JP6224881B2

JP6224881B2 - 放射空調システム

Info

Publication number: JP6224881B2
Application number: JP2012227120A
Authority: JP
Inventors: 勇輝滝澤; 幹冶小野
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2032-10-12
Also published as: JP2014081087A

Description

本発明は、天井面からの熱の放射により居室空間の冷暖房を行う放射空調システムに関するものである。

従来から、室内の温湿度環境を快適にするための空調システムは、室内に空調空気を噴き出す噴流式のものが主流であるが、この種の空調システムでは、室内に気流が発生し、その気流が人体に直接当たることで不快感を生じる。また、温度による空気の比重差に起因して、冷気は下に暖気は上に移動して鉛直温度分布が発生するので、不快な頭熱足寒の環境となりやすい。そこで近年、天井面からの放射熱を利用することによって、不快な気流や室内鉛直温度分布が比較的発生しにくい放射空調システムが注目されている。

図６は、この種の放射空調システムの典型的な従来技術を示すものである。すなわち図６に示す放射空調システムは、単位面積あたりの熱抵抗が０.０１ｍ^２・Ｋ／Ｗ以上０.４ｍ^２・Ｋ／Ｗ以下の天井材１０１を用い、この天井材１０１の裏側に上部及び側部が断熱材１０２によって適切に断熱され密閉された天井裏空間１０４を形成して、この天井裏空間１０４に空気調和機１０３からの冷却空気又は加温空気を供給して、天井材１０１からの熱放射により居室空間１０５の冷暖房を行うものである（下記の特許文献１参照）。

特開平５−１４９５８６号公報

しかしながら、上記従来技術による放射空調システムは、熱放射を天井面のみにすることで温度ムラの解消を図ることができるものではあるが、天井裏空間１０４の高さｈによっては、この天井裏空間１０４内で鉛直温度分布が発生する可能性がある。この場合、天井裏空間１０４内は下方が相対的に比重の大きい低温の空気、上方が相対的に比重の小さい高温の空気となる。このため、夏季の冷房においては、空気調和機１０３からの冷却空気が天井裏空間１０４の下層に分布して天井材１０１と接するので、その冷熱を効率良く使用できるが、冬季の暖房においては、空気調和機１０３からの加温空気が天井裏空間１０４の上層に溜まってしまい、天井材１０１と接しにくいので、加温空気の熱を効率良く使用できず、上階への放熱ロスも多くなる可能性がある。

また、天井材１０１の下面の温度ムラをなくすために、空気調和機１０３から天井裏空間１０４へ供給する空気の流量を多くすることによって天井裏空間１０４全体を空調しようとすると天井裏空間１０４の上層部と下層部の双方で風速が強くなるため、天井裏空間１０４の上層部と上階側との間での対流熱伝達率が大きくなって、上階への放熱ロスも大きくなってしまう。このため、上階への放熱ロスを抑制するには、断熱材１０２を厚くする必要があった。

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、天井裏空間の上下温度差による天井材からの放射空調効率の低下や上階への放熱ロスを抑制し、効率の良い放射空調システムを提供することにある。

上述した技術的課題は、本発明によって有効に解決することができる。
すなわち、請求項１の発明に係る放射空調システムは、居室空間の上側に天井材を介して密閉状に画成された天井裏空間と、この天井裏空間の空気を取り込んで冷却又は加温した空調空気を前記天井裏空間へ供給する空調機と、この空調機から複数本に分岐して延び、前記天井裏空間内で、前記居室空間における熱負荷が相対的に大きい箇所の真上にのみ位置する複数の領域に前記空調空気を導き、下向きに開口する噴き出し口から前記天井材に噴き付けるダクトと、を備えることを特徴とするものである。

請求項１に記載の構成において、空調機は天井裏空間の空気を取り込んで冷却又は加温した空調空気を噴き出すことにより、天井裏空間を冷房又は暖房するもので、この空調空気からの熱伝導により天井材が冷却又は加温され、この天井材からの冷熱放射又は温熱放射によって居室空間が放射冷房又は放射暖房され、居室空間内の熱負荷が処理される。

ここで、空調機による空調空気は、下向きに開口された噴き出し口から天井材へ噴き付けられるため、天井裏空間の高さが比較的高い場合でも、天井材への熱伝導が効率良く行われる。このため、特に冬季の暖房時において、天井裏空間の上下の温度差を緩和し、上階への放熱ロスが抑制される。しかも、空調空気を天井材へ直接噴き付けることによって、天井裏空間の上層部と上階側との間での対流熱伝達率よりも天井裏空間の下層部と天井材との間での対流熱伝達率を大きくして、居室空間側との熱交換を多くすることができる。しかも、居室空間における熱負荷が相対的に大きい箇所において、熱負荷の処理が効率良く行われる。

請求項２の発明に係る放射空調システムは、請求項１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。

このように構成すれば、居室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、居室空間の潜熱負荷が有効に処理される。

請求項３の発明に係る放射空調システムは、請求項１又は２に記載の構成において、天井裏空間を包囲する躯体スラブの下面及び躯体側壁の内側面が断熱材で覆われたことを特徴とするものである。

このように構成すれば、断熱材によって、天井裏空間から躯体スラブ及び躯体側壁への熱伝導が抑制されるので、空調機による天井裏空間の空気の冷却及び加温が効率良く行われる。

請求項４の発明に係る放射空調システムは、請求項１又は２に記載の構成において、天井裏空間の上面を画成するスラブの上面に断熱材が敷設されたことを特徴とするものである。

このように構成すれば、積層型建築物において、夏季の冷房時に、空調機で天井裏空間内の空気を冷却したときにその上側のスラブが蓄冷されることによって、上階の床面に結露が発生するのを防止することができる。

本発明に係る放射空調システムによれば、天井裏空間の上下温度差による天井材からの放射空調効率の低下や上階への放熱ロスを抑制し、特に、従来効率が悪かった居室空間の放射暖房を効率良く行うことができる。

本発明に係る放射空調システムの実施の形態の構成を概略的に示す縦断面図である。本発明に係る放射空調システムの実施の形態の構成を概略的に示す天井裏空間の平面図である。空調機の噴き出し口から天井材までの距離と、冷房時における天井材から居室空間への平均放射温度との関係を示す線図である。空調機の噴き出し口から天井材までの距離と、暖房時における天井材から居室空間への平均放射温度との関係を示す線図である。本発明に係る放射空調システムの他の実施の形態の構成を概略的に示す縦断面図である。従来技術に係る放射空調システムの一例を概略的に示す平面図である。

以下、本発明に係る放射空調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。

図１及び図２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の下側には吊りボルトや格子状に組まれた天井下地材（不図示）などを介して天井材２が取り付けられており、この天井材２によって、上下の躯体スラブ１１，１１間に居室空間Ｓ１と密閉状の天井裏空間Ｓ２が画成されている。また、この天井裏空間Ｓ２を取り囲む躯体スラブ１１の下面及び躯体側壁１２の内側面は、断熱材１３で覆われている。

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。

参照符号３は空調機で、不図示の室外機との間で流体を液相−気相の可逆変化を伴いながら循環させることにより熱の搬送を行い、これによって、天井裏空間Ｓ２から取り込んだ空気を前記流体が液相から気相へ変化する際の潜熱吸収作用により冷却し、あるいは前記流体が気相から液相へ変化する際の潜熱放出作用により加温して噴き出し、これによって天井裏空間Ｓ２を冷房又は暖房するものである。また、この空調機３からは空調空気（冷房空気又は暖房空気）を吐出する複数のダクト３１が分岐して延びており、各ダクト３１の噴き出し口３１ａは下向きに開口し、すなわち天井材２の上面（裏面）と対向した状態で開口している。また好ましくは、ダクト３１の噴き出し口３１ａは、居室空間Ｓ１における熱負荷が相対的に大きいエリアＡの真上に位置するように開口される。この場合、「熱負荷が相対的に大きいエリアＡ」は、例えばヒトが滞在するエリア、すなわち人体による熱負荷が大きいエリアが考えられる。

なお、参照符号４は、空調機３のメンテナンス等のために天井材２に設けられた開閉可能な点検口である。

以上のように構成された実施の形態の放射空調システムによれば、夏季の冷房においては、例えば居室空間Ｓ１の在室者が不図示のリモコン操作盤等によって空調機３を冷房運転させると、天井裏空間Ｓ２の空気が空調機３へ取り込まれて冷却され、その冷却空気がダクト３１を介して天井裏空間Ｓ２へ噴き出され、これによって天井裏空間Ｓ２内が冷房される。そして、天井裏空間Ｓ２を取り囲む躯体スラブ１１の下面及び躯体側壁１２の内側面は、断熱材１３で覆われているため、天井裏空間Ｓ２の空気の冷却が効率良く行われる。

そして下向きに開口されたダクト３１の噴き出し口３１ａから噴き出された冷却空気が天井材２と接触することによって、この天井材２との熱交換が行われ、すなわち天井材２が冷却されるので、天井材２から居室空間Ｓ１への冷熱放射によって放射冷房が行われる。言い換えれば、居室空間Ｓ１の顕熱が天井材２から天井裏空間Ｓ２を介して空調機３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。そして上述のように、天井裏空間Ｓ２を取り囲む躯体スラブ１１の下面及び躯体側壁１２の内側面が断熱材１３で覆われていることによって天井裏空間Ｓ２の空気の冷却が効率良く行われるので、居室空間Ｓ１の放射冷房の立ち上がりの応答性が早いものとなる。

一方、居室空間Ｓ１内の空気が有する潜熱は、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を通過して天井裏空間Ｓ２へ浸入し、その一部は天井材２にも吸収される。そして、天井材２から天井裏空間Ｓ２内へ放湿された水蒸気は空調機３に取り込まれ、凝縮されてドレン水となって躯体１の外部へ排出される。またこのため、天井裏空間Ｓ２は相対湿度が低いものとなるので、居室空間Ｓ１から天井材２を介しての水蒸気の取り込みが効率良く行われる。そしてこのような作用によって、居室空間Ｓ１内の顕熱負荷及び潜熱負荷が処理される。

また、冬季の暖房においては、例えば居室空間Ｓ１の在室者が不図示のリモコン操作盤等によって空調機３を暖房運転させると、天井裏空間Ｓ２の空気が空調機３へ取り込まれて加温され、その加温空気がダクト３１を介して天井裏空間Ｓ２へ噴き出されるので、これによって天井裏空間Ｓ２内が暖房される。そして、天井裏空間Ｓ２を取り囲む躯体スラブ１１の下面及び躯体側壁１２の内側面は、断熱材１３で覆われているため、天井裏空間Ｓ２の空気の加温が効率良く行われる。

ここで、ダクト３１の噴き出し口３１ａから噴き出された加温空気は、周りの空気に比較して比重が小さいために浮力を受けて上昇しようとするが、噴き出し口３１ａは下向きに開口されているため、天井材２の上面に強制的に噴き付けられる。このため、天井裏空間Ｓ２の上層部と上階側の躯体スラブ１１との間での対流熱伝達率よりも天井裏空間Ｓ２の下層部と天井材２との間での対流熱伝達率が大きくなって、この天井材２との熱交換が効率良く行われ、すなわち天井材２が効率良く加温されるので、天井裏空間Ｓ２の高さｈがある程度高いものであっても、上階への放熱ロスが抑制されると共に、天井材２から居室空間Ｓ１への温熱放射によって放射暖房が効率良く行われる。しかも上述のように、天井裏空間Ｓ２を取り囲む躯体スラブ１１の下面及び躯体側壁１２の内側面が断熱材１３で覆われていることによって天井裏空間Ｓ２の空気の加温が効率良く行われるので、居室空間Ｓ１の放射暖房の立ち上がりを一層向上することができる。

ここで、各噴き出し口３１ａから噴き出す風量が１０ｍ^３/ｍｉｎ以下である場合は、天井材２に対する噴き出し口３１ａの距離ｄは、５００ｍｍ以内とするのが望ましい。その理由は、風量が少ない場合、噴き出し口３１ａと天井材２との距離ｄが大きすぎると、噴き出し口３１ａからの加温空気の熱が天井材２に伝わりにくく、居室空間Ｓ１の在室者が、放射暖房の効果を受けにくくなるからである。

詳しくは、冷房時においては、噴き出し口３１ａから噴き出された冷却空気は、周りの空気に比較して比重が大きいため下降により効率良く天井材２を冷却し、したがって図３の線図に示すように、距離ｄが５００ｍｍを超えても、それほど天井面から居室空間Ｓ１への冷熱放射の効率が低下しないが、暖房時においては、距離ｄが大きすぎると、噴き出し口３１ａから噴き出された加温空気は、天井材２と接触せずに上昇してしまい、この天井裏空間Ｓ２の上部に熱（加温空気）が溜まってしまうため、天井材２に熱が伝わりにくく、特に、風量が１０ｍ^３/ｍｉｎ以下である場合、図４の線図に示すように、距離ｄが５００ｍｍを超えると、天井面から居室空間Ｓ１への温熱放射の効率が急激に低下するからである。

次に、図５は本発明に係る放射空調システムの好ましい実施の形態を示すものである。この実施の形態において、上述した実施の形態と異なるところは、天井裏空間Ｓ２を取り囲む躯体スラブ１１の下面及び躯体側壁１２の内側面を断熱材で覆う代わりに、天井裏空間Ｓ２の上面を画成する躯体スラブ１１の上面に断熱材１４を敷設した点にある。その他の構成は図１と同様とすることができる。

このように構成すれば、例えばオフィスビルや集合住宅などの積層型建築物の場合、夏季の冷房において、空調機３によって天井裏空間Ｓ２内の空気を冷却したときに、その上側の躯体スラブ１１が蓄冷されることによって上階の床面に結露が発生するのを防止することができる。

しかも、例えば昼間に空調機３の冷房運転によって、天井裏空間Ｓ２内の空気を介して躯体スラブ１１が蓄冷される（冷やされる）ので、例えば夜間に空調機３の運転を停止すると、蓄冷された躯体スラブ１１からの冷熱放射及び天井裏空間Ｓ２内の空気の対流により天井材２が冷却されるので、引き続き居室空間Ｓ１の放射冷房が行われることになる。また同様に、暖房の場合でも、空調機３の暖房運転によって、天井裏空間Ｓ２内の空気を介して躯体スラブ１１が蓄熱される（温められる）ので、空調機３の運転を停止すると、蓄熱された躯体スラブ１１からの温熱放射及び天井裏空間Ｓ２内の空気の対流により天井材２が加温されるので、引き続き居室空間Ｓ１の放射暖房が行われることになる。

したがって、このような躯体スラブ１１の蓄冷作用又は蓄熱作用を利用して、電力の負荷平準化や設備容量の縮小が可能となる。

１躯体
１１躯体スラブ
１２躯体側壁
１３，１４断熱材
２天井材
３空調機
３１ダクト
３１ａ噴き出し口
Ａ熱負荷が相対的に大きいエリア
Ｓ１居室空間
Ｓ２天井裏空間

Claims

居室空間の上側に天井材を介して密閉状に画成された天井裏空間と、
この天井裏空間の空気を取り込んで冷却又は加温した空調空気を前記天井裏空間へ供給する空調機と、
この空調機から複数本に分岐して延び、前記天井裏空間内で、前記居室空間における熱負荷が相対的に大きい箇所の真上にのみ位置する複数の領域に前記空調空気を導き、下向きに開口する噴き出し口から前記天井材に噴き付けるダクトと、
を備えることを特徴とする放射空調システム。
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に記載の放射空調システム。
天井裏空間を包囲する躯体スラブの下面及び躯体側壁の内側面が断熱材で覆われたことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射空調システム。
天井裏空間の上面を画成するスラブの上面に断熱材が敷設されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射空調システム。