JP2014134301A - 天井空調ユニット及びこれを用いた空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】快適性と省エネ性を両立可能な天井空調ユニット及びこれを用いた空調システムを提供する。
【解決手段】空調機８ａから供給される暖房気流は、ダクトを介して天井空調ユニット１の吹き出しチャンバー７に入り、さらに放熱空間２ｄに導入される。放熱空間２ｄ内の気流により暖められた輻射膜部材２ａ表面からの輻射熱により、被空調対象が暖められる。さらに、放熱空間２ｄ内の気流は通気孔２ｃから室内に吹き出され、対流により室内全体を暖める。室内の気流は吸込み口から戻りダクトを介して空調機８ａに戻され、加温されて再度室内に循環供給される。
【選択図】図１（ｆ）

Description

本発明は空調装置に係り、特に天井スペースに設置されるダクト空調方式の天井空調ユニットに関する。

被空調室内の冷暖房を、輻射原理により行う空調システムが公知である（例えば特許文献１、２）。図４を参照して、このような空調システム１００は、放熱面として機能する平板型の輻射パネル１０１と、輻射パネル１０１に密着して熱媒を流通させる配管１０２と、放熱空間２ｄの天井裏側への熱損失を防止する断熱材１０３と、を主要構成としている。空調システム１００においては、配管を介して熱源機（図示せず）から循環供給される熱媒と、輻射パネル１０１との間で熱交換し、輻射パネル１０１からの輻射熱により室内を冷暖房する。

特開昭５９−１７０６２９号公報 特開昭５９−１７３６３７号公報

このような平板型の輻射パネルを用いた空調システムは、室内気流対流による暖冷房ができないため、在室者の空調快適感を満足させるためには、熱媒の往き還りの温度差を大きく取る必要がある。このため、省エネルギー性と快適性を両立させることが困難という問題があった。
また、例えば高発熱機器や在室人員の配置等によって、室内の局所的に発熱がある場合にも、常に室内全体を空調する必要があり、非効率な空調システム構成にならざるを得ないという問題もある。

本発明は、このような課題を解決するためのものであって、快適性と省エネ性を両立可能な天井空調ユニット及びこれを用いた空調システムを提供する。本発明は、以下の内容を要旨とする。すなわち、本発明に係る天井空調ユニットは、

（１）天井下スペースに設けた天井設置部材に取り付け可能な天井空調ユニットであって、
床側に凸の湾曲形状に構成した輻射膜部材を備えた輻射放熱体と、
該輻射放熱体の上側に配設され、該輻射放熱体と一体として天井設置部材に取り付けるための天井取付部材と、を備え、
該輻射放熱体と該天井設置部材により囲まれる空間（以下、放熱空間）に、温風又は冷風を導入して該輻射膜部材を加熱又は冷却し、該輻射膜部材からの輻射熱により空調対象を加熱又は冷却可能に構成した、ことを特徴とする。
「床側に凸の湾曲形状」とは、例えば断面が下側に湾曲した弓型形状が例示され、さらに表面を蛇腹状に折り曲げた形状等を含み、輻射・対流伝熱性能に優れた膜表面形状を選択することができる。

（２）上記（１）の発明において、前記輻射膜部材として、輻射及び対流空調を可能とする気流透過性膜を用いたことを特徴とする。

（３）上記（１）の発明において、前記天井吊り下げ部材は、前記放熱空間内の気流を還流するための還流口を備え、
前記輻射膜部材として、輻射空調のみ可能とする気流不透過性膜を用いたことを特徴とする。

（４）上記（２）又は（３）の発明において、前記輻射膜部材として、伸縮性を有する気流透過性膜又は気流不透過性膜を用いたことを特徴とする。
（５）上記（３）、（４）の発明において、前記放熱空間内に照明機器を、さらに備え、前記還流口からの還気により、照明機器からの放熱を除去可能に構成したことを特徴とする。

また、本発明に係る空調システムは、
（６）上記（１）乃至（５）のいずれか記載の天井空調ユニットを、室内に１又は複数配置し、
各天井空調ユニットに供給する温風又は冷風量を制御する気流量制御手段を、さらに備えたことを特徴とする。

（７）上記（６）の発明において、前記気流量制御手段、又は／及び、前記照明機器の電源を、床スラブ下または天井下のスペースに配設した１又は複数の電源タップから取り出し可能に構成したことを特徴とする。

上記各発明によれば、輻射放熱体表面を床側に凸の湾曲形状に構成したため、平板型パネルと比較してより大きな伝熱面積を確保することができ、対流熱伝達量が増え、気流の透過抵抗を減少させることができる、という効果がある。さらに、在室者の形態係数が大きく取れることにより、輻射効果が向上するという効果がある。

また、輻射空調と対流空調を選択可能としたため、放射による冷暖房効果が不十分な場合、在室者がドラフトを感じない範囲で透過性輻射膜から気流を被空調室内へ吹き出すことができる。これにより、在室者の温冷感を満足させつつ、従来の輻射のみの天井空調ユニットのように熱媒の温度差を大きくとる必要がなくなり、省エネルギーと快適性を両立させた運用が可能となるという効果がある。

また、ユニット化によって大量生産が可能となり、製造コストを低減できる。また、施工現場での天井面の断熱加工の手間が省けることにより、内装工事の施工時間を短縮できるという効果がある。
また、ユニット化することができるため個別制御が可能になり、必要最小限の部分のみ空調することにより、熱媒の搬送動力低減が可能という効果がある。

また、放熱空間２ｄに照明機器を内蔵する発明においては、ユニット内に吹き出される気流により照明機器の発熱を処理でき、かつ、照明機器の発熱を受けた気流が被空調室内への対流を輻射膜が防止できるため、照明機器の発熱による在室者の不快感を軽減できるという効果がある。

第一の実施形態に係る天井空調ユニット１の全体構成を示す図である。 輻射放熱体４の展開図である。 天井空調ユニット１の構成要素を示す展開図である。 天井部への設置態様を示す図である。 天井空調ユニット１のクロスバー９ｃへの固定詳細態様を示す図である。 天井空調ユニット１を用いた空調システム１Ａを示す図である。 天井空調ユニット１のダクト及び電源接続の態様を示す図である。 第二の実施形態に係る天井空調ユニット２０の全体構成を示す図である。 天井空調ユニット１の暖房運転時における輻射及び送風の流れを示す図である。 第三の実施形態に係る天井空調ユニット３０の断面構成を示す図である。 第四の実施形態に係る天井空調ユニット４０の断面構成を示す図である。 従来の外気冷房システム１００の構成を示す図である。

以下、本発明に係る天井空調ユニットの各実施形態について、図１乃至４を参照してさらに詳細に説明する。重複説明を避けるため、各図において同一構成には同一符号を用いて示している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。

＜第一の実施形態＞
本実施形態は、輻射熱により室内の暖冷房を行う天井空調ユニットに関する。
図１（ａ）を参照して、本実施形態に係る天井空調ユニット１は、輻射放熱体４と、輻射放熱体４を取り付けて一体として天井近傍に設置するための天井取付部材５と、天井取付部材５の内側に嵌めこまれる断熱部材６と、天井取付部材５の上部に固定載置される吹出しチャンバー７と、を主要構成として備えている。天井空調ユニット１は、ユニット単位で天井から吊り下げられた吊ボルト９ｂにより固定されている左右のクロスバー９ｃに固定設置される。なお、クロスバー９ｃはグリッドシステム天井の枠材を構成する材料である。

図１（ｂ）を参照して、輻射放熱体４は、輻射膜部材２及びこれを固定支持する支持枠体３により構成されている。
支持枠体３は、方形枠部３ａと、方形枠部３ａの対向する二辺の下側に付設される弓型枠部３ｂと、他の対向する二辺に設けられた天井取付部材５への固定のための固定接続部３ｃと、により構成されている。
輻射膜部材２は、支持枠体３の想定外表面と同一形状の曲面部２ａ及び平面部２ｂに形成され、下側表面が凸形状に構成されている。曲面部２ａには、室内気流対流のための気流を通過可能とする通気孔２ｃが多数設けられている。
支持枠体３と輻射膜部材２によりかまぼこ型の放熱空間２ｄが形成され、暖冷房用気流が流入するように構成されている。

図１（ｃ）を参照して、天井取付部材５は下面側が開口された箱形状に形成され、断熱部材６を嵌め込んでこれを固定設置できるように構成されている。また、両端部５ａの先端には、後述するクロスバー９ｃ掛止のためのフック５ｃが設けられている。上面側の中央には開口部５ｂが設けられており、吹出しチャンバー７の通気部７ｂを挿通可能に構成されている。支持枠体３の天井取付部材５への固定は、前者の両端部５ａと後者の固定接続部３ｃとをボルト５ｄで締結して行う（図１（ｅ）参照）。

断熱部材６、は例えばグラスウール、スチロール等の断熱性に優れた材質により構成され、上述のように天井取付部材５の内側に嵌合固定されることにより、放熱空間２ｄに流入した気流の持つ熱が、上方に放熱することを防ぐ機能を有する。断熱部材６の中央部には天井取付部材５と同様に、吹出しチャンバー７の通気部７ｂを挿通させるため開口部６ａが設けられている。

図１（ｃ）、１（ｄ）を参照して、吹出しチャンバー７は内部が中空の直方体形状チャンバー本体７ａと、ダクトから循環供給されチャンバー本体７ａに流入したエアを放熱空間２ｄに導く通気部７ｂと、ダクト（図示せず）に接続するダクト接続部７ｃと、により構成されている。なお、図示を省略するが、天井取付部材５と吹出しチャンバー７とは、ビスにより一体固定される。
ダクト接続部７ｃにはダンパー７ｄが付設されており、エア供給のＯＮ−ＯＦＦ及び供給量制御を可能に構成されている。ダンパー７ｄの開度制御は、不図示の制御部により行われる。また、ダンパー７ｄには電源ケーブル１２（図１（ｇ）参照）が付設されており、クロスバー９ｃに沿って配設されている電源タップ１１から駆動電源を供給可能に構成されている。

天井空調ユニット１は以上のように構成されており、次に図１（ｅ）乃至１（ｇ）を参照して、天井空調ユニット１の天井下空間への設置について説明する。
天井空調ユニット１の設置に先立ち、天井スラブ９ａ下に吊り下げられた吊ボルト９ｂに、ユニット固定用のクロスバー９ｃを取り付けておく。クロスバー９ｃとしては、チャネル材等の断面Ｕ字形状の材料を用いることができる。
空調必要箇所の直上にあたる位置のクロスバー９ｃに天井取付部材５のフック５ｃを掛止し、固定ボルト９ｄにより締結固定する。
クロスバー９ｃへの固定後、天井取付部材５の接続部７ｃをダクト８ｂに接続する。最後にダンパー７ｄ駆動用の電源ケーブル１２を電源タップ１１に接続して、設置が完了する。

図１（ａ）を参照して、天井空調ユニット１の暖房時における態様は以下の如くとなる。
空調機８ａから供給される暖房気流は、ダクトを介して天井空調ユニット１の吹き出しチャンバー７に入り、さらに放熱空間２ｄに導入される。放熱空間２ｄ内の気流により暖められた輻射膜部材２ａ表面からの輻射熱により、被空調対象が暖められる。さらに、放熱空間２ｄ内の気流は通気孔２ｃから室内に吹き出され、対流により室内全体を暖める。
室内の気流は吸込み口から戻りダクトを介して空調機８ａに戻され、加温されて再度室内に循環供給される。
以下、詳細説明を省略するが、冷房時についても空調機８ａで作られる冷気により、暖房時と同様に輻射と対流による複合空調方式による室内冷房が行われる。

＜第二の実施形態＞
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、輻射のみにより暖房又は冷房を行う天井空調ユニットに関する。
図２（ａ）、２（ｂ）を参照して、本実施形態に係る天井空調ユニット２０の構成が上述の天井空調ユニット１と異なる点は、輻射放熱体の構成である。すなわち、天井空調ユニット１では気流透過性の輻射膜部材２を用いているのに対して、天井空調ユニット２０では気流を通さない不透過性輻射膜部材２１が用いられていることである。なお、支持枠体３については天井空調ユニット１と同一に構成されており、輻射膜部材２と輻射膜部材２１との互換性を確保している。

また、天井取付部材２１が還気口２２を備えている点が異なる。その他の他の構成は上述の実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。
また、天井空調ユニット２０の天井下空間への設置については、還気口２２を排気ダクトに接続する点が異なる。その他の構成及び設置方法は天井空調ユニット１と同様であるので、重複説明を省略する。

次に、天井空調ユニット２０の暖房時の態様は以下の如くとなる。空調機８ａから供給される暖房気流は、ダクトを介して天井空調ユニット２０の吹き出しチャンバー７に入り、さらに放熱空間２３に導入される。放熱空間２３内の気流により暖められた輻射膜部材２ａ表面からの輻射熱により、被空調対象が暖められる。輻射膜部材２１の内面に沿って流れる気流は、両側の還気口からユニット外に排出され、集合ダクトに集められて空調機８ａに戻される。
以下、詳細説明を省略するが、冷房時についても空調機８ａで作られる冷気により、暖房時と同様に輻射による室内冷房が行われる。

＜第三の実施形態＞
さらに、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、放熱空間内に照明機器を備えた天井空調ユニットに関する。
図３（ａ）を参照して、本実施形態に係る天井空調ユニット３０の構成が上述の天井空調ユニット２０と異なる点は、還気口近傍の構成である。すなわち、天井空調ユニット３０の還気口３４近傍には照明機器３５が配設されている。照明機器３５としては例えばＬＥＤ電球等を用いることができる。
このような構成により、冷房時において照明機器３５からの放熱が還気口３４を介して排出されるため、天井近傍に照明機器を配設する場合と比較して、室内側への放熱による影響を減少させることができる。

なお、照明機器３５の電源供給については、上述のダンパー７ｄと同様に、クロスバー９ｃに沿って所定の間隔で配設されている電源タップから受けることができる。

＜第四の実施形態＞
さらに、本発明の他の実施形態について説明する。図４を参照して、本実施形態に係る天井空調ユニット４０の構成が上述の天井空調ユニット２０と異なる点は、輻射膜部材の材質である。すなわち、天井空調ユニット２０の不透過性輻射膜部材２１は、形状一定の材質を用いているのに対して、本実施形態の輻射膜部材４１では、伸縮性を有する材質（例えばゴム材質）を用いていることである。
また、エア供給量の制御範囲をさらに拡大するため、ダンパー機構として可変多孔羽根４２ａを備えたＶＡＶユニット４２を備えていることである。
その他の構成及び設置方法は天井空調ユニット１と同様であるので、重複説明を省略する。

かかる構成により天井空調ユニット４０では、エア供給量小の場合（同図（ａ））と比較して、エア供給量大の場合（同図（ｂ））には輻射膜部材４１が膨張し、その分表面積が大きくなる。このように、天井空調ユニット４０においては、負荷に応じて輻射膜部材４１の輻射面積を可変とすることにより、冷暖房能力のさらなる拡大が可能になるという効果がある。
なお、本実施形態では、輻射膜部材として気流不透過性膜を用いた例を示したが、気流透過性膜を用いることもできる。

本発明は、建物・天井構造を問わずダクト方式の空調システムに広く適用可能である。住宅用、業務用等の種類を問わず天井空調ユニットに広く適用可能である。

１、２０、３０、４０・・・・天井空調ユニット
１Ａ・・・・空調システム
２，２１、４１・・・・・輻射膜部材
２ｃ・・・・通気孔
２ｄ、２３・・・・放熱空間
３・・・・・支持枠体
４・・・・・輻射放熱体
５・・・・天井取付部材
６・・・・・断熱部材
７・・・・・チャンバー
７ｄ・・・・ダンパー
８ａ・・・・空調機
９ｂ・・・・吊ボルト
９ｃ・・・・クロスバー
２１・・・・不透過性輻射膜
２２・・・・還気口
３５・・・・照明機器

Claims (7)

1. 天井下スペースに設けた天井設置部材に取り付け可能な天井空調ユニットであって、
   床側に凸の湾曲形状に構成した輻射膜部材を備えた輻射放熱体と、
   該輻射放熱体の上側に配設され、該輻射放熱体と一体として天井設置部材に取り付けるための天井取付部材と、を備え、
   該輻射放熱体と該天井設置部材により囲まれる空間（以下、放熱空間）に、温風又は冷風を導入して該輻射膜部材を加熱又は冷却し、該輻射膜部材からの輻射熱により空調対象を加熱又は冷却可能に構成した、
   ことを特徴とする天井空調ユニット。
2. 前記輻射膜部材として、輻射及び対流空調を可能とする気流透過性膜を用いたことを特徴とする請求項１に記載の天井空調ユニット。
3. 前記天井吊り下げ部材は、前記放熱空間内の気流を還流するための還流口を備え、
   前記輻射膜部材として、輻射空調のみ可能とする気流不透過性膜を用いたことを特徴とする請求項１に記載の天井空調ユニット。
4. 前記輻射膜部材として、伸縮性を有する気流透過性膜又は気流不透過性膜を用いたことを特徴とする請求項２又は３に記載の天井空調ユニット。
5. 前記放熱空間内に照明機器を、さらに備え、
   前記還流口からの還気により、照明機器からの放熱を除去可能に構成したことを特徴とする請求項３又は４に記載の天井空調ユニット。
6. 請求項１乃至５のいずれか記載の天井空調ユニットを、室内に１又は複数配置し、
   各天井空調ユニットに供給する温風又は冷風量を制御する気流量制御手段を、さらに備えたことを特徴とする空調システム。
7. 前記気流量制御手段、又は／及び、前記照明機器の電源を、床スラブ下または天井下のスペースに配設した１又は複数の電源タップから取り出し可能に構成したことを特徴とする請求項６に記載の空調システム。

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