JP5437792B2 - 建築物用の循環空気を冷却する方法および装置 - Google Patents
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Description
標準的な建築構造に見られるドアや壁天井接合部などの周囲の自然漏れの結果、充分な空気が建築物に入ることが一般的である。
建築物の外部から内部にかけての圧力降下は、強風、排気扇風機、および燃焼式燃焼室用の燃焼用空気などの多くの要因から生じ得る。
その結果、亀裂または開口部を通して外気が建築物に吸い込まれる傾向がある。
このように循環空気を制御できないことを補うために、一般的に、暖房を行う季節には追加の暖房を提供し、温暖な季節または高温気候においてはエアコンおよび扇風機によって追加の冷房を提供する。
これらのシステムは、太陽電池パネルの表面積あたり大容量の空気を加熱することに対しては効率的である。
放熱パネルは、それ自体と建築物との間に空気収集空間の境界を定め、複数の空気開口部を有するので、外気は開口部を通過して空気収集空間に入る。
通路は、空気収集空間と建築物の内部との間に延び、冷却された外気を空気収集空間から建築物の内部へと通過させるように配置される。
ファンは、冷却された外気を、空気収集空間から、通路を通して、建築物の内部まで移動させるように配置される。
この方法は、建築物の表面上に、放射表面を有する放熱パネルを提供する工程を含む。パネルの放射表面は、空に向けられて外気にさらされる。
パネルは、それ自体と建築物との間に空気収集空間の境界を定め、複数の空気開口部を含むので、外気は開口部を通過して空気収集空間に入る。
この方法は、空気開口部を通して空気収集空間の中に外気を吸い込む工程と、パネルに熱を伝達してパネルから空に放熱することによって外気を冷却して、冷却された循環空気を提供する工程と、冷却された循環空気を吸気口を通して吸い込み、冷却された循環空気を建築物の中に圧入する工程とを更に含む。
従って、建築物に提供される循環空気は、周囲温度と比較すると冷却されることになる。
一実施形態において、傾斜する屋根の上にパネルを支持するために、水平のZ形材が用いられる。
パネルの裏側に形成される一部の結露は、Z形材に向かって下方に流れ、次に建築物の屋根に落下し、水はそこから流出する。
有利な点は、パネルの裏側に残る水がより少ないことであり、冷却によって残る水がより少なく、空気を冷却できることである。
従って、暖房する月間には、太陽輻射によって加熱された外気が建築物の中に導かれ、冷房する月間には、冷却された空気が建築物の中に導かれる。
晴れた夜空にさらされる建築物の屋根は、屋根から冷たい夜空への放射熱損失のために、周囲の大気温度降下を下回る温度降下を経験する。
晴れて乾燥した気候における冷却速度は、屋根の約75W/m2である。
冷却速度は、湿度が高くなり雲量が多くなるにしたがって、低下する。
夜の冷却効果は、熱損失が太陽光の熱取得を超過するときに開始するものであり、一般的に夕暮れ前から始まり、夜明け後まで持続する。
従って、夜空のもとで約10〜12時間にわたって冷却する可能性が、毎日存在する。
この装置は符号10によって示し、建築物は一般に符号50によって示す。
装置10は、建築物50の上で使用される放射表面16を有する放熱パネル14を備える。パネル14の放射表面16は、空に向けられて外気にさらされる。
放熱パネル14は、それ自体と建築物50との間に空気収集空間18の境界を定め、複数の吸気開口部20を有するので、外気は、開口部20を通過して空気収集空間18に入る。
通路22は、空気収集空間18と建築物50の内部との間に延び、冷却された外気を空気収集空間18から建築物50の内部へと通過させるように配置される。
ファン24は、冷却された外気を、空気収集空間18から、通路22を通して、建築物50の内部まで移動させるように配置される。
装置10を、建築物50の屋根52に固定して示す。
図示するように、放熱パネル14(本明細書においてはパネル14と呼ぶ)は、波形金属パネルであり、高い放射率を有する表面16と、低い吸収率および放射率を有する対向表面17とを有する。
従って、一方の表面は、他方の表面よりも高い放射率を有する。
パネル14は、屋根52の外側表面に固定される。パネル14は、空に面する、放射性の高い表面16と、建築物50の屋根52に面する、放射性のより低い表面17(本明細書においては下方に面する表面17とも呼ぶ)とを有する。
本実施形態の屋根52は、屋根52の中心付近の頂点から外縁部に向かって下方に角度がついており、波形パネル14の部分は、屋根52に対して略平行に延びている。
従って、パネル14は、屋根52の外縁部に近位の下部26と、屋根52の頂点に近位の上部28とを含む。
本実施形態において、パネル14は、屋根50の大部分を覆うことによって、屋根50に日陰を提供する。
図2を参照して、ハットクリップ32は、適切な締結具を使用して屋根52の外側表面に固定される。
クリップ32は、横の列に配置され、クリップ間に空気が流れるように間隔を置かれる。
図2に、バー30の各々のZ断面を示す。
図示するように、これらのバー30は、クリップ32およびパネル14に固定されるので、Z断面バーの中心のウェブ部分は、パネル14を屋根52から更に間隔をあける。
従って、Z断面バーの一方の縁部は、間隔を置いたクリップ32に対して取り付けられるが、バーの他方の端部は、パネル14に対して取り付けられる。
吸気開口部20は、外気が外部から空気収集空間18に入るための移動経路を提供する。
本実施形態において、吸気開口部20は、パネル14の表面にわたって略均等に分散するが、通路22が空気収集空間18と交わる直近の周囲の領域は除く。
吸気開口部は、パネル14の回転穴あけスリットによって形成される。その結果、スリットの端部の空隙が、吸気開口部20を提供する。
吸気開口部20は、循環空気を冷却する装置に入る前の空気にフィルターをかけるのを補助するように、小さくなっている。
金属フレーム33は、例えばシリコンコーキングを用いて、パネル14の側面および最上部の周辺において、屋根52に封止される。
金属フレームの底部は、雨または水分が屋根52から流れ出るようにするために、封止されない。
通風ダクト34は、冷却された外気を、通風ダクト34の開口部を通して建築物50の内部に提供するように、建築物50の中に延びる。
本実施形態において、ファンハウジング36は、屋根52(建築物50の外部)の上に配置される。
ファンハウジング36の電動式通風調節弁は、建築物の内部からの空気を、空気収集空間18からの冷却された空気と混合させるように調節可能である。
ファン24の寸法は、一般的に、必要換気量を満たし、かつ建築物内部のマイナス空気圧を抑制するように、決められる。
プラス空気圧は、冷却された空気を通風ダクト34を通して建築物に導入することによって達成できる。
内部の空気は、開口部および亀裂を通して建築物から出る。
本実施形態において、ファン24は、流入空気の温度に依存してコントローラによって制御される可変速度ファンである。
従って、流入空気が室温より高い場合、ファン24は、低速度で動作する。
流入空気の温度が室温より低い場合、循環空気および冷却を提供するために、ファン速度が増加する。
外気は、パネル14の吸気開口部20を通して空気収集空間18に入り、空気はここで冷却される。
空気収集空間18内の空気が冷却すると、空気収集空間18内の暖かい空気は上昇し、空気収集空間18内の冷たい空気は下降する。
従って、空気収集空間18内の最も冷たい空気は、空気収集空間18の下部に向かって自然に下降する。ここで、空気は、ファン24によって空気収集空間18から吸い込まれ、通風ダクト34が提供する通路22を通して建築物50の中に吸い込まれることによって、冷却された循環空気が建築物50に提供される。
水の移動は、略水平に延びてパネル14の下方の対向表面17に固定されたZ断面バー30によって中断される。
水がZ断面バーに接すると、水はパネル14から落下し、建築物50の屋根52に落下し、そこから水は流出することができる。
従って、パネル14の下方の対向表面17の上で凝縮する水の一部は流出するので、冷却によって残る水が少なくなる。
更に、日中において、太陽は、空気収集空間の乾燥を補助する。
本実施形態は、第1実施形態と類似するので、繰り返し詳細には説明しない。
しかしながら、第1実施形態と異なる点は、冷房装置38がエアコンディショナの形で提供され、ファン24が冷房装置の内部に配置されることである。
空気収集空間18から通風ダクト34の中に吸い込まれる冷却された空気は、建築物の内部の空気と混合するように導入される前に、更なる冷却のための冷房装置を通過するので、更なる冷却が提供される。
冷房装置38はまた、建築物に入る空気から水分の一部を除去するための除湿装置を含む。
除湿装置は、湿潤気候において有用である。
やはり、本実施形態は、第1に説明した実施形態と類似した特徴を多く含むので、これらの特徴を更に説明する必要はない。
本実施形態において、パネル14の放射表面16は、熱吸光性表面を提供するように中間色ペイント(黒と白の間)でコーティングされる。
従って、パネル14は、昼光時間において空気収集空間18内の空気を加熱するように作用する。
第1通風ダクト34および第2通風ダクト40は、ファンおよび建築物50内へと気流を向ける通風調節弁を含む。
従って、空気は、時刻、加熱または冷却の必要性に応じて、空気収集空間18から選択的に吸い込まれる。
しかしながら、本実施形態の装置10は、暖房する(または冬季の)月間に、循環空気を加熱するためにも用いられる。
空気収集空間18内の空気は、パネル14を通した伝導によって伝えられる太陽熱と、屋根52を通して建築物50の内部から逃げる熱との組み合わせによって加熱される。
上記のように、空気収集空間18内の冷たい空気は下降するが、空気収集空間18内の暖かい空気は上昇する。
従って、第2通風ダクト40は、空気収集空間の上部から空気を追い出すように配置される。
加熱された空気は、ファン24によって第2通風ダクト40を通して空気収集空間18から吸い込まれ、建築物50の中に導入される。
熱吸光性塗料のコーティングを使用すると、日中は加熱し、太陽がまだ昇っていない夜間には冷却することができる。
上記の実施形態に対する修正および変更が可能である。
例えば、第1に説明した実施形態において、吸気開口部は均等に分散するが、例えば、通風ダクト34が空気収集空間に通じる場所の近くにおいては、パネルの下部の気流開口部を少なくすることによって、気流開口部を不規則に分散させてもよい。
更に、吸気開口部の密度は、通風ダクト34からの距離に応じて増加させることができる。
また、吸気開口部のサイズも、通風ダクト34からの距離に応じて増加させることができる。
冷却された空気を建築物に提供する通風ダクト34は、建築物の側壁を通して入るものとして説明されるが、この通風ダクトは、建築物の屋根を通して入ることができるとも考えられる。
しかしながら、例えば図5に示すように、この装置は、平屋根の上で用いることもできる。図5は、いくつかの通風孔20を有する放熱パネル14を示すものであり、空気開口部20は、建築物50の屋根52上の放熱パネルによって規定される空気収集空間の中に空気が流入することを可能にする。
本実施形態において、放熱パネル14は、屋根52に対して傾斜しているので、空気は、空気収集空間の下位層において、通路22の中に吸い込まれる。
熱い空気は上昇するので、熱い空気は、放熱パネル14の一番上の部分に向かって移動、あるいは開口部20の外に移動する。
より冷たい空気は、通路22の方へ下降し、使用中は通路22から吸い込まれる。
図示するように、通風ダクト34が空気収集空間に接する箇所には、空気開口部がない。
また、本実施形態において、ファンハウジング36(ファンを含む)は、屋根52の上に配置される。
例えば、吸気開口部は、任意の適切な態様において形成することができる。
開口部は、説明したようなスリットの形、あるいは隣接して部分的に重なり合う屋根瓦の間の穴または空隙の形であり得る。
図6乃至図8を参照して、部分的に重なり合う屋根瓦46によって構成される放熱パネル14を示す。
この実施形態において、循環空気は、各瓦の下の空隙(瓦の周辺)を通過してから、水平支持体48が固定される垂直支持体47の間を通過する。
水平支持体48は、建築物50の屋根52に固定される。
使用される部分的に重なり合う瓦は、日中に発電する太陽電池パネルであることも考えられる。
循環空気の加熱が提供される、第3に説明した実施形態において、単一のファンを使用する代わりに、空気を吸い込むための第2ファンハウジングおよび第2ファンを使用できることも理解される。
また、ハットクリップおよびZ形材の使用方法は、例示的な目的のためにのみ本明細書に記載するものである。
他の取り付け手段が考えられる。例えば、屋根が一定の距離にわたる場合、あるいは屋根の支持体がクリップ装着位置と一致しない場合、例えば、一部の屋根の上で、クリップの代わりに、垂直Z形材を使用することができる。
空気が通路に向かって水平に移動できるように、垂直バーが配置される。
空気がファン入口の方へ水平に移動できるようにするために、水平バーの下の垂直バーは、より下方の屋根ラインには至らない。
例えば、流量は、パネルの放熱面のサイズと、開口部を通過する空気の最大冷却速度とに基づいて決定できる。
それに代わって、パネルのサイズは、流量と、開口部を通過する空気の最大冷却速度とに基づいて決定できる。
すべてのそのような修正および変更は、本発明の領域および範囲の中にあると考えられる。
Claims (25)
- 建築物に用いる換気用空気を冷却する装置であって、
前記建築物の上で使用される放熱パネルであって、前記放熱パネルは、夜空に向けられる放射表面を有し、前記放熱パネルは、前記放熱パネルから冷えた夜空への放射熱損失により冷却され、前記放熱パネルの近くの外気は、冷えた夜空への放射熱損失により熱を放射する前記放熱パネルに、熱を伝達することによって冷却され、前記放熱パネルは、空気収集空間の境界を定め、前記放熱パネルは、前記放熱パネルによって冷却された外気のための複数の空気開口部を有し、前記空気開口部は、前記放熱パネルの表面全体にわたって分散して配置され、前記放熱パネルによって冷却された外気は、前記空気開口部を通して前記空気収集空間に入る、放熱パネルと、
前記空気収集空間と前記建築物の内部との間に配置され、冷却された外気が前記空気収集空間から前記建築物の前記内部に通過するように配置される通路と、
前記冷却された外気を、前記空気収集空間から前記空気収集空間の下部へ、さらに前記通路を通して前記建築物の前記内部に移動させるように配置されるファンと、を備える、ことを特徴とする装置。 - 前記建築物の屋根からの熱取得を抑制するために、前記放熱パネルは、前記放射表面の反対側に、吸収率の低い裏面を備える、ことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記放熱パネルの裏面の放射率は、前記放射表面の放射率よりも低い、ことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記放熱パネルは、波形パネルを備える、ことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記放熱パネルは、前記建築物の屋根を覆うように配置されることによって、前記屋根に日陰を提供し、前記空気収集空間は、前記放熱パネルと前記屋根との間に配置される、ことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記放熱パネルは、中間にある略水平のバーによって、前記建築物に固定される、ことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記略水平のバーは、略水平のZ形材を備える、ことを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 前記Z形材は、クリップに固定され、前記クリップは、前記建築物に固定される、ことを特徴とする請求項7に記載の装置。
- 前記ファンは、前記冷却された換気用空気を更に冷却する冷房装置を備える、ことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記冷房装置は、前記冷却された外気から水分を除去する除湿装置を備える、ことを特徴とする請求項9に記載の装置。
- 前記空気収集空間と前記建築物の内部との間に配置され、日中に加熱された外気を前記空気収集空間から前記建築物の前記内部に通過させるように配置される、第2通路を更に備える、ことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記加熱された外気を前記空気収集空間から前記第2通路を通して前記建築物の前記内部に移動させるように配置される、第2ファンを更に備える、ことを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記通路は、傾斜する屋根の下部に配置される、ことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 日中に加熱された外気を前記空気収集空間から前記建築物の前記内部に通過させるために、前記空気収集空間と前記建築物の内部との間に配置される第2通路を更に備え、前記第2通路は、前記傾斜する屋根の上部に配置される、ことを特徴とする請求項13に記載の装置。
- 前記空気開口部は、部分的に重なり合って隣接する放熱パネルの少なくとも1つの間に、スリット、穴および空隙の少なくとも1つを備える、ことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記放熱パネルは、発電する複数の太陽電池パネルを備える、ことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 建築物に用いる換気用空気を冷却する方法であって、
夜空に向けられる放射表面を有する放熱パネルであって、前記放熱パネルは、前記放熱パネルから冷えた夜空への放射熱損失により冷却され、前記放熱パネルの近くの外気は、冷えた夜空への放射熱損失により熱を放射する前記放熱パネルに、熱を伝達することによって冷却され、前記放熱パネルは、空気収集空間の境界を定め、前記放熱パネルは、前記放熱パネルによって冷却された外気のための複数の空気開口部を有し、前記空気開口部は、前記放熱パネルの表面全体にわたって分散して配置され、前記放熱パネルによって冷却された外気は、前記空気開口部を通して前記空気収集空間に入る放熱パネルを、前記建築物の表面上に提供する工程と、
前記空気開口部を通して前記空気収集空間の中に前記外気を吸い込む工程と、
冷却された換気用空気を提供するために、前記放熱パネルに熱を伝達し、かつ前記放熱パネルから空に熱を放射することで前記外気を冷却する工程と、
前記空気収集空間の下部から且つ吸気口を通して、前記冷却された換気用空気を吸い込み、前記冷却された換気用空気を前記建築物の中に移動する工程と、を含む、ことを特徴とする方法。 - 前記放熱パネルを提供する工程は、前記建築物の屋根からの熱取得を抑制するために、前記放射表面の反対側に吸収率の低い裏面を提供する工程を含む、ことを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記放熱パネルを提供する工程は、前記放射表面の放射率よりも低い放射率を有する裏面を有するパネルを提供する工程を含む、ことを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記放熱パネルを提供する工程は、中間にある略水平のバーによって前記放熱パネルを前記建築物に固定する工程を含む、ことを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記冷却された換気用空気を冷房装置内で更に冷却する工程を更に含む、ことを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記冷却された換気用空気を除湿する工程を更に含む、ことを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 暖房する季節において、日中に加熱された換気用空気を提供するために、前記放熱パネルからの太陽熱によって、前記外気を加熱する工程と、
暖房期間中に、第2吸気口を通して、前記加熱された換気用空気を吸い込み、前記加熱された換気用空気を前記建築物の中に移動する工程をさらに含む、ことを特徴とする請求項17に記載の方法。 - 建築物に用いる換気用空気を冷却する装置であって、
前記建築物の上に設置可能な放熱パネルであって、前記放熱パネルは、夜空に向けられ且つ外気にさらされる放射表面を有し、前記放熱パネルが前記建築物に設置された状態において、前記放熱パネルは、前記放熱パネルから冷えた夜空への放射熱損失により冷却され、前記放熱パネルの近くの外気は、冷えた夜空への放射熱損失により熱を放射する前記放熱パネルに、熱を伝達することによって冷却され、前記放熱パネルは、空気収集空間の境界を定め、前記放熱パネルは、前記放熱パネルにより冷却された外気のための複数の空気開口部を有し、前記空気開口部は、前記放熱パネルの表面全体にわたって分散して配置され、前記放熱パネルにより冷却された外気は、前記空気開口部を通して前記空気収集空間に入る、放熱パネルと、
前記空気収集空間の下部は、前記建築物の内部と通じる通路に接続可能であり、前記通路は、冷却された外気を、前記空気収集空間から前記空気収集空間の下部へ、更に、前記通路を通って前記建築物の前記内部に移動させるファンに通じている、ことを特徴とする装置。 - 前記空気開口部は、前記放熱パネルに、スリット、穴および空隙の少なくとも1つを備える、ことを特徴とする請求項1に記載の装置。
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