JP5094894B2

JP5094894B2 - 空調システム

Info

Publication number: JP5094894B2
Application number: JP2010040027A
Authority: JP
Inventors: 義博杉山; 和朗廣石
Original assignee: 丸七ホーム株式会社
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2030-02-25
Also published as: JP2011174674A

Description

本発明は、空調システムに関する。

空調システムの一つである住宅のセントラル空調システム（ダクト式全館空調システム）は、高気密・高断熱住宅に多く採用されている。しかし、空調面積の増加、運転時間の増加により、個別の空調機であるエアー・コンディショナー（エアコン）方式に比べ、エネルギー消費量が増大する傾向にある。特に複数の部屋を有する住宅では、各部屋の方位が異なるため、部屋毎に日射時間に差が出る関係で、室内温度にも差を生じる。

一方、これまでのセントラル空調システムでは、送風機が一台で定風量であったため、各部屋の風量制御が難しく、結果的に不要な空調、過暖房、過冷房による快適性の低下を招来する虞がある。
したがって、現状のセントラル空調システムでは、高気密・高断熱住宅の優れた熱的性能を生かしきれていない。

そこで、部屋毎に配管されたダクトのそれぞれに送風機を設置した技術が、例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示の技術では、ダクト毎に設置された送風機の回転速度を変えることで、各部屋に吹き出される風量を調整するようになっており、これにより各部屋の空調を実施するようになっている。

特開平１０−３２５５６５号公報

社団法人空気調和・衛生工学会編「快適な温熱環境のメカニズム」第１４８頁〜１４９頁及び図７・６

しかしながら、前記特許文献１の技術では、日照時間その他の外部環境の影響を受けることに基づいた各部屋間の温度差である室間温度差の考察がされていない。
このため、各部屋、及び住宅全体としての快適性に支障を生じ、さらにはエネルギー消費も大きいという問題があった。
また、空調機室内の目標温度と、空調対象の部屋の目標温度との差によって、居住者が不快になる温度差というものを解消したいという要望があった。

本発明は、このような技術的背景を考慮してなされたもので、少なくとも日照時間その他の外部環境の影響を受けても室間温度差を少なくすることができる技術の提供をすることを課題とする。

上記した技術的課題を解決するため、本発明では以下の構成とした。
すなわち、本発明は、空調機室と、該空調機室に設置され、空調室内の空調を行う空調機と、前記空調機室の室内に外気を送気する外気送気手段と、一方の口が前記空調機室を基点になるようにされ、他方の口が住宅の複数のそれぞれの部屋に導かれて配管された複数のそれぞれのダクトと、前記複数のそれぞれのダクトの前記空調機室側の口に対して設けられた複数の送風機と、前記複数の部屋に前記ダクトを経て送気された送気済み空気を、前記空調機室にリターンするリターン手段とを備え、前記空調機室内の目標温度と、空調対象の部屋の目標温度とが、冷房時摂氏５度以内の温度差、暖房時摂氏１０度以内の温度差で空調させる空調システムでもある。

このように構成された本発明の空調システムによれば、空調機室内の目標温度と、空調対象の部屋の目標温度とが、冷房時摂氏５度以内の温度差、暖房時摂氏１０度以内の温度差で空調されるので、日照時間その他の外部環境の影響を受けても室間温度差を少なくすることができる。よって、省エネルギー型の送風システムということができる。

また、空調機室と部屋の温度差を冷房時摂氏５度以内、暖房時摂氏１０度以内とすることにより、ダクトから各部屋に排出される空気が部屋に居住する人に向けて放出されても、人が冷気あるいは暖気を感じる程度を抑制できる。

このように本発明によれば、日照時間その他の外部環境の影響を受けても部屋毎の極端な温度差のない住宅環境にすることができる。

本発明の実施例１のセントラル空調システムが適用された高気密・高断熱住宅の断面図。図１の斜視図。図１の要部拡大図。

以下、この発明を実施するための形態（以下、実施形態）を実施例に基づいて例示的に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状その相対配置などは、特に特定的に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらに限定する趣旨ではない。
以下、本発明の空調システムの好適な実施形態を図１〜３を参照して説明する。

（実施例１）
図１は、本発明に係るセントラル空調システムＳ１が適用された高気密・高断熱住宅を示す。
高気密とは、住宅内に隙間風が入ってこないようにすることであり、高断熱とは住宅の外部と接する部分である外壁、屋根、窓などから、冬なら暖かさを逃さないように、夏なら暑さが入らないようにすることである。よって、具体的に高気密・高断熱住宅とは、気密性を高めるために、微細な隙間も埋められており、断熱性を高めるために、断熱性能が高い断熱材を使用し、窓には複層ガラス入りサッシなどが使用されている住宅をいう。

セントラル空調システムＳ１は、このような高気密・高断熱住宅の優れた熱的性能を生かすためのものである。
以下、セントラル空調システムＳ１について述べる。

セントラル空調システムＳ１は、屋根裏に設置された空調機室１内の空調を行う空調機であって冷暖房機能を併せもつ市販の家庭用省エネエアコン（エアー・コンディショナー）２と、一方の口が前記空調機室１を基点になるよう設置され、他方の口が住宅の複数のそれぞれの部屋に導かれるように配管された複数のそれぞれの給気ダクト３と、空調機室１側の前記一方の口に対してそれぞれ設けられた複数の給気（送風）送風機（換気扇）４と、空調機室１に向けて外気ＯＡを送気するための送気ダクト３１と、屋外に向けて家屋
の空気を排気するための排気ダクト３２とを備える。そして、空調機室１にエアコン２と、各給気ダクト３の一方の口と、給気送風機４と、が配置されている。

以下これらの各構成部材について説明する。
エアコン２は、室内機２１が空調機室１に設置され、室外機２２が家屋の外に設置されている。エアコン能力は、冷暖房負荷計算により決定する。また、エアコン能力は住宅の構造・施工に大きく依存し、実績に基づく経験値から機器選定を行う必要がある。
なお、断熱区分４地域の通常（１４０ｍ²程度）の住宅ではエアコンの能力は１台（５
ｋｗ相当）で十分である。住宅の形状、住まい方により、２台設置することもある。

給気ダクト３は、低圧損フレキシブルダクトであることが望ましい。そして、その中を通風するにあたり、空気に抵抗（通風抵抗）ができるだけ掛からないよう、給気ダクト３は、直線的に又は大きな曲率を有する曲線形状で配管されている。

またこの実施例では、給気ダクト３は、給気ＳＡを、住宅の空調対象の部屋である複数の居室４２と床下３６にそれぞれ設けられた吹出グリル５０から、これら居室４２や床下３６に向けて吹き出す。なお、給気ＳＡは、エアコン２の吹き出し口から出された冷気や暖気によって温度や湿度が調整された、空調機室１内の空気である。また、居室４２等における吹出グリル５０の設置場所は、負荷の大きな窓側が好ましい。

給気送風機４は、空調機室１の壁面に空調対象の居室４２の数だけ設置される。当該設置のための設置穴である排気口４１が、空調機室１の壁面に複数形成されている。そして、各給気送風機４は、これが排気口４１に設置された状態で、給気ダクト３の一方の口とそれぞれ接続されるようになっている。給気送風機４は、直流（ＤＣ）モータを駆動源として回転される。

また、空調機室１は、断熱材で囲繞されている。これにより、エアコン２の吹き出し口から出された冷気や暖気により冷暖房された空調機室１内の空気が、空調機室１の外部に漏れないようになっている。

さらに、空調機室１には、前記送気ダクト３１の一方の口が嵌合されている給気口３１１と、住宅のホール４６と連通路４７を介して連通されているガラリ１５と、点検やメンテナンスのための専用の点検口１７（図２参照）が形成されている。

送気ダクト３１には、その他方の口が家屋の外壁に形成された外気取込口１０に取り付けられた、外気導入のための外気導入部である深形フード１２１、大気中の塵芥を取り除くフィルターユニット１３、冷暖房時に発生する熱ロスを抑制するため熱エネルギーを回収する熱交換気ユニット１４が設けられている。
ガラリ１５は、居室４２経由の給気ＳＡでホール４６に導入された給気ＳＡを連通路４７経由で空調機室１にリターンさせるための通風口である。

排気ダクト３２は、例えば洗濯機・乾燥機・アイロンなどの設備をまとめて設置した部屋であるユーティリティ３４や床下３６などに設置された排気グリル４０を排気の流れの基点にしている。そして、排気グリル４０を基点としてそこから排気ダクト３２の途中に設けられた熱交換気ユニット１４を経由後、家屋の外壁に形成された外気排出のための排出口１１に設置された深形フード１２２から家屋内の空気が屋外に排出される。

なお、熱交換気ユニット１４、送気ダクト３１及び排気ダクト３２は、結露防止のため、断熱されている。また、熱交換気ユニット１４は、送気ダクト３１及び排気ダクト３２の通風抵抗を計算し、風量を十分に確保できる仕様のものを選択することが好適である。

さらに、エアコン、排気口、給気口の位置が近すぎて、狭い範囲で空気が循環してしまう現象であるショートサーキットを防止するため、空調機室１にあっては、エアコン２、排気口４１、給気口３１１の設置位置をできるだけ離すことが好ましい。

そして、本システムＳ１にあっては、空調機室１内の目標温度と、居室４２の目標温度との温度差が冷房時最大摂氏５度以内、暖房時最大摂氏１０度以内になるように小さく設定され、給気送風機４による空気排出量が最低１００ｍ ³ ／ｈになるように大きく設定されている。

夏の冷房の場合でいえば、空調機室の温度が摂氏２３度となる能力の空調機を選定し設定する。また、冬の暖房の場合でいえば、空調機室の温度が摂氏１８度となる能力の空調機を選定し設定する。さらに、熱損失係数であるＱ値及び相当隙間面積であるＣ値は、それぞれ２．４ｗ／ｍ ² ℃及び１．０ｃｍ ² ／ｍ ² 程度あれば、十分に冷暖房が可能である。
但し、空調機室の温度は摂氏２３度や１８度に限定されるわけではない。また温度差は冷房時摂氏５度、暖房時摂氏１０度よりも小さくてもよい。

このような設定にできるのは、高気密高断熱住宅では、所定限度の風量が確保できれば、熱負荷を処理するための冷温風に大温度差が必要ないからである。なお熱負荷とは、暖房時に熱が屋外に逃げ、冷房時には熱が屋外から流入するような、熱損失と熱取得の量のことを言う。

次にこのような構成のセントラル空調システムＳ１を使用した場合の空気の循環について述べる。
給気送風機４を直流モータで駆動すると、空調機室１を起点とした空気の循環を生じる。

最初に空調機室１内の空気が給気ダクト３経由で各居室４２及び床下３６に向けて送気される。当該送気された空気に相当する量の外気ＯＡが、外気取込口１０に取り付けられた深形フード１２１から送気ダクト３１に入る。

当該外気ＯＡは、フィルターユニット１３により外気ＯＡに含まれている塵芥が取り除かれる。その後、熱交換気ユニット１４を経由して、空調機室１の給気口３１１から外気ＯＡは空調機室１に導入される。空調機室１に導入された外気ＯＡは、エアコン２の設定温度にされてから、給気ダクト３経由で各居室４２及び床下３６に向けて送気される。

居室４２に送られた給気ＳＡは、その後、居室４２の通気口４３からホール４６を経由した後、ユーティリティ３４にその通気口３５を介して至る。その後、給気ＳＡは、室内空気ＲＡとして、ユーティリティ３４に設置された排気グリル４０を基点としてそこから排気ダクト３２を通り、熱交換気ユニット１４を経由して、排気ＥＡとして屋外に排出される。

また、吹出グリル５０から床下３６に送気された給気ＳＡは、その後、床下３６に設置された排気グリル４０からダクト３２を通り、熱交換気ユニット１４を経由して、同じく排気ＥＡとして屋外に排出される。

さらに、居室４２等の室内空気ＲＡは、ユーティリティ３４に流れる以外に、ホール４６の連通路４７を経由して空調機室１へ送られる。

次に作用効果について述べる。
本システムＳ１にあっては、空調機室１内の温度と、居室４２等の目標温度との温度差が最大５度以内になるように小さく設定され、給気送風機４による空気排出量が最低１００ｍ ³ ／ｈになるように設定されている。

したがって、居室４２等の目標温度と、通気口４３から居室４２に導入される空気の温度との差は、冷房時摂氏５度、暖房時摂氏１０度よりさらに小さい。したがって、居室４２等に居住する人に通気口４３から導入された空気があたっても温度差による不快感を持つことが少ない。

さらに、本システムＳ１にあっては、ヒートショックを生じ難い。ヒートショックとは、急激な温度の変化が、身体に及ぼす影響のことをいう。例えば、冬の入浴時の脱衣室から浴室への急激な温度変化は、血管を著しく伸縮させるとともに、血圧や脈拍を大きく変動させる。これにより、脳梗塞や、脳出血を引き起こすことがある。

さらにまた、量販の省エネルギーのエアコン２や、同じく量販される直流モータにより駆動する、給気送風機４を利用するので、安価である。安価であるからリニューアルするのも比較的容易である。

加えて、給気送風機４を回転するのに直流モータを利用することで、交流（ＡＣ）モータに比べ、消費電流を数分の１にできる（最大３０〜７５％の消費電力の低減が可能）。このように、市販品を使用することにより、市販品の省エネルギー性能を家屋全体の空調に生かすことができる。

そして、エアコン２、直流モータにより駆動する給気送風機４は量販品であるので、本システムの構築にあたり、コスト負担や生産対応力は何ら問題ない。

さらに、給気ダクト３は、低圧損フレキシブルダクトが採用されているので、通風抵抗が掛かりにくい。したがって、給気ダクト３内の圧力損失の低減が可能である。そして、給気ダクト３の配置は、直線的又は大きな曲率を有する曲線形状で配管されているため、その内部を清掃し易い。

さらにまた、屋根裏に設置された空調機室１にエアコン２や給気送風機４等の機器を集約してあるので、メンテナンスの最中にメンテナンス作業者と居住者とが接することがなく、両者が互いに気遣いをする必要がない。

そして、ダクト内を大風量が流れるため、ダクト内におけるカビの発生を抑制することができる。
また、屋根裏にも給気送風機による冷気を送れるように本システムを適用すれば夏場は屋根裏に溜まった熱気を除去することができる（図２参照）。

本願発明はあくまで、セントラル空調システムの空調機としては、エアコン能力の小さな市販の家庭用省エネエアコン（エアー・コンディショナー）を空調機室に設置してある。
しかしながら、一方の口が前記空調機室１を基点になるよう設置され、他方の口が住宅の複数のそれぞれの部屋に導かれるように配管された複数のそれぞれの給気ダクト３と、空調機室１側の前記一方の口に対してそれぞれ設けられた複数の給気（送風）送風機（換気扇）４とで大きな風量を住宅の複数のそれぞれの部屋に供給するものである。このため、エアコンの吹き出し口から出る風量の温度が、夏場であればさほど低くなくとも、給気送風機４によって各部屋に供給される風量が多い分、涼しく感じることができる。

また、冬場であれば、エアコンの吹き出し口から出る風量の温度が、さほど高くなくとも、給気送風機４によって各部屋に供給される風量が多い分暖かく感じることができる。
具体的には既述のように、空調機室１内の目標温度と、居室４２の目標温度との温度差が冷房時最大摂氏５度以内、暖房時最大摂氏１０度以内になるように小さく設定し、給気送風機４による空気排出量が最低１００ｍ ³ ／ｈになるように大きく設定することで、望まれない局部気流（ドラフト）を生じないようにできるのである。

Ｓ１セントラル空調システム
１空調機室
２エアコン（空調機）
３給気ダクト（ダクト）
４給気送風機（送風機）
１０外気取込口
１１排出口
１３フィルターユニット
１４熱交換気ユニット
１５ガラリ
１７点検口
２１室内機
２２室外機
３１送気ダクト
３２排気ダクト
３４ユーティリティ
３５通気口
３６床下
４０排気グリル
４１排気口
４２居室
４３通気口
４６ホール
５０吹出グリル
１２１深形フード
１２２深形フード
３１１給気口
ＥＡ排気
ＯＡ外気
ＲＡリターンエア
ＳＡ給気

Claims

空調機室と、
該空調機室に設置され、空調室内の空調を行う空調機と、
前記空調機室の室内に外気を送気する外気送気手段と、
一方の口が前記空調機室を基点になるようにされ、他方の口が住宅の複数のそれぞれの部屋に導かれて配管された複数のそれぞれのダクトと、
前記複数のそれぞれのダクトの前記空調機室側の口に対して設けられた複数の送風機と、
前記複数の部屋に前記ダクトを経て送気された送気済み空気を、前記空調機室にリターンするリターン手段とを備え、
前記空調機室内の目標温度と、空調対象の部屋の目標温度とが、冷房時摂氏５度以内の温度差、暖房時摂氏１０度以内の温度差で空調させる空調システム。
請求項１に記載の空調システムであって、
前記空調機と、前記それぞれのダクトの起点側の前記一方の口と、前記外気送気手段による前記空調機室への外気送気口とを、前記空調機室の室内で空気循環を引き起こすショートサーキットを抑制できるよう離間して配置した空調システム。
前記送風機のそれぞれは、少なくとも１００ｍ³／ｈの風量で空気を前記ダクトに送り込む請求項１または請求項２に記載の空調システム。