JP2008241063A - Radiant heating and cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱放射を行う天井パネルにより室内空間の温熱環境を制御する放射冷暖房システムに関するものである。 The present invention relates to a radiant cooling and heating system that controls a thermal environment of an indoor space by a ceiling panel that performs thermal radiation.
従来、この種の放射冷暖房システムは、天井パネル空間の入口から出口方向へ向けて一方向に熱交換された冷暖房空気を流すものが考案されている(特許文献1参照)。 Conventionally, this type of radiant cooling and heating system has been devised to flow cooling and heating air that is heat-exchanged in one direction from the entrance to the exit of the ceiling panel space (see Patent Document 1).
図8は特許文献1に記載された放射冷暖房システムの斜視図を示すものである。図8に示すように放射冷暖房システム1は熱源2によって熱交換された冷暖房空気を送風機(図示せず)によって吹出ダクト3へ吹き出し、天井パネル空間4の入口に設けられて断面積が大きい入口ヘッダー部5へ導入される。入口ヘッダー部5は天井パネル空間4と比べて断面積が大きいため圧損が小さく、冷暖房空気の流速は均一となる。そして流速が均一化された冷暖房空気は天井パネル空間4を通過して出口ヘッダー部6へ導入され、吸込ダクト7により熱源2に戻り循環する。
FIG. 8 shows a perspective view of the radiant cooling and heating system described in
このような放射冷暖房システムで天井暖房を行った性能を示す実験データを図9に示す。図9からわかるように入口天井表面の温度と出口天井表面温度では5℃以上の差があることがわかる。
しかしながら、前記従来の構成では、入口ヘッダー部を設けることにより、天井パネル入口面の冷暖房空気温度はある程度均一化されてくるが、図9から明らかなように冷暖房空気が天井パネル空間を通過する間に入口天井表面と出口天井表面で必ず温度差が発生し、その温度差は熱源からの送風方向が一定である限り常に一方が高く他方が低くなるものである。そのため、居住者の姿勢によっては十分な快適感を得られないことがある。 However, in the conventional configuration, by providing the inlet header portion, the temperature of the cooling / heating air at the ceiling panel entrance surface is made uniform to some extent, but as is clear from FIG. 9, the cooling / heating air passes through the ceiling panel space. There is always a temperature difference between the entrance ceiling surface and the exit ceiling surface, and the temperature difference is always higher and lower as long as the air blowing direction from the heat source is constant. Therefore, depending on the resident's posture, sufficient comfort may not be obtained.
例えば暖房時に寝室などで使用し居住者が仰臥姿勢の場合、入口天井表面の側に頭部があれば頭部側の天井表面温度が高く、逆に足部側の天井表面温度が低いということになり、頭寒足熱とは逆の状態で天井放射が行われ、寝具がベッドなどで固定されていれば容易に姿勢も変更できず居住者は次第に不快になってくる。また例えば居住者がテレビ視聴などで長時間椅子に座って動かない場合、出口天井表面の側にいれば入口天井表面側の高温部は無駄に損失することになり、消費電力を余分に要する、という課題を有していた。 For example, if the occupant is in a supine posture while using it in a bedroom during heating, if the head is on the entrance ceiling surface side, the ceiling surface temperature on the head side is high, and conversely, the ceiling surface temperature on the foot side is low Therefore, if the ceiling radiation is performed in a state opposite to the head cold foot heat and the bedding is fixed on a bed or the like, the posture cannot be easily changed and the resident becomes gradually uncomfortable. Also, for example, if the resident is sitting on a chair for a long time watching TV, etc., if it is on the exit ceiling surface side, the high temperature part on the entrance ceiling surface side will be lost unnecessarily, requiring extra power consumption. It had the problem that.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、任意の場所の天井面温度設定に基づいて正逆回転方向を決定した送風機によって冷暖房空気を天井パネル内部に送り、熱損失の少ない放射冷暖房システムを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and sends a cooling / heating air into the ceiling panel by a blower whose forward / reverse rotation direction is determined based on a ceiling surface temperature setting at an arbitrary place, and a radiation heating / cooling system with less heat loss. The purpose is to provide.
前記従来の課題を解決するために、本発明の放射冷暖房システムは、天井パネルと、天井パネル内部に形成され適切に断熱された閉空間と、前記閉空間内に冷気或いは暖気を循環させる熱源および正逆回転する送風機から成る放射冷暖房を行うシステムであって、任意の天井面温度を検知する温度検知手段と、前記任意の天井面温度を設定可能なコントローラと、前記温度検知手段とコントローラの設定に基づき、前記送風機の回転方向を決定する制御手段を備えるものである。 In order to solve the above-mentioned conventional problems, a radiant cooling and heating system according to the present invention includes a ceiling panel, a closed space formed inside the ceiling panel and appropriately insulated, a heat source for circulating cold air or warm air in the closed space, and A system for performing radiant cooling and heating composed of a forward and reverse rotating blower, a temperature detecting means for detecting an arbitrary ceiling surface temperature, a controller capable of setting the arbitrary ceiling surface temperature, and setting of the temperature detecting means and the controller And a control means for determining the rotation direction of the blower.
これによって任意の天井パネル表面の温度を熱源に近い最適な送風経路によって設定可能であり、熱損失を少なくすることができる。 As a result, the temperature of the surface of any ceiling panel can be set by an optimum air flow path close to the heat source, and heat loss can be reduced.
また本発明の放射冷暖房システムは、温度検知手段とコントローラの設定に基づき、送風機の回転方向と回転数を決定する制御手段を備えるもので、これによって、天井面温度の高低差を制御することが可能であり、熱損失を少なくすることができる。 The radiant cooling and heating system of the present invention includes control means for determining the rotation direction and the number of rotations of the blower based on the settings of the temperature detection means and the controller, thereby controlling the difference in the ceiling surface temperature. It is possible and heat loss can be reduced.
また本発明の放射冷暖房システムは、居住者の姿勢を検知する姿勢検知手段を備えるもので、これによって居住者の生活様式に最適な天井面温度分布とすることができる。 Further, the radiant cooling and heating system of the present invention is provided with posture detecting means for detecting the posture of the occupant, whereby the ceiling surface temperature distribution that is optimum for the resident's lifestyle can be obtained.
本発明の空気調和システムは、任意の場所の天井面温度設定に基づいて正逆回転方向を決定した送風機によって冷暖房空気を天井パネル内部に送ることにより、無駄な熱損失を抑え、効率良く天井パネルの温度制御を行うことができ、省エネルギーであるとともに居住者に快適感の向上をもたらすことができる。 The air conditioning system of the present invention suppresses wasteful heat loss by efficiently sending air-conditioning air into the ceiling panel by a blower whose forward / reverse rotation direction is determined based on the ceiling surface temperature setting in an arbitrary place, and efficiently reduces the ceiling panel. Temperature control can be performed, and it is possible to save energy and improve comfort for the occupant.
第1の発明は、天井パネルと、天井パネル内部に形成され適切に断熱された閉空間と、前記閉空間内に冷気或いは暖気を循環させる熱源および正逆回転する送風機から成る放射冷暖房を行うシステムであって、任意の天井面温度を検知する温度検知手段と、前記任意の天井面温度を設定可能なコントローラと、前記温度検知手段とコントローラの設定に基づき、前記送風機の回転方向を決定する制御手段を備える放射冷暖房システムであって、任意の天井パネル表面の温度を熱源に近い最適な送風経路によって設定可能である。すなわち居住者に近い天井面温度を最短距離で制御するように送風方向を決定するため効率的であり、逆に居住者から遠い天井面は熱源からみて吸込み方向となるため居住者がいない部分での余分な放射を抑え、熱損失が少ない省エネルギーなシステムであるとともに、ダンパ切替などで送風方向を切り替えるシステムと比較して構成が簡単で安価に提供することができる。 A first invention is a system for performing radiant cooling and heating comprising a ceiling panel, a closed space formed inside the ceiling panel and appropriately insulated, a heat source that circulates cool air or warm air in the closed space, and a fan that rotates forward and backward. The temperature detection means for detecting an arbitrary ceiling surface temperature, the controller capable of setting the arbitrary ceiling surface temperature, and the control for determining the rotation direction of the blower based on the settings of the temperature detection means and the controller. It is a radiant cooling and heating system provided with a means, The temperature of the surface of any ceiling panel can be set with the optimal ventilation path close | similar to a heat source. In other words, it is efficient to determine the air blowing direction so that the ceiling surface temperature close to the occupant is controlled by the shortest distance, and conversely, the ceiling surface far from the occupant is in the suction direction as seen from the heat source, so there is no occupant part. This is an energy-saving system that suppresses excessive radiation and reduces heat loss, and can be provided at a lower cost than a system that switches the air blowing direction by switching a damper or the like.
第2の発明は、特に、第1の発明の放射冷暖房システムの温度検知手段とコントローラの設定に基づき、送風機の回転方向と回転数を決定するもので、これによって、複雑な構成をとることなく入口天井表面温度と出口天井表面温度の差を調整することができ、不要な場所での天井面放射を抑えることでより一層省エネルギーなシステムとしたり、あるいは居住者の生活様式に合わせて天井面温度差を少なくして均一化を図ったり、居住者の位置や姿勢によっては好み温度差の設定が可能であり、より快適性の向上を図ることができる。 The second aspect of the invention determines the rotation direction and the number of rotations of the blower based on the setting of the temperature detection means and the controller of the radiant cooling and heating system of the first aspect of the invention, and thereby without taking a complicated configuration. The difference between the entrance ceiling surface temperature and the exit ceiling surface temperature can be adjusted, and the ceiling surface temperature can be made even more energy-saving by suppressing the ceiling surface radiation in unnecessary places, or according to the lifestyle of the resident. It is possible to make the difference uniform by reducing the difference, or to set a preferred temperature difference depending on the position and posture of the occupant, thereby further improving the comfort.
第3の発明は、特に、第1の発明の放射冷暖房システムが居住者の姿勢を検知する姿勢検知手段を備えるもので、これによって居住者が仰臥姿勢をとった場合には適宜吹出し方向を変更して頭寒足熱に即した天井面温度分布とすることで居住者の寝冷え、のぼせなどを防ぐことができる。 In the third aspect of the invention, in particular, the radiant cooling / heating system of the first aspect of the invention includes posture detection means for detecting the posture of the resident, and accordingly, when the resident takes a supine posture, the blowing direction is changed appropriately. In addition, by setting the ceiling surface temperature distribution in accordance with the fever of the cold head, it is possible to prevent the occupants from falling asleep and hot flashes.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における放射冷暖房システムが設置された部屋の垂直断面図を示すものである。居室9の天井パネル10の外部には熱交換器11と正逆反転モータ12と軸流型送風機13を有する空気調和機2が設置されており、空気調和機2によって熱交換された冷暖房空気はダクト3aを経由して天井パネル10の内部の天井パネル空間4に吹出され、ダクト3bを経由して空気調和機2に戻るという循環、あるいはモータ12の回転方向が逆の場合には空気調和機2によって熱交換された冷暖房空気はダク
ト3bを経由して天井パネル10の内部の天井パネル空間4に吹出され、ダクト3aを経由して空気調和機2に戻るという循環を行う。天井パネル10のダクト3a近傍の天井面8には天井面温度を検知するサーミスタセンサ14a、ダクト3b近傍の天井面8には同様に天井面温度を検知するサーミスタセンサ14bが設けられている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a vertical sectional view of a room in which a radiant cooling / heating system according to a first embodiment of the present invention is installed. An
また居室9のサーミスタセンサ14aの近傍には居住者15がいて、任意の温度設定が可能なコントローラ16を所持している。図2にはコントローラ16の一例を表す図を示す。図2で17は設定温度表示、18は設定温度変更スイッチ、19は設定天井面選択表示、20は設定天井面選択スイッチ、21はシステムの冷房または暖房運転をON−OFFするための電源スイッチである。
In addition, there is a
以上のように構成された放射冷暖房システムについて、以下その動作、作用を説明する。居住者15がコントローラ16の電源スイッチ21をONにすることで放射冷暖房システムの運転が開始される。この時居住者15はコントローラ16の設定天井面選択スイッチ20を自分のいる位置に近いAに設定し、設定温度変更スイッチ18により天井面8の温度を設定する。例えば冷房時であれば、天井面温度を22℃と設定する。このように設定されたコントローラ16の情報は空気調和機2本体のマイコン(図示せず)に転送され、マイコンはサーミスタセンサ14a側の温度を22℃にすべくモータ12の回転方向を正転させてダクト3a側に冷暖房空気を吹き出す(図1の矢印方向)。そして冷暖房空気は天井パネル空間4を通過して天井面8を冷却した後、ダクト3b側に吸い込まれ空気調和機2に戻るという循環を行う。このように運転が行われると一定時間後にはサーミスタセンサ14a近傍の天井面温度は22℃となり、サーミスタセンサ14b近傍の天井面温度はそれより数℃高くなる。しかしサーミスタセンサ14bの近傍には居住者はいないため若干温度が高くても不快とはならない。これを仮に逆経路で運転すれば、居住者近傍の天井面の温度を設定温度に到達させようとすると居住者のいない側の天井面を数℃低く冷却しなければならなくなる。このように本実施の形態における放射冷暖房システムは無駄に天井面8を冷やし過ぎることがなく省エネルギーである。また、例えばダンパ開閉操作による流路変更によって同様の運転を行うことも可能であるが、部品点数が増えてコストがかかる上、ダクト経路も複雑となりその分圧損も増えてエネルギーロスにつながる。本実施の形態によれば送風方向を正逆転するのみの簡単な構成となっており圧損は少なくて済む。
About the radiation | emission cooling and heating system comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below. When the
また居住者15がサーミスタセンサ14b近傍に移動した場合はコントローラ16の設定天井面スイッチ20をBに設定する。マイコンはモータ12の回転方向を逆転させてダクト3b側に冷暖房空気を吹き出す。この時、もともと天井面の温度差は数℃程度であるため居住者の要求に早く対応することが可能である。
When the
尚本実施の形態では居住者15がコントローラ16により設定天井面を決定しているが、天井面8に人感センサを設置して自動的に居住者位置を検出し、居住者位置に合わせて送風方向を決定しても同様の効果が得られる。
(実施の形態2)
図3は本発明の第2の実施の形態における放射冷暖房システムが設置された部屋の垂直断面図を示すものである。図1と同じ構成要素に関しては同じ符号を記して説明を省略する。ここで居住者15が天井面温度設定を負荷が大きくなる方へ変更した場合を想定する。例えば冷房時に天井面温度設定を22℃から20℃に変更したとする。空気調和機2は圧縮機(図示せず)回転数を上昇させることで設定温度に近づけることもできるが、その場合余分に入力を必要とする。そこで本実施の形態では送風機13の回転数を減少させる。送風機13の回転数を減少させると天井パネル空間4の抵抗により送風機13の圧力、風量とも減少し、熱交換器11によって冷暖房された空気は吹き出し側のダクト3a近傍に停滞して吹き出し側ダクト3a近傍の天井面8の温度がより一層冷やされやすくなる。
その分、吸込み側ダクト3b近傍の天井面温度は上昇するが、居住者15が吸込み側ダクト3b近傍にいない場合には冷却の必要性が少ないので不快にはならない。このような制御を行うことで負荷の大きい場合にも省エネ運転が可能となる。
In this embodiment, the
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a vertical cross-sectional view of a room in which a radiant cooling and heating system according to the second embodiment of the present invention is installed. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. Here, it is assumed that the
Accordingly, the ceiling surface temperature in the vicinity of the
図4には送風機13の回転数を変更したときの吸い込み側サーミスタセンサ14b値と吹き出し側サーミスタセンサ14a値の挙動を示す。図4から明らかなように送風機13の回転数を減少させると天井面の温度差は大きくなり、逆に回転数を増加させると天井面の温度差は小さくなることがわかる。すなわち多人数が居室にいる場合など居室の天井面全体の温度を均一化したい場合には送風機13の回転数を増加させると風量が増加して吹き出し側ダクト3a近傍の天井面と吸い込み側ダクト3bの近傍の天井面の温度差は少なくなる。
FIG. 4 shows the behavior of the suction side thermistor sensor 14b value and the blowout
尚一定時間内に送風機13の正逆回転を交互に行うことで天井面8の温度の均一化を図ることも可能である。
(実施の形態3)
図5は、本発明の第3の実施の形態における放射冷暖房システムが設置された部屋の垂直断面図を示すものである。図1と構成要素に関しては同じ符号を記して説明を省略する。
It is also possible to make the temperature of the
(Embodiment 3)
FIG. 5 shows a vertical sectional view of a room in which a radiant cooling / heating system according to the third embodiment of the present invention is installed. Constituent elements similar to those in FIG.
図6は、本発明の第3の実施の形態におけるコントローラの一例を表す図を示す。図2と同じ構成要素に関しては同じ符号を記して説明を省略する。ここで22は居住者15の姿勢選択スイッチであり、23は姿勢選択表示である。居住者15はサーミスタセンサ14a近傍を頭部方向として仰臥姿勢をとっていると想定する。居住者15は姿勢選択スイッチ22により頭部位置と仰臥姿勢を選択する。例えば暖房時の挙動を説明すると空気調和機2のマイコンは送風方向がダクト3bに吹き出すようにモータ12を逆転させて、足部近傍のサーミスタセンサ14bを設定温度になるように制御する。このように制御することで暖房時に頭寒足熱状態を保つことができ、頭部側の天井面温度の方が高い場合に発生しやすいのぼせやほてりが起きるのを防ぐことができる。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a controller according to the third embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. Here, 22 is a posture selection switch of the
また一定時間コントローラ16の設定変更がない場合には、マイコンは居住者15が就寝したものと判断して送風機13の回転数および圧縮機回転数を減少させる。このように制御すると居住者15の足部近傍の天井面温度はやや上昇し、本発明の第2の実施の形態でも説明したように居住者15の頭部近傍の天井面温度はやや低くなるため、居住者の寝冷えを防ぐことができる。
When there is no change in the setting of the
冷房時には空気調和機2のマイコンは送風機13の送風方向がダクト3aへ吹き出すようにモータ12を正転させて頭部近傍のサーミスタセンサ14aを設定温度になるように制御する。このようにすることで居住者15は頭寒足熱状態を保つことができ、快適感が増すことになる。
During cooling, the microcomputer of the
図7にはコントローラ16の設定による運転制御のフローチャートを示す。マイコンがこのように制御することで居住者15がより快適にすごせるようにきめ細かな制御をすることが可能である。
FIG. 7 shows a flowchart of operation control by setting of the
以上のように、本発明にかかる放射冷暖房システムは、居室において効率の良い熱放射を行って快適な温熱環境を形成するので、住宅のリビングや寝室、あるいは病院の病室やホテルの部屋などの放射冷暖房システムの用途にも適用できる。 As described above, the radiant cooling and heating system according to the present invention forms a comfortable thermal environment by performing efficient heat radiation in a living room, so that radiation in a living room or bedroom of a house, a hospital room or a hotel room, etc. It can also be used for air conditioning systems.
2 空気調和機(熱源)
24 冷媒配管
25 室外機
2 Air conditioner (heat source)
24 Refrigerant piping 25 Outdoor unit
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