JP2010014296A - 空調システム及びユニット建物 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー効率がよく温度制御性に優れた空調システムを提供する。
【解決手段】熱源５を備えるとともに、床下空間１４に熱源５から供給された熱を蓄える蓄熱装置４と、熱源５から供給された熱を空気と交換する空調装置３と、を備える空調システムＳである。
そして、空調装置３には、蓄熱装置４を経由して室内空間１５へ繋がる経由路２５が接続される。
さらに、空調装置３には、蓄熱装置４を経由せずに室内空間１５へ繋がる迂回路２３が接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に床下に設置される空調システムとユニット建物に関するものである。

従来、基礎断熱された住宅において、閉鎖された床下空間に空調装置を配置し、床下空間内で温度調整された空気を室内空間に導入する空調システムが知られている。

例えば、特許文献１には、床下空間内に空調装置を配置するとともに、床に設けられた吸い込み孔や吹出し孔の下方にファンを配置して空気の排出量を制御する床下活用輻射冷暖房システムが開示されている。

この構成によれば、複雑なダクトを必要としないためコストを削減できるうえに、空調システムを床下に配置できるため室内の意匠を向上できる。

また、特許文献２には、床下空間内に温風の吹出しダクトを備える暖房設備を配置するとともに、ダクトの吹出し口の近傍の土間表面に断熱板を敷設する床下暖房システムが開示されている。

この構成によれば、ほとんどコストをかけずに断熱板の敷設によって地盤への熱流出を抑制することができる。
特開２００６−３１３０４１号公報 特開２００７−５１８５９号公報

しかしながら、前記した特許文献１，２の構成は、いずれも蓄熱装置を備えるものではないため、深夜電力を利用したエネルギー効率のよいものではなかった。

他方、床下空間に蓄熱装置を配置した場合には、放熱量や吸熱量を制御しにくいため、必要以上に蓄熱しなければならなかった。

そこで、本発明は、エネルギー効率がよく温度制御性に優れた空調システムと、この空調システムを備えるユニット建物と、を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の空調システムは、床下空間に蓄熱装置と空調装置とを備える空調システムであって、前記空調装置には、前記蓄熱装置を経由して室内空間へ繋がる経由路が接続されることを特徴とする。

また、前記空調装置には、前記蓄熱装置を経由せずに室内空間へ繋がる迂回路が接続されることが好ましい。

さらに、前記経由路及び前記迂回路のそれぞれには開閉手段が設けられるとともに、前記開閉手段は運転モードに応じて開閉制御される構成とすることができる。

そして、深夜電力時間帯には、前記蓄熱装置には熱が蓄えられ、前記空調装置は運転されないことが好ましい。

また、早朝時間帯には、前記蓄熱装置には熱が供給されずに、前記空調装置は熱交換運転されて、前記経由路は開かれるとともに、前記迂回路は閉じられることが好ましい。

さらに、日中時間帯には、前記蓄熱装置には熱が供給されずに、前記空調装置は送風運転されて、前記経由路は開かれるとともに、前記迂回路は閉じられることができる。

そして、日中時間帯には、前記蓄熱装置には熱が供給されずに、前記空調装置は熱交換運転されて、前記経由路は開かれるとともに、前記迂回路は開かれることができる。

また、本発明のユニット建物は、上記したいずれかの空調システムを備えることを特徴とする。

このように、本発明の空調システムは、床下空間に蓄熱装置と空調装置とを備える空調システムであって、空調装置には、蓄熱装置を経由して室内空間へ繋がる経由路が接続されることを特徴とする。

したがって、蓄熱装置を備えることで深夜電力を利用できるためエネルギー効率がよいうえに、空調装置を備えることで温度制御性に優れた空調システムとなる。

また、空調装置には、蓄熱装置を経由せずに室内空間へ繋がる迂回路が接続されることで、必要に応じて蓄熱装置を利用できるようになる。

さらに、経由路及び迂回路のそれぞれには開閉手段が設けられるとともに、開閉手段は運転モードに応じて開閉制御されることで、時間帯に応じた運転が可能となる。

そして、深夜電力時間帯には、蓄熱装置には熱が蓄えられ、空調装置は運転されないことで、電気料金の安い時間帯の電力を用いて蓄熱することができる。

また、早朝時間帯には、蓄熱装置には熱が供給されずに、空調装置は熱交換運転されて、経由路は開かれるとともに、迂回路は閉じられることで、気温の低い早朝に蓄熱を消費することを抑制できる。

さらに、日中時間帯には、蓄熱装置には熱が供給されずに、空調装置は送風運転されて、経由路は開かれるとともに、迂回路は閉じられることで、電気料金の高い時間帯の電力を用いることなく、室内空間の温度を調整できる。

そして、日中時間帯には、蓄熱装置には熱が供給されずに、空調装置は熱交換運転されて、経由路は開かれるとともに、迂回路は開かれることで、蓄熱が消費された後でも、室内空間の温度を調整できる。

また、本発明のユニット建物は、上記したいずれかの空調システムを備えることで、空調システムを運転する場合に、エネルギー効率がよく温度制御性に優れたユニット建物となる。

以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。

まず、図１，２を用いて、本実施の形態の空調システムＳを備えるユニット建物Ｕの全体構成を説明する。

本実施の形態のユニット建物Ｕには、床１０によって仕切られて、室内空間１５と床下空間１４とが形成されている。

この室内空間１５は、床１０、床１０の周りに立設された外壁１７，１７、外壁１７，１７の上端を覆う天井１６、などによって室外空間１８と隔てられて形成される。

また、床下空間１４は、床１０、底盤コンクリート１１、側壁コンクリート１２，１２、などによって室外空間１８と隔てられて形成される。

この床１０は、金属や木材によって形成される棒状の梁材（図示せず）や板状の床材（図示せず）を備えるもので、床下空間１４の熱を室内空間１５に伝達できるように、断熱材が取り付けられていない。

そして、本実施の形態の床１０には、吸込グリル２１と吹出グリル２７，２８とが設けられている。

この吸込グリル２１は、室内空間１５の空気を床下空間１４に設置されたエアコンディショナ３に直接に導入するもので、樹脂などによって格子状に形成されて大径の吸込ダクト２２を介してエアコンディショナ３の上流側に接続されている。

同様に、吹出グリル２７，２８は、温度調整された空気を室内空間１５に導入するもので、樹脂などによって格子状に形成されてエアコンディショナ３や蓄熱装置４の下流側に接続されている。

また、底盤コンクリート１１は、床下空間１４の下方を塞ぐようにスラブ状に設けられるもので、一年を通じて温度が安定している地盤と接しているため、一年を通じて安定した温度となっている。

さらに、側壁コンクリート１２，１２は、床下空間１４の側方を塞ぐようにして壁状に設けられるもので、床下空間１４に向いた内側面には、グラスウールなどの断熱材１３，１３が貼設されて、床下空間１４と室外空間１８とが断熱されている。

そして、本実施の形態のユニット建物Ｕは、主に床下空間１４に空調システムＳを備えている。

この空調システムＳは、図１に示すように、熱源として室外空間１８に設置されるヒートポンプ５と、このヒートポンプ５から供給された熱を蓄える蓄熱装置４と、ヒートポンプ５に連繋された空調装置としてのエアコンディショナ３と、それらを接続する管路群などを備えている。

この熱源としてのヒートポンプ５は、いわゆる室外機であり、コンプレッサや送風ファンなどを電気的に制御することによって、装置内を循環する内部熱媒を介して大気中の熱を移動させて、熱搬送流体を効率よく冷却又は加熱するもので、ユニット建物Ｕに近接する室外空間１８に設置されている。なお、この内部熱媒としては、二酸化炭素などを用いることができる。

そして、ヒートポンプ５の内部熱媒と空調システムＳを流れる熱搬送流体としての水や潜熱蓄熱材とが熱交換し、熱を与えられたり奪われたりした水や潜熱蓄熱材が空調システムＳを循環することで蓄熱装置４に熱を供給することになる。

ここにおいて、潜熱蓄熱材とは、暖房や冷房する温度付近で相変化を起こし、相変化する際に大量の熱量を吸収したり放出したりするものであり、この相変化付近で極めて大量の熱を蓄えることができる材料である。

相変化には、気体と液体との間の相変化や、液体と固体との間の相変化や、気体と固体との間の相変化などがあるが、液体と固体との間の相変化を利用すると取り扱いに便利である。

このような潜熱蓄熱材としては、塩化カルシウム水和物、硫酸ナトリウム水和物、チオ硫酸ナトリウム水和物、酢酸ナトリウム水和物などの無機水和塩や、パラフィンなどの有機化合物が用いられる。

また、蓄熱装置４は、熱を顕熱や潜熱として蓄えるためのもので、合成樹脂や金属によってタンク状に形成されて水や潜熱蓄熱材が充満される蓄熱槽、蓄熱槽を覆う断熱材、などを備えて床下空間１４に設置されている。

熱搬送流体は、ヒートポンプ５から蓄熱上流管６３を通じて蓄熱装置４に供給され、蓄熱装置４から蓄熱下流管６４を通じてヒートポンプ５へ戻されることで、ヒートポンプ５と蓄熱装置４とを循環している。

そして、エアコンディショナ３から経由ダクト２５を通じて蓄熱装置４に供給された空気は、蓄熱装置４の内部において熱を蓄えた熱搬送流体と熱交換し、温度を調整された後に排出される。

さらに、空調装置としてのエアコンディショナ３は、いわゆる室内機に相当するものであり、熱媒上流管６１や熱媒下流管６２によって室外機の役割をするヒートポンプ５と接続されて、床下空間１４に設置されている。

したがって、吸込グリル２１から吸い込まれた空気は、吸込ダクト２２を通じてエアコンディショナ３に取り込まれ、内部熱媒の圧縮・膨張によって熱放出・熱吸収して温度調整されて、迂回ダクト２３や経由ダクト２５に排出される。

そして、迂回ダクト２３に排出された空気は、略そのままの温度を維持した状態で吹出グリル２７から室内空間１５に導入され、経由ダクト２５に排出された空気は、蓄熱装置４を経由した後に吹出グリル２８から室内空間１５に導入される。

この迂回ダクト２３の途中には、管路を開閉する開閉手段としての迂回ダンパ２４が設けられ、経由ダクト２５の途中には、管路を開閉する開閉手段としての経由ダンパ２６及び蓄熱装置４が設けられていることで、エアコンディショナ３の下流の空気の流れが制御されている。

すなわち、エアコンディショナ３を通過した空気をさらに暖めたり冷やしたりして室内空間１５に取り入れる場合には、蓄熱装置４に通じる経由ダクト２５の経由ダンパ２６を開く。

一方、エアコンディショナ３を通過した空気をそのまま室内空間１５に取り入れる場合には、迂回ダンパ２４を開く。

なお、迂回ダクト２３や経由ダクト２５には、経路の途中に分岐ヘッダ２９が設けられて、各部屋に送風できるようになっている。

次に、図３，４，５，６の説明図と図７の表を用いて、本実施の形態の空調システムＳの４つの運転パターンについて暖房を例として説明する。

本実施の形態の空調システムＳの運転パターンは、図７の表に示すように、深夜、早朝、日中のそれぞれの時間帯や、蓄熱装置４の蓄熱残量などに応じて切り替えることができる。以下、それぞれの運転パターンについて、暖房する場合を例として説明する。
（深夜蓄熱モード）
まず、深夜電力時間帯の運転方式である深夜蓄熱モードについて、図３を用いて説明する。

深夜電力時間帯は、午後１１時から翌日の午前５時までの、電力負荷が最も少なく電気料金がきわめて安い時間帯である。例えば、深夜電力時間帯の電気料金は７円／ｋＷｈである。

この深夜電力時間帯には、図３，７に示すように、ヒートポンプ５は温水運転させる一方で、エアコンディショナ３は運転させないで、蓄熱装置４への蓄熱を行っている。

したがって、ヒートポンプ５によって熱を供給された熱搬送流体は、深夜電力時間帯に蓄熱上流管６３を通って蓄熱装置４に貯留され、日中に空気と熱交換した後に、蓄熱下流管６４を通ってヒートポンプ５に戻る。
（早朝予熱モード）
次に、早朝時間帯の運転方式である早朝予熱モードについて、図４，７を用いて説明する。

早朝時間帯は、午前５時から午前７時までの、電力負荷が少なく電気料金が深夜電力時間帯の次に安い時間帯である。例えば、早朝時間帯の電気料金は２０．３円／ｋＷｈである。

この早朝時間帯には、図４，７に示すように、ヒートポンプ５を温水運転させないで、エアコンディショナ３を暖房運転させ、ヒートポンプ５の内部熱媒を循環させて直接に空気を暖めつつ、蓄熱装置４を経由させて室内空間１５を暖房している。

したがって、吸込グリル２１から吸込ダクト２２に取り込まれた室内空間１５の空気は、エアコンディショナ３の内部において内部熱媒と熱交換して暖められ、開いている経由ダンパ２６を有する経由ダクト２５を通じて蓄熱装置４で暖められた後に、吹出グリル２８から室内空間１５ａ，１５ｂに導入される。
（蓄熱利用モード）
次に、日中時間帯の運転方式である蓄熱利用モードについて、図５，７を用いて説明する。

日中時間帯は、午前１０時から午後５時までの、電力負荷が最も多く電気料金が最も高い時間帯である。例えば、日中時間帯の電気料金は２５．２円／ｋＷｈである。

この日中時間帯には、図５，７に示すように、ヒートポンプ５を温水運転させないで、エアコンディショナ３を送風運転させ、ヒートポンプ５の内部熱媒を循環させないで、蓄熱装置４に蓄熱された熱を用いて室内空間１５を暖房している。

したがって、吸込グリル２１から吸込ダクト２２に取り込まれた室内空間１５の空気は、エアコンディショナ３の内部において熱交換せずに、開いている経由ダンパ２６を有する経由ダクト２５を通じて蓄熱装置４で暖められた後に、吹出グリル２８から室内空間１５ａ，１５ｂに導入される。
（エアコン利用モード）
次に、日中時間帯のもうひとつの運転方式であるエアコン利用モードについて、図６，７を用いて説明する。

この日中時間帯に蓄熱装置４の蓄熱が切れた場合には、図６，７に示すように、ヒートポンプ５を温水運転させないで、エアコンディショナ３を暖房運転させ、ヒートポンプ５の内部熱媒を循環させて直接に空気を暖めつつ、蓄熱装置４に蓄熱された熱を用いて室内空間１５を暖房している。

したがって、吸込グリル２１から吸込ダクト２２に取り込まれた室内空間１５の空気の一方の一部は、エアコンディショナ３の内部において熱交換せずに、開いている経由ダンパ２６を有する経由ダクト２５を通じて蓄熱装置４で暖められた後に、吹出グリル２８から室内空間１５ａ，１５ｂに導入される。

また、吸込グリル２１から吸込ダクト２２に取り込まれた室内空間１５の空気の他方の一部は、エアコンディショナ３の内部において熱交換せずに、開いている迂回ダンパ２４を有する迂回ダクト２３を通じて吹出グリル２７から室内空間１５ａ，１５ｂに導入される。

次に、本実施の形態の空調システムＳの作用について説明する。

このように、本実施の形態の空調システムＳは、熱源としてヒートポンプ５を備えるとともに、床下空間１４に蓄熱装置４と空調装置としてのエアコンディショナ３とを備える空調システムＳである。

そして、空調装置としてのエアコンディショナ３には、蓄熱装置４を経由して室内空間１５へ繋がる経由路としての経由ダクト２５が接続されることを特徴とする。

したがって、蓄熱装置４を備えることでエネルギー効率がよいうえに、エアコンディショナ３を備えることで温度制御性に優れた空調システムＳとなる。

つまり、蓄熱装置４を備えることで、深夜電力時間帯の電力によって蓄熱装置４に蓄熱し、日中にはこの蓄熱を利用して室内空間１５を温度調整できるため、エネルギー効率がよくなる。

そして、応答性や制御性に優れたエアコンディショナ３を備えることで、蓄熱装置４のみでは劣ってしまう温度制御性を向上することができる。

加えて、このように蓄熱装置４と温度制御性に優れたエアコンディショナ３の両方を備えることで、従来、ある程度の余裕をみて設定していた蓄熱装置４の容量を適切な容量にできる。

つまり、従来、特に寒い日などに蓄熱装置４の蓄熱が切れてしまって暖房不能になることを防ぐために、蓄熱装置４の容量を大きめに設定していたが、蓄熱が切れてもエアコンディショナ３で補うことができるため、容量を大きめに設定する必要がない。

さらに、熱源としてのヒートポンプ５は、エアコンディショナ３との間に内部熱媒を循環させる室外機としての役割と、蓄熱装置４に温水等を供給する温水器としての役割の両方を１台で担うことができる。

加えて、吸込ダクト２２や迂回ダクト２３や経由ダクト２５を通じて、エアコンディショナ３や蓄熱装置４を接続していることで、広い床下空間１４を経由させずに温度調整された空気を室内空間１５に取り込むことができるため、エネルギー効率がよい。

また、空調装置としてのエアコンディショナ３には、蓄熱装置４を経由せずに室内空間１５へ繋がる迂回路としての迂回ダクト２３が接続されることで、必要に応じて蓄熱装置４を利用できるようになる。

つまり、例えば、蓄熱装置４が蓄熱しているものの冷えてしまっている場合に室内空間１５をすぐに暖めたい場合には、エアコンディショナ３を暖房運転させ、経由ダクト２５を経由させずに、迂回ダクト２３を通じて室内空間１５を暖めることが可能となる。

この場合、仮に、経由ダクト２５を経由させた場合、エアコンディショナ３で暖められた空気は、通常とは逆に蓄熱装置４に熱を与えてしまうことになるが、迂回ダクト２３を設けることでこれを防止できる。

さらに、経由路としての経由ダクト２５及び迂回路としての迂回ダクト２３のそれぞれには開閉手段としての経由ダンパ２６及び迂回ダンパ２４が設けられるとともに、経由ダンパ２６及び迂回ダンパ２４は運転モードに応じて開閉制御されることで、時間帯に応じた運転が可能となる。

そして、深夜電力時間帯には、蓄熱装置４にはヒートポンプ５から供給された熱が蓄えられ、エアコンディショナ３は運転されないことで、電気料金の安い時間帯の電力を用いて蓄熱することができる。

また、早朝時間帯には、蓄熱装置４にはヒートポンプ５から熱が供給されずに、エアコンディショナ３は熱交換運転されて、経由ダクト２５の経由ダンパ２６は開かれるとともに、迂回ダクト２３の迂回ダンパ２４は閉じられることで、気温の低い早朝に蓄熱を消費することを抑制できる。

さらに、日中時間帯には、蓄熱装置４にはヒートポンプ５から熱が供給されずに、エアコンディショナ３は送風運転されて、経由ダクト２５の経由ダンパ２６は開かれるとともに、迂回ダクト２３の迂回ダンパ２４は閉じられることで、電気料金の高い時間帯の電力を用いることなく、室内空間１５の温度を調整できる。

そして、日中時間帯に、蓄熱が消費されて残量がなくなった場合には、蓄熱装置４にはヒートポンプ５から熱が供給されずに、エアコンディショナ３は熱交換運転されて、経由ダクト２５の経由ダンパ２６は開かれるとともに、迂回ダクト２３の迂回ダンパ２４は開かれることで、蓄熱が消費された後でも、室内空間１５の温度を調整できる。

また、本実施の形態のユニット建物Ｕは、上記した空調システムＳを備えることで、空調システムＳを運転する場合に、エネルギー効率がよく温度制御性に優れたユニット建物Ｕとなる。

さらに、本実施の形態のユニット建物Ｕは、空調システムＳに室内機が不要であるため、室内の意匠が向上して快適なユニット建物Ｕになる。

以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では、経由ダクト２５や迂回ダクト２３などを通じて直接的に室内空間１５を温度調整する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、経由路や迂回路として床下空間１４を通じて間接的に室内空間１５を温度調整するものであってもよい。

また、前記実施の形態では、熱源としてヒートポンプ５を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電熱器などを用いることもできる。

さらに、前記実施の形態では、空調装置としてのエアコンディショナ３を暖房に用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、冷房や除湿に用いることもできる。

本発明の最良の実施の形態の空調システムの構成を説明する断面図である。 本発明の最良の実施の形態の空調システムの構成を説明する平面図である。 空調システムを深夜蓄熱モードで運転した場合の流れを説明する説明図である。 空調システムを早朝予熱モードで運転した場合の流れを説明する説明図である。 空調システムを蓄熱利用モードで運転した場合の流れを説明する説明図である。 空調システムをエアコン利用モードで運転した場合の流れを説明する説明図である。 空調システムの各運転モードを説明する表である。

符号の説明

Ｕ ユニット建物
Ｓ 空調システム
１４ 床下空間
１５ 室内空間
２３ 迂回ダクト（迂回路）
２４ 迂回ダンパ（開閉手段）
２５ 経由ダクト（経由路）
２６ 経由ダンパ（開閉手段）
３ エアコンディショナ（空調装置）
４ 蓄熱装置

Claims (8)

1. 床下空間に蓄熱装置と空調装置とを備える空調システムであって、
   前記空調装置には、前記蓄熱装置を経由して室内空間へ繋がる経由路が接続されることを特徴とする空調システム。
2. 前記空調装置には、前記蓄熱装置を経由せずに室内空間へ繋がる迂回路が接続されることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
3. 前記経由路及び前記迂回路のそれぞれには開閉手段が設けられるとともに、前記開閉手段は運転モードに応じて開閉制御されることを特徴とする請求項２に記載の空調システム。
4. 深夜電力時間帯には、前記蓄熱装置には熱が蓄えられ、前記空調装置は運転されないことを特徴とする請求項３に記載の空調システム。
5. 早朝時間帯には、前記蓄熱装置には熱が供給されずに、前記空調装置は熱交換運転されて、
   前記経由路は開かれるとともに、前記迂回路は閉じられることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の空調システム。
6. 日中時間帯には、前記蓄熱装置には熱が供給されずに、前記空調装置は送風運転されて、
   前記経由路は開かれるとともに、前記迂回路は閉じられることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の空調システム。
7. 日中時間帯には、前記蓄熱装置には熱が供給されずに、前記空調装置は熱交換運転されて、
   前記経由路は開かれるとともに、前記迂回路は開かれることを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の空調システム。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の空調システムを備えることを特徴とするユニット建物。

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