JP2017072339A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー効率の良い空調システムを提供する。【解決手段】空調システム１は、冷温の熱媒体Ｍ１，Ｍ２が導入される空調装置１１，１２と、空調装置１１，１２から導出され、冷温よりも温度上昇した第一中温の熱媒体が直接的または間接的に導入される輻射装置２０と、輻射装置２０から導出され、第一中温よりも温度上昇した第二中温の熱媒体が直接的または間接的に導入される冷却装置４１，４２と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、空調システムに関するものである。

従来から、ケーシングの内部に、冷却コイル、加熱コイル及びファン等が内蔵された空調機が知られている（下記特許文献１参照）。冷房時には、冷熱源から冷却水が循環ラインを流通して冷却コイルに供給される。また、駆動されたファンによりケーシング内に空気が吸引される。冷却コイルが冷却水と吸引された空気とを熱交換することで、冷風が室内に送風される構成とされている（下記特許文献１参照）。

また、天井に設けられた輻射パネルと、輻射パネルの上面に設けられた複数の冷水管と、を備えた輻射装置も知られている。このような輻射装置では、冷水配管を流通する冷却水により輻射パネルが冷却され、冷却された輻射パネルの輻射効果により室内が冷房される構成である。

特開２００３−２７９０９６号公報

ところで、上記の特許文献１に記載の空調機及び輻射装置を併設する際には、空調機で使用される冷却水及び輻射装置で使用される冷却水をそれぞれ冷熱源で製造する必要がある。このため、冷熱源の負荷が大きくなってしまうという問題点があり、エネルギー効率を向上させることが望まれている。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、エネルギー効率の良い空調システムを提供する。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る空調システムは、冷温の熱媒体が導入される空調装置と、前記空調装置から導出され、前記冷温よりも温度上昇した第一中温の前記熱媒体が直接的または間接的に導入される輻射装置と、前記輻射装置から導出され、前記第一中温よりも温度上昇した第二中温の前記熱媒体が直接的または間接的に導入される冷却装置と、を備えることを特徴とする。

このように構成された空調システムでは、熱媒体は、空調装置に冷温で導入される。冷温よりも温度上昇して第一中温となって空調装置から導出した熱媒体は、輻射装置に直接的または間接的に導入される。第一中温よりも温度上昇して第二中温になって輻射装置から導出した熱媒体は、冷却装置で直接的または間接的に冷却される。よって、空調装置及び輻射装置を併設する空調システムにおいて、空調装置から導出される熱媒体を輻射装置で使用することができるため、例えば空調装置及び輻射装置で使用する熱媒体をそれぞれ別々に製造するよりも、エネルギー効率を向上させることができる。

また、本発明に係る空調システムでは、前記冷却装置は、前記第一中温の前記熱媒体が直接的または間接的に導入され、前記熱媒体を前記冷温に冷却する第一冷却装置と、前記第二中温の前記熱媒体が直接的または間接的に導入され、前記熱媒体を前記第一中温に冷却する第二冷却装置と、を有し、前記第一冷却装置で前記冷温に冷却された前記熱媒体は、前記空調装置に直接的または間接的に導入され、前記第二冷却装置で前記第一中温に冷却された前記熱媒体は、前記輻射装置に直接的または間接的に導入されるように構成されていることが好ましい。

このように構成された空調システムでは、第一冷却装置は、空調装置で第一中温となって直接的または間接的に導入された熱媒体を、冷温に冷却する。冷温となった熱媒体は、空調装置に直接的または間接的に戻される。第二冷却装置は、輻射装置で第二中温となって直接的または間接的に導入された熱媒体を、第一中温に冷却する。第一中温となった熱媒体は輻射装置に直接的または間接的に戻される。このように、第一冷却装置では低温の熱媒体を冷却し、第二冷却装置では第一冷却装置で冷却する熱媒体よりも温度の高い熱媒体を冷却する。つまり、第一冷却装置と第二冷却装置とで、冷却する熱媒体の温度帯を区別している。よって、第二冷却装置は第二中温の熱媒体を（冷温よりも温度の高い）第一中温にまで冷却するだけでよいため、効率良く冷却でき、所要のエネルギーを抑えることができる。したがって、冷却装置全体の負荷を低減することができる。

また、本発明に係る空調システムは、前記空調装置から導出した前記第一中温の前記熱媒体及び前記輻射装置から導出した前記第二中温の前記熱媒体が直接的または間接的に導入され、大気との熱交換により前記第一中温の前記熱媒体及び前記第二中温の前記熱媒体を冷却可能な冷却塔を、さらに備えていてもよい。

このように構成された空調システムでは、空調装置から導出した第一中温の熱媒体及び輻射装置から導出した第二中温の熱媒体が、冷却塔に直接的または間接的に導入される。冷却塔は、大気との熱交換により第一中温の熱媒体及び第二中温の熱媒体を冷却する。よって、自然エネルギーを利用することで、エネルギー効率を向上させることができる。また、特に第二中温の熱媒体は第一中温よりも高い温度であるため、大気により効率良く直接冷却することができるため、ランニングコストの低減及び二酸化炭素の排出量を削減することができる。

また、本発明に係る空調システムは、前記空調装置は、第一建物に設置され、前記輻射装置は、前記第一建物とは異なる第二建物に設置されていてもよい。

このように構成された空調システムでは、空調装置が設置された第一建物及び輻射装置が設置された第二建物において、第一建物の空調装置から導出される熱媒体を第二建物の輻射装置で使用する。よって、複数の建物において熱媒体を共有するエネルギーの面的利用が可能となり、地域的にエネルギー効率を向上させることができる。

本発明に係る空調システムによれば、エネルギー効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る空調システム及び空調システムが設置される建物を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態に係る空調システムを示す図である。 本発明の一実施形態に係る空調システムにおいて、熱媒体の温度変化の一例を示す図である。 本発明の一実施形態の変形例に係る空調システム及び空調システムが設置される建物を模式的に示した図である。

本発明の一実施形態に係る空調システムについて、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る空調システム及び空調システムが設置される建物を模式的に示した図である。図２は、本発明の一実施形態に係る空調システムを示す図である。
図１に示すように、空調対象となる第一建物Ｂ１及び第二建物Ｂ２と、熱源建物Ｂ３とが、隣接して設置されている。図２に示すように、空調システム１は、複数の空調装置１１，１２と、輻射装置２０と、熱交換器３１，３２，３３と、冷却装置４１，４２と、冷却塔５１，５２と、を備えている。

図１に示すように、第一建物Ｂ１では、低層階に第二空調装置１２が設置され、中高層階に輻射装置２０が設置されている。第二建物Ｂ２には、第一空調装置１１が設置されている。熱源建物Ｂ３には、熱交換器３１，３２，３３、冷却装置４１，４２及び冷却塔５１，５２が設置されている。なお、熱交換器３１，３２，３３や冷却塔５１，５２は、第一建物Ｂ１，第二建物Ｂ２に設けられていてもよい。

図２に示すように、第一空調装置１１は、例えばファンコイル（不図示。以下同じ。）が内蔵された複数の空調機（不図示。以下同じ。）により構成され、各空調機に冷温の冷却水等の熱媒体Ｍ１が導入される。第一空調装置１１は、ファンコイルで室内から取り込まれた空気と熱媒体Ｍ１とを熱交換して、温度及び湿度を調整し送風する。

第一空調装置１１で熱交換されて温度が第一中温に上昇した熱媒体Ｍ１は、第三熱交換器３３に導入される。

第二空調装置１２は、例えば第一空調装置１１と同様に構成され、冷温の熱媒体Ｍ２が導入される。第二空調装置１２は、ファンコイルで室内から取り込まれた空気と熱媒体Ｍ２とを熱交換して、温度及び湿度を調整し送風する。

第二空調装置１２で熱交換されて温度が第一中温に上昇した熱媒体Ｍ２は、第一熱交換器３１に導入される。

輻射装置２０は、複数のいわゆる輻射式空調により構成され、第一中温の熱媒体Ｍ３が導入される熱交換器（不図示。以下同じ。）と、輻射パネル（不図示。以下同じ。）と、熱交換器と輻射パネルとを接続し、熱交換器で熱媒体Ｍ３と熱交換された輻射側熱媒体（不図示。以下同じ。）が流通する冷媒管（不図示。以下同じ。）と、を有している。熱媒体Ｍ３と熱交換され冷却された輻射側熱媒体が、輻射パネルを流通することで、冷房が行われる。

輻射装置２０で熱交換されて温度が第一中温から第二中温に上昇した熱媒体Ｍ３は、第二熱交換器３２に導入される。

第一熱交換器３１は、第二空調装置１２から導入された熱媒体Ｍ２と熱媒体Ｍ１１とを熱交換する。熱媒体Ｍ２は、第一熱交換器３１での熱交換により、温度が第一中温から冷温に低下し、第二空調装置１２に戻される。一方、熱媒体Ｍ１１は、第一熱交換器３１での熱交換により、温度が冷温から第一中温に上昇し、一部は第一冷却装置４１に導入され、残りは熱媒体Ｍ１とともに第三熱交換器３３に導入される。

第二熱交換器３２は、輻射装置２０から導入された熱媒体Ｍ３と熱媒体Ｍ１２とを熱交換する。熱媒体Ｍ３は、第二熱交換器３２での熱交換により、温度が第二中温から第一中温に低下し、輻射装置２０に戻される。一方、熱媒体Ｍ１２は、第二熱交換器３２での熱交換により、温度が第一中温から第二中温に上昇し、一部は第三熱交換器３３に導入され、残りは第二冷却装置４２に導入される。

第三熱交換器３３は、第二熱交換器３２から導入された熱媒体Ｍ１２と第一空調装置１１から導入された熱媒体Ｍ１及び第一熱交換器３１から導入された熱媒体Ｍ１１とを熱交換する。熱媒体Ｍ１２は、第三熱交換器３３での熱交換により、温度が第二中温から第一中温に低下し、第二熱交換器３２に戻される。一方、熱媒体Ｍ１，Ｍ１１は、第三熱交換器３３での熱交換により、温度が僅かに上昇し、第一冷却装置４１に導入される。温度上昇した熱媒体Ｍ１，Ｍ１１の温度は、第二中温までには上昇せず、第一中温の所定の温度範囲内である。

第一冷却塔５１は、第一熱交換器３１から導入された第一中温の熱媒体Ｍ１１及び第三熱交換器３３から導入された第一中温の熱媒体Ｍ１，Ｍ１１を冷却する。熱媒体Ｍ１，Ｍ１１は、大気との熱交換のフリークーリングにより直接冷却される。熱媒体Ｍ１，Ｍ１１は、冷温にまで冷却されれば、図示しない管路を経由してそれぞれ第一熱交換器３１、第一空調装置１１に戻される。一方、熱媒体Ｍ１，Ｍ１１は、冷温にまで冷却されなければ、第一冷却装置４１に導入される。または、熱媒体Ｍ１，Ｍ１１は、第一熱交換器３１及び第三熱交換器３３から第一冷却塔５１を経由せずに、直接第一冷却装置４１に導入される構成であってもよい。

第二冷却塔５２は、第二熱交換器３２から導入された第二中温の熱媒体Ｍ１２を、第一中温に冷却する。熱媒体Ｍ１２は、大気との熱交換のフリークーリングにより直接冷却される。熱媒体Ｍ１２は、第一中温にまで冷却されれば、図示しない管路を経由して第二熱交換器３２に戻される。一方、熱媒体Ｍ１２は、第一中温にまで冷却されなければ、第二冷却装置４２に導入される。または、熱媒体Ｍ１２は、第二熱交換器３２から第二冷却塔５２を経由せずに、直接第二冷却装置４２に導入される構成であってもよい。

第一冷却装置４１、第二冷却装置４２は、例えばＩＮＶターボ冷凍機等である。第一冷却装置４１は、熱媒体Ｍ１，Ｍ１１を冷温に冷却する。第一冷却装置４１で冷却された熱媒体Ｍ１１、Ｍ１は、それぞれ第一熱交換器３１、第一空調装置１１に戻される。

第二冷却装置４２は、熱媒体Ｍ１２を第一中温に冷却する。第二冷却装置４２で冷却された熱媒体Ｍ１２は、第二熱交換器３２に戻される。

次に、上記の空調システムでの熱媒体の温度変化の一例を、図３を用いて説明する。
図３は、空調システムにおいて、熱媒体の温度変化の一例を示す図である。
図３に示すように、第一冷却装置４１または第一冷却塔５１で７℃に冷却された熱媒体Ｍ１は、第一空調装置１１に導入される。熱媒体Ｍ１は、第一空調装置１１での熱交換により１４℃に上昇し、第三熱交換器３３に導入される。

第三熱交換器３３で熱媒体Ｍ１２と熱交換された熱媒体Ｍ１は、１７℃に上昇して第一冷却塔５１に導入される。一方、第三熱交換器３３で熱媒体Ｍ１と熱交換された熱媒体Ｍ１２は、温度が１９℃から１４℃に低下して第二熱交換器３２に戻される。

第二熱交換器３２で熱媒体Ｍ１２と熱交換された熱媒体Ｍ３は、温度が１４℃に低下し、輻射装置２０に導入される。一方、第二熱交換器３２で熱媒体Ｍ３と熱交換された熱媒体Ｍ１２は、温度が１９℃に上昇し、第三熱交換器３３及び第二冷却塔５２に導入される。

第二熱交換器３２から輻射装置２０に導入された熱媒体Ｍ３は、輻射装置２０での熱交換により温度が１９℃に上昇し、第二熱交換器３２に導入される。

一方、第二空調装置１２には、第一熱交換器３１から７℃の熱媒体Ｍ２が導入される。熱媒体Ｍ２は、第二空調装置１２での熱交換により１４℃に上昇し、第一熱交換器３１に導入される。

第一熱交換器３１で熱媒体Ｍ１１と熱交換された熱媒体Ｍ２は、７℃に低下して、第二空調装置１２に戻される。一方、第一熱交換器３１で熱媒体Ｍ２と熱交換された熱媒体Ｍ１１は、７℃から１４℃に上昇して、一部は第一冷却塔５１に導入され、残りは第三熱交換器３３に戻される。

第一熱交換器３１及び第三熱交換器３３から第一冷却塔５１に導入された熱媒体Ｍ１１、Ｍ１は、フリークーリングにより直接冷却される。例えば７℃まで冷却された場合には、第一熱交換器３１、第一空調装置１１に戻される。一方、熱媒体Ｍ１１、Ｍ１は、７℃まで冷却されない場合には、第一冷却装置４１に導入される。第一冷却装置４１で７℃まで冷却された熱媒体Ｍ１１、Ｍ１は、第一熱交換器３１、第一空調装置１１に戻される。

第二熱交換器３２から第二冷却塔５２に導入された熱媒体Ｍ１２は、フリークーリングにより直接冷却される。例えば１４℃まで冷却された場合には、第二熱交換器３２に戻される。一方、熱媒体Ｍ１２は、１４℃まで冷却されない場合には、第二冷却装置４２に導入される。第二冷却装置４２で１４℃まで冷却された熱媒体Ｍ１２は、第二熱交換器３２に戻される。

このように構成された空調システムでは、熱媒体Ｍ１は、第一空調装置１１に冷温で導入される。冷温よりも温度上昇して第一中温となって第一空調装置１１から導出した熱媒体Ｍ１は、第三熱交換器３３で熱媒体Ｍ１２と熱交換される。当該熱交換により第一中温となった熱媒体Ｍ１２は、第二熱交換器３２で熱媒体Ｍ３と熱交換される。当該熱交換により第一中温となった熱媒体Ｍ３は、輻射装置２０に導入される。つまり、第一中温となって第一空調装置１１から導出した熱媒体Ｍ１は、輻射装置２０に間接的に導入されている。
また、熱媒体Ｍ２は、第二空調装置１２に冷温で導入される。冷温よりも温度上昇して第一中温となって第二空調装置１２から導出した熱媒体Ｍ２は、第一熱交換器３１で熱媒体Ｍ１１と熱交換される。当該熱交換により第一中温となった熱媒体Ｍ１１の一部は、第三熱交換器３３で熱媒体Ｍ１２と熱交換される。当該熱交換により第一中温となった熱媒体Ｍ１２は、第二熱交換器３２で熱媒体Ｍ３と熱交換される。当該熱交換により第一中温となった熱媒体Ｍ３は、輻射装置２０に導入される。つまり、第一中温となって第二空調装置１２から導出した熱媒体Ｍ２は、輻射装置２０に間接的に導入されている。
よって、第一空調装置１１、第二空調装置１２及び輻射装置２０を設置する空調システム１において、第一空調装置１１及び第二空調装置１２から導出される熱媒体Ｍ１，Ｍ２を輻射装置２０で使用することができるため、例えば空調装置及び輻射装置で使用する熱媒体をそれぞれ別々に製造するよりも、エネルギー効率を向上させることができる。

また、第一建物Ｂ１には第二空調装置１２及び輻射装置２０が設置され、第二建物Ｂ２には第一空調装置１１が設置されている。そして、第一建物Ｂ１の第二空調装置１２から導出される熱媒体Ｍ２及び第二建物Ｂ２の第一空調装置１１から導出される熱媒体Ｍ１が、間接的に第一建物Ｂ１の輻射装置２０で使用される。よって、複数の建物において熱媒体を共有するエネルギーの面的利用が可能となり、地域的にエネルギー効率を向上させることができる。一般的な地域冷暖房システムと比較すると、総合エネルギー効率（ＣＯＰ）を約５０％向上させることができる。

また、第一冷却装置４１には、第一空調装置１１で第一中温となった熱媒体Ｍ１が第三熱交換器３３を介して間接的に導入されるとともに、第二空調装置１２で第一中温となった熱媒体Ｍ２が第一熱交換器３１を介して熱媒体Ｍ１１として導入される。第一冷却装置４１は、これらの熱媒体Ｍ１，Ｍ１１を冷温に冷却する。冷温となった熱媒体Ｍ１は第一空調装置１１に戻されるとともに、熱媒体Ｍ１１は第一熱交換器３１を介して熱媒体Ｍ２として第二空調装置１２に戻される。
第二冷却装置４２には、輻射装置２０で第二中温となった熱媒体Ｍ３が、第二熱交換器３２を介して熱媒体Ｍ１２として導入される。第二冷却装置４２は、熱媒体Ｍ１２を第一中温に冷却する。第一中温となった熱媒体Ｍ１２は、第二熱交換器Ｍ３２を介して熱媒体Ｍ３として輻射装置２０に戻される。
つまり、第一冷却装置４１では低温（例えば１４〜１７℃）の熱媒体Ｍ１，Ｍ１１を冷却し、第二冷却装置４２では第一冷却装置４１で冷却する熱媒体Ｍ１，Ｍ１１よりも温度の高い（例えば１９℃）熱媒体Ｍ１２を冷却する。このように、第一冷却装置４１と第二冷却装置４２とで、冷却する熱媒体の温度帯を区別している。よって、第二冷却装置４２は、第二中温（例えば１９℃）の熱媒体を（冷温よりも温度の高い）第一中温（例えば１４℃）にまで冷却するだけでよいため、効率良く冷却でき、所要のエネルギーを抑えることができる。したがって、冷却装置全体の負荷を低減することができる。

また、第一空調装置１１、第二空調装置１２及び輻射装置２０から導出した熱媒体Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は、熱媒体Ｍ１，Ｍ１１，Ｍ１２として第一冷却塔５１及び第二冷却塔５２に導入される。第一冷却塔５１及び第二冷却塔５２は、大気との熱交換により熱媒体Ｍ１，Ｍ１１，Ｍ１２を冷却する。よって、自然エネルギーを利用することで、エネルギー効率を向上させることができる。さらに、第二冷却塔５２に導入される熱媒体Ｍ１２の温度は１９℃であり導出される際には１４℃であればよく、いずれも比較的高温であるため、例えば地域によっては年間９か月の長期間にわたってフリークーリングを行うことができる。よって、ランニングコストの低減及び二酸化炭素の排出量を削減することができる。

（変形例）
次に、上記に示す実施形態の変形例について、主に図４を用いて説明する。
以下の変形例において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図４は、本発明の一実施形態の変形例に係る空調システム及び空調システムが設置される建物を模式的に示した図である。
図４に示すように、空調システム２では、第一建物Ｂ１の第二空調装置１２で使用された熱媒体Ｍ２が、輻射装置２０に直接的に導入されている。また、第二建物Ｂ２の第一空調装置１１で使用された熱媒体Ｍ１が、直接的に輻射装置２０に導入されている。流通する熱媒体Ｍ１，Ｍ２等の圧力、温度等を調整することができれば、このように第一空調装置１１、第二空調装置１２で使用済みの熱媒体Ｍ１，Ｍ２を、輻射装置２０に直接的に導入してもよい。

なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記に示す実施形態において、第一建物Ｂ１では、低層階に第二空調装置１２が設置され、中高層階に輻射装置２０が設置されているが、本発明はこれに限られず、空調装置及び輻射装置が設置される階は適宜選択可能である。さらに、中高層階に輻射装置２０とともに空調装置も併設してもよい。この場合には、熱交換器を別途設置して、当該空調装置と熱交換された熱媒体が直接的または間接的に輻射装置２０に導入されるように構成されていることが好ましい。

また、上記に示す実施形態において、空調装置は第一建物Ｂ１に設置される第二空調装置１２と第二建物Ｂ２に設置される第一空調装置１１とから構成されているが、本発明はこれに限られない。第一建物Ｂ１には第二空調装置１２は設置されず輻射装置２０のみが設置されていてもよい。または、第二建物Ｂ２を設けずに、第一建物Ｂ１に第二空調装置１２及び輻射装置２０を設置して、第一建物Ｂ１において空調システム１が成立するように構成されていてもよい。この場合には、第一建物Ｂ１単独において、エネルギー効率を向上させることができる。

１，２…空調システム
１１…第一空調装置
１２…第二空調装置
２０…輻射装置
３１…第一熱交換器
３２…第二熱交換器
３３…第三熱交換器
４１…第一冷却装置
４２…第二冷却装置
５１…第一冷却塔
５２…第二冷却塔
Ｂ１…第一建物
Ｂ２…第二建物

Claims (4)

1. 冷温の熱媒体が導入される空調装置と、
   前記空調装置から導出され、前記冷温よりも温度上昇した第一中温の前記熱媒体が直接的または間接的に導入される輻射装置と、
   前記輻射装置から導出され、前記第一中温よりも温度上昇した第二中温の前記熱媒体が直接的または間接的に導入される冷却装置と、を備えることを特徴とする空調システム。
2. 前記冷却装置は、
   前記第一中温の前記熱媒体が直接的または間接的に導入され、前記熱媒体を前記冷温に冷却する第一冷却装置と、
   前記第二中温の前記熱媒体が直接的または間接的に導入され、前記熱媒体を前記第一中温に冷却する第二冷却装置と、を有し、
   前記第一冷却装置で前記冷温に冷却された前記熱媒体は、前記空調装置に直接的または間接的に導入され、
   前記第二冷却装置で前記第一中温に冷却された前記熱媒体は、前記輻射装置に直接的または間接的に導入されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
3. 前記空調装置から導出した前記第一中温の前記熱媒体及び前記輻射装置から導出した前記第二中温の前記熱媒体が直接的または間接的に導入され、大気との熱交換により前記第一中温の前記熱媒体及び前記第二中温の前記熱媒体を冷却可能な冷却塔を、さらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の空調システム。
4. 前記空調装置は、第一建物に設置され、
   前記輻射装置は、前記第一建物とは異なる第二建物に設置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の空調システム。

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