JP5053686B2 - 空調方法 - Google Patents

Description

本発明は、空調方法に関する。

例えば居室などの空調空間を換気するものとして、置換換気システム（Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）が知られている（例えば特許文献１、２参照）。この置換換気システムでは、空調空間内の下部（例えば居住域)に低温空気をゆっくりとした給気速度で供給し、その低温空気が空調空間内に存在する発熱体などによって加熱されて発生する上昇流により、空調空間内で生じた塵埃やガスなどの汚染物質を空調空間内の上方に搬送している。そして、天井などに設けられた排気口から加熱された空気と共に汚染物質を排気することにより、空調空間内の換気を行う。

かかる置換換気システムにあっては、空調空間内の上方には、高温で汚染物質濃度の高い領域が形成されるが、空調空間内に給気される低温空気によって順次押し出されることにより、高温で汚染物質濃度の高い空気が攪拌されることなく排気されるため、空調空間内の下方は清浄な環境に保たれ、また、給気温度を下げなくても空調空間内の温度を快適範囲に維持できるといった利点がある。このように、置換換気システムは、省エネルギーと高換気効率運転が可能な空調システムとして期待されている。
特開２００２−３７２２６８号公報 特開２００５−２８２８９２号公報

この置換換気システムでは、給気された低温空気が密度差で足下に沈み込むことによって生じる足元冷気と居住域上部の温度差が大きくなりやすく、足元−頭間の温度不均一による不快感を抑制するためにはあまり給排気温度差を大きくした運転ができないことが知られている。そこで上記特許文献１、２では、居住域の高さに設けた給気チャンバから複数の旋回流を室内に給気することによって吹き出し近傍の空気の誘引量を増加させ、少ない空調風量で居住域内の温度を均一化させるようにしている。この方法では、吹き出し空気（給気）の誘引によって居住域の空気を緩やかに循環させることができ、居住域に滞留しがちな汚染質を希釈することができる。

また、かかる置換換気システムにおいて、より一層の省エネルギーを図るために、室内負荷に応じて送風量をインバータなどで増減する変風量方式が有効であり、例えば室内負荷が小さい場合は、それに応じて送風機の送風量を減少させることが望ましい。給排気温度差を大きく保つことによって、空気搬送動力を低減することができる。

しかしながら、誘引型置換換気システムの誘引量は、給気チャンバから給気する風速が小さくなるほど減少する。従来の誘引型置換換気システムでは、送風機の送風量を少なくするほど誘引循環量が減少し、居住域の上下温度差が大きくなり不快になる、居住域に滞留する汚染質を希釈しにくくなる、などという解決課題があった。

本発明の目的は、吹き出し誘引量を適性に保ちながら送風機の搬送動力を低減できる空調方法を提供することにある。

本発明によれば、空調空間内の下部に給気し、空調空間内で加熱されて上昇した加熱空気を空調空間内の上部から排気することにより換気を行う空調方法であって、空調空間内の下部に向けて給気する給気口が設けられた給気チャンバが複数設置され、前記複数の給気チャンバに送風する送風機を有し、前記送風機で送風される空気を前記複数の給気チャンバに供給する給気ダクトを各給気チャンバ毎に備え、前記給気ダクトのいずれかには、送風量を制御するための可変ダンパが設けられており、前記可変ダンパが、前記送風機の送風量に応じて制御され、前記複数の給気チャンバの吹き出し台数が変更されることにより、前記給気口から前記空調空間内の下部に所定の風速で低温空気が給気されることを特徴とする、空調方法が提供される。

この空調方法において、前記給気口から前記空調空間内の下部に０．５〜１．２ｍ／ｓの風速で旋回成分を与えられた空気が給気されても良い。また、前記給気ダクトのいずれかに差圧計を設け、給気を行っている給気チャンバの内部における圧力と前記空調空間内の圧力が所定の差圧となるように、前記可変ダンパの開度が制御されても良い。あるいは、前記給気ダクトにおいて前記可変ダンパまたは給気チャンバより上流の位置に差圧計を設け、前記給気ダクトの内部における圧力と前記空調空間内の圧力が所定の差圧となるように、前記可変ダンパの開度が制御されても良い。
また、前記複数の給気チャンバのうち１台の給気チャンバをベース台として、当該ベース台には、給気ダクトを経てそのまま給気が供給され、他の給気チャンバには、給気ダクトに介在させられた可変ダンパを経て給気が供給されても良い。この場合、前記送風機の送風量に伴って前記可変ダンパの開閉を制御し、前記ベース台の給気チャンバの風量が１００％になるまでは、前記ベース台の給気チャンバのみから給気を行い、他の給気チャンバからは給気を行わず、前記ベース台の給気チャンバの風量が１００％になったら、前記ベース台の給気チャンバと２台目の給気チャンバから給気を行うようにしても良い。

本発明によれば、空調風量に応じて給気チャンバの吹き出し台数を変更して、空調空間内の下部に所定の風速で給気することにより、空調空間内に給気した吹き出し空気による誘引量を常に一定の範囲に保つことができる。本発明によれば、空調空間の下部をなるべく少ない風量で効率よく空調でき、省エネルギーに貢献できる。特に、空調空間内に吹き出す空気に対してフィンによって旋回成分を与えることにより、吹き出した空気量に誘引される空調空間内の空気の誘引量（誘引比)を増加させることができる。

そして、例えば給気口から空調空間内の下部に０．５〜１．２ｍ／ｓの風速で旋回成分を与えられた空気を給気している場合は、空調空間内の下部に存在する空気に対して吹き出し空気が混合されて、希釈効果により空調空間内の下部全体の浮遊粒子の濃度を下げ、清浄に保つことができる。この場合、空調空間内に吹き出す空気に旋回成分を与えて誘引量を増加させたことに伴い、運動量保存則に従って低温空気の速度は低減し、速やかに減速させることができ、少ない風量で居住域内の温度を均一化させることができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照にして説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる空調システム１を説明するための概略構成図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

この実施の形態の空調システム１は、置換換気方式によって空調空間１０の内部の空調を行うものである。この空調システム１では、空調空間１０は、例えば事務室、電算室、客室、宴会場、遊技場、印刷室、病室、便所、厨房、機械室、ボイラ室、工場などであり、空調空間１０の内部は、天井１０ａ、床１０ｂ及び側壁１０ｃで区画された閉鎖空間になっている。空調空間１０の下部は、床１０ｂから２ｍ程度の高さまでが居住域１１となっており、居住域１１には人間１２が存在している。

前記の空調空間１０の下部には、複数の給気口１５が設けられ、空調空間１０の上部には、複数の排気口１６が設けられている。給気口１５は居住域１１の高さ（床から２ｍ程度の高さまで）に配置されており、排気口１６は、居住域１１よりも上方に配置されている。図示の例では、空調空間１０の側壁１０ｃの下部に給気口１５を開口させ、天井１０ａに排気口１６を開口させている。

空調空間１０の側壁１０ｃの下部背面側には、給気チャンバ２０が設けられている。給気チャンバ２０の高さは、空調空間１０内に形成される居住域１１の高さにほぼ等しくなっている。この給気チャンバ２０の前面２１が、空調空間１０の側壁１０ｃの下部に露出した状態になっている。給気チャンバ２０は、図示の例では室を構成する壁面４面のうち対向する２面に壁面に沿って、図に従っていえば紙面の奥行方向に間隔をおいて設置されている。

こうして空調空間１０の側壁１０ｃ下部に露出した給気チャンバ２０の前面２１には、図２に示すように、複数の給気口１５が縦横に並べて配置されている。給気チャンバ２０には、外気ＯＡおよび還気ＲＡを空調機２２に取り込んで作られた低温空気（給気）ＳＡが、給気チャンバ２０ごとに分岐する給気ダクト２３を経て供給されている。この給気ダクト２３ごとに後述する可変ダンパＤが設けられる。これにより、給気チャンバ２０の前面２１に形成された複数の給気口１５から、空調空間１０の居住域１１に向かって横向きに低温空気ＳＡが給気されるようになっている。この場合、各給気口１５から空調空間１０内に向かって０．５ｍ／ｓ以上１．２ｍ／ｓ以下、例えば０．９ｍ／ｓの風速（吹き出し速度）で低温空気ＳＡが給気されることにより、空調空間１０の居住域１１が置換換気によって空調されるようになっている。

空調機２２は、内部に取り込んだ外気ＯＡおよび還気ＲＡをろ過、冷却して低温空気ＳＡを作るためのフィルタ２４、図示しない二方弁による冷水流量制御で冷却量を調節できる冷却器２５と、低温空気ＳＡを給気ダクト２３及び給気チャンバ２０を経て空調空間１０内に送風する給気ファン（送風機）２７を備えている。なお必要に応じ暖房用に加熱器が備えられていてもよい。また、給気ファン２７には、送風量を変化させるためのインバータ２８が装着されている。インバータ２８は、室内温度センサＴからの信号を受け、適切な風量を演算し、給気ファン２７の送風量を制御することができる。この場合、この空調システム１では、給気チャンバ２０から空調空間１０内に供給する低温空気ＳＡと、排気口１６から排出される排気ＥＡとの温度差（給排気温度差）を所定の温度差以上（例えば１０℃〜２０℃の温度差以上）に保つように、給気ファン２７の送風量が制御されるようになっている。

給気チャンバ２０は、一つの空調空間１０に対して複数台設置されている。図３に示すように、この空調システム１では、一つの空調空間１０に対して５台の給気チャンバ２０を備えている。これら５台の給気チャンバ２０には、空調機２２で作られた低温空気（給気）ＳＡが、給気ダクト２３を経てそれぞれ供給されて、各給気チャンバ２０のそれぞれから、空調空間１０の居住域１１に向かって横向きに低温空気ＳＡを給気できるようになっている。

また、図３に示す例では、５台の給気チャンバ２０が設置されている。これらは給気ファンの能力（ＣＭＨ）を台数で割った給気能力（ＣＭＨ）を１台あたり有する。これらのうち、１台目の給気チャンバ２０は基本的に常時給気のベース台として位置づけられ、空調機２２で作られた低温空気（給気）ＳＡが、給気ダクト２３を経てそのまま供給される。そして、２〜５台目の給気チャンバ２０に対しては、空調機２２で作られた低温空気（給気）ＳＡが、給気ダクト２３に介在させられた可変ダンパＤ１〜Ｄ４を経て供給されている。可変ダンパＤ１〜Ｄ４は、例えばモータダンパなどの開度制御ダンパであり、２〜５台目の給気チャンバ２０に対する低温空気（給気）ＳＡの供給を開閉させる制御と、２〜５台目の給気チャンバ２０に対する低温空気（給気）ＳＡの供給風量を調整させる制御がいずれも可能である。これら可変ダンパＤ１〜Ｄ４の制御によって、５台の給気チャンバ２０において、吹き出し台数を１〜５台に変更することができ、また、２〜５台目の給気チャンバ２０に対しては、給気ダクト２３からの送風量を任意に調整することができる。

給気ダクト２３には、可変ダンパＤ１〜Ｄ４よりも上流側において、給気ダクト２３の内部と空調空間１０の内部との差圧Ｐを検出する差圧計２９が装着してある。後述するように、空調空間１０の居住域１１に向かって低温空気ＳＡの送風を行っている給気チャンバ２０の内部と空調空間１０の内部の差圧Ｐを、この差圧計２９によって測定することが可能である。また、この差圧計２９の測定値Ｐが所定の差圧、例えば２０ｐａとなるように、可変ダンパＤ１〜Ｄ４の開閉を制御して、５台の給気チャンバ２０のうちの吹き出し台数と、２〜５台目の給気チャンバ２０に対する送風量を調整することができる。

給気チャンバ２０の前面に形成された各給気口１５には、図４、５示すように、複数のフィン４０がそれぞれ装着されている。各給気口１５の中央に支持部材４１が設けてあり、給気チャンバ２０に対してこの支持部材４１が固定されている。各フィン４０は、この支持部材４１の周りに適当な等間隔で放射状に取り付けてある。また、給気口１５から空調空間１０の内部に向かって吹き出す低温空気ＳＡに旋回成分を与えるべく、各フィン４０は給気口１５の中心軸１５’に対してそれぞれ傾斜して配置されており、図４と図５では、フィン４０の傾斜方向が逆向きの関係になっている。

このように、各給気口１５に傾斜したフィン４０を放射状に取り付けたことにより、給気チャンバ２０の内部から給気口１５に向かって流れ込んできた低温空気ＳＡを、給気口１５に通過させる際に、各フィン４０に沿わせて強制的に流すことができる。これにより、給気口１５から空調空間１０に向かって吹き出す低温空気ＳＡに、中心軸１５’を中心とする旋回成分を与えるようになっている。

ここで、図４、５では、前述の吹出部材について、フィン４０の傾斜方向が互いに逆向きであり、図４に示したフィン４０によっては、給気口１５を通過する際に、給気チャンバ２０の前面２１を空調空間１０の室内側から見た場合において、反時計回転方向の旋回成分が低温空気ＳＡに与えられる。一方、図５に示したフィン４０によっては、給気口１５を通過する際に、給気チャンバ２０の前面２１を空調空間１０の室内側から見た場合において、時計回転方向の旋回成分が低温空気ＳＡに与えられる。

前述のように給気チャンバ２０の前面（空調空間１０を形成している室の内部側の面)２１には、複数の給気口１５が縦横に並べて配置されているが、隣り合う給気口１５から吹き出される低温空気ＳＡの旋回成分は、互いに逆の回転方向の関係になっている。即ち、例えば図６に示すように上下方向に並んだ４つの給気口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを例にして説明すると、１番上の給気口１５ａと上から３番目の給気口１５ｃでは、フィン４０の傾斜方向が図４で説明した状態であり、これら給気口１５ａと給気口１５ｃからは、反時計回転方向の旋回成分を与えられた低温空気ＳＡが吹き出される。一方、上から２番目の給気口１５ｂと４番目の給気口１５ｄでは、フィン４０の傾斜方向が図５で説明した状態であり、これら給気口１５ｂと給気口１５ｄからは、時計回転方向の旋回成分を与えられた低温空気ＳＡが吹き出される。このように、隣り合う給気口１５ａと給気口１５ｂ、給気口１５ｂと給気口１５ｃ、給気口１５ｃと給気口１５ｄの間において、それぞれ互いに逆の回転方向に旋回する低温空気ＳＡを吹き出すようになっている。

即ち、図７に示すように、上下方向に並んだ４つの給気口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄからいずれも同じ回転方向に旋回する低温空気ＳＡ（図７に示す例では、いずれも反時計回転方向に旋回する低温空気ＳＡ)を吹き出した場合、給気口１５ａと給気口１５ｂの間、給気口１５ｂと給気口１５ｃの間及び給気口１５ｂと給気口１５ｃの間において、互いに打ち消しあう方向に低温空気ＳＡが吹き出されることとなる。そうすると、各給気口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄから吹き出される低温空気ＳＡの旋回成分が相殺されてしまう。

一方、図６で説明したように、各給気口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄから吹き出す低温空気ＳＡの旋回成分を交互に逆の回転方向とすれば、給気口１５ａと給気口１５ｂの間、給気口１５ｂと給気口１５ｃの間及び給気口１５ｂと給気口１５ｃの間のいずれにおいても、互いに同じ方向に低温空気ＳＡが吹き出されることとなるので、各給気口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄから吹き出される低温空気ＳＡの旋回成分が相殺されず、お互いに旋回運動を助長しあうようになる。

なお、図６では、上下に配列された給気口１５の関係について説明したが、先に図２で説明したように、給気チャンバ２０の前面２１には複数の給気口１５が縦横に並べて配置されている。そこで、図８に示すように、上下に配列された給気口１５の関係のみならず、横に配置された給気口１５の間においても、隣り合う給気口１５から吹き出される低温空気ＳＡの旋回成分が、互いに逆の回転方向の関係となるように、各給気口１５に設けられたフィン４０の傾斜方向が設定されている。

図１に示すように、空調空間１０の上部に配置された排気口１６には、排気ファン４２を備えた排気ダクト４３が接続されている。これにより、空調空間１０の上部に溜まった空気（空調空間１０に存在している人体やＯＡ機器などの熱負荷によって加熱された空気)が、排気ダクト４３経て外部に排気ＥＡされるようになっている。排気ファン４２には、排気量を変化させるためのインバータ４４が装着されている。

また、排気ダクト４３には、排気ファン４２よりも下流側において、空調空間１０の上部から排気された空気の一部を、還気ＲＡとして空調機２２に戻すための還気ダクト４５が接続されている。これにより、排気口１６を通じて空調空間１０の上部から排気された空気の一部が排気ＥＡとなって外部に排出されると共に、残りの空気が、還気ＲＡとなって還気ダクト４５を経て空調機２２に戻されるようになっている。排気ダクト４３と還気ダクト４５には、ダンパ４６、４７が設けてあり、これらダンパ４６、４７の開度調整により、外部に排出される排気ＥＡと還気ダクト４５を経て空調機２２に戻される還気ＲＡの割合が任意に設定できるようになっている。

さて、以上のように構成された空調システム１において、空調機２２で作った低温空気ＳＡを、給気ファン２７の稼動により、給気ダクト２３及び給気チャンバ２０を経て空調空間１０内に給気する。この場合、後に詳しく説明するように、給気ファン２７の送風量に応じて給気チャンバ２０の吹き出し台数が変更されることにより、給気チャンバ２０前面の各給気口１５から空調空間１０内に向かって吐出面での平均流速が０．５ｍ／ｓ以上、１．２ｍ／ｓ以下の流速で清浄空気ＳＡが供給される。具体的には、給気口１５を通過する際に、フィン４０の作用により、低温空気ＳＡに対して旋回成分が与えられる。ここでの流速は例えば１．８ｍ／ｓであり、前面２１の給気口１５から吐出される時点では昇圧されて低速となり０．９ｍ／ｓとなる。換言すれば吹出風量を前面２１の面積で除すと、本例では流速０．９ｍ／ｓが得られた。こうして、空調空間１０下部の居住域１１に向かって、各給気口１５から旋回しながら低温空気ＳＡが０．５ｍ／ｓ以上、１．２ｍ／ｓ以下の流速で横向きに給気される。

すると、各給気口１５の近傍においては、給気口１５から吹き出した低温空気ＳＡに、空調空間１０内の空気が誘引されて一緒に移動する誘引作用がはたらく。この場合、給気口１５から吹き出す低温空気ＳＡに旋回成分が与えられていることにより、低温空気ＳＡに誘引される空調空間１０下部の居住域１１の空気の誘引量（誘引比)が増加する。これに伴い、運動量保存則に従って低温空気ＳＡの速度は、各給気口１５から吹き出した後、速やかに減速することとなる。こうして空調空間１０下部の居住域１１に供給された低温空気ＳＡは、温度差により、居住域１１の下方に下降するように流れ、居住域１１を低速で満たしていき、ドラフト感を与えることなく居住域１１を快適な環境に保つことが可能となる。その結果、空調空間１０の居住域１１が好適に空調されることとなる。

また、居住域１１に存在する空気に対して低温空気ＳＡが混合されて、希釈効果により居住域１１を清浄に保つことができるようになる。この場合、給気ユニット２０近傍の誘引量は吹出しフェース面速度の二乗に比例する。各給気口１５から０．５ｍ／ｓ、１．２ｍ／ｓ以下以上の流速で低温空気ＳＡを給気することにより、居住域１１全体の希釈混合ができ、熱上昇流に直接乗らない浮遊粒子の除去もできるようになる。そして、給気ユニット２０からの給気は給気面の高さと同じ距離の位置（例えば前面２１の高さが２．１ｍのとき、前面２１から室内側に２．１ｍの地点）では減速されて、例えば０．３ｍ／ｓ程度の風速となる。また、居住域１１に向かって低温空気ＳＡを横向きに給気しているので、空調空間１０内において居住域１１よりも上部に存在している空気に対しては低温空気ＳＡが混合されず、居住域１１のみを低温かつ清浄な状態に保つことができる。

一方、空調空間１０内の居住域１１には、発熱体としての人間１２などが存在しているので、居住域１１に供給されて人間１１やその他の発熱機器類などに熱的に接触した低温空気ＳＡは、やがて加熱され、緩やかに上昇する。その上昇流により、居住域１１において人間１２の周りに生じた塵埃やガスなどの汚染物質を空調空間１０内の上方に搬送することができる。

そして、空調空間１０の居住域１１よりも上方に溜まった空気（加熱された空気)は、攪拌されることなく、即ち、空調空間１０内の居住域１１の温度成層を乱すことなく、排気口１６及び排気ダクト４３を経て、排気ファン４０外部に排気ＥＡされる。また、その際、空調空間１０の上部から排気された空気の一部が、還気ＲＡとして空調機２２に戻される。こうして、低温空気ＳＡを空調空間１０内の下方に供給しつつ、空調空間１０の上部から、加熱空気と共に塵埃やガスなどの汚染物質を排気することにより、空調空間１０内の換気が行われ、空調空間１０内下方の居住域１１は清浄な低温空気ＳＡの環境に保たれる。

なお、以上のような置換換気による空調が行われるに際し、給気ファン２７の送風量は、インバータ２８の調整により、給気チャンバ２０から空調空間１０内に供給する低温空気ＳＡと、排気口１６から排出される排気ＥＡとの温度差（給排気温度差）を所定の温度差以上に保つように制御される。このように給排気温度差を大きく保つように送風量を増減させる変風量方式を行うことにより、給気ファン２７による空気搬送動力を低減することができる。

また、このように給気ファン２７の送風量が制御されることに伴い、可変ダンパＤ１〜Ｄ４の開閉が制御されて、５台の給気チャンバ２０のうちの吹き出し台数と、２〜５台目の給気チャンバ２０における送風量が調整される。これにより、各給気口１５から空調空間１０下部の居住域１１に向けて所定の風速で低温空気ＳＡが給気されることになる。

即ち、図９に示すように、給気ファン２７の送風量が送風機給気能力の０〜２０％の範囲では、可変ダンパＤ１〜Ｄ４を全部閉じ、２〜４台目の給気チャンバ２０に対しては、給気ダクト２３から送風を行わない。これにより、１台目のダンパなしの給気チャンバ２０から低温空気ＳＡの給気を行い、２〜５台目の給気チャンバ２０からは低温空気ＳＡの給気を行わない。また、給気ファン２７の送風量が２０〜４０％の範囲では、可変ダンパＤ１〜Ｄ４のうちいずれか一つ（たとえば可変ダンパＤ１）を開く。これにより、例えば１台目と２台目の給気チャンバ２０から低温空気ＳＡの給気を行い、例えば３〜５台目の給気チャンバ２０からは低温空気ＳＡの給気を行わない。また、給気ファン２７の送風量が４０〜６０％の範囲では、可変ダンパＤ１〜Ｄ４のうちいずれか二つ（たとえば可変ダンパＤ１、Ｄ２）を開く。これにより、例えば１〜３台目の給気チャンバ２０から低温空気ＳＡの給気を行い、例えば４台目と５台目の給気チャンバ２０からは低温空気ＳＡの給気を行わない。また、給気ファン２７の送風量が６０〜８０％の範囲では、可変ダンパＤ１〜Ｄ４のうちいずれか三つ（たとえば可変ダンパＤ１、Ｄ２、Ｄ３）を開く。これにより、例えば１〜４台目の給気チャンバ２０から低温空気ＳＡの給気を行い、例えば５台目の給気チャンバ２０からは低温空気ＳＡの給気を行わない。また、給気ファン２７の送風量が８０〜１００％の範囲では、可変ダンパＤ１〜Ｄ４の全部を開く。これにより、１〜５台目の給気チャンバ２０の全部から低温空気ＳＡの給気を行う。本実施形態では可変ダンパＤ１〜Ｄ４は開度制御機能は必要ではなくオンオフダンパで十分である。すなわちインバータ２８により給気される空調空気がダンパの開いた給気チャンバ２０に略均等に供給される。

図１０は、このように給気ファン２７の送風量に伴って可変ダンパＤ１〜Ｄ４の開閉を制御して、５台の給気チャンバ２０のうちの吹き出し台数を変更した場合の、運転される各給気チャンバ２０の平均吹出風量（換言すれば運転されるチャンバの設計風量に対する実際の吹出風量の割合（％）で、以下「平均風量」と言う。）の変化を示している。なお、平均風量は給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの風速（吹き出し速度）と正比例の関係にあり、平均風量を給気口の総面積で割れば、吹き出し速度となる。図９で説明したように、給気ファン２７の送風量に応じて可変ダンパＤ１〜Ｄ４の開閉を制御し、５台の給気チャンバ２０のうちの吹き出し台数を変更した場合、給気ファン２７の送風量が０〜２０％の範囲では、１台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量は、０〜１００％に変化する。即ち、例えば給気ファン２７の送風量が１０％に達した時点で、低温空気ＳＡの平均風量は稼働している給気チャンバ２０の吹出能力の５０％に達し、その後、給気ファン２７の送風量がインバータ制御により段階的に増加するに従い、１台目の給気チャンバ２０から給気される平均風量は同様に増加していく。

また、給気ファン２７の送風量が２０〜４０％の範囲では、１台目と２台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量は、５０〜１００％に変化する。即ち、２台目の給気チャンバ２０からの低温空気ＳＡの給気を開始した時点（給気ファン２７の送風量が２０％の時点）では、１台目と２台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量は給気が分配されていずれも５０％となるが、その後、給気ファン２７の送風量が増加するに従い、１台目と２台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量は、いずれも増加していく。

また、給気ファン２７の送風量が４０〜６０％の範囲では、１〜３台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量は、６６．７〜１００％に変化する。即ち、３台目の給気チャンバ２０からの低温空気ＳＡの給気を開始した時点（給気ファン２７の送風量が４０％の時点）では、１〜３台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量はいずれも６６．７％となるが、その後、給気ファン２７の送風量が増加するに従い、１〜３台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量は、いずれも増加していく。

また、給気ファン２７の送風量が６０〜８０％の範囲では、１〜４台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量は、７５〜１００％に変化する。即ち、４台目の給気チャンバ２０からの低温空気ＳＡの給気を開始した時点（給気ファン２７の送風量が６０％の時点）では、１〜４台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量はいずれも７５％となるが、その後、給気ファン２７の送風量が増加するに従い、１〜４台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量は、いずれも増加していく。

また、給気ファン２７の送風量が８０〜１００％の範囲では、１〜５台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量は、８０〜１００％に変化する。即ち、５台目の給気チャンバ２０からの低温空気ＳＡの給気を開始した時点（給気ファン２７の送風量が８０％の時点）では、１〜５台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量いずれも８０％となるが、その後、給気ファン２７の送風量が増加するに従い、１〜５台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量は、いずれも増加していく。

これに対して、仮に可変ダンパＤ１〜Ｄ４が無く（あるいは、可変ダンパＤ１〜Ｄ４が動作せず、常に開きっ放しで）、常に５台の給気チャンバ２０の全部から給気が行われた場合は、給気ファン２７の送風量が０〜１００％の全範囲において、低温空気ＳＡの平均風量は、給気ファン２７の送風量に比例して増減する。即ち、例えば給気ファン２７の送風量が５０％に達した時点で、低温空気ＳＡの平均風量はようやく５０％に達することになる。

このように、本願発明のように給気ファン２７の送風量に応じて可変ダンパＤ１〜Ｄ４の開閉を制御して給気チャンバ２０の吹き出し台数を変更した場合は、給気ファン２７の送風量が例えば１０％に達した時点で、低温空気ＳＡの平均風量は既に５０％となり、給気ファン２７の送風量が１０〜１００％の範囲では、低温空気ＳＡの平均風量は５０％を下回ることが無い。

従って、仮に空調空間１０下部の居住域１１を置換換気によって空調するために、低温空気ＳＡの平均風量が、最大風量（１００％）の半分（５０％）以上が必要であると想定すると、本願発明のように給気ファン２７の送風量に応じて給気チャンバ２０の吹き出し台数を変更した場合は、給気ファン２７の送風量が１０〜１００％の範囲で、低温空気ＳＡの平均風量を５０％以上に保つことができる。これにより、近傍空気の誘引量の低下を防ぎ、居住域１１の上下温度差を抑制し、汚染質の希釈も十分に可能となる。給気チャンバ２０の運転台数制御、ダンパ開度制御をする本実施形態では、同じ空調風量（空調空間への全供給風量）が同じであっても給気チャンバ１台あたりの給気風量が多く、その結果誘引力を高く保て、空調空間の温度成層が良好に形成できる。一方、可変ダンパＤ１〜Ｄ４が無い場合は、給気ファン２７の送風量が半分未満（５０％未満）の範囲では、低温空気ＳＡの風速が５０％を下回るため、誘引量が減少して居住域１１の上下温度差が大きくなり、汚染質の希釈も不十分になってしまう。可変ダンパＤ１〜Ｄ４が無い場合は、給気ファン２７の送風量が５０％に達するまでは、低温空気ＳＡの平均風量は５０％に満たないこととなる。

なお、図１０では、可変ダンパＤ１〜Ｄ４を順次開いて給気チャンバ２０の吹き出し台数を変更していく場合を説明したが、更に加えて、可変ダンパＤ１〜Ｄ４の開度を調整することにより、一部の給気チャンバ２０については、低温空気ＳＡの平均風量を最大風速（１００％）に維持できるようにさせることも可能となる。ここで、図１１は、５台の給気チャンバ２０のうちの吹き出し台数を変更することに加えて、更に、給気ファン２７の送風量に伴って可変ダンパＤ１〜Ｄ４の開度調整を行った場合の、各給気口１５から空調空間１０下部の居住域１１に向けて供給される低温空気ＳＡの平均風量（％）の変化を示している。

即ち、先に図１０で説明した例では、給気ファン２７の送風量が０〜２０％の範囲において１台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量が一旦１００％まで増加したにもかかわらず、給気ファン２７の送風量が２０％に達して例えば可変ダンパＤ１を開いた時点で、１台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量は一旦５０％に減少してしまう。そこで、このような低温空気ＳＡの平均風量減少を回避するために、例えば可変ダンパＤのモータに開度制御信号を送信するようにする。そして、給気ファン２７の送風量が２０〜４０％の範囲では、次に開く例えば可変ダンパＤ１の開度調整を行い、図１１に示すように、２台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量を、０〜１００％に徐々に増加させていく。これにより、給気ファン２７の送風量が２０〜４０％の範囲では、１台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量を常に１００％に維持することができるようになる。また、給気ファン２７の送風量が４０〜６０％の範囲では、例えば可変ダンパＤ１を全開にしたまま、次に開く例えば可変ダンパＤ２の開度調整を行い、図１１に示すように、３台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量を、０〜１００％に徐々に増加させていく。これにより、給気ファン２７の送風量が４０〜６０％の範囲では、１台目と２台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量をいずれも１００％に常に維持することができるようになる。同様に、給気ファン２７の送風量が６０〜８０％の範囲では、例えば可変ダンパＤ１、Ｄ２を全開にしたまま、次に開く例えば可変ダンパＤ３の開度調整を行い、図１１に示すように、４台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量を、０〜１００％に徐々に増加させていく。これにより、給気ファン２７の送風量が６０〜８０％の範囲では、１〜３台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量をいずれも１００％に常に維持することができるようになる。同様に、給気ファン２７の送風量が８０〜１００％の範囲では、例えば可変ダンパＤ１〜Ｄ３を全開にしたまま、次に開く例えば可変ダンパＤ４の開度調整を行い、図１１に示すように、５台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量を、０〜１００％に徐々に増加させていく。これにより、給気ファン２７の送風量が８０〜１００％の範囲では、１〜４台目の給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量をいずれも１００％に常に維持することができるようになる。給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡに対して居住域１１の空気が誘引される量は、低温空気ＳＡの平均風量の二乗に比例する。そのため、このように給気チャンバ２０の吹き出し台数の変更に加えて、更に、可変ダンパＤ１〜Ｄ４の開度調整を行うことは特に有効である。

なお、以上のような給気チャンバ２０の吹き出し台数の変更、および、可変ダンパＤ１〜Ｄ４の開度調整を行う場合、給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量を測定し、当該風速が所定の範囲となるように、給気チャンバ２０の吹き出し台数の変更、および、可変ダンパＤ１〜Ｄ４の開度調整を行うといった制御が考えられる。一方、給気を行っている給気チャンバ２０の内部における圧力と空調空間１０内の圧力との差圧Ｐは、給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量の２乗に比例するといった性質がある。そこで、給気チャンバ２０から給気される低温空気ＳＡの平均風量の代わりに、給気を行っている給気チャンバ２０の内部の圧力と空調空間１０内の圧力との差圧Ｐを測定し、測定された差圧Ｐが所定の範囲となるように給気チャンバ２０の吹き出し台数の変更、および、可変ダンパＤ１〜Ｄ４の開度調整を行うといった制御も可能であり、より高い精度での計測が可能である。この場合、給気を行っている給気チャンバ２０の内部の圧力と空調空間１０内の圧力との差圧Ｐは、図３に示したように、可変ダンパＤ１〜Ｄ４よりも上流側において給気ダクト２３に設けた差圧計２９によって測定することができる。この差圧計２９によって測定される差圧Ｐが所定の範囲となるように給気チャンバ２０の吹き出し台数の変更、および、可変ダンパＤ１〜Ｄ４の開度調整を行うといった制御が可能である。より具体的には、温度センサＴで測定される室内の要求付加が高くなった時にインバータ２８によって総風量が増加し、差圧の所定値、例えば２０ｐａより高くなる。すると開度１００％未満のダンパＤ１〜Ｄ４の開度を大きくし、またはその時点で開いているダンパＤ１〜Ｄ４が全開のときは次のダンパを開く。

なお、１台目の給気チャンバ２０は常に給気を行っているので、図１２に示すように、この１台目の給気チャンバ２０内部の圧力と空調空間１０内の圧力との差圧Ｐを差圧計２９によって測定し、この差圧Ｐが所定の範囲となるように給気チャンバ２０の吹き出し台数の変更、および、可変ダンパＤ１〜Ｄ４の開度調整を行うことも可能である。また、１〜４台目の給気チャンバ２０の内部の圧力と空調空間１０内の圧力との差圧Ｐ１〜Ｐ４を差圧計２９によってそれぞれ測定し、例えば１〜４台目の給気チャンバ２０で給気を行っている場合には、３台目の給気チャンバ２０の内部の圧力と空調空間１０内の圧力との差圧Ｐ３を測定して、この差圧Ｐ３が所定の範囲となるように可変ダンパＤ４の開度調整を行って４台目の給気チャンバ２０への送風量を制御し、例えば１〜３台目の給気チャンバ２０で給気を行っている場合には、２台目の給気チャンバ２０の内部の圧力と空調空間１０内の圧力との差圧Ｐ２を測定して、この差圧Ｐ２が所定の範囲となるように可変ダンパＤ３の開度調整を行って３台目の給気チャンバ２０への送風量を制御し、例えば１台目と２台目の給気チャンバ２０で給気を行っている場合には、１台目の給気チャンバ２０の内部の圧力と空調空間１０内の圧力との差圧Ｐ１を測定して、この差圧Ｐ１が所定の範囲となるように可変ダンパＤ２の開度調整を行って２台目の給気チャンバ２０への送風量を制御することもできる。この場合、１〜３台目の給気チャンバ２０について、低温空気ＳＡの平均風量を、ほぼ１００％に維持できるようになる。

その他、給気ファン２７の送風量と給気チャンバ２０の吹き出し台数の変更、および、可変ダンパＤ１〜Ｄ４の開度調整の関係を予め定めておき、その関係に従って給気チャンバ２０の吹き出し台数の変更、および、可変ダンパＤ１〜Ｄ４の開度調整を行うといった制御も考えられる。

以上、本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。例えば、例えば排気口１６をクリーンルーム１０の上部において側壁１０ｃに形成してもよい。また、給気ファン２７の送風量は、低温空気ＳＡと排気ＥＡの温度差（給排気温度差）が所定の温度差以上となるように自動制御（変風量制御）しても良いし、室内負荷に応じて手動で送風量を変更して、所定の温度差を満足するように制御しても良い。また、冷却機２５と給気ファン２７の両方またはいずれか一方は、給気チャンバ２０に内蔵、または給気チャンバのダクト接続口に付設していてもよい。

また図４、５では、支持部材４１に複数のフィン４０を放射状に取り付けた構成の吹出部材を、各給気口１５にそれぞれ装着した例を説明したが、この形態に限定されない。例えば本出願人が先に特開平９-２５０８０３号の図５で開示した旋回流形成板の如き、平板からフィンを打ち抜いて形成した構成でも良い。また、給気チャンバ２０の前面２１に縦横に並べて配置された複数の給気口１５において、上下に配列された給気口１５の間では、隣り合う給気口１５から吹き出される低温空気ＳＡの旋回成分が、互いに逆の回転方向の関係となるが、横に配置された給気口１５の間では、隣り合う給気口１５から吹き出される低温空気ＳＡの旋回成分が、互いに同じ回転方向の関係となるように設定されていてもよい。また逆に、横に配列された給気口１５の間では、隣り合う給気口１５から吹き出される低温空気ＳＡの旋回成分が、互いに逆の回転方向の関係となるが、上下に配置された給気口１５の間では、隣り合う給気口１５から吹き出される低温空気ＳＡの旋回成分が、互いに同じ回転方向の関係となるように設定されていてもよい。また、全部の給気口１５から吹き出される低温空気ＳＡの旋回成分が、いずれも同じ回転方向の関係となるように設定されていてもよい。更に、各給気口１５から吹き出される低温空気ＳＡの旋回成分が、不規則に同じ回転方向となったり逆の回転方向となるように設定されていても良い。各給気口１５から吹き出される低温空気ＳＡの旋回成分の回転方向は、任意に設定できる。

また、図１４に示すように、各給気口１５に装着される複数枚のガイドフィン４０の周囲に、円筒５２を取付けても良い。このように、給気口１５において、複数枚のガイドフィン４０の外周を円筒５２の内壁面５３（給気口１５の中心軸１５’を中心軸とする円筒形状の内壁面５３）によって囲むことにより、低温空気ＳＡに時計回転方向または反時計回転方向の旋回成分をより強制的に与えることができる。この場合、給気口１５の中心軸１５’に沿った方向における円筒５２の長さＬは、同じく給気口１５の中心軸１５’に沿った方向におけるガイドフィン４０の幅ｌの半分以上に設定すると良い。

また、給気チャンバ２０前面の各給気口１５には、フィン４０を取り付けなくても良い。例えば図１５に示すように、給気チャンバ２０前面において下方の給気口１５から低温空気ＳＡを給気し、給気チャンバ２０前面において上方に配置された給気口１５では、エゼクタ効果を用いて空調空間１０内の空気を誘引する方法も考えられる。また、図１６に示すように、給気チャンバ２０前面を多孔板などで構成することにより、給気口１５を小口径の吹き出し開口とし、高速吹き出し噴流を用いて誘引する方法などでも適用できる。

また、本発明は、空調空間１０内の空気を混合・希釈させる非層流方式（コンベンショナル方式）のクリーンルームにも適用できる。空調空間１０内下方の居住域１１に向かって低温空気ＳＡを横向きに給気することにより、居住域１１よりも上部に存在している空気に対しては低温空気ＳＡが混合されず、居住域１１のみを清浄に保つことができる。

なお、このようにクリーンルームに本発明を適用する場合は、図１７に示すように、空調機２２内において、低温空気ＳＡから浮遊粒子を除去するための高性能フィルタ５５を設けると良い。この場合、高性能フィルタ５５は例えばＨＥＰＡフィルタ、ＵＬＰＡフィルタ等で構成される。また、高性能フィルタ５５は、空調機２２内に設ける他、給気ダクト２３内や、給気チャンバ２０内に設けても良い。あらかじめ給気ファン２７のインバータ２８の周波数と風量との関係を求めておき、その周波数信号をモータダンパに連絡して開度制御をしてもよい。この方法では温度センサＴ→インバータ２８→ダンパＤの信号の連絡による部材が少なくてすむ。可変ダンパの開度制御法として風速による方法、差圧計による方法を例示したが、給気口１５の高さは居住域より低ければよく、足元の高さとしても既存の室内空気はいずれ給気により押し上げられ置換されていき同じ効果を得られる。

実際のクリーンルームを用いて、浮遊粒子個数の分布、および、温度分布の実測を行った。使用したクリーンルームは、ＩＳＯクラス８（０．５μｍ以上の粒子を１００、０００個／ｆｔ^３以下）の仕様である。クリーンルームの大きさおよび測定点を図１８に示す。高さ２ｍの旋回流誘引型の給気チャンバを、奥行き１９ｍのクリーンルームの一つの側壁に４台設けた。給気チャンバ単体の誘引量を変えるため、換気回数と吹出し運転台数を変更することによって吹出し風速を４例に変化させた。クリーンルーム内の室中央（Ａ）、吹出しから遠方側（Ｂ）、吹出し側（Ｃ）の３つの測定位置において、高さ別の浮遊粒子個数（粒径０．５μｍ〜５μｍ）と温度を実測し、３時間平均値を比較した。給排気温度差および給排気の浮遊粒子個数から求めた室内顕熱負荷量および発塵量を図１９（ａ）、（ｂ）に示す。

図２０において、運転風速別の高さ方向の温度および粉塵粒子個数を比較した。この図２０から、非居住域である床上３ｍの浮遊粒子個数と比較して、居住域の代表高さである床上１ｍの浮遊粒子個数は少なく抑えられていることが確認できる。クリーンルーム内の機器および人体（無塵服着用）から発生した浮遊粒子は、非作業域に押し上げられたためである。しかし、運転風速が遅く、吹出し誘引量が少なくなるほど、床上１ｍの浮遊粒子個数のばらつきは大きく、かつ居住域内の温度ばらつきが大きくなることが確認できる。

本発明は、種々の分野で利用される空調システムに広く適用できる。

本発明の実施の形態にかかる空調システムを説明するための概略構成図である。 給気チャンバの前面図である。 空調機と５台の給気チャンバを接続している給気ダクトの説明図である。 作業域側から見て反時計回転方向の旋回成分を低温空気に与えるようにフィンを取り付けた給気口の斜視図である。 作業域側から見て時計回転方向の旋回成分を低温空気に与えるようにフィンを取り付けた給気口の斜視図である。 隣り合う給気口から吹き出される低温空気の旋回成分を交互に逆の回転方向とした給気口の説明図である。 隣り合う給気口から吹き出される低温空気の旋回成分を同じ回転方向とした給気口の説明図である。 上下に配列された給気口と横に配置された給気口のいずれの間においても、隣り合う給気口から吹き出される低温空気の旋回成分が、互いに逆の回転方向の関係となるように設定された給気口の説明図である。 送風量の増減と給気チャンバの吹き出し台数との関係を示すグラフである。 吹き出し台数を変更した場合の、送風量と吹き出し風速（％）の関係を示すグラフである。 給気チャンバの吹き出し台数を変更することに加えて、更に、給気ファンの送風量に伴って可変ダンパの開度調整を行った場合の、送風量と吹き出し風速（％）の関係を示すグラフである。 １台目の給気チャンバ内部の圧力と空調空間内の圧力との差圧を差圧計によって測定するように構成した実施の形態の説明図である。 １〜４台目の給気チャンバの内部の圧力と空調空間内の圧力との差圧を差圧計によってそれぞれ測定するように構成した実施の形態の説明図である。 ガイドフィンの周囲に円筒を取付けた給気口の縦断面図である。 エゼクタ効果を用いて空調空間内の空気を誘引するように構成した実施の形態の説明図である。 高速吹き出し噴流を用いて空調空間内の空気を誘引するように構成した実施の形態の説明図である。 クリーンルームに本発明を適用した場合の空調機の説明図である。 実施例におけるクリーンルーム内の測定点の説明図である。 給排気温度差および給排気の浮遊粒子個数から求めた室内顕熱負荷量（ａ）および発塵量（ｂ）を示すグラフである。 運転風速別の高さ方向の温度および粉塵粒子個数を比較したグラフである。

符号の説明

ＲＡ 還気
ＳＡ 低温空気
Ｄ１〜Ｄ４ 可変ダンパ
Ｐ 差圧
１ 空調システム
１０ 空調空間
１１ 居住域
１５ 給気口
１６ 排気口
２０ 給気チャンバ
２２ 空調機
２３ 給気ダクト
２７ 給気ファン
２８ インバータ
２９ 差圧計
４０ フィン
４３ 排気ダクト
４５ 還気ダクト

Claims (6)

1. 空調空間内の下部に給気し、空調空間内で加熱されて上昇した加熱空気を空調空間内の上部から排気することにより換気を行う空調方法であって、
   空調空間内の下部に向けて給気する給気口が設けられた給気チャンバが複数設置され、
   前記複数の給気チャンバに送風する送風機を有し、
   前記送風機で送風される空気を前記複数の給気チャンバに供給する給気ダクトを各給気チャンバ毎に備え、
   前記給気ダクトのいずれかには、送風量を制御するための可変ダンパが設けられており、
   前記可変ダンパが、前記送風機の送風量に応じて制御され、前記複数の給気チャンバの吹き出し台数が変更されることにより、前記給気口から前記空調空間内の下部に所定の風速で低温空気が給気されることを特徴とする、空調方法。
2. 前記給気口から前記空調空間内の下部に０．５〜１．２ｍ／ｓの風速で旋回成分を与えられた空気が給気されることを特徴とする、請求項１の空調方法。
3. 前記給気ダクトのいずれかに差圧計を設け、給気を行っている給気チャンバの内部における圧力と前記空調空間内の圧力が所定の差圧となるように、前記可変ダンパの開度が制御されることを特徴とする、請求項１または２の空調方法。
4. 前記給気ダクトにおいて前記可変ダンパまたは給気チャンバより上流の位置に差圧計を設け、前記給気ダクトの内部における圧力と前記空調空間内の圧力が所定の差圧となるように、前記可変ダンパの開度が制御されることを特徴とする、請求項１または２の空調方法。
5. 前記複数の給気チャンバのうち１台の給気チャンバをベース台として、当該ベース台には、給気ダクトを経てそのまま給気が供給され、他の給気チャンバには、給気ダクトに介在させられた可変ダンパを経て給気が供給されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかの空調方法。
6. 前記送風機の送風量に伴って前記可変ダンパの開閉を制御し、前記ベース台の給気チャンバの風量が１００％になるまでは、前記ベース台の給気チャンバのみから給気を行い、他の給気チャンバからは給気を行わず、
   前記ベース台の給気チャンバの風量が１００％になったら、前記ベース台の給気チャンバと２台目の給気チャンバから給気を行うことを特徴とする、請求項５の空調方法。

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