JP2020016426A - 置換空調システム - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、熱・顕熱が発生する発熱体(調理釜)を有する給食センター等の施設において置換空調が採用されることがあり、調理者のいる下層域のみに行き渡るように空調した空気を給気することが行われている。具体的には、人のいる下層域のみを空調処理した給気で置換空調による顕熱処理を行い、調理釜から生じた湯気をその直上にある排気フードを介して屋外に排気することにより潜熱を処理するというものである。
また、特許文献1には、置換空調による気流の流れによって換気を行う置換換気システムであって、給気用空調機の熱交換器と配管接続された床面冷却ユニットを備えるものが開示されている。
そして、排気フードが室内に設けられていない場合には、下層域にある調理釜から発生する湯気によって、作業領域(下層域)の気温を上昇させることがあり、下層域の温湿度環境を損なうことがあった。
特許文献1に係る置換換気システムについては、床面冷却ユニットを設けるための大幅な設備の改良が必要となりコストがかかるため採用しにくいという問題があった。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の理解を容易にするための一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。すなわち、以下に説明する設備、機器の種類、個数等については、本発明の趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
また、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
まず、図1及び図2を参照して、本発明の概要について説明する。図1は、第1実施形態に係る置換空調システムSの構成を示す模式的な構成図、図2は、第1実施形態に係る置換空調システムSを採用した給食センターの室内を示す模式的な説明図である。
本実施形態に係る置換空調システムSは、熱(潜熱及び顕熱)を発生させる発熱体(調理釜20)が設けられた室内を空調するためのものである。室内は、下側流路(下側ダクト4)及び上側流路(上側ダクト6)のそれぞれによって屋外と繋がっている。置換空調システムSは、室内における人の活動域である下層域に、屋外からの空気を給気するときの給気口となる下側吹出部1と、室内において下側吹出部1よりも高い位置に設けられており、屋外からの空気を上層域に給気するときの給気口となる上側吹出部2と、を備える。下側吹出部1は、下側流路(下側ダクト4)を介して屋外に繋がっており、上側吹出部2は、上側流路(上側ダクト6)を介して屋外に繋がっている。
さらに、置換空調システムSは、室内において上側吹出部2よりも高い位置に設けられて、室内から屋外に空気を排気する排気口3と、下側流路(下側ダクト4)に設けられた空調機8と、下側吹出部1及び上側吹出部2のそれぞれから室内に給気するための送風機(ファン10、11、17)と、を備える。
上側流路(上側ダクト6)中の空気に対する熱交換量は、下側流路(下側ダクト4)中の空気に対する空調機8による熱交換量よりも小さいことを特徴とする。
特に、発熱体(調理釜20)から顕熱とともに潜熱を伴う湯気21が発生している場合に、上側吹出部2からの気流の誘引によって、湯気21の拡散を抑制できるため、室内の温熱環境を調整して作業環境を良好にすることができる。
また、「下層域」とは、本実施形態においては室内における床面から約1.8m以下の領域をいい、「上層域」とは、室内において下層域よりも上層にある領域をいうものとする。
また、「送風機」は、空調機と別体として設けられていても、空調機に包含されるものであってもよい。
次に、図1及び図2に加え、図3を参照して、第1実施形態に係る置換空調システムSの各部の構成について説明する。図3は、下側吹出部1の吹出孔1b、及び上側吹出部2の吹出孔2bの形状、並びにダクトの構成を説明する模式的な部分断面図である。
<下側吹出部について>
下側吹出部1は、人のいる下層域に給気するために室内の側壁12Aに設けられた吹出部であり、下側ダクト4及び空調機8を介して外気と接続されている。
本実施形態に係る下側吹出部1は、吹出孔1bを有するパンチプレート1aによって構成されている。
吹出孔1bは、図3に示すように、積極的に下向きに傾斜しているわけではなく、水平向きに形成されている。夏季においては、空調機8によって冷却されることにより密度の高い空気が室内に供給されるため、後述する上側吹出部2から供給される生外気(空調処理を施さない外気をいう。以下、同じ。)よりも下方に流れ込むこととなる。このようにして、人のいる下層域のみを効果的に空調することができる。
なお、加熱コイルは外気が所定の温度より低いときに作動されるものであるが、例えば気温の高い夏季のみ用いるような場合には、空調機8は、加熱コイルを必ずしも備える必要はない。
上側吹出部2は、熱を帯びた湯気21を誘引する空気を屋外から室内に給気するために室内の側壁12Aに設けられた吹出部であり、上側ダクト6を介して外気と接続されている。本実施形態に係る上側吹出部2は、湯気21を誘引する空気(生外気)が排気口3に向かうように、生外気を室内に供給するものである。上側ダクト6にはファン11が設けられており、ファン11が稼動することによって、外気が上側ダクト6を介して上側吹出部2から室内に給気されることになる。
吹出孔2bは、図3に示すように、室内に向かうに連れて斜め上方に延在するように形成されている。このように、上側吹出部2が構成されていることにより、湯気21を誘引するための空気を下層域にいる人に向かわせずに、上方にある排気口3に向かわせることができる。
しかしながら、上記のように、上側吹出部2が室内に向かうに連れて斜め上方に延在するように形成されていることで相対的に温度の低い空気が下層域にまで沈降することを抑制できる。
「斜め上方に延在する」とは、図3に示す斜めに延在する傾斜面を有する形状に限定されず、円弧状に斜め上方に延在するものや、階段状に斜め上方に延在するものを含む。また、上側吹出部2は、部屋の壁の開口から室内に突出して形成されているものに限定されず、部屋の壁内に形成されるものであってもよく、ルーバーのような形状であってもよい。
上記のように、下側吹出部1の給気量を上側吹出部2の給気量よりも確保することで、下層域にいる人にとって快適な環境に調整しやすくなる。さらに、上側吹出部2から吹き出される空気の流速が、下側吹出部1から吹き出される空気の流速よりも大きい。つまり、下側吹出部1から吹き出される空気の流速が小さいことで、下側吹出部1から吹き出される空気による下層域の人の活動領域への影響を抑制することができる。これとともに、上側吹出部2から吹き出される空気の流速が大きいことで、発熱体(調理釜20)から発生した熱を効果的に排気口3に誘引することができる。
上記のように、冬季においては、後述するように、上側吹出部2から給気される空気の温度は、下側吹出部1から給気される空気の温度よりも低い。温度が低いことで相対的に密度が大きい空気が上側吹出部2から室内に給気されたとしても、上側吹出部2から吹き出される空気の流速が下側吹出部1から吹き出される空気の流速よりも大きいことで、冷たい空気が下層域にまで沈降することを抑制できる。
また、置換空調システムSは、ファン10、11、後述する排気用ダクト19にあるファン17、及び空調機8に電気的に接続されて、これらを制御する制御装置Cを備えるものであってもよい。
制御装置Cは、人の入力による調理釜20の大きさ、数、調理対象の水分量又はその加熱量等に係るデータに基づいて、ファン10、11の回転量を制御して下側吹出部1及び上側吹出部2からの室内への給気量を調整してもよい。また、制御装置Cは、図示せぬ温度センサによって取得された外気温及び室内の温度に係るデータに基づいて空調機8を制御して給気する空気の温度、湿度を自動制御するようにしてもよい。
置換空調システムSは、下側吹出部と屋外に接続された下側ダクト4と、上側吹出部と屋外に接続された上側ダクト6と、後述する排気口3と屋外に接続された排気用ダクト19と、を備える。本実施形態においては、室内に給気される空気が通る上側ダクト6には、下側ダクト4と異なり、空調機が設けられていない。
つまり、上側ダクト6に接続された上側吹出部2は、空調が施されていない外気(生外気)を屋外から室内に給気可能に構成されている。なお、「外気に空調を施さずに取り込み可能」とは、上記のように空調機が設けられていない構成に限定されず、後述のように、空調機9(図4参照)が設けられているが、空調機9が稼動しない構成を含むものである。そして、空調機9が稼働しない構成については、後述のように夏季においてのみ稼働しないものを含む。
また、「空調」とは、熱交換や加熱・冷却による温度調整、及び乾式・湿式の湿度調整をいう。特に、湿度調整においては、湿式の湿度調整を施さないようにすれば、冷却コイルを備える必要がなく、設備投資にかかるコストを抑制することができる。
このように、湯気21を誘引するための用いられる上側ダクト6から給気される空気を空調せずに、人のいる下層域に供給される下側ダクト4から給気される空気のみを空調することで、エネルギー消費を抑制できる。
排気口3は、主に調理釜20からの湯気21により、室内に発生した顕熱及び潜熱を含んだ空気を排気するものであり、上側吹出部2が設けられている側壁12Aとは異なる壁面、特に本実施形態においては、室内を形成する側壁12Bに設けられている。
このように、排気口3は、上側吹出部2が設けられている側壁12Aとは異なる壁面に設けられていることで、上側吹出部2から発熱体(調理釜20)の近傍を介し排気口3に向けて空気を送り出しやすくなる。
また、例えば、排気口3が天壁14に設けられていると、上側吹出部2から給気された顕熱及び潜熱を含んだ空気が天壁14に触れることによって結露し、水滴が天壁14に生じることがある。このようにして生じた水滴が天壁14から人の頭上に滴り落ちてくることがある。
一方で、天壁14ではなく、側壁12Bに排気口3が設けられていると、上側吹出部2から給気された顕熱及び潜熱を含んだ空気は、側壁12Bに触れやすくなり、結露した水滴が人に降りかかることを抑制できる。
しかしながら、本発明はこのような構成に限定されず、例えば、水滴受け用の樋を設けたり、排気口3の配置を人の活動域ではない部位の上方とすれば、天壁14に「排気口」が設けられていてもよい。
しかしながらこのような構成に限定されず、排気口3は、上側吹出部2が設けられた側壁12Aに隣接する側壁12Cに設けられていてもよい。
さらには、排気口3は、上側吹出部2と同じ側壁12Aに設けられてもよい。この場合には、上側吹出部2から給気される空気が排気口3に直接的に排出しないように、敷居となる図示せぬ障壁を設けるようにすればよい。具体的には、上側吹出部2から給気された空気が発熱体(調理釜20)の上方を通るように迂回して排気口3に向かうように、障壁を設けるようにすれば、発熱体から発生した湯気21を当該空気により網羅的に誘引することが可能となる。
一方で、湯気21を誘引させるように、上側吹出部2から供給される空気の流速が、下側吹出部1から供給される空気の流速よりも大きいため、上側ダクト6内にファン11が設けられていると好ましい。
次に、図4から図6を参照して、第2実施形態に係る置換空調システムS1について説明する。図4は、第2実施形態に係る置換空調システムS1の構成を示す模式的な構成図、図5は、第2実施形態に係る置換空調システムS1を採用した給食センターの室内を示す模式的な説明図である。図6は、下側吹出部1の吹出孔1b、上側吹出部2の吹出孔2b及び窓用吹出部16の吹出孔16bの形状、並びにダクトの構成を説明する模式的な部分断面図である。
本実施形態に係る置換空調システムS1は、図4〜図6に示すように、室内において上側吹出部2よりも上方に設けられている窓15と、窓15の曇りを抑制する空気を窓15に対して給気する窓用吹出部16と、を備える。
上側吹出部2から吹き出される空気や、湯気21からの熱により温められた空気が、窓15に触れることによって冷やされて結露し、これにより生じた水滴によって窓15に曇りが生じることがある。
具体的には、窓15を挟んで隣接する部屋の温度が、調理釜20のある部屋の上層域の温度よりも低い場合に、窓15に曇りが生じることがある。
この曇りの発生を抑制するため、隣接する部屋よりも温かい温度の空気を窓用吹出部16から給気し、その空気を窓15に触れさせて窓15の温度を高く保つことで、窓15の曇りの発生を抑制することができる。
窓用吹出部16から給気される空気は、詳細については後述するが、夏季にあっては生外気でよく、冬季にあっては、空調機9によって加熱された空気であって、空調機8により加熱された空気よりも温度が低い空気であるとよい。このようにすれば、エネルギー消費を抑えることができるため好適である。
窓用吹出部16の配設位置は、窓15に対して空気を吹き出すことができれば、その位置は任意である。本実施形態においては、窓15の上方に設けられて、下方に空気を吹き出す例を示しているが、窓15の側方に設けられていてもよく、窓15の下方に設けられていてもよい。
さらには、窓用吹出部16としてスリット状の吹出孔16bを有するものを例に説明したが、本発明はこのような構成に限定されない。
つまり、「窓用吹出部」は、窓15の全範囲をカバーできるように空気を送り込むことができれば、円孔等の非長尺断面の不図示のノズルが1基又は複数基並べられて構成されるものであってもよい。
外気が冷たい冬季において、生外気を室内に給気すると、冷気が沈降し、下層域の温度を低下させるとともに、潜熱により白霧が発生することがある。
本実施形態に係る空調機9は、この霧の発生を抑制するため、室内に取り込まれる外気を加熱して相対湿度を低下させる機能を有する。
例えば、夏季において、空調処理を行わずに外気を室内に取り込む場合には、空調機9を稼動しなければよい。この場合には、屋外から上側吹出部2に至るまでの流路中の空気に対する熱交換量はゼロとなる。つまり、上側吹出部2から吹き出される空気に係る熱交換量は、ゼロを含むものである。
下側吹出部1は、下側流路(下側ダクト4)を介して、上側吹出部2は、上側流路(上側ダクト6)を介して、窓用吹出部16は、窓用流路(窓用ダクト7)を介して屋外に繋がっている。上記のように、上側ダクト6には、空調機8とは異なる他の空調機9が設けられている。
このように、異なる空調がされた流路(ダクト)を介して下側吹出部1と上側吹出部2から室内に給気できることで、下側吹出部1、上側吹出部2ごとに異なる空調を行うことができる。
そして、上側流路(上側ダクト6)と窓用流路(窓用ダクト7)とは、屋外からの経路において、共通の空調機9が設けられた経路(メインダクト5)から分岐して形成されている。
このような構成によれば、上側吹出部2から給気される空気と同じ空気が窓用吹出部16から窓15に給気されることで、窓15に触れる空気の温度が大きく低下することを抑制でき、水滴によって窓15に曇りが生じることを抑制できる。また、窓用吹出部16用と上側吹出部2用とに別個の空調機9を設ける必要がなく、空調管理を容易でき、コストを低減できる。
なお、置換空調システムS2においては、第1実施形態に係る置換空調システムSのように、空調機9を備えない構成を適用することもできる。具体的には、上側流路(上側ダクト6)と窓用流路(窓用ダクト7)とは、屋外からの経路において、空調がされていない経路から分岐して形成されていてもよい。
本実施形態に係る制御装置Cは、人のいる下層域の温度環境に影響を与えず、かつ下層域の空気を誘引させることが可能な高さに設けられた上側吹出部2から夏季は生外気、冬季は外気を加熱したもの(温度10℃程度)を給気するように制御する。
例えば、本実施形態に係る制御装置Cは、記録された日付データが夏季に属する場合や、屋外に設けられた図示せぬ温度センサから屋外の温度が約30℃以上であることを示すデータを取得したときには、下側吹出部1から給気される空気の温度が約18℃となるように空調機8を稼働させる。この場合、制御装置Cは、空調機9を稼動させず、上側吹出部2から給気される空気の温度は外気温と同じ温度とする。
一方、制御装置Cは、記録された日付データが冬季に属する場合や、屋外に設けられた図示せぬ温度センサから屋外の温度が約0〜10℃であることを示すデータを取得したときには、下側吹出部1から給気される空気の温度が18℃となるように空調機8を稼働させ、上側吹出部2から給気される空気の温度が約0〜15℃となるように空調機9を稼動させる。
つまり、いずれの場合においても、空調機9の熱変換量は、空調機8の熱変換量よりも小さく抑えられて、省エネルギーとなるように制御装置Cによって制御されている。
最後に、変形例に係る排気フード18を備える置換空調システムS2について、図7を参照して説明する。図7は、変形例に係る排気フード18を備える置換空調システムS2を採用した給食センターの室内を示す模式的な説明図である。
排気口3に接続された排気フード18は、調理釜20Aから生じる湯気21を屋外にガイドするとともに、連通口18aにより、上側吹出部2から給気された空気を屋外に通す機能を有する。特に、排気フード18は、空気の還流の少ない側壁12Bに面して設けられていることで、調理釜20Aから生じた湯気21の顕熱及び潜熱が他の室内の空気に影響を及ぼすことが抑制されている。
(1)熱を発生させる発熱体が設けられた室内を空調するための置換空調システムであって、
前記室内は、下側流路及び上側流路のそれぞれによって屋外と繋がっており、
前記下側流路を介して前記屋外に繋がり、前記室内における人の活動域である下層域に、屋外からの空気を給気するときの給気口となる下側吹出部と、
前記室内において前記下側吹出部よりも高い位置に設けられて、前記上側流路を介して前記屋外に繋がっており、前記屋外からの空気を上層域に給気するときの給気口となる上側吹出部と、
前記室内において前記上側吹出部よりも高い位置に設けられて、前記室内から前記屋外に空気を排気する排気口と、
前記下側流路に設けられた空調機と、
前記下側吹出部及び前記上側吹出部のそれぞれから前記室内に給気するための送風機と、を備え、
前記上側流路中の空気に対する熱交換量は、前記下側流路中の空気に対する前記空調機による熱交換量よりも小さいことを特徴とする置換空調システム。
(2)前記上側吹出部は、空調が施されていない外気を前記屋外から前記室内に給気可能に構成されている(1)に記載の置換空調システム。
(3)前記上側流路には、前記空調機とは異なる他の空調機が設けられている(1)に記載の置換空調システム。
(4)前記上側吹出部は、前記室内に向かうに連れて斜め上方に延在するように形成されている(1)から(3)のいずれか一項に記載の置換空調システム。
(5)前記排気口は、前記室内を形成する側壁に設けられている(1)から(4)のいずれか一項に記載の置換空調システム。
(6)前記排気口は、前記上側吹出部が設けられている壁面とは異なる壁面に設けられている(1)から(5)のいずれか一項に記載の置換空調システム。
(7)前記下側吹出部からの給気量は、前記上側吹出部からの給気量以上であり、
前記上側吹出部から吹き出される空気の流速は、前記下側吹出部から吹き出される空気の流速よりも大きい(1)から(6)のいずれか一項に記載の置換空調システム。
(8)前記室内において前記上側吹出部よりも上方に設けられている窓と、
該窓の曇りを抑制する空気を前記窓に対して給気する窓用吹出部と、を更に備える(1)から(7)のいずれか一項に記載の置換空調システム。
(9)前記窓用吹出部は、窓用流路を介して前記屋外に繋がっており、
前記上側流路及び前記窓用流路は、前記下側流路とは異なる経路で前記屋外に繋がっており、
前記上側流路と前記窓用流路とは、前記屋外からの経路において、共通の空調機が設けられた経路、又は空調がされていない経路から分岐して形成されている(8)に記載の置換空調システム。
(10)前記窓用吹出部は、スリット状の吹出孔を有しており、前記窓に沿って設けられている(8)又は(9)に記載の置換空調システム。
1a パンチプレート
1b 吹出孔
2 上側吹出部
2a ボックス
2b 吹出孔
3 排気口
4 下側ダクト(ダクト)
5 メインダクト
6 上側ダクト
7 窓用ダクト
8 空調機
9 空調機(他の空調機)
10、11 ファン(送風機)
12A、12B、12C 側壁
14 天壁
15 窓
16 窓用吹出部
16a ボックス
16b 吹出孔
17 ファン(送風機)
18 排気フード
18a 連通口
19 排気用ダクト
20、20A 調理釜(発熱体)
21 湯気
C 制御装置
S、S1、S2 置換空調システム
Claims (10)
- 熱を発生させる発熱体が設けられた室内を空調するための置換空調システムであって、
前記室内は、下側流路及び上側流路のそれぞれによって屋外と繋がっており、
前記下側流路を介して前記屋外に繋がり、前記室内における人の活動域である下層域に、屋外からの空気を給気するときの給気口となる下側吹出部と、
前記室内において前記下側吹出部よりも高い位置に設けられて、前記上側流路を介して前記屋外に繋がっており、前記屋外からの空気を上層域に給気するときの給気口となる上側吹出部と、
前記室内において前記上側吹出部よりも高い位置に設けられて、前記室内から前記屋外に空気を排気する排気口と、
前記下側流路に設けられた空調機と、
前記下側吹出部及び前記上側吹出部のそれぞれから前記室内に給気するための送風機と、を備え、
前記上側流路中の空気に対する熱交換量は、前記下側流路中の空気に対する前記空調機による熱交換量よりも小さいことを特徴とする置換空調システム。 - 前記上側吹出部は、空調が施されていない外気を前記屋外から前記室内に給気可能に構成されている請求項1に記載の置換空調システム。
- 前記上側流路には、前記空調機とは異なる他の空調機が設けられている請求項1に記載の置換空調システム。
- 前記上側吹出部は、前記室内に向かうに連れて斜め上方に延在するように形成されている請求項1から3のいずれか一項に記載の置換空調システム。
- 前記排気口は、前記室内を形成する側壁に設けられている請求項1から4のいずれか一項に記載の置換空調システム。
- 前記排気口は、前記上側吹出部が設けられている壁面とは異なる壁面に設けられている請求項1から5のいずれか一項に記載の置換空調システム。
- 前記下側吹出部からの給気量は、前記上側吹出部からの給気量以上であり、
前記上側吹出部から吹き出される空気の流速は、前記下側吹出部から吹き出される空気の流速よりも大きい請求項1から6のいずれか一項に記載の置換空調システム。 - 前記室内において前記上側吹出部よりも上方に設けられている窓と、
該窓の曇りを抑制する空気を前記窓に対して給気する窓用吹出部と、を更に備える請求項1から7のいずれか一項に記載の置換空調システム。 - 前記窓用吹出部は、窓用流路を介して前記屋外に繋がっており、
前記上側流路及び前記窓用流路は、前記下側流路とは異なる経路で前記屋外に繋がっており、
前記上側流路と前記窓用流路とは、前記屋外からの経路において、共通の空調機が設けられた経路、又は空調がされていない経路から分岐して形成されている請求項8に記載の置換空調システム。 - 前記窓用吹出部は、スリット状の吹出孔を有しており、前記窓に沿って設けられている請求項8又は9に記載の置換空調システム。
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