JP2013011385A

JP2013011385A - 空調システム

Info

Publication number: JP2013011385A
Application number: JP2011143899A
Authority: JP
Inventors: Kanji Tamura; 寛治田村; Kazuro Hiroishi; 和朗廣石
Original assignee: AIHOME CO Ltd
Current assignee: AIHOME CO Ltd
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-01-17

Abstract

【課題】高断熱・高気密住宅において、空調機の設置箇所からの距離にかかわらず各居室を速やかに空調するとともに、各居室の換気性を高め、しかも室内空気との温度差が少ない空調空気を送気することが可能な空調システムを提供すること。
【解決手段】床下に設けた空調機およびこれと連通する空調混合室と、空調混合室から各居室に空調空気を送気するための、途中に送風ファンを有する送気系配管と、各居室の室内空気を外部に排出する排出系配管および室内空気を混合空間に戻す循環系配管と、外気を空調機に送り込む給気系配管とを備え、前記給気系配管の空気は、空調機で空調された後、空調混合室で循環系配管により混合空間に戻ってきた空気と混合されて空調空気となり、この空調空気を送気系配管により各居室に送気することを特徴とする空調システム。
【選択図】図２

Description

本発明は、高断熱・高気密住宅の集中空調に適した空調システムに関する。

従来、戸建住宅での空調は、各部屋毎に空調機を設置して、それぞれ別個に作動させるのが一般的であった。これらの空調機は、部屋の大きさに応じて標準仕様の６畳用や８畳用などの表示に従って設置されているが、短時間で所定の温度に出来るように必要な熱交換容量に比べて過大な冷暖房能力を備え、エネルギーの消費量が大きいという問題があった。

一方、主に寒冷地において、暖房費の節減等を目的として戸建住宅の高断熱高気密化が図られ、それに伴って、戸建住宅でも集中空調システムが検討されてきている。例えば、特許文献１には、予め所定の温度、湿度などに調和された空気を建物内の一箇所で生成し、これを建物内に循環させる空気搬送式の集中空調装置が提案されている。

上記した空気搬送式空調システムの一例は、図１で示されるが、これによれば、集中空調ユニット８１を有する集中空調装置８０は、吸い込んだ空気を熱交換器８２で加熱し、ダクト８３を通して複数の居室９１へ送り、各居室９１も開口する部分にはダンパ８４が設置され、ルームコントローラ８５により開度が調整され、居室内をそれぞれ所定温度に維持するようになっている。そして、各居室９１から排出する空気は、順次ドア９２から通路を通り、階段ホール９３に集合し、その一部は集中空調ユニット８１へ回収され、再びダクト８３により各居室へ送られる。一方、残りの空気は、階段ホール９３に設けられた全熱交換換気装置５１により換気されるが、この全熱交換換気装置５１は、室内側給気口５２と屋外側排気口５３とが内気排出経路を形成し、屋外側給気口５４と室内側排気口５５が外気吸入経路を形成し、これらが互いに熱交換が行うように構成されている。

しかしながら、このような集中空調システムでは、集中空調装置から吐出される空調された空気圧力により各居室に送られるが、ダクトの分岐により、空調された空気が分散されるため、分岐毎に各居室に対する空調能力が低くなり、特に空調装置の設置箇所から離れた位置にある居室では所望の温度に達するまでに時間がかかるという問題があった。

また、高断熱・高気密住宅の空調システムでは、各居室の換気性を高めると共に、供給される空気が各居室内の空気との温度差が少なく、違和感が少ないものであることも要求されており、このような集中空調システムが求められている。

特開平７−１９０４１４号公報

本発明は、高断熱・高気密住宅において、空調機の設置箇所からの距離にかかわらず各居室を速やかに空調するとともに、各居室の換気性を高め、しかも室内空気との温度差が少ない空調空気を送気することが可能な空調システムを提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、空調機で空調される量より多い空気を空調システム中に送気し、その空調機の空調量に対応する空気を外部に放出するとともに、残部は空調システム中に循環させ、新たに空調機で空調された空気をこの循環した空気と混合して空調システム中に送気することで、換気性を高めると共に居室中の空気と送気の温度差を少なくできることを見出し、本発明を完成した。

すなわち本発明は、床下に設けた空調機およびこれと連通する空調混合室と、空調混合室から各居室に空調空気を送気するための、途中に送風ファンを有する送気系配管と、各居室の室内空気を外部に排出する排出系配管および室内空気を混合空間に戻す循環系配管と、外気を空調機に送り込む給気系配管とを備え、前記給気系配管の空気は、空調機で空調された後、空調混合室で循環系配管により混合空間に戻ってきた空気と混合されて空調空気となり、この空調空気を送気系配管により各居室に送気することを特徴とする空調システムである。

また本発明は、更に熱交換機を有し、前記排出系配管の空気と、給気系配管の空気が熱交換される上記の空調システムである。

更に本発明は、前記空調機の前に、給気系配管からの空気と循環系配管からの空気を混合する空調機前室を設けた前記の空調システムである。

また更に本発明は、空調混合室が断熱された空間である前記の空調システムである。

本発明の空調システムは、高断熱・高気密住宅において、空調機の設置箇所からの距離にかかわらず各居室を速やかに空調することができ、また、室内空気との温度差があまり大きくない空調空気を各室に大量に送気することができるため、各居室の換気性を高め、しかも、違和感の少ない空調が可能である。

従来の集中空調システムの例を示す概略構成図である。本発明の空調システムの一態様を示す概略構成図である。本発明の空調システムの別の態様を示す概略構成図である。本発明の空調システムの他の別の態様を示す概略構成図である。

以下、本発明の空調システムのいくつかの実施態様を、図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明はこれら実施態様に何ら制約されるものではない。

図２は、本発明の空調システムの一態様を示す概略構成図である。図中、１は住宅、２は空調機、３は空調混合室、４は送気ファン、５は送気系配管、６は吹出口、７は排出口、８は循環口をそれぞれ示し、９は排出系配管、１０は熱交換機、１１は給気系配管、１２は循環系配管、１３は居室、１４は導気装置、１５は断熱材を示す。

本発明の空調システムの対象は、全ての住宅であるが、特に好ましく利用しうるのは、高断熱・高気密住宅である。高断熱・高気密住宅では、外部からの空気の流入がほとんど遮断されるため、高い換気量を必要とするためである。ここで、高断熱・高気密住宅とは、熱損失係数Ｑ値が、地域毎の次世代省エネルギー基準（平成１１年）の基準値を満足するものをいう。

住宅１は、その中に複数の居室１３が設けられており、各居室１３には、それぞれ空調空気を吹き出すための吹出口６と、空気を外部に排出するための排出口７および循環させるための循環口８が備えられている。

このうち、吹出口６は、送気系配管５を介して空調混合室３と連通されており、送気系配管５に設けられた送気ファン４を作動させることにより、空調空気を居室１３中に送気することができる。この送気ファン４には、好ましくはその吸い込み側にフィルターが設置されている。また、この送気ファン４は、一般には常時稼働させておき、定量の空気を送気することが好ましいが、個別にも調整可能とすることができ、そうすることで各居室１３の送気量を変えることもできる。なお、この送気ファン４は、直流（ＤＣ）モーターファンであることが好ましく、その送風量は、１００ないし２００ｍ^３／Ｈ程度の送気量であることが好ましい。

一方、居室１３内に設けた排出口７は、排出系配管９と接続されており、居室１３の空気の一部を外部に排出する。この排出は、そのまま行っても良いが、好ましくは熱交換機１０を別途設備し、排出する空気と新たに空調機に取り込まれる外気との間で熱交換すると、エネルギー的には有利になる。

また、居室１３内に設けた循環口８は、循環系配管１２と接続されており、居室１３の空気の多くの部分を空調混合室３との間で循環させる。この循環口８は、図２のように個別に設けられたものでもあっても良いし、例えば、後記するように、特定の部屋（リビングルームや階段室）のみに循環口８を設け、他の居室からの循環空気も、ここを通って循環系配管１２に入るようにしても良い。

本発明の空調システムにおいては、床下に空調機２と、少なくとも空調混合室３が設けられる。このうち、空調混合室３は、床下の一部または全部を密閉構造としたものであっても、また、所定の大きさの密閉容器を利用しても良い。この空調混合室３は、断熱されていることが好ましく、例えば、床下の一部または全体を密閉構造として利用する場合は、床下の基礎部（床面および外周の立ち上がり部）は全面断熱を行うことが望ましい。なお、コンクリートからは、施工後２年程度は水分が出るため、断熱工事に断熱材を利用することは好ましくなく、硬質発泡ウレタン系の断熱材の吹付け施工とすることが望ましい。また全面断熱を行うとコストがかなりかかるため、要部のみの断熱としても良い。このように、断熱を行うことで、地下からの熱貫流の影響を防ぐことができる。

図２に示す態様では、上記空調混合室３は、空調機２の空調吐出側と連通している。そして、この空調機２は、その空調機吸入側において給気系配管１１と接続されており、導気装置１４を通じ、外気を取り入れる。この導気装置１４には、フィルターやエアウォッシャーを設けることもでき、除塵した清浄な外気を得ることができると共に、エアウオッシャーを用いた場合は、外気が洗浄され、乾燥時などに加湿機能を付与することができる。なお、本発明の空調システムにおいて用いる空調機２は、特段空調能力の高いものとすることはなく、少なくとも対象とする住宅において、換気必要量の空調空気を吐出できるものであれば良い。また、前記した熱交換機１０を用い、この給気系配管１１を流れる外気と、排出系配管９を流れる排気との間で熱交換を行なった場合は、外気の温度が高い場合は、その温度を低くし、逆に外気が冷たい場合は、その温度を高めることができるので、空調の効率を上げるために好ましい。

また、空調混合室３は、前述の通り循環系配管１２とも接続されており、図１の態様では、ここから居室１３から戻ってきた空気（以下、「循環空気」という）が流入する。そして、上記のように空調混合室３は、空調機２の空調吐出側と連通しているため、ここから空調された空気が空調混合室３に入り、この中で、循環空気と空調された空気が混合され、空調空気となる。そして、この空調空気は送気ファン４の力により、送気系配管５を通って各居室１３に送られるのである。なお、上記の循環空気と空調された空気が混合は、種々の方法により行うことが可能であるが、例えば、空調混合室３内に複数の邪魔板を設け、流入した空気がここで乱流となり、混合するようにすることが経済的には好ましい。

ところで、居室１３から戻ってきた循環空気の温度は、ほぼ居室１３の温度（居室温度）と同一であるのに対し、空調された空気の温度は、これよりかなり高いか（暖房運転時）、かなり低い（冷房運転時）ものである。しかし、これらが混合された空調空気は、居室温度にかなり近づくことになるため、あまり温度差を感じず、自然な空調空気として各居室１３に送られる。例えば、単位時間に空調機から吐出される空気の量と、循環する空気の量の比が、１：３ないし４であり、空調から吐出される空気の温度が居室温度と１０℃の差がある場合、空調空気の温度は居室温度と３.３℃の差にしかならず、不自然な暖かさや冷たさを感じることはない。

更に、本発明の空調システムでは、空調機２が吐出する空気の力で空調空気を循環、排出するのでなく、送気ファン４の力により空調空気を循環、排出するものであるため、空調機２のみの場合に比べ、より高い空調空気の循環が得られ、換気性を高めることができるのである。

図３は、本発明空調システムの別の態様を示す概略構成図である。この態様では、リビングルームや階段室などの、他の居室１３ａと繋がる特定の部屋１３ｂのみに循環口８を設け、他の居室１３ａからの循環空気は、例えば、ドア１６下あるいはドアのガラリ１７を通じて特定の部屋１３ｂに集め、ここから空調混合室３に循環させるようにしても良い。なお、この場合であっても、例えば、トイレや台所などは、排出系配管のみを設置し、ここからの空気は全て外部に排出するようにすることが望ましい。

このような態様にすることで、図２の態様と比べ、循環系配管を大幅に省略することが可能になり、経済的である。

更に、図４は、本発明空調システムの他の別の態様を示す概略構成図である。この態様では、空調機２の前に、給気系配管１１からの外気と循環系配管１２からの循環空気の一部を混合する空調機前室１８を設けている。そして、循環系配管１２からの空気の一部は、空調機前室戻配管１２ａを通って空調機前室１８に入り、ここで給気系配管１１からの外気と混合された後、空調機２で空調されるのである。すなわち、この態様では、居室温度との温度差が大きい外気をそのまま空調機に導入するのでなく、循環空気と混合し、その差を少なくして導入するため、空調機を安定して運転することが可能となる。

例えば、冬期など、外気温が低い場合は居室温度との温度差が大きい場合は、熱交換した外気はまだ低い温度であり、これを直接、空調機２に送り込むと、センサーが常に低い温度を検出する。そして、設定温度に対して温度差が大きいため、最大負荷で過剰に運転してしまう傾向があり、空調機２に対して大きな負荷がかかる。これに対し、外気と循環空気を予め空調機前室１８で混合し、空調機２に入る温度を室内温度に近づける（上げる）ことにより、空調機２が高負荷で過剰に温度を上げる動作をしないようにすることが可能となる。なお、前記の循環空気と外気の混合も、種々の方法により行えるが、空調混合室３内での混合と同様、空調機前室１８内に複数のジャマ板を設け、流入した空気がここで乱流となり、混合するようにすることが好ましい。

一方、残りの循環空気は、空調機２を通らず、そのまま空調混合室戻配管１２ｂから空調混合室３に入り、空調機２で空調された空気と混合され、空調空気として再度、送気系配管５から各居室１３に送気される。なお、図４の態様において、空調室前室１８に導入する循環空気の量は、特に制約はないが、全循環空気の１／４ないし１／２程度が好ましい。

以下、標準的な住宅（４０坪；全気積３３０ｍ^３）をモデルに、本発明空調システムの空調能を計算した結果を次に示す。

送気系配管（送気ダクト）に取り付けるＤＣ送風ファンの能力が、１５０ｍ^３／Ｈとし、これを８台取り付けた場合、その送気量は、１２００ｍ^３／Ｈ（１５０ｍ^３／Ｈ×８）である。そして、この送気量は、当該住宅の必要換気量（気積の１／２；１６５ｍ^３／Ｈ）であるから、必要換気量に対する本システムでの送気量は、７.３倍となる。すなわち、本システムでは、必要換気量に対して過剰となる空気を送気することができるのである。従って、例えば、ある居室に大勢の人が集まり、その部屋の二酸化炭素濃度の上昇が懸念される場合であっても、前記のように送気量（空気循環量）が大きいので、二酸化炭素濃度が高くなることはなく、優れた換気能が得られることが理解される。

また、本システムにおける空調機２からの空気の吐出量を３００ｍ^３／Ｈ、空調機２を通らない循環空気の量を１０６５ｍ^３／Ｈとすると、これらの混合比率は、３.５（１０６５ｍ^３／３００ｍ^３）となる。そして、空調された後の空気の温度と、室内温度（≒循環空気温度）の温度差を１０℃と仮定すると、空調温度と室内温度の温度差は、３℃（１０℃／３.５）となる。この結果は、本システムが、空調され室温と大きな温度差のある外気を使用するのでなく、循環空気と混合され、温度差が少なくなった空調空気を使用するものであるため、違和感のない空調が可能であることを示している。

更に、送気系配管（送気ダクト）として、１５ｃｍφのものを使用した場合、その断面積は、約０．０１７６６２５ｍ^２である。そして、これに取り付けるＤＣ送風ファンの能力が、１５０ｍ^３／Ｈとすれば、ダクト内の風速は２.４８ｍ／秒となるが、送気の部屋への送気を行う吹出口６がより大きく（例えば、０．０５〜０．１ｍ^２）となっているため、実際の室内への吹き出し速度は、０．５〜１ｍ／秒程度となり、豊かな量で、ゆっくりした空調空気を送り出すことが可能となる。

以上説明した本発明の空調システムは、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、何れの態様も空調混合室３から送気系配管５が設けられているが、住宅１の床下空間の一部または全部が密閉されている場合は、この密閉空間を空調混合室３から送気ファン４の間の送気系配管５の代わりに用いても良い。そうすることで、送気系配管５の一部を省略することが可能になり、経済的である。また、図２では、各居室１３に排出口７と循環口８を設け、その各々が排出系配管９および循環系配管１２と結合されていたが、これらを空気出口として一つにまとめ、内部において排出系配管９と循環系配管１２に分岐するように設計しても良い。更に、図４の態様では、循環系配管１２からの空気の空調機前室１８と空調混合室３に分け、送り込んでいるが、この量を、季節によって調整できるように設計しても良い。

以上のように、本発明の空調システムは、空調機の設置箇所からの距離にかかわらず各居室を速やかに空調することができる。また、その空調空気も室内空気との温度差があまり大きくないものであり、かつ大量に送気されるため、各居室の換気性を高め、しかも、違和感の少ない空調が可能である。

従って、本発明の空調システムは、高断熱・高気密家屋の集中空調システムとして極めて有用なものである。

１………住宅
２………空調機
３………空調混合室
４………送気ファン
５………送気系配管
６………吹出口
７………排出口
８………循環口
９………排出系配管
１０………熱交換機
１１………給気系配管
１２………循環系配管
１２ａ…空調機前室戻配管
１２ｂ…空調混合室戻配管
１３………居室
１４………導気装置
１５………断熱材
１６………ドア
１７………ガラリ
１８………空調機前室

Claims

床下に設けた空調機およびこれと連通する空調混合室と、空調混合室から各居室に空調空気を送気するための、途中に送風ファンを有する送気系配管と、各居室の室内空気を外部に排出する排出系配管および室内空気を混合空間に戻す循環系配管と、外気を空調機に送り込む給気系配管とを備え、前記給気系配管の空気は、空調機で空調された後、空調混合室で循環系配管により混合空間に戻ってきた空気と混合されて空調空気となり、この空調空気を送気系配管により各居室に送気することを特徴とする空調システム。
更に熱交換機を有し、前記排出系配管の空気と、給気系配管の空気が熱交換される請求項１記載の空調システム。
前記空調機の前に、給気系配管からの空気と循環系配管からの空気を混合する空調機前室を設けた請求項１または請求項２記載の空調システム。
空調混合室が断熱された密閉空間である請求項１ないし３の何れかの項に記載の空調システム。