JP2008256341A

JP2008256341A - 冷房装置のドレンと常時換気を用いた冷房負荷軽減システム

Info

Publication number: JP2008256341A
Application number: JP2007123939A
Authority: JP
Inventors: Naoki Fujiwara; 直樹藤原
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2008-10-23

Abstract

【課題】本発明は、冷房装置の消費エネルギー、ヒートアイランド現象の問題を、既存の排気装置、冷房装置、建築体を利用し、それらに改良を加えただけで、性能劣化を起こすことなく解決する。
【解決手段】常時換気の排気経路として天井裏のデッドスペース全体に敷設された風道に、冷房装置が発生させるドレンを導入し、ドレンと常時換気の排気に取得熱を除去させる、装置、方式。
【選択図】図３

Description

本考案は、建築基準法規定の常時換気の排気経路を、冷房装置にて冷房している居室の天井裏のデッドスペース一面に設け、冷房装置が居室内の潜熱を除去する際に発生させるドレンを上記排気経路に流入させ、そのドレンに居室内の潜熱の相当熱量を取得させること、及び常時換気の排気に、外気負荷の相当熱量を取得させることで、天井面の実効温度差による取得熱の一部を除去させ、冷房装置の省エネを実現する、冷房負荷軽減のための装置、方式に関する。

現在、建物で一般的に使用される冷房装置には、空冷ヒートポンプ式セパレートユニットのような、ガス圧縮式冷凍機を室内機と室外機に分割し、蒸発器として機能する室内機で室内の取得熱を除去するもの、ファンコイルユニット方式のようなガス圧縮式冷凍機にて水を冷却し、その冷却水が室内の冷却コイルに供給され取得熱を除去するものなどがあり、いずれも冷房負荷のうちの潜熱の相当熱量を除去するためのエネルギーは、空気中の水蒸気が液化されたものであるドレンを発生させるためだけに消費され、温度を下げることはない。このドレンは、不要物として配管などにより屋外に排出される。こうした問題を発生させずに省エネを実現するものとして、給水装置から供給された水の気化熱を利用して室内を冷房する装置、方式（例えば特許文献１参照）、建築体の気密性を高め潜熱を含む取得熱量を抑えた上で、さらに断熱性能も高めた素材及び方式（例えば非特許文献１参照）、また、潜熱除去のロスとは無関係であるが、従来方式の改良により、エネルギー使用効率を高めた冷房装置（例えば非特許文献２参照）があり、冷房装置の１台当たりの消費熱量は、年々低くなってきている。
一方、建築基準法第２条第４号で規定される居室には、同法により常時換気設備の設置が義務付けられている。同法に適合する具体的施工には、第一種、第二種、第三種換気方式による全般換気若しくは局所換気（例えば非特許文献３参照）が用いられる。いずれの方式も、給気装置、排気装置を設置し、潜熱、顕熱ともに含んだ外気を室内に取り入れ、潜熱、顕熱ともに除去された室内空気を屋外に放出するもので、冷房負荷増大の要因となっている。冷房負荷の増大を抑える換気方式としては、局所排気使用時に、同一室内で局所給気を行い、他室への外気の侵入を増大させない方式（例えば特許文献２参照）、また、第一種換気方式の熱交換型換気扇による方式（例えば特許文献３参照）がある。
特許第３２１５１８５号図１特許公開２００６−２８４０６７号図２特許公開２００６−２２０３３０号図８リクルート住まいの設備を選ぶ本第１８３頁ダイキン工業店舗・オフィスエアコンスカイエア２００５年１０月第３−４頁三菱電機換気送風機総合カタログ２００５年度第６３３頁

工学的には、冷房装置は、居室の取得熱を除去するものであるが、一般使用者の冷房装置に対する要求は、単に室内の乾球温度を下げるということにある。居室の取得熱は、一般的に、顕熱８５％から９０％、潜熱１０％から１５％により構成されるが、潜熱を除去することは、ドレンを生成するだけで、一般使用者の要求である乾球温度を下げることには繋がらない。このドレンは、冷房装置の蒸発器や冷却コイルなどで生成されるため、十分に冷却されており、取得熱の除去能力を有するものである。しかし、従来方式では、このドレンは、屋外に不要物として排出されている。
建築基準法改正により、常時換気の設置が義務付けられて以来、取得潜熱量は、それ以前よりも増加したと考えられ、上述のような潜熱の除去によるエネルギー消費も、以前より増大したと考えられる。前段落記載の給水装置から供給された水の気化熱を利用して室内を冷房する装置、方式を用いた場合、方式上、取得熱の除去にエネルギー消費を伴わないので上述の問題は一切発生しない。しかし、この、水の蒸発時の気化熱を用いた方式の冷房能力は、取入外気の湿球温度に左右される上、冷却された取入外気と室内空気を置換する必要から、冷房装置からの吹出風量が大きくなる。故に、室内の温度、湿度、気流、騒音などの快適さの要素を制御することが難しく、特に湿度を制御しようとすると、別途にエネルギー消費が必要になり、省エネに繋がらない。また、地中に埋設された含水繊維という不衛生な場所を通過した空気を室内に導入するというものであるため、室内の衛生面にも問題がある。さらに、建物全体を冷房装置として機能させるため、建築体の構造にも制限を与える。地中にある含水繊維の目詰まりによる性能劣化も考えられ、それに対するメンテナンスも、地盤掘削という作業を伴うため大掛かりになる。また、この方式は、冷房としてしか機能しないため、別途に暖房装置を設置する必要がある。このようにシステム全体が大掛かりなため、イニシャルコストも高くなる。上述のような快適さ、メンテナンス性、イニシャルコストの点では、従来方式のガス圧縮式冷凍機を用いた冷房装置が優れているため、大多数の冷房事例でこれが使用されている。この方式は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器により構成されるが、圧縮機で、特に大きなエネルギー消費を伴い、さらに、凝縮器での発生熱は、大気に放出される。この大気に放出された熱は、大都市圏におけるヒートアイランド現象の要因となっている。各冷房装置製造者とも冷房装置の省エネ化を進めており、圧縮機の電動機の運転効率の向上などで、圧縮機での消費エネルギー削減を実現してきたが、凝縮器での発生熱は、高圧ガスの液化に伴う凝縮潜熱の放出という物理現象によるものであり、冷房装置自体でこの発生熱を削減することは困難である。これを削減するためには、冷房装置にて冷房している室内の取得熱を減少させ、冷房装置の運転量を減らすことが必要になる。同時に、先述の潜熱の除去に伴う、無駄なエネルギー消費の削減も課題となる。室内の取得熱の減少のためには、建築体の断熱性、気密性を高めることが重要であり、外断熱、断熱材の気泡の細密化などの技術により、建築体の取得熱は、減少してきたが、先述の常時換気による取得潜熱量の増加への対策にはなっておらず、さらなる取得熱、特に取得潜熱への対策が必要である。常時換気に熱交換型換気扇を使用しても、外気負荷を軽減させるだけであり、また、局所排気使用時に局所給気を用いる方法では、常時換気による外気負荷は、全く軽減できない。

これらの課題を、常時換気に第三種換気方式若しくは第一種換気方式を用いた上で、冷房装置にて冷房している居室の天井裏のデッドスペースに常時換気の排気経路を設け、そこに冷房装置から発生するドレンを導入し、そのドレンが、居室の取得熱の一部を除去する冷房負荷軽減装置及び方式を用いることで解決する。
一般的な住宅その他の建物では、冷房負荷となる取得熱のうち、日射熱取得が最大となる、最上階の天井面の取得熱が最も大きい。一般的工法では、この天井面は、建物の構造体より軽量鉄骨若しくは木材を吊り下げ、これを下地として組み立て、その下地に内装材を貼り天井仕上面としている。この場合、建物の構造体と内装材の間に空間が形成され、デッドスペースとなる。このデッドスペースに、断面が長方形となる風道を、天井面一面に、長手方向に天井面と平行になるように敷設し、この風道全てを常時換気の排気経路とする。この風道は、熱伝導性のよい金属製とし、含水性能を有する繊維質のものを風道内部全面に均一に貼り付け、風道下面には断熱材を貼り付ける。この風道内部に、冷房装置から発生したドレンを、冷房装置内蔵の揚水ポンプ若しくは自然流下により導入する。風道内部に導入されたドレンは、毛細管現象により、風道内部の含水性能を有する繊維質のもの全体に搬送される。天井面の冷房負荷となる取得熱は、この風道に伝導し、さらに風道内部に伝達、冷却されたドレンがこの熱を取得し、熱を有するドレンとなる。冷房装置により冷房された室内から排出される、潜熱、顕熱を除去された常時換気の排気も、既に熱を取得したドレンから熱を取得する。このとき、風道内部の乾球温度上昇により、相対湿度が低下し、ドレンが蒸発する。
ドレンの蒸発により相対湿度が上昇するが、上述の常時換気の排気が風道内部に供給され続けるため、再び風道内部の温度、湿度は低下する。冷房装置より冷却されたドレンも導入され続けるため、ドレンの導入、風道内部の乾球温度上昇、相対湿度の低下、ドレンの蒸発、風道内部の乾球温度、相対湿度の低下、というサイクルを繰り返す。このように、ドレンの熱取得、常時換気の排気の熱取得、ドレンの蒸発による気化熱取得という三要素による冷房負荷の除去が繰り返され、天井面の冷房負荷は軽減される。

ドレンは、室内の潜熱の除去により発生したものであり、この方式では、それを再気化させることにより、室内の潜熱の相当熱量分の天井面の取得熱を除去できる。さらに、常時換気の取入外気量と排気量は同一であるため、常時換気による外気負荷の相当熱量分の天井面の取得熱も除去できる。つまり、潜熱と外気負荷とを合わせた相当熱量を除去する分の冷房装置の運転量を、減少できるのである。この方式では、天井面一面を常時換気の排気経路としての風道としているため、風道の断面積が通常の風道より大きくなり、同一風量での風速が低下し、冷房負荷の除去サイクルも確実に行われる。風速が低下すること、及び含水性能を有する繊維質のものによる吸音効果により、常時換気の騒音も軽減できる。また、システムの構成は、従来方式と比べて、ドレンの排出経路、常時換気の排気経路を変更しただけで、常時換気の排気装置及び冷房装置とも同一であり、従来方式が有する快適性は完全に保持される。その上、新たなエネルギー使用源もまったく必要としない。通常天井裏に敷設される断熱材をこの風道に置換するだけなので、大きなイニシャルコストの増大要因にもならない。ドレンを屋外に排出する配管設備が不要になるので、その分がイニシャルコスト削減要因となり、全体として大きなイニシャルコスト増大にはならない。システムの配置には、天井裏のデッドスペースを使用しているので、建築体の構造への制限もまったく発生しない。風道内部は、ドレンの導入により、カビの発生など不衛生になることが想定されるが、この風道は排気経路であるため、風道内部の空気が室内に流入することはない。通常の建物は、天井面に点検用の開口が設けられており、風道内部のメンテナンスにも支障はない。天井面の点検用の開口を使えば、あと施工も容易に行える。換言すれば、イニシャルコストの増大なく、冷房装置、排気装置の機能上の、また、建築体の構造上の制限もまったく与えずに省エネ、ランニングコストの削減を実現するのである。また、このシステムは、天井裏に従来から存在するデッドスペースを利用しているため、従来からある高断熱、高気密工法との併用が可能である。これらを併用した場合、それぞれの効果が最大限発揮でき、相乗効果も期待できる。

図２の断面構造にて製作された取得熱を除去する風道を、図１の３ように天井下地の上に、天井面一面に敷設する。図１の３で示される風道を長手方向に平行に敷設し、図１の４で示される通りに両端部を連通構造とし、各風道を並列に接続する。風道内部の換気効率のため、図１の７のように、敷設された風道の任意の角付近で常時換気の機械式排気装置と接続し、図１の１２のように常時換気の機械式排気装置と風道との接続位置と対角となる位置に屋外排気口を設置する。図１の１の冷房装置の起動により、潜熱の除去の結果として冷却されたドレンが発生、冷房装置内蔵のドレン揚水ポンプが起動し、図１の５で示されるドレン配管を通り、図１の６で示されるドレンホースにより図１の３で示される風道各所にドレンが導入される。さらに、図２、図３の１６で示される含水性能を有する繊維質のものにドレンが導入され、毛細管現象により、図３の２０のように風道内部全体に冷却されたドレンが搬送される。機械式排気装置が常時作動している状態で、室内が冷房されることにより、潜熱、顕熱とも除去された空気が、図１、図３の１０のように上記風道内部に供給される。図３の１８ａに示される通り、天井面の日射熱取得があり、図３の１８ｂの通り、実効温度差による取得熱が、風道に伝導する。図２、図３の１５で示される金属製の風道本体は、熱伝導性がよいため、上記実効温度差による取得熱は、風道内部に伝達する。このとき、冷却されたドレンと、潜熱、顕熱とも除去された空気が熱を取得し、その結果、上記実効温度差による取得熱の一部は除去される。図３の１８ｃで示される、このとき除去仕切れない取得熱により、風道内部の乾球温度が上昇し、相対湿度が下がる。その結果、図３の２１のようにドレンが蒸発し、気化熱を取得、その結果、さらに上記実効温度差による取得熱の一部が除去される。図３の１８ｄの通り、取得熱を除去された残りの相当熱量のみが室内に伝達する。図１、図３の１１で示される通り、顕熱を取得し、さらにドレンが蒸発し潜熱を取得した空気は、図１、図３の１２で示される通り、屋外に排出される。冷却されたドレンと、潜熱、顕熱とも除去された空気は、冷房装置起動中、常時供給されるためこのサイクルは繰り返し行われる。

本システム投影図。システム全体の外形、空気の流れの概略を記す。取得熱を除去する風道断面図。天井下地の上に配置される、取得熱を除去する風道の断面構造及び天井下地との位置関係を記す。本システム側面図。本システムの空気、ドレンの流れ、熱伝導、熱取得の詳細及び側面構造の概略を記す。

符号の説明

１冷房装置
２機械式排気装置
３取得熱を除去する風道
４各取得熱を除去する風道を、連通する風道
５冷房装置からのドレン管
６ドレンホース
７取得熱を除去する風道と機械式排気装置を接続する風道
８屋外排気口
９断熱材
１０機械式排気装置より排出される室内空気
１１風道内部で潜熱、顕熱を取得する空気
１２潜熱、顕熱を取得して、屋外に排出される空気
１３天井下地となる建築体の構成部材（本図では軽量鉄骨）
１４建物の構造体より天井下地を吊り下げる建築体の構成部材
１５金属製の取得熱を除去する風道本体
１６含水性能を有する繊維質のもの
１７内装材となる建築体の構成部材
１８ａ日射熱取得
１８ｂ実効温度差による取得熱
１８ｃ風道内部に伝導する実効温度差による取得熱
１８ｄ室内の取得熱
１９房装置で発生するドレンと冷房室内から排気される空気の熱取得
２０冷房装置で発生する、冷却されたドレンの流れ
２１冷房装置で発生するドレンの気化
２２建物の構造体
２３建築体の断熱層

Claims

冷房装置から発生する冷却されたドレンを、天井裏のデッドスペース一面に敷設され、内部に含水性能を有する繊維質のものが貼り付けられた常時換気の排気経路に導入し、そのドレン及び常時換気の機械式排気装置が室内から排出する空気の熱取得、さらにドレンの気化により、天井面の実効温度差による取得熱の一部を除去させるという、ドレンの搬送装置、常時換気の排気装置を用いた、冷房負荷の軽減方式。
（図１、図３）