JP2014134314A - 天井用輻射パネル及び空気調和システム - Google Patents

Abstract

【課題】室外の音が天井裏を介して室内に聞こえるのを抑制することができる天井用輻射パネル及び空気調和システムを提供する。
【解決手段】この天井用輻射パネル１は、天井裏空間と室内とを仕切るように敷設される天井用輻射パネル１であって、熱媒体が流れる配管部材２と、膨張黒鉛を含んで形成され、配管部材２と熱結合した熱伝導板３Ａ、３Ｂと、熱伝導板３Ａ、３Ｂの室内側の面に配置された金属からなるパネル本体５とを備え、熱伝導板３Ａ、３Ｂは、室内側の面に複数の吸音穴３０が形成され、吸音穴３０は、パネル本体５に形成された複数の開口５０ａの一部と連通するように配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、熱伝導率に異方性を有する熱伝導板を用いた天井用輻射パネル、及びそれを用いた空気調和システムに関する。

従来、天井裏に空気の流路となる空間を確保するように複数の天井用輻射パネルを敷設して天井面を形成した空気調和システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この空気調和システムに用いられる天井用輻射パネルは、冷熱又は温熱を輻射する金属製のパネル本体と、パネル本体の裏面に配置された金属製の保持部材と、保持部材によって保持された熱交換用の樹脂製のパイプとを備えたものである。パイプ内に冷水又は温水を循環させることで、パネル本体からの輻射熱によって部屋の冷暖房を行うことができる。

特開２００９−１７４８２６号公報

天井用輻射パネルの天井裏には、部屋の換気をするためのファンが設けられていることがある。しかし、従来の天井用輻射パネルは、遮音性能を考慮したものとはなっていないことから、天井裏のファンが回っているときに、ファンのモータ音が、天井用輻射パネルを通って部屋の中で聞こえてくることがある。また、隣の部屋の物音や人の話し声などが天井裏を通って聞こえてくることもあり、これを防止するために天井裏空間に遮音壁はが必要になる。しかし、天井裏空間にはダクトや給排水管及び各種配線などがあり、遮音壁を設けても完全に遮音することができない。

一方、部屋の中で発生した音が、その部屋内で反響するのを防ぐため、天井用輻射パネルのパネル本体に複数の吸音穴を貫通させることが行われている。しかし、このような吸音穴を形成すると、天井裏を介して外部の音がさらに聞こえやすくなる。

したがって、本発明の目的は、室外の音が天井裏を介して室内で聞こえるのを抑制することができる天井用輻射パネル及び空気調和システムを提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の天井用輻射パネル及び空気調和システムを提供する。

［１］天井裏空間と室内とを仕切るように敷設される天井用輻射パネルであって、
熱媒体が流れる配管部材と、
圧縮された膨張黒鉛を含んで形成され、前記配管部材と熱結合した熱伝導板と、
前記熱伝導板の前記室内側の面に配置された金属からなるパネル本体とを備え、
前記熱伝導板は、前記室内側の面に複数の吸音部が形成され、
前記吸音部は、前記パネル本体に形成された複数の開口の一部と連通するように配置された天井用輻射パネル。
［２］前記熱伝導板の前記天井裏空間側の面に配置された断熱材をさらに備えた前記［１］記載の天井用輻射パネル。

［３］複数の上記天井用輻射パネルと、
前記複数の天井用輻射パネルの前記配管部材に温度及び流量が制御された熱媒体を循環させる熱源装置と、
を備えた空気調和システム。

本発明によれば、室外の音が天井裏を介して室内で聞こえるのを抑制することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る天井用輻射パネルを適用した建物の断面図である。 図２は、本実施の形態に係る天井用輻射パネルの外観を示す斜視図である。 図３は、本実施の形態に係る天井用輻射パネルの平面図である。 図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。 図５は、図２に示す天井用輻射パネルの一部を破断して示す要部斜視図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、熱伝導板に形成された吸音穴とパネル本体の底壁に形成された開口との関係を示す図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態に天井用輻射パネルの製造工程を示す断面図である。 図８は、本実施の形態に天井用輻射パネルの製造工程を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

［実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態に係る天井用輻射パネルを適用した建物の断面図である。この建物１００は、それぞれのフロアがスラブ１０１、１０２によって仕切られ、上側のスラブ１０１との間に天井裏空間１０３を確保をするように複数の天井用輻射パネル１を敷設して天井面を形成している。複数の天井用輻射パネル１によって形成された天井面と下側のスラブ１０２との間に部屋（室内）１０４を形成するように仕切部材１０５が立設されている。なお、図１中、１０９は天井裏空間１０３に設けられたダクト、１１０は下側のスラブ１０２上に配置された床材である。また、複数の天井用輻射パネル１と、後述する熱源装置とで空気調和システムを構成する。スラブ１０１、１０２は、蓄熱体の一例である。

天井用輻射パネル１は、平面視において長方形を有する。この天井用輻射パネル１を支持するため、天井用輻射パネル１の長手方向の長さとほぼ同じ長さを有する縦方向支持部材１０６と、天井用輻射パネル１の短手方向の長さとほぼ同じ長さを有する横方向支持部材（図示せず）とを連結部材１０７によって連結して井桁状の枠構造を構成し、連結部材１０７は、アンカーボルト１０８によって上側のスラブ１０１に固定されている。枠構造を構成する縦方向支持部材１０６及び横方向支持部材に天井用輻射パネル１を係止することで天井用輻射パネル１を支持している。なお、横方向支持部材の長さを天井用輻射パネル１の短手方向の長さの約Ｎ倍とし、１本の横方向支持部材の片側にＮ枚の天井用輻射パネル１を係止できるようにしてもよい。

図２は、天井用輻射パネル１の外観を示す斜視図である。図３は、天井用輻射パネル１の平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。図５は、図２に示す天井用輻射パネルの一部を破断して示す要部斜視図である。なお、図３では、配管部材２を実線で示し、他を破線で示す。

この天井用輻射パネル１は、水、ガス等の熱媒体が流れる図３及び図４に示す配管部材２と、圧縮された膨張黒鉛を含んで形成され、配管部材２を挟むように接合されて配管部材２と熱結合した図４に示す一対の熱伝導板３Ａ、３Ｂと、熱伝導板３Ａ、３Ｂの表面である主面３ａ、３ｂに設けられた図４に示す表面材４Ａ、４Ｂと、表面材４Ａ、４Ｂが設けられた熱伝導板３Ａ、３Ｂを収容する箱状の図２及び図４に示すパネル本体５とを備える。

（配管部材）
配管部材２は、図３に示すように、熱媒体が供給される側に配置される供給側メインパイプ２０と、熱媒体が戻る側に配置される戻り側メインパイプ２１と、供給側メインパイプ２０と戻り側メインパイプ２１とを接続する複数の熱交換パイプ２２とを備える。なお、図３に示す矢印は、熱媒体の流れを示す。

配管部材２は、例えば熱可塑性樹脂等からなり、供給側メインパイプ２０と戻り側メインパイプ２１と熱交換パイプ２２をそれぞれ押出成形し、これらを溶着して組み立てたものである。なお、配管部材２は、射出成型等により一体的に形成してもよい。そして、熱交換パイプ２２のピッチは、例えば１０〜５０ｍｍである。これにより、配管部材２が熱伝導板３Ａ、３Ｂに対する補強材としても機能する。また、配管部材２の全部又は一部が銅等の金属により形成されてもよい。さらに、図を省略するが、配管部材２として樹脂製または金属製の熱交換パイプを蛇行させて形成してもよい。

供給側メインパイプ２０は、一端に導入口２０ａを有し、他端に止水部２０ｂを有する。戻り側メインパイプ２１は、一端に導出口２１ａを有し、他端に止水部２１ｂを有する。供給側メインパイプ２０の導入口２０ａには、図示しない熱源装置から供給側配管が接続される。戻り側メインパイプ２１の導出口２１ａには、図示しない熱源装置へ戻り側配管が接続される。供給側メインパイプ２０及び戻り側メインパイプ２１は、互いに平行に配置されているが、平行でなくてもよい。供給側メインパイプ２０及び戻り側メインパイプ２１は、熱交換パイプ２２の内径よりも大きい内径を有する。

（熱伝導板）
熱伝導板３Ａ、３Ｂは、膨張黒鉛を含んで構成されているが、膨張黒鉛の他に、結合剤や追加剤を含んでもよい。一対の熱伝導板３Ａ、３Ｂの接合面３ｃ、３ｄ同士は、本実施の形態では、接着剤を用いずに接合されているが、接着剤を用いて接合されていてもよい。

熱伝導板３Ａ、３Ｂは、例えば幅が４００〜５００ｍｍ程度、長さが１３００〜１５００ｍｍ程度、高さが両方で４０〜６０ｍｍ程度のサイズを有する。

熱伝導板３Ａ、３Ｂは、主面３ａ、３ｂに対して垂直な方向（厚さ方向）の熱伝導率よりも主面３ａ、３ｂに平行な方向（面内方向）の方が高い熱伝導率（例えば１．２倍以上、好ましくは１．５倍以上）を有する。熱伝導板３Ａ、３Ｂの面内方向の熱伝導率は、例えば５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。一対の熱伝導板３Ａ、３Ｂは、所定の密度（例えば０．０１〜０．５ｇ／ｃｍ^３）を有する。この特徴は、膨張黒鉛を含んで構成される熱伝導板３Ａ、３Ｂが層状結晶構造を有するためであり、同時に高い遮音性も備えている。

一対の熱伝導板３Ａ、３Ｂのうち一方の熱伝導板３Ｂは、配管部材２に熱結合した面と反対側の主面３ｂに格子状に配列された複数の円柱状の吸音穴３０を有する。吸音穴３０は、図５に示すように、熱交換パイプ２２の長手方向に沿うピッチＰｘを５〜３０ｍｍあるいは５〜２５ｍｍとし、熱交換パイプ２２の長手方向に直交する方向に沿うピッチＰｙを５〜３０ｍｍあるいは５〜２５ｍｍの格子状とする。吸音穴３０の直径は２〜８ｍｍあるいは４〜６ｍｍとし、吸音穴３０の深さは３〜１０ｍｍあるいは５〜８ｍｍとする。熱伝導板３Ｂに吸音穴３０を形成する理由は、吸音穴３０が空気室となり振動吸収面が増え、これにより吸音効果を高めるためである。また、吸音穴３０のピッチや直径、及び深さは実験により得た知見である。なお、図４中、符号３１は、後述する切込みである。

なお、吸音穴３０は、吸音部の一例であり、吸音部としては、円柱状の穴に限られず、溝や十字形等の他の形状でもよい。吸音穴３０の配列は、格子状に限られず、千鳥状等の他の配列でもよい。吸音穴３０は、熱伝導板３Ｂを貫通してもよい。

（表面材）
表面材４Ａ、４Ｂは、例えば樹脂製の繊維からなる不織布、紙等を用いることができる。この表面材４Ａ、４Ｂも、吸音効果が高い。また、表面材４Ａ、４Ｂを接着する接着剤としては、合成系接着剤や無機系接着剤等を用いることができる。

（パネル本体）
パネル本体５は、例えば幅が４００〜５００ｍｍ程度、長さが１３００〜１５００ｍｍ程度、高さが６０〜８０ｍｍ程度のサイズを有する。パネル本体５は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、鋼板等の厚さ０．５〜２ｍｍ程度の金属板から形成されている。

パネル本体５は、図２に示すように、底壁５０と、側壁５１ａ〜５１ｄとを備え、上部が開口された略箱形状を有する。また、パネル本体５は、側壁５１ａ〜５１ｄの上部に外側にＬ字状に折曲して形成された横壁５２ａ〜５２ｄ及び縦壁５３ａ〜５３ｄを備える。パネル本体５の側壁５１ａ、５１ｃには、図３に示す配管部材２の導入口２０ａ、導出口２１ａとの干渉を避けるための切り欠き５４、５５が設けられている。

パネル本体５の底壁５０には、熱伝導板３Ｂに形成した吸音穴３０よりも小径の複数の開口５０ａが格子状に形成されている。吸音穴３０は、パネル本体５に形成された複数の開口５０ａの一部と連通するように配置されている。開口５０ａの直径は、吸音のためには、０．５〜３ｍｍが好ましいが、１ｍ以上離れたときに開口５０ａが視認されないようにするためには、０．５〜１ｍｍが好ましい。また、ピッチは４〜６ｍｍが好ましい。

図６（ａ）、（ｂ）は、熱伝導板３Ｂに形成された吸音穴３０とパネル本体５の底壁５０に形成された開口５０ａとの関係を示す図である。吸音穴３０に１つ又は２つ以上の開口５０ａが含まれていればよく、全ての開口５０ａが吸音穴３０に含まれなくてもよい。例えば、図６（ａ）に示すように、各吸音穴３０に１つの開口５０ａが含まれていてもよいし、図６（ｂ）に示すように、各吸音穴３０に複数（同図では４つ）の開口５０ａが含まれていてもよい。また、吸音穴３０に含まれる開口５０ａの数は吸音穴３０毎に異なってもよい。

（天井用輻射パネルの製造方法）
次に、本天井用輻射パネル１の製造方法の一例について図７及び図８を参照して説明する。

まず、図７（ａ）に示すように、熱伝導板３Ｂの主面３ｂの吸音穴３０を形成する予定の位置に切込み３１を形成する。熱伝導板３Ｂに切込み３１を形成する理由は、膨張黒鉛に密度のばらつきがあり、均一な吸音穴３０が形成できないためである。吸音穴３０の形成を容易にするため、切込み３１の深さを吸音穴３０の深さよりも深くしておく。なお、吸音穴３０を形成する方法によっては、切込み３１を形成しなくてもよい。

次に、図７（ａ）に示すように、ベース１１に複数の凸部１２を有する吸音穴形成治具１０を熱伝導板３Ｂの主面３ｂに対向させる。吸音穴形成治具１０を押し下げて凸部１２を熱伝導板３Ｂの切込み３１に食い込ませる。これにより、図７（ｂ）に示すように、熱伝導板３Ｂの主面３ｂに複数の吸音穴３０が形成される。

次に、図８に示すように、ステージ１３上で膨張黒鉛を含んで形成された熱伝導板３Ａ、３Ｂ間に配管部材２を配置し、一対の熱伝導板３Ａ、３Ｂを配管部材２とともに上方から圧縮する。この圧縮によって一対の熱伝導板３Ａ、３Ｂの接合面３ｃ、３ｄ同士が接合され、熱伝導板３Ａ、３Ｂは、配管部材２の表面に接触した状態となる。また、一対の熱伝導板３Ａ、３Ｂの密度は、接合作業時の圧縮によって所定の値となる。

次に、熱伝導板３Ａ、３Ｂの主面３ａ、３ｂにそれぞれ表面材４Ａ、４Ｂを接着する。最後に熱伝導板３Ａ、３Ｂ及び表面材４Ａ、４Ｂをパネル本体５に収容する。以上のようにして天井用輻射パネル１が製造される。また、予め熱伝導板３Ａ、３Ｂの主面３ａ、３ｂにそれぞれ表面材４Ａ、４Ｂを接着してから、熱伝導板３Ｂに切込み３１及び吸音穴３０を形成し、熱伝導板３Ａ、３Ｂを配管部材２とともに圧縮接合してもよい。

（実施の形態の動作）
次に、本実施の形態に係る天井用輻射パネル１の動作の一例について説明する。図示しない熱源装置から温度及び流量が制御された熱媒体（例えば温水又は冷水）が配管部材２の供給側メインパイプ２０の導入口２０ａに導入されると、供給側メインパイプ２０の導入口２０ａに導入された熱媒体は、図３の矢印に示すように、供給側メインパイプ２０の止水部２０ｂに向かって流れるとともに、各熱交換パイプ２２に分岐する。各熱交換パイプ２２に分岐した熱媒体は、戻り側メインパイプ２１で合流して戻り側メインパイプ２１の導出口２１ａから熱源装置に戻る。熱媒体が配管部材２を通過する間に、熱伝導板３Ａ、３Ｂで熱交換され、天井用輻射パネル１による輻射が行われて部屋１０４が冷暖房される。

（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（ア）室内からの騒音（例えば５００Ｈｚ以下の低周波帯域）は、熱伝導板３Ｂに設けた吸音穴３０によって吸音することができ、快適な室内空間を維持することが可能になる。
（イ）隣りの部屋からの騒音や、天井裏のダクト１０９におけるファン等の騒音は、熱伝導板３Ａ、３Ｂで遮音することができ、天井裏空間１０３における遮音壁を不要にすることができる。
（ウ）熱伝導板３Ａ、３Ｂは、熱交換パイプ２２の表面全周に密着するため、良好な熱結合が得られる。
（エ）パネル本体５を有しているので、天井用輻射パネル１の天井への取り付けが容易になる。
（オ）夜間に冷熱又は温熱をスラブ１０１に蓄熱しておき、昼間にスラブ１０１からの輻射によって部屋１０４を冷暖房してもよい。

また、本実施の形態は、本発明の要旨を変更しない範囲内で変形実施が可能である。例えば、天井裏に蓄熱体が存在しない場合には、熱伝導板３Ａの天井裏側に断熱材を設けてもよい。具体的には、表面材４Ａの上に断熱材を設けてもよく、表面材４Ａの代わりに断熱材を設けてもよい。

また、上記実施の形態の構成要素のうち一部を除くことも可能である。例えば、表面材４Ａ、４Ｂの両方又は一方を省略してもよい。

また、吸音穴３０が熱伝導板３Ｂを貫通していなければ、天井側の熱伝導板３Ａを省略してもよい。

本発明は、住居ビル、オフィスビル、デパート、ホテル、マンション、学校、一般住宅等の建物、地下街通路、商業施設、イベント会場、スポーツスタジアム等の施設に利用可能である。

１…天井用輻射パネル、２…配管部材、３Ａ、３Ｂ…熱伝導板、３ａ、３ｂ…主面、３ｃ…接合面、４Ａ、４Ｂ…表面材、５…パネル本体、１０…吸音穴形成治具、１１…ベース、１２…凸部、１３…ステージ、２０…供給側メインパイプ、２０ａ…導入口、２０ｂ…止水部、２１…戻り側メインパイプ、２１ａ…導出口、２１ｂ…止水部、２２…熱交換パイプ、３０…吸音穴、３１…切込み、５０…底壁、５０ａ…開口、５１ａ-５１ｄ…側壁、５２ａ-５２ｄ…横壁、５３ａ-５３ｄ…縦壁、５４、５５…切り欠き、１００…建物、１０１、１０２…スラブ、１０３…天井裏空間、１０４…部屋、１０５…仕切部材、１０６…縦方向支持部材、１０７…連結部材、１０８…アンカーボルト、１０９…ダクト、１１０…床材

Claims (3)

1. 天井裏空間と室内とを仕切るように敷設される天井用輻射パネルであって、
   熱媒体が流れる配管部材と、
   圧縮された膨張黒鉛を含んで形成され、前記配管部材と熱結合した熱伝導板と、
   前記熱伝導板の前記室内側の面に配置された金属からなるパネル本体とを備え、
   前記熱伝導板は、前記室内側の面に複数の吸音部が形成され、
   前記吸音部は、前記パネル本体に形成された複数の開口の一部と連通するように配置された天井用輻射パネル。
2. 前記熱伝導板の前記天井裏空間側の面に配置された断熱材をさらに備えた請求項１記載の天井用輻射パネル。
3. 複数の請求項１又は２に記載の天井用輻射パネルと、
   前記複数の天井用輻射パネルの前記配管部材に温度及び流量が制御された熱媒体を循環させる熱源装置と、
   を備えた空気調和システム。
   

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