JP2006349318A - 空調設備 - Google Patents

Abstract

【課題】積極的に外気を導入して涼しくて気持ちのよい時間を長時間に亘って保持できるような空調を行える空調設備を提供する。
【解決手段】建物の屋根３に開閉可能に設けられた天窓１と、この天窓１の下方に設けられたシーリングファン２とを備えており、室内温度と外気温とによって、シーリングファン２の運転と、前記天窓１の開閉とを制御することによって、積極的に外気を導入して涼しくて気持ちのよい時間を長時間に亘って保持できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シーリングファンを備えた空調設備に関する。

シーリングファンを備えた空調設備の一例として、特許文献１に記載のものが知られている。この空調設備は、天井に取り付けられて、複数の羽根を回転駆動する回転駆動手段と、この回転駆動手段に取り付けられた複数の羽根と、前記回転駆動手段に取り付けられてマイナスイオンを発生させる空気清浄機とを備えたものである。
この空調設備によれば、シーリングファンによってマイナスイオンが室内に拡散され、このマイナスイオンが室内の埃、塵、煙、花粉、におい等を効果的に補足して床や移動することになるので、シーリングファンによる冷房及び暖房効率向上機能と、空気清浄機による空気清浄機能とを同時に満足させることができる。
特開２０００−７４４３２号公報

しかし、上記従来のシーリングファンでは、室内の空気を攪拌することはできるが、積極的に外気を導入して涼しくて気持ちのよい時間を長時間に亘って保持できるような空調を実現するのは困難である。
また、室内にはエアーコンディショナーが設置されている場合が多く、このエアーコンディショナーによって、冷房や暖房を行っているが、これも通常室内の空気を循環させているだけである。したがって、例えば、エアーコンディショナーの運転中に外気温度が低くなっても、居住者がこれに気がつかずに、エアーコンディショナーを運転し続けるといった不具合もあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、積極的に外気を導入して涼しくて気持ちのよい時間を長時間に亘って保持できるような空調を行える空調設備を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、例えば図１〜図３に示すように、建物の屋根３に開閉可能に設けられた天窓１と、この天窓１の下方に設けられたシーリングファン２とを備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、外気温が低く（例えば２８℃未満）、室内温度が高い（例えば２８℃以上）場合、天窓１を開放するとともに、シーリングファン２を運転することによって、外気を室内に導入して室内温度を低下させることができるとともに、シーリングファン２の攪拌機能によって、室内温度を均一にすることができる。
一方、外気温が低く（例えば２８℃未満）、室内温度が低い（例えば２８℃未満）場合、天窓１を開放するとともに、シーリングファン２を停止することによって、外気を室内に緩やかに導入して室内を新鮮な空気でかつ涼しい雰囲気に保持できる。

また、外気温が高く（例えば２８℃以上）、室内温度が低い（例えば２８℃未満）場合、天窓１を閉鎖するとともに、シーリングファン２を停止することによって、室内を涼しい雰囲気に保持できる。
一方、外気温が高く（例えば２８℃以上）、室内温度が高い（例えば２８℃以上）場合、天窓１を開放するとともに、シーリングファン２を運転することによって、室内の空気を外部に排出して排熱することによって室内温度を低下させることができるとともに、シーリングファン２の攪拌機能によって、室内温度を均一にすることができる。

このように、積極的に外気を導入して涼しくて気持ちのよい時間を長時間に亘って保持できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の空調設備において、
前記天窓１と、この天窓１の下方に位置する天井６との間には、通風および採光用の通気部７が設けられており、この通気部７を形成する壁部８ａに前記シーリングファン２の回転駆動部２ａが取り付けられ、この回転駆動部２ａの駆動軸２ｂは前記通気部７を通って前記天井６より下方まで延出しており、この駆動軸２ｂの下端部に前記シーリングファン２の羽根２ｃが取り付けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、シーリングファン２の駆動軸２ｂが通気部７を通って下方に延出しており、この駆動軸２ｂの下端部にシーリングファン２の羽根２ｃが取り付けられているので、この羽根２ｃを通気部７の下部開口近傍でかつ天井６の直下に配置できる。
したがって、駆動軸２ｂの回転によって回転する羽根２ｃによる空気の導入、排出を通気部７を通して効果的に行うことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の空調設備において、
前記建物の壁または床部には、外気を取り入れる給気孔１０が設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、壁または床に給気孔１０が設けられているので、シーリングファン２を運転して、室内の空気を天窓２から排出すると、それに伴って外気が給気孔１０から導入される。したがって、シーリングファン２によって外気導入と排熱を促進できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の空調設備において、
室内温度と外気温とによって、前記シーリングファン２の運転と、前記天窓１の開閉とを制御することを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、室内温度と外気温とによって、前記シーリングファン２の運転と、前記天窓１の開閉とを制御するので、室内において、涼しくて気持ちのよい時間を長時間に亘って保持できる。

具体的には、例えば、請求項５に記載の発明のように、請求項４に記載の空調設備において、
設定温度をＴ℃とすると、
室内の上下の温度差がＴＤ℃以上の場合において、
室内温度≧Ｔ℃のとき、前記シーリングファン２を運転するとともに前記天窓１を開放し、
室内温度＜Ｔ℃ かつ 外気温＜Ｔ℃のとき、前記シーリングファン２を停止するとともに前記天窓１を開放し、
室内温度＜Ｔ℃ かつ 外気温≧Ｔ℃のとき、前記シーリングファン２を停止するとともに前記天窓１を閉鎖し、
室内の上下の温度差がＴＤ℃未満の場合において、
室内温度≧Ｔ℃のとき、前記シーリングファン２を運転するとともに前記天窓１を開放し、
室内温度＜Ｔ℃のとき、前記シーリングファン２を停止するとともに前記天窓１を閉鎖することを特徴とする。

上記設定温度Ｔ℃は、例えば、２７℃以上、３０℃未満の所望の値を、使用者が自由に設定する温度とするが、設定温度Ｔ℃の値はこの範囲に限るものではない。
また、室内の上下の温度差ＴＤ℃は、例えば３℃程度に設定するが、この値に限るものではない。

請求項５に記載の発明によれば、設定温度（Ｔ℃）によって、天窓１の開閉と、シーリングファン２の運転・停止を細かく制御できるので、室内において、涼しくて気持ちのよい時間をより確実に長時間に亘って保持できる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の空調設備において、
室内の上下の温度差がＴＤ℃未満の場合において、
室内温度≧３０℃ かつ 外気温≧Ｔ℃のとき、前記シーリングファン２を運転するとともに前記天窓１を閉鎖し、かつ、室内冷房装置（エアコン）１１を運転することを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、室内の上下の温度差がＴＤ℃未満と小さい場合で室内温度が３０℃以上と暑いときに、室内冷房装置を運転するとともに、天窓１を閉鎖してシーリングファンを運転することによって、室内を効率的に冷房できる。

本発明によれば、建物の屋根に開閉可能に設けられた天窓と、この天窓の下方に設けられたシーリングファンとを備えているので、室内温度と外気温とによって、前記シーリングファンの運転と、前記天窓の開閉とを制御することによって、室内を涼しくて気持ちのよい時間を長時間に亘って保持できる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る空調設備を備えた建物を示す断面図、図２は本発明に係る空調設備のブロック図である。
図１において符号１は天窓、符号２はシーリングファンを示す。
天窓１は屋根３に設けられており、可動枠１ａを有している。この可動枠１ａは、屋根に形成された開口部に固定された固定枠１ｂに、一端部を軸として上下に回動可能に取り付けられており、図２に示す天窓開閉用モータＭ１によって、回動するようになっている。可動枠１ａは上下に回動することによって、天窓１を開閉するものであり、この可動枠１ａにガラス窓がはめ込まれている。また、可動枠１ａは、略水平になるまで、上方に回動可能であり、この水平位置で固定できるようになっている。したがって、天窓１はこの可動枠１ａの水平位置において、外気を室内に導入でき、また、室内の空気を排出できるようになっている。
また、天窓１の固定枠１ｂには、スクリーン５が取り付けられている。このスクリーン５は、軸部５ａから巻き出し可能なものであり、巻き出すことによって、前記ガラス窓を覆って遮光でき、巻き取ることによってガラス窓を露出して、採光できるようになっている。なお、このスクリーン５の巻き出し、巻き取りは、図２に示すスクリーン用モータＭ２によって行えるようになっている。

前記天窓１と天井６との間には、通風および採光用の通気部７が設けられている。この通気部７は略筒状に形成されており、この通気部７を形成する壁８の殆どは天井６に対して所定角度傾斜しており、壁８の一部が水平に設けられた水平壁８ａとなっている。
この水平壁８ａには、前記シーリングファン２の回転駆動部２ａが取り付けられている。この回転駆動部２ａは図２に示すシーリングファン用モータＭ３によって構成されており、その駆動軸２ｂは通気部７を通って天井６より下方まで鉛直に延出している。この駆動軸２ｂの下端部には羽根２ｃが取り付けられている。
そして、このようなシーリングファン２では、駆動軸２ｂが回転駆動部２ａであるシーリングファン用モータＭ３によって正方向に回転することによって、羽根２ｃが正方向に回転して下方に送風し、駆動軸２ｂがシーリングファン用モータＭ３によって逆方向に回転することによって、羽根２ｃが逆方向に回転して上方に送風するようになっている。
また、建物の室４を構成する外壁には、外気を取り入れる給気孔１０が設けられている。さらに、室４の壁にはエアーコンディショナー（以下、エアコンと略称する。）１１が設置されている。このエアコン１１は、室４内の空気を循環させつつ熱交換することによって、室内の冷房や暖房を行うものである。

図２に示すように、前記天窓開閉用モータＭ１、スクリーン用モータＭ２、シーリングファン用モータＭ３は、制御部１０に接続されている。また、この制御部１０には、室内用の温度センサＳ１，Ｓ２と外部用の温度センサＳ３とが接続されている。温度センサＳ１，Ｓ２は、室４の温度を検出するものであり、温度センサＳ１は室４の上部の壁に、温度センサＳ２は室４の下部の壁にそれぞれ取り付けられている。そして、温度センサＳ１では室４の上部の温度を、温度センサＳ２では室４の下部の温度を検出するようになっている。また、温度センサＳ３は、建物外部の温度（外気温）を検出するものであり、建物の外壁に外部に面して取り付けられている。
さらに、前記エアコン１１も制御部１２に接続されている。

そして、前記制御部１０では、外気温度と室内温度とによって、前記シーリングファン２の運転と、前記天窓１の開閉と、スクリーン５の開閉と、エアコン１１の運転とを制御するようになっている。この制御について図２、図３および表１を参照して説明する。
図３は夏季における制御の状況を示すグラフであり、このグラフにおいて曲線Ｋ１は制御部１２による涼風制御を行わない場合の室内温度の変動を、曲線Ｋ２は涼風制御を行った場合の室内温度の変動を、Ｋ３は外気温の変動を、Ｋ４は直達日射量の変動を示している。
ここで、室内温度は前記２つの温度センサＳ１，Ｓ２によって検出された温度の平均値とし、外気温度は前記温度センサＳ３で検出された温度とする。
また、表１は温度条件による制御の状態を示すものである。

まず、条件として、室内の上下の温度をそれぞれ温度センサＳ１，Ｓ２によって検出し、これら検出値の差によって室４の上部と下部の温度差（上下温度差ＴＤ℃）を求める。これは前記制御部１２に、温度センサＳ１，Ｓ２による検出値が入力されるので、この制御部１２によって行われる。そして、「上部温度が下部温度と比べて３℃以上高い」場合と、「上部温度が下部温度と比べて３℃未満高い」場合とに場合分けする。なお、上部温度と下部温度との差が３℃の場合は、上部温度が下部温度と比べて３℃以上高い場合とする。
また、設定温度Ｔを２８℃とし、外気温度および室内温度が、２８℃以上の場合を「暑」とし、２８℃未満の場合を「涼」とする。

そして、条件として、外気温度が「涼」、室内温度が「涼」、上下温度差が「３℃以上」の場合、シーリングファン用モータＭ３を「OFF」、天窓（トップライト）１を「OPEN」、エアコン１１を「OFF」とする制御を行う。天窓１を「OPEN」とする場合、天窓１が閉鎖されていたならば、天窓開閉モータＭ１を作動させて、天窓１を開放する。一方、天窓１が開放されていたならば、そのままとしておき、天窓開閉用モータＭ１は作動させない。このような、シーリングファン用モータＭ３、天窓開閉モータＭ１、エアコン１１の制御は、前記制御部１２からそれぞれ制御信号を出力して、シーリングファン用モータＭ３、天窓開閉モータＭ１、エアコン１１に入力することによって行う。この場合、天窓１が開放され、シーリングファン２とエアコン１１が停止されているので、「自然空冷」となる（動作パターンI）。

条件として、外気温が「涼」、室内温度が「暑」、上下温度差が「３℃以上」の場合、シーリングファン用モータＭ３を「ON」、天窓（トップライト）１を「OPEN」、エアコン１１を「OFF」とする制御を行う。この場合、天窓１が開放され、シーリングファン２が回転され、エアコン１１が停止されているので、「強制空冷」となる（動作パターンII）。なお、シーリングファン２は、室内の暑い空気を天窓１から外部に排出させるように逆回転させる。一方、室内の空気が天窓１から排出されると、それに伴って、給気孔１０から涼しい外気が室内に供給される。これによって、室内の温度が低下する。

条件として、外気温が「暑」、室内温度が「涼」、上下温度差が「３℃以上」の場合、シーリングファン用モータＭ３を「OFF」、天窓（トップライト）１を「CLOSE」、エアコン１１を「OFF」とする制御を行う。この場合、天窓１が閉鎖され、シーリングファン２が停止され、エアコン１１が停止されているので、「保冷」となる（動作パターンIII）。なお、天窓１を「CLOSE」とする場合、天窓１が開放されていたならば、天窓開閉モータＭ１を作動させて、天窓を閉鎖する。一方、天窓１が閉鎖されていたならば、そのままとしておき、天窓開閉用モータＭ１は作動させない。

条件として、外気温が「暑」、室内温度が「暑」、上下温度差が「３℃以上」の場合、シーリングファン用モータＭ３を「ON」、天窓（トップライト）１を「OPEN」、エアコン１１を「OPEN」とする制御を行う。この場合、天窓１が開放され、シーリングファン２が回転され、エアコン１１が停止されているので、「強制排熱」となる（動作パターンIV）。なお、シーリングファン２は、室内の暑い空気を天窓１から外部に排出させるように逆回転させる。シーリングファン２は逆回転させることによって、室内の空気を天窓１から排出し、これによって、排熱する。なお、この場合、温度の高い外気を供給したくないので、前記給気孔１０は閉じておく。この給気孔１０の開閉は、手動で行ってもよいし、給気孔１０を開閉するバルブを前記制御部１２に接続して自動的に開閉できるようにしてもよい。

条件として、外気温が「涼」、室内温度が「涼」、上下温度差が「３℃未満」の場合、シーリングファン用モータＭ３を「OFF」、天窓（トップライト）１を「CLOSE」、エアコン１１を「OFF」とする制御を行う。この場合、天窓１が閉鎖され、シーリングファン２が停止され、エアコン１１が停止されているので、「保冷」となる（動作パターンV）。

条件として、外気温が「涼」、室内温度が「暑」、上下温度差が「３℃未満」の場合、シーリングファン用モータＭ３を「ON」、天窓（トップライト）１を「OPEN」、エアコン１１を「OFF」とする制御を行う。この場合、天窓１が開放され、シーリングファン２が回転され、エアコン１１が停止されているので、「強制空冷」となる（動作パターンVI）。なお、シーリングファン２は、室内の暑い空気を天窓１から外部に放出させるように逆回転させる。

条件として、外気温が「暑」、室内温度が「涼」、上下温度差が「３℃未満」の場合、シーリングファン用モータＭ３を「OFF」、天窓（トップライト）１を「CLOSE」、エアコン１１を「OFF」とする制御を行う。この場合、天窓１が閉鎖され、シーリングファン２が停止され、エアコン１１が停止されているので、「保冷」となる（動作パターンVII）。

条件として、外気温が「暑」、室内温度が３０℃以上の「暑」の場合、シーリングファン用モータＭ３を「ON」、天窓（トップライト）１を「CLOSE」、エアコン１１を「ON」とする制御を行う。この場合、天窓１が閉鎖され、シーリングファン２が回転され、エアコン１１が運転されているので、「攪拌冷房」となる（動作パターンVIII）。なお、シーリングファン２は、室内の空気を攪拌するために、上部から下部に向けて向けて空気が流れるように、順回転させる。

上記のように、制御部１２による制御によって、シーリングファン２、天窓１、エアコン１１の動作パターンが合計８となる、つまり、８種類の制御を行って涼風制御を行っている。
このような涼風制御は、例えば図３に示すように、時刻の推移に伴って２４時間自動的に行われる。
すなわち、０時から２時までの間では、外気温度および室内温度が２８℃未満で「涼」であり、室内の上下の温度差が３℃未満であるので表１の動作パターンVになり、天窓１が閉鎖され、シーリングファン２およびエアコン１１が停止しているので、「保冷」となる。

２時から４時までの間では、外気温度および室内温度が２８℃未満で「涼」であり、室内の上下の温度差が３℃以上であるので表１の動作パターンIになり、天窓１が開放され、シーリングファン２およびエアコン１１が停止されるので、「自然空冷」となる。

４時から８時までの間では、まず、外気温が２８℃未満で「涼」、室内温度が２８℃以上で「暑」であり、室内の上下の温度差が３℃以上であるので表１の動作パターンIIにな
り、天窓１が開放され、シーリングファン２が運転され、エアコン１１が停止されるので、「強制空冷」となる。
次に、室内の上下の温度差が３℃未満になっても、外気温が２８℃未満で「涼」、室内温度が２８℃以上で「暑」であるので、表１の動作パターンVIになり、天窓１が開放され、シーリングファン２が運転され、エアコン１１が停止されるので、「強制空冷」となる。
次に、外気温が２８℃以上「暑」となると、室内の上下の温度差が３℃以上となるとともに、室内温度も２８℃以上「暑」となるので、表１の動作パターンIVになり、天窓１が開放され、シーリングファン２が運転され、エアコン１１が停止されるので、「強制排熱」となる。

８時から１６時ころ（１６時２０分ころ）までの間では、外気温が２８℃以上「暑」でかつ室内温度が３０℃以上となるので、表１の動作パターンVIIIになり、天窓１が閉鎖され、シーリングファン２およびエアコン１２が運転されるので、「攪拌冷房」となる。

１６時過ぎ（１６時２０分ころ）から１９時までの間では、外気温が２８℃未満「涼」となり、室内温度も２８℃未満「涼」であり、室内の上下の温度差が３℃未満であるので、表１の動作パターンVになり、天窓１が閉鎖され、シーリングファン２およびエアコン１２が停止されるので、「保冷」となる。なお、この場合、建物の外壁がもつ熱容量によって室内の温度が２９℃程度に上昇している。

１９時から２１時までの間では、外気温および室内温度が２８℃未満「涼」となり、室内の上下の温度差が３℃以上であるので表１の動作パターンIになり、天窓１が開放され、シーリングファン２およびエアコン１１が停止されるので、「自然空冷」となる。

２１時から２３時までの間では、外気温および室内温度が２８℃未満「涼」であり、室内の上下の温度差が３℃未満であるので、表１の動作パターンVになり、天窓１が閉鎖され、シーリングファン２およびエアコン１２が停止されるので、「保冷」となる。

このように、涼風制御を行うことによって、図３に示すように、室内温度の温度曲線Ｋ２は、制御をしない場合の温度曲線Ｋ１に比して、温度が３０℃以上に上昇することがなく、また温度差も小さくなり、しかも、室内温度と外気温とによる条件によって、天窓１の開閉、シーリングファン２やエアコン１１の運転、スクリーン５の開閉（巻き出し、巻き取り）の制御を行っているので、積極的に外気を導入して涼しくて気持ちのよい時間を長時間に亘って保持できる。
また、シーリングファン２の駆動軸２ｂが通気部７を通って下方に延出しており、この駆動軸２ｂの下端部にシーリングファン２の羽根２ｃが取り付けられているので、この羽根２ｃを通気部７の下部開口近傍でかつ天井６の直下に配置できる。
したがって、駆動軸２ｂの回転によって回転する羽根２ｃによる空気の導入、排出を通気部７を通して効果的に行うことができる。

さらに、建物の外壁に給気孔１０が設けられているので、シーリングファン２を運転して、室内の空気を天窓１から排出すると、それに伴って外気が給気孔１０から導入される。したがって、シーリングファン２によって外気導入と排熱を促進できる。

本発明に係る空調設備を備えた建物を示す断面図である。 本発明に係る空調設備のブロック図である。 本発明に係る空調設備による制御の状況を示すグラフである。

符号の説明

１ 天窓
２ シーリングファン
２ａ 回転駆動部
２ｂ 駆動軸
２ｃ 羽根
３ 屋根
６ 天井
７ 通気部
１０ 給気孔
１２ 制御部

Claims (6)

1. 建物の屋根に開閉可能に設けられた天窓と、この天窓の下方に設けられたシーリングファンとを備えたことを特徴とする空調設備。
2. 請求項１に記載の空調設備において、
   前記天窓と、この天窓の下方に位置する天井との間には、通風および採光用の通気部が設けられており、この通気部を形成する壁部に前記シーリングファンの回転駆動部が取り付けられ、この回転駆動部の駆動軸は前記通気部を通って前記天井より下方まで延出しており、この駆動軸の下端部に前記シーリングファンの羽根が取り付けられていることを特徴とする空調設備。
3. 請求項１または２に記載の空調設備において、
   前記建物の壁または床部には、外気を取り入れる給気孔が設けられていることを特徴とする空調設備。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の空調設備において、
   室内温度と外気温とによって、前記シーリングファンの運転と、前記天窓の開閉とを制御することを特徴とする空調設備。
5. 請求項４に記載の空調設備において、
   設定温度をＴ℃とすると、
   室内の上下の温度差がＴＤ℃以上の場合において、
   室内温度≧Ｔ℃のとき、前記シーリングファンを運転するとともに前記天窓を開放し、
   室内温度＜Ｔ℃ かつ 外気温＜Ｔ℃のとき、前記シーリングファンを停止するとともに前記天窓を開放し、
   室内温度＜Ｔ℃ かつ 外気温≧Ｔ℃のとき、前記シーリングファンを停止するとともに前記天窓を閉鎖し、
   室内の上下の温度差がＴＤ℃未満の場合において、
   室内温度≧Ｔ℃のとき、前記シーリングファンを運転するとともに前記天窓を開放し、
   室内温度＜Ｔ℃のとき、前記シーリングファンを停止するとともに前記天窓を閉鎖することを特徴とする空調設備。
6. 請求項５に記載の空調設備において、
   室内の上下の温度差がＴＤ℃未満の場合において、
   室内温度≧３０℃ かつ 外気温≧Ｔ℃のとき、前記シーリングファンを運転するとともに前記天窓を閉鎖し、かつ、室内冷房装置を運転することを特徴とする空調設備。

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