JP3609781B2 - 躯体蓄熱を利用した空調設備 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、夜間電力を利用してコンクリート建築物のスラブに蓄熱を行い空調に利用できるようにした躯体蓄熱を利用した空調設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、コンクリート建築物のスラブに蓄熱させ、室内に送る空気がスラブ近くに経由するようにして空調を行うものがあった。しかし、従来のものはスラブの片面のみを使用するものが多く、効率的でなかった。また、スラブへの蓄熱の際に送った空気が室内にも送られてしまうものが多く、蓄熱の効率が十分ではなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、コストを抑制して効率よく蓄熱でき、蓄熱を利用して効率的な空調ができるようにした躯体蓄熱を利用した空調設備を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決した本発明の構成は、
１） 室内の床と床側のスラブの間に床側通気空間を設け、室内の天井と天井側のスラブの間に天井側通気空間を設けたコンクリート建築物において、床側通気空間と天井側通気空間を通気ダクトで連通し、天井側通気空間から取り込んだ空気を加熱又は冷却して通気ダクトから離れた位置で床側通気空間に送り込む空調装置を設け、室内の空気を天井側通気空間に吸い込む天井吸込口を天井に設け、床側通気空間の空気を室内に吹き出す床吹出口を床に設け、同床吹出口の開口を開閉するシャッター装置を床吹出口に設け、同シャッター装置で床吹出口を開くことで室内の空調を行い、床吹出口を閉じることでスラブへの蓄熱ができるようにした躯体蓄熱を利用した空調設備
２） 空調装置が、別の蓄熱装置を備えたものである前記１）記載の躯体蓄熱を利用した空調設備
３） 別の蓄熱装置が、水を貯めたタンク内を通過する冷媒を加熱又は冷却してタンク内に氷又は温水を貯めて蓄熱する蓄熱機能と空調装置に送る冷媒をタンクで加熱又は冷却する機能を備えたものである前記２）記載の躯体蓄熱を利用した空調設備
４） 最初に別の蓄熱装置で蓄熱した後、スラブへの蓄熱を行うようにした前記２）又は３）記載の躯体蓄熱を利用した空調設備
５） 夜間電力を使用して空調装置を作動させ蓄熱するようにした前記１）〜４）いずれかに記載の躯体蓄熱を利用した空調設備
６） 空調装置が、複数階のそれぞれに室内機を設け、共通の室外機を設け、熱交換のために循環させる温度媒体の配管が室外機及びそれぞれの室内機を接続するようにした前記１）〜５）いずれかに記載の躯体蓄熱を利用した空調設備
にある。
【０００５】
【作用】
本発明において、蓄熱を行う際には、空調装置を作動させ、シャッター装置が床吹出口の開口を閉じるようにする。空調装置から床側通気空間に送り込まれた加熱又は冷却された空気は床吹出口の開口が閉じられていることにより、室内には送られず、通気ダクトを通って天井側通気空間を通過して空調装置へ向かう循環した流れとなる。これによって、加熱又は冷却した空気は、室内の床側のスラブ及び天井側のスラブを蓄熱する。室内の暖房又は冷房を行う際には、シャッター装置が床吹出口を開口させ、空調装置が加熱又は冷却せずに送風して空気を床側通気空間に送り込むか、加熱又は冷却した空気を床側通気空間に送り込む。床側通気空間に送り込まれた空気は蓄熱されたスラブによって暖められるか又は冷やされて床吹出口より室内に吹き出して、室内の暖房又は冷房を行う。空気の流れは室内から天井吸込口を通って天井側通気空間を通過し空調装置に向かう循環した流れとなり、天井側通気空間を通過する際に空気は蓄熱されたスラブによって暖められるか又は冷やされることとなる。このように空気を循環させて蓄熱を利用して室内の冷房又は暖房を行う。
空調装置が別の蓄熱装置を備えているものは、別の蓄熱装置への蓄熱とスラブへの蓄熱を行って、さらに蓄熱を利用したり、使い分けたりできるようにする。別の蓄熱装置がタンクに温水又は氷を貯めるようにしたものは、タンク内を通過する冷媒によってタンク内の水を加熱又は冷却してタンク内に温水又は氷を貯めて蓄熱し、蓄熱したタンクで冷媒を加熱又は冷却して空調装置に送って暖房又は冷房を行う。
最初に別の蓄熱装置で蓄熱し、後にスラブへの蓄熱を行うようにしたものは、制御しないスラブの放熱性を考慮して、より使用に近い時間に蓄熱を行って熱のロス分を少なくする。
夜間電力を使用するようにしたものは、コストの低い夜間電力で空調装置を作動させて蓄熱を行い、昼間に使用する電力を節約するとともに、昼間の使用電力のピークを抑制して、少ない容量にしてさらにコストを抑制する。
空調装置が複数の室内機と共通の室外機からなるものは、室外機で冷却又は加熱した温度媒体を配管で各室内機に送るように循環させて空調を行うようにする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
暖房を行う際には、ボイラー等で加熱した温水等の媒体を配管で室内機に循環させるようにしてもよいし、室内機の内部にヒーターを設けてヒーターで加熱した空気を送って暖房を行うようにしてもよい。
シャッター装置は、制御によって開閉できるようにモーター等の作動で開閉するものが好ましい。
スラブは、上階の床側スラブが下階の天井スラブを兼ねるものが、スラブの上下両側から蓄熱されるので好ましい。
室外機としては、冷媒として冷媒ガスを用いコンプレッサーで圧縮して放熱、吸熱させるものなどがあり、本明細書中の冷媒の加熱、冷却には冷媒ガスの圧縮、膨張によるものが含まれるものとする。
他の蓄熱装置としては、温水を利用したものや、氷を利用したものなどがあり、効率よく利用でき、コストの低いものが好ましい。
【０００７】
【実施例】
本発明の実施例について図面を参照して具体的に説明する。
図１〜６に示す実施例は、空調装置として、コンクリート建築物の各階に室内機を設置し、その共通の室外機を屋上に設置し、タンクに貯めた水を加熱又は冷却して温水又は氷にして蓄熱し、室内機と室外機で空調装置とし、室外機とタンクで蓄熱装置とし、スラブが上下両側から蓄熱されるようにした躯体蓄熱を利用した空調設備の例である。
図１，３は実施例の躯体蓄熱を利用した空調設備の説明図である。図２は実施例の躯体蓄熱を利用した空調設備を使用して蓄熱及び空調を行っている状態を示す説明図である。図４〜６は実施例の躯体蓄熱を利用した空調設備のシャッター装置の説明図である。
図中、１は空調設備、２は室内機、２ａは給気管、２ｂは還気管、３は室外機、４はタンク、５は制御装置、６は温度媒体配管、８は床吹出口、９はシャッター装置、９ａは吹出しグリル、９ｂは風量調整シャッター、９ｃは固定板、９ｄは可動板、９ｅは軸、９ｆは開閉シャッター、９ｇは固定板、９ｈは可動板、９ｉは軸、９ｊはモーターボックス、９ｋは開口部、１０は天井吸込口、１１は通気ダクト、３０はコンクリート建築物、３１は室内、３１ａは天井、３１ｂは床、３２は天井側通気空間、３３は床側通気空間、３４はスラブ、３５は鉄骨である。
【０００８】
本実施例の空調設備１は、複数階を有するコンクリート建築物３０に設けたものである。
コンクリート建築物３０は、室内３１を形成する天井３１ａと天井側のスラブ３４との間に天井側通気空間３２を設け、室内３１を形成する床３１ｂと床側のスラブ３４の間に床側通気空間３３を設けている。スラブ３４の下方には耐熱材で覆われた鉄骨３５が設けられている。
このコンクリート建築物３０における天井側通気空間３２，床側通気空間３３は各階ごとに設けられるようにする。
実施例の空調設備１はまず、室内３１の一方の端となる位置に天井側通気空間３２と床側通気空間３３を連通させる断熱材で外周を覆った通気ダクト１１を設け、通気ダクト１１と反対側の室内３１の端側に室内機２を設ける。室内機２は、内部に取り込んだ空気を室外機３より送られてくる冷媒によって空気を暖め、暖めた空気を送り出す暖房ができ、かつ内部に取り込んだ空気を室外機３より送られてくる冷媒によって冷却し、冷却した空気を送り出す冷房ができる構造である。室内機２が内部に空気を取り込む空気取込口には還気管２ｂを取り付け、還気管２ｂの他端は天井側通気空間３２に取り付ける。また、室内機２が空気を送り出す空気送出口には給気管２ａを取り付け、給気管２ａの他端は床側通気空間３３に取り付ける。
【０００９】
室内機２に冷媒を送る室外機３は、コンクリート建築物３０の屋上に設置する。室外機３は、内部のコンプレッサーによって冷媒を圧縮冷却し、温度媒体配管６で冷媒を室内機２に送るものである。温度媒体配管６は、室内機２と室外機３を冷媒が循環するように配管する。
さらに室外機３に近接してタンク４を設ける。室外機３は、その冷媒を冷却してタンク４内を通過させてタンク４の水を氷にしていくようにし、また、切換によって室外機３は、冷媒をタンク４で冷却できるようにする。
次に、室内の天井３１ａには、室内３１と天井側通気空間３２を連通する常開の天井吸込口１０を複数設け、室内の床３１ｂには、室内３１と床側通気空間３３を連通する床吹出口８を設ける。
この床吹出口８には、シャッター装置９を設ける。シャッター装置９は図４〜６に示すように室内からシャッター装置９内部に物が落下せずに通気させるための吹出しグリル９ａを設け、その下方に、室内からの手動で開口の大きさを調整する風量調整シャッター９ｂを設け、その下方に、床側通気空間３３とシャッター装置９内部を通気させる開口部９ｋをモーターボックス９ｊの駆動で開閉する開閉シャッター９ｆを設ける。
風量調整シャッター９ｂは図５に示すように開口を複数設けた固定板９ｃと可動板９ｄを可動板９ｄが上になるように重ね合わせるように設け、可動板９ｄに軸９ｅを上方に伸ばすように設け、軸９ｅ上端は吹き出しグリル９ａから室内に露出させて、室内から軸９ｅを回転させることによって、固定板９ｃに対し可動板９ｄを回転させて、開口の重なり状態を変えて開口の面積を変えるようにして風量を調整できるようにする。
開閉シャッター９ｆは図６に示すように開口を複数設けた固定板９ｇと可動板９ｈを可動板９ｈが下になるように重ね合わせるように設け、可動板９ｈに軸９ｉを下方に伸ばすように設け、軸９ｉ下端をモーターボックス９ｊ内に位置させ、軸９ｉ下端にギアを設けて、モーターで駆動するようにする。
次に、室内機２，室外機３，シャッター装置９のモーターボックス９ｊを制御する制御装置５を設ける。
【００１０】
本実施例の空調設備１によって冷房を行う場合、まず夜間においてコストの低い夜間電力を利用し、室外機３で圧縮した冷媒をタンク４内を通過させ、タンク４内の水を製氷しタンク４内に氷を貯めて蓄冷を行う。本実施例では午後１０時〜午前５時まで、このようにタンク４に蓄冷を行ったならば、制御装置５によって切換を行って、室外機３の冷媒を温度媒体配管６によって室内機２に送るようにし、室内機２が還気管２ｂから取り込んだ空気を冷媒で冷却して給気管２ａから床側通気空間３３に送り出すようにする。また、この際には、制御装置５でシャッター装置９のモーターボックス９ｊを制御して、開口部９ｋを閉じるように開閉シャッター９ｆを作動させる。
開閉シャッター９ｆを閉じていることによって、室内機２から床側通気空間３３に送り出された冷却された空気は、室内に送られることなく床側通気空間３３を通過して床側のスラブ３４を冷却し、通気ダクト１１を通って天井側通気空間３２を通過して天井側のスラブ３４を冷却し、還気管２ｂから室内機２内部へ向かうように循環し、スラブ３４への蓄熱を行う。本実施例では、午前５時〜午前８時までの３時間程度、スラブへの蓄熱を行うようにする。室内機２から床側通気空間３３に送る空気は、１４℃程度とし、暑い時には、２８℃前後となるスラブを２２℃程度になるよう蓄熱する。
【００１１】
このようにして夜間に氷蓄熱とスラブ３４への蓄熱を行い、昼間に空調を使用する際には、制御装置５によってシャッター装置９のモーターボックス９ｊを制御して開口部９ｋを開くように開閉シャッター９ｆを作動させ、室外機３は作動させず、室内機２が空気を送風するようにする。室内機２から給気管２ａを介して床側通気空間３３に送られた空気は、スラブ３４によって冷却されて、開口部９ｋよりシャッター装置９内部に入り、吹出しグリル９ａより室内３１に吹き出して室内を冷却し、天井吸込口１０より天井側通気空間３２を通って再度冷却されるようにして循環し、室内を冷却する。このようにスラブ３４に蓄冷して室内を冷却すれば、空調を作動させた直後から十分な冷却が行われるため非常に効果高いものとなる。また、スラブ３４は、伝熱性が低いために長い時間蓄冷された状態を保つことができ、コストのかからない蓄冷となる。本実施例では、吹出しグリル９ａから室内にはすぐに冷却された空気が吹き出すことと、スラブ３４への蓄冷が予備的な冷房となることにより非常に早い空調の立上がりとなる。
このようにスラブ３４による冷却が行なわれ、さらに冷却を必要とする場合には、制御装置５により、室外機３を作動させる。
このように本実施例の空調設備１では、氷蓄熱とスラブへの蓄熱を併用することによって、氷蓄熱の設備規模を小さくしてコストを抑制し、夜間電力を利用して、空調にかかるコストを抑制でき、非常に好ましい。
【００１２】
本実施例の空調設備１によって暖房を行う場合には、室外機３によって温度の高い冷媒がタンク４内を通過するように循環するようにし、タンク４内の水を４０℃程度の温水となるように加熱してタンク４に貯めるようにして蓄熱する。本実施例では、午後１０時〜午前５時までタンク４に蓄熱する。その後、午前５時〜午前８時までの間、制御装置５によってシャッター装置９のモーターボックス９ｊを作動させて、開口部９ｋを閉じるように開閉シャッター９ｆを作動させ、室外機３から冷媒が室内機２に送られるようにし、還気管２ｂから室内機内部に取り込んだ空気を加熱して給気管２ａで床側通気空間３３に送り出す。開閉シャッター９ｆを閉じていることによって、室内機２から床側通気空間３３に送り出された加熱された空気は、室内に送られることなく床側通気空間３３を通過して床側のスラブ３４を加熱し、通気ダクト１１を通って天井側通気空間３２を通過して天井側のスラブ３４を加熱し、還気管２ｂから室内機２内部へ向かうよう循環し、スラブ３４への蓄熱を行う。本実施例では室内機２から床側通気空間３３に送り出す空気を３５℃程度にすることによって、３時間後でスラブ３４を３〜５℃程度上昇させ、２５℃前後となるように蓄熱する。
【００１３】
このように夜間にタンク４及びスラブ３４への蓄熱を行ない、昼間に空調を使用する際には、制御装置５によってシャッター装置９のモーターボックス９ｊを制御して開口部９ｋを開くように開閉シャッター９ｆを作動させ、室外機３は作動させず、室内機２が空気を送風するようにする。送風された空気は床側通気空間３３においてスラブ３４によって暖められて、シャッター装置９の吹出しグリル９ａより室内３１に吹き出して室内を暖め、天井吸込口１０より天井側通気空間３２を通って再度暖められるように循環し、室内を暖房する。また、時間の経過、気温の変化等に対応してタンク４の温水で暖めた冷媒を循環させて暖房を行う。このように本実施例の空調設備１では冷房と暖房の両方が夜間電力を使用してコストを抑制できる。なお、蓄熱分だけでは不足する場合には室外機３を作動させて不足分を補う。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、コストを抑制して効率よく蓄熱でき、蓄熱を利用して効率的な空調ができる。
空調装置が、別の蓄熱装置を備えているものは、さらに多くの蓄熱を行ったり、状況に応じた使い分けができる。
別の蓄熱が氷蓄熱装置であるものは、さらに効率よくコストを抑制して蓄熱できる。
最初に別の蓄熱装置で蓄熱し、後にスラブへの蓄熱を行うようにしたものは、スラブへの蓄熱状態を長時間保たなくてもよいように適した時間・順序にして、さらに効率的なスラブへの蓄熱を利用した空調設備にできる。
夜間電力を使用するようにしたものは、さらに運転コストを抑制した空調設備にできる。
空調装置が複数の室内機と共通の室外機からなるものは、温度媒体を効率的に利用でき、設備コストを抑制したものにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の躯体蓄熱を利用した空調設備の説明図である。
【図２】実施例の躯体蓄熱を利用した空調設備を使用して蓄熱及び空調を行っている状態を示す説明図である。
【図３】実施例の躯体蓄熱を利用した空調設備の説明図である。
【図４】実施例の躯体蓄熱を利用した空調設備のシャッター装置の説明図である。
【図５】実施例の躯体蓄熱を利用した空調設備のシャッター装置の説明図である。
【図６】実施例の躯体蓄熱を利用した空調設備のシャッター装置の説明図である。
【符号の説明】
１ 空調設備
２ 室内機
２ａ 給気管
２ｂ 還気管
３ 室外機
４ タンク
５ 制御装置
６ 温度媒体配管
８ 床吹出口
９ シャッター装置
９ａ 吹出しグリル
９ｂ 風量調整シャッター
９ｃ 固定板
９ｄ 可動板
９ｅ 軸
９ｆ 開閉シャッター
９ｇ 固定板
９ｈ 可動板
９ｉ 軸
９ｊ モーターボックス
９ｋ 開口部
１０ 天井吸込口
１１ 通気ダクト
３０ コンクリート建築物
３１ 室内
３１ａ 天井
３１ｂ 床
３２ 天井側通気空間
３３ 床側通気空間
３４ スラブ
３５ 鉄骨

Claims (6)

1. 室内の床と床側のスラブの間に床側通気空間を設け、室内の天井と天井側のスラブの間に天井側通気空間を設けたコンクリート建築物において、床側通気空間と天井側通気空間を通気ダクトで連通し、天井側通気空間から取り込んだ空気を加熱又は冷却して通気ダクトから離れた位置で床側通気空間に送り込む空調装置を設け、室内の空気を天井側通気空間に吸い込む天井吸込口を天井に設け、床側通気空間の空気を室内に吹き出す床吹出口を床に設け、同床吹出口の開口を開閉するシャッター装置を床吹出口に設け、同シャッター装置で床吹出口を開くことで室内の空調を行い、床吹出口を閉じることでスラブへの蓄熱ができるようにした躯体蓄熱を利用した空調設備。
2. 空調装置が、別の蓄熱装置を備えたものである請求項１記載の躯体蓄熱を利用した空調設備。
3. 別の蓄熱装置が、水を貯めたタンク内を通過する冷媒を加熱又は冷却してタンク内に氷又は温水を貯めて蓄熱する蓄熱機能と空調装置に送る冷媒をタンクで加熱又は冷却する機能を備えたものである請求項２記載の躯体蓄熱を利用した空調設備。
4. 最初に別の蓄熱装置で蓄熱した後、スラブへの蓄熱を行うようにした請求項２又は３記載の躯体蓄熱を利用した空調設備。
5. 夜間電力を使用して空調装置を作動させ蓄熱するようにした請求項１〜４いずれかに記載の躯体蓄熱を利用した空調設備。
6. 空調装置が、複数階のそれぞれに室内機を設け、共通の室外機を設け、熱交換のために循環させる温度媒体の配管が室外機及びそれぞれの室内機を接続するようにした請求項１〜５いずれかに記載の躯体蓄熱を利用した空調設備。

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