JP6345088B2 - 空調システム及び建物 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ式の空調装置を用いた空調システム、及びこの空調システムを備えた建物に関するものである。

従来から、ヒートポンプ式の空調装置を用いた空調システムに関する技術は多く提案され、実施に供されている。

このような従来のヒートポンプ式の空調装置を用いた空調システムでは、極力エネルギー効率が良くなるように、この空調装置による空調に必要な出力に対応する最大の成績係数（ＣＯＰ）に近づけて運転を行うことがなされていた（例えば、特許文献１等を参照）。

特開２０１０−２１５８号公報

ところで、成績係数（ＣＯＰ）は、一定の出力の値以下では、空調装置の出力が大きいほど大きな値となり、これ以上は空調装置の出力が大きいほど小さい値となる特性を有することが知られている。

しかしながら、このヒートポンプ式の空調装置の出力と成績係数（ＣＯＰ）との関係特性において、略最大の成績係数（ＣＯＰ）となる出力で空調装置を単に運転しても、ほとんどの場合、必要な出力はこれよりも小さいため、余分な出力分が得られるだけで、かえってエネルギー効率が低下してしまうので、従来においては、このようなことはなされていなかった。

そこで、本発明は、ヒートポンプ式の空調装置の出力と成績係数（ＣＯＰ）との関係特性を有効に利用し、さらなるエネルギー効率の向上を図ることができる空調システム、及びこの空調システムを備えた建物を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の空調システムは、ヒートポンプ式の空調装置により建物の空調を行う空調システムであって、記憶部と、制御部とを有し、前記記憶部は、前記空調装置の出力と成績係数（ＣＯＰ）との関係特性のデータを記憶しており、前記制御部は、前記記憶部に記憶されたデータに基づいて、前記空調装置を前記成績係数（ＣＯＰ）が略最大となる出力で運転させるとともに、前記空調装置により、前記出力の一部で、前記建物の屋内空間を設定温度に空調し、前記出力の残りで、蓄熱手段に蓄熱する制御と、前記蓄熱手段も熱源として利用して、前記空調装置を運転し、前記建物の前記屋内空間を空調する制御とが可能であることを特徴とする。

ここで、前記屋内空間は、床上空間であり、該床上空間直下の床下空間内に、前記蓄熱手段として、蓄熱材が設けられているとよい。

また、前記床下空間内に、前記空調装置が設置されているとよい。

さらに、前記空調装置は床下用吹出部を有し、前記床下空間内に前記床下用吹出部から空調空気を吹き出し可能とされているとよい。

また、前記蓄熱材からの放熱により前記床下空間から前記床上空間を空調する床下空調が可能とされているとよい。

さらに、前記蓄熱材は、潜熱蓄熱材であるとよい。

また、前記建物は、太陽熱収集パネルを備え、前記蓄熱手段は、前記太陽熱収集パネルと内部を熱媒が循環する配管で接続されており、前記太陽熱収集パネルを熱源として、前記蓄熱手段に蓄熱することも可能とされているとよい。

本発明の建物は、上記した本発明の空調システムを備えていることを特徴とする。

このような本発明の空調システムは、ヒートポンプ式の空調装置により建物の空調を行う空調システムである。

そして、記憶部と、制御部とを有し、記憶部は、空調装置の出力と成績係数（ＣＯＰ）との関係特性のデータを記憶しており、制御部は、記憶部に記憶されたデータに基づいて、空調装置を成績係数（ＣＯＰ）が略最大となる出力で運転させる。

そのうえで、空調装置により、出力の一部で、建物の屋内空間を設定温度に空調し、出力の残りで、蓄熱手段に蓄熱する制御と、蓄熱手段も熱源として利用して、空調装置を運転し、建物の屋内空間を空調する制御とが可能である構成とされている。

上記した構成なので、空調装置の出力と成績係数（ＣＯＰ）との関係特性から成績係数（ＣＯＰ）が略最大となる出力で空調装置を運転し、この空調装置により、一部の出力で、建物の屋内空間の空調を行い、残りの出力で、蓄熱手段に蓄熱し、後の時間に、この蓄熱した熱を利用（時間差利用）することができるし、例えば、厳寒期などの熱効率が非常に悪いときは、主たる熱源である大気などに加えて蓄熱手段も熱源として利用して、空調装置を運転し、建物の屋内空間の空調を行い、この蓄熱した熱を同時に利用（同時利用）することもできる。

すなわち、ヒートポンプ式の空調装置の出力と成績係数（ＣＯＰ）との関係特性を有効に利用し、さらなるエネルギー効率の向上を図ることができる。

ここで、屋内空間は、床上空間であり、床上空間直下の床下空間内に、蓄熱手段として、蓄熱材が設けられている場合は、蓄熱手段としての蓄熱材を、通常はデッドスペースとなる床下空間に設けるので、床下空間を有効利用することができる。

また、床下空間内に、空調装置が設置されている場合は、床上空間に、空調装置に占有されない分のスペースができる。

さらに、空調装置は床下用吹出部を有し、床下空間内に床下用吹出部から空調空気を吹き出し可能とされている場合は、蓄熱材を、空調装置の出力の残りで蓄熱することは勿論、空調装置の床下用吹出部から床下空間内へ吹き出される空調空気により蓄熱することもできるので、より熱エネルギーを有効利用することができる。

また、蓄熱材からの放熱により床下空間から床上空間を空調する床下空調が可能とされている場合は、空調装置により床上空間を直接空調する床上空調だけでなく、床下空間から床部を介して間接的に床上空間を空調する床下空調も行うことができる。

さらに、蓄熱材は、潜熱蓄熱材である場合は、潜熱蓄熱材は、極めて安定した蓄熱・放熱特性を有するので、大容量の蓄熱にも適したものとすることができる。

また、建物は、太陽熱収集パネルを備え、蓄熱手段は、太陽熱収集パネルと内部を熱媒が循環する配管で接続されており、太陽熱収集パネルを熱源として、蓄熱手段に蓄熱することも可能とされている場合は、特に日中であれば、太陽熱収集パネルも蓄熱手段の熱源とすることができ、暖房時に、さらなるエネルギー効率の向上を図ることができる。

このような本発明の建物は、上記した本発明の空調システムを備えた構成とされている。

上記した構成なので、上記した本発明の空調システムの効果を奏する建物とすることができる。

実施例１の空調システムを備えた建物の概略構成を示す説明図である。 実施例１の空調システムの制御装置の概略構成を示すブロック図である。 実施例１の空調装置としてのエアコンディショナーの屋内機の出力と成績係数（ＣＯＰ）との関係特性の一例を示したグラフである。 実施例１の空調システムにおいて、大気のみを熱源として、エアコンディショナーによる床上暖房だけを行っている状態を示す説明図である。 実施例１の空調システムにおいて、エアコンディショナーを運転するとともに、蓄熱材への蓄熱も行っている状態を示す説明図である。 実施例１の空調システムにおいて、蓄熱材による床下暖房だけを行っている状態を示す説明図である。 実施例１の空調システムにおいて、エアコンディショナーによる床上暖房と、蓄熱材による床下暖房との両方を行っている状態を示す説明図である。 実施例１の空調システムにおいて、大気だけでなく、蓄熱材も熱源として、エアコンディショナーによる床上暖房だけを行っている状態を示す説明図である。 実施例２の空調システムを備えた建物の概略構成を示す説明図である。 実施例３の空調システムを備えた建物の概略構成を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面に示す実施例１〜３に基づいて説明する。

先ず、実施例１の構成について説明する。

図１は、実施例１の空調システムを備えた建物１の概略構成を示している。

この建物１は、断熱基礎として構築された基礎底盤コンクリート１ｂと、その側縁に立設された基礎側壁コンクリート１ｃと、さらにその上に立設された外壁部１ｄと、その外壁部１ｄの上端開口を塞ぐ天井部１ｅとから主に構成されている。

そして、この天井部１ｅと外壁部１ｄとに囲まれる空間は、床部１ａによって床下空間４と居室などに用いられる屋内空間としての床上空間５とが区切られた構成となっている。

また、基礎側壁コンクリート１ｃの床下空間４側には、グラスウールなどの断熱材６が取り付けられており、床下空間４内の熱が屋外に極力漏れない断熱構造となっている。

そして、床下空間４内には、蓄熱手段としての潜熱蓄熱材から成る蓄熱材３が設けられている。

また、建物１の屋外には、大気及び蓄熱材３の一方又は両方を熱源とすることが可能なヒートポンプ式の空調装置の室外機であるヒートポンプ室外機２が設けられており、内部を熱媒としての水が循環する配管８で蓄熱材３と接続されている。

さらに、床上空間５内には、ヒートポンプ式の空調装置の室内機であるエアコンディショナー７が設置されている。

そして、ヒートポンプ室外機２は、エアコンディショナー７と、内部を熱媒としてのフロン代替物が循環する配管９で接続されている。

なお、床上空間５内には、コントローラとしてのリモートコントローラ１０も設けられている。

このリモートコントローラ１０による操作で、エアコンディショナー７から床上空間５への空調空気（暖気又は冷気）の吹き出しによる床上空調や、蓄熱材３から床下空間４への（温熱又は冷熱の）放熱により床下空間４から床上空間５を空調する床下空調などを行うことができる。

次に、実施例１の空調システムの制御について説明する。

図２は、実施例１の空調システムの制御装置Ｓの概略構成を示している。

この実施例１の空調システムの制御装置Ｓは、ヒートポンプ室外機２に設けられた制御部２１、記憶部２２及び外気温度センサー２ａと、エアコンディショナー７に設けられた内気温度センサー７ａと、蓄熱材３に設けられた蓄熱量計測手段としての蓄熱温度センサー３ａと、リモートコントローラ１０とから主に構成される。

そして、ヒートポンプ式の空調装置の室内機であるエアコンディショナー７の出力と成績係数（ＣＯＰ）との関係特性から導き出されたデータとして、エアコンディショナー７を成績係数（ＣＯＰ）が略最大の出力で運転させることができる値が記憶されている。

ここで、図３は、エアコンディショナー７の出力と成績係数（ＣＯＰ）との関係特性の一例を示したグラフである。

この図３のグラフでは、エアコンディショナー７の出力が、２．３〜３．０ｋＷのときに、４．５に近い略最大の成績係数（ＣＯＰ）となるので、２．３〜３．０ｋＷをこの値として記憶する。

なお、エアコンディショナー７の出力と成績係数（ＣＯＰ）との関係特性は、ヒートポンプ式の空調装置の室外機であるヒートポンプ室外機２が曝される外気温度によっても変化する（暖房時は、外気温度が高いほど小さな出力で最大の成績係数（ＣＯＰ）となり、冷房時は、外気温度が低いほど小さな出力で最大の成績係数（ＣＯＰ）となる。）ので、記憶部２２には、建物１の屋外の想定される様々な外気温度に対応した値が記憶されている。

そして、エアコンディショナー７は、この制御装置Ｓによる制御での運転時には、以下の処理がなされる。

先ず、外気温度センサー２ａで検知した建物１の屋外の外気温度の温度データが有線又は無線で制御部２１に送られる。

これを受けて、制御部２１は、記憶部２２に記憶されたこの外気温度における成績係数（ＣＯＰ）が略最大となる出力を参照して、この出力となるように、エアコンディショナー７を運転する。

ここで、内気温度センサー７ａが検知した検知結果が、記憶部２２に記憶された床上空間５の設定温度に達していないときは、図４に示したように、制御部２１は、エアコンディショナー７から空調空気としての暖気を吹き出させ、床上暖房を行う。

また、記憶部２２に記憶された床上空間５の設定温度は幅を有しており、内気温度センサー７ａが、この設定温度の範囲内に達したことを検知すると、図５に示したように、蓄熱材３への余剰熱の蓄熱も行う。

そして、蓄熱量計測手段としての蓄熱温度センサー３ａが目標値の蓄熱温度を検知すると、制御部２１は、図６に示したように、蓄熱手段としての蓄熱材３が目標の蓄熱量に達したとみなし、エアコンディショナー７の運転を停止し、蓄熱材３から温熱を放熱し、床下暖房を行う。

さらに、外気温度センサー２ａ等を参照して、有利だと判断したときは、制御部２１は、図７に示したように、エアコンディショナー７から空調空気としての暖気を吹き出させ、床上暖房を行うとともに、蓄熱材３から温熱を放熱し、床下暖房も行う。

また、外気温度センサー２ａ等を参照して、例えば、厳寒期などに大気だけを熱源に利用すると、熱効率が非常に悪く、不利だと判断したときは、制御部２１は、図８に示したように、大気だけでなく、蓄熱材３も熱源に利用して、エアコンディショナー７から空調空気としての暖気を吹き出させ、床上暖房を行う。

すなわち、内気温度センサー７ａが検知した値と、外気温度センサー２ａが検知した値との両方を参照し、制御部２１は、適宜、上記した制御を選択して行う。

なお、この実施例１の空調システムは、同様な理論で、冷房も行うことができるものであるが、詳細な説明は省略する。

次に、実施例１の作用効果について説明する。

このような実施例１の空調システムは、ヒートポンプ式の空調装置を構成する室内機であるエアコンディショナー７と室外機であるヒートポンプ室外機２により建物１の空調を行う空調システムである。

そして、記憶部２２と、制御部２１とを有し、記憶部２２は、エアコンディショナー７の出力と成績係数（ＣＯＰ）との関係特性のデータを記憶しており、制御部２１は、記憶部２２に記憶されたデータに基づいて、ヒートポンプ室外機２を成績係数（ＣＯＰ）が略最大となる出力で運転させる。

そのうえで、エアコンディショナー７及びヒートポンプ室外機２により、出力の一部で、建物１の屋内空間としての床上空間５を設定温度に空調し、出力の残りで、蓄熱手段としての蓄熱材３に蓄熱する制御と、蓄熱材３も熱源として利用して、エアコンディショナー７を運転し、建物１の床上空間５を空調する制御とが可能である構成とされている。

上記した構成なので、エアコンディショナー７の出力と成績係数（ＣＯＰ）との関係特性から成績係数（ＣＯＰ）が略最大となる出力でエアコンディショナー７を運転し、エアコンディショナー７及びヒートポンプ室外機２により、一部の出力で、建物１の床上空間５の空調を行い、残りの出力で、蓄熱材３に蓄熱し、後の時間に、この蓄熱した熱を利用（時間差利用）することができるし、例えば、厳寒期などの熱効率が非常に悪いときは、主たる熱源である大気などに加えて蓄熱材３も熱源として利用して、エアコンディショナー７を運転し、建物１の床上空間５の空調を行い、この蓄熱した熱を同時に利用（同時利用）することもできる。

すなわち、ヒートポンプ式の空調装置の室内機であるエアコンディショナー７の出力と成績係数（ＣＯＰ）との関係特性を有効に利用し、さらなるエネルギー効率の向上を図ることができる。

ここで、床上空間５直下の床下空間４内に、蓄熱手段としての蓄熱材３が設けられている。

このため、蓄熱手段としての蓄熱材３を、通常はデッドスペースとなる床下空間４に設けるので、床下空間４を有効利用することができる。

また、蓄熱材３からの温熱又は冷熱の放熱により床下空間４から床上空間５を空調する床下空調が可能とされている。

このため、エアコンディショナー７により床上空間５を直接空調する床上空調だけでなく、床下空間４から床部１ａを介して間接的に床上空間５を空調する床下空調も行うことができる。

さらに、蓄熱材３には、潜熱蓄熱材が用いられている。

このため、蓄熱材３に用いられている潜熱蓄熱材は、極めて安定した蓄熱・放熱特性を有するので、大容量の蓄熱にも適したものとすることができる。

このような実施例１の建物１は、上記した実施例１の空調システムを備えた構成とされている。

上記した構成なので、上記した実施例１の空調システムの作用効果を奏する建物とすることができる。

次に、実施例２について説明する。

なお、実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

図９は、実施例２の空調システムを備えた建物１の概略構成を示している。

この実施例２の建物１では、太陽熱収集可能位置である屋上に、太陽熱収集パネル１１が設置されており、内部を熱媒としての水が循環する配管１２で蓄熱手段としての蓄熱材３と接続されていることが実施例１の建物１と主に異なる。

このため、特に日中であれば、太陽熱収集パネル１１も蓄熱手段としての蓄熱材３の熱源とすることができ、暖房時に、さらなるエネルギー効率の向上を図ることができる。

なお、他の構成及び作用効果については、実施例１と略同様であるので説明を省略する。

次に、実施例３について説明する。

なお、実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

図１０は、実施例３の空調システムを備えた建物１の概略構成を示している。
この実施例３の建物１では、床下空間４内に、ヒートポンプ式の空調装置の室内機であるエアコンディショナー７０が設置されていることが実施例１の建物１と主に異なる。

また、床部１ａには、排気口１５と給気口１６と別の給気口１７とが設けられており、エアコンディショナー７０は、吸込部７１と床上用吹出部７２とを有しており、排気口１５と吸込部７１との間がダクト１３で接続されているとともに、給気口１６と床上用吹出部７２との間がダクト１４で接続されている。

さらに、エアコンディショナー７０は、空調空気（暖気又は冷気）を吹き出し可能な床下用吹出部７３を有している。

このため、床上空間５に、ヒートポンプ式の空調装置の室内機であるエアコンディショナー７０に占有されない分のスペースができ、エアコンディショナー７０の床上用吹出部７２の開閉弁７２を開状態とし、空調空気（暖気又は冷気）を吹き出して、床上空間５を直接空調する床上空調を、勿論、行うことができる。

さらに、蓄熱手段としての蓄熱材３を、ヒートポンプ室外機２のエアコンディショナー７０を運転させる出力の残りで蓄熱することは勿論、開閉弁７３ａを開状態とし、エアコンディショナー７０の床下用吹出部７３から床下空間４内へ吹き出される空調空気（暖気又は冷気）により蓄熱することもできるので、より熱エネルギーを有効利用することができる。

すなわち、蓄熱材３の蓄熱量がある程度有るときには、蓄熱材３から床下空間４へ（温熱又は冷熱を）放熱して、エアコンディショナー７０による床下空調を補助することができるし、蓄熱材３の蓄熱量が充分なときには、エアコンディショナー７０の床下用吹出部７３からの空調空気（暖気又は冷気）の吹き出しを一時的に停止しても床下空調を行うことができる。

なお、他の構成及び作用効果については、実施例１と略同様であるので説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明を実施するための形態を実施例１〜３に基づいて詳述してきたが、具体的な構成は、これら実施例１〜３に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、上記した実施例１〜３では、建物１を、説明が簡単なように、単純な構造としたが、勿論、これに限定されず、より複雑な構造として実施してもよい。

また、上記した実施例１〜３では、配管８，１２の内部の熱媒を水とし、配管９の内部の熱媒をフロン代替物として実施したが、これに限定されず、他の熱媒を用いて実施してもよい。

さらに、上記した実施例１〜３では、蓄熱材３として、潜熱蓄熱材を用いて実施したが、これに限定されず、顕熱蓄熱材を用いて実施してもよい。

１ 建物
１ａ 床部
１ｂ 基礎底盤コンクリート
１ｃ 基礎側壁コンクリート
１ｄ 外壁部
１ｅ 天井部
２ ヒートポンプ室外機（ヒートポンプ式の空調装置の室外機）
２ａ 外気温度センサー
２１ 制御部
２２ 記憶部
３ 蓄熱材（蓄熱手段）
３ａ 蓄熱温度センサー（蓄熱量計測手段）
４ 床下空間
５ 床上空間（屋内空間）
６ 断熱材
７ エアコンディショナー（ヒートポンプ式の空調装置の室内機）
７ａ 内気温度センサー
７０ エアコンディショナー（ヒートポンプ式の空調装置の室内機）
７１ 吸込部
７２ 床上用吹出部
７２ａ 開閉弁
７３ 床下用吹出部
７３ａ 開閉弁
８ 配管
９ 配管
１０ リモートコントローラ（コントローラ）
１１ 太陽熱収集パネル
１２ 配管
１３ ダクト
１４ ダクト
１５ 排気口
１６ 給気口
１７ 別の給気口
Ｓ 制御装置

Claims (8)

1. ヒートポンプ式の空調装置により建物の空調を行う空調システムであって、
   記憶部と、制御部とを有し、
   前記記憶部は、前記空調装置の出力と成績係数（ＣＯＰ）との関係特性のデータを記憶しており、
   前記制御部は、前記記憶部に記憶されたデータに基づいて、前記空調装置を前記成績係数（ＣＯＰ）が略最大となる出力で運転させるとともに、
   前記空調装置により、前記出力の一部で、前記建物の屋内空間を設定温度に空調し、前記出力の残りで、蓄熱手段に蓄熱する制御と、
   前記蓄熱手段も熱源として利用して、前記空調装置を運転し、前記建物の前記屋内空間を空調する制御とが可能であることを特徴とする空調システム。
2. 前記屋内空間は、床上空間であり、該床上空間直下の床下空間内に、前記蓄熱手段として、蓄熱材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
3. 前記床下空間内に、前記空調装置が設置されていることを特徴とする請求項２に記載の空調システム。
4. 前記空調装置は床下用吹出部を有し、前記床下空間内に前記床下用吹出部から空調空気を吹き出し可能とされていることを特徴とする請求項３に記載の空調システム。
5. 前記蓄熱材からの放熱により前記床下空間から前記床上空間を空調する床下空調が可能とされていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の空調システム。
6. 前記蓄熱材は、潜熱蓄熱材であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の空調システム。
7. 前記建物は、太陽熱収集パネルを備え、
   前記蓄熱手段は、前記太陽熱収集パネルと内部を熱媒が循環する配管で接続されており、前記太陽熱収集パネルを熱源として、前記蓄熱手段に蓄熱することも可能とされていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の空調システム。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の空調システムを備えていることを特徴とする建物。