JP2009228233A - Building cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水膜の蒸発潜熱を利用した建物冷却システムに関する。 The present invention relates to a building cooling system using latent heat of vaporization of a water film.
近年、建築物の生涯に亘るCO2の排出量を削減し、地球環境に対する負荷を軽減するという建築思想が一つの潮流となっている。この観点から、今までに提案された建築物の冷暖房負荷低減技術を検討すると、特許文献1に記載されたような光触媒を利用した水膜を建築物壁面に形成し、その蒸発潜熱で周辺空気及び構造物を冷却するといった技術や、特許文献2に記載されたようなカーテンウォールにダブルスキン構造を適用した技術、特許文献3に記載されたようなダブルスキン構造を一般住宅に取り込んだ技術等が提案されている。
しかしながら、いずれの先行技術も、建築物の生涯に亘って冷暖房負荷を軽減するという観点からは改良の余地がある。 However, both prior arts have room for improvement from the viewpoint of reducing the heating and cooling load over the lifetime of the building.
すなわち、特許文献1に開示された技術の場合、日射計を設けて水膜を保持できる水の供給量を調節する制御を取り入れている点で評価できるが、水膜の形成及び維持は日射のみでは制御しきれないため、この点において改良の余地がある。
That is, in the case of the technique disclosed in
また、特許文献2に開示された技術の場合、ビルのカーテンウォールに換気によるダブルスキンを適用した構造となっており、カーテンウォールという枠組の中で技術が完結しており、適用範囲が限られている。
In addition, the technique disclosed in
さらに、特許文献3に開示された技術の場合、一般住宅にダブルスキン構造を適用しているものの、換気に終始する技術となっている。 Furthermore, in the case of the technique disclosed in Patent Document 3, although a double skin structure is applied to a general house, it is a technique that is constantly started with ventilation.
上記検討からいえることは、いずれの先行技術も個別の技術の枠を出ないものとなっており、総体的な技術の構築には至っていない。 What can be said from the above examination is that none of the prior arts is out of the scope of individual technology, and no overall technology has been established.
本発明はこの点に鑑み、水膜形成型の冷暖房負荷の軽減技術において、建物のライフサイクルの生涯に亘って冷暖房負荷を効率よく軽減することができる建物冷却システムを得ることが目的である。 In view of this point, an object of the present invention is to obtain a building cooling system capable of efficiently reducing the cooling / heating load over the life of the building life cycle in the water film formation type cooling / heating load reduction technology.
請求項1の発明に係る建物冷却システムは、建物の表面に散水して水膜を形成する水膜形成手段と、日射量を検出する日射量検出手段と、風速を検出する風速検出手段と、外気温を検出する外気温検出手段と、水膜形成手段、日射量検出手段、風速検出手段、及び外気温検出手段とそれぞれ接続され、各検出手段の検出結果に基づいて水膜の厚さを演算し、その厚さになるように水膜形成手段の水供給量を調節する制御手段と、を有することを特徴とする。
The building cooling system according to the invention of
請求項2の発明は、請求項1記載の建物冷却システムにおいて、前記建物は、建物本体と当該建物本体の外縁部に隣接して設けられた冷却緩衝室とを備えていると共に、前記冷却緩衝室は、室内空間と、屋外と室内空間とを隔成すると共に前記水膜形成手段によって表面に水膜が形成されるアウタスキンと、建物本体と室内空間とを隔成するインナスキンと、屋外と室内空間との間で換気する換気手段と、を含んで構成されたダブルスキン構造とされている、ことを特徴とする。
The invention according to
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2記載の建物冷却システムにおいて、前記制御手段には、前記建物本体の内気温を検出する内気温検出手段が接続されており、m前記制御手段は、前記水膜形成手段、前記日射量検出手段、前記風速検出手段、前記外気温検出手段、及び前記内気温検出手段の検出結果に基づいて前記水膜形成手段の水供給量を制御する、ことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the building cooling system according to the first or second aspect, the control means is connected to an internal air temperature detection means for detecting an internal air temperature of the building body, and the control means Controlling the water supply amount of the water film forming means based on the detection results of the water film forming means, the solar radiation amount detecting means, the wind speed detecting means, the outside air temperature detecting means, and the inside air temperature detecting means, It is characterized by that.
請求項4の発明は、請求項2又は請求項3に記載の建物冷却システムにおいて、前記建物は、複数の建物ユニットを相互に連結して形成されたユニット建物とされていると共に、前記冷却緩衝室は、予め工場内で構築されて建築地にて当該ユニット建物と接続されるサブユニットとして構成されている、ことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the building cooling system according to the second or third aspect, the building is a unit building formed by connecting a plurality of building units to each other, and the cooling buffer. The room is constructed as a subunit that is built in the factory in advance and connected to the unit building in the building site.
請求項1記載の本発明に係る建物冷却システムでは、日射量検出手段によって日射量が検出されると共に、風速検出手段によって風速が検出され、更に外気温検出手段によって外気温が検出される。そして、これらの検出手段によって検出された検出結果に基づいて、制御手段によって、建物の表面に形成すべき水膜の厚さが演算され、その厚さになるように水膜形成手段の水供給量が調節される。従って、日射量、風速、外気温といった水膜の蒸発に影響が大きい要素を加味して、その時々に適切な厚さの水膜を建物の表面に形成することができる。このため、その建物が備えている空調装置の冷暖房負荷を効率よく軽減することができる。さらに、この状況を持続させることにより、建物のライフサイクルの生涯に亘って冷暖房負荷を効率よく軽減することができる。 In the building cooling system according to the first aspect of the present invention, the amount of solar radiation is detected by the solar radiation amount detecting means, the wind speed is detected by the wind speed detecting means, and the outside air temperature is further detected by the outside air temperature detecting means. Then, based on the detection results detected by these detection means, the control means calculates the thickness of the water film to be formed on the surface of the building, and the water supply of the water film formation means so as to be the thickness. The amount is adjusted. Therefore, a water film having an appropriate thickness can be formed on the surface of the building from time to time by taking into account factors that greatly affect the evaporation of the water film, such as the amount of solar radiation, wind speed, and outside temperature. For this reason, the air-conditioning load of the air conditioner with which the building is equipped can be reduced efficiently. Furthermore, by maintaining this situation, the heating / cooling load can be efficiently reduced over the life of the building life cycle.
請求項2記載の本発明によれば、建物は建物本体とその外縁部に隣接して設けられた冷却緩衝室とを備えており、更に冷却緩衝室は室内空間、アウタスキン、インナスキン、及び換気手段を含んで構成されたダブルスキン構造とされている。 According to the second aspect of the present invention, the building includes a building body and a cooling buffer chamber provided adjacent to the outer edge of the building, and the cooling buffer chamber further includes an indoor space, an outer skin, an inner skin, and a ventilation. It is set as the double skin structure comprised including the means.
本発明では、このダブルスキン構造の冷却緩衝室のアウタスキンの表面に水膜形成手段によって水膜を形成するようにしたので、ダブルスキン構造が有する冷暖房負荷軽減効果と、水膜の蒸発潜熱を利用した冷暖房負荷軽減効果とを複合させることができる。 In the present invention, the water film is formed on the surface of the outer skin of the cooling buffer chamber having the double skin structure by the water film forming means. Therefore, the cooling / heating load reducing effect of the double skin structure and the latent heat of vaporization of the water film are utilized. It is possible to combine the effect of reducing the cooling / heating load.
請求項3記載の本発明によれば、内気温検出手段によって検出された建物本体の内気温も加味して水膜の厚さを演算し、水膜形成手段の水供給量を調節するので、より正確に(即ち、より高い精度で)水膜の厚さを管理することができる。このため、水膜形成手段による水供給量の誤差をより小さくすることができる。 According to the third aspect of the present invention, the thickness of the water film is calculated in consideration of the internal air temperature of the building body detected by the internal air temperature detecting means, and the water supply amount of the water film forming means is adjusted. The thickness of the water film can be managed more accurately (that is, with higher accuracy). For this reason, the error of the water supply amount by the water film forming means can be further reduced.
請求項4記載の本発明によれば、ユニット建物の建物本体に予め工場内でサブユニットとして構築された冷却緩衝室が建築地にて接続される。つまり、本発明では、冷却緩衝室が、先行技術のカーテンウォールのように建物のパーツとして成立するのではなく、又別の先行技術のように鉄骨軸組構造の架構の一部として成立するのでもなく、ユニット建物のエレメントとして成立させることができる。従って、設計の自由度が高くなり、その分、建物のライフサイクルの生涯に亘る冷却負荷を軽減させる実現性が高くなる。 According to the fourth aspect of the present invention, the cooling buffer room previously constructed as a subunit in the factory is connected to the building body of the unit building at the building site. In other words, in the present invention, the cooling buffer chamber is not formed as a building part as in the prior art curtain wall, but as a part of the frame of the steel frame structure as in another prior art. Rather, it can be established as an element of a unit building. Accordingly, the degree of freedom in design is increased, and accordingly, the possibility of reducing the cooling load throughout the life cycle of the building is increased.
また、ユニット建物のサブユニットを工場生産する段階で必要な要素をすべて組み込み、建築地ではサブユニットをユニット建物の建物本体に接続する作業だけを行えばよいので、建築地での作業工数が削減される。 In addition, since all the necessary elements are built in at the stage of producing the subunits of the unit building and only the work of connecting the subunits to the building body of the unit building is performed in the building area, the number of work steps in the building area is reduced. Is done.
請求項1記載の本発明に係る建物冷却システムは、水膜形成型の冷暖房負荷軽減技術において、建物のライフサイクルの生涯に亘って冷暖房負荷を効率よく軽減することができるという優れた効果を有する。 The building cooling system according to the first aspect of the present invention has an excellent effect that the cooling / heating load can be efficiently reduced over the life of the building life cycle in the water film formation type cooling / heating load reduction technology. .
請求項2記載の本発明に係る建物冷却システムは、自然環境を利用した二種類の冷暖房負荷軽減機能を備えることができるので、冷暖房負荷軽減効果が倍加するという優れた効果を有する。 Since the building cooling system according to the second aspect of the present invention can be provided with two types of air-conditioning load reduction functions using the natural environment, it has an excellent effect of doubling the air-conditioning load reduction effect.
請求項3記載の本発明に係る建物冷却システムは、水膜形成手段による水供給量の誤差を小さくすることができ、その分、散水するために要する消費電力を抑えることができ、ひいては冷暖房負荷軽減に寄与することができるという優れた効果を有する。 The building cooling system according to the third aspect of the present invention can reduce the error in the amount of water supplied by the water film forming means, and accordingly, can reduce the power consumption required for watering, and consequently the heating and cooling load. It has an excellent effect of being able to contribute to reduction.
請求項4記載の本発明に係る建物冷却システムは、ユニット建物のサブユニットとして冷却緩衝室を成立させることができ、これにより「建物のライフサイクルの生涯に亘る冷暖房負荷の軽減」をユニット建物を通して実現することができるという優れた効果を有する。また、建築地で冷却緩衝室を組み上げる場合に比べて、施工時間の短縮及び作業負担の軽減を図ることができるという優れた効果も得られる。 The building cooling system according to the present invention as set forth in claim 4 can establish a cooling buffer room as a subunit of a unit building, and thereby “reducing the cooling and heating load over the life of the building life cycle” through the unit building. It has an excellent effect that it can be realized. Moreover, compared with the case where a cooling buffer chamber is assembled in a building site, the outstanding effect that construction time can be shortened and work burden can be reduced is also acquired.
〔第1実施形態〕 [First Embodiment]
以下、図1〜図8を用いて、本発明に係る建物冷却システムの第1実施形態について説明する。 Hereinafter, 1st Embodiment of the building cooling system which concerns on this invention is described using FIGS.
図3には、第1実施形態に係るユニット建物の概略斜視図が示されている。この図に示されるように、ユニット建物10は、建物本体12と、この建物本体12の一壁面に隣接して設けられ建物冷却システム14の要部を構成する冷却緩衝室16と、によって構成されている。
FIG. 3 is a schematic perspective view of the unit building according to the first embodiment. As shown in this figure, the
建物本体12は、基礎18と、基礎18上に複数の下階側ユニット(一階ユニット)20を据付けることにより構成された下階側部分(一階部分)22と、下階側部分22の上面に複数の上階側ユニット(二階ユニット)24を据付けることにより構成された上階側部分(二階部分)26と、上階側部分26の上面に設けられた図示しない屋根部と、によって構成されている。
The
冷却緩衝室16は、基礎18上に据付けられた複数の下階側緩衝室ユニット(一階緩衝室ユニット)28と、これらの下階側緩衝室ユニット28上に据付けられる上階側緩衝室ユニット(二階緩衝室ユニット)30と、によって構成されている。なお、下階側緩衝室ユニット28及び上階側緩衝室ユニット30は、ハーフサイズのユニットとして構成されている。
The
上記下階側緩衝室ユニット28及び上階側緩衝室ユニット30は、下階側ユニット20及び上階側ユニット24と同様に、予め工場内で組み立てられている。すなわち、本実施形態では、ユニット建物10の建物本体12をメインユニット側とすると、冷却緩衝室16はサブユニット(ダブルスキンエレメント)として構築する考え方を採っている。
The lower floor side
次に、図1及び図2を用いて、冷却緩衝室16の構造について説明する。
Next, the structure of the
図1には、冷却緩衝室16の縦断面構造が示されている。また、図2には、単体のサブユニットで冷却緩衝室16を完結させた場合(即ち、図1及び図3に示されるように冷却緩衝室16は合計4個のサブユニットで建物本体12の一壁面全体に設けられているが、これを1個のサブユニットに集約した場合という意味である。)の分解斜視図が示されている。なお、図2を用いて冷却緩衝室16を説明する際には、下階側緩衝室ユニット28と上階側緩衝室ユニット30とを総称する意味で、単に「緩衝室ユニット32」と称すことにする。
FIG. 1 shows a longitudinal sectional structure of the
図1に示されるように、冷却緩衝室16は、室内空間としての緩衝室空間(ダブルスキン空間)34と、屋外と緩衝室空間34とを隔成すると共に表面に水膜が形成されるアウタスキン36と、建物本体12と緩衝室空間34とを隔成するインナスキン38と、換気手段としての給気口40及び排気口42と、を備えたダブルスキン構造とされている。なお、給気口40及び排気口42は給気口開閉モータ41(図4参照)及び排気口開閉モータ43を使った図示しない開閉機構によって開閉可能とされている。
As shown in FIG. 1, the cooling
具体的には、図2に示されるように、緩衝室ユニット32は、平面視でコ字状に形成された躯体フレーム44を備えている。躯体フレーム44は、四隅に立設された4本の柱46と、これらの柱46の下端部同士を前記一壁面側を除いて連結する長短二種類の床大梁48、50と、柱の上端部同士を前記一壁面側を除いて連結する長短二種類の天井大梁52、54と、長辺側の天井大梁52の下方に平行に配置された横桟56と、によって構成されている。メインユニットである下階側ユニット20の2本の柱58の上端部及び下端部には、ジョイントブラケット60がそれぞれ取り付けられている。これら4箇所に設けられたジョイントブラケット60を介して、下階側ユニット20の2本の柱58と対向する躯体フレーム44の2本の柱46が接続されることにより、サブユニットである緩衝室ユニット32がメインユニットである下階側ユニット20に連結されている。
Specifically, as shown in FIG. 2, the
上記躯体フレーム44の床面側には、床ボード62及び床小梁64が配設されている。床ボード62は所定間隔で配設された複数の床小梁64上に固定されており、床小梁64が床大梁48に固定されている。
A
また、躯体フレーム44の天井面側には、天井ボード66及び図示しない天井小梁が配設されている。天井ボード66は所定間隔で配設された複数の天井小梁上に固定されており、天井小梁が天井大梁52に固定されている。さらに、天井ボード66上には、勾配が付けられた断熱材70、2枚のアスファルトルーフィング72、塩ビ鋼板74、PCフレーム76、軽量土壌78、及び耐乾性植物80が、この順に載置されている。なお、塩ビ鋼板74、PCフレーム76、軽量土壌78、及び耐乾性植物80は、屋上緑化システム82としてダブルスキン構造の緩衝室ユニット32に付加した要素である。
A
また、躯体フレーム44の妻側の一方の側面側には、勝手口ドア84、柱カバー86、梁カバー88、及び外壁パネル90が取り付けられている。躯体フレーム44の妻側の他方の側面側には、柱カバー86、梁カバー88、及び側面外壁アッセンブリ92が取り付けられている。
In addition, a
さらに、躯体フレーム44の桁側の側面側には、床大梁48と横桟56との間にD.P.G構法、M.J.G.構法等によるガラスパネル94が取り付けられている。このガラスパネル94の表面には、光触媒(Ni02)が塗布されている。また、天井大梁52と横桟56との間には排気口42が取り付けられており、ガラスパネル94の下縁側には給気口40が取り付けられている。さらに、床大梁48、天井大梁52、横桟56には、梁カバー88が取り付けられている。なお、躯体フレーム44の桁側の側面を構成するガラスパネル94の表面に後述する水膜が形成され、アウタスキン36を構成している。
Further, on the side surface side of the girder side of the
図1に戻り、下階側ユニット20のサッシ95及び上階側ユニット24のサッシ96が、冷却緩衝室16の緩衝室空間34と建物本体12の内部空間98とを隔成するインナスキン38に相当する。
Returning to FIG. 1, the
また、図2に戻り、敷地内には雨水貯水槽150が配設されている。雨水貯水槽150内には水深計176(図4参照)さらに、横桟56には、所定ピッチで散水孔が形成された散水管152が取り付けられている。散水管152と雨水貯水槽150は給水管154で接続されている。給水管154の途中には、揚水ポンプ156が接続されている。さらに、給水管154における揚水ポンプ156の上流側には、流路切換バルブ158を介して水道本管に接続された分岐管160が接続されている。分岐管160の途中には、メータ162及び乙止水栓164が設けられている。なお、通常は雨水貯水槽150内に貯水された水を利用して散水管152から散水するが、水が貯水されていない場合には水道水を利用して散水管152から散水する。上記散水管152、流路切換バルブ158、雨水貯水槽150、給水管154、分岐管160が、本発明における水膜形成手段に相当する。
Returning to FIG. 2, a
次に、本実施形態に係る建物冷却システム14のシステム構成について説明する。
Next, the system configuration of the
図4に示されるように、建物冷却システム14は、制御手段としてのコントローラ166を備えている。コントローラ166には、入力側として日射量検出手段としての日射計168、風速検出手段としての風速計170、外気温検出手段としての外気温計172、内気温検出手段としての内気温計174、及び水深計176が接続されている。また、コントローラ166には、出力側として流路調整バルブ158及び揚水ポンプ156が接続されていると共に、給気口開閉モータ41及び排気口開閉モータ43が接続されている。
As shown in FIG. 4, the
(作用・効果) (Action / Effect)
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。 Next, the operation and effect of this embodiment will be described.
まず、冷却緩衝室16単体の作用(制御しなかった場合の作用)について説明する。
First, the operation of the cooling
この場合、冷却緩衝室16は、断熱作用をすると共に室内外の空気の温度差を利用した重力換気による自然換気作用をする。
In this case, the cooling
例えば、夏季は、日射によって冷却緩衝室16内の温度が上昇するが、この場合には給気口40及び排気口42を開放させることにより、屋外と緩衝室空間34との温度差(正確には、空気温度差により生じる空気密度差)を利用した換気がなされる。すなわち、日射によって冷却緩衝室16内の温められた空気は上昇して排気口42から排気されると共に、外気が給気口40から冷却緩衝室16内に流入される。これにより、冷却緩衝室16内の自然換気が行われ、建物本体12の内部空間98の気温の上昇が抑制される。その結果、建物本体12の空調負荷が軽減される。
For example, in summer, the temperature in the cooling
また、冬季は、給気口40及び排気口42を閉止して、冷却緩衝室16内で空気の対流を発生させる。冬季は太陽高度が低下するため、南面の入射熱量が増加し、緩衝室空間34内の空気温度が上昇(温室効果)し、建物本体12の内部空間98に放射される。これにより、建物本体12の内部空間98の空気が外気によって冷却されるのを抑えることができる。その結果、建物本体12の空調負荷が軽減される。
In winter, the
このような自然換気としての使用の仕方に加え、本実施形態では、散水により水膜を形成し、蒸発潜熱による冷却効果を得ることができ、以下に説明する。 In addition to such usage as natural ventilation, in the present embodiment, a water film can be formed by water spraying to obtain a cooling effect by latent heat of evaporation, which will be described below.
図5には、本実施形態に係る建物冷却システム14の夏季を例にした制御フローが示されている。この図に示されるように、まずステップ100で、各種検出手段から入力される検出信号に基づいて各々の検出値が取り込まれる。すなわち、日射計168の検出値(L)、風速計170の検出値(W)、外気温計172の検出値(T1)、内気温計174の検出値(T2)、及び水深計176の検出値(H)が取り込まれる。
FIG. 5 shows a control flow in the summer of the
次に、ステップ102〜ステップ106で、散水して水膜を形成すべきか否かが判断される。具体的には、ステップ102で、気温差δが規定値δ1以上であるか否かが判断される。ステップ102で肯定された場合は気温差δが規定値δ1を超えている(気温差が充分に高い)ということなので、夏季であれば外気温T1に対し、内気温T2はそれよりも充分に低い状態に冷房されていると考えられる。従って、この場合には、ステップ100に戻る。一方、ステップ102で否定された場合は、気温差δが規定値δ1よりも低く、内気温T2は外気温T1とそれほど変わらないということなので、冷却効果を高めたい状況と考えられる。従って、この場合は次のステップ104へ移行する。
Next, in
ステップ104では、風速Wが規定値W1以下であるか否かが判断される。ステップ104で肯定された場合は風速Wが規定値W1以下である(散水した水が吹き飛ばされるほどの強い風は吹いていない)場合であるので、次のステップ106へ移行する。なお、ステップ104で否定された場合は散水しても風で水が吹き飛ばされてしまうような場合であるので、散水はせず、ステップ100に戻る。
In
ステップ106では、日射量Lが規定値L1以下であるか否かが判断される。ステップ106で肯定された場合は、曇り等で散水して水膜を形成しても水が効率よく蒸発しないので、散水せず、ステップ100に戻る。一方、ステップ106で否定された場合は、日差しは水膜を蒸発させることが可能な程度に強い場合であるので、次のステップ108へ移行し、水膜を形成する段階へ移行する。
In
このようにまず各種検出手段からの検出値に基づいて散水して水膜を形成すべき環境下にあるかどうかがチェックされる。そして、建物冷却システム14によって散水制御すべきと判断された場合は、まずステップ108で給排気口の開閉状態が調整される。すなわち、給気口開閉モータ41が駆動されて給気口40が所定開度開放されると共に、排気口駆動モータ43が駆動されて排気口42が所定開度開放される。さらに、ステップ110で、アウタスキン36の表面に形成すべき水膜の最適な厚さtが演算される。
In this way, it is first checked whether or not it is in an environment where a water film is to be formed by watering based on detection values from various detection means. If the
補足すると、この水膜の厚さtの求め方には種々のやり方(アプローチの仕方)があるが、ここでは一例として流体力学に基づいてレイノルズ数に依拠した求め方を紹介することにする。 Supplementally, there are various methods (approach methods) for obtaining the thickness t of the water film. Here, as an example, a method for obtaining the thickness t based on the Reynolds number will be introduced.
(1)一般に、環状流における水のような非圧縮性流体は、式1で表される。
(1) In general, an incompressible fluid such as water in an annular flow is represented by
ρ:流体密度〔kg/m3〕
Q:体積流量〔m3/sec〕
U:平均速度(水膜流下速度)〔m/sec〕
S:断面積(水膜厚さ)〔m2〕
ρ: Fluid density [kg / m 3 ]
Q: Volume flow rate [m 3 / sec]
U: Average speed (water film flow speed) [m / sec]
S: sectional area (water film thickness) [m 2 ]
上記から、質量保存の法則により、水膜流下速度と水膜厚さには相関関係があることが解る。 From the above, it is understood that there is a correlation between the water film flow velocity and the water film thickness according to the law of mass conservation.
(2)また、Nuseelt解析においては、水膜厚さと体積流量との間に、式2の関係を導き出している。
(2) Also, in the Nueselt analysis, the relationship of
v:動粘性係数〔m2/sec〕
g:重力加速度〔m/sec2〕
U:平均速度(水膜流下速度)〔m/sec〕
S:断面積(水膜厚さ)〔m2〕
v: Kinematic viscosity coefficient [m 2 / sec]
g: Gravity acceleration [m / sec 2 ]
U: Average speed (water film flow speed) [m / sec]
S: sectional area (water film thickness) [m 2 ]
(3)一方、水膜の性状は、レイノルズ数と相関性があり、式3のように表される。 (3) On the other hand, the properties of the water film correlate with the Reynolds number and are expressed as in Equation 3.
μ:粘性係数〔N・sec/m2〕
μ: Viscosity coefficient [N · sec / m 2 ]
(4)また、壁面境界における液体の力の釣り合いを考えると、図6のようになり、このときの壁面単位幅当たりの液膜流量〔kg/sec〕を求めると、式4のようになる。 (4) Further, considering the balance of the liquid force at the wall boundary, it is as shown in FIG. 6. When the liquid film flow rate [kg / sec] per wall surface unit width at this time is obtained, the equation 4 is obtained. .
式3に式4を代入すると、式5が得られる。
Substituting Equation 4 into Equation 3
ここで、無次元速度、無次元距離として、u+、y+を次式6、次式7のように定義する。
Here, u + and y + are defined as the following
一方、図6より、力の釣り合いを考えると、次式8のように表される。 On the other hand, when considering the balance of force from FIG.
τi:界面せん断力〔N/m2〕
τ i : Interfacial shear force [N / m 2 ]
さらに、平均液膜厚さ無次元数、界面せん断力無次元数をyi *、τi *とすると、次式9、次式10で表される。
Further, when the dimensionless number of the average liquid film thickness and the dimensionless number of the interface shear force are y i * and τ i * , they are expressed by the following
式8に式9、式10を代入すると、次式11が得られる。
Substituting
さらに、式11に式5を代入すると、次式12が得られる。
Further, when
さらに、式12に式7、式9を代入すると、次式13が得られる。
Further, when Expressions 7 and 9 are substituted into
上記より、レイノルズ数と水膜厚さの関係が得られる。 From the above, the relationship between the Reynolds number and the water film thickness can be obtained.
(5)一方で、伊藤−佐々木実験解によりレイノルズ数と最大水膜厚さ、レイノルズ数と最小水膜厚さの関係が示されており、次式14〜次式16で表されている。
(5) On the other hand, the relationship between the Reynolds number and the maximum water film thickness and the Reynolds number and the minimum water film thickness is shown by the Ito-Sasaki experimental solution, and is expressed by the following
(6)以上より、式13、式14、式15、式16より、ある幅をもったレイノルズ数の領域に対して水膜厚さが収束していることが確認されれば、熱収支上の一定の水膜が形成されたことを確認できることになる(図7参照)。
(6) From the above, if it is confirmed from Equation 13,
(7)また、液膜の熱収支を考える場合、液膜厚さと流下速度の相関性を把握する必要があるが、一般的には流れ場は層流と乱流に区別され、前者は流体に働くせん断力は流体粘性摩擦による粘性せん断力が働き、後者は先の粘性せん断力に加え、乱流せん断力が働く状態となる。ここで、流れ場は、層流から乱流に移行することは考え難く、その間に遷移層があると設定したのがカルマンの3層モデルであり、次式17のように表される(図8参照)。 (7) Also, when considering the heat balance of the liquid film, it is necessary to grasp the correlation between the liquid film thickness and the flow velocity, but generally the flow field is classified into laminar flow and turbulent flow. The shearing force acting on the fluid is viscous shearing force due to fluid viscous friction, and the latter is in a state where turbulent shearing force acts in addition to the previous viscous shearing force. Here, the flow field is unlikely to transition from laminar flow to turbulent flow, and the Kalman three-layer model is set to have a transition layer between them. 8).
(8)以上から、式13で表されたレイノルズ数と水膜の厚さの関係は妥当といえる。本実施形態では、このようにしてレイノルズ数の観点から水膜の厚さを求める手法を用いて得られた関係式(式13)をベースとして、日射計168で検出された日射量、風速計170で得られた風速、外気温計172で得られた外気温、内気温計174で得られた内気温を加味して水膜の膜厚を演算する。
(8) From the above, it can be said that the relationship between the Reynolds number and the thickness of the water film expressed by Equation 13 is reasonable. In the present embodiment, the amount of solar radiation detected by the
図5に戻り、上記の如くして水膜の厚さtが演算されたら、次にステップ112へ移行する。ステップ112では、実際に散水して形成される水膜の厚さがステップ110で演算した結果に一致するには、散水量Qはいくらであるべきかが演算される。水膜の厚さtが薄ければ、散水量は絞られ、逆に水膜の厚さtが厚ければ、散水量は増加される。ここまでのプロセスで、その環境下において最適な厚さの水膜を形成するには、散水量、つまりこの実施形態では、揚水ポンプ156の出力が決定される。
Returning to FIG. 5, when the water film thickness t is calculated as described above, the routine proceeds to step 112. In step 112, in order for the thickness of the water film actually formed by watering to coincide with the result calculated in
次に、ステップ114で、水深計176による検出値Hから雨水貯水槽150に雨水が所定量以上貯水されているか否かが判断される。ステップ114で肯定された場合は、雨水貯水槽150には、アウタスキン36に散水できる程度に雨水が貯水されている場合であるから、後述するステップ118へ移行する。なお、このときの流路切換バルブ158は開放状態である。すなわち、流路切換バルブ158は初期状態では開放状態とされている。流路切換バルブ158が開放された状態では、揚水ポンプ156と雨水貯水槽150とが給水間154によって連結されかつ送給可能な状態にある。一方、ステップ114で否定された場合は、雨水貯水槽150には散水できる程度に雨水が溜まっていない状態であるので、ステップ116へ移行し、流路切換バルブ158が開放状態から閉止状態に切り換えられる。流路切換バルブ158が閉止されると、揚水ポンプ156と水道本管とが接続された状態とされる。
Next, at
給水経路が選択された後、ステップ118に移行し、揚水ポンプ156が演算結果に基づいた所定の出力で駆動される。なお、「演算結果に基づいた所定の出力」というのは、散水管152からの散水量がステップ110で演算した散水量Qになる出力という意味である。
After the water supply path is selected, the process proceeds to step 118, where the
こうして散水管152からステップ100で取り込んだ検出値の環境下において水膜の厚さが最適な厚さtになるように調整された状態で散水される。散水された水はアウタスキン36に相当する光触媒が塗布されたガラスパネル94上を流れ、設定された厚さtの水膜が形成される。アウタスキン36のガラスパネル94の表面には光触媒が塗布されているため、親水性がよく、散水された水が水滴にならずに薄い膜状に延びていく。その水膜の水は日射によって蒸発され、そのときの蒸発潜熱によって冷却緩衝室16の緩衝室空間34が冷却される。冷却された緩衝室空間34はインナスキン38に相当するサッシ95を介して建物本体12内の内部空間98を冷却する。こうして、建物本体12の内部空間98の内気温T2が徐々に下がり、冷房効果が得られる。換言すれば、建物本体12内に設置されたエアコンによる冷房効果が助勢される。これにより、建物本体12の冷却負荷が軽減され、その分、エアコンの設定温度を上げ若しくはエアコンの出力を下げることができ、或いはエアコンの作動時間を短縮することができる。その結果、当該ユニット建物10の生涯に亘るCO2の排出量(LCO2)を削減することができる。
Thus, water is sprayed in a state where the thickness of the water film is adjusted to the optimum thickness t in the environment of the detection value taken in
その後、ステップ120へ移行し、再び気温差δが規定値δ1以上か否かが判断される。ステップ120で肯定された場合は、充分な気温差が生じたことになるので、ステップ122に移行して揚水ポンプ156を停止させて終了する。一方、ステップ120で否定された場合は、まだ充分な気温差が生じていないので、運転を継続すべく、ステップ100に戻る。
Thereafter, the routine proceeds to step 120, where it is again determined whether or not the temperature difference δ is greater than or equal to the specified value δ1. If the determination in
このように本実施形態に係る建物冷却システム14では、建物本体12に隣接して冷却緩衝室16を設けると共に、散水管152から散水してガラスパネル94上に水膜を形成し、その際に、日射計168、風速計170、外気温計172によって検出された検出結果に基づいて、コントローラ166によってその状況下における最適な水膜の厚さが演算され、その厚さになるように、散水管152からの散水量が調節されるようにしたので、日射量、風速、外気温といった水膜の蒸発に影響が大きい要素を加味して、その時々に適切な厚さの水膜を建物の表面に形成することができる。このため、そのユニット建物10が備えている冷暖房負荷を効率よく軽減することができる。さらに、この状況を持続させることにより、ユニット建物10のライフサイクルの生涯に亘って冷暖房負荷を効率よく軽減することができる。
As described above, in the
また、本実施形態では、冷却緩衝室16をダブルスキン構造にした上で建物冷却システム14を付加したので、ダブルスキン構造が有する冷暖房負荷軽減効果と、水膜の蒸発潜熱を利用した冷暖房負荷軽減効果とを複合させることができる。すなわち、本実施形態によれば、自然環境を利用した二種類の冷暖房負荷軽減機能を備えることができるので、冷暖房負荷軽減効果が倍加する。
In this embodiment, since the cooling
さらに、本実施形態では、内気温計174を設置して建物本体12の内部空間98の内気温も加味して水膜の厚さを演算し、散水管152からの散水量を調節するので、より正確に(即ち、より高い精度で)水膜の厚さを管理することができる。このため、散水管152による水供給量の誤差をより小さくすることができ、その分、散水するために要する消費電力を抑えることができ、ひいては冷暖房負荷軽減に寄与することができる。
Furthermore, in this embodiment, since the internal
また、本実施形態では、ユニット建物10の建物本体12に予め工場内でサブユニットとして構築された冷却緩衝室16が建築地にて接続される。つまり、本実施形態では、冷却緩衝室16が、先行技術のカーテンウォールのように建物のパーツとして成立するのではなく、又別の先行技術のように鉄骨軸組構造の架構の一部として成立するのでもなく、ユニット建物10のエレメントとして成立させることができる。従って、設計の自由度が高くなり、その分、ユニット建物10のライフサイクルの生涯に亘る冷却負荷を軽減させる実現性が高くなる。つまり、本実施形態によれば、「建物のライフサイクルの生涯に亘る冷暖房負荷の軽減」をユニット建物10を通して実現することができる。
Moreover, in this embodiment, the cooling
さらに、ユニット建物10のサブユニットを工場生産する段階で必要な要素をすべて組み込み、建築地ではサブユニットである冷却緩衝室16をユニット建物10の建物本体12に接続する作業だけを行えばよいので、建築地での作業工数が削減される。その結果、建築地で冷却緩衝室16を組み上げる場合に比べて、施工時間の短縮及び作業負担の軽減を図ることができる。
Furthermore, since all the necessary elements are incorporated at the stage of manufacturing the subunits of the
〔第2実施形態〕 [Second Embodiment]
以下、図9を用いて、本発明の第2実施形態について説明する。なお、前述した第1実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。 Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the same component as 1st Embodiment mentioned above, the same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
図9に示されるように、この第2実施形態では、給水管154を散水管152に接続するだけでなく、屋上緑化システム82にも接続した点に特徴がある。具体的には、軽量土壌78とPCフレーム76との間には屋上散水管180が介装されている。屋上散水管180は軽量土壌78と同程度の大きさの升目状の管体として構成されている。この屋上散水管180の短辺側と給水管154とが給水延長管182で接続されている。
As shown in FIG. 9, the second embodiment is characterized in that not only the
(作用・効果) (Action / Effect)
上記構成によれば、揚水ポンプ156を駆動させると、一部の水は散水管152に供給されてガラスパネル94上に水膜を形成するために用いられ、残りの水は給水延長管182を通って屋上散水管180に供給される。これにより、屋上散水管180から軽量土壌78に水が供給され、耐乾性植物80に水を与えると共に、太陽の日射熱で冷却緩衝室16が温められるのを抑制する効果が得られる。
According to the above configuration, when the
〔実施形態の補足説明〕 [Supplementary explanation of the embodiment]
(1)上述した実施形態では、冷却緩衝室16の側面であるガラスパネル94上に散水して水膜を形成することとしたが、これに限らず、冷却緩衝室16の屋上緑化システム82を廃止した場合には、冷却緩衝室16の屋根面に散水して水膜を形成するようにしてもよい。
(1) In the above-described embodiment, a water film is formed by spraying water on the
(2)上述した実施形態では、冷却緩衝室16をダブルスキン構造にしたが、請求項1記載の本発明には、ダブルスキン構造を備えていないものも含まれる。
(2) In the above-described embodiment, the cooling
(3)上述した実施形態では、ガラスパネル94の表面に光触媒を塗布したが、本発明との関係では光触媒は必ずしも必要ではなく、水膜が形成されるのであれば、省略してもよいし、他の手法を適用してもよい。
(3) In the above-described embodiment, the photocatalyst is applied to the surface of the
(4)上述した実施形態では、水膜形成手段の一部として散水管152を用いたが、これに限らず、散水管152以外の構成を用いてもよい。
(4) In the above-described embodiment, the
(5)上述した実施形態では、コントローラ166で揚水ポンプ156の出力を制御することで散水管152への水供給量を調整する構成を採ったが、これに限らず、他の調整の仕方をしてもよい。例えば、給水管154における揚水ポンプ156の下流側(散水管152側)に流路変更バルブを設け、この流路変更バルブから雨水貯水槽へのリターン配管を接続し、コントローラで当該流路変更バルブの開度を調整するようにしてもよい。この場合、散水時、揚水ポンプは常に一定出力で駆動されることとなり、散水管への水供給量を絞る際には、コントローラによって流路変更バルブの開度が全閉から所定開度開放され、開度に応じて水がリターン管から雨水貯水槽へ戻される制御となる。
(5) In the above-described embodiment, the
(6)上述した実施形態では、ユニット建物10に対して本発明を適用したが、これに限らず、ユニット建物以外の建物に対して本発明を適用してもよい。
(6) In the above-described embodiment, the present invention is applied to the
10 ユニット建物
12 建物本体
14 建物冷却システム
16 冷却緩衝室
28 下階側緩衝室ユニット
30 上階側緩衝室ユニット
32 緩衝室ユニット
34 緩衝室空間(室内空間)
36 アウタスキン
38 インナスキン
40 給気口(換気手段)
42 排気口(換気手段)
94 ガラスパネル(アウタスキン)
95 サッシ(インナスキン)
96 サッシ(インナスキン)
98 内部空間
150 雨水貯水槽(水膜形成手段)
152 散水管(水膜形成手段)
154 給水管(水膜形成手段)
156 揚水ポンプ(水膜形成手段)
158 流路切換バルブ(水膜形成手段)
160 分岐管(水膜形成手段)
166 コントローラ(制御手段)
168 日射計(日射量検出手段)
170 風速計(風速検出手段)
172 外気温計(外気温検出手段)
174 内気温計(内気温検出手段)
10
36
42 Exhaust vent (ventilation means)
94 Glass panel (outer skin)
95 Sash (Inner Skin)
96 Sash (Inner Skin)
98
152 Watering pipe (water film forming means)
154 Water supply pipe (water film forming means)
156 Water pump (water film forming means)
158 Channel switching valve (water film forming means)
160 Branch pipe (water film forming means)
166 Controller (control means)
168 pyranometer (irradiance detection means)
170 Anemometer (wind speed detection means)
172 Outside temperature gauge (outside temperature detection means)
174 Inside temperature gauge (inside temperature detection means)
Claims (4)
日射量を検出する日射量検出手段と、
風速を検出する風速検出手段と、
外気温を検出する外気温検出手段と、
水膜形成手段、日射量検出手段、風速検出手段、及び外気温検出手段とそれぞれ接続され、各検出手段の検出結果に基づいて水膜の厚さを演算し、その厚さになるように水膜形成手段の水供給量を調節する制御手段と、
を有することを特徴とする建物冷却システム。 Water film forming means for sprinkling water on the surface of the building to form a water film;
A solar radiation amount detecting means for detecting the solar radiation amount;
Wind speed detecting means for detecting the wind speed;
An outside air temperature detecting means for detecting the outside air temperature;
The water film forming means, the solar radiation amount detecting means, the wind speed detecting means, and the outside air temperature detecting means are connected to each other, and the thickness of the water film is calculated based on the detection result of each detecting means, and the water is adjusted to the thickness. Control means for adjusting the water supply amount of the film forming means;
A building cooling system characterized by comprising:
前記冷却緩衝室は、室内空間と、屋外と室内空間とを隔成すると共に前記水膜形成手段によって表面に水膜が形成されるアウタスキンと、建物本体と室内空間とを隔成するインナスキンと、屋外と室内空間との間で換気する換気手段と、を含んで構成されたダブルスキン構造とされている、
ことを特徴とする請求項1記載の建物冷却システム。 The building includes a building main body and a cooling buffer chamber provided adjacent to the outer edge of the building main body,
The cooling buffer chamber includes an outer skin that separates an indoor space, an outdoor space and an indoor space, and a water film is formed on a surface by the water film forming means, and an inner skin that separates a building body from the indoor space. A double skin structure including a ventilation means for ventilating between the outdoor space and the indoor space,
The building cooling system according to claim 1.
前記制御手段は、前記水膜形成手段、前記日射量検出手段、前記風速検出手段、前記外気温検出手段、及び前記内気温検出手段の検出結果に基づいて前記水膜形成手段の水供給量を制御する、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の建物冷却システム。 The control means is connected to an inside air temperature detecting means for detecting the inside air temperature of the building body,
The control means controls the water supply amount of the water film forming means based on the detection results of the water film forming means, the solar radiation amount detecting means, the wind speed detecting means, the outside air temperature detecting means, and the inside air temperature detecting means. Control,
The building cooling system according to claim 1 or 2, characterized by the above.
前記冷却緩衝室は、予め工場内で構築されて建築地にて当該ユニット建物と接続されるサブユニットとして構成されている、
ことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の建物冷却システム。 The building is a unit building formed by connecting a plurality of building units to each other,
The cooling buffer room is configured as a subunit that is built in advance in a factory and connected to the unit building in a building site.
The building cooling system according to claim 2, wherein the building cooling system is provided.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008071802A JP2009228233A (en) | 2008-03-19 | 2008-03-19 | Building cooling system |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011236711A (en) * | 2010-05-13 | 2011-11-24 | Toyota Home Kk | Building |
KR102018077B1 (en) * | 2018-07-26 | 2019-10-21 | 김덕중 | Rainwater collecting device for vinyl houses |
-
2008
- 2008-03-19 JP JP2008071802A patent/JP2009228233A/en active Pending
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