 天井又は床に通気性のあるパネルを取り付けて、このパネルに配設したむきだしの冷温水配管に冷却水あるいは加熱水を供給することにより室内空間の冷暖房を行う手法
(3) 天井裏空間を密閉空間とし、この天井裏空間に空気調和機からの冷却空気又は加温空気を供給して、天井面からの放射により室内空間の冷暖房を行う手法(下記の特許文献1参照)
が知られている。
【0004】
ところが、上記(1)の従来技術によれば、天井スラブなどのコンクリート内部にいったん埋設した配管は容易に取り出すことができないため、メンテナンスが不可能であり、建物の施工主になかなか受け入れてもらえない。しかも、夏季に重要な湿度制御(除湿)機能がないため、別途、湿度制御機器が必要になる問題があり、さらに、天井スラブなどのコンクリートの熱容量が大きいため、冷暖房の立ち上がりが悪く、快適な空間となるのに長時間を要する問題がある。
【0005】
また、上記(2)の従来技術によれば、容易に冷温水配管のメンテナンスはできるが、冷房時、冷えた配管に空気が触れることによって結露してしまうため、結露水を処理するドレンパンやドレン配管が必要となり、また、頭寒足熱となる快適空間を提供するためには、冷房用の配管を天井に配設し、暖房用の配管を床に配設する必要があるため、コストが高くなる問題がある。しかも(1)の従来技術と同様、湿度制御機能がないため、別途、湿度制御機器が必要になるものであった。
【0006】
また、上記(3)の従来技術も湿度制御機能がなく、あるいは除湿能力が一般的な室内対流による空調方式より劣るため、別途、湿度制御機器が必要になる問題があり、しかも天井裏空間がある程度加熱あるいは冷却されないと、天井面から室内空間への放射が行われないため冷暖房の立ち上がりが悪く、室内空間が快適な空間となるのに長時間を要していた。そしてこの技術によれば、夏季には天井面からの冷熱放射によって、室内空間は頭寒足熱の快適環境とすることができるが、暖房期は、冷房期とは逆の頭熱足寒となってしまうので、年間を通して快適な空間を提供することは困難であり、室内空間で発生した水分を透湿性のある天井材を用いて天井裏空間へ透過させることによって除湿効果を期待しているが、一般的な室内対流による空調方式に比較して、除湿能力が大きく劣る懸念があった。
【0007】
また、上記(1)〜(3)の従来技術はいずれも、ある程度の気流感を好む人にとって最適な空調システムとは言えないものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平05−149586号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、冷熱又は温熱の放射による室内空間の冷暖房を行うシステムにおいて、天井面からの放射による冷暖房の立ち上がりの悪さを改善すると共に、除湿能力の向上及び室内空間の気流感の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項1の発明に係る放射冷暖房システムは、天井材の裏側に画成された天井裏空間と、壁材の裏側に画成され前記天井裏空間に連通する壁裏空間と、天井裏空間及び室内空間の空気を取り込んで前記天井裏空間及び壁裏空間へ冷却空気又は加温空気を供給する空調機と、前記壁材の上部又は前記天井材に開閉可能に設けられ前記壁裏空間を経由して供給された冷却空気を前記室内空間へ噴き出し可能な上部噴き出し口と、前記壁材の下部又は床材に開閉可能に設けられ前記壁裏空間を経由して供給された加温空気を前記室内空間へ噴き出し可能な下部噴き出し口を備えることを特徴とするものである。
【0011】
このように構成すれば、空調機を駆動させると、天井裏空間及びこれに連通した壁裏空間へ冷却空気又は加温空気が供給されるので、それによる冷熱又は温熱が天井材及び壁材を介して室内空間へ放射されることによって、放射冷暖房が行われる。
【0012】
そして冷房の場合は、壁材の上部又は天井材に開設された上部噴き出し口を開放すると共に壁材の下部又は床材に開設された下部噴き出し口を閉塞することによって、空調機による冷却空気が上部噴き出し口を通じて室内空間の上部へ流入するので、天井からの冷熱放射による放射冷房の立ち上がりが補われると共に、頭寒足熱となる温度分布による快適な環境が創出される。しかも室内空間の温暖湿潤空気が空調機に取り込まれて冷却される過程で、空気中の水蒸気が潜熱と共に除去され、乾燥冷却された空気が前記上部噴き出し口を通じて室内空間へ供給されるので、室内空間の潜熱負荷も減少する。
【0013】
また、暖房の場合は、逆に上部噴き出し口を閉塞すると共に下部噴き出し口を開放することによって、空調機による加温空気が壁裏空間及び下部噴き出し口を通じて室内空間の下部へ流入するので、天井からの温熱放射による放射暖房の立ち上がりが補われると共に、頭熱足寒となる不快な温度分布が解消されて快適な環境が創出される。
【0014】
請求項2の発明に係る放射冷暖房システムは、請求項1に記載の構成において、上部噴き出し口及び下部噴き出し口が、風量調整可能であることを特徴とするものである。
【0015】
このように構成すれば、上部噴き出し口から室内空間へ噴き出す冷却空気の風量及び下部噴き出し口から室内空間へ噴き出す加温空気の風量が任意に調整可能であると共に、この風量調整によって、天井裏空間から空調機へ直接取り込まれる空気と、室内空間から空調機へ取り込まれる空気の割合が変化するので、天井材及び壁材を介して室内空間へ放射されることによる放射冷暖房効果と、冷却空気又は加温空気の噴き出しによる室内対流による冷暖房効果のバランスや、室内空間の気流感を適宜に調整することができる。
【0016】
請求項3の発明に係る放射冷暖房システムは、請求項1又は2に記載の構成において、空調機の吐気口が天井裏空間に旋回流を形成するように設けられたことを特徴とするものである。
【0017】
このように構成すれば、天井材に温度ムラができにくくなるので、室内空間への放射の均一化を図ることができる。
【0018】
請求項4の発明に係る放射冷暖房システムは、請求項1〜3のいずれかに記載の構成において、天井材が水蒸気の通過を許容する透湿性及び水蒸気を吸収する吸湿性に優れた多孔質材料からなることを特徴とするものである。
【0019】
このように構成すれば、室内空間の水蒸気が天井材に吸収されると共に、天井裏空間へ透過し、空調機により除湿されるので、室内空間の潜熱負荷が有効に緩和される。
【0020】
請求項5の発明に係る放射冷暖房システムは、請求項1〜4のいずれかに記載の構成において、天井裏空間を包囲する躯体が断熱材によって適度に断熱されたことを特徴とするものである。
【0021】
このように構成すれば、天井裏空間及びこれに連通した壁裏空間内の空気を効率良く冷却又は加熱して、放射による冷暖房の立ち上がりを一層向上することができると共に、冷却による結露の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【0022】
本発明に係る放射冷暖房システムによれば、空調機の駆動によって天井裏空間及びこれに連通した壁裏空間へ冷却空気又は加温空気が供給され、その熱が天井材及び壁材を介して室内空間へ放射されることによる放射冷暖房効果に加え、天井裏空間及びこれに連通した壁裏空間内の冷却空気又は加温空気が室内空間へ噴き出されることによる室内対流冷暖房効果によって、放射冷暖房の立ち上がりが補われて改善され、冷房時には室内空間の湿潤空気が空調機に取り込まれる一方、乾燥・冷却空気が室内空間へ噴き出されるので適度な除湿環境が確保され、室内空間の気流感の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明に係る放射冷暖房システムの好ましい実施の形態を示す概略構成説明図である。
【図2】本発明に係る放射冷暖房システムの好ましい実施の形態における空調機と天井裏空間の気流の状況を示す平面図である。
【図3】本発明に係る放射冷暖房システムの好ましい実施の形態における冷房時の状況を示す説明図である。
【図4】本発明に係る放射冷暖房システムの好ましい実施の形態における暖房時の状況を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明に係る放射冷暖房システムの好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0025】
まず図1において、参照符号1は鉄骨・鉄筋コンクリート造りの建築物の躯体であって、11は躯体スラブ、12は躯体側壁である。躯体スラブ11の下側には不図示の吊りボルトや格子状に組まれた天井下地材などを介して天井材2が取り付けられており、躯体側壁12には、不図示の間柱状のスペーサを介して壁装パネル3が取り付けられており、これら天井材2及び壁装パネル3によって、室内空間S1が形成されている。なお、壁装パネル3は請求項1に記載された壁材に相当する。
【0026】
天井材2は、水蒸気の通過を許容する透湿性及び水蒸気を吸収する吸湿性に優れた多孔質材料からなるものであって、例えば石膏ボードからなるものが好適に用いられる。一方、壁装パネル3も石膏ボード等からなるものであって、その表面には不図示のクロス壁紙などの装飾材が貼着されている。
【0027】
天井材2の裏側、すなわち天井材2と躯体スラブ11の間には天井裏空間S2が画成されており、壁装パネル3の裏側、すなわち壁装パネル3と躯体側壁12の間には壁裏空間S3が画成されており、この壁裏空間S3の上部は、天井裏空間S2に連通している。なお、躯体スラブ11の下面又は上面と、躯体側壁12の内側面には、それぞれ断熱材13が取り付けられており、この断熱材13によって、天井裏空間S2及び壁裏空間S3が適度に断熱されている。
【0028】
参照符号4はダクト式の空調機で、図2に示すように、天井裏空間S2に設置された室内機41と、躯体1の外部に設置された室外機42を備え、室内機41と室外機42の間で、流体を液相−気相の可逆変化を伴いながら循環させることによって、室内機41から室外機42へ熱を搬送し(冷房)、あるいは室外機42から室内機41へ熱を搬送する(暖房)ヒートポンプ機能を奏するものである。
【0029】
空調機4の室内機41は、その吸気口41aが天井材2に開設された開口部21の近傍にあって、天井裏空間S2内の空気と室内空間S1内の空気の双方を取り込むようになっている。また、室内機41からは空調空気を吐出する複数のダクト43が延びており、天井裏空間S2に顕著な旋回流を生じるように、各ダクト43の吐気口43aが、例えば躯体側壁12の異なる面の近傍で各面と略平行となる方向を向いている。
【0030】
壁装パネル3の上部には、開閉可能な上部噴き出し口5が一カ所以上に開設されており、壁装パネル3の下部には、開閉可能な下部噴き出し口6が一カ所以上に開設されている。これら上部噴き出し口5及び下部噴き出し口6は、例えば開閉及び風量調節可能なダンパーを有する空調用レジスターからなるものとすることができる。
【0031】
また、上部噴き出し口5及び下部噴き出し口6は、開閉及び風量調節可能なダンパーが空調機4に内蔵された制御装置からの信号によって駆動が制御されるアクチュエータによって動作するものであっても良い。すなわちこの場合、上部噴き出し口5及び下部噴き出し口6の動作は、例えば室内の任意の箇所に設置されたリモコン装置7からの操作信号によって、前記制御装置を介して空調機4の駆動と共に制御されるものであり、例えば冷房運転においては、上部噴き出し口5が開放されてその開度が適宜に制御されると共に下部噴き出し口6が閉塞され、暖房運転においては、逆に上部噴き出し口5が閉塞されると共に下部噴き出し口6が開放されてその開度が適宜に制御されるようにすることができる。
【0032】
以上のように構成された実施の形態の放射冷房システムによれば、夏季の冷房においては、例えばユーザーがリモコン装置7を操作することによって空調機4を冷房運転させると、図3に示すように、まず天井裏空間S2及びこれに連通した壁裏空間S3へ冷却空気CAが供給され、すなわち天井裏空間S2及び壁裏空間S3の空気が冷却される。躯体スラブ11の下面又は上面と、躯体側壁12の内側面には、それぞれ断熱材13(図1参照)が取り付けられているため、天井裏空間S2及び壁裏空間S3の空気の冷却が効率良く行われると共に、上階の床面などに結露が発生するのを有効に防止することができる。
【0033】
そして、天井裏空間S2及び壁裏空間S3内の温度が低下して行くにつれて、天井裏空間S2及び壁裏空間S3内の冷却空気CAとの熱交換によって天井材2及び壁装パネル3も冷却されるので、この天井材2及び壁装パネル3から室内空間S1への冷熱放射CRによって放射冷房が行われる。言い換えれば、室内空間S1の顕熱が天井材2及び壁装パネル3から天井裏空間S2及び壁裏空間S3を介して空調機4に取り込まれ、そのヒートポンプ機能により躯体1の外部へ放出される。
【0034】
ここで、図3に示すように、壁装パネル3の上部に開設された上部噴き出し口5を開放すると共に壁装パネル3の下部に開設された下部噴き出し口6を閉塞することによって、空調機4により冷却された天井裏空間S2内の冷却空気CAが上部噴き出し口5を通じて室内空間S1の上部へ流入するので、天井材2及び壁装パネル3からの冷熱放射CRによる室内空間S1の放射冷房の立ち上がりの悪さが改善されると共に、この冷熱放射CRと上部噴き出し口5から流入する冷却空気CAとの協働によって、図3に温度分布を濃淡で示すように(濃いほど低温)、頭熱足寒となるような不快な温度分布が解消される。なお、このような上部噴き出し口5及び下部噴き出し口6の開閉動作は、先に説明したように、例えばリモコン装置7からの操作信号によって、空調機4の運転と共に制御されるものとすることができる。
【0035】
一方、室内空間S1内の温暖湿潤空気のもつ潜熱は、空気中の水蒸気と共に、透湿性に優れた多孔質の天井材2を天井裏空間S2内へ透過し、空調機4の室内機41に取り込まれる。また、天井材2は吸湿性も有するため、室内空間S1内の空気のもつ潜熱(水蒸気)の一部は、この天井材2にも吸収される。すなわち、室内空間S1から天井材2への吸湿量と、天井材2から天井裏空間S2内への放湿量の差が、天井材2への蓄湿量となる。また、室内機41の吸気口41aに取り込まれる空気には、室内空間S1から天井材2の開口部21を通じて取り込まれるものも含まれる。
【0036】
そして、天井裏空間S2内の空気及び室内空間S1内の空気が空調機4の室内機41に取り込まれて冷却される際には、空気に含まれる水蒸気が飽和して凝縮され、図2に示すようにドレン水DWとなって躯体1の外部へ排出されるので、ダクト43を介して天井裏空間S2へ噴出する冷却空気CAは相対湿度が低いものとなっている。このため天井材2に吸収された水蒸気が天井裏空間S2に効率良く放出(放湿)され、その後、室内機41内に取り込まれて凝縮され、ドレン水DWとして除去されることになる。このとき、室内機41内の熱交換器で水蒸気が液化する際の潜熱は、空調機4のヒートポンプ機構により室外機42に運ばれ、室外機42内の熱交換器から躯体1の外部へ放出される。すなわちこのような過程で室内空間S1内の水蒸気が除去されると共に、天井裏空間S2内の相対湿度の低い冷却空気CAが壁装パネル3の上部噴き出し口5から室内空間S1へ流入するため、室内空間S1の潜熱負荷も減少する。
【0037】
また、図2に示すように空調機4の複数のダクト43の吐気口43aによって、天井裏空間S2に旋回流が形成されるため、天井裏空間S2の温度分布が一様になり、天井材2に温度ムラができにくくなるので、天井材2から室内空間S1への冷熱放射CRの均一化を図ることができる。
【0038】
また、上部噴き出し口5の開度を調整することによって、この上部噴き出し口5から室内空間S1への冷却空気CAの風量を調整することで、室内空間S1における気流感を適宜に調整することができると共に、この風量調整に対応して、室内空間S1から天井材2の開口部21を通じて空調機4の室内機41の吸気口41aへ取り込まれる空気の割合も変化するので、天井材2及び壁装パネル3から室内空間S1への冷熱放射CRによる放射冷房効果と、上部噴き出し口5からの冷却空気CAの噴き出しによる室内対流による冷房効果のバランスを適切に調整することができる。
【0039】
次に、冬季の暖房においては、例えばユーザーがリモコン装置7を操作することによって空調機4を暖房運転させると、図4に示すように、まず天井裏空間S2及びこれに連通した壁裏空間S3へ加温空気WAが供給され、すなわち天井裏空間S2及び壁裏空間S3の空気が加温される。躯体スラブ11の下面又は上面と、躯体側壁12の内側面には、それぞれ断熱材13(図1参照)が取り付けられているため、天井裏空間S2及び壁裏空間S3の空気の加温が効率良く行われる。
【0040】
そして、天井裏空間S2及び壁裏空間S3内の温度が上昇して行くにつれて、天井裏空間S2及び壁裏空間S3内の加温空気WAとの熱交換によって天井材2及び壁装パネル3も加温されるので、この天井材2及び壁装パネル3から室内空間S1への温熱放射WRによって放射暖房が行われる。
【0041】
ここで、図4に示すように、壁装パネル3の下部に開設された下部噴き出し口6を開放すると共に壁装パネル3の上部に開設された上部噴き出し口5を閉塞することによって、空調機4により加温された天井裏空間S2内の加温空気WAが壁裏空間S3及び下部噴き出し口6を通じて室内空間S1の下部へ流入するので、天井材2及び壁装パネル3からの温熱放射WRによる室内空間S1の放射暖房の立ち上がりの悪さが改善されると共に、この温熱放射WRと下部噴き出し口6から流入する加温空気WAとの協働によって、図4に温度分布を濃淡で示すように(濃いほど高温)、頭熱足寒となるような不快な温度分布が解消される。なお、下部噴き出し口6から室内空間S1の下部へ流入した加温空気WAは、図中に破線矢印で示すように床に沿って減速しながら比重差によって上昇しながら撹拌され、やがて天井材2の開口部21から空調機4の室内機41の吸気口41aへ取り込まれることになる。
【0042】
また、図2に示すように空調機4の複数のダクト43の吐気口43aによって、天井裏空間S2に旋回流が形成されるため、天井裏空間S2の温度分布が一様になり、天井材2に温度ムラができにくくなるので、天井材2から室内空間S1への温熱放射WRの均一化を図ることができる。
【0043】
また、下部噴き出し口6の開度を調整することによって、この下部噴き出し口6から室内空間S1への加温空気WAの風量を調整することで、室内空間S1における気流感を適宜に調整することができると共に、この風量調整に対応して、室内空間S1から天井材2の開口部21を通じて空調機4の室内機41の吸気口41aへ取り込まれる空気の割合も変化するので、天井材2及び壁装パネル3から室内空間S1への温熱放射WRによる放射暖房効果と、下部噴き出し口6からの加温空気WAの噴き出しによる室内対流による暖房効果のバランスを適切に調整することができる。
【0044】
なお、室内空間S1を放射冷暖房の環境とするには、室内空間S1の温度と天井材2の表面温度の温度差をある程度保つ必要があるため、天井材2は、熱抵抗が0.2m2・K/W以下のものを用い、上部噴き出し口5又は下部噴き出し口6から室内空間S1へ流入させる風量を、床面積当たり0.01m3/s以下とすることが好ましい。
【0045】
また、上述した実施の形態では、上部噴き出し口5を壁装パネル3の上部に開設し、下部噴き出し口6を壁装パネル3の下部に開設したが、上部噴き出し口5は天井材2に開設しても良く、下部噴き出し口6は、躯体スラブ11の上に設置した不図示の床材に開設して、空調機4により加温された天井裏空間S2内の加温空気WAが壁裏空間S3を介して前記躯体スラブ11と床材の間の不図示の床下隙間へ導入され、そこから床材の下部噴き出し口を通じて室内空間S1の下部へ噴き出されるようにしても良い。
【符号の説明】
【0046】
1 躯体
11 躯体スラブ
12 躯体側壁
13 断熱材
2 天井材
21 開口部
3 壁装パネル(壁材)
4 空調機
41 室内機
42 室外機
43 ダクト
43a 吐気口
5 上部噴き出し口
6 下部噴き出し口
7 リモコン装置
S1 室内空間
S2 天井裏空間
S3 壁裏空間

【特許請求の範囲】
【請求項1】
天井材の裏側に画成された天井裏空間と、壁材の裏側に画成され前記天井裏空間に連通する壁裏空間と、天井裏空間及び室内空間の空気を取り込んで前記天井裏空間及び壁裏空間へ冷却空気又は加温空気を供給する空調機と、前記壁材の上部又は前記天井材に開閉可能に設けられ前記壁裏空間を経由して供給された冷却空気を前記室内空間へ噴き出し可能な上部噴き出し口と、前記壁材の下部又は床材に開閉可能に設けられ前記壁裏空間を経由して供給された加温空気を前記室内空間へ噴き出し可能な下部噴き出し口を備えることを特徴とする放射冷暖房システム。
【請求項2】
上部噴き出し口及び下部噴き出し口が、風量調整可能であることを特徴とする請求項1に記載の放射冷暖房システム。
【請求項3】
空調機の吐気口が天井裏空間に旋回流を形成するように設けられたことを特徴とする請求項1又は2に記載の放射冷暖房システム。
【請求項4】
天井材が水蒸気の通過を許容する透湿性及び水蒸気を吸収する吸湿性に優れた多孔質材料からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の放射冷暖房システム。
【請求項5】
天井裏空間を包囲する躯体が断熱材によって適度に断熱されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の放射冷暖房システム。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate


【公開番号】特開2013−88014(P2013−88014A)
【公開日】平成25年5月13日(2013.5.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−228425(P2011−228425)
【出願日】平成23年10月18日(2011.10.18)
【出願人】(302060926)株式会社フジタ (285)