JP2015148357A - 大空間の冷房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、観客席を有する体育館等の屋内運動施設において、使用状態に応じて必要最小限に冷房を容易にコントロールすることができるとともに、省エネ性に優れた冷房装置を実現することを目的としている。
【解決手段】そして、本発明は上記目的を達成するために、アリーナの周囲の壁面に沿って輻射式冷房装置を設置し、アリーナの床面から一定高さに滞留する低温空気層を形成するようにするとともに、観客席の最上段の後方には対流式冷房装置を設置し、観客席上部の空間内で循環する低温対流を形成するようにしたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、体育館など大空間を有する屋内運動施設の冷房装置に関するものである。更に詳しくは、アリーナの周囲を取り囲むように一階高く設けられた観客席を備えた体育館等を効率的に冷房する冷房装置に関するものである。

体育館等の屋内運動施設の空調は、その利用形態からみて、利用者自身の体温が運動により上昇するため、冬季における暖房の必要性はあまり高くない。また夏季においても窓の通風による自然換気によって室温の上昇をある程度抑制することができていたため、冷房についても必須とはいえず、従来はこうした施設に大掛かりな空調設備を完備するケースは限定的であった。

しかしながら、昨今急速に進行しつつある地球温暖化現象により、夏季の気温上昇は非常に過酷なものとなってきている。そのうえ体育館等の屋内運動施設は、広大な室内空間の容積に対して窓の開口面積が相対体に小さいため、自然換気による換気効率が悪く、特に夏季の室温と湿度が上昇し易いという構造的な性質がある。

したがって上記のように温暖化が進行した現在では、夏季において冷房装置を備えていない体育館では室内温度が人間の体温を上回る場合もあり、こうした高温多湿の劣悪な環境で激しい運動をしてしまうと熱射病に見舞われる可能性も高く、本来は健康を目的としていたはずの施設が人命を危険に晒すものにもなりかねない。

このように現在では、もはや体育館等の屋内運動施設内の温度管理については、特に夏季の酷暑に対して冷房装置の設置が必要不可欠なものとなってきているといっても過言では無い。

ところで体育館等の屋内運動施設には、アリーナの周囲を取り囲むように一階高く設けられた観客席が備えてあるものが多く、こうした施設に空調設備を設置する際には、アリーナの利用者ばかりでなく、観客席に着座する人への配慮も必要となる。

こうした事情から、従来より体育館等の屋内運動施設に用いられていた空調には、図１に示すように、屋外に冷却塔と吸収式熱源機及び空気調和機（熱交換機）を設置するとともに、アリーナの床面に近い壁面に設けられたガラリに開口する吸気用のダクトを通じて室内空気を空気調和機へと誘導し、当該空気調和機で冷却された空気を再びダクトを通じて天井位置へと誘導して、複数の吹き出し口から下方へと吹き出すことで観客席やアリーナを含む空間全体を同時に空調する、いわゆるダクト式の対流式空調装置が採用されるケースが多かった。

またこうした大空間の強制対流式の空調技術に関しては、特許文献１に、複数の吹き出し口からの吹き出し風量を周期的に変化させて快適性の向上を図るようにした技術が記載されており、また特許文献２には、吹き出し口の吹き出し方向を首振り可能にし、さらに送風機も設けて空間全体に循環する対流を積極的に発生させる技術が記載されている。

そして前記特許文献にみられるような対流式の空調装置は、空気の対流を積極的に活用して気温を制御するものであるから、空間全体に対流が発生する点に特徴があるのである。

特開平５−２０３１９２号公報 特開平８−６８５４７号公報

前述のような対流式冷房装置は、空気の対流によって空間全体の気温をコントロールしようとするものであるから、体育館のような内部の空気量が膨大なものになる大空間全体をこうした対流式冷房装置で冷房しようとすれば、非常に強力な装置が必要になるとともに、それを駆動させる電力もまた膨大な量が必要になるし、冷房を開始して室温を低下させるのにも非常に多くの時間を要する。

また観客席の冷房の必要性についても、実際の観客席の利用は競技大会等が開催される場合に限定され、日常的に練習等で利用するアリーナと比較すると、その利用頻度は圧倒的に少ないのが実情である。

したがって、アリーナのみが利用され観客席が無人であるような状況では、観客席の冷房は不要であるから、本来はアリーナのみを冷房すれば足りるのであるが、図１のような空調装置では、こうした使用状況に応じて局所的に空調をコントロールすることは困難であるために、例え観客席が無人であっても、空間全体を冷房し続けることは避けられず、余計な電力を消費してしまうことから省エネ性の面でも課題が多い。

また一方で、冷房装置を有してない既存の体育館に対し、前述のようなダクトを用いた対流式の冷房装置を新たに設置しようとした場合には、高所の天井をはじめ屋内に多くのダクト等を張り巡らせる必要性があることから、場合によっては構造上設置工事が不可能な場合もある。また例え設置工事が可能であったとしても非常に大規模な改修や補強工事が必要となり、高額な工事費用が発生する可能性が高い。

さらにこうした対流式の冷房装置は、基本的には空間全体の空気を強制的に対流させようとするものであるから、不要な風が発生するとともに、送風に伴う騒音も発生してしまうという問題点もある。

この点に関し、特にバトミントンなど風の影響が無視できない競技では、少なくともアリーナとその上部の吹き抜け空間は無風状態であることが望ましく、また体育館で音楽会等が開催される場合も多々あることから、騒音の発生も極力排除されるべきである。

本発明は、体育館等において特に必要性の高い夏季の冷房に関し、上記のような対流式の空調装置が有していた問題を解決しようとするものであり、使用状態に応じて必要最小限の冷房を容易にコントロールすることができるとともに、省エネ性と即効性に優れ、既存の体育館等にも容易かつ廉価に取り付けが可能で、さらに風と騒音の発生を極力抑えることができる冷房装置を実現することを目的とするものである。

そして、本発明は上記目的を達成するために、
上方に吹き抜け空間を有するアリーナと、当該アリーナの周囲を包囲する壁面と、
当該壁面の上端より上方に設置されて前記アリーナ側に傾斜する階段状の観客席と、
を備えた施設において、
前記アリーナと前記観客席を各々独立した冷房手段によって冷房する大空間の冷房装置であって、
前記アリーナの冷房手段として、前記アリーナの床面から前記壁面の上端までの高さを有する複数の輻射式パネルを、前記壁面の全周にわたり、前記壁面の前面に沿って立設した輻射式冷房装置を設置して、前記アリーナの床面から前記輻射式パネルの高さの間に低温空気層を形成するようにするとともに、
前期観覧席の冷房手段として、前記観客席の最上段の後方近傍位置に、同位置から吸気して前記観覧席の方向に向けて送風する対流式冷房装置を設置して、前記観客席上部の空間内で循環する低温対流を形成するようにしたことを特徴とする冷房装置としたものである。

また第２の課題解決手段は、前記輻射式パネルが、複数の中空状の縦管を連続的に立設したものであって、室外機によって冷却された冷却水が循環する配管経路を通じて前記縦管の内部に冷却水が供給されるように構成したものである。

また第３の課題解決手段は、前記配管経路が、独立した複数の配管経路から構成され、各々の配管経路には独立した室外機によって冷却された冷却水が循環するように構成したものである。

また第４の課題解決手段は、前記輻射式パネルの最前面には、前記輻射式パネルと同じ高さの縦格子状の防球柵が取り付けられているように構成したものである。

また第５の課題解決手段は、前記輻射式パネルと前記壁面との間には、表面に熱反射面を有するパネル状の断熱材が取り付けられているように構成したものである。

また第６の課題解決手段は、前記輻射式パネルと前記壁面との間の空隙の底部には、アリーナ側に傾斜した板状のボール返しが取り付けられているように構成したものである。

また第７の課題解決手段は、前記輻射式冷房装置の冷媒は水冷媒であるとともに、前記対流式冷房装置の冷媒はガス冷媒であり、各々の冷媒は独立した室外機によって冷却されるように構成したものである。

また第８の課題解決手段は、前記対流式冷房装置を、前記観客席の横幅に応じ、複数台の室内機を等間隔で並列状に設置するように構成したものである。

また第９の課題解決手段は、前記輻射式冷房装置と前記対流式冷房装置が、冷暖房兼用の装置であるように構成したものである。

次に上記各課題解決手段によって奏される作用について説明する。

はじめに第１の課題解決手段については図２に示すように、本発明の輻射式冷房装置を作動させると、先ずアリーナ１の壁面２に設置された輻射式パネル３のまわりの空気が冷却されはじめ、壁面２近傍の大気温度が最初に低下することとなる。

次に温度が下がって比重の重くなった壁面２近傍の空気は、壁面２に沿って緩やかに降下して床面へと到達する。

次いで床面に到達した空気は、90°向きを変え、床面の表面近くをアリーナ１の中央に向かって水平に緩やかに流れる下層気流を形成する。こうしてアリーナ１の全周を包囲する壁面２から発生した下層気流はアリーナ１の中央部で衝突して上方に押し上げられるとともに、今度は下層気流の上側を輻射式パネル３の上端部に向かって水平に緩やかに流れる上層気流を形成し、再び輻射式パネル３の上端部へ到達する。この間、空気は徐々に熱を吸収していくが、輻射式パネルの３上端に到達した空気は再び輻射式パネル３の上端部近傍から吸引されるようにして、再び輻射式パネル３によって冷却され下降していく。

このように、輻射式冷房装置には空気ファンを備えていないのであるが、上部に十分な高さの吹き抜け空間を有する大空間において、その周囲の壁面に沿って一定の高さを有する輻射式パネル３を設置すると、輻射式パネル３の上端部の高さより下方で図２に示すような極めて緩やかな自然対流が発生し、概ね輻射式パネル３の上端部の高さ位置を境界にして、上方の高温空気層と下方の低温空気層に分離する境界面が形成され、結果として当該境界面以下の空気のみが冷却されるという現象が発生するのである。

また、前記境界面より上部の高温空気層中の空気は比重が軽く、静止状態のまま撹拌されないので、前記境界面以下の低温空気層中の空気と混合することがなく、前記境界面より上部に滞留したままの状態を維持することとなる。

本発明の冷房装置が設置された体育館では、後述のように輻射式パネルの高さが３メートル弱程度であることから、前記境界面の高さは人間の身長よりも十分高い位置に形成されるので、体育館の利用者は、前記境界面のより下方の低温空気層内部で活動することになるため、観客席５が無人で、アリーナ１のみを利用する場合には、この輻射式冷房装置のみを作動させていれば、快適な環境で運動をすることができるのである。

また輻射式パネル３は表面積が極めて大きいことから、パネル表面に空気中の水分が大量に結露し、非常に強力な除湿効果を発揮することができ、この除湿効果も、前記境界面以下の低温空気層を集中的に除湿するため効果が高く、利用者の快適性を一層向上させることができる。

次にスポーツ競技会等で観客席に人が着座している場合の観客席５の冷房について説明する。

一般的に、観客席５はアリーナ１より１階高い位置に設置されているため、単に前述の輻射式冷房装置を作動させたとしても、図２に示す境界面より上方の高温空気層中に位置することとなり、別途の冷房装置が必要不可欠である。

本発明では、輻射式冷房装置はアリーナ専用の冷房装置としており、観客席５の冷房には対流式冷房装置を採用している。しかしながら前述のように、対流式冷房装置は積極的に空気の対流を発生させようとするものであるから、特に輻射式冷房装置によってアリーナに形成された、低温空気層を攪拌してしまわないような格別の配慮が必要である。

そこで本発明では、観客席５の冷房によって発生する対流の影響を最小限に留めるために、当該対流が観客席５の上部空間内で循環するような低温対流を形成するようにしている。そして、この低温対流を実現するために、観客席５の最上段の後方位置に、同位置から吸気して前記観客席の方向に向けて冷気を送風する対流式冷房装置を採用している。

この点に関し、同じ対流式の冷房装置であっても、図１に示すような吸気口が遠く離れた位置にあるダクト方式のものでは空気の吸引作用が無いため、ダクトからの送風が相当な遠方の距離まで届いてしまい、上記のような限られた空間内で循環する対流を形成させることは困難である。したがってガス冷媒によって作動する家庭用エアコンと同様に、熱交換器とファンを備え、送風口から冷風を送風するとともに、吸気口から空気を吸引する方式の対流式冷房装置を採用することが必要なのである。

そして当該冷房装置によって、送風口に取り付けられたルーバーを使用し、観客席５方向に向けて送風するように風向と風量を適宜調整すれば、比重の重い冷風が観客席５に行き渡るとともに、観客の体温等で温度が上昇して比重の軽くなった空気は、室内機の吸入口をめがけて上昇していくので、図２に示すような観客席５上部の空間内で循環する低温対流を形成させることができるのである。

したがって、観客席５の冷房装置によって発生する対流の影響は、観客席５の上部空間という局所的な範囲に留めることができることから、空間全体に及ぼす影響は小さく、輻射式冷房装置によってアリーナに形成された低温空気層やその上部の高温空気層を攪拌する影響を最小限に留めることができるのである。

このように本発明によれば、アリーナ１のみを使用する場合には輻射式冷房装置のみを使用し、またアリーナ１とともに観客席５を使用する場合には輻射式冷房装置と対流式冷房装置を併用するといった運用によって、空間全体を冷房することなく、使用状態に応じて、必要な領域のみを限定的に冷房する事ができ、大幅な省エネルギーを実現する事ができるのである。また空間全体を冷房する場合に比べ、冷却すべき空気の量も少なくて済むことから冷房の立ち上がりも早く即効性に優れる。

また観客席５の対流式冷房装置によって発生する対流の影響は、観客席５の上部空間のみに限定されるため、アリーナ１及びその上部の吹き抜け空間は無風に近く、バトミントン等の競技を快適に行うことができる。

また騒音に関しても、輻射式冷房装置はファンを備えていないため、発生源は観客席５の対流式冷房装置が作動する場合に限定されるものであり、その設置位置も観客席５の後方であることから騒音を最小限に抑えることができ、音楽会等の開催に支障を来することはない。

次に前記第２の課題解決手段によれば、前記輻射式パネル３が、図３及び図４に示すような複数の中空状の縦管１３を連続的に立設した構造であるため、縦方向の空気の動きを阻害することが無く、輻射式パネル３のまわりの冷却された空気をスムーズに降下させることができ、低温空気層の形成を促進する。

また、前記第３の課題解決手段によれば、本発明では、アリーナ１の周囲を包囲する壁面２の全周にわたり輻射式パネル３が配置されるため、全ての輻射式パネル３を一つの配管経路に接続してしまうと、熱輸送の距離が非常に長くなり、冷媒の輸送途中の熱損失が大きくなるとともに、個々の輻射式パネル３に温度ムラも生じやすい。したがって図５に示すように、アリーナの面積が十分に広い場合には、例えばアリーナをアリーナＡとアリーナＢの二つのエリアに分割するとともに、各エリアの周囲に設置される輻射式パネル郡も３Ａ及び３Ｂに分割し、各々のパネル郡に接続する独立した２つの配管経路４Ａ及び４Ｂを設けて、各々の配管経路中の冷却水が独立した室外機７Ａ及び７Ｂによって冷却されるようにすれば、熱輸送の距離を短くすることができ、冷媒の輸送途中の熱損失が最小限に留まるとともに温度ムラも生じにくくなる。

さらにアリーナの利用状態は、その全面を使用する場合ばかりではなく、半面を使用する場合もある。したがって例えば半面のアリーナＡのみを使用する際には、輻射式パネル郡３Ａと配管経路４Ａ及び室外機７Ａのみを使用して、アリーナの半分の面積のみを冷房するという経済的な運用も可能となる。

また、前記第４の課題解決手段によれば、ボール等が衝突して輻射式パネル３が破損するのを防止することができる。

また、前記第５の課題解決手段によれば、輻射式パネル３が壁面２の熱を吸熱してしまい、輻射式パネル３の冷却効果が背面にある壁面２を冷やすことに費やされてしまう事を防止することができる。

また、前記第６の課題解決手段によれば、輻射式パネル３の隙間を通過して輻射式パネル３と壁面２との間の空隙に転がり込んだピンポン玉等をアリーナ側に自動的に排出できるようにするほか、スムーズな自然対流の形成を促進することもできる。

次に前記第７の課題解決手段について説明すると、通常の冷房装置では水冷媒とガス冷媒のうちの何れかを採用するものが一般的であるが、水冷媒は媒体の熱容量が高く、立ち上がりに一定の時間を要するものの、容易に大量の熱輸送が可能であるという特性を有しており、またガス冷媒は、熱容量は水媒体に及ばないものの、立ち上がりが早く、また使用状況に応じた冷房能力のコントロール性に優れているという特性を有している。

したがってアリーナ１の輻射式冷房装置に水冷媒を使用すれば、連続的に大きな面積のアリーナ１をむらなく冷房することができる。また観客席５の対流式冷房装置についてはガス冷媒を使用することで、観客席５の使用を開始する際に冷房を速やかに立ち上がらせることができる。そして前記各冷媒を独立した室外機によって冷却するようにすれば、アリーナや各観客席の使用状況や温度状況に応じ、冷房をスムーズにコントロールすることが可能になる。

また特にガス冷媒による対流式冷房装置は、ひとつの冷却系統で複数台の室内機を個別にコントロールすることが可能なマルチエアコン方式を容易に構築できることから、前記第８の課題解決手段では、図５に示すように観客席５の横幅に応じて複数台の室内機８を設置することで、各観客席の温度状況に応じて各室内機８の出力を個別に調整したり、無人の観客席部分の冷房をオフにするなどして、使用状況に応じた効率的で経済的な冷房装置の運用が可能となる。

また、前記第９の課題解決手段によれば、輻射式冷房装置と対流式冷房装置を、冷暖房兼用の装置とすることで冬季の暖房にも対応させることができる。

以上のように本発明の冷房装置は、体育館等の大空間の冷房装置に関し、使用状態に応じて必要最小限に冷房をコントロールすることができることから、省エネ性と即効性に優れ、更に風と騒音の発生も極力抑えられた冷房装置を実現することができるのである。また設置工事に関しても、天井部分の工事等が不要であるので設置費も廉価であり、かつ既存の体育館等にも容易に取り付け可能である。

また実際に、本発明の冷房装置を設置した体育館と従来型のダクト式の対流式冷房装置を設置した体育館との性能比較の評価試験を行ったところ、本発明の優れた冷房効果が明らかになったので、その結果についても説明する。

比較対象として選択した２つの体育館は、双方ともほぼ同じアリーナ床面積を有する体育館で、特に対流式冷房装置が設置された体育館については、前述の図１に示したものと同様に、吸収式熱源機と冷却塔を屋外に設置し、空気調和機を介して冷却された空気がダクトを通じて体育館内に供給される方式のものである。ちなみにこの装置は重油で作動するものであったが、本発明の装置は電気で作動するものである。また比較条件については図６に記載の条件のもとで行った。

さらに比較の指標としては、ＰＭＶ（Predicted Mean Vote予測平均温冷感申告）を採用した。ここにＰＭＶとは、温熱環境指標の中でISO（国際標準化機構）で規定されている国際的に用いられている指標で、次の計算式によって定義される。
PMV=（0.303e-0.036Ｍ+0.028）×（Ｍ−Ｗ-Ed-Es-Ere-Cre-R-C）
M：代謝量（W/m2） Ere：呼吸による潜熱損失量（W/m2）
W：機械的仕事量（W/m2） Cre：呼吸による顕熱損失量（W/m2）
Ed：不感蒸泄量（w/m2） R：放射熱損失量（W/m2）
Es：皮膚面よりの蒸発熱損失量（w/m2）
C：対流熱損失量（W/m2）

そしてこのＰＭＶによる評価は、ＰＭＶ値±０を中立状態として通常の人間が居住する環境を温冷感で−３（寒い）から＋３（暑い）の７段階スケールの値で表し、数値がより大きくなると、より暖かいか又は暑いと感じる評価となり、数値がより小さくなると、より涼しいか又は寒いと感じる評価になる。そしてＰＭＶ値に対する評価指標としては、−３：寒い、−２：涼しい、−１：やや涼しい、±０：どちらでもない、１：やや温かい、２：温かい、３：暑い、とされている。

図７は、各々の体育館においてアリーナの中央部分の床面から１．５ｍの高さと床面から３ｍの高さの２箇所に測定器を設置し、冷房装置を起動して９０分間経過するまでの間のＰＭＶの変化を計測したもので、グラフ上では実線が１．５ｍ高さの計測値を、点線が３ｍ高さの計測値を示している。

図７の従来型の冷房装置のグラフでは、いずれの高さの計測値においても時間の経過とともにＰＭＶが減少していることから、対流式の冷房装置では空間内の空気が攪拌されることによって空間全体が万遍なく冷却されているものと考えられる。

いっぽう本発明の冷房装置のグラフでは、１．５ｍ高さの計測値は時間の経過とともにＰＭＶが減少しているものの、３ｍ高さの計測値ではＰＭＶは殆ど下がっていない。このことから、床上２ｍ付近を境界にして、図２に示すような上方の高温空気層と下方の低温空気層に分離された明確な境界面が形成され、かつ攪拌されることなく低温空気層が維持できているものと考えられので、本発明の冷房装置では、体育館中の大空間のうち、アリーナ床面近くの人が活動する部分の空気のみが効率的に冷房できているものと考えられる。

また上記評価試験結果に基づき、双方の冷房装置のランニングコストとＣＯ２排出量を算定して比較したものが図８である。この結果を見ても明らかなように、本発明の場合の方が外気温が高かったにもかかわらず、本発明のランニングコストとＣＯ２排出量は、いずれも従来型の１０分の１以下となっていることから、本発明がきわめて優れた経済性を有し、また環境への負担も少ないことは明らかである。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

はじめに、本発明の冷房装置が取り付けられる施設について、あらためて図２を参照して説明する。

本発明の冷房装置は典型的には体育館をその設置対象としており、図２に示す体育館は、極く一般的な構造を有するものである。そしてその内部には、中央に長方形状で水平な床面を有するアリーナ１を有し、上方には球技等に支障を来さないように、少なくとも１３メートル以上の天井高が確保された吹き抜け空間が広がっている。

またアリーナ１の周囲には、アリーナ１を包囲するように高さ３メートル程度の壁面２が設けられ、更に前記壁面２の上端より上方に、アリーナ１側へと傾斜してアリーナ１を見下ろすことができる階段状の観客席５が設けられている。

そして観客席５の最前列正面には、正面通路１１を隔てて転落防止用の手摺１０が設置され、この手摺１０部分が壁面２の上端を覆うような構造になっており、また観客席５の後方にも背面通路１２が設けられている。

次に本発明においてアリーナの冷房に用いる輻射式の冷房装置について図３及び図４を用いて説明する。

いわゆる輻射式の空調装置とは、ファン等による送風によらず、静的な熱輻射作用によって熱交換を行う装置であるが、本発明の輻射式冷房は、アリーナ１の床面から壁面２の上端までの高さを有する複数の輻射式パネル３を、前記壁面２の全周にわたり、前記壁面２の前面に沿って立設に設置するという構造を有している。そして上述の図２のような体育館では、観客席５はアリーナ１の床面より１階上の高さに配置されており、こうした体育館では図４に示すように、壁面２は、アリーナ１の床面から観覧席５最前列正面の手摺１０の真下まで立ち上がる構造であるため、壁面の高さはアリーナ１の床面から前記観客席５の下端部までの高さと等しく３メートル程度となる。したがって、アリーナ１の床面から前記壁面２の上端までの高さを有する輻射式パネル３を、前記壁面２の前面に立設すれば、輻射式パネル３の高さもアリーナ１の床面から前記観客席５の下端部までの高さとほぼ等しく３メートル弱程度となる。なお、本発明の輻射式パネル３の高さは、全て同じ高さに設定されるべきものであるから、例えその上方に観客席が設けられていない壁面が一部あったとしても、その位置の輻射式パネルの高さは、観客席が設けられている壁面と同じ高さに設定される。

次に輻射式パネルの構造について説明すると、図３及び図４に示すものは、直径約６センチメートル程度の熱伝導性に優れたアルミニウム製の縦管１３を縦方向に等ピッチで連続的に立設し、その内部に冷却水が通過するようにしている。

さらに縦管の構造としては、図１１の断面図に示すような外管２２と内管２３から構成される２重管構造を採用し、２重管の隙間のみに冷却水が通過するようにすれば、縦管中に冷却水が充満する容積が小さくなるため熱容量が低下し、短時間で冷房を立ち上げることができるようになる。更に縦管の表面に図に示すようなローレット加工を施せば、縦管の表面積が増加して熱交換を効率よく行えるようになる。

そして図３に示すように、縦管１３の上部近傍には、屋外に設置された室外機７によって熱交換器６を介して冷却された冷却水が循環する往路側の配管経路４（１）と復路側の配管経路４（２）の２本の配管が通過しており、前記縦管１３には往路側の配管経路４（１）から分岐した枝配管１４（１）と復路側の配管経路４（２）から分岐した枝配管１４（２）が各々接続され、縦管１３の内部を冷却水が通過する際に縦管１３の表面から大気中の熱を吸収する仕組みとなっている。なおこの装置は送風装置を必要としないので騒音は一切発生せず、また配管経路４中に温水を循環させれば暖房にも対応できる。

そして図３では、１４本の縦管１３をフレーム１５に取り付けてパネル状に形成したものをひとつの輻射式パネルとしており、左側７本の縦管の上端部から流入して下端部より排出された冷却水が、再び右側７本の縦管の下端部から流入して上端部より排出される流路構造を採用している。

また輻射式パネル３の最前面には、図４及び図１０に示すように、ステンレス等の金属製の縦格子２１を輻射式パネル３と同じ高さに立設した防球柵１６が取り付けられており、ボール等が衝突して縦管１３が破損するのを防止している。また防球柵１６は、輻射式パネル３を正面から見た場合に、縦格子２１の隙間から各縦管１３を見通すことができるようなピッチで格子が立設したものとすれば、輻射式パネル３のアリーナ側への輻射効果を極力妨げないようにすることができる。更に防球柵１６は縦格子の構造なので、縦方向の空気の動きを阻害することが無く、輻射式パネル３のまわりの冷却された空気をスムーズに降下させることができる。

さらに図４に示すように、輻射式パネル３の背面には、吸熱冷房効果を促進させるべく、輻射式パネル３と壁面２との間に、アルミ箔等の熱反射性の素材が輻射式パネル３側の表面に貼り付けられたパネル状の断熱材２０が取り付けられている。これは輻射式パネル３が壁面２の熱を吸熱してしまい、輻射式パネル３の冷却効果が背面の壁面を冷やすことに費やされてしまう事を防止するとともに、自然対流で下降する冷気の冷熱も無駄に消費される事を防止する事ができるため、下降流による自然対流の形成を促進させることができる。また断熱材２０の表面に設けられたアルミ箔等の熱反射面は、縦管１３の隙間を通過してパネルの背面に輻射される輻射熱をパネル側に反射するので、輻射式パネル３の効率を一層高めることができる。

さらに輻射式パネル３と壁面２の間にある空隙の底部には、図４に示すような、アリーナ側に傾斜した板状のボール返し１７が取り付けられている。このボール返し１７は、防球柵１６や輻射式パネル３の隙間を通過して前記空隙に転がり込んだピンポン玉等をアリーナ側に自動的に排出できるようにするほか、前記空隙内の下降気流が、ボール返し１７に誘導されて床面近くでアリーナ側へと偏向し、輻射式パネル３の前面へとスムーズに排出されるようになるため、輻射式パネル３の下部に冷気が滞留する事が無く、スムーズな自然対流の形成を促進するという機能も有している。これは輻射式パネル３の上部空気の吸気効果を促進させることにもつながり対流効果が一層促進されるので、アリーナ部分の空気を冷却する熱交換効率を高める事となり、省エネルギ―効果が高まる。またこのように、自然対流効果を促進させることで、アリーナ部分の冷却時間が早まり、雰囲気を快適に冷却する為の立ち上がり時間を短くすることとなり、利用者の利用に合わせた冷房の運用が快適に行えるようになる。

そして本発明の冷房装置は、上記のような構造を有した輻射式パネル３が、扉や窓の開口部等によって設置が不可能な箇所を除き、アリーナ１の周囲を包囲する壁面２の全周にわたり、前記壁面２の前面に沿って設置し、全ての輻射式パネル３に並列的に冷却水が循環するように配管経路４と接続されているのであるが、アリーナ１の面積が十分広い場合には配管経路４も長大なものとなり、冷媒の輸送途中の熱損失によって各パネルに温度ムラが生じ易くなる。

そこで図５に示すように、アリーナをアリーナＡとアリーナＢといった複数のエリアに分割し、各々のエリアの周囲に設置された輻射式パネル郡３Ａ及び３Ｂが、二つの独立した配管経路４Ａと配管経路４Ｂに各々接続されるように構成し、各々の配管経路中を流れる冷却水が独立した室外機７Ａと７Ｂによって各々冷却されるように構成することも可能である。そしてこの構成によれば、アリーナの使用状況に応じ、アリーナの半分の面積だけを冷房するといった経済的な運用も可能となる。なおこの場合、アリーナの分割数は２分割に限らず、アリーナの面積や形状等に応じて４分割など分割数を適宜選択することもできる。

なお図３で示したようにに、輻射式パネル３への冷却水の供給には、循環する配管経路４から冷却水を引き込むとともに、冷却後の冷却水を再び配管経路４へと還流させる並列的な接続構造を採用しているが、こうした配管構造の場合、各輻射式パネル３に加圧される冷却水の水圧が等しくなるように配慮することが重要である。したがって実際の各輻射式パネル３の配管構造については図９に示すように、点線で示す復路側の配管経路４（２）をＵ字型に引き回して各輻射式パネルの流出側の枝配管１４を接続するとともに、流入側と流出側の枝配管１４の全てに定流量弁１８を設けて水圧を調整し、各パネルが均等な冷却性能を発揮できるようにしておくことが望ましい。

次に、観客席５の冷房手段として採用される対流式冷房装置については、冷房の立ち上がり性能が求められるため、図２のようなガス冷媒によって作動する箱型の床置型の室内機８を有するエアコンが適している。このタイプのエアコンは、内部に熱交換器とファンを備え、室内機８の正面下部に開口する吸気口から吸引して熱交換器で冷却された空気を、同じく正面上部に開口する送風口から送風する仕組みとなっており、同じ位置から吸気と送風が同時になされるため、図１のようなダクト式ものとは異なり、送風された空気は遠方までは届きにくく、比較的狭い範囲で空気の循環対流が形成され易いという性質がある。

したがって前述のように、送風口に取り付けられたルーバーによって、観客席５の方向に向けて水平方向若しくは若干下向きに送風するよう風向を調整すれば、比重の重い冷風は次第に下降して観客席５に行き渡るとともに、観客の体温等で温度が上昇し比重の軽くなった空気は、室内機８の吸引効果と相まって、吸入口をめがけて上昇していくので、図２に示すような低温対流を形成される。また送風の風量調整についても、送風が遠方まで届かないように風量を適宜調整すれば、前記低温対流は、概ね観客席５上部の空間内で循環するようになるため、アリーナ１に形成される低温空気層や上部の高温空気層を攪拌する影響を最小限に留めることができる。

また前記対流式冷房装置の設置場所については、図２のように通常の体育館では観客席の最上段の後方には背面通路１２が設けられている場合が多いので、観客席５の横幅に応じ、図５のように前記背面通路１２に沿って等間隔に複数台の室内機８を並べて設置することが望ましい。また上記のようなガス冷媒で作動するエアコンは、１台の室外機１９で複数台の室内機をコントロールすることができるいわゆるマルチエアコンとして市販されているため、こうしたマルチエアコンを採用すれば操作性も向上し、自ずと輻射式冷房装置の室外機７とは独立した室外機１９で冷媒が冷却されるよう構成されることになる。またこうしたガス冷媒のエアコンは冷暖房兼用のものが大半であるので、冬季の暖房にも容易に対応させることもできる。さらに対流式冷房装置の室内機は床置型ばかりでなく、天吊り式のものも市販されているため、背面通路１２に設置スペースが十分確保できない場合には天吊り式の室内機を採用し、背面通路１２の上方の適宜の位置に設置するようにしても良い。

さらに前述の図５に示すようにアリーナをアリーナＡとアリーナＢのように複数に分割して、輻射式パネルをＡ・Ｂ二つの配管系統で独立して作動できるようにした場合には、観客席５の対流式冷房装置もこれに応じてＡ・Ｂ２つの配管系統に分割し、各々独立して作動できるようにすれば、一層合理的な運用が可能となる

以上のように本発明の冷房装置は、主として体育館に設置することを主目的としているが、ドーム型のスタジアムや陸上競技場、その他コンサートホールや展示場、武道館などの建造物に利用することも可能である。
さらに本発明の設置対象は、必ずしも天井を有する施設に限定されるものでは無く、天井が無い施設であっても、「上方に吹き抜け空間を有するアリーナと、当該アリーナの周囲を包囲する壁面と、当該壁面の上端より上方に設置されて前記アリーナ側に傾斜する階段状の観客席と、を備えた施設」であれば、本発明の冷房装置を設置した場合に快適な空調環境をもたらすことができる。

従来のダクト式の対流式冷房装置を示す側面図 本発明の実施形態を示す側面図 本発明の輻射式パネルの正面図 同側面図 本発明の実施形態を示す平面図 評価試験の評価条件を示す表 比較試験の結果を示すグラフ 比較試験の結果を示す表 本発明の実施形態を示す配管図 本発明の実施形態を示す防球柵の正面図 本発明の実施形態を示す縦管の断面図

１ アリーナ、２ 壁面、３ 輻射式パネル、４ 配管経路、 ５ 観客席、６ 熱交換機、７ 室外機、８ 室内機、１０ 手摺、１１ 正面通路、１２ 背面通路、１３ 縦管、１４ 枝配管、１５ フレーム、１６ 防球柵、１７ ボール返し、１８ 定流量弁、１９ 室外機、２０ 断熱材、２１ 縦格子、２２ 外管、２３ 内管

Claims (9)

1. 上方に吹き抜け空間を有するアリーナと、当該アリーナの周囲を包囲する壁面と、
   当該壁面の上端より上方に設置されて前記アリーナ側に傾斜する階段状の観客席と、
   を備えた施設において、
   前記アリーナと前記観客席を各々独立した冷房手段によって冷房する大空間の冷房装置であって、
   前記アリーナの冷房手段として、前記アリーナの床面から前記壁面の上端までの高さを有する複数の輻射式パネルを、前記壁面の全周にわたり、前記壁面の前面に沿って立設した輻射式冷房装置を設置して、前記アリーナの床面から前記輻射式パネルの高さの間に低温空気層を形成するようにするとともに、
   前期観覧席の冷房手段として、前記観客席の最上段の後方近傍位置に、同位置から吸気して前記観覧席の方向に向けて送風する対流式冷房装置を設置して、前記観客席上部の空間内で循環する低温対流を形成するようにしたことを特徴とする冷房装置。
2. 前記輻射式パネルは、複数の中空状の縦管を連続的に立設したものであって、室外機によって冷却された冷却水が循環する配管経路を通じて前記縦管の内部に冷却水が供給されるものであることを特徴とする請求項１に記載の冷房装置。
3. 前記配管経路は、独立した複数の配管経路から構成され、各々の配管経路には独立した室外機によって冷却された冷却水が循環すること特徴とする請求項２に記載の冷房装置。
4. 前記輻射式パネルの最前面には、前記輻射式パネルと同じ高さの縦格子状の防球柵が取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか1項に記載の冷房装置。
5. 前記輻射式パネルと前記壁面との間には、表面に熱反射面を有するパネル状の断熱材が取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか1項に記載の冷房装置。
6. 前記輻射式パネルと前記壁面との間の空隙の底部には、前記アリーナ側に傾斜した板状のボール返しが取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか1項に記載の冷房装置。
7. 前記輻射式冷房装置の冷媒は水冷媒であるとともに、前記対流式冷房装置の冷媒はガス冷媒であり、各々の冷媒は独立した室外機によって冷却されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか1項に記載の冷房装置。
8. 前記対流式冷房装置は、前記観客席の横幅に応じ、複数台の室内機を設置したものであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか1項に記載の冷房装置。
9. 前記前記輻射式冷房装置と前記対流式冷房装置は、冷暖房兼用の装置であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか1項に記載の冷房装置。