JP3616907B2 - 躯体蓄熱システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建築物の空調設備に適用される蓄熱システムに関わり、特にコンクリート造のスラブを蓄熱媒体として有効利用する躯体蓄熱システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、空調設備における蓄熱システムは負荷のピークカットを行い得て熱源機器容量を削減できる有効な手段である。この種の蓄熱システムとしては蓄熱槽の保有水を蓄熱媒体として利用するものが最も一般的であるが、近年においては他の蓄熱媒体を利用することも検討されつつあり、例えば鉄筋コンクリート造の躯体はかなりの熱容量を確保することが期待できることから、それを蓄熱媒体として有効に利用できるのではないかと考えられている。
【０００３】
図５は、躯体であるスラブ１を蓄熱媒体として利用しようとする場合に考えられる蓄熱システムの概念図である。これは、スラブ１上に仕上床２を支柱３により浮かせた状態で設け、それらの間に二重床空間４を形成し、そこを空気の通路としたものである。そして、夜間等の空調停止時に二重床空間４内に蓄熱用気流（夏期においては冷風、冬季においては温風）を通してスラブ１に対する蓄熱運転を行い、空調時には二重床空間４に空気を通すことでスラブ１の保有熱を空気に放熱せしめることを基本とするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の躯体蓄熱システムにおいては以下のような問題が存在する。すなわち、二重床空間４内に単に空気を流しただけでは、躯体のスラブ１で蓄熱・放熱が必ずしも効率良く行われているとは限らない。また、例えば夏期において、スラブ１に十分に蓄熱させようとした場合に、気温の低下する朝方に、仕上床２上の空間である室内空間の温度が必要以上に低下してしまうという問題もある。このように、従来のシステムでは蓄熱・放熱が効率良く行われているとは言えず、その結果、余分なエネルギーを使用することとなり、エネルギーの有効利用という本来の目的を充分に達成しているとは言えないのが現状である。
本発明は以上のような点を考慮してなされたもので、より効率の良い躯体蓄熱システムを提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、建築物の空調設備に適用される躯体蓄熱システムであって、スラブ上に仕上床を設けてそれらの間に二重床空間を形成し、前記スラブを蓄熱媒体として、前記二重床空間内を流れる空気との間で熱交換を行い、その熱エネルギーを空調に利用する構成とされ、前記スラブから放熱させるときには、前記二重床空間内が乱流状態となるよう、前記二重床空間内の側端部に前記空気の排出口が配置され、さらに、前記仕上床よりも上方の室内空間の空気を蓄熱時に加圧する加圧手段が備えられていることを特徴としている。
【０００６】
二重床空間の側端部に排出口を設けることにより、この排出口から排出された空気は二重床空間内で旋回することになり、その流れを乱流状態とすることができる。そして、スラブから放熱させるときに二重床空間内の気流を乱流状態とすることにより、対流熱伝達率を上げることができる。
また、仕上床よりも上方の室内空間を蓄熱時に加圧することにより、二重床空間内から室内側へ空気が流れ出すのを押さえ込むことができ、熱ロスを抑えることができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、前記スラブに蓄熱するときには、前記二重床空間内に、前記空気が一方向にかつ一様に流れるよう整流する整流部材が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
スラブに蓄熱するときに、二重床空間内に、空気が一方向にかつ一様に流れるよう整流する整流部材を設けることにより、二重床空間においては、低所であるスラブ側がより低温になり、スラブが効率良く冷却され、また仕上床を介して上方の室内空間への伝熱を抑えることができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記仕上床に、該仕上床の上下の空間を連通する吹出口が形成され、前記二重床空間内の空気が前記吹出口を通して前記仕上床の上方の室内空間に吹き出すことにより、空調が行われることを特徴としている。
【００１０】
請求項４に係る発明は、前記二重床空間内の側端部に配置された前記空気の排出口が冷房用にのみ有効となるよう、冷房時と暖房時とで切替可能とされていることを特徴としている。
【００１１】
二重床空間内で温度成層を生じさせると、低所が低温側となるので、これは、スラブを冷却して蓄熱を行う冷房時に有効となる。したがって、暖房時には温度成層を生じさせないようにすることにより、より有効なシステムとすることができる。
【００１３】
請求項５に係る発明は、前記整流部材として、複数の孔が形成された整流板が設けられるとともに、前記整流板の一方の側に前記二重床空間内に空気を流し込む流出口が設けられて、前記気流が前記整流板の一方の側から前記孔を通して他方の側に流れる構成とされていることを特徴としている。
【００１４】
請求項６に係る発明は、前記整流部材として、筒状でかつその側面に複数の孔が形成された整流筒が設けられ、空気が前記整流筒の内部から前記孔を通して前記二重床空間内に流出する構成とされていることを特徴としている。
【００１５】
二重床空間内に上記のような整流部材を設けることにより、気流を一方向に、かつ、一様に流すことができ、気流の流速を低くして温度成層を確実に生じさせ、これを維持させることができる。これにより冷気がスラブ表面を這うようになり、効率的に蓄熱を行うことが可能となる。
【００１８】
請求項７に係る発明は、前記仕上床の下面側には、該仕上床を形成する材料よりも輻射率の低い反射材が設けられていることを特徴としている。
【００１９】
仕上床の下面側に輻射率の低い反射材を設けることにより、二重床空間内から室内側への伝熱量を少なくすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る躯体蓄熱システムの実施の形態の一例を、図１ないし図４を参照して説明する。
【００２１】
図１，図２に示す躯体蓄熱システムは、蓄熱媒体としてのスラブ１１上に、仕上床１２を支柱１３により浮かせた状態で設け、スラブ１１と仕上床１２との間に二重床空間１４を形成し、そこに空調機１５（図１のみに図示）を介しての空気を流すようにした概略構成となっている。
【００２２】
仕上床１２には、複数のスリットや孔等の吹出口１２ａが形成されている。そして、基本的には、空調機１５（図１のみに図示）で冷却あるいは加熱された空気が二重床空間１４内に送り込まれ、仕上床１２に形成された吹出口１２ａからその上方の室内空間Ｓに吹き出されることにより、冷房あるいは暖房が行われるようになっている。なお、室内空間Ｓに送り込まれた空気は、室内壁面上部に設けられた図示しない吸出口から吸い出され、再び空調機１５に循環あるいは室外に大気開放されるようになっているのである。
【００２３】
図３に示すように、二重床空間１４内には、整流板（整流部材、気流制御手段）１６が、平面視したときに、その一端側の側壁１４ａに沿って、この側壁１４ａの全体にわたって設けられている。この整流板１６には、整流のための多数の孔やスリット（孔）１６ａが形成されている。
【００２４】
二重床空間１４には、空調機１５（図１参照）からダクト管１７を介して送られる空気の流出口１８Ａと流出口（排出口、気流制御手段）１８Ｂが配設されている。二つの流出口１８Ａ，１８Ｂのうち、蓄熱時用とされる流出口１８Ａは、整流板１６が設けられている側の側壁１４ａ近傍に位置している。また放熱時用とされる流出口１８Ｂは、整流板１６に対して流出口１８Ａとは反対側に、二重床空間１４の側壁１４ｂに沿うよう位置している。これら二つの流出口１８Ａ、１８Ｂは、バルブ１９Ａ，１９Ｂにより任意に切替可能となっている。
【００２５】
また、図１および図２に示したように、仕上床１２の下面には、例えばアルミ箔等、少なくとも仕上床１２を構成する材料よりも輻射率の低い反射材２１が設けられている。これにより、二重床空間１４側から仕上床１２上の室内への伝熱は、仕上床１２に形成された吹出口１２ａのみとなり、仕上床１２自体を介しての伝熱量を抑えることができるようになっている。
【００２６】
さらに、図１に示したように、仕上床１２よりも上方の空間（居住空間あるいは天井内空間）には、例えばファン等の加圧手段２２により、流出口２３を通して空気が送り込まれ、仕上床１２よりも上方の室内空間Ｓの気圧が高められるようになっている。このようにして室内空間Ｓが加圧されると、二重床空間１４側から仕上床１２から室内空間Ｓ側に空気が流れ出すのを押さえ込むことができるようになっている。なお、このような加圧手段２２による加圧は、蓄熱時に行われるものである。
【００２７】
このような躯体蓄熱システムでは、図に示したような空調機１５あるいは加圧手段２２の作動、および流出口１８Ａ，１８Ｂ、２３を開閉するためのバルブ１９Ａ，１９Ｂの操作等は、冷房時、暖房時等に応じて予め設定された条件に基づき、図示しない制御装置によって自動的に制御されるようになっている。
【００２８】
そして、図３（ａ）に示すように、蓄熱時において、空調機１５（図１のみに図示）から送給された空気を流出口１８Ａから二重床空間１４内に流し込むと、この空気は、整流板１６の孔やスリット１６ａを通って反対側に流れる。この時、孔やスリット１６ａにより空気の流れが整流され、流速が低下し、略均一な流れになる。これにより、二重床空間１４内では温度成層が生じ、低所、つまり下方のスラブ１１側が温度が低くなる。したがって、冷房用の蓄熱時であれば、スラブ１１の表面を冷気が這うように流れることになり、スラブ１１への蓄熱が効率良く行われるのである。
このとき、同時にファン等の加圧手段２２を作動させて室内空間Ｓを加圧し、二重床空間１４内の冷気が仕上床１２を通して室内空間Ｓ側に漏れるのを防止するようになっている。
【００２９】
また、冷房時における放熱時には、加圧手段２２を停止させ、空調機１５から送られる空気を流出口１８Ｂから流出させる。
すると、図３（ｂ）に示すように、流出口１８Ｂから二重床空間１４内に流し込まれた空気は側壁１８ｃ，１８ｄに順次当たり、その結果、二重床空間１４内では気流が旋回し、これにより乱流が生じる。これにより二重床空間１４内における実質的な流速を上げて対流熱伝達率を上げ、効率的にスラブ１１からの放熱を行うことができるようになっている。
このようにして、スラブ１１に蓄熱された熱エネルギーが二重床空間１４内に放熱されて、二重床空間１４内の空気が冷却され、これが仕上床１２のスリットや孔等の吹出口１２ａを通して室内空間Ｓに吹き出されるのである。これにより、室内空間Ｓの冷房が効率良く行われる。
【００３０】
なお、暖房時における蓄熱は、流出口１８Ａあるいは流出口１８Ｂいずれかから空気を流出させ、二重床空間１４内に気流を生じさせるのであるが、種々の条件等により、いずれかを効率の良い方から流出させるよう、冷房時と暖房時で切り換えるシステムとしても良い。
【００３１】
上述したように、二重床空間１４内に整流板１６を設け、冷房時の蓄熱時に二重床空間１４内に温度成層を生じさせることにより、仕上床１２を通しての室内への熱ロスを最小限とし、効率的に蓄熱を行うことができる。
またこのとき、仕上床１２の下面側にアルミ箔等の反射材２１が設けられているので、仕上床１２から室内空間Ｓへの伝熱量を少なくすることができる。
加えて、蓄熱時には加圧手段２２により室内空間Ｓ側を加圧するようにしたので、これによっても熱ロスを最小限とすることができる。
【００３２】
このようにして、蓄熱時の熱ロスを最小限とし、スラブ１１での蓄熱を効率良く行うことにより、エネルギーをより有効に利用することができ、使用エネルギー量を大幅に削減することが可能となる。また、その結果、例えば蓄熱時の朝方に室内空間Ｓの温度が必要以上に低下してしまうのを防止することも可能となる。
一方、放熱時には、二重床空間１４内に乱流を生じさせることにより、効率良くスラブ１１からの放熱を行うことができ、これによってもエネルギーの有効利用を図ることができる。
【００３３】
そして、このような躯体蓄熱システムは、従来からの躯体蓄熱システムに整流板１６を加えるのみで良く、非常に簡易な構成であり、低コストで上記の効果を得ることが可能となるのである。
【００３４】
なお、上記の実施の形態で、整流部材として整流板１６を例に挙げたが、これに代えて以下に示すような構成を採用することも可能である。
すなわち、図４（ａ）に示すように、二重床空間１４内の端部に筒状ダクト（整流筒、整流部材、気流制御手段）３０を配置するのである。この筒状ダクト３０は、側面に多数の孔３０ａが形成されており、空調機１５から送給される空気がダクト管１７を介して送り込まれるようになっている。そして、この筒状ダクト３０は、二重床空間１４を平面視すると、その一辺の側壁１４ａに沿って所定長延在するよう設けられている。
このような筒状ダクト３０では、蓄熱時には、空調機１５（図１参照）から送り込まれた空気は、多数の孔３０ａから二重床空間１４内に吹き出し、その気流は、二重床空間１４内において略均一となり、かつその流速が低められる。これにより、前記整流板１６（図３参照）と同様、二重床空間１４内に温度成層を生じさせることができ、従って上記実施の形態と同様の効果が得られるのである。また、図４（ｂ）に示すように、放熱時には、二重床空間１４の側壁１４ｂに沿って配置した流出口１８Ｂから流し込まれた空気が二重床１４内で旋回し、乱流状態でスラブ１１からの放熱を行うようになっている。
【００３５】
なお、整流部材としての整流板１６や筒状ダクト３０の設置位置や構造等については、上記に挙げたものに限るものではなく、整流効果が高くなるよう、他の場所に設置したりあるいは他の構成のものを採用するようにしてもよい。
【００３６】
また、上記実施の形態では、蓄熱時に二重床空間１４内で温度成層を生じさせる構成としたが、必ずしもこの構成を採用する必要はなく、蓄熱を充分に行うことができるのであれば、蓄熱時に二重床空間１４内が乱流状態あるいは成流状態などであっても良い。
【００３７】
また、仕上床１２の下面にアルミ箔等の反射材２１を設けるようにしたが、アルミ箔以外のものを用いてもよい。加えて、反射材２１と仕上床１２との間に断熱材を挟み込むようにしても良く、これにより、前記効果が一層顕著なものとなる。
【００３８】
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、いかなる構成を採用しても良く、また上記したような構成を適宜選択的に組み合わせたものとしても良いのは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る躯体蓄熱システムによれば、二重床空間の端部に気流の排出口を設けることにより、この排出口から排出された空気により二重床空間内で気流が旋回することになり、乱流状態を生じさせることができる。そして、スラブから放熱させるときには、二重床空間内の気流が乱流状態となるようにすることにより、対流熱伝達率を上げることができる。したがって、放熱効率を高めることができ、これによっても熱エネルギーを有効利用することができる。
また、仕上床よりも上方の室内空間を蓄熱時に加圧することにより、二重床空間から仕上床の上方の室内空間に空気が流れ出すのを防止できる。その結果、二重床空間における熱ロスを最小限にすることが可能となり、蓄熱を効率良く行うことができ、使用エネルギーを大幅に削減することが可能となるのである。
【００４０】
請求項２に係る躯体蓄熱システムによれば、スラブに蓄熱するときに、二重床空間内に、空気が一方向にかつ一様に流れるよう整流する整流部材を設けることにより、二重床空間においては、低所であるスラブ側がより低温になり、したがってスラブが効率良く冷却されて蓄熱を行うことができる。その結果、仕上床を通して室内への熱ロスを抑えることができ、蓄熱効果を高めて、エネルギーを有効利用することが可能となり、また、朝方に必要以上に室内の温度が低下してしまうのを防止することもできる。
【００４１】
請求項３に係る躯体蓄熱システムによれば、二重床空間内で蓄熱エネルギーを利用して冷却した空気を、仕上床に形成された吹出口から室内空間に吹き出させることにより、効率の良い空調システムを構成することができる。
【００４２】
請求項４に係る躯体蓄熱システムによれば、二重床空間内で温度成層を生じさせると、低所が低温側となるので、これは、スラブを冷却して蓄熱を行う冷房時に有効となる。したがって、暖房時には温度成層を生じさせないようにすることにより、より有効なシステムとすることができる。
【００４３】
請求項５および６に係る躯体蓄熱システムによれば、二重床空間内に、例えば整流板や整流筒等の整流部材を設けることにより、温度成層を確実に生じさせ、これを維持させることができる。これにより、冷気がスラブ表面を這うようになり、効率的に蓄熱を行うことが可能となる。
【００４５】
請求項７に係る躯体蓄熱システムによれば、仕上床の下面側に輻射率の低い反射材を設けることにより、二重床空間内から室内側への伝熱量を少なくすることができる。したがって、効率的にスラブに蓄熱することが可能となり、また、蓄熱時の朝方に、室内温度が必要以上に低下することを防止することができる。また、反射材と仕上床との間に断熱材を挟み込むようにしても良く、これにより上記効果は一層顕著なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る躯体蓄熱システムを適用した室の一例を示す立断面図である。
【図２】前記室の二重床空間を示す立断面図である。
【図３】前記二重床空間の平断面図であり、蓄熱時と放熱時における空気の流れを示す図である。
【図４】本発明に係る躯体蓄熱システムの他の一例を示し、二重床空間を平断面視したときの、蓄熱時と放熱時における空気の流れを示す図である。
【図５】従来の躯体蓄熱システムを示す立断面図である。
【符号の説明】
１１ スラブ
１２ 仕上床
１２ａ 吹出口
１４ 二重床空間
１６ 整流板（整流部材、気流制御手段）
１６ａ 孔やスリット（孔）
１８Ａ 流出口
１８Ｂ 流出口（排出口、気流制御手段）
２１ 反射材
２２ 加圧手段
３０ 筒状ダクト（整流筒、整流部材、気流制御手段）
３０ａ 孔

Claims (7)

1. 建築物の空調設備に適用される躯体蓄熱システムであって、スラブ上に仕上床を設けてそれらの間に二重床空間を形成し、前記スラブを蓄熱媒体として、前記二重床空間内を流れる空気との間で熱交換を行い、その熱エネルギーを空調に利用する構成とされ、
   前記スラブから放熱させるときには、前記二重床空間内が乱流状態となるよう、前記二重床空間内の側端部に前記空気の排出口が配置され、
   さらに、前記仕上床よりも上方の室内空間の空気を蓄熱時に加圧する加圧手段が備えられていることを特徴とする躯体蓄熱システム。
2. 前記スラブに蓄熱するときには、前記二重床空間内に、前記空気が一方向にかつ一様に流れるよう整流する整流部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の躯体蓄熱システム。
3. 前記仕上床に、該仕上床の上下の空間を連通する吹出口が形成され、前記二重床空間内の空気が前記吹出口を通して前記仕上床の上方の室内空間に吹き出すことにより、空調が行われることを特徴とする請求項１または２記載の躯体蓄熱システム。
4. 前記二重床空間内の側端部に配置された前記空気の排出口が冷房用にのみ有効となるよう、冷房時と暖房時とで切替可能とされていることを特徴とする請求項３記載の躯体蓄熱システム。
5. 前記整流部材として、複数の孔が形成された整流板が設けられるとともに、前記整流板の一方の側に前記二重床空間内に空気を流し込む流出口が設けられて、前記二重床空間内で空気が前記整流板の一方の側から前記孔を通して他方の側に流れる構成とされていることを特徴とする請求項２記載の躯体蓄熱システム。
6. 前記整流部材として、筒状で側面に複数の孔が形成された整流筒が設けられ、空気が前記整流筒の内部から前記孔を通して前記二重床空間内に流出する構成とされていることを特徴とする請求項２記載の躯体蓄熱システム。
7. 前記仕上床の下面側には、該仕上床を形成する材料よりも輻射率の低い反射材が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の躯体蓄熱システム。

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