JP2710707B2 - 天井輻射冷暖房システム - Google Patents

天井輻射冷暖房システム

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JP2710707B2
JP2710707B2 JP3185004A JP18500491A JP2710707B2 JP 2710707 B2 JP2710707 B2 JP 2710707B2 JP 3185004 A JP3185004 A JP 3185004A JP 18500491 A JP18500491 A JP 18500491A JP 2710707 B2 JP2710707 B2 JP 2710707B2
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勝彦 丸尾
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  • Devices For Blowing Cold Air, Devices For Blowing Warm Air, And Means For Preventing Water Condensation In Air Conditioning Units (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、天井面を冷却、あるい
は、加熱して室内の冷暖房を行なう天井輻射冷暖房シス
テムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来用いられている天井輻射冷暖房シス
テムとして図12に示すものがある。これは、天井スラ
ブ4内に配管された銅管17にヒートポンプなどの熱源
16からの冷却水、あるいは、加熱水をポンプ15によ
り供給し、天井表面温度を冷房を目的とする場合は20
℃程度、暖房を目的とする場合は35℃程度とすること
により室内の冷暖房を行なうものである。
【0003】他の実施例として実開平01−22918
号に示されている図13のようなシステムがある。これ
は、天井面としての格子天井材1の上方にむき出しの銅
管17を施し、この銅管17に図12のシステムと同様
に冷水あるいは温水を流し冷暖房を行なうものである。
このような天井面からの輻射による伝熱を利用した冷暖
房は、不快な気流が発生しにくいことと室内の上下温度
分布が非常に小さくなることにより快適な室内条件を得
ることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
12に示した従来技術による天井冷暖房システムにおい
ては、天井スラブ4内に銅管17を配管するため施工が
非常に難しく、限定された業者にしか施工できないとい
う欠点を有する。また、天井スラブの熱容量が大きいた
め、冷暖房の立ち上がりに非常に時間がかかるという欠
点を有する。
【0005】また、図13に示したシステムも同様、施
工が難しい。そして、両従来例とも水を循環させ冷暖房
を行なうため室内への漏水の危険があった。本発明は上
記問題点を解決しようとするものであり、その目的とす
るところは、天井表面の温度分布を小さくして、空気を
熱媒として使用しながら快適な空調を行なうことができ
る天井輻射冷暖房システムを提供するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の天井輻射冷暖房
システムは、単位面積あたり熱抵抗が0. 01m2 ・K
/W以上0. 4m2 ・K/W以下である天井材で構成さ
れる天井面と、前記天井材の裏面に形成され適切に断熱
された閉空間と、前記閉空間内に冷気あるいは暖気を循
環させる熱源および送風機から成ることを特徴とするも
のである。
【0007】また、単位面積あたり熱抵抗が0. 01m
2 ・K/W以上0. 2m2 ・K/W以下である天井材を
用い、その天井材裏面に適切に断熱された閉空間を形成
し、その閉空間内をヒートポンプなどの熱源により冷却
あるいは加熱された空気を循環させることにより天井表
面温度を冷房を目的とする場合は20℃程度、暖房を目
的とする場合は35℃程度とすることにより冷暖房を行
なうものである。
【0008】
【作用】本発明の天井輻射冷暖房システムは、空気を熱
媒として用いている。従来例に示した水を熱媒として天
井輻射冷暖房を行なう場合と比較して、空気は比熱が水
に比べて小さいため、天井表面温度分布を大きくさせな
いためには、天井裏面に流す流量を非常に多くするか、
室温と天井表面温度との温度差を小さい環境とする必要
がある。そのため、一般に、空気熱媒は天井冷房に適さ
ないとされている。そこで、本発明における天井輻射冷
暖房システムでは、天井材の単位面積あたり熱抵抗が
0. 01m2 ・K/W以上0. 4m2 ・K/W以下で、
好ましくは熱抵抗が01m2 ・K/W以上0. 2m2
K/W以下とし、その天井材裏面をヒートポンプ等の熱
源により冷却あるいは加熱された空気を循環させること
で解決した。以下のその原理を簡単に説明する。
【0009】図7のごとき天井輻射冷暖房システムを施
工したとして(施工面積8. 5m2 )、簡単なシュミレ
ーションをしてみた。いま冷暖房を考えて、28℃の室
温で天井裏面の空間に400m3 /hの冷気を循環させ
天井平均温度を22℃に設定したとする。1mm厚のア
ルミ板を天井材として使用した場合と12mm厚のロッ
クウール天井材を使用した場合を比較すると第1表のご
とくなる。
【0010】 第1表 天井材 単位面積当たりの熱抵抗 表面温度分布 A点空気温 B 点空気温熱 伝導率 厚さ アルミ 164W/mk 6.1×10-6m2k/w 2.6℃ 16.1℃ 20.3℃ 1mm厚 ロックウール 0.08w/mk 0.15m2k/w 1.4 ℃ 7.7℃ 11.9℃ 12mm 厚 熱伝導のよいアルミ天井材を使った場合は、天井表面の
温度分布が2. 6℃であるのに対して熱伝導率の悪いロ
ックウール天井材を使った場合は、1.4℃と非常に温
度分布が小さくなっている。反面、天井裏面を流す冷気
の温度を低くする必要があるが次の方法により解決し
た。
【0011】いま一般に用いられるエアコンによる室内
冷房を考えると、エアコンは室内の空気を取り込み冷却
して室内に放出する。この場合室内に吹き込まれる冷気
の温度は15℃前後であるのが一般的である。これに対
して図7のように適度に断熱を施した空間にヒートポン
プ等の熱源をいれクローズドで冷気を循環させることに
より容易に第1表のロックウール天井材を用いての冷房
に必要な低温冷気を得ることができる。
【0012】また、本発明は空気を熱媒として用いるの
で水を冷媒とする場合に比べて構造を非常に簡単にする
ことができる。そのうえ、熱容量を大きくする躯体が天
井材だけなので、熱容量が小さく、冷房あるいは暖房の
立ち上がりが早い。
【0013】
【実施例】本発明の実施例を図1および図2に示す。以
下にこれらの実施例の具体的な内容を記述するが本発明
は、以下の記述に限定されない。 ー実施例1− 本実施例は図1に示すように、8畳間の天井部分にアル
ミラミネートが貼られたロックウール製天井材1(単位
面積あたり熱抵抗が0. 17m2 ・K/W,厚さ12m
m)からなる天井を張り、その裏側に、断熱材5により
適切な断熱を施した閉空間である天井裏空間2に、熱源
としてのエアコン6を設置して天井裏空間2内に循環冷
気あるいは暖気8を流したものである。7は室外機であ
る。
【0014】冷房時には天井裏空気2を8℃程度とする
ことで室温28℃において平均天井表面温度22℃を得
ることができた。また冷房時の除湿は、室内3に除湿器
を持ち込んで行なった。暖房時には天井裏空間2を55
℃程度とすることで室温20℃において平均天井面温度
33℃を得ることができた。
【0015】−実施例2− 本実施例は8畳間の天井に図2に示すようなシステムを
施工したものである。天井材1として実施例1と同様の
ものを用いた。本システムは捨て貼り合板18と天井材
1で高さ2cmの流路を形成させており、幅4cm、高
さ2cmの野縁9を流れと平行に取り付け各流路10と
の仕切りおよび捨て貼り合板18と天井材1とのスペイ
サーとして使っている。前記流路10の入口部および出
口部にはそれぞれヘッダー11が設けられている。前記
流路10と熱源16(エアコン6)との接続の詳細を図
3に示す。流路は2つの同様なものを並列としてそれぞ
れの流路の入口13、出口14をダクト12により熱源
16(エアコン6)と接続している。前記ヘッダー11
の断面積は十分に大きいので、ヘッダー11部分の圧損
は、流路部分の圧損に比べて十分小さい。そのため各流
路10の冷気あるいは暖気の流速はほぼ均一である。こ
の実験装置を使って天井冷房を行なったデータを図4に
示す。本実験における除湿は、室内に除湿機を持ち込ん
で行なった。また、天井暖房を行なったデータを図5に
示す。
【0016】ー実施例3− 実施例2に用いた実験装置と同様な装置で、天井材とし
て透湿性を有し単位面積あたり熱抵抗が0. 17m2
K/W,厚さ12mmのロックウール製天井材を天井と
して同様な実験を行なった。この天井材の透湿率は、
8. 5 /m3 h・mmHgであった。この実験装置を
使って天井冷房を行なったデータを図6に示す。また本
実験においては除湿機を使用しなかった。図6からもわ
かるように快適な冷房空間を得ることができた。さらに
特筆すべき点として除湿機を使用していないのにかかわ
らず、天井材1に結露が起こらず、エアコン6のドレイ
ン水として600g/h程度の排水があった。このこと
は透湿性を有する天井材を用いた本装置は、除湿機能を
有することを示している。
【0017】ー実施例4ー 図8乃至図11は実施例4を示していて、空気循環式天
井冷房システムの構成を表す断面の略図を図8に示す。
図9は天井面を形成する流路を表し、上面をグラスウー
ル5aにより断熱した合板18aと天井材1との野縁9
(野縁の間隔30cm)をスペーサーとして高さ2cm
の空気流路10を形成している。本実験に用いた天板材
1はロックウールを主成分とする15mm厚の多孔質材
料で、熱伝導率は0.04W/m・k(単位面積あたり
の熱抵抗0.38m2 ・k/wで、透湿率は5.5g/
2 ・h・mmHgである。図8のごとく流路10の両
端部にはそれぞれ断面が30cm×10cmのへッダー
を設け一つのモジュールとしている。一つのモジュール
の輻射面の大きさは1.5m×2.7mである。へッダ
ー部分の圧損は流路部分の圧損に比べ充分小さいので、
各流路の空気抵抗は略均一となる。モジュールの入口部
分にはシロッコファンを取付け各流路を約2.5m/s
で空気が流れるようにしている。実験においては、図1
0のように同一モジュールを2つ並列させて室内の天井
部分に設置し、それぞれの入口13,14をΦ150m
mのダクトにより冷却機と接続した。輻射面の面積は
8.1m 2 (敷設率62%)である。エアコン(冷却
機)6は松下電器産業(株)製のパッケイージ形エアコ
ンCSー36ZH3(冷房能力3550kcal/h)
を使用した。
【0018】室内寸法;3.6L ×3.6mW ×2.2
5mH (8畳相当) 窓 ;3.2mW ×1.8mH 南向 単層ガラス二重サッシ+レースカーテン 熱損失係数;3.3kcal/m2 h℃ (単位床面積当たりの建物の熱貫流率) 室内に在室2名を想定し、超音波加湿器を用い160g
/hで加湿をおこなった。人体からの発熱は室内に設置
したパソコン等からの機器発熱(240kcal/h)
で代用した。
【0019】天井冷房実験値時の室内の温湿度状態の一
例を図11に示す。天井モジュール内を循環する冷気の
温度は入口部分の平均で9.6℃、出口部分の平均で1
2.3℃、輻射面である天井面の平均温度は21.3℃
である。この時の室内平均温湿度は27.2℃,43%
RH、室外平均温湿度は31.8℃,52%RHであっ
た。天井面への結露は発生しなかった。また、エアコン
6より出てくるドレン水量は580g/hであった。
【0020】以上のように室内平均温湿度27.2℃,
43%RHで天井面結露の発生しない良好な室内環境を
つくることができた。
【0021】
【発明の効果】本発明の天井輻射冷暖房システムによれ
ば、熱媒として従来の水ではなく空気を用いているの
で、漏水の心配がなく、装置全体が簡素化できたので施
工が非常に容易に行なうことができる。また、天井材の
単位面積あたり熱抵抗が0. 01m2 ・K/W以上0.
4m2 ・K/W以下として、好ましくは熱抵抗が0. 0
1m2 ・K/W以上0. 2m2 ・K/W以下として、冷
却あるいは加熱空気を天井材裏面の閉空間で循環させる
ようにしたので、天井冷暖房に必要な天井表面温度を確
保でき、かつ、天井表面の温度分布を非常に小さくでき
る。そのため、空気を熱媒として使用した装置であって
も快適な空調空間を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の概略断面図である。
【図2】(a)は同上の他の実施例の概略断面図、
(b)は同上の部分拡大断面図である。
【図3】同上の天井構成を示す斜視図である。
【図4】本発明の性能を示す実験データの特性図であ
る。
【図5】本発明の性能を示す実験データの特性図であ
る。
【図6】本発明の性能を示す実験データの特性図であ
る。
【図7】同上のシュミレーションを行なったモデルを示
す概略断面図である。
【図8】同上の更に他の実施例の概略断面図である。
【図9】同上の部分拡大断面図である。
【図10】同上の天井構成を示す斜視図である。
【図11】同上の性能を示す実験データの特性図であ
る。
【図12】従来例の断面図である。
【図13】他の従来例の概略破断斜視図である。
【符号の説明】
1 天井材 2 天井裏空間 3 室内 6 エアコン(室内機) 16 熱源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−230940(JP,A) 実開 昭63−34813(JP,U) 実開 昭62−154107(JP,U) 実開 昭61−141406(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】単位面積あたり熱抵抗が0. 01m2 ・K
    /W以上0. 4m2 ・K/W以下である天井材で構成さ
    れる天井面と、前記天井材の裏面に形成され適切に断熱
    された閉空間と、前記閉空間内に冷気あるいは暖気を循
    環させる熱源および送風機から成る天井輻射冷暖房シス
    テム。
  2. 【請求項2】単位面積あたり熱抵抗が0. 01m2 ・K
    /W以上0. 2m2 ・K/W以下である天井材で構成さ
    れる天井面と、前記天井材の裏面に形成され適切に断熱
    された閉空間と、前記閉空間内に冷気あるいは暖気を循
    環させる熱源および送風機から成る天井輻射冷暖房シス
    テム。
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