JP3748494B2

JP3748494B2 - 躯体蓄熱空調構造

Info

Publication number: JP3748494B2
Application number: JP27864798A
Authority: JP
Inventors: 佳裕桂川; 中村　　慎; 久半澤
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2018-09-30
Also published as: JP2000111121A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、夜間躯体に蓄熱し、昼間躯体から放熱させて空調負荷を低減させる躯体蓄熱空調構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に示すように、空調時間帯においては、吹出ファン５８から居室６２へ空調機５０の空調気流を吹き出し、吸気ファン６０で空調機５０へ還流させて、居室６２内を空調する空調方式がある（空気の流れは実線表示）。
【０００３】
このような空調方式において、夜間、ダンパ５４、５６を切替え、空調機５０から空調気流を、上階の床スラブ５２に吹き付けて蓄熱し、昼間床スラブ５２から放熱させることで、昼間の空調負荷を低減させると共に、使用電力のピークを下げる躯体蓄熱空調システムが提案されている（夜間の空気の流れは破線表示）。
【０００４】
しかし、放熱される蓄熱エネルギーは、床スラブ５２が接する上階の居室内空気及び天井裏空気と、床スラブ５２との温度差に依存するため、温度差が最も大きな蓄熱終了時（朝方）に、放熱される蓄熱量がピークとなる（図４に示す実線の曲線Ｅを参照）。換言すれば、蓄熱エネルギーの放熱は成り行き次第である。
【０００５】
このため、夏期において、日中（午後２時頃）の空調負荷のピークを下げることができず、電力会社と契約する使用電力量の上限値を下げて、躯体蓄熱空調システムの運転コストを削減することが難しかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、夏期において、空調負荷のピークをカットでき、また、特別な躯体蓄熱用のスペースを設ける必要がない、躯体蓄熱空調構造を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、フロアパネルと床スラブとの間に形成された床下空間へ空調機で空調された空調気流を送風し、フロアパネルに設けられた吹出口から居室内へ吹き出すアンダーフロア空調方式に用いられている。
【０００８】
この構成では、躯体蓄熱手段が、床下空間へ空調機から空調気流を送風し、床スラブに蓄熱する。そして、抑制手段が、蓄熱終了時の床スラブの平均温度より低い空調気流を空調機から床下空間へ送風することにより、昼間の空調負荷のピーク時まで、床スラブに蓄熱した蓄熱エネルギーの放熱を抑え、空調負荷のピーク時に放熱させる。
【０００９】
このように、空調負荷のピーク時まで、蓄熱エネルギーの放熱を抑えることで、使用電力量の上限値を下げることができる。また、放熱する蓄熱エネルギーに応じて、空調制御手段が吹出口からの吹出風量を制御することで、居室内が空調される。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、躯体蓄熱手段が、床下空間内の空気を空調機へ還流させる還流ダクトを備えている。この構成により、夜間、空調気流が、床下空間と空調機の間を循環するので、効率よく床スラブに蓄熱される。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、空調制御手段が、居室内に設けられた第１温度センサ又は居室内から還流された空気の温度を検出する第２温度センサの検出温度に基づき吹出口で吹出風量を制御し、この吹出風量を満たす風量を空調機から床下空間へ送風させる。このように、吹出口側で吹出風量制御することで、居室が複数ある場合、個別に室温制御が可能となる。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、空調制御手段が、居室内に設けられた第１温度センサ又は居室内から還流された空気の温度を検出する第２温度センサの検出温度に基づき、空調機を制御して、床下空間へ送る風量を決定する。このように、総量としての風量を制御するだけでよいので、制御機構を簡便化できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１には、本形態に係る躯体蓄熱空調構造を備えた居室１０が示されている。
【００１４】
居室１０の床スラブ１２には、支持サポート（図示省略）が配置されており、この支持サポートがフロアパネル１４を支持している。これにより、床スラブ１２とフロアパネル１４との間に、床下空間１６が形成されている。
【００１５】
また、フロアパネル１４には、吹出口１８が形成されている。この吹出口１８には、吹出ファン２０が取付けられ、制御ユニットで回転数が制御されるようになっている。なお、吹出口１８には、図示しないシャッターが設けられており、必要に応じて開閉されるようになっている。
【００１６】
また、制御ユニットは、ユニット化された複数の吹出ファン２０を、壁面に配置されたルームサーモ２２からの信号に基づきローカル制御し、所定のゾーンの吹出風量をコントロールするようになっている。
【００１７】
一方、居室１０の天井部には、吸込口２４が形成された天井パネル２６が配設され、天井スラブ２８との間に排気通路３０を構成している。排気通路３０には、レタンサーモ３８が設けられており、このレタンサーモ３８が検出した空気の温度に基づき、空調機３４の送風量及び送風温度が制御される。
【００１８】
また、排気通路３０の排気口４４には排気ダクト３２が接続されており、排気ダクト３２を通じて空気が空調機３４へ還流される。さらに、空調機３４へ還流された空気は、空調ファンで返り空気として熱交換器へ送られる。ここで、新鮮な外気と混合され熱交換された空気は、給気ダクト３６を通じて、床下空間１６へ送風される。
【００１９】
一方、床下空間１６には、レタンダクト４０の吸気口４２が位置している。レタンダクト４０の排気口は、排気ダクト３２に接続されており、モーターダンパ７０を操作することで、空気の流れが切替られる。
【００２０】
次に、本形態に係る躯体蓄熱空調構造の作用を説明する。
【００２１】
夜間の蓄熱時間帯には、図１に示すように、モーターダンパ７０が切替られ、床下空間１６内の空気が、レタンダンパ４０に吸い込まれ、排気ダクト３２を通じて空調機３４に至り、熱交換されて給気ダクト３６を通じて、床下空間１６へ送られる。このように、居室１０内を通さず、床下空間１６と空調機３４の間を循環させることにより、床スラブ１２が効率よく蓄熱される。
【００２２】
なお、フロアパネル１４の材質等によっては、図３に示す蓄熱時間帯終了時（朝方８時頃）のように、床スラブ１２の温度が低下しているとき、放熱によって居住環境を悪化させる可能性もあるので（冷え過ぎる）、フロアパネル１４の下面に断熱層を設けることが好ましい。
【００２３】
また、蓄熱時間帯には、吹出口１８に設けられたシャッターを閉じた方が蓄熱効率を向上させるためには望ましいが、シャッターを閉じなくても、空気を循環させるだけで蓄熱効果は充分に期待できる。
【００２４】
次に、本形態では、図２〜図４に示すように、一般空調時間帯を、一例として、午前の８時頃〜１３時頃（空調負荷ピーク時）と、午後の１３時頃〜１８時頃（空調停止時直前）とに別けて制御している。
【００２５】
すなわち、午前中は、先ずモーターダンパ７０を切替え、床スラブ１２の温度を、蓄熱終了時の床スラブ１２の平均温度（約２１℃）に保つため、空調機３４が平均温度より低い空調気流を床下空間１６へ送風する。これによって、床スラブ１２からの蓄熱量の放熱が制限され（ハッチングは放熱された蓄熱量Ｂを示す）、空調負荷ピーク時まで、床スラブ１２の温度が、蓄熱終了時の温度に保たれる（図３参照）。
【００２６】
ここで、居室１２内の空調は、ルームサーモ２２からの信号に基づき、吹出口１８の吹出風量を制御（吹出ファンの回転数制御）することで行われる。そして、吹出口１８から吹出された空気は、居室１２を上昇して吸込口２４を通じて、排気通路３０に流入する。
【００２７】
排気通路３０に流入した空気は、排気ダクト３２を通じて空調機３４へ還流される。ここで、新鮮な外気と混合され熱交換された空気は、給気ダクト３６を通じて、床下空間１６へ送風される。ここで、空調機３４の送風量は、吹出口１８からの吹出風量を満たすように供給される。
【００２８】
なお、本形態では、吹出ファンの回転数制御で吹出風量を制御するようにしたが、吹出口の開口面積の大きさを変えてもよく、吹出風量を変える方法は特定されてない。このように、吹出口１８側で吹出風量を制御することで、居室１２が複数ある場合、個別に室温制御が可能となる。
【００２９】
また、本形態では、ルームサーモ２２で温度制御する場合を説明したが、ルームサーモ２２で制御するか、レタンサーモ３８で制御するかは、空調範囲等の要因によって適時変更できるものであり、どちらのサーモでも温度制御は可能で、一方の制御方法に限定されない。
【００３０】
例えば、居室１２から還流された空気の温度をレタンサーモ３８で検出して、床下空間１６へ送る送風量を、空調機３４側だけで制御してもよい。これより、総量としての送風量を制御するだけでよいので、制御機構を簡便化できる。
【００３１】
次に、午後（空調負荷ピーク時）は、床スラブ１２に蓄熱された蓄熱量を利用して、上述したルームサーモ２２かレタンサーモ３８で、居室１２内を空調する。
【００３２】
このとき、床スラブ１２の温度は、午前中の熱放出抑制によって、蓄熱終了時の温度により近くに保たれているので、吹出口１８から吹出される空気の吹出温度が低下する。このため、空調機３４が処理する熱量が低減し、空調負荷を低減させることができる。また、アンダーフロア空調方式を用いた蓄熱空調は、従来の躯体空調システム（図５参照）と比較すると、空気が強制対流されるため、放熱が促進され、より空調機の負荷が低減される。さらに、特別な蓄熱用のスペースを確保する必要がないので、建築コストが上昇しない。
【００３３】
ここで、図３に示すように、床スラブ１２の温度上昇カーブ（実線Ｍ１で表示）は、従来の床スラブ５２（図５参照）の温度上昇カーブ（破線Ｍ２で表示）と比較して、急激に上昇し、空調停止時には同じ温度となる。
【００３４】
また、図４に示すように、夜間に蓄熱された床スラブ１２の蓄熱量Ａは、午前中に蓄熱量Ｂが放熱され、午後に蓄熱量Ｃが放熱される。そして、空調に必要な熱負荷量を、曲線Ｄで示すと、空調機３４の負荷は、曲線Ｄと蓄熱量Ｂの曲線Ｂ１、曲線Ｄと蓄熱量Ｃの曲線Ｃ１との距離で表される。
【００３５】
すなわち、床スラブ１２に蓄熱された蓄熱量の放熱を制御することで、空調負荷のピーク時（１３時頃）において、従来の躯体蓄熱方式の放熱特性を示す曲線Ｅにおける空調負荷はＬ１、躯体蓄熱がない場合の空調負荷はＬ２、本発明の放熱特性を示す曲線Ｃ１における空調負荷はＬ３となり（Ｌ３＜Ｌ１＜Ｌ２）、空調負荷ピークをカットすることができる。
【００３６】
なお、冬期（暖房時）では、一般に空調負荷のピークは、朝方となるため、一日中、上述したルームサーモ２２かレタンサーモ３８を利用して、空調機３４からの送風温度と送風量を制御する。
【００３７】
また、放熱量の調節は、床下空間１６へ吹き出す送風温度及び吹出風量で調節する。すなわち、吹出温度が床スラブ温度以下ならば放熱は０である。また、床下空間に吹出す空気量が同じであるならば、床スラブ温度に対する吹出空気温度の差が小さければ放熱量は小さく、温度差が同じであるならば、吹出空気量、すなわち、床下空間を通過する空気量によって放熱量が変わる。空気量を変えて制御する手段として、空調ファンの風量制御、吹出口の吹出風量の制御、及び吹出口の開口面積調整、又はこれらの組み合わせが考えられる。
【００３８】
さらに、フロアパネルの下面に設ける断熱層の配置例として、以下のレイアウトが考えられる。
【００３９】
すなわち、専有面積が大きな居室の場合、窓や壁（ペリメータ部）の近くは、夏期（直射日光や壁等からの放射熱があり暑い）も、冬期（壁等からの放射熱があり寒い）も、快適な住居環境を実現するためには、空調負荷が大きい。
【００４０】
以上のような空調環境を考えると、ペリメータ部のフロアパネルには、断熱層を設けない方が、冬期は、床スラブからの輻射熱（暖かい）の恩恵を受けられ、また、夏期も、床スラブからの輻射熱（冷たい）の恩恵を受けられるので、１つの設計例として、インテリア部にだけ断熱層を配置すればよいと言える。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、夏期において、空調負荷のピークをカットでき、また、特別な躯体蓄熱用のスペースを設ける必要がなく、建築コストを上昇させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本形態に係る躯体蓄熱空調構造の空気の流れを示す概念図である。
【図２】本形態に係る躯体蓄熱空調構造の空気の流れを示す概念図である。
【図３】本形態に係る躯体蓄熱空調構造の床スラブの温度変化を示したグラフである。
【図４】本形態に係る躯体蓄熱空調構造の床スラブの蓄熱量と空調負荷との関係を示したグラフである。
【図５】従来の躯体蓄熱空調構造を示す概念図である。
【符号の説明】
１２床スラブ
１６床下空間
２０吹出ファン（空調制御手段）
２２ルームサーモ（第１温度センサ）
３４空調機（躯体蓄熱手段、抑制手段、空調制御手段）
３８レタンサーモ（第２温度センサ）
４０レタンダクト（還流ダクト）

Claims

フロアパネルと床スラブとの間に形成された床下空間へ空調機で空調された空気を流入させ、前記フロアパネルに設けられた吹出口から居室内へ吹き出すアンダーフロア空調方式に用いられ、
前記床下空間へ前記空調機から空調気流を送風し、前記床スラブに蓄熱する躯体蓄熱手段と、前記蓄熱終了時の前記床スラブの平均温度より低い空調気流を前記空調機から前記床下空間へ送風することにより、日中の空調負荷のピーク時まで前記床スラブに蓄熱した蓄熱エネルギーの放熱を抑え、空調負荷のピーク時に放熱させる抑制手段と、前記床スラブから放熱される蓄熱エネルギーと前記吹出口からの吹出風量で前記居室内を空調する空調制御手段と、を有することを特徴とする躯体蓄熱空調構造。
前記躯体蓄熱手段が、前記床下空間内の空気を前記空調機へ還流させる還流ダクトを備えていることを特徴とする請求項１に記載の躯体蓄熱空調構造。
前記空調制御手段が、居室内に設けられた第１温度センサ又は居室内から還流された空気の温度を検出する第２温度センサの検出温度に基づき前記吹出口の吹出風量を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の躯体蓄熱空調構造。
前記空調制御手段が、居室内に設けられた第１温度センサ又は居室内から還流された空気の温度を検出する第２温度センサの検出温度に基づき、前記床下空間へ送る風量を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の躯体蓄熱空調構造。