JP6389550B2 - 放射空調方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱の放射により室内空間の空調を行う放射空調方法に関する。

室内空間の温湿度環境を快適にするための空調機は、空調空気を室内空間へ噴き出して対流させるものが一般的である。このような空気噴流式の空調機によれば、室内空間に気流が発生し、その気流が人体に直接当たることで不快を感じることがある。そこで近年は、不快な気流感や、室内空間の上下温度分布が発生しにくい放射空調システムが注目されている。

図９は、この種の放射空調システムの従来技術を示すものである。すなわち図９に示す放射空調システムは、天井材１０１の裏側に上部及び側部が断熱材１０２によって適切に断熱され密閉された天井裏空間１０４を形成して、この天井裏空間１０４に空気調和機１０３からの冷却空気又は加熱空気Ａを供給して、天井材１０１からの熱放射により室内空間１０５の冷暖房を行うものである（下記の特許文献１参照）。

ここで、ヒトの体感温度は、おおよそ次式（１）で表すことができる。
そして放射空調システムは、式（１）におけるｔ２を調整することによって適正な体感温度を得ようとするものであり、空調空気を室内空間へ噴き出す一般的な空気噴流式の空調システムと比較して、空気を攪拌する必要がないので、不快な気流感や空調騒音が少なく、室内の空気温度自体は、冬は低めに、夏は高めに抑えられるので、窓を通した熱漏れや換気によるエネルギーロスが少なくなり、さらには空気温度の設定が抑えられるため、冬の相対湿度は高めに、夏の相対湿度は低めにシフトし、快適な湿度環境が形成されるといった利点があり、就寝中の人や低代謝の人に適した空調システムであるといえる。

特開平５−１４９５８６号公報

しかしながら、図９に示す従来の技術による放射空調システムは、空調機１０３や断熱材１０２や配管などを天井裏空間１０４に設置するものであることから、施工やメンテナンスなどが天井裏での作業となり、しかも天井裏空間１０４の高さがある程度高いものである必要がある。しかも、天井裏空間１０４がある程度加熱あるいは冷却されないと、天井材１０１から室内空間１０５への放射が行われないため冷暖房の立ち上がりが悪く、このため室内空間１０５が快適な空間となるのに長時間を要し、室内空間１０５で発生した水分を透湿性のある天井材１０１を用いて天井裏空間１０４へ透過させることによって除湿効果を期待しているが、一般的な室内対流による空調方式に比較して、除湿能力が劣る懸念もあった。

本発明の放射空調方法は、室内空間の空気を取り込んで空調空気を吹き出し、冷房運転と暖房運転とを択一的に実行する空調機を冷房運転させ、室内空間を区画する面と、この面に離間配置されて前記室内空間への熱放射を行う水蒸気の通過を許容する透湿性を有する放射パネルとの間の空調空気流通空間に冷却空気を送る工程と、前記空調空気流通空間に送られた冷却空気によって前記放射パネルを冷却し、この放射パネルの表面から前記室内空間への冷熱の放射を行う工程と、前記空調空気流通空間に送られて前記放熱パネルと熱交換されることによって昇温した冷却空気を前記空調空気流通空間の開放端部から前記室内空間へ流出する工程と、前記放射パネルに吸収された水蒸気を浸透圧によって前記空調空気流通空間へ放湿する工程と、を備える。

本発明に係る放射空調システムによれば、空調機等を必ずしも天井裏空間に設置する必要がなく、設置の自由度が高まるため、天井裏空間の高さに関係なく施工可能である。また、放射パネルからの熱放射による放射冷暖房効果と、放射パネルの裏側の空調空気流通空間の開放端部から冷却空気又は加熱空気が室内空間へ流出することによる対流冷暖房効果が互いに補完し合うため、立ち上がり性に優れた冷暖房が可能となる。しかも、空調機は対流冷暖房用と同様に室内空気を取り込んで空調するものであるため、冷房時における除湿性を確保することができる。

第一の実施の形態を示す概略構成説明図である。 第二の実施の形態を示す概略構成説明図である。 第三の実施の形態を示す概略構成説明図である。 第四の実施の形態を示す概略構成説明図である。 第五の実施の形態を示す概略構成説明図である。 第六の実施の形態を示す概略構成説明図である。 第七の実施の形態を示す概略構成説明図である。 第八の実施の形態を示す概略構成説明図である。 従来技術に係る放射空調システムの一例を概略的に示す縦断面図である。

以下、種々の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１は、第一の実施の形態を示すものである。

図１における参照符号１は室内空間であり、１１は室内空間１を画成する天井面、１２は壁面、１３は床面である。天井面１１には放射パネル２が離間配置され、壁面１２には室内空間１の空気を取り込んで天井面１１と放射パネル２の裏面との間の空調空気流通空間Ｓ１へ空調空気を供給する空調機（ヒートポンプ式空調機における室内機）３が取り付けられており、空調空気流通空間Ｓ１は室内空間１へ開放されている。なお、天井面１１は「室内空間を区画する面」に相当する。

放射パネル２としては、好ましくは熱抵抗が小さく（熱伝導性が良く）、かつ透湿性を有する薄肉の硬質繊維板（たとえば厚さ２．５ｍｍのハードボード）が採用され、空調機３からの空調空気（冷却・除湿空気又は加熱空気）は、通風管３１を介して空調空気流通空間Ｓ１へ送られるようになっている。

上記構成において、夏季に冷房を行う場合は、ユーザーが不図示のリモコン等の操作によって空調機３を冷房運転させると、まず空調機３からの冷却空気が通風管３１を介して空調空気流通空間Ｓ１へ送られる。そしてこの冷却・除湿空気が空調空気流通空間Ｓ１を通過する過程で、熱抵抗の小さい放射パネル２の裏面（上面）を擦過することによってこの放射パネル２との熱交換が行われ、すなわち放射パネル２が冷却されるので、先に説明した式（１）におけるｔ２が低下し、この放射パネル２の表面（下面）から室内空間１への冷熱の放射ＴＲが行われる。なお、この場合、実際には、冷却された放射パネル２からの熱（赤外線）の放射強度は著しく低いものとなるので、ヒトの体表面などから放射された熱が、冷却された放射パネル２の表面で反射せずに吸収されることによって冷感を感じるものであるが、ここでは便宜的に、放射パネル２からの放射ＴＲによる冷感を感じるものとする。

一方、放射パネル２と熱交換されることによって適宜昇温した冷却空気は、空調空気流通空間Ｓ１の開放端部から室内空間１へ流出し、対流によって室内空間１を下降する。そしてこの冷却空気の流れは、空調空気流通空間Ｓ１での拡散や摩擦によって減速されていることに加え、上述のように、放射パネル２との熱交換によって適宜昇温しているため、室内対流による下降速度が緩やかであり、しかもこの下降気流は放射パネル２の周囲から壁面１２に沿って発生する。このため不快な気流感が抑えられて、例えば横臥位にあるユーザーは、主として放射パネル２からの放射ＴＲによる冷感を感じることとなる。

また、空調機３は室内空間１の空気を取り込んで冷却・除湿するため、室内空間１の水蒸気量が減少する。詳しくは、室内空間１内の空気が空調機３に取り込まれて冷却される際には、空気に含まれる水蒸気が飽和して凝縮され、液化して建物の外部へ排出されるので、空調空気流通空間Ｓ１へ供給される冷却空気は湿度が低いものとなっている。このため透湿性を有する放射パネル２に吸収された水蒸気が浸透圧によって空調空気流通空間Ｓ１へ効率良く放湿され、その後、室内空間１を経由して空調機３に取り込まれて凝縮され、除去されることになる。またこのとき、空調機３内で水蒸気が液化する際の潜熱もヒートポンプ機構によって建物の外部へ放出されるため、室内空間１の水蒸気量が減少するのである。

また、従来の放射空調システムのように天井裏の空間全体を冷却する必要がないことに加え、空調空気流通空間Ｓ１を通過した冷却空気が室内空間１の上部へ流出するようにしたため、放射冷房の立ち上がりの悪さが改善され、短時間で快適な環境とすることができる。さらに、式（１）におけるｔ２が低下するため、一般的な対流型（空気噴流型）の空調システムに比較して室温（式（１）における空気の温度ｔ１）を高く設定することができ、このため例えば窓を開けて換気を行う場合の外気との温度差が小さくなって熱損失も小さく抑えられ、その結果、省エネルギーに寄与することができる。

しかも、放射パネル２を構成する硬質繊維板は透湿性を有するため、空調空気流通空間Ｓ１を通過する冷却空気で冷却されることによって放射パネル２の放射面（室内空間１を向いた面）に結露を生じるのを防止することができ、このため、結露に伴う潜熱放出による放射冷房効率の悪化も防止することができる。

次に、冬季に暖房を行う場合は、ユーザーが不図示のリモコン等の操作によって空調機３を暖房運転させると、まず空調機３からの加熱空気が通風管３１を介して空調空気流通空間Ｓ１へ送られる。そしてこの加熱空気が空調空気流通空間Ｓ１を通過する過程で放射パネル２との熱交換が行われ、すなわち放射パネル２が加熱されるので、先に説明した式（１）におけるｔ２が高くなり、この放射パネル２によって室内空間１への熱の放射ＴＲが行われる。

一方、放射パネル２と熱交換されることによって適宜降温した加熱空気は、空調空気流通空間Ｓ１の開放端部から室内空間１へ流出し、室内空間１の上部（ヒトの身長より高い領域）に滞留する。このためヒトの生活空間内での上下温度分布差や気流による不快感が抑えられて、例えば横臥位にあるユーザーは、主として放射パネル２からの放射ＴＲによる温感を感じるものとなる。

また、従来の放射空調システムのように天井裏の空間全体を温める必要がないので、放射暖房の立ち上がりの悪さが改善され、短時間で快適な環境とすることができる。さらに、式（１）におけるｔ２を上昇させるため、一般的な対流型（空気噴流型）の空調システムに比較して室温（式（１）における空気の温度ｔ１）を低く設定することができる。しかも空調空気流通空間Ｓ１から流出した加熱空気は室内空間１の上部に滞留しており、室内空間１の下部の空気は比較的低温であるため、例えば窓を開けて換気を行う場合の外気との温度差が小さくなって熱損失も小さく抑えられ、その結果、省エネルギーに寄与することができる。

さらに、夏季の冷房時には、空調機３によって室内空間１の空気が除湿されることに加え、上述のように、室温を高く設定できることから、夏の室内の相対湿度が低めにシフトし、冬季の暖房時には室温を低く設定できることから、冬の室内の相対湿度が高めにシフトすることになる。したがって快適な湿度環境を創出することができる。また先に説明したように、横臥位にあるユーザーは、主として放射パネル２からの放射による穏やかな冷感や温感を与えられるので、住宅の寝室、老人福祉施設の個室など、人が仰臥位もしくは低代謝でいる時間が長い室内の空調手段として効果的である。

しかも上記構成の放射空調システムによれば、空調機３などは室内空間１に設置されるものであり、従来のように天井裏に設置する必要がないため、天井裏空間の高さに関係なく施工可能である。またこのため、メンテナンスなども容易に行うことができる。

なお、図１に示す例では、空調機３からの空調空気を放射パネル２の裏面の中央部に垂直に吹き付けて拡散させるようにしているが、温度を均一化させるには、後述する各形態のように、空調空気を放射パネル２と平行な方向へ供給することも好適である。

図２は、第二の実施の形態を示すものである。この第二の実施の形態は、上述した第一の実施の形態の構成に加えて、天井面１１のうち空調空気流通空間Ｓ１を介して放射パネル２と対向する位置に、例えば発泡樹脂保温材等からなる断熱板４を設けたものである。

このように構成すれば、空調空気流通空間Ｓ１が放射パネル２と断熱板４の間に形成されることになり、したがって空調機３から通風管３１を介して送られる空調空気（冷却・除湿空気又は加熱空気）は、空調空気流通空間Ｓ１を通過する過程で天井面１１への伝熱が遮断されるので熱損失が小さくなり、放射パネル２からの室内空間１への放射効率を高めると共に、空調空気流通空間Ｓ１の開放端部から室内空間１へ流出する空調空気による調温効率を高めることができる。

特に冷房運転時に、空調空気流通空間Ｓ１を通る冷却空気によって天井面１１が冷却されないので、天井面１１での結露の発生を防止することができる。

なお、放射パネル２と断熱板４との間隔（空調空気流通空間Ｓ１の高さ）Ｌ１は狭いほど熱効率は良くなるが空気抵抗が大きくなり、広いほど抵抗は小さくなるが、広すぎると暖房運転時において空調空気流通空間Ｓ１へ供給された加熱空気が放射パネル２と接触せずに上昇してしまいやすく、熱効率が低下するので、１０〜５０ｍｍ程度とするのが好ましい。そしてこのような間隔Ｌ１を保つために、放射パネル２と断熱板４の間に不図示のスペーサを介在させて、この放射パネル２と断熱板４を天井面１１に取り付ける。

図３は、第三の実施の形態を示すものである。この第三の実施の形態は、上述した第二の実施の形態の構成に加えて、放射パネル２に、室内空間１を照明する照明器具５を取り付けたものである。この場合、照明器具５への電気配線は空調空気流通空間Ｓ１を利用して行うことができる。

このように構成すれば、放射空調システムを設けずに天井面１１に照明器具５を取り付けた場合とほぼ同様の室内照明を確保することができる。なおこの場合、照明器具５の周囲の領域で放射パネル２からの放射ＴＲが行われる。

図４は、第四の実施の形態を示すものである。この第四の実施の形態は、上述した第二の実施の形態の構成に加えて、断熱板４における空調空気流通空間Ｓ１側の面及び（又は）天井面１１側の面に、薄膜状の金属、例えばアルミニウムからなる反射材４１を貼着したものである。

このように構成すれば、空調空気流通空間Ｓ１を通過する空調空気（冷却・除湿空気又は加熱空気）から、断熱板４側へ放射される熱が、断熱板４における空調空気流通空間Ｓ１側の面を覆う反射材４１によって放射パネル２側へ反射されるので、断熱板４自体への伝熱による熱損失が低減するばかりでなく、放射パネル２への放射熱の入射量も増加する。したがって放射パネル２からの室内空間１への放射効率を高めると共に、空調空気流通空間Ｓ１の開放端部から室内空間１へ流出する空調空気による調温効率を高めることができる。また、天井面１１からの放射熱は、断熱板４における天井面１１側の面を覆う反射材４１によって天井面１１側へ反射される。

図５は、第五の実施の形態を示すものである。この第五の実施の形態は、先に説明した第二の実施の形態の構成において、放射パネル２における空調空気流通空間Ｓ１と反対側（室内空間１側）の面に意匠性を高めるためにクロス材２１を貼着し、このクロス材２１には、放射パネル２の透湿性を損なうことのないように、透湿クロス材を採用したものである。

図６は、第六の実施の形態を示すものである。この第六の実施の形態は、先に説明した第二の実施の形態における断熱板４を、天井面１１に対して均一な所要の間隔Ｌ２をもって離間配置し、適当な吊金具４２などを介して取り付けたものである。

このように構成すれば、天井面１１の凹凸や天井面１１に配置された埋め込み照明器具、スピーカーなどの器具１４との干渉を回避することができ、あるいは断熱板４と天井面１１の間の空間Ｓ２を利用することで電気配線や器具１４の配置の自由度を高めることができる。しかも空間Ｓ２に存在する空気層の有する熱抵抗によって、断熱板４から天井面１１への伝熱による熱損失も低減されるので、放射パネル２からの熱放射効率、及び空調空気流通空間Ｓ１の開放端部から室内空間１へ流出する空調空気による調温効率の向上にも貢献することができる。

図７は、第七の実施の形態を示すものである。この第七の実施の形態は、空調空気流通空間Ｓ１の外周部のうち、空調機３の吹き出し口から延びる通風管３１の下流端部の開口位置側の領域を、放射パネル２の外周部の一部に一体的に取り付けた堰き止め部２２によって平面形状コ字形に取り囲み、この堰き止め部２２によって、空調空気流通空間Ｓ１から室内空間１への空調空気の流出範囲を制限したものである。なお、図７に示されていないその他の部分は、先に説明した図１〜図６に示すいずれの構成を採用しても良い。

このように構成すれば、空調機３から通風管３１を介して空調空気流通空間Ｓ１へ送られた空調空気は、堰き止め部２２によって堰き止められていない図中右側の開放端部へ向けて案内され、この開放端部から室内空間１へ流出することになる。したがって、空調空気により冷却又は加熱される放射パネル２の表面（放射面）の温度ムラができにくくなって、室内空間１への放射の均一化を図ることができる。

図８は、第八の実施の形態を示すものである。この第八の実施の形態は、上述した図７と同様、空調空気流通空間Ｓ１の外周部を、放射パネル２の外周部の一部に一体的に取り付けた堰き止め部２２によって平面形状コ字形に取り囲んだ構成に加え、この堰き止め部２２によって囲まれた領域を、図中右側の開放端部へ向けて延びる仕切り部２３によって複数の流路Ｓ１ａ，Ｓ１ｂに分割し、空調機３の吹き出し口から延びる通風管３１を、ダンパ３２を介して選択的に切り替え開閉可能な複数の分岐通風管３１ａ，３１ｂに分岐して、その下流端部を前記各流路Ｓ１ａ，Ｓ１ｂに開口させたものである。なお、図８に示されていないその他の部分は、先に説明した図１〜図６に示すいずれの構成を採用しても良い。

このように構成すれば、ダンパ３２によって分岐通風管３１ａ，３１ｂの開閉を切り替えることで、空調機３からの空調空気を、空調空気流通空間Ｓ１における流路Ｓ１ａ，Ｓ１ｂのいずれかへ選択的に供給することができ、これによって放射領域を任意に変更することができる。

なお、放射領域の変更手段としてはダンパ３２によるもののほか、仕切り部２３の移動によるもの等も考えられる。

また、上述の各実施の形態では、放射パネル２（及び断熱板４）を天井面１１に配置したが、これに限定するものではなく、例えば壁面１２に平行に設置しても良い。このように構成した場合は、壁面と放射パネルの間、あるいは壁面に設置した断熱板と放射パネルの間に形成される空調空気流通空間内を空調空気が通過することで、横からの放射が行われる。

なお、上述のように、ヒートポンプなどの空調機の室内機は居室内に設置できるという利点があるが、空気の取り入れ口及び噴き出し口が居室内にあれば、室内機の設置個所は特に限定されず、すなわち居室の天井裏や廊下の天井裏、あるいはクロゼット内などに設置することも可能である。

１ 室内空間
２ 放射パネル
３ 空調機
１１ 天井面（室内空間を区画する面）
１２ 壁面（室内空間を区画する面）
１３ 床面（室内空間を区画する面）
２１ クロス材（透湿クロス材）
２２ 堰き止め部
Ｓ１ 空調空気流通空間

Claims (5)

1. 室内空間の空気を取り込んで空調空気を吹き出し、冷房運転と暖房運転とを択一的に実行する空調機を冷房運転させ、室内空間を区画する面と、この面に離間配置されて前記室内空間への熱放射を行う水蒸気の通過を許容する透湿性を有する放射パネルとの間の空調空気流通空間に冷却空気を送る工程と、
   前記空調空気流通空間に送られた冷却空気によって前記放射パネルを冷却し、この放射パネルの表面から前記室内空間への冷熱の放射を行う工程と、
   前記空調空気流通空間に送られて前記放熱パネルと熱交換されることによって昇温した冷却空気を前記空調空気流通空間の開放端部から前記室内空間へ流出する工程と、
   前記放射パネルに吸収された水蒸気を浸透圧によって前記空調空気流通空間へ放湿する工程と、
   を具備することを特徴とする放射空調方法。
2. 前記放射パネルとして、硬質繊維板が採用されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射空調方法。
3. 前記放射パネルには、透湿クロス材が貼着されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射空調方法。
4. 前記空調空気流通空間に設けた堰き止め部によって前記室内空間への冷却空気の流出範囲を制限するようにし、前記放射パネルの表面に温度ムラができにくいようにした、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の放射空調方法。
5. 前記室内空間を区画する面には、前記空調空気流通空間を介して前記放射パネルと１０〜５０ｍｍの間隔を開けて対向する位置に断熱板が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載の放射空調方法。