JP2009103368A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】空調用屋外機の両面に空気の吸い込み部を設けた場合でも、空調用屋外機の高密度な設置とショートサーキット現象の防止を同時に実現することができる空調システムを提供する。
【解決手段】本発明の空調システムは、側面に吸い込み部３を有しかつ上面に排気部４を有する複数の空調用屋外機２と、空調用屋外機２を多段に設置するために複数段に配置された支持構造体７を有する架台５と、一方の端部を空気の取り込み部１１Ａとし、他方の端部を空気の排出部１１Ｂとしたもので、複数段の支持構造体７のうち、下段の支持構造体７に設置された空調用屋外機２の排気部２に取り込み部１１Ａを接続し、かつ上段の支持構造体７に設置された空調用屋外機２の排気高さと同じ高さに排出部１１Ｂを配置した排気ダクト１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、屋外機を高密度に設置する場合に適用して好適な空調システムに関する。

データセンターや通信会社の通信機器室等、サーバー等の機器を集積して設置する建物施設では、サーバー等を含めた各種の電子機器類からの排熱の影響により、建物全体の冷房負荷が大きくなっている。このため、データセンター等の建物施設では、多くの空調用屋外機を設置する必要がある。

また、サーバー類の高集積化に伴い、サーバー室の負荷密度が飛躍的に増大した現状においては、サーバー室を冷房する冷却装置の冷却能力として、従来の数倍もの能力が必要になっている。このため、必要とされる冷却能力に応じた空調機を設置することになる。したがって、室内機と屋外機（室外機）に分かれた空冷パッケージ型の空調機では、室内機と屋外機の各々で、必要な冷却能力を確保する必要がある。室内機は、サーバー室内に設置されるため比較的容易に必要な冷却能力を確保することが可能であるが、屋外機はその設置場所が建物の屋外（屋上等）に限定されるため、設置面積的な制約から必要な冷却能力を確保できないといった問題が発生している。

そこで、例えば下記特許文献１には、建物の屋上に２段積みで空調用屋外機を設置する技術が開示されている。この技術によれば、単位面積当たりの空調用室外機の設置台数を増やして、設置密度を高めることができる。

特開２００３−２９４２６９号公報

一般に、空冷パッケージ型空調機の屋外機は、外気を吸い込み、熱交換を行なうことにより冷房する仕組みになっている。これに対して、上記特許文献１に記載された技術では、上段の屋外機の正面同士を対向させて設置し、その間の対向空間を利用して、下段の屋外機から吐き出された空気を上方に排気する構成になっている。このため、ショートサーキット現象を防止するには、各々の屋外機の空気吸い込み部を片面（背面）にしか設けることができず、十分な給気量を確保できない恐れがある。

また、空調用屋外機の吸い込み温度は４３℃以下であることが条件となっている。これに対して、上記特許文献１に記載された技術では、空調用屋外機の設置台数の増加に伴って設置面積が拡大すると、ある所の空調用屋外機から排気された高温の空気が、風等の影響で別の所に設置された空調用屋外機に流れ込むショートサーキット現象が発生しやすくなる。また、設置面積がそれほど広くなくても、風等の影響により上方及び側方から空調用屋外機の排気（高温の空気）が逆流することで、ショートサーキット現象が発生しやすいものとなっている。こうしたショートサーキット現象が発生すると、冷房効率が低下するだけでなく、屋外機での吸い込み温度の上昇に伴って機器保護機能が働き、機器が停止する場合もある。

本発明に係る空調システムは、側面に吸い込み部を有しかつ上面に排気部を有する複数の空調用屋外機と、前記空調用屋外機を多段に設置するために複数段に配置された支持構造体を有する架台と、一方の端部を空気の取り込み部とし、他方の端部を空気の排出部としたもので、前記複数段の支持構造体のうち、下段の支持構造体に設置された空調用屋外機の排気部に前記取り込み部を接続し、かつ上段の支持構造体に設置された空調用屋外機の排気高さと同じ高さ以上に前記排出部を配置した排気ダクトとを備えることを特徴とするものである。

本発明に係る空調システムにおいては、下段の支持構造体に設置された空調用屋外機の排気部から排気された空気が、排気ダクトに取り込まれるとともに、この排気ダクトを通して上方に導かれる。さらに、排気ダクトを通して上方に導かれた空気は、上段の支持構造体に設置された空調用屋外機の排気高さと同じか、それよりも高いところから大気中に放出される。

本発明の空調システムによれば、空調用屋外機の両面に空気の吸い込み部を設けた場合でも、空調用屋外機の高密度な設置とショートサーキット現象の防止を同時に実現することができる。その結果、データセンター等の建物では、サーバー室の高負荷化に対応して空調用屋外機を高密度に設置することが可能となり、これによって高負荷型のサーバー室を実現することが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る空調システムの構成を示す概略正面図であり、図２は同概略側面図、図３は同概略平面図である。

図示した空調システム１は、例えば鉄筋コンクリート構造の建物の屋上に構築されるものであって、複数の空調用室外機２を用いて構成されている。各々の空調用屋外機２は、図示しない室外機との組み合わせで、空冷パッケージ型の空調機を構成するものである。

空調用屋外機２は、側面に吸い込み部３を有するとともに、上面に排気部４を有している。吸い込み部３は、空調用屋外機２の両面に設けられている。排気部４は、１台の空調用屋外機２につき、４つずつ設けられている。ただし、排気部４の個数については、１台の空調用屋外機２につき１個〜３個であってもよし、５個以上であってもよい。空調用屋外機２は、冷房運転時及び暖房運転時に、側面の吸い込み部３から空気（外気）を吸い込む一方、上面の排気部４から空気を排気する。

各々の空調用屋外機２は、建物の屋上に設けられた架台５を用いて多段（図例では上下２段）に設置されている。架台５は、複数本の支柱６と、当該複数本の支柱６によって水平に支持された支持構造体７とを用いて構成されている。支柱６は、架台５の四隅を含む外周部に所定の間隔で設けられている。支柱６は、架台５の外周部の他に、必要に応じて、架台５の内側に設けるようにしてもよい。

支持構造体７は、上記複数の支柱６を用いて上下２段に配置されている。このうち、下段の支持構造体７は、屋上の床面（架台５の設置面）から所定の距離（例えば、Ｌ＝３ｍ）だけ上方に離間した位置に取り付けられている。ここで記述する所定の距離は、上下方向で隣り合う２つの支持構造体７の間隔と同等又はそれ以上の間隔に設定することが好ましい。このように架台５を底上げした構造とすることにより、下段の支持構造体７と屋上の床面との間（下段の支持構造体７の下方）には、給気用の空間８が形成されている。空気用の空間８には、空調用屋外機２が１台も設置されていない。

上段及び下段の支持構造体７は、例えば、水平な状態で支柱６に固定された鉄骨フレーム７Ａと、この鉄骨フレーム７Ａの上に架け渡された支持プレート７Ｂとによって構成されている。このため、支持構造体７が設けられた水平面内において、鉄骨フレーム７Ａと支持プレート７Ｂを除く部分は、上下方向に吹き抜けて開放された空間（以下、「開放空間」と記す）になっている。

上段及び下段の支持構造体７には、それぞれ空調用屋外機２が互いに対向する状態で設置されている。各々の空調用屋外機２は、支持構造体７の支持プレート７Ｂの上に搭載されている。空調用屋外機２は、支持プレート７Ｂにボルト等を用いて固定されている。各々の空調用屋外機２は、吸い込み部３同士を向かい合わせて複数列に配置されている。

また、上段及び下段の支持構造体７には、空調用屋外機２の設置箇所（支持プレート７Ｂの取り付け位置）に隣接してグレーチング構造の点検通路９が設けられている。点検通路９は、各々の空調用屋外機２の点検面側に設けられている。空調用屋外機２の点検面側には、例えば開閉可能なカバーが設けられ、このカバーを開けることで、空調用屋外機２の点検を容易に行なえるようになっている。

下段の支持構造体７に設置された空調用屋外機２には排気ダクト１１が接続され、上段の支持構造体７に設置された空調用屋外機２にも排気ダクト１２が接続されている。排気ダクト１１は、下端部を空気の取り込み部１１Ａとし、上端部を空気の排出部１１Ｂとしたものである。同様に、排気ダクト１２は、下端部を空気の取り込み部１２Ａとし、上端部を空気の排出部１２Ｂとしたものである。

排気ダクト１１は、相対向する２台の空調用屋外機２につき１つずつ設けられている。排気ダクト１１の取り込み部１１Ａは、対応する２台の空調用屋外機２の排気部４を取り囲むように配置されている。排気ダクト１２は、１台の空調用屋外機２につき１つずつ設けられている。排気ダクト１２の取り込み部１２Ａは、対応する１台の空調用屋外機２の排気部４を取り囲むように配置されている。各々の排気ダクト１１，１２の排出部１１Ｂ，１２Ｂ側には、必要に応じて防雨・防雪を兼ねたフードを取り付けてもよい。また、各々の排気ダクト１１，１２の排出部１１Ｂ，１２Ｂ側には、必要に応じてサイレンサを積み重ねて設置し、騒音規制値以下になるように消音対策を行なってもよい。

排気ダクト１２の取り込み部１２Ａは、上段の支持構造体７に設置された空調用屋外機２の排気部４に接続され、そこから垂直に（真っ直ぐに）立ち上がって排気ダクト１２の排出部１１Ｂが開口している。これに対して、排気ダクト１１の取り込み部１１Ａは、下段の支持構造体７に設置された空調用屋外機２の排気部４に接続され、排気ダクト１１の排出部１１Ｂは、上段の支持構造体７に設置された空調用屋外機２の排気高さと同じ高さに配置されている。ただし、排気ダクト１１の排出部１１Ｂは、上段の支持構造体７に設置された空調用屋外機２の排気高さよりも高い位置に配置されていてもよい。

排気ダクト１１は、正面視逆Ｔ字形の断面をなすように形成されている。また、排気ダクト１１は、上段の支持構造体７の開放空間を通して上方に立ち上げられている。排気ダクト１１の立ち上げ位置は、上段の支持構造体７に対向状態で設置された空調用屋外機２間の非点検面側（点検面と反対側）に設定されている。このように上段の支持構造体７に相対向する状態で設置された空調用屋外機２の間を通して排気ダクト１１を立ち上げることにより、空調用屋外機２のメンテナンスに支障を与えることなく、より多くの空調用屋外機２を設置することが可能となる。

空調用屋外機２の排気高さは、空調用屋外機２から排気される空気が大気中に放出される高さによって規定される。例えば、図例のように上段の支持構造体７に設置された空調用屋外機２に排気ダクト１２が接続されている場合は、当該排気ダクト１２の排出部１２Ｂの高さが排気高さとなる。また、図示はしないが、空調用屋外機２に排気ダクト１２が接続されていない場合は、当該空調用屋外機２の排気部４の高さが排気高さとなる。

なお、下段の支持構造体７に設置される空調用屋外機２とこれに接続される排気ダクト１１との対応関係については、例えば図４に示すように、互いに対向するように２列に並んで配列された複数台の空調用屋外機２を１つの組として、各組ごとに排気ダクト１１を１つずつ設置した構成であってもよい。

支柱６の上端部には、遮蔽板１４が水平（支持構造体７と平行）に取り付けられている。遮蔽板１４には、上述した排気ダクト１１，１２の排出部１１Ｂ，１２Ｂの開口位置に対応して、当該排出部１１Ｂ，１２Ｂを囲むように複数の孔１４Ａが格子状の配列で設けられている。これにより、架台５の天井部分は、排気ダクト１１の立ち上げ部位と排気ダクト１２の設置部位を除いて、遮蔽板１４により遮蔽されている。

また、架台５には、架台５の四隅に配置された支柱６を利用して、遮蔽板１５が取り付けられている。遮蔽板１５は、上段の支持構造体７に設置されたすべての空調用屋外機２を一括に取り囲むように、架台５の全周（４方向）に設けられている。これにより、上段の支持構造体７に設置された空調用屋外機２の周囲において、４方向すべての側面開口が遮蔽板１５により遮蔽されている。

さらに、架台５には、架台５の四隅に配置された支柱６を利用して、遮音壁１６，１７が取り付けられている。遮音壁１６，１７は、上下方向に並ぶ横長の通気口を有し、かつ騒音規制値に応じた遮音性能を持つルーバー形式の壁となっている。上側の遮音壁１６は、下段の支持構造体７に設置されたすべての空調用屋外機２を一括に取り囲むように、架台５の全周（４方向）に設けられている。これにより、下段の支持構造体７に設置された空調用屋外機２の周囲において、４方向すべての側面開口が遮音壁１６により目隠しされている。下側の遮音壁１７は、上述した給気用の空間８を取り囲むように、架台５の全周（４方向）に設けられている。これにより、給気用の空間８の周囲において、４方向すべての側面開口が遮音壁１７により目隠しされている。

上記構成からなる空調システムにおいては、冷房運転又は暖房運転に際して、上段及び下段の支持構造体７に設置された各々の空調用屋外機２に対する給気が、図５及び図６に示すように、架台５の外周部に設けられた遮音壁１６，１７を通して行なわれる。すなわち、遮音壁１６の開口を通して流入した空気（外気）は、下段の空調用屋外機２の吸い込み部３に吸い込まれる一方、上段の支持構造体７の開放空間を通して上段の空調用屋外機２の吸い込み部３にも吸い込まれる。また、遮音壁１７の開口を通して給気用の空間８に流入した空気（外気）は、下段の支持構造体７の開放空間を通して下段の空調用屋外機２の吸い込み部３に吸い込まれる一方、上段の支持構造体７の開放空間を通して上段の空調用屋外機２の吸い込み部３にも吸い込まれる。

この場合は、特に、下段の支持構造体７の下方に給気用の空間８を設けたことで、当該空間８から上方への給気がスムーズに行なわれるようになる。このため、多段に高密度に設置された空調用屋外機２が必要とする十分な給気量を確保することができる。また、遮音壁１６，１７の開口からの空気の流入によって必要十分な給気量を確保しつつ、遮音壁１６，１７の遮音（消音）性能によって騒音規制を満足させることができる。

また、各々の空調用屋外機２の排気部４からはファンの回転によって空気が排気され、その空気と一緒に熱も排出される。このとき、冷房運転の場合は空調用屋外機２の排気部４から温風が吹き出し、暖房運転の場合は空調用屋外機２の排気部４から冷風が吹き出すことになる。また、上段の空調用屋外機２から排気された空気は、排気ダクト１２に取り込まれるとともに、この排気ダクト１２の排出部１２Ｂから大気中に排気される。一方、下段の空調用屋外機２から排気された空気は、排気ダクト１１に取り込まれるとともに、この排気ダクト１１を通して上方に導かれ、排出部１１Ｂから大気中に排気される。

この場合は、上段の空調用屋外機２から排気される空気と、下段の空調用屋外機２から排気される空気が、それぞれに対応する排気ダクト１１，１２を通して、同じ高さで大気中に排気される。このため、下段の空調用屋外機２から排気された空気が、上段の空調用屋外機２に吸い込まれることがない。したがって、両面に吸い込み部３を有する複数の空調用屋外機２を上下方向に複数段に設置して設置密度を高めても、ショートサーキット現象の発生を確実に防止することができる。

さらに、架台５の天井部分は遮蔽板１４で遮蔽され、架台５の上段の側面開口は遮蔽板１５で遮蔽されているため、各々の排気ダクト１１，１２の排出部１１Ｂ，１２Ｂから大気中に排気された空気が、風等の影響によって上方や側方から空調用屋外機２の吸い込み部３に流入（逆流）することがない。したがって、上方及び側方からの排気の逆流に伴うショートサーキット現象を確実に防止して、冷房効率の低下を回避することができる。

ただし、冷房運転が必要になる夏期の卓越風は南風となるため、その風下側となる北側の側面開口だけを遮蔽板１５で塞いだ場合でも、冷房時の卓越風による風下側での排気（排熱）の逆流を防止することができる。このため、少なくとも北側の側面開口を塞ぐ状態で遮蔽板１５を設けるだけでも、冷房効率の低下を有効に防止することができる。ちなみに、冬期の卓越風は北風となり、その風下側となる南側の側面開口が開放されていると、そこから排気が回り込んで空調用屋外機２に逆流することも考えられるが、冬期はもともと外気温が低いため実害はない。

なお、上記実施形態においては、複数の空調用屋外機２を上下２段に設置したものを例示したが、本発明はこれに限らず、複数の空調用屋外機２を上下３段以上の多段に設置してもよい。その場合は、最上段の支持構造体７を「上段の支持構造体」とし、最上段以外の支持構造体７を「下段の支持構造体」として、本発明の構成を適用すればよい。

本発明の実施形態に係る空調システムの構成を示す概略正面図である。 本発明の実施形態に係る空調システムの構成を示す概略側面図である。 本発明の実施形態に係る空調システムの構成を示す概略平面図である。 排気ダクトの配置例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る空調システムの給排気状態を示す概略正面図である。 本発明の実施形態に係る空調システムの給排気状態を示す概略側面図である。

符号の説明

１…空調システム、２…空調用屋外機、３…吸い込み部、４…排気部、５…架台、６…支柱、７…支持構造体、８…空間、１１，１２…排気ダクト、１１Ａ，１２Ａ…取り込み部、１１Ｂ，１２Ｂ…排出部、１４，１５…遮蔽板、１６，１７…遮音壁

Claims (8)

1. 側面に吸い込み部を有しかつ上面に排気部を有する複数の空調用屋外機と、
   前記空調用屋外機を多段に設置するために複数段に配置された支持構造体を有する架台と、
   一方の端部を空気の取り込み部とし、他方の端部を空気の排出部としたもので、前記複数段の支持構造体のうち、下段の支持構造体に設置された空調用屋外機の排気部に前記取り込み部を接続し、かつ上段の支持構造体に設置された空調用屋外機の排気高さと同じ高さ以上に前記排出部を配置した排気ダクトと
   を備えることを特徴とする空調システム。
2. 前記上段の支持構造体に設置された空調用屋外機の排気部及び前記排気ダクトの排出部から排気された空気が、前記架台を用いて設置されている空調用屋外機の吸い込み部に流入することを防止する遮蔽部材を備える
   ことを特徴とする請求項１記載の空調システム。
3. 前記遮蔽部材は、前記上段の支持構造体に設置された空調用屋外機の周囲において、少なくとも北側の側面開口を塞ぐ状態で設けられた遮蔽板を含む
   ことを特徴とする請求項２記載の空調システム。
4. 前記遮蔽部材は、前記上段の支持構造体に設置された空調用屋外機を取り囲む位置に設けられた遮蔽板を含む
   ことを特徴とする請求項２又は３記載の空調システム。
5. 前記架台は、前記下段の支持構造体に設置された空調用屋外機を取り囲む位置に、通気口を有する遮音壁を備える
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の空調システム。
6. 前記排気ダクトは、前記上段の支持構造体に互いに対向する状態で設置された空調用屋外機の間を通して立ち上げられている
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の空調システム。
7. 前記架台は、前記下段の支持構造体の下方に給気用の空間を有する
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の空調システム。
8. 前記架台は、前記給気用の空間を取り囲む位置に、通気口を有する遮音壁を備える
   ことを特徴とする請求項７記載の空調システム。

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