JP3762388B2

JP3762388B2 - 空気調和装置と空気調和方法

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Publication number: JP3762388B2
Application number: JP2003146599A
Authority: JP
Inventors: 毅睦三島
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: JP2004347265A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に人が活動する活動空間および、この活動空間から上方に吹き抜け状に形成される高天井空間を備えた建築物において、上記活動空間に対する冷房をなすための空気調和装置と空気調和方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多くの人々が集まる、たとえばゲームセンターやショッピングセンター、あるいは展示場等を構成する建築物は、デザイン性を重視するばかりでなく、人々に閉塞感（＝不安感）を与えてはならないことが必須の要件である。
その意味から、フロア面から屋根部分までの吹き抜け状をなす建築物は、内部に広い空間を作り出し、内部にいる人に対して開放感（＝安心感）を与えるので、好まれている。
【０００３】
このような建築物の内部は、人々がゲームし、買い物あるいは観賞等の活動をなす空間である活動空間が下部に形成され、この活動空間の上方部位は吹き抜け状となり屋根内部に高天井空間が形成されることになる。
高天井空間を備えた建築物の上記活動空間に対する空気調和運転として、暖房運転をなす時間（もしくは期間）よりも、冷房運転をなす時間（もしくは期間）が極めて長い。
【０００４】
すなわち、ゲームセンターのゲーム機器によっては発熱量が大であり、かつゲームする人による発熱量も無視できない。ショッピングセンターや展示場では、照明にともなう発熱やショーケース等の機器からの発熱があり、同様に、人が集まることによる発熱量が大である。
これらの熱気は上昇して高天井空間に溜まる熱負荷となる。さらに、天井はその外側が太陽光による直射を受けるため内面側の温度も上昇し、高天井空間の温度をさらに上昇させてしまう。したがって、上記建築物においては効率的な冷房運転を行う必要がある。
【０００５】
図７は、従来の上記建築物の活動空間に対する空気調和運転、実際には冷房運転を模式的に説明する図である。
図中１は、いわゆる半ドーム状に形成された屋根２を有する建築物である。この建築物のフロア面３には、たとえばパチンコ台等のゲーム機器（以下、機器類と呼ぶ）４が配置される。
【０００６】
上記機器類４は、所定間隔を存して複数列配列されていて、これら機器類列間にたとえばゲームする人が存在する。したがって建築物１内は、フロア面３から上記機器類４のある程度上部までの空間が活動空間５となる。さらに、この活動空間５の上方部位は吹き抜け状をなし、屋根２内部が高天井空間６となる。
通常、活動空間５より上部位置に吹出し用ダクト７と吸込み用ダクト８を並行に設けており、それぞれのダクト７，８に所定間隔を存して吹出口を形成する吹出口体７ａと、吸込口を形成する吸込口体８ａが突設される。
【０００７】
吹出し用ダクト７と吸込み用ダクト８は、それぞれの端部が建築物１の外部に延出され、ここに配置される装置本体９の吹出し部ａおよび吸込み部ｂに接続される。
上記吹出口体７ａは、機器類４列の相互間に対向した位置で、かつ斜め下方に向けて設けられる。また、上記吸込口８ａは吸込みダクト７の左右両側に、かつそれぞれ水平方向に向けて設けられる。
【０００８】
冷房運転時に、活動空間５の上部にある吹出口体７ａから冷却空気が斜め下方に向かって吹き下ろされ、機器類４列間にいる人は冷風にさらされる。したがって、人は冷却空気の吹出し流による直接的な冷熱感が得られる。
冷却空気の吹出し流は活動空間５の人や機器類４、あるいはフロア面３に衝突し、温度上昇するとともに流れにともなう上昇気流となる。そして、吹き抜け状に形成される高天井空間６に導かれ、さらにこの高天井空間に沿って下降し、ついには吸込口８ａに吸込まれる。
【０００９】
このようにして、上記吹出口体７ａから吹出される冷却空気の吹出し流が活動空間５を冷却したあと、吹抜け状に形成される高天井空間６を介して吸込口８ａに導かれるので、建築物１内部に鉛直方向に大きな循環流Ｒが形成される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、実際に、上記吹出口体７ａから吹出される冷却空気の風向きと流速を計測すると、活動空間５において吹出口体７ａが向いた方向では流速が大であり、この部分では極めて強い冷房効果が得られる反面、吹出口体７ａが向いていない方向では流速が小さくて冷房効果が低い。
すなわち、活動空間５の各部位における冷却ムラが顕著である。流速が大である範囲にいる人にとって、常に強い吹出し流にさらされることになり、急流ドラフト感があって空調快適性が損なわれている。
【００１１】
一方、高天井空間６は最も高い温度が計測されるが、この高温度帯範囲は高天井空間６の容量と比較して小さい。すなわち、高温度帯と低温度帯との間が広く、緩やかな温度変化をなしている。
これは、活動空間５から吹き抜け状に形成される高天井空間６に導かれる鉛直方向に大きな循環流Ｒが形成されることで、吹出口体７ａから吹出される冷却空気が高天井空間６へと流れ出すと同時に、この高天井空間６に溜まっていた熱気の一部が循環流Ｒにのって下部側の活動空間５までに導かれるのが要因であると考えられる。
【００１２】
本来、活動空間５のみを冷房すればよく、高天井空間６については冷房不要であるところを、結果として高天井空間６に溜まった熱気までも冷却することとなり、無駄なエネルギーの消費がある。
さらに、活動空間５に対する熱交換効率を上げるために送風量を増大すると、より大きい循環流Ｒが生じて建築物１内部を上下方向にかき混ぜる傾向が強くなり、上述の不具合が増大してしまう。
【００１３】
本発明は、上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、いわゆる活動空間の上部に高天井空間が形成される建築物において、上記活動空間に対して有効で効率のよい冷房作用を得られ、省エネ性に優れた空気調和装置と、空気調和方法を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明の空気調和装置は、活動空間および高天井空間を備えた建築物における活動空間を冷房する装置であり、下辺高さが活動空間より高い位置で吹出し方向を内壁面の一定方向に沿うとともに略水平に向けられ吹出した冷却空気で活動空間上部において所定方向に周回する周回気流を作る複数の吹出口と、これら吹出口よりも高い位置でかつ高天井空間の略下部に設けられ吸込み作用をなす複数の吸込口と、吹出口および吸込口とそれぞれ通風路を介して連通され吹出口から冷却空気を吹出し冷房したあとの冷却空気を吸込口から吸込ませる装置本体とを具備し、複数の吸込口は互いに所定間隔離間し、周回気流が相互間の部位で互いに衝突して流速を減速させられ、流れが崩れて吸込まれるように配置されるとともに、吹出口の面積の総和と吸込口の面積の総和との関係を、吹出口面積の総和＞吸込口面積の総和とした。
【００１５】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明は、上述の空気調和装置において、同様の吹出口と、吸込口と、装置本体と、吸込口よりも高い位置の高天井空間に設けられ高天井空間の換気をなす少なくとも排気口および排気扇からなる換気手段を具備し、複数の吸込口は、互いに所定間隔離間し、周回気流が相互間の部位で互いに衝突して流速を減速させられ流れが崩れて吸込まれるように配置される。
【００１６】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明は、上述の空気調和装置において、同様の吹出口と、吸込口と、装置本体とを具備し、上記複数の吸込口は、互いに所定間隔離間し、前記周回気流が相互間の部位で互いに衝突して流速を減速させられ、流れが崩れて吸込まれるように配置されるとともに、上記吹出し口は、建築物内壁面のコーナー部および内壁面中間部に設けられ、少なくとも中間部に設けられる吹出口は建築物内壁面から突出し、この中間部の吹出口に向かって冷却空気を吹出すコーナー部に設けられる吹出口とは互いに高さ位置を異ならせた。
【００１７】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明の空気調和方法は、内部に人が活動する活動空間および、この活動空間から上方に吹き抜け状に形成される高天井空間を備えた建築物において、活動空間より高い位置で建築物のコーナー部と建築物内壁面中間部から一定方向に沿うとともに略水平でかつ互いに高さ位置を異ならせた位置から冷却空気を吹出し、活動空間の上部に一定方向に周回する周回気流を作り、冷却空気の吹出し位置よりも高くかつ高天井空間の下部位置において建築物内部空気が所定距離離間して配置された複数の吸込口によって周回気流が相互間の部位で互いに衝突して流速を減速させられ、流れが崩れて吸込まれることで活動空間を冷房する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図１は高天井空間を備えた建築物内部の透視図であり、図２は建築物の断面図であり、いずれも模式的に示している。
【００１９】
建築物１自体は、いわゆる半ドーム状の屋根２を載せていて、フロア面３には機器類４が所定間隔を存して複数列配列され、これら機器類４列間にたとえばゲームする人が存在する。
建築物１内部は、フロア面３から上記機器類４の上部までの空間が活動空間５であり、この活動空間の上部が吹き抜け状となっていて、屋根２内部が高天井空間６となる。
【００２０】
これら活動空間５上部と高天井空間６下部との間に、後述する空気調和装置を構成する吹出しユニット１０と吸込みユニット１１が配置され、建築物１外部には装置本体１２が配置される。
上記吹出しユニット１０は機器類４よりも高い位置で、建築物１内壁面の各コーナー部に複数（建築物の平面視が矩形であるので４組）取付けられる。吹出しユニット１０は矩形箱体であり、一側面が吹出口１０ａとして開口する。
【００２１】
各吹出口１０ａの最下辺は上記機器類４の上端面よりも高い位置にあり、互いに同一高さに揃えられる。そして、吹出口１０ａは内壁面に沿って水平方向に吹出すように開口している。
各吹出口１０ａは個々の吹出しユニット１０において互いに異なる側面に設けられていて、全ての吹出口１０ａから冷却空気が一斉に吹出されることによって、一定方向に吹出し気流が向くように吹出し方向が設定されている。
【００２２】
上記吸込みユニット１１は、高さ位置が吹出しユニット１０よりも高く、かつ上記高天井空間６の略下部に位置する矩形箱体である。そして、平面視で建築物１内部の約中央部に、互いに所定間隔（約１．５Ｍ）離間した状態で、複数（ここでは２組）備えられる。
各吸込みユニット１１には、その下面に吸込口１１ａが設けられている。すなわち、上記吸込みユニット１１における吸込み作用は下方から行うことに限定される。
各吹出しユニット１０の吹出口１０ａが設けられる面以外の一面、および吸込みユニット１１の吸込口１１ａが設けられる面以外の一面には、通風路を構成するダクト１３，１４が接続されていて、建築物１外部に配置される上記装置本体１２の吹出し部ａと吸込み部ｂにそれぞれ連通される。
【００２３】
上記装置本体１２は、ここでは詳細を省略しているが、圧縮機、室外熱交換器および室内熱交換器他が収容され、これらは冷媒管を介して冷凍サイクルを構成するよう連通される。
室外熱交換器と対向して室外送風機が配置され、室内熱交換器と対向して室内送風機が配置される。室内送風機の吹出し側と吸込み側に、上記吹出し部ａと吸込み部ｂが形成されている。
【００２４】
なお、ここでは４つの吹出口１０ａと、２つの吸込口１１ａを備えていて、上記吹出口１０ａの面積の総和Ｋａと、吸込口１１ａの面積の総和Ｋｂとは、以下のように設定されることを本発明の特徴の一つとしている。
吹出口１０ａ面積の総和Ｋａ＞吸込口１１ａ面積の総和Ｋｂ
太陽光が直射する屋根２の内側である高天井空間６と、発熱条件の揃った活動空間５および上述の吹出口１０ａ面積の総和Ｋａ＞吸込口１１ａ面積の総和Ｋｂの設定条件を備えた建築物１であり、上記活動空間５に対する空気調和作用は以下に述べるように行われる。
操作者が冷房運転を指示すると、冷凍サイクル運転が開始されるとともに室内・室外送風機が駆動され、各吹出しユニット１０の吹出口１０ａから一斉に冷却空気が吹出される。
【００２５】
全ての吹出口１０ａが略水平方向に向き、かつ建築物１の内壁面に沿うよう開口され、しかも互いに一定方向に向くよう設定されているところから、吹出される冷却空気は活動空間５上部において建築物１内部をほぼ水平方向に周回する周回気流Ｓとなる。
この周回気流Ｓは、吹出口１０ａから離間することで徐々に流速が弱まり、時間の経過とともにその傾向が強くなる。また、吹出し空気は冷却されているため、周囲の空気よりも比重が重く、下方に沈みこみ活動空間５に対する冷房作用をなす。
【００２６】
そして、周回気流Ｓは直径が徐々に縮小し、かつ周辺空気と熱交換して温度上昇する。したがって、周回気流Ｓは比重が軽くなり、周回を継続しながら高さ位置が徐々に高くなる。
上記吹出口１０ａの上部で、ほぼ中央部位に設けられる２つの吸込口１１ａには負圧がかかっていて、直径が徐々に縮小しかつ上昇してきた周回気流Ｓは、吸込口１１ａ相互間の部位で互いに衝突して流速を減衰させられ、この部分において流れが崩れて吸込まれる。
【００２７】
このようにして、吹出口１０ａから吸込口１１ａ近くまでに亘る、ほぼスパイラル状の周回気流Ｓが得られ、冷凍サイクル運転中は継続して形成される。
周回気流Ｓが形成される吹出口１０ａの高さ位置から吸込口１１ａの高さ位置に至る範囲の建築物１内部空間を、ここでは「周回気流空間」１５と呼ぶ。これに対して、周回気流空間１５の下部側に上記活動空間５があり、周回気流空間１５の上部側に高天井空間６がある。
【００２８】
したがって、建築物１内部は、フロア面３から屋根２頂部に亘る高さ方向に、活動空間５と、周回気流空間１５および、高天井空間６との、３つの空間が形成される。
また、建築物１の内部空間のほとんど大部分は最も流速の遅い部分で占められていて、特に活動空間５の機器類４列間にいる人にとって、ドラフト感がほとんどない状態での冷房運転が行われる。
【００２９】
そして、上述のように複数の吸込みユニット１１を所定間隔を存して備えることにより、吸込みユニット１１相互間部位で流速が減衰する。この影響が活動空間５全体に波及してソフトな流れとなり、活動空間にいる人にドラフト感を与えずにすみ、快適空調を得られる。
このようにして、高天井空間６を備えた建築物１において、空気の流れの状態が互いに異なる活動空間５と、周回気流空間１５および高天井空間６が形成されるが、これら３つの空間には明確な境界面を持って分かれていると言えず、周回気流Ｓが支配的な周回気流空間１５によって上下に高天井空間６と活動空間５が分断されたと考えるべきである。
【００３０】
空調温熱環境の見地から述べるならば、周回気流空間１５により上下に空間を分断するには、まず、周回気流空間１５内に安定した周回気流Ｓが作られていなければならない。そして、吹出口１０ａの下辺高さは、人や機器類４が存在する活動空間５よりも高い位置になるように設定する。
【００３１】
本来、冷房が不要な高天井空間６を空調しないことで、その分の被空調容積の低減が可能となり、省エネ効果に寄与する。さらには、高天井空間６を冷房せず高い温度のままとすることで、太陽光の日射によって高温となった屋根２との間に温度緩衝空間ができ、屋根２を冷却することによるエネルギー浪費もなくなって、この点においても省エネ効果の高い空調を得ることができる。
【００３２】
すなわち、高天井空間６に溜まっている熱気は、ほぼそのままの状態で溜り、吸込口１１ａに導かれることがほとんど無い。換言すれば、活動空間５のみの有効な冷房運転が行えてエネルギーが有効に使われる。
以上によって、高天井空間６を備えた建築物１であっても、活動空間５に対して省エネ性に優れ、かつ快適性の高い空調を提供できることとなる。
また、活動空間５と高天井空間６とが周回気流空間１５によって区画されるため、活動空間５で生じた煙草の煙や食品などの臭いなどが活動空間５から高天井空間６に流れ出すことを極力防止できる。
【００３３】
なお、上述したように空気調和装置として、４つの吹出口１０ａと、２つの吸込口１１ａを備えていて、吹出口１０ａの面積の総和Ｋａと、吸込口１１ａの面積の総和Ｋｂとの関係を、吹出口１０ａ面積の総和Ｋａ＞吸込口１１ａ面積の総和Ｋｂと設定している。
このことにより、たとえば人の移動や、人および機器類４の発熱による上昇気流の発生および、自然換気や強制換気の影響など、いわゆる外乱に対して強く安定した空調気流を作り出すことができる。
【００３４】
なお説明すれば、実際には建築物１内部では自然換気や強制換気が存在するが、作用的な説明を簡単化するために被空調空間を自然換気や強制換気が全くない閉空間とみなして、上記条件を導いている。すなわち、流体の連続性から、
「吹出し風量」＝「吸込み風量」
となり、「吹出口１０ａの面積の総和Ｋａ」や「吸込口１１ａの面積の総和Ｋｂ」は任意の大きさで選ぶことが可能であるので、
吹出口１０ａ面積の総和Ｋａ＞吸込口１１ａ面積の総和１１ａ
とすれば、
「吹出口１０ａでの平均風速」＜「吸込口１１ａでの平均風速」
となり、同時にベルヌーイの式から
「吹出口１０ａでの静圧」＞「吸込口１１ａでの静圧」
という関係が導かれる。
【００３５】
これは、吹出口１０ａから吸込口１１ａに向かって作り出す圧力勾配ができることとなり、吹出しによって作られた周回気流Ｓのある外周領域の静圧が高く、吸込口１１ａのある中心付近が低圧となる。
つまり、この外周から内向きに作られる圧力差が周回気流Ｓを最終的に吸込口１１ａに収束させる。そのため、複数の吸込口１１ａを備える構成において、「吹出口１０ａ面積の総和Ｋａ＞吸込口１１ａ面積の総和１１ａ」という設定は、気流の状態を安定させるために効果的である。
【００３６】
すなわち、人の移動や、人および機器類４の発熱による上昇気流の発生および、自然換気や強制換気の影響など、いわゆる外乱に対して強く安定する空調気流を作りだすことができ、効率向上化を得られる。
【００３７】
以下は、上記条件設定を行なう理由に関する補足説明である。
たとえば、建築物１内の圧力が平衡に達した状態で考える。平衡状態に達した場合は、空調される建築物１内は一般に正圧（外気より高圧）に保たれている。ここで、
吹出口面積：Ｓ１、吹出口圧力：Ｐ１、吹出口流速Ｖ１
吸込口面積：Ｓ２、吸込口圧力：Ｐ２、吸込口流速Ｖ２
とすると、流入量と流出量は同じであることから
Ｓ１＊Ｖ１＝Ｓ２＊Ｖ２ ……（１）
ベルヌーイの定理から、
Ｐ１＋１／２＊ρＶ１^２＝Ｐ２＋１／２＊ρＶ２^２ ……（２）
（２）式に（１）式を代入すると、
Ｐ１−Ｐ２＝１／２＊ρＶ２^２（１−（Ｓ２／Ｓ１）^２） ……（３）
以上の（３）式から、吹出口面積Ｓ１＜吸込口面積Ｓ２の場合、Ｐ２＞Ｐ１となり、安定した周回気流が作られ難く、一旦、特定の周回気流が形成されても小さな外乱だけで流れが乱れ、安定性の低い気流形成となってしまう。
【００３８】
これに対して、吹出口面積Ｓ１＞吸込口面積Ｓ２の場合、Ｐ２＜Ｐ１となり、吸込口１１ａの圧力が吹出口１０ａ圧力より低圧となり、吹出口１０ａから吸込口１１ａへの安定した周回気流が形成される。
そして、この場合は、吸込口１０ａにおける圧力が低圧となるため、建築物内部の空気の流れは基本的に吸込口１０ａに向かう流れが強く、外部からの気流の乱れに対しても安定性の高い周回気流が形成されることとなる。
【００３９】
図３は、他の実施の形態の空気調和装置を備えた建築物内部の透視図である。吹出口１０ａは下辺高さが活動空間より高い位置に配置され、吹出し方向を建築物内壁面に沿い略水平に向けられている。吸込口１１ａは吹出口１０ａよりも高い位置で高天井空間の略下部に設けられ、下方から吸込み作用をなす。
これに対して、上記吸込口１１ａよりも高い位置の高天井空間に換気機構（換気手段）Ｎが設けられる。上記換気機構Ｎとして、給気口２０および、この給気口２０に設けられる給気扇２１もしくは、排気口２２および、この排気口２２に設けられる排気扇２３があり、少なくとも、排気口２２および排気扇２３は備えなければならない。
【００４０】
冷房作用の対象空間である活動空間５には、人が存在するので人体負荷があり、さらには配置された機器類が発熱源となる機器負荷がある。また、太陽光が屋根２を直射するので、ここには日射負荷があり、高天井空間６に備えた照明類の負荷がある。
これら負荷から発生する熱が浮力の影響を受けて溜り易い反面、吸込口１１ａが高天井空間６よりも下方にある。しかも、吸込口１１ａが下方に向き高天井空間６側に向いていないため、高天井空間では熱の回収が行われない。高天井空間６は外気温度以上に上昇することが珍しくなく、空調負荷が増大してしまう。
【００４１】
そこで、上述したように高天井空間６に換気機構Ｎを備えることにより、下層の周回気流を乱すことなく、上部に滞留した高温空気を排気できて、空調気流を乱すことなく所望とする換気ができ、空調負荷低減効果を有して、いわゆる省エネ性の向上が得られることとなる。
【００４２】
図４は、さらに異なる実施の形態を示していて、図４（Ａ）は吹出口１０ａの高さ位置を説明するための建築物１内部の概略の平面図、図４（Ｂ）は建築物内部の概略の一部断面図である。
上記吹出口１０ａは、建築物内壁面ｄのコーナー部ｅおよび、コーナー部ｅ相互間の内壁面中間部ｆに複数設けられている。上記コーナー部ｅに設けられる吹出口１０ａは、コーナー部ｅを形成する内壁面ｄに開口する吹出口１０ａと、コーナー部ｅを形成する内壁面ｄから突出して設けられる吹出口１０ａがある。
【００４３】
これに対して、内壁面中間部ｆに設けられる全ての吹出口１０ａは、内壁面ｄから突出して設けられる。すなわち、冷却空気を内壁面ｄの所定方向に沿って吹出すのに、コーナー部ｅであればコーナー部ｅを形成する内壁面ｄのいずれか一方に吹出口１０ａを設ければよい。
しかしながら、内壁面ｄの中間部ｆに設けられる吹出口１０ａは、単に内壁面ｄに開口するだけでは冷却空気を内壁面ｄの所定方向に沿って吹出すことができない。そのため、内壁面ｄから突出し、かつ所定方向に向けられた状態で設けられることになる。
【００４４】
そしてさらに、コーナー部ｅに設けられる吹出口１０ａの高さ位置と、この吹出し方向に対向する内壁面中間部ｆに突設される吹出口１０ａの高さ位置とは、互いに異ならせて設けられる。
すなわち、コーナー部ｅの吹出口１０ａと、中間部ｆの吹出口１０ａの互いの高さ位置を揃えた場合は、コーナー部ｅの吹出口１０ａから吹出された冷却空気の気流は、中間部ｆで突出する吹出口１０ａに当たり、気流が乱れてしまう。
【００４５】
そこで、中間部ｆの吹出口１０ａの高さ位置と、この中間部吹出口１０ａに向かって冷却空気を吹出すコーナー部ｅの吹出口１０ａの高さ位置を互いにずらすことで、コーナー部ｅから吹出される冷却空気の気流が中間部ｆの吹出口１０ａに邪魔にされることなく、内壁面ｄに沿って円滑に流れて効率よく周回気流Ｓが形成できることになる。
【００４６】
ところで、本発明で説明する空気調和装置と空調方法は、常に強く安定した空調気流を被空調空間に保つことが重要である。したがって、室内が設定温度状態になり、それ以上の空調能力を必要としなくなったときに、送風動作まで停止してしまうと、空調運転を再開する際に周回気流Ｓを作り出すことから始めなくてはならず、非効率である。
【００４７】
したがって、空調能力を必要としなくなったときでも周回気流Ｓを維持し続けるために、送風機の駆動を継続する必要がある。ただし、上述の状況が頻繁化するのは、最小冷房能力を下回る空調負荷しかない場合で、特に、外気温や日射負荷が低くなる春や秋などの季節に生じ易い。
【００４８】
このときは、空気調和装置を稼動せず、外気と室内循環の熱交換空気との混合量を調整する（＝外気導入量を調整する）ことで事実上の空調が可能となり、いわゆる省エネ効果が得られる。
図５は、上記形態を説明するための空気調和装置のシステム構成図である。
【００４９】
すなわち、先に説明した装置本体１２内には、圧縮機３０と、四方弁３１と、室外熱交換器３２と、電子式自動膨張弁３３および室内熱交換器３４が収容され、これら部品は冷媒管３５を介してヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成するよう連通される。
【００５０】
さらに、装置本体１２内には制御部３６が収容され、建築物の所定の部位に取付けられる外気温センサ３７と、室温センサ３８から検知信号を受け、これらの検知信号にもとづいて圧縮機３０、四方弁３１、電子式自動膨張弁３３、室外熱交換器３２と室内熱交換器３４の各々に対向して配置される室外送風機４０、室内送風機となるダクトファン４１および換気機能を備えた全熱交換器４２のダンパ駆動機構４３に対して制御信号を送るようになっている。
【００５１】
活動空間５で熱交換した後の空気は各吸込口１１ａから吸込まれ、ダクト１４を介して全熱交換器４２に導かれる。この全熱交換器４２では後述する条件に応じてダンパ駆動機構４３を駆動してダンパ開度を調整し、必要に応じた量の外気を取入れる。
活動空間５で熱交換した後の一部の空気と、取入れられた外気は、互いに全熱交換器４２で交差して熱交換する。新鮮外気は温度低下して建築物１内に導かれ、熱交換した後の空気は外部へ排気される。新鮮外気が混合した空気は室内熱交換器３４に導かれ、再び設定温度に低下してダクト１３を介して吹出口１０ａから吹出される。
【００５２】
具体的には、図６に示すフローチャートにもとづいて運転される。
スタートからステップＳ１において運転停止か否かを判断する。たとえば、夜間等では装置の運転を停止するので、ステップＳ２に移って圧縮機３０や室外送風機４０、ダクトファン４１等の全ての電動部品の動作を停止する。
【００５３】
ステップＳ１において運転中であると判断されると、ステップＳ３へ移って室温センサ３８の検知信号から室温サーモＯＦＦの判断、すなわち室温が設定温度に到達したか否かが判断される。室温が設定温度に到達して室温サーモＯＦＦがＹＥＳの場合はステップＳ４に移る。
ここでは、コンプレッサＯＦＦ信号を圧縮機３０に送って運転を停止させる。さらに、ダクトファンＯＮ継続信号をダクトファン４１に送り、この運転を継続する。
【００５４】
ついで、ステップＳ５に移って外気温センサ３７で検出された外気温と、室温センサ３８で検出された室温とを比較し、外気温が室温より低い場合（Ｙｅｓ）はステップＳ６で外気導入ダンパを制御する。すなわち、全熱交換器４２に備えたダンパ駆動機構４３を制御し、ダンパ開度を大きくして外気導入量を増加させる。
【００５５】
ステップＳ５で外気温が室温よりも低い場合（Ｎｏ）は、ステップＳ７に移ってダンパ駆動機構４３を制御し、ダンパ開度を小さくして外気導入量を減少させる。これにより、室内は常に設定された室温に保持され、しかも必要な換気機能を得られる。
一方、先に説明したステップＳ３で室温が設定温度に到達していない（Ｎｏ）場合は、ステップＳ８においてコンプレッサＯＮ・ダクトファンＯＮ継続として、圧縮機３０および室外送風機・ダクトファン４０，４１ともに運転され、空調運転が継続される。
【００５６】
なお、各吹出口１０ａにおける各々の平均風速がほぼ等しくなるような、風量に応じた吹出口１０ａの面積にすることにより、外乱に強く安定した空調気流を作り出すことができる。
すなわち、ここでは複数の吹出口１０ａをもって周回気流Ｓを形成しているので、局所的に速い、もしくは遅い吹出しがあると、周回気流Ｓの風速が不均一になり、強く安定した空調気流を作り出せなくなる。
【００５７】
これを避けるため、上述の各吹出口１０ａにおける各々の平均風速がほぼ等しくなる条件を得るようにする。具体的には、
（吹出口１を通過する風量）／（吹出口１面積）
≒（吹出口２を通過する風量）／（吹出口２面積）
≒（吹出口３を通過する風量）／（吹出口３面積）
≒（吹出口４を通過する風量）／（吹出口４面積）
の条件を満足できればよい。なお、吹出口１０ａの数は限定されない。
【００５８】
また、複数の吸込口１１ａでは、各吸込口１１ａにおける各々の平均風速がほぼ等しくなるように風量に応じた吸込口１１ａの面積とすることにより、外乱に強く安定した空調気流を作り出すことができる。
すなわち、複数の吸込口１１ａで互いに静圧が異なると、特定の吸込口１１ａに流れが偏り、その結果歪んだ周回気流を作り出してしまい、安定した空調気流を被空調空間に作り出せなくなる。
【００５９】
そこで、上述の各吸込口１１ａにおける各々の平均風速がほぼ等しくなる条件を得るようにする。具体的には、
（吸込口１を通過する風量）／（吸込口１面積）
≒（吸込口２を通過する風量）／（吸込口２面積）
を満足すればよい。なお、これら吹出口１１ａの数は限定されない。
【００６０】
さらに異なる形態として、所定の吹出口をサーキュレータ（循環送風機）に置き換えることができる。この場合、
（吹出口１を通過する風量）／（吹出口１面積）
≒（吹出口２を通過する風量）／（吹出口２面積）
≒（吹出口３を通過する風量）／（吹出口３面積）
≒ サーキュレータ用ファン吹出し速度（＝風量／面積）
なお、これら吹出口１０ａの数とサーキュレータの数は限定されない。
【００６１】
すなわち、周回気流Ｓを発生し、または加速するサーキュレータの吹出し風速を、吹出口１０ａにおける吹出し風速と略等しく調整して、外乱に強く安定した空調気流を作り出すことができる。
また、上述の構成の空気調和装置において、吹出し温度や吹出し風速によっては、活動空間に吹出した気流が落ち込んでしまう。そこで、冷気流の落ち込みを減じるために風向変更装置を備え、この変更装置で風向を変更することにより、外乱に強く安定した空調気流を作り出せる。
【００６２】
なお説明すると、吹出口１０ａから吹出された冷気は徐々に流れが拡散しながら減速しているだけでなく、障害物（たとえば、吊り下げ照明器具等）に衝突して失速したり、内壁面ｄや内壁面障害物（壁面から飛び出た柱や照明器具等）との摩擦によっても減速していき、徐々に冷気の重みに負けて下方に落ちてくることになる。
【００６３】
本来は、冷却空気が周囲空気と混合して気流温度が上昇し、そのため気流の降下が抑制されるはずであり、ここではそれらの条件を加味して充分に高い位置に吹出口１０ａを設けている。
活動空間５に不快な気流感をもたらすことはほとんどないが、冷房条件や過度的な状態（たとえば、冷房運転起動時等）の低風速で低温の吹出しが生じることが考えられ、冷気が活動空間５にまで落ち込む。
【００６４】
すると、不快な気流感をもたらすだけでなく、鉛直方向の気流成分の発生により周回気流Ｓの鉛直方向にゆがみが生じ、本来の目的を満足することができなくなってしまう。そこで、気流の落ち込みを軽減させるために風向変更装置を備えて気流の方向を変更する。
【００６５】
実際には、吹出し気流の延長上の想定される気流限界高さの空間または近傍の壁に吹出気流温度センサを取付けて、この温度センサが設定温度以下を感知したら該当する吹出口１０ａに備えた風向変更装置を上向きに変更する。あるいは、温度センサを備えることなく、人手で、その都度、風向変更装置の風向を変更するようにしてもよい。
【００６６】
なお、上記実施の形態においては、半ドーム状の屋根２を備えた建築物１として説明したが、これに限定されるものではなく、通常の屋上が形成される屋根を備えた建築物であってもよく、要は、建築物内部に活動空間５と、この上部に吹き抜け状に形成される高天井空間６を備えた建築物であれば、全て本発明が適用可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、活動空間と高天井空間との間に周回気流を作り出すことで、活動空間と高天井空間との空気の流れを抑制し、高天井空間の空調は行わないことで省エネ化するとともに、活動空間においては弱い気流によって冷房することで気流ドラフト感を低減し、快適性の向上を得られる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る、高天井空間を備えた建築物および空気調和装置の構成と空気調和方法を説明する図。
【図２】同実施の形態に係る、建築物内部の概略の断面図。
【図３】異なる実施の形態に係る、建築物および空気調和装置の構成と空気調和方法を説明する図。
【図４】さらに異なる実施の形態に係る、冷却空気の吹出し方法を説明する建築物の概略の平面図と、一部断面図。
【図５】さらに異なる実施の形態に係る、空気調和装置の構成図。
【図６】同実施の形態に係る、フローチャート図。
【図７】従来の、高天井屋根を備えた建築物の活動空間に対する空気調和方法を説明する図。
【符号の説明】
２…屋根、５…活動空間、６…高天井空間、１…建築物、Ｓ…周回気流、１０ａ…吹出口、１１ａ…吸込口、１３，１４…ダクト（通風路）、１２…装置本体、２２…排気口、２３…排気扇、Ｎ…換気機構（換気手段）、ｄ…内壁面、ｅ…コーナー部、ｆ…内壁面中間部。

Claims

内部に人が活動する活動空間および、この活動空間から上方に吹き抜け状に形成される高天井空間を備えた建築物における、上記活動空間を冷房する空気調和装置において、
下辺高さが上記活動空間より高い位置で、吹出し方向を建築物内壁面の所定方向に沿うとともに略水平に向けられ、吹出した冷却空気で上記活動空間上部において一定方向に周回する周回気流を作る複数の吹出口と、
これら吹出口よりも高い位置で、かつ上記高天井空間の略下部に設けられ吸込み作用をなす複数の吸込口と、
上記吹出口および吸込口とそれぞれ通風路を介して連通され、上記吹出口から冷却空気を吹出し、冷房したあとの冷却空気を上記吸込口から吸込ませる装置本体とを具備し、
上記複数の吸込口は、互いに所定間隔離間し、上記周回気流が相互間の部位で互いに衝突して流速を減速させられ、流れが崩れて吸込まれるように配置されるとともに、
上記吹出口の面積の総和と、上記吸込口の面積の総和との関係を、
吹出口面積の総和＞吸込口面積の総和
としたことを特徴とする空気調和装置。
内部に人が活動する活動空間および、この活動空間から上方に吹き抜け状に形成される高天井空間を備えた建築物における、上記活動空間を冷房する空気調和装置において、
下辺高さが上記活動空間より高い位置で、吹出し方向を建築物内壁面の所定方向に沿うとともに略水平に向けられ、吹出した冷却空気で上記活動空間上部において一定方向に周回する周回気流を作る複数の吹出口と、
これら吹出口よりも高い位置で、かつ上記高天井空間の略下部に設けられ吸込み作用をなす複数の吸込口と、
上記吹出口および吸込口とそれぞれ通風路を介して連通され、上記吹出口から冷却空気を吹出し、冷房したあとの冷却空気を上記吸込口から吸込ませる装置本体と、
上記吸込口よりも高い位置の高天井空間に設けられ、高天井空間の換気をなす、少なくとも排気口および排気扇からなる換気手段と
を具備し、
前記複数の吸込口は、互いに所定間隔離間し、前記周回気流が相互間の部位で互いに衝突して流速を減速させられ、流れが崩れて吸込まれるように配置されることを特徴とする空気調和装置。
内部に人が活動する活動空間および、この活動空間から上方に吹き抜け状に形成される高天井空間を備えた建築物における、上記活動空間を冷房する空気調和装置において、
下辺高さが上記活動空間より高い位置で、吹出し方向を建築物内壁面の所定方向に沿うとともに略水平に向けられ、吹出した冷却空気で上記活動空間上部において一定方向に周回する周回気流を作る複数の吹出口と、
これら吹出口よりも高い位置で、かつ上記高天井空間の略下部に設けられ吸込み作用をなす複数の吸込口と、
上記吹出口および吸込口とそれぞれ通風路を介して連通され、上記吹出口から冷却空気を吹出し、冷房したあとの冷却空気を上記吸込口から吸込ませる装置本体とを具備し、
上記複数の吸込口は、互いに所定間隔離間し、前記周回気流が相互間の部位で互いに衝突して流速を減速させられ、流れが崩れて吸込まれるように配置されるとともに、
上記複数の吹出口は、建築物内壁面のコーナー部および内壁面中間部に設けられ、少なくとも中間部に設けられる吹出口は建築物内壁面から突出し、この中間部の吹出口に向かって冷却空気を吹出す上記コーナー部に設けられる吹出口とは、互いに高さ位置を異ならせたことを特徴とする空気調和装置。
内部に人が活動する活動空間および、この活動空間から上方に吹き抜け状に形成される高天井空間を備えた建築物において、
上記活動空間より高い位置で、建築物のコーナー部と建築物内壁面中間部から一定方向に沿うとともに略水平で、かつ互いに高さ位置を異ならせた位置から冷却空気を吹出し、上記活動空間の上部に一定方向に周回する周回気流を作り、上記冷却空気の吹出し位置よりも高い上記高天井空間の下部位置において、建築物内部空気が、所定距離離間して配置された複数の吸込口によって上記周回気流が相互間の部位で互いに衝突して流速を減速させられ、流れが崩れて吸込まれることで上記活動空間を冷房することを特徴とする空気調和方法。