JP2011002109A - 輻射冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを低減することができる輻射冷暖房装置を提供する。
【解決手段】天井１２に設けられ、コイル状の配管１４内に冷水または温水を流通させることで、この配管１４周囲の空気を冷却または加熱する熱交換手段１６と、熱交換手段１６により冷却または加熱された空気を吸い込んで室内１８下方に吹き出し可能なファン２０とを備えた通気型の輻射冷暖房装置１０であって、負荷が小さい場合には、冷房時は熱交換手段１６により冷却された空気を対流効果によって室内１８下側に下降させ、暖房時は輻射効果で室内空調を行う一方、負荷が大きい場合には、熱交換手段１６により冷却または加熱された空気をファン２０の稼働により強制的に室内１８下側に下降させるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、輻射冷暖房装置に関する。

従来、一般的なオフィスビル等のペリメータ（窓際や外壁と接する周辺部）の環境は、直射日光などの影響を受け易く熱的に最も厳しい条件であることから、主に日射負荷を除去するための設備機器を必要としていた。こうした設備機器としては、例えば、ファンコイルユニット（ＦＣＵ）、ダブルスキン、エアーフローウィンドウ等の機器あるいは窓システムがある。

このペリメータ環境の負荷を処理する設備としては対流式空調設備が用いられ、輻射式空調設備によるペリメータ処理設備は少ないのが現状である。なお、従来の輻射式空調設備としては、例えば、特許文献１および２に開示された装置が知られている。

海外の事例においては、インテリア負荷を天井輻射空調設備により処理する一方で、ペリメータ負荷をチルドビームにより処理する方式が知られている。ここで、チルドビームとは、天井に設置されるフィンピッチの荒いコイル状の装置であり、このコイルに冷水を通水してコイル周囲の空気を冷却し、冷却した空気を自然対流によって室内下側に下降させ、室内下側にある熱負荷を除去するものである。

自然対流により冷気を下方に落とすものをパッシブチルドビームと呼び、空調された一次空気を導入して強制的に冷気を下方に落とすものをアクティブチルドビームと呼ぶ。熱負荷を除去する能力としては、アクティブチルドビームがパッシブチルドビームに勝る。

図７は、パッシブチルドビームの一例を示す断面図であり、図８は、アクティブチルドビームの一例を示す断面図である。図７に示すように、パッシブチルドビームは、連結板１で固定されたコイル２の面を天井３下の空気が通過し、コイル２により冷却された空気は、空気通路４を下降して吹き出し口５から室内下側に下降するものである。また、図８に示すように、アクティブチルドビームは、ケーシング６内の熱交換器７で空調された冷気をファン８および空気通路９によって強制的に室内下側に下降させるものである。

チルドビームでは、送水する冷水温度が輻射パネルの場合と同様に１６〜１８℃であり、ＦＣＵの場合のように結露する温度ではないため、ドレンを設ける必要はない。また、天井輻射空調方式と合わせて採用することで、空調配管系統を同一とでき、チルドビーム導入による配管数量の増加は少なく、天井輻射空調方式に適したペリメータ処理設備として考えることができる。

特開２００３−２２７６３２号公報 特開平９−４２７５２号公報

ところで、我が国において上記の従来のチルドビームの適用を考えた場合には、海外で多く実施されている外壁ブラインドのような日射遮蔽対策などによる負荷の低減を行うケースは稀であり、さらに、ドイツ、北欧などに比べるとペリメータ負荷が大きいことから、より負荷処理能力の大きいアクティブチルドビームが適していると考えられる。しかしながら、従来のアクティブチルドビームは空調された一次空気を導入するダクトを要するため、ダクトの使用が最小限に抑えられるという天井輻射パネルの本来の利点が没却されてしまう。

誘引により、処理能力の向上を図るアクティブ型を負荷の大きいペリメータで使用する場合、より大きいコイルを設けた機器を選定しなければならない。そのため、負荷が大きいとき（例えば、真夏の西日のとき）には、十分な効果を発揮するが、その他の負荷が比較的小さい時間帯（夕方以外の時間帯など）にはオーバースペックとなり、結果としてコストアップを招くこととなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コストを低減することができる輻射冷暖房装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係る輻射冷暖房装置は、天井に設けられ、コイル状の配管内に冷水または温水を流通させることで、この配管周囲の空気を冷却または加熱する熱交換手段と、前記熱交換手段により冷却または加熱された空気を吸い込んで室内下方に吹き出し可能なファンとを備えた通気型の輻射冷暖房装置であって、負荷が小さい場合には、冷房時は前記熱交換手段により冷却された空気を対流効果によって室内下側に下降させ、暖房時は輻射効果で室内空調を行う一方、負荷が大きい場合には、前記熱交換手段により冷却または加熱された空気を前記ファンの稼働により強制的に室内下側に下降させるように構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る輻射冷暖房装置は、上述した請求項１において、負荷が小さい場合には、冷房時は天井内の空気を前記熱交換手段で冷却して自然対流によって室内下側に下降させ、暖房時は輻射効果で室内空調を行う一方、負荷が大きい場合には、前記ファンの稼働により吸い込んだ天井内の空気および室内の空気を前記熱交換手段で冷却または加熱して強制的に室内下側に下降させるように構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る輻射冷暖房装置は、上述した請求項１または２において、前記ファンを熱交換手段の側部に設けたことを特徴とする。

本発明に係る輻射冷暖房装置は、天井に設けられ、コイル状の配管内に冷水または温水を流通させることで、この配管周囲の空気を冷却または加熱する熱交換手段と、前記熱交換手段により冷却または加熱された空気を吸い込んで室内下方に吹き出し可能なファンとを備えた通気型の輻射冷暖房装置であって、負荷が小さい場合には、冷房時は前記熱交換手段により冷却された空気を対流効果によって室内下側に下降させ、暖房時は輻射効果で室内空調を行う一方、負荷が大きい場合には、前記熱交換手段により冷却または加熱された空気を前記ファンの稼働により強制的に室内下側に下降させるように構成したので、ファンは、負荷の大小に応じて必要なときにのみ稼働する。これにより、ダクトが不要となる上、必要能力とファンの選定により自由度が高まり、コストを低減することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る輻射冷暖房装置の実施例を示す横断面図である。 図２は、本発明に係る輻射冷暖房装置の実施例を示す側面図である。 図３は、本発明に係る輻射冷暖房装置の実施例を示す平面図である。 図４は、本発明に係る輻射冷暖房装置の実施例を示す側面図である。 図５は、実験で得られた高さ方向の室内温度分布図である。 図６は、実験で得られた高さ方向の室内温度分布図である。 図７は、パッシブチルドビームの一例を示す断面図である。 図８は、アクティブチルドビームの一例を示す断面図である。

以下に、本発明に係る輻射冷暖房装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明に係る輻射冷暖房装置の実施例を示す横断面図である。図２は、本発明に係る輻射冷暖房装置の実施例を示す側面図であり、図３は平面図、図４は側面図である。

図１〜図４に示すように、本発明に係る輻射冷暖房装置１０は、天井１２下に取り付けられ、コイル１４内に冷水または温水を流通させることで、このコイル１４周囲の空気を冷却または加熱する熱交換手段１６と、熱交換手段１６により冷却または加熱された空気を吸い込んで室内１８下方に吹き出し可能なファン２０とを備えた箱形状の通気型の輻射冷暖房装置である。

この輻射冷暖房装置１０は、負荷の大きいときにはアクティブチルドビームとして、負荷の少ないときにはパッシブチルドビームとして稼働するパッシブ−アクティブ併用型のチルドビームである。

アクティブチルドビームとして稼働する場合には、熱交換手段１６の横に配置したファン２０が稼働し、天井１２内の空気および室内１８の空気がコイル上面１４ａと下面１４ｂとから熱交換手段１６に入り込んでコイル１４で冷却または加熱される。冷却または加熱された空気は側部のファン２０に導かれて、吹き出し口２２から室内１８下側に向けて強制的に吹き出される。

一方、パッシブチルドビームとして稼働する場合には、天井１２内の空気がコイル上面１４ａから熱交換手段１６に入り込んでコイル１４で冷却または加熱される。冷却または加熱された空気は、冷房の場合は自然対流によってコイル下面１４ｂから室内１８下側へ下降するようになっている。暖房の場合は輻射効果にて室内暖房を行う。

ここで、アクティブチルドビームとして稼動するモードと、パッシブチルドビームとして稼動するモードの切り換えは、室内に設けた図示しないスイッチへの操作入力により行ってもよいし、負荷の大小を検知するセンサを室内に予め設けておき、このセンサの検知信号に基づいてモードを自動的に切り換え可能としてもよい。

次に、本発明による効果を検証するために行った実験について説明する。
輻射冷暖房装置１０の試作機として、図２〜図４に示すものを作成した。この試作機の寸法は、長さ１４００×幅５００×高さ１５０ｍｍ程度であり、試作機のアクティブチルドビームとしての能力は、表１に示すとおりである。

この試作機がアクティブチルドビームとして稼動する場合の冷房実験条件は、インテリア、ペリメータとも室温設定値２６℃とし、外部負荷３６２７．１Ｗ（５７２Ｗ／ｍ）、内部負荷２６４０Ｗ（４０Ｗ／ｍ²）とした。この試作機３台を実験室内の窓際に設置して空調を行い、試作機３台を設置しない場合の室温分布と比較する。なお、実験室内の天井には一般的な天井輻射パネルが設けてあり、この天井輻射パネルが主に実験室内のインテリアの空調を担っている。

図５は、実験で得られた高さ方向の室内温度分布図である。この図は、試作機３台を室内に設けた場合と設けない場合のそれぞれについて、インテリアおよびペリメータでの高さ方向温度分布の測定結果を示すものである。図５に示すように、この試作機３台を設けない場合（図５中、チルドビーム不設置と表記）と、試作機３台を設けた場合（図５中、チルドビーム設置と表記）とで、ペリメータとインテリアの温度差が緩和されていることが判る。このため、上記の実験条件に示すペリメータ負荷（年間最大時）を、この試作機３台にて除去可能であることが確認できた。

一方、この試作機のパッシブチルドビームとしての能力は、表２に示すとおりである。

この試作機がパッシブチルドビームとして稼動する場合の冷房実験条件は、インテリア、ペリメータとも室温設定値２６℃とし、外部負荷９１８Ｗ（１４４Ｗ／ｍ）、内部負荷２６４０Ｗ（４０Ｗ／ｍ²）とした。上記のアクティブチルドビームとして稼動する場合の実験条件と同様に、この試作機３台を実験室内の窓際に設置して空調を行い、試作機３台を設置しない場合の室温分布と比較する。なお、実験室内の天井には一般的な天井輻射パネルが設けてあり、この天井輻射パネルが主に実験室内のインテリアの空調を担っている。

図６は、実験で得られた高さ方向の室内温度分布図である。この図は、窓から６ｍ離れたインテリアの位置と、窓から１ｍ離れたペリメータの位置における高さ方向温度分布の測定結果を示すものである。図６に示すように、インテリアの位置（図６中、窓から６ｍと表記）と、ペリメータの位置（図６中、窓から１ｍと表記）とで温度差が殆ど無いことが判る。このため、上記の実験条件に示すペリメータ負荷（拡散日射量のみのとき）を、この試作機３台にて除去可能であることが確認できた。

上記の実験では、ペリメータ部分についての対応策としての有効性を示したが、これ以外の負荷変動対応策にも適用可能と考えられる。一例を挙げると、オフィス内に設置されたコピー機やプリンターのように発熱に変動がある設備機器や、会議室などの人の出入りが多い部屋についての負荷変動対応策が考えられる。

以上のように、本発明に係る輻射冷暖房装置は、一般的なオフィスビルの冷暖房装置に有用であり、特に、オフィス内に設置されたコピー機やプリンターのように発熱に変動がある設備機器の熱を除去するための熱除去装置や、会議室などの人の出入りが多い部屋の冷暖房装置として適している。

１０ 輻射冷暖房装置
１２ 天井
１４ コイル
１４ａ コイル上面
１４ｂ コイル下面
１６ 熱交換手段
１８ 室内
２０ ファン
２２ 吹き出し口

Claims (3)

1. 天井に設けられ、コイル状の配管内に冷水または温水を流通させることで、この配管周囲の空気を冷却または加熱する熱交換手段と、前記熱交換手段により冷却または加熱された空気を吸い込んで室内下方に吹き出し可能なファンとを備えた通気型の輻射冷暖房装置であって、
   負荷が小さい場合には、冷房時は前記熱交換手段により冷却された空気を対流効果によって室内下側に下降させ、暖房時は輻射効果で室内空調を行う一方、負荷が大きい場合には、前記熱交換手段により冷却または加熱された空気を前記ファンの稼働により強制的に室内下側に下降させるように構成したことを特徴とする輻射冷暖房装置。
2. 負荷が小さい場合には、冷房時は天井内の空気を前記熱交換手段で冷却して自然対流によって室内下側に下降させ、暖房時は輻射効果で室内空調を行う一方、負荷が大きい場合には、前記ファンの稼働により吸い込んだ天井内の空気および室内の空気を前記熱交換手段で冷却または加熱して強制的に室内下側に下降させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の輻射冷暖房装置。
3. 前記ファンを熱交換手段の側部に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の輻射冷暖房装置。

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