JP2018204804A

JP2018204804A - 空調システム

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Publication number: JP2018204804A
Application number: JP2017107257A
Authority: JP
Inventors: 諭小澤; Satoshi Ozawa; 一宏林; Kazuhiro Hayashi
Original assignee: Nikken Sekkei Ltd
Current assignee: Nikken Sekkei Ltd
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2017-05-30
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2037-05-30
Also published as: JP7032060B2

Abstract

【課題】室内空間を迅速に暖房又は冷房でき、しかも、水平方向及び垂直方向の何れにも、均一に暖房又は冷房することができる空調システムを提供する。【解決手段】室内空間の天井面Ｃを形成し、多数の通気孔２１ａを穿設した天井パネル２と、この天井パネル２の上方空間に配設し、下面に吹出口３ａを形成した空調ダクト３と、この空調ダクト３に暖気又は冷気を送風する空調機４と、から空調システム１を構成する。天井パネル２は、熱伝導性の高い金属材料から成形し、空調ダクト３の吹出口３ａの直下部から周辺部にいくに従って、通気孔２１ａの開口率を漸次高めてある。【選択図】図４

Description

本発明は、オフィスビル、商業施設等の室内空間における暖房又は冷房を効率的に実施することができる空調システムに関する。

従来、オフィスビル、商業施設等の室内空間を暖房又は冷房するには、天井面の適宜位置に吹出口を形成し、その吹出口から室内空間へと適宜温度の暖気又は冷気を供給し、室内空間で空気を対流させて、室内空間を適宜温度に調整するようにしていた。

しかし、室内空間で空気を対流させる空調方式では、温度センサ等によって室内空間の温度を検出して制御しても、暖気は上方に、冷気は下方に移動し易いために、室内空間を均一な温度に保持することはできなかった。
又、吹出口の直下に近い位置にいる者は、吹出口から吹出す暖気又は冷気を身体に直接受け易く、通常よりも暑く又は寒く感じたり、暖気又は冷気が身体に強く当たって、不快感を抱く場合もあった。

かかる従来の問題点を解決するために、天井面を構成する天井パネルの裏面に暖気又は冷気を流通させ、天井パネルから輻射される温熱又は冷熱によって室内空間を暖房又は冷房する空調方式、又は、室内空間で空気を対流させると共に、天井パネルから熱を輻射する空調方式を採用することも提案されている（特許文献１及び２参照）。

特開平０６−１７４２６１号公報特開２０１５−０６４１２９号公報

しかし、上記特許文献１及び２に記載された空調システムは、何れも、室内空間の天井裏の一端部に設置した空調機又はその吹出口から天井裏に暖気又は冷気を吹出させ、天井裏の他端部へと流通させ、その間に天井パネルに穿設した通気孔から室内空間へと暖気又は冷気を流出させるものであった。
又、特許文献１及び２に記載された空調システムでは、天井パネルに穿設した通気孔の孔径は天井パネル全面に亘って同一であり、又、通気孔の間隔も天井パネル全面に亘って同一であった。

そのため、天井裏の他端部へと流通する間に、暖気又は冷気の流速が低下していき、他端部に行くに従って、通気孔から吹出す暖気又は冷気の流量は少なくなる。
又、天井裏の他端部へと流通する間に、暖気又は冷気はその熱量を放出して、他端部に行くに従って、通気孔から吹出す暖気又は冷気の温度は低下又は上昇する。

よって、特許文献１及び２に記載された空調システムでは、室内空間を未だ迅速に暖房又は冷房することができないと共に、室内空間の水平方向及び垂直方向の何れにも、均一に暖房又は冷房することはできなかった。
又、吹出口の直下に近い位置にいる者は、依然として、吹出口から吹出す暖気又は冷気を身体に直接受け易く、通常よりも暑く又は寒く感じたり、暖気又は冷気が身体に強く当たって、不快感を抱く場合もあった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みて為されたものであって、室内空間で空気を対流させると共に、天井パネルから熱を輻射する空調方式において、室内空間を迅速に暖房又は冷房することができると共に、室内空間の水平方向及び垂直方向の何れにも、均一に暖房又は冷房することができ、しかも、暖気又は冷気が身体に当たって、通常よりも暑く又は寒く感じたり、不快感を抱くこともない空調システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の空調システムは、室内空間の天井面を形成し、多数の通気孔を穿設した天井パネルと、この天井パネルの上方空間に配設し、下面に吹出口を形成した空調ダクトと、この空調ダクトに暖気又は冷気を供給する空調機と、から構成され、
前記天井パネルは、熱伝導性の高い金属材料から成形し、前記空調ダクトの吹出口の直下部から周辺部にいくに従って、前記通気孔の開口率を漸次高めたことを特徴とする。

前記天井パネルを成形する金属材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金であるのが好ましい。

又、前記通気孔の孔径は、１０〜４０ｍｍであることが好ましく、前記通気孔の開口率は、前記空調ダクトの吹出口の直下部から周辺部にいくに従って、１０〜６０％に遷移させるのが好ましい。

さらに、前記天井パネルの上方空間に送風機を配設し、前記空調機から供給する暖気又は冷気に、この送風機から供給する乾燥空気を混合させて、前記空調ダクトに供給するのが好ましい。

本発明の空調システムによれば、室内空間を迅速に暖房又は冷房することができると共に、室内空間の水平方向及び垂直方向の何れにも、均一に暖房又は冷房することができ、しかも、暖気又は冷気が身体に当たって、通常よりも暑く又は寒く感じたり、不快感を抱くこともない。

さらに、空調機から供給する暖気又は冷気に送風機から供給する乾燥空気を混合させて空調ダクトに供給するようにすれば、より迅速に暖房又は冷房することができると共に、冷房時には、天井パネルの上面における結露を効果的に防止することができる。

本発明の空調システムの構成図である。本発明の空調システムにおける（Ａ）は空調ダクト直下部に配置する天井パネル部材の平面図、（Ｂ）は周辺部に配置する天井パネル部材の平面図である。本発明の空調システムにおける空調ダクトの（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。本発明の空調システムの概念図である。本発明の空調システムを設置してその性能試験を実施した建築物のフロアの平面図である。本発明の空調システムの性能試験を実施した室内空間及び装置構成を示す（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。冷房時における性能試験の実施条件を示す表である。冷房時における性能試験の温度変化を示す図である。冷房時における室内空間の垂直方向の温度分布を示す図である。冷房時における室内空間の水平方向の（Ａ）は床上３０００ｍｍにおける分布図、（Ｂ）は床上１２００ｍｍにおける分布図である。暖房時における性能試験の実施条件を示す表である。暖房時における性能試験の温度変化を示す図である。暖房時における室内空間の垂直方向の温度分布を示す図である。暖房時における室内空間の水平方向の（Ａ）は床上３０００ｍｍにおける分布図、（Ｂ）は床上１２００ｍｍにおける分布図である。

本発明の空調システムの好適な実施形態について、以下、図面を参照して説明する。

本発明の空調システム１は、図１乃至４に示すように、室内空間の天井面Ｃを形成し、多数の通気孔２１ａを穿設した天井パネル２と、この天井パネル２の上方空間に配設し、下面に吹出口３ａを形成した空調ダクト３と、この空調ダクト３に暖気又は冷気を供給する空調機４と、から構成してある。

天井パネル２は、図１、２及び４に示すように、複数のパネル部材２１を縦横に水平方向に連結したものである。そして、パネル部材２１は、熱伝導性の高い金属材料から矩形状に成形してある。
ここで、熱伝導性の高い金属材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、銅、銅合金等を採用することができるが、軽量性、防錆性等を考慮すると、アルミニウム又はアルミニウム合金を採用するのが好ましい。

パネル部材２１としては、図２に示すように、素材に打ち抜き加工を施したパンチングメタルを採用してあり、例えば、縦（Ａ）×横（Ｂ）を８００×８００ｍｍ、肉厚（Ｔ）を２．０ｍｍに成形してある。
パネル部材２１には、図２に示すように、多数の通気孔２１ａを穿設してあるが、この通気孔２１ａの孔径（Ｄ）は、１０〜４０ｍｍ、特には、１５〜３０ｍｍであることが好ましい。例えば、孔径（Ｄ）を２１ｍｍとしてある。

さらに、空調ダクト３の吹出口３ａの直下部に配設するパネル部材２１Ａにあっては、図２（Ａ）に示すように、横方向において、中央部から周辺部にいくに従って、通気孔２１ａの間隔（Ｐ０）が漸次小さくなるように形成してある。
又、空調ダクト３の吹出口３ａの横方向周辺部に配設する、すなわち、パネル部材２１Ａより外方に配設するパネル部材２１Ｂにあっては、図２（Ｂ）に示すように、内側部から外側部にいくに従って、通気孔２１ａの間隔（Ｐ１，Ｐ２）が漸次小さくなるように形成してある。

よって、複数のパネル部材２１Ａ，２１Ｂを縦横に水平方向に連結して天井パネル２を構成した場合には、図４に示すように、空調ダクト３の吹出口３ａの直下部から周辺部にいくに従って、通気孔２１ａの間隔（Ｐ）は漸次小さくなる。
天井パネル２において、開口率を以下の通り、

開口率＝所定範囲内の通気孔２１ａの面積／パネル部材の所定範囲内の表面積

と定義すれば、天井パネル２における通気孔２１ａの開口率は、空調ダクト３の吹出口３ａの直下部から周辺部にいくに従って、漸次高くなるように設定してある。
そして、天井パネル２における通気孔２１ａの開口率は、空調ダクト３の吹出口３ａの直下部から周辺部にいくに従って、１０〜６０％、特には、２０〜５０％に遷移させるのが好ましい。

開口率を２０〜５０％に遷移させるために、通気孔２１ａの孔径（Ｄ）を同一とし、空調ダクト３の吹出口３ａの直下部から周辺部にいくに従って、通気孔２１ａの間隔（Ｐ）を漸次小さくする代わりに、通気孔２１ａの間隔（Ｐ）を同一とし、空調ダクト３の吹出口３ａの直下部から周辺部にいくに従って、通気孔２１ａの孔径（Ｄ）を漸次大きくするようにしてもよい。

空調ダクト３は、図１、３及び４に示すように、天井パネル２の上方空間に、天井パネル２に近接して、所定間隔で２基配設してある。そして、空調ダクト３は、断熱性の高い材料から構成してある。
ここで、断熱性の高い材料としては、吸音性、軽量性も考慮して、グラスウールを採用するのが好ましい。
空調ダクト３の下面と天井パネル２との上面との間隔（Ｈ）は、１００〜５００ｍｍ、特には、２００〜４００ｍｍとするのが好ましい。

空調ダクト３の下面には、図３及び４に示すように、幅方向に長い矩形状の吹出口３ａを形成してあり、例えば、長さ（Ｌ）４５０ｍｍ、幅（Ｗ）７５ｍｍとしてある。
そして、空調ダクト３の基端部から先端部にいくに従って、吹出口３ａの間隔（Ｑ）を漸次広くしてある。例えば、基端部における吹出口３ａの間隔（Ｑ１）を４５０ｍｍ、先端部における吹出口３ａの間隔（Ｑ２）を９００ｍｍとしてある。
ここで、基端部から先端部にいくに従って、吹出口３ａの間隔（Ｑ）を漸次広くしてあるのは、先端部にいくに従って空調ダクト３内を流通する暖気又は冷気の速度（ｍ／ｓ）が速くなるので、空調ダクト３の長さ方向に亘って、極力均一速度で吹出口３ａから暖気又は冷気を吹出させるためである。

空調機４は、図１に示すように、天井パネル２の上方空間に配設してあり、給気供給管５，連結ダクト６を介して、２基の空調ダクト３，３に暖気又は冷気を供給するようになっている。
又、空調機４は、外気導入管７によって外気を導入すると共に、還気吸引管８によって室内空間の空気を吸引、回収し、空気を冷却又は加熱する。
尚、空調機４としては、風量１，５００ｍ^３／ｈの天井隠蔽型パッケージ空調機の屋内機を採用することができる。

さらに、天井パネル２の上方空間には、図１に示すように、空調機４と対向する位置に送風機９を配設してあり、給気供給管５，連結ダクト６を介して、２基の空調ダクト３，３に乾燥した空気を供給する。
又、送風機９は、外気導入管１０によって外気を導入すると共に、還気吸引管１１によって室内空間の空気を吸引、回収し、空気に含まれる水分を除去し、乾燥させる。
尚、送風機９としては、風量１，８００ｍ^３／ｈの消音ストレートシロッコファンから成る還気送風機を採用することができる。

空調機４から供給する暖気又は冷気に送風機９から供給する乾燥空気を混合させて空調ダクトに供給することによって、給気される空気の風量が大きくなって、室内空間を迅速に暖房又は冷房することができる。
又、冷房時には、天井パネル２の上面に沿って多量の空気が流通することによって、天井パネル２の上面に水分が付着するのを阻止して、結露をより効果的に防止することができる。

次に、本発明の空調システム１の作用、効果について、以下、図４を参照して、詳細に説明する。

先ず、空調機４から吹出された暖気又は冷気は、給気供給管５，連結ダクト６を通過して、２基の空調ダクト３，３に供給される。

次に、空調ダクト３を流通する暖気又は冷気は、基端部から先端部に至る間に、図４に示すように、吹出口３ａから下方に吹出され、天井パネル２の上面に衝突する。

空調ダクト３の吹出口３ａの直下部における天井パネル２の通気孔２１ａの開口率は低いから、天井パネル２の上面に衝突した暖気又は冷気の殆どは、天井パネル２の上面に沿ってその周辺部へと流動していく。

よって、吹出口３ａの直下部における天井パネル２の通気孔２１ａからは殆ど暖気又は冷気が下方に流出されず、専ら天井パネル２を加熱又は冷却することになる。
従って、図４に示すように、吹出口３ａの直下部における天井パネル２の下面からは輻射によって室内が加熱又は冷却されることになる。

一方、空調ダクト３の吹出口３ａの周辺部における天井パネル２の通気孔２１ａの開口率は高いから、天井パネル２の上面に沿って流動していく暖気又は冷気は、周辺部にいくに従って通気孔２１ａから下方に流出される。

よって、吹出口３ａの周辺部における天井パネル２の通気孔２１ａからは殆どの暖気又は冷気が下方に流出され、対流によって室内が加熱又は冷却されることになる。

以上のように、本発明の空調システム１は、空調ダクト３の吹出口３ａの直下部から周辺部にいくに従って、天井パネル２の通気孔２１ａの開口率を漸次高めてあるから、空気の対流と熱の輻射とを適切に調和することができて、室内空間の水平方向及び垂直方向の何れにも、均一に暖房又は冷房することができる。

さらに、空調機４から供給する暖気又は冷気に送風機９から供給する乾燥空気を混合させて空調ダクト３に供給すれば、給気される空気の風量が大きくなって、室内空間をより迅速に暖房又は冷房することができる。

又、冷房時には、天井パネル２の上面に沿って多量の空気が流通するので、天井パネル２の上面に水分が付着するのを阻止することができ、結露をより効果的に防止することができる。

次に、本発明の空調システム１を建築物のフロアの一部に模擬的に設置して、性能試験を実施したので、以下、その実施方法及び結果について説明する。

性能試験を実施した建築物のフロアの概要は、図５に示す通りであって、一点鎖線で囲んだ斜線の空間領域に本発明の空調システム１を設置した。
図６に示すように、空調システム１を構成する各装置を配設し、天井パネル２、空調ダクト３は、上階の床スラブＳ２から吊下部材によって吊下し、所定高さに配置した。

天井パネル２は、図６に示すように、複数のパネル部材２１を縦横に水平方向に連結したものであって、パネル部材２１としては、アルミニウム製の縦（Ａ）×横（Ｂ）を８００×８００ｍｍ、肉厚（Ｔ）を２．０ｍｍとしたパンチングメタルを使用した。
パネル部材２１には、孔径（Ｄ）を２１ｍｍとした通気孔２１ａを多数穿設してあり、天井パネル２における通気孔２１ａの開口率は、空調ダクト３の吹出口３ａの直下部から周辺部にいくに従って、２０〜５０％に遷移させた。

空調ダクト３は、図６に示すように、天井パネル２の上方空間に、天井パネル２に近接して、所定間隔で２基配設した。そして、空調ダクト３としては、グラスウール製の矩形断面状を呈するものを使用した。
そして、空調ダクト３の下面には、長さ（Ｌ）４５０ｍｍ、幅（Ｗ）７５ｍｍの矩形状の吹出口３ａを形成し、空調ダクト３の基端部から先端部にいくに従って、吹出口３ａの間隔（Ｑ）を４５０〜９００ｍｍへと漸次広くさせた。

一点鎖線で囲んだ斜線の空間領域の周囲は、断熱材料から成る壁部材によって、下階の床スラブＳ１から上階の床スラブＳ２まで完全に包囲し、空気及び熱量がこの空間領域外に流出しない状態に保持した。
尚、図６に示される４本の支柱Ｐ，Ｐ，・・・は、建築物のフロアに既に設置されているものである。

又、図６に示すように、室内空間及び天井空間の適宜位置（●の位置）に熱電対を配置して、その位置における温度を測定できるようにした。
ここで、床上１００ｍｍ（以下、ＦＬ１００と記載）は人間の足元の位置、ＦＬ８００はテーブル上面の位置、ＦＬ１２００は着席した時の人間の頭部の位置、ＦＬ１８００は直立した時の人間の頭部の位置、ＦＬ２５００は天井パネル直下の位置、ＦＬ２７００は天井パネル上面の位置、ＦＬ３０００は空調ダクト直下の位置を示している。
さらに、室内空間の中央部に、熱線式風速計を配置して、その位置における風速を測定できるようにした。

［性能試験１］
先ず、冷房時における空調システム１の性能試験を実施した。冷房開始時における外気温度は２５．０°Ｃ、室内温度は２７．５°Ｃ（ＦＬ１２００にて）であった。
そして、図７に示すように、空調機４の室内設定温度を２４．０°Ｃに設定して、９：００に冷房動作を開始した。

性能試験は、８：００から１８：００に亘って実施したが、その間における外気、天井パネル上面、露点温度、室内空間の所定高さ位置の温度は、図８に示す通りであった。
尚、図７に示すように、１３：００、１５：００の時刻には、それぞれ、室内設定温度を２８．０°Ｃ、２６．０°Ｃに変更して、冷房動作を継続した。

図８に示すように、冷房動作を開始して３０分後には、室内温度は２４．０°Ｃ（ＦＬ１２００にて）に低下した。

又、図９に示すように、ＦＬ１８００とＦＬ１００における温度差は、１．０°Ｃ程度に過ぎず、室内空間の垂直方向において、均一性のある冷房を行うことができることがわかった。

又、図１０に示すように、ＦＬ１２００における水平方向の温度差も、１．０°Ｃ程度に過ぎず、室内空間の水平方向においても、均一性のある冷房を行うことができることがわかった。

さらに、室内空間の中央部における風速は、０．５ｍ／ｓ以下と小さく、冷気が身体に強く当たって、不快感を抱くほどのものではなかった。

以上の試験結果から、本発明の空調システム１によれば、室内空間を迅速に冷房することができると共に、室内空間の水平方向及び垂直方向の何れにも、均一に冷房することができることがわかった。

又、８：００から１８：００に亘って、天井パネル上面の温度は露点温度以上にあったから、結露が発生しないこともわかった。

［性能試験２］
次に、暖房時における空調システム１の性能試験を実施した。暖房開始時における外気温度は２．０°Ｃ、室内温度は１９．２°Ｃ（ＦＬ１２００にて）であった。
そして、図１１に示すように、空調機４の室内設定温度を２２．０°Ｃに設定して、８：００に暖房動作を開始した。

性能試験は、８：００から１８：００に亘って実施したが、その間における外気、天井パネル上面、室内空間の所定高さ位置の温度は、図１２に示す通りであった。

図１２に示すように、暖房動作を開始して１時間後には、室内温度は２１．４°Ｃ（ＦＬ１２００にて）に上昇した。そして、１時間１０分後には、室内温度は２２．０°Ｃ（ＦＬ１２００にて）を超えた。

又、図１３に示すように、ＦＬ１８００とＦＬ１００における温度差は、１．９°Ｃ程度に過ぎず、室内空間の垂直方向において、均一性のある暖房を行うことができることがわかった。

又、図１４に示すように、ＦＬ１２００における水平方向の温度差は、０．５°Ｃ程度に過ぎず、室内空間の水平方向において、極めて均一性のある暖房を行うことができることがわかった。

以上の試験結果から、本発明の空調システム１によれば、室内空間を迅速に暖房することができると共に、室内空間の水平方向及び垂直方向の何れにも、均一に暖房することができることがわかった。

尚、本発明の空調システム１の構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない限りにおいて種々変更できること、勿論である。

１空調システム
２天井パネル
２１ａ通気孔
３空調ダクト
３ａ吹出口
４空調機
９送風機

Claims

室内空間の天井面を形成し、多数の通気孔を穿設した天井パネルと、この天井パネルの上方空間に配設し、下面に吹出口を形成した空調ダクトと、この空調ダクトに暖気又は冷気を送風する空調機と、から構成され、
前記天井パネルは、熱伝導性の高い金属材料から成形し、前記空調ダクトの吹出口の直下部から周辺部にいくに従って、前記通気孔の開口率を漸次高めたことを特徴とする空調システム。
前記天井パネルを成形する金属材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
前記通気孔の孔径は、１０〜４０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の空調システム。
前記通気孔の開口率は、前記空調ダクトの吹出口の直下部から周辺部にいくに従って、１０〜６０％に遷移させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１に記載の空調システム。
前記天井パネルの上方空間に送風機を配設し、前記空調機から供給する暖気又は冷気にこの送風機から供給する乾燥空気を混合させて、前記空調ダクトに供給することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１に記載の空調システム。