JP4636382B2

JP4636382B2 - 多層階建屋の附室の結露防止システム

Info

Publication number: JP4636382B2
Application number: JP2006066463A
Authority: JP
Inventors: 賢白鳥; 弘行蒲生; 正孝宮脇; 芳宏木元
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2026-03-10
Also published as: JP2007240118A

Description

本発明は、多層階建屋の附室の結露防止システムに係り、特に、多層階に形成されたクリーンルーム等の建屋の外周部に付設された吹き抜け状の附室に対し加熱換気による結露対策を講じた多層階建屋の附室の結露防止システムに関する。

従来、結露を防止する方法として、建屋を高断熱化することで室内空気が露点温度以下に低下するのを防ぐようにしたものが知られている。

例えば、建築物を構成する屋根部、壁部、土間部を現場発泡により、断熱材層をシームレスに形成し、特に壁構造において内部通気層と外部通気層を設けることで、壁構造内の結露を防止するようにした高気密高断熱建築物の建築構造（例えば、特許文献１等参照）、あるいは、建物の断熱性能を高め、熱橋（ヒートブリッジ）による冷暖房効率の低下を防ぐため、熱橋となるホールダウン金物等の空隙部に発泡ポリスチレンフォーム等の断熱材を挿入して、外部からの熱を遮断し、熱橋による壁内結露と室内結露を防止するようにした建築物の断熱工法（例えば、特許文献２等参照）が知られている。

また、近年の建物の気密性能、断熱性能の向上に伴い、積極的に換気を行う空調システムが必要とされている。例えば、吸気路を介して取り込んだ屋外空気を、屋内側空調装置で加熱もしくは冷却して建物内の各部屋及び共用スペースに供給する際、吸気路に吸気加熱冷却手段を設けるとともに、吸気加熱冷却手段にヒートポンプ式給湯装置で生成した高温流体もしくは低温流体を供給することにより、吸気路を流通する屋外空気を予備加熱もしくは冷却するようして吸気加熱冷却部で結露や氷結を発生させないようにした全館換気空調システムが知られている（例えば、特許文献３等参照）。
特開２００１−９８６５６号公報特開２００３−１２９５８５号公報特開２００５−３０７０６号公報

しかしながら、前記従来のように建屋を高断熱化することで結露を防止する方法では、建屋の壁、窓、床が高断熱工事の対象となり、多量の断熱材が必要となるとともに、また大掛かりな工事を必要とするという問題がある。さらに、高断熱施工を施したとしても、窓、扉あるいはシャッター等の建具枠の部分結露を防止することは困難であった。

また、これに対して、建屋の高断熱化をすることなく、室内空気の温度が露点温度以下に低下するのを防止することが考えられるが、室内空気の絶対湿度の上昇を抑えることができないため、室内空気の露点温度も上昇してしまい、結露が発生しやすくなってしまうという問題がある。

またさらに、上記従来のようにヒートポンプ式給湯装置を用いて吸気加熱冷却部での結露や氷結を防止するようにした空調システムでは、ヒートポンプ式給湯装置を設置しなければならず、装置構成が大掛かりとなり、またコストも高くなってしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、特に寒冷地の工場等におけるクリーンルームや、快適性を求める暖房加湿空調を採用している建物の外周部附室において発生しやすい結露を簡単な構成により低コストで防止することのできる多層階建屋の附室の結露防止システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、多層階の建屋の外周部に設けられた附室の結露を防止するシステムであって、少なくとも附室の一階部分に設けられた外気を取り入れ加熱して前記附室内に給気する加熱手段を備えた給気ファンと、少なくとも前記附室の中層部に設けられ、該附室内の下層部の空気を加熱して上層部へ送気する加熱手段を備えた循環ファンと、少なくとも前記附室の最上階に設けられ、前記附室内の空気を前記建屋外へ排気する排気ファンと、を備え、絶対湿度の低い外気を加熱して前記附室内に給気し換気することにより、前記附室内の空気温度の低下を防ぐとともに、前記附室内の絶対湿度を下げることにより前記附室における結露を防止することを特徴とする多層階建屋の附室の結露防止システムを提供する。

これにより、附室内温度の低下を防ぎ、空気中の絶対湿度を下げることにより、多層階の建屋の外周部に隣接して設けられた附室、特に寒冷地の工場等におけるクリーンルームの階段室や快適性を求める暖房加湿空調を採用している建物の外周部附室において発生しやすい結露を簡単な構成により低コストで防止することが可能となる。

また、請求項２に示すように、前記建屋は、多層階に形成されたクリーンルームであり、前記附室は、その階段室であることを特徴とする。

このように本発明は、特に寒冷地における多層階に形成されたクリーンルームの階段室の結露防止に大きな効果を有する。

また、請求項３に示すように、前記給気ファンにより外気を前記階段室内に給気する際、前記階段室内の空気が前記クリーンルーム内に流入しない範囲で、前記階段室内を加圧するようにしたことを特徴とする。

これにより、クリーンルームの余剰空気等の絶対湿度の高い空気が階段室に流入するのを抑えることができ、より効果的に階段室における結露の防止が可能となる。

また、請求項４に示すように、前記建屋の各階の所定箇所に温度及び湿度を検出するセンサ及び加熱手段を備えた給気ファンを配置し、前記センサによる温度及び湿度の検出結果が所定範囲に入る箇所に対して前記給気ファンにより加熱した空気を送風し、前記センサによる温度及び湿度の検出結果が所定範囲からはずれたら前記送風を停止することを特徴とする。

これにより、建屋全体でなく特に結露が発生しやすい場所を検出して、その場所に対してのみ加熱空気を送風することにより効率的に結露を防止することができる。

また、請求項５に示すように、前記建屋の各階の空気滞留部に前記センサを配置するとともに、前記空気滞留部に前記加熱手段を備えた給気ファンから加熱空気を送風することにより空気滞留部を解消するようにしたことを特徴とする。

特に結露が発生しやすい階段下等の空気滞留部に対して加熱空気を送風することで、さらに効果的に結露を防止することができる。

また、請求項６に示すように、前記センサからの検出データを湿り空気線図データと電気的に比較し、結露発生範囲に入った箇所に対して前記給気ファンにより加熱した空気を送風し、前記センサによる温度及び湿度の検出データが前記結露発生範囲からはずれたら前記送風を停止することを特徴とする。

これにより、結露が発生しやすい場所を検出して、効率的に結露を防止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、附室内温度の低下を防ぎ、空気中の絶対湿度を下げることにより、多層階の建屋の外周部に隣接して設けられた附室、特に寒冷地の工場等におけるクリーンルームの階段室や快適性を求める暖房加湿空調を採用している建物の外周部附室において発生しやすい結露を簡単な構成により低コストで防止することが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る多層階建屋の附室の結露防止システムについて詳細に説明する。

本発明は、例えば寒冷地の工場等におけるクリーンルームや、快適性を求める暖房・加湿空調システムを採用している建物の外周部附室のドア、窓及び壁面あるいは床面等で発生しやすい結露の問題を外気を加熱・加圧して供給することによって換気することで解決するものである。

図１は、本発明の一実施形態に係る多層階建屋の附室の結露防止システムを適用した建物の一部を示す概略構成図である。

図１に示す本実施形態の結露防止システムが採用された建屋１は、寒冷地において多層階に亙って形成されたクリーンルーム１０と、クリーンルーム１０に隣接してその建屋１の外周部に形成された吹き抜け状の階段室等からなる附室１２で構成されている。

図１に示すように、多層階のクリーンルーム１０に隣接して設けられた階段室としての附室１２は、複数の踊り場１４が交互に設けられ、各踊り場１４間に複数の階段１６が折り返し階段として上下方向に傾斜して設けられている。また、附室１２の壁面１３は、外に面する一部壁面１８が例えば美観上の観点から全面ガラス張りとなっている。

このクリーンルーム１０は、湿度（絶対湿度）が大であり、このような建屋１では、クリーンルーム１０からの絶対湿度の高い余剰空気が附室１２に流入することにより、特に冬季において附室１２に結露が発生するという問題がある。

この結露は、クリーンルーム１０内の温かい空気が、建屋１の外周部に設けられた附室１２の冷たい外壁面で露点温度以下に冷却されることによるものである。

この結露発生のメカニズムを以下簡単に説明する。

図２は、水蒸気を含む空気（湿り空気）の性質を表した湿り空気線図である。図２は、横軸を乾球温度（℃）、縦軸を絶対湿度（ｋｇ／ｋｇＤ．Ａ．）として、各相対湿度（％ＲＨ）ごとにその乾球温度と絶対湿度との関係を表したものである。

ここで、乾球温度とは気温であり、絶対湿度とは水蒸気を全く含まないとした乾き空気単位重量に対するその空気中に含まれる水蒸気量の比（ｋｇ／ｋｇＤ．Ａ．（ＤｒｙＡｉｒ））（あるいは空気単位体積中に含まれる水蒸気量（ｇ／ｍ^３））を表し、また相対湿度とは通常単に湿度と言われるもので空気中に含まれる水蒸気量のその空気と同じ温度における飽和水蒸気量に対する比を言う。

例えば図２より、相対湿度が６０％ＲＨの空気について見ると、この空気の温度が３０℃のときは絶対湿度は０．０１６であるから、気温３０℃の空気が相対湿度６０％ＲＨということはこの空気１ｍ^３中に０．０１６ｇの水蒸気が含まれることになる。

また、絶対湿度０．０１６の線を横にたどると略２１℃で相対湿度１００％ＲＨの曲線と交わる。従って、この空気（温度３０℃、相対湿度６０％ＲＨ）の温度が下がり２１℃になると相対湿度が１００％ＲＨとなり水蒸気が飽和状態となるため、空気中に含まれていた水蒸気が水滴となって現れ始め、結露が発生することとなる。

一方、温度３０℃、相対湿度６０％ＲＨの空気（絶対湿度０．０１６）に含まれる水蒸気を減らして、絶対湿度を例えば０．００８まで下げたとすると、この空気の相対湿度は３０％ＲＨとなる。この空気（温度３０℃、相対湿度３０％ＲＨ）は温度が何度まで下がると結露が発生するかというと、絶対湿度０．００８の線を横にたどり相対湿度１００％ＲＨの曲線との交点を調べれば、温度１０℃であることがわかる。

すなわち、温度が３０℃の空気は絶対湿度が０．０１６（このとき相対湿度は６０％ＲＨ）のときは露点温度は約２１℃であり温度が２１℃以下に下がると結露が発生するのに対して、この空気中の水蒸気を減らして絶対湿度を０．００８まで下げると（このとき相対湿度は３０％ＲＨに下がっている。）露点温度は約１０℃となり温度が１０℃以下にならないと結露は発生しない。

そこで、結露を防止する方法として、絶対湿度の低い外気を加熱供給して換気することにより室内空気の絶対湿度を下げることにより露点温度を下げることが有効であると考えられる。

再び図１にもどり、結露が発生しやすい建屋１の外周部に設けられた附室１２に、絶対湿度の低い外気を加熱供給して、排気するようにした結露防止システムを設置する。

図１に示すように、附室１２は、多層階のクリーンルーム１０に隣接して設けられた階段室となっており、一階から最上階まで階段１６が形成され階段部分が吹き抜け状になっている。通常このような階段１６（及び踊り場１４の一部あるいは全面）は、グレーチングプレート敷きで構成され、また階段１６は蹴り込み板のない形状となっている。

前述したように、附室１２は例えば美観上の観点から外に面する一部壁面１８が全面ガラス張りとなっており、より外気の影響を受けやすく、結露が発生しやすい。

このような附室１２に対して絶対湿度の低い外気を加熱供給するために、絶対湿度の低い外気を取り入れる給気ファン２０を一階部分の壁面１３に取り付ける。給気ファン２０によって取り込まれた外気は、給気ファン２０に取り付けられた加熱手段としての電気ヒータによって加熱されて附室１２内に給気される。この加熱された温かい空気は軽いため上方に流れていく。

また図中矢印で示すように、この空気をさらに効率良く流すため、途中の階の壁面１３にはやはり加熱手段としての電気ヒータが取り付けられた循環ファン２２が設けられている。そして最上階の壁面１３には排気ファン２４が設置されている。

このように本実施形態の結露防止システムは、電気ヒータを備えた給気ファン２０及び循環ファン２２と排気ファン２４によって構成されている。

図１に示す例では、これらのファンは附室１２の壁面１３に設置されているが、ファンの設置場所はこのように壁面１３に限定されるものではない。

例えばこれらのファン（給気ファン２０、循環ファン２２、排気ファン２４）を附室１２の天井や踊り場１４の下部に設けるようにしてもよい。そしてこの場合、例えば附室１２の壁面１３に吸気口あるいは排気口となる開口部を設けて、ダクトでこの開口部と給気ファン２０あるいは排気ファン２４を接続するようにしてもよい。

また、給気ファン２０や循環ファン２２には、吸い込んだ外気あるいは附室１２内で発生した塵埃等を除去し、空気を清浄化するためのフィルターが設けられている。

なお、次に本実施形態における具体的な数値を示すが、これはあくまで一例であり本発明はこれに限定されるものではない。

クリーンルーム１０は、例えば室温２３℃、湿度（相対湿度）６０％ＲＨに設定されているとする。このとき、図２の湿り空気線図からもわかるように、絶対湿度０．０１０５ｋｇ／ｋｇＤ．Ａ．であり、露点温度は１４．８℃である。

また、このとき外気は、例えば気温−５℃、湿度８８％、絶対湿度０．００２２ｋｇ／ｋｇＤ．Ａ．、露点温度−６．４９℃であったとする。

給気ファン２０、循環ファン２２及び排気ファン２４の風量はそれぞれ７００ＣＭＨ（ｍ^３／ｈ）であり、給気ファン２０及び循環ファン２２にはそれぞれ３ｋＷの電気ヒータが取り付けられている。

このように、電気ヒータが取り付けられた給気ファン２０によって絶対湿度の低い外気を加熱して給気することにより、附室１２内の空気の絶対湿度を下げるとともに、室温の低下を防ぐようにする。

そして、電気ヒータが取り付けられた循環ファン２２によって、給気された加熱空気を効率的に附室１２内を循環させて、附室１２内の給気口（給気ファン２０）と排気口（排気ファン２４）との間で生じる建屋負荷による温度分布及び室温の低下を防ぎ、建屋上部壁面での結露を防ぐようにする。

また、附室１２内を循環することにより絶対湿度の上昇した附室１２内の空気を排気ファン２４により外部へ排気することにより、附室１２内の絶対湿度を低く保ち、附室１２内の絶対湿度の上昇及び附室１２内空気の露点温度以下への低下を防ぐことによって結露を防止することができる。

またこのとき、例えば給気ファン２０と排気ファン２４の風量を調整することにより、絶対湿度の低い外気を給気する際に附室１２内を加圧することで、絶対湿度の高いクリーンルーム１０の余剰空気の附室１２内への流入を抑えて、附室１２内の絶対湿度及び露点温度の上昇を抑制するようにするとより効果的に結露を防止することができる。

この附室１２内の空気の加圧は、あまり加圧し過ぎると逆にクリーンルーム１０に附室１２内の空気が流入してしまうため、クリーンルーム１０内圧の近傍までの加圧とし、クリーンルーム１０内の余剰空気が附室１２内に流入しない程度までとする。

また、上で図１を用いて説明した実施形態においては、一階部分に給気ファン２０を設け、途中の階に一つ循環ファン２２を配置し、最上階に排気ファン２４を配置するようにしていたが、本発明はこのようなファンの配置に限定されるものではない。例えば、各階にこれらのファンを設置するようにしてもよい。

また、各階の所定箇所に温度及び湿度を検出するセンサ及び加熱手段を備えた給気ファンを配置し、温度／湿度検出センサの検出結果に基づいて、検出した温度／湿度のデータを湿り空気線図データと電気的に比較して、これらの値が上述したような結露の発生が予想される所定範囲（結露発生範囲）に入るか否か判断することにより、結露が発生しそうな箇所を検出し、このような箇所に対して加熱空気を送風するようにしてもよい。また特に、階段下等の空気の流れが滞留するような場所においては結露が発生しやすいため、このような空気滞留部に温度／湿度検出センサを配置することが好ましい。そして、上記のように温度／湿度検出センサによる温度及び湿度の検出データにより結露が発生しそうになったと判断された場合には、この空気滞留部に対して加熱空気を送風するようにすることで空気滞留部を解消し、より効果的に結露を防止することができる。なお、これらの場合に温度／湿度検出センサの検出データを湿り空気線図データと電気的に比較して、結露の発生が予想される所定範囲（結露発生範囲）からはずれたら加熱空気の送風を停止することで、無駄なく結露を防止することができる。

本実施形態によれば、このような簡単な設備により低コストで寒冷地におけるクリーンルーム１０の階段室としての附室１２の冬季における結露を防止することができた。

なお、夏季においては、クリーンルーム１０の室温が２３℃であるのに対して、外気は３０℃にもなり、外気の方が高く附室１２において結露が発生することはないため、特に夏季においては本実施形態の結露防止システムは駆動させる必要はない。

以上、本発明の多層階建屋の附室の結露防止システムについて詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

本発明の一実施形態に係る結露防止システムを適用した建屋の一部を示す概略構成図である。湿り空気線図である。

符号の説明

１…建屋、１０…クリーンルーム、１２…附室、１３…壁面、１４…踊り場、１６…階段、１８…（ガラス張りの）一部壁面、２０…給気ファン、２２…循環ファン、２４…排気ファン

Claims

多層階の建屋の外周部に設けられた附室の結露を防止するシステムであって、
少なくとも附室の一階部分に設けられた外気を取り入れ加熱して前記附室内に給気する加熱手段を備えた給気ファンと、
少なくとも前記附室の中層部に設けられ、該附室内の下層部の空気を加熱して上層部へ送気する加熱手段を備えた循環ファンと、
少なくとも前記附室の最上階に設けられ、前記附室内の空気を前記建屋外へ排気する排気ファンと、
を備え、絶対湿度の低い外気を加熱して前記附室内に給気し換気することにより、前記附室内の空気温度の低下を防ぐとともに、前記附室内の絶対湿度を下げることにより前記附室における結露を防止することを特徴とする多層階建屋の附室の結露防止システム。
前記建屋は、多層階に形成されたクリーンルームであり、前記附室は、その階段室であることを特徴とする請求項１に記載の多層階建屋の附室の結露防止システム。
前記給気ファンにより外気を前記階段室内に給気する際、前記階段室内の空気が前記クリーンルーム内に流入しない範囲で、前記階段室内を加圧するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の多層階建屋の附室の結露防止システム。
前記建屋の各階の所定箇所に温度及び湿度を検出するセンサ及び加熱手段を備えた給気ファンを配置し、前記センサによる温度及び湿度の検出結果が所定範囲に入る箇所に対して前記給気ファンにより加熱した空気を送風し、前記センサによる温度及び湿度の検出結果が所定範囲からはずれたら前記送風を停止することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多層階建屋の附室の結露防止システム。
前記建屋の各階の空気滞留部に前記センサを配置するとともに、前記空気滞留部に前記加熱手段を備えた給気ファンから加熱空気を送風することにより空気滞留部を解消するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の多層階建屋の附室の結露防止システム。
前記センサからの検出データを湿り空気線図データと電気的に比較し、結露発生範囲に入った箇所に対して前記給気ファンにより加熱した空気を送風し、前記センサによる温度及び湿度の検出データが前記結露発生範囲からはずれたら前記送風を停止することを特徴とする請求項４に記載の多層階建屋の附室の結露防止システム。