JPS5810653B2 - 建築物における空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、建築物の室内に生じる熱負荷を、簡単にかつ
経済的に処理し、室内の空気調和を効果的に行えるよう
にしたことを特徴とする建築物における空気調和装置に
関するものである。

一般建築物において、室内は屋外と屋内の境界を構成す
る壁体（ガラス窓、外壁等）に近い部分のペリメータゾ
ーンと、該壁体から離れたインテリアゾーンとに区分す
ることができ、インテリアゾーンは照明、人体、機器な
どの発熱が主な熱負荷となり比較的安定しているが、ペ
リメータゾーンは、壁体からの貫流熱や日射熱のごとき
外界条件に支配される熱負荷を生じ変動が激しい。

特にガラス窓のように熱伝導率が大きく、日射の透過性
が犬なる部材によって構成された壁体では、ペリメータ
ゾーンの熱負荷は、日射量、外気温度などの影響を大き
く受け、著しく変動するため、ペリメータゾーンの室内
空気温度を一定に制御するのが困難である。

それゆえ従来の空気調和においては、ペリメータゾーン
とインテリアゾーンとを単一の空調機で制御するか、或
いは両ゾーンを個個の空調機器で制御している。

前者の方法では、設備、機器に要する費用は低く抑えら
れるが、両ゾーンの熱負荷特性は前述のごとく著しく異
なるため、室内を快適な状態に維持することができない
。

たとえば、空調制御用の温度検出器をインテリアゾーン
に設置すると、ペリメータゾーンは外界条件の変化に応
じて暑くなったり寒くなったりして快適な状態とはなら
ない。

逆にペリメータゾーンに温度検出器を設置すると、イン
テリアゾーンへの供給熱量が外界条件の影響を受けるた
め室内の熱負荷と合わなくなり、室内の空気温度は一定
にならない。

後者の方法では各ゾーンの制御は可能であるが、各種の
難点がある。

たとえば、ペリメータゾーンに専用のダクトを設けて専
用の空調機から処理空気を供給する場合には、少なくと
もペリメータゾーンの各方位ごとに空調機を設けるか、
または冷風と温風とを同時に供給できるように２本のダ
クトと冷温風の混合装置を備え、各方位ごとにペリメー
タゾーンの熱負荷に応じて適切な温度の処理空気を室内
に供給できるようにしなければならない。

またファンコイルユニットのような個別式空調機を壁体
に沿ってペリメータゾーンに配置する場合には、多数の
ユニットを必要とするのみでなく、ペリメータゾーンの
方位ごとに配管ループを設けるか、または冷水と温水と
を必要に応じて常時供給できるように２本の往水管と１
本あるいは２本の還水管を設け、冷水あるいは温水を適
切な量だけ各ユニットに供給しなければならない。

そのため、この方法は設備、機器に膨大な費用を要する
。

さらに、建物のインテリアゾーンは外界の影響をほとん
ど受けないため、冬季においても室内に冷風を供給する
ことが多いが、ペリメータゾーンでは温風が供給され、
インテリアゾーンとペリメータゾーンとは物理的に区切
られているわけではないので、インテリアゾーンの冷風
とペリメータゾーンの温風とが室内で干渉して熱負荷の
混合損失が生じやすい。

これらの難点を改良すべく、屋外と屋内の境界を構成す
る壁体の屋内側において、一方から吹き出した一次空気
を該−次空気の流れによって吸入する二次空気とともに
他方で吸引し、壁体付近に生じる質流熱や日射熱などの
熱負荷を上記空気の流れによって室内に影響しないよう
に除去するようにしたことを特徴とする発明が公知であ
る。

（特開昭５２−１５２６４６）。

上記発明においては、一次空気の吹き出し位置を幾つか
記載し、一次空気の吸引を、屋内、下方の階層および屋
外の３ケ所について示しているが、これらのうちで最も
実用性があると考えられるのは、屋内より吸引した空気
を壁体の屋内側下方より一次空気として吹き出し、一次
空気と一次空気によって誘引された二次空気とを上方で
吸引するタイプである。

この方法によれば、室内空気を床面近くから吸引して一
次空気として上方に吹き出し、壁体の室内側にエアカー
テンを形成して一次空気および一次空気によって誘引さ
れた室内空気（二次空気）を上方の天井面に設けた開口
より天井内に導き、その空気を還気あるいは排気して貫
流熱および日射熱を除去するので、ペリメータゾーンを
インテリアゾーンから分離して個々の空調機器で制御し
なくても室内は快適な環境となる。

また、インテリアゾーン側が冷房でペリメータゾーン側
が暖房の場合でも、還気される空気が両負荷部分を通過
してくるので各々の負荷を相殺することになり、冷房負
荷と暖房負荷との差のみが実際の負荷となって、従来の
空調方式のように冷房・暖房を個々に行った場合に比べ
て大幅に負荷が減少する。

さらに従来の空調方式のごとく、ファンコイルユニット
やインダクションユニットを窓の下側に設置すると、冷
房負荷を冷風で、暖房負荷を温風で処理するために、外
気温度と壁体の室内側表面付近の空気温度との差が、外
気温度と室内空気温度との差よりも大きくなって熱損失
量が大きくなる。

しかし、室内空気によるエアカーテンによって貫流熱お
よび日射熱を除去する場合には、壁体の室内側表面付近
の空気温度は室温とほぼ等しいので、損失熱量が減少す
る。

しかも、従来方式のユニットのように熱交換器を内蔵し
たり、配管や送水ポンプ、その他の付属機器を必要とし
ないので、著しく小形になるばかりでなく、廉価に供給
できる可能性がある。

しかしながら、屋外に面した壁体に近接した室内の床上
に、室内空気を吸引して上方に一次空気として吹き出す
装置を配置し、該装置の上方近くの天井面に、該−次空
気を、該−次空気の流れによって室内から誘引される二
次空気とともに吸引する開口部を設けた部屋を作って実
験を行った結果、壁体付近に生じる貫流熱や日射熱など
の熱負荷を室内に影響しないように除去するためには、
ガラス窓を有する壁体の場合、天井面の開口部より吸引
すべき空気量は、壁体の長さ１ｍあたり毎時２５０〜３
００ｍ’以上必要であることが分かった。

一般の大規模事務所建築物においては、屋外に面した壁
体に直角方向の居室の奥行きは１２ｍ程度のものが多い
。

上記の吸引空気量を居室の床面積Ｉｎ２あたりに換算す
ると、妻側（側部）に屋外に面したガラス窓を有する壁
体が無い場合で毎時２１〜２５ｍ３以上、ある場合には
３１〜３７ｍ３以上となる。

このような多量の空気を中央の空調機に接続されたダク
トより供給すると、従来の空調方式で一般に行われてる
ダクトより室内への給気量（居室の床面積Ｉｎ２あたり
毎時１２〜１５ｍ”）を大幅に上回ることになる。

このため、ダクト、空調機等の設備、機器に要する費用
が著しく増加するばかりでなく、送風動力の大幅増加に
よって電力エネルギーの消費量もふえ、所期の目的であ
る費用の低減がなされないのみでなく、省エネルギーと
いう社会の要求にも反するものになってしまう。

さらに設備、機器の設置に要するスペースも増加するの
で、建物の有効利用面積が減少したり、設置そのものが
困難な場合も考えられる。

また、屋外に面した壁体の室内側表面温度と室内の空気
温度とのあいだに著しい差が生じるような場合には、室
内の壁体に近い部分に居住する者に放射熱による影響を
与えるので、室内全域にわたって同一温度の処理空気を
均一に供給したのでは、室内の位置によって居住者の熱
環境に差が生じることになり、それがはなはだしい場合
には健康上の問題を生じる。

本発明は上記の欠点に鑑みてなされたものであり、屋外
に面した壁体に近接した室内の床上あるいは該壁体の室
内側下方に、室内空気を吸引して上方に一次空気として
吹き出す装置を取付け、該装置の上方近くの天井面に、
該−次空気を該−次空気の流れによって誘引される室内
空気（二次空気）とともに該壁体に近接した天井面に設
けられた開口部より吸引し、壁体付近に生じる貫流熱や
日射熱などの熱負荷を上記空気の流れによって室内に影
響しないように除去するとともに、該開口部より天井内
に吸引した空気の一部を、中央の空調機より室内に処理
空気を供給する天井内のダクトの途中あるいは室内への
吹出口の天井内部分において吸引して処理空気とともに
室内に再供給するようにし、空調機から室内への給気量
が従来方式による給気量とほとんど変わらないようにし
たことを特徴とするものである。

さらに別の実施例においては、屋外に面した壁体から室
内の吹出口までの距離が長くなるにしたかって天井画空
気の処理空気への混合比が大きくなるようにして、室内
の壁体に近い部分に居住する者に対する放射熱の影響を
緩和するようにしている したがって本発明によれば、消費電力をほとんど増加さ
せることなく設備、機器に要する費用を大幅に減少させ
、室内のほぼ全域にわたって快適な環境をつくることが
可能である。

第１図に示す実症例は、吹出口６および６′の天井内部
分に、天井画空気を吸引して処理空気と混合する装置９
および９′を付設した場合を示すものである。

外壁１に近接して床上に設置された送風装置４は、室内
空気を床面近くより吸引して一次空気として上方に吹き
出す。

一次空気は、ガラ１ス窓２などからの貫流熱および日射
熱を除去しながら上方に流れるときに周囲の室内空気を
二次空気として誘引し、二次空気とともに天井面に設け
られた開口部５より天井内に吸引される。

天井内に流入した空気は、装置９および９′によって吸
引りされ、中央の空調機に接続された給気ダクト７の内
部を流れる処理空気と適当な比率で混合され、吹出口よ
り室内に供給される。

処理空気との混合に使用されなかった天井画空気は、還
気ダクト８を介して、大部分は還気として空調機へ、残
りは１余剰排気として屋外に導かれる。

天井の吹出口より室内に供給された空気は、必ずしも全
量が開口部５から天井内に吸引されるわけではなく、そ
の一部が便所や給湯室などからも排気されるため、吹出
口から室内に供給される処理空気と天井内空ン気との混
合空気の量は、開口部５から天井内に吸引される空気量
よりも排気量に相当する量だけ多いのが普通である。

処理空気と天井画空気との混合比は１：１ないし１１２
程度である。

今、天井開口部からの吸引量と便所等からの排気量とに
見１合うようにするため、吹出口から室内への供給空気
量が床面積Ｉｎあたり毎時３０ｍ°必要ならば、空調機
からの処理風量を床面積１．ｌあたり毎時１２ｍ３とし
て、混合比は１：１．５となる。

室内の熱負荷を除去して室内の空気温度を２６℃に保つ
ンのに、従来の空調方式が１６℃の処理空気を室内に供
給している場合、本発明の方法を用いれば、室内への送
風量は従来方式の２．５倍となるので、吹出口における
処理空気と天井画空気との混合空気の温度は２２℃とな
り、天井画空気の温度が２８℃であれば、空調機からは
１５℃の処理空気を供給すればよい。

室内への供給空気量がふえて室内空気温度と吹出空気温
度との差が従来方式よりも小さくなるので、室内の気流
分布は従来方式よりも良くなり、吹出口からの冷風によ
るコールドドラフトなどの問題が緩和される効果もある
。

壁体からの熱放射の影響を緩和する必要がある場合には
、壁体から遠いところにある吹出口６′に付設された空
気吸引装置９′における処理空気量に対する天井内空気
量の比率が、壁体に近いところにある吹出口６に付設さ
れた空気吸引装置９のそれよりも大きくなるように、吸
引開口の数や面積等を調整することが望ましい。

なぜならば、外気温度が室内空気温度よりも高い場合や
、強い日射がガラス窓にあたっている場合には、送風装
置４から吹き出された空気は、壁体で加熱された後に天
井内に吸引されるので、天井内の空気温度は室内の空気
温度よりも高くなり、処理空気に対する天井的空気の混
合比が太きいと、その分だけ冷却負荷が増大し、室温を
一定に保つためには処理空気の温度をより低くしなけれ
ばならないからである。

従って、天井内空気量の比率を前述のように変化させれ
ば、壁体に近いところにある吹出口６では、天井的空気
の量が吹出口６１と比べて少ないので、その分だけ冷却
能力が大きくなり、壁体か４らの放射熱による温度上昇
を抑えることができる。

また、冬季の外気温度が低い場合には、送風装置４から
吹き出された空気は壁体によって冷却された後に天井内
に吸引されるので、天井内の空気温度は室内の空気温度
よりも低くなり、処理空気に対する天井的空気の混合比
が大きいとその分だけ冷却能力が減少し、室温を一定に
保つためには処理空気の温度をより高くしなければなら
ないが、前述のように変化させれば、吹出口６では天井
的空気の量が吹出口６′より少ないので、その分だけ冷
却能力が小さくなり、壁体からの放射熱による温度降下
を抑えることができる。

なお、このように壁体からの遠近によって吹出空気にお
ける天井的空気の混合比を変える場合には、空調機の能
力制御のための室内温度検出器を壁体から遠いところに
ある吹出口６′の受は持つ室内領域に設置することが望
ましい。

第２図に示す実施例は、天井内の給気ダクト７と１０と
のあいだに空気吸引装置９を付設した場合を示すもので
ある。

かかる混合装置において、給気ダクト７によって空調機
から送られてきた処理空気と天井的空気とを混合した後
、ダクによって混合空気を吹出口６，６′に導き室内に
供給する。

壁体１から吹出口までの遠近によって混合比を変えて壁
体に近い居住者に対する放射熱の影響を緩和する場合に
は、混合空気を吹出口に導くダクト１０を壁体に平行に
数列配設し、各ダクトごとに空気吸引装置を設けるよう
にすることができる。

第３図および第４図は、空気吸引装置の例を示したもの
である。

第３図に示したものは、給気ダクト７の先端をノズル状
の開口１１に接続し、ノズルから吹き出した処理空気に
よって天井内の空気をノズル周囲の開口１２より誘引し
、処理空気と天井的空気とを混合するものである。

この装置には可動部がなく、構造が簡単なため設置後の
保守が必要なく、コストも低床である。

しかし、混合後のダクトが長い場合には大径部分が長く
なりコスト高となって適当でない。

第４図に示したものは、ダクト１０の管端に送風機１３
を設け、給気ダクト７からの処理空気と開口１４からの
天井的空気とを混合してダクト１０に送風するものであ
る。

この装置は特にダクト１０が長い場合に適し、またノズ
ルによる圧力損失がないことも寄与して、第３図の装置
に比べ、空調機の送風機に必要とされる静圧が小さくな
る。

なお、図に示されていないが、処理空気と天井的空気と
の混合を促進するために、旋回羽根等の装置を空気吸引
装置・の内部に設けることは何らさしつかえない。

上記で明らかなように、本発明によれば、壁体からの貫
流熱および日射熱を室内空気による下方からの一次空気
によって除去する場合に、天井面の開口において吸引す
る多量の空気を全量還気ダ、クトに送る必要がなくなり
、空調機からの給気量が従来方式の場合とほとんど同じ
でよいため、従来方式においてペリメータゾーンの空気
調和に要していた機器、設備の費用がほとんど不要とな
り、その分だけ全体の設備費が廉価になる。

； さらに、処理空気と天井的空気との混合比を壁体か
ら吹出口までの遠近によって変えることにより、壁体か
らの放射熱の影響を容易に緩和でき、室内の全域にわた
って快適な居住環境を廉価につくり出すことが可能であ
る。

これまで述べてきたように、本発明によれば、建築物内
のペリメータゾーンとインテリアゾーンとを単一の空調
機を用いて効果的にしかも経済的に制御する装置が実現
され、特にその省エネルギー的効果において極めて顕著
なものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る空気調和装置の配置を表わす縦断
面図、第２図は別の実症例の縦断面図、第３図、第４図
は空気吸引装置の拡大断面図である。 １・・・・・・外壁、３・・・・・・天井、４・・・・
・・吹き出し装置、５・・・・・・開口部、６・・・・
・・吹出口、７，１０・・・・・・給気ダクト、９・・
・・・・吸引装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 屋外に面した壁体に近接した室内の床上あるいは該
   壁体の室内側下方に、室内空気を吸引して冷却・加熱す
   ることなく一次空気として吹き出す装置を取付け、該吹
   き出し装置の上方近くの天井面に、前記−次空気を一次
   空気の流れによって誘引される二次空気とともに天井内
   に吸引する開口部を形成し、さらに天井内に空調機から
   の処理空気を室内に供給するための給気ダクトと該ダク
   トに接続する吹出口とを配置して成る空気調和装置であ
   って、前記給気ダクト又は前記吹出口の天井内部分にお
   いて、天井内の空気を吸引しかつ天井内空気を処理空気
   と混合して室内に吹き出すための空気吸引装置を設けた
   ことを特徴とする建築物における空気調和装置。 ２ 屋外に面した壁体から室内の天井面に配置した複数
   の吹出口までの距離が長くなるにしたがって天井内の空
   気の処理空気への混合比が大きくなるように複数の空気
   吸引装置を配置したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の空気調和装置。 ３ 天井内の空気と処理空気との混合を、前記空気吸引
   装置にノズルを設けて、処理空気による天井内空気の誘
   引によって行うようにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項又は第２項記載の空気調和装置。 ４ 天井内の空気と処理空気との混合を、前記給気ダク
   ト又は前記吹出口に付設した送風機によって行うように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の空気調和装置。