JP2567295B2 - 換気空調方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，内部発生熱をもつ部屋や塵埃を嫌う部屋を
快適且つ清浄な温熱環境に省エネルギー的に維持する換
気空調方法に関する。

〔発明の背景〕 従来の空調システムの最も代表的な方式では，室内の
発生熱を給気空気により吸収させるか（冷房の場合），
室内で不足する熱を吸気空気で供給する（暖房の場合）
ことを内容としている。この場合，室内空気と給気空気
との完全混合が前提となる。したがって，冷房の場合で
は室内温度より低温の空気を，暖房の場合には室内空気
より高温の空気を給気することになる。近年のオフイス
ビルでは，冬期においても冷房負荷である場合があり，
この場合には冷風が吹き出される。OA機器類が多数導入
されること等によって内部発生熱が増えたことによる。
従来の空調システムでは一般に室内の内部発生熱を内部
熱負荷とし，この発生熱を給気空気によって吸収させる
ことを前提として給気の温度と給気量が定められ，また
そのような設計が行われているが,OA機器類の増加と偏
在化によって内部発生負荷の増大とそのアンバランスな
分布を生じさせる結果となり，既存の設備では対応でき
ない場合も生じている。またパーテイションシステム等
のように小区画に仕切るいわゆるニューオフイス化も気
流を阻害する要因となっている。これらは，いずれも空
調システムの熱負荷計算の前提である「完全混合」を崩
壊させる方向に作用し，快適性を損なう室温分布を発生
せしめるに至っている。このことは，従来の床吹き空調
システムでも同様であり，足元が冷えるなどのクレーム
の原因はここにある。

また，完全混合方式では熱や塵埃を室内に拡散希釈す
ることになるから，十分な換気を行うという要求とは相
入れないことになり，臭気・塵埃・煙草の煙等の混入し
た汚染空気を新鮮な空気で効率よく置き換えることは出
来難い。

本発明はこのような問題を根本的に改善する換気空調
方法を提供しようとするものであり，床吹きシステムを
基本とするものである。床吹き方式には既に幾つかの実
施例があるが，温熱環境的には冷房時に足元が冷える等
の問題が指摘されており，設備費用上のメリットも特に
認められていないのが実状である。

〔発明の構成〕

本発明によれば，空調対象室の床全面を多孔板とした
うえこの多孔床の床下空間を給気プレナムに形成し，該
室の天井全面を多孔板としたうえこの多孔天井の天井裏
空間を排気プレナムに形成し，該給気プレナムに給気を
導入することにより，多孔床全面から室内に上向きに給
気したうえ多孔天井を介して排気プレナムに室内空気を
排出させる空調方法において，多孔床の全面から0.2m/s
ec以下の一様な低風速で室内に連続的に給気し，この一
様吹出気流によって室内空気を多孔天井面に向けて一様
に押し出すピストンフローを形成すること，給気プレナ
ムへ導入する空気の温度を室内設定温度に制御するこ
と，そして，外気温度が室内設定温度より高いときに該
給気の全てを外気でまかなったうえこの外気を室内設定
温度に制御し，外気温度が室内設定温度より低いときに
排気の一部を外気に混合して室内設定温度に制御するこ
とを要件とする換気空調方法を提供する。

そのさい，多孔床には，一様な層流状の上向き吹出し
気流が得られるように，一様な空気抵抗をもつメッシュ
またはポーラス材料の層を設けておく。

〔作用〕

室内設定温度の空気を床全面より上向きに一様に低速
で給気してピストンフローを形成させることによって，
設定温度の給気空気だけで作業員のいる床上空間（居住
域）を包むことができるので温熱環境を常時整えること
ができる。また，人体やOA機器等から発生する熱は上昇
流となって上方に移動し，居住域の空気と混合すること
なく排気に同伴して排出される。浮遊塵埃や煙も居住域
に拡散することが回避される。また，外気温度に応じて
新鮮な外気を可及的多量に吸気の製造に使用するから，
換気が良好に行われる。吹出風速は0.2m/sec以下の気流
を感じない程度の低速であり，これによって層流状の吹
出気流が形成され，換気回数は天井高さとも関係するが
10回／時間程度の範囲で良好な換気空調成果が得られ
る。

ピストンフローを形成する技術はクリーンルームにお
いて層流型クリーンルーム或いはダウンフロークリーン
ルームとして天井部より床面に向けて気流を形成する方
法において実用されているが，この場合には塵埃の除去
と温度の均一化のために換気回数は500回／時間程度に
もなっている。本発明でもかようなピストンフローを形
成する技術を応用するものであるが，床部より天井面に
向けたピストンフローを形成するものであり，床部近傍
の居住域が設定温度の低速給気によって温熱的な快適域
に形成され且つ熱の放散が防止されるものである。

〔発明の詳述〕

以下に図面を参照しつつ本発明の内容を具体的に説明
する。

第１図において１は空調対象室であり，この部屋１の
床全面を多孔板２で形成する。この多孔板２は十分な強
度をもち且つ孔の分布が規則性をもったパンチングボー
ド，金属や樹脂製の多孔スクリーン板等の装飾性に優れ
たものを使用する。その下方に，一様な空気抵抗をもつ
メッシュまたはポーラス材料等からなる空気抵抗層３を
張り渡す。このように構成された多孔床の床下空間を給
気プレナム４とし，ここに室内設定温度の給気５を送入
する。一方，天井部にはその全面に多孔板６を張り渡
し，この多孔板６の上部の天井裏空間を排気プレナム７
とする。この排気プレナム７内の空気を排気風道８を経
て排気口９に導く。

給気プレナム４に送入する給気５は従来の空調システ
ムとは異なり室内設定温度となるように制御し，この温
度の給気を，外気温度にもよるが殆んど外気を用いて作
る。このため，外気取入口11から給気プレナム４に通ず
る給気風道11を施設しこれにフイルタ12と給気フアン13
を介装させる。また，空気冷却器14と空気加熱器15を設
け，これに外気を通ずることによって必要温度に冷却ま
たは加熱する。空気冷却器14は冷水が通水する水対空気
熱交換器，空気加熱器15は電気ヒータが便宜であるが高
温水が通水するものでもよい。また，排気風道８から給
気風道11に連結ダクト16を施設し，ダンパ17,18の開度
制御によって外気に排気の一部を混入できるようにし，
また，空気冷却器14と空気加熱器15をバイパスするバイ
パスダクト19を設け，ダンパ20,21の開度制御によって
場合によっては外気をそのまま用いて換気が行なえるよ
うにする。

このような給気側の設備によって，外気温度が室内設
定温度より高い場合には，連結ダクト16のダンパ17を閉
じ，外気だけをフイルタ12および空気冷却器15に通し，
この外気を室内設定温度にまで冷却してから給気プレナ
ム４に送気する。他方外気温度が室内設定温度より低い
場合には，連結ダクト16の開度制御によって必要量の排
気を外気に混入させ，室内設定温度にしてからバイパス
ダクト19を経て給気プレナム４に送気するか，この排気
の混合だけで室内設定温度に高めることが無理なときは
この混合空気を空気加熱器15でその温度まで昇温してか
ら給気プレナム４に送気する。いずれにしても，多孔床
から室内に上向きに吹き出す空気の風速は0.2m/sec以
下，好ましくは0.1m/sec以下の微風速とする。この吹出
空気流は，空気抵抗層３によって給気プレナム４が正圧
に維持されつつ多孔床全面から一様な上向き流となって
室内にゆっくりと吹き出される。

以下にこの換気空調をインテリジエントビルの或る部
屋に適用した場合を例として具体的に説明する。このよ
うなOA機器類が存在する部屋の内部発生熱を70Kcal/Hr/
m²であるとする。

先ずこの部屋を従来の完全混合方式で空調する場合に
ついて見ると，必要換気回数（Ｎ）は，天井高さ
（Ｈ），給気温度と室内設定温度との差（ΔＴ）を考慮
しておよそ次の式で定まる。

Ｎ＝Q/（0.29×ΔＴ×Ｈ） Ｑ＝単位面積当りの内部熱負荷→70Kcal/Hr/m² いま，天井高さ＝2.4m,室内設定温度を25℃とした場
合，ΔＴをパラメータとして，必要換気回数（Ｎ）と給
気温度（Ts）を求めると， ΔＴ Ｎ Ts（℃） 5 20.1 20 10 10.1 15 15 6.7 10 となる。

他方，本発明法による場合について見ると，給気温度
は室内設定温度25℃にほぼ等しい25℃前後であるから，
必要吸気量つまり換気回数を定める指標となる物理量は
温度ではなく，外気導入量，臭気濃度，塵埃濃度等を指
標とすることになる。この場合，室内発生熱によって室
内上部の空気温度（Tu）は昇温する。この温度上昇を換
気回数をパラメータとして計算すると次のようになる。
但し内部発生負荷や天井高さは前記と同じ条件とし，完
全なピストンフローが形成され熱の拡散は生じないと仮
定する。Vsは平均吹出し速度である。

Ｎ ΔＴ Tu（℃） Vs（m/sec） 5 20.1 45.1 0.0033 10 10.1 35.1 0.0067 15 6.7 31.7 0.01 すなわち本発明法によれば，従来方式の標準的な換気
回数と考えられる７回／時間で考えると，室内上部の空
気温度は39.4℃となり，一般的な日本の夏期設計外気温
度より高くなる。また室内の潜熱負荷を考慮するとエン
タルピー差も小さい。したがって，設定温度（25℃）の
給気を得るのに排気（39.4℃）を還気に用いるよりも，
この排気よりも温度が低く且つ温湿度の変動の少ない外
気を用いた方が熱源負荷は小さくて済む。周年を通じて
外気温度が39.4℃を超えることは稀であるから，夏期の
外気設計条件下においても全外気運転が可能となる。省
エネルギーを優先するのであれば，エンタルピー差を検
出し，全外気運転の採否を判定してから外気温度を制御
すればよい。

いずれにしても，本発明法によれば，ピストンフロー
によって内部発生熱で昇温した空気は室内に拡散するこ
となくそのまま天井部から排気されるので，外気温度が
室内設定温度より高い場合において，該高温の排気は還
気として利用せずに全量系外に排気し，室内設定温度に
等しい温度の給気を得るのにその全量を外気（還気な
し）とすることによって，空調システムの全熱負荷を低
減できる。他方，外気温度が室内設定温度より低くなっ
た場合には，ピストンフローゆえに室内空気中にそれほ
ど拡散することなく高温のまま押し出されてくる排気の
一部を還気に利用し，この還気を外気と混合させること
によって加熱負荷を低減させることができる。

〔効果〕

このようにして本発明法によれば以下のような優れた
効果が奏される。

．温熱環境の改善が図れる。すなわち，床全面から微
流速（たぶん多くの人は空気の流れを感じない）で温熱
的に快適な温度の空気が人が居る床近傍の居住域に給気
されるので，居住域全体が均一で快適な温熱環境とな
る。このことは，ピストンフローによって内部発生熱が
上部に移動することとも関係する。

．熱源負荷が低減する。すなわち，内部発生熱は室内
に拡散することなく高温のまま室外に排出されるので，
内部発生熱で昇温した室内空気を低温空気と混合して設
定温度とする完全混合方式に比べて冷却負荷が減少する
と共に，外気温度が室内設定温度より高い場合には全量
外気，低い場合には外気の一部を用いて給気温度を設定
温度とする外気の直接的な導入によって空気冷却器や空
気加熱器の負荷は低減する。

．室内の空気質が向上する。従来の混合方式ではたと
え全外気方式を採用しても，室内に汚染源がある場合に
はそれが室内に拡散希釈し，空気質が低下したが，本発
明法ではこの拡散希釈は抑制される。例えば喫煙等によ
る室内空気の汚染はほぼ完全に防止できる。

．熱源設備系のイニシャルコストおよびランニングコ
ストが低廉である。前記の項の効果によって熱源設備
容量が低減し，また，給気温度は室内設定温度であるか
ら，従来の混合方式の給気温度に比べて10℃程度の差が
生じる（冷房の場合には10℃程度も高温の空気を給気す
ればよい）。これに伴って，空気冷却器の冷水の温度レ
ベルも高くすることが可能となり，ひいては冷凍機の成
績係数の向上（３割程度向上する）と冷凍機容量の低減
（同じく３割程度低減する）に寄与し，また保冷仕様も
軽減できることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法を実施する設備の例を示した機器配置
略断面図である。 １……空調対象室,2……床多孔板， ３……空気抵抗層,4……給気プレナム， ５……室内設定温度の給気， ６……多孔天井板,7……排気プレナム， ８……排気風道,10……外気取入口， 11……給気風道,12……フイルタ， 13……給気フアン,14……空気冷却器， 15……空気加熱器。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空調対象室の床全面を多孔板としたうえこ
   の多孔床の床下空間を給気プレナムに形成し，該室の天
   井全面を多孔板としたうえこの多孔天井の天井裏空間を
   排気プレナムに形成し，該給気プレナムに給気を導入す
   ることにより，多孔床全面から室内に上向きに給気した
   うえ多孔天井を介して排気プレナムに室内空気を排出さ
   せる空調方法において， 該多孔床の全面から0.2m/sec以下の一様な低風速で室内
   に連続的に給気し，この一様吹出気流によって室内空気
   を多孔天井面に向けて一様に押し出すピストンフローを
   形成すること， 該給気プレナムへ導入する空気の温度を室内設定温度に
   制御すること， 外気温度が室内設定温度より高いときに該給気の全てを
   外気でまかなったうえこの外気を室内設定温度に制御
   し，外気温度が室内設定温度より低いときに排気の一部
   を外気に混合して室内設定温度に制御すること， を特徴とする換気空調方法。
2. 【請求項２】多孔床は，一様な空気抵抗をもつメッシュ
   またはポーラス材料を備えている請求項１に記載の換気
   空調方法。
3. 【請求項３】換気は,12回／時間以下の回数で行われる
   請求項１または２に記載の換気空調方法。