JP2000111121A - 躯体蓄熱空調構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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得る。 【解決手段】 午前中は、蓄熱終了時の床スラブの平均
温度（約２１℃）に保つため、空調機が平均温度より低
い空調気流を床下空間へ送風する。これによって、床ス
ラブ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
ラブの温度が、蓄熱終了時の温度に保たれる。このよう
に、空調負荷のピーク時まで、蓄熱量の放熱を抑えるこ
とで、空調負荷Ｌ３を下げることができる。また、放熱
する蓄熱量に応じて、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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５
２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、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２
０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２
８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４
０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３
２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〜１
３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３
４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）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 半澤 久 千葉県印西市大塚１丁目５番地１ 株式会 社竹中工務店技術研究所内 Ｆターム(参考） 3L060 AA08 CC02 DD02 EE05 EE11 EE41

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、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。
2. 【請求項２】 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。
3. 【請求項３】 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。
4. 【請求項４】 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。