JP7103761B2 - 空調システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の室内空間および床下空間を含む建物における空調システムであって、特に、屋外に対して密閉された床下空間を含む建物における空調システムである。

従来から、建物内における複数の居室の温度調整を共通の空調機で行う全館空調システムが提案されている。全館空調システムでは、たとえば機械室等に設置された空調機による温度調整後の空気が、複数のダクトを介して複数の居室にそれぞれ供給される。

また、特開２０１５－４５４８９号公報（特許文献１）に示されるように、居室空間の熱エネルギーを利用して、非居室空間を空調（暖房）する技術も提案されている。

特開２０１５－４５４８９号公報

上記のような全館空調システムにおいて、居室だけでなく非居室も空調しようとすると、空調機と非居室に設けた吹出し口とをつなぐダクトが必要となる。したがって、コストが上昇するとともに、空調負荷が大きくなるという問題がある。

また、上記特許文献１の空調システムにおいては、全般換気量を増加させることで、非居室への空調を実現しているが、全般換気量の増加に伴って空調負荷も増加してしまう。したがって、特許文献１の空調システムは、省エネルギー性能の高いシステムとは言い難い。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の室内空間の温度環境を効率良く改善することのできる空調システムを提供することである。

この発明のある局面に従う空調システムは、第１の室内空間、第２の室内空間、および、屋外に対して密閉された床下空間を含む建物における空調システムであって、第１の送風手段と、第２の送風手段と、制御手段とを備える。第１の送風手段は、第１の室内空間の空気を床下空間に取り込んで、床下空間の空気を第２の室内空間に送り出す。第２の送風手段は、第２の室内空間の空気を床下空間に取り込んで、床下空間の空気を第１の室内空間に送り出す。制御手段は、第１の送風手段および第２の送風手段を選択的に作動させる。

好ましくは、空調システムは、第１の室内空間の空気の温度を調整するための空調機をさらに備える。

制御手段は、空調機がオンの場合に第１の送風手段を作動させ、空調機がオフの場合に第２の送風手段を作動させることが望ましい。

建物は、第３の室内空間をさらに含んでいてもよい。この場合、第１の送風手段は、床下空間の空気を第２の室内空間および第３の室内空間に送り出すことが望ましい。

好ましくは、第２の室内空間と床下空間とを連通する通気路は、第１の送風手段の作動中および第２の送風手段の作動中の双方において通気可能であり、第３の室内空間と床下空間とを連通する通気路は、第１の送風手段の作動中においてのみ通気可能である。

第１の室内空間が居室であり、第２の室内空間および第３の室内空間が非居室であることが望ましい。

好ましくは、第１の送風手段および第２の送風手段は、１台の双方向送風装置によって構成されている。

本発明によれば、複数の室内空間の温度環境を効率良く改善することができる。

本発明の実施の形態に係る空調システムの概略構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る空調システムの機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態において、空調機が冷房運転中の場合における空気の流れを概念的に示す図である。 本発明の実施の形態において、空調機が冷房運転停止中の場合における空気の流れを概念的に示す図である。 初夏におけるリビングと１階廊下の温度（実測値）の推移を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る空調システムを搭載した住宅における１階廊下の温度の推移と、比較例における１階廊下の温度の推移とを示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る空調システムを搭載した住宅における洗面室の温度の推移と、比較例における洗面室の温度の推移とを示すグラフである。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

本実施の形態においては、住宅の１階に設けられた複数の室内空間を空調対象とした空調システムについて説明する。なお、「室内空間」とは、外壁および間仕切り壁等によって区画された空間であり、居室および非居室を含む。「居室」とは、居住者が定常的に使用する空間であり、リビングルーム、ダイニングルーム、個室（寝室を含む）などを含む。「非居室」とは、居住者が非定常的に使用する空間であり、部屋間の通路となる廊下、洗面室、およびトイレなどを含む。

（概略構成について）
図１は、本実施の形態に係る空調システム１の概略構成を模式的に示す断面図である。空調システム１は、住宅の１階部分９０の空調を行う。住宅の１階部分９０には、外壁および間仕切り壁によって区画されたリビング９１、廊下９２、および洗面室９３が配置されている。リビング９１は居室であり、廊下９２および洗面室９３は非居室である。廊下９２は、間仕切壁を介して、リビング９１および洗面室９３と隣接している。これらの室内空間９１～９３の下方には、床下空間９４が位置している。

空調システム１は、吸気した空気の温度を調整するための１つの空調機２と、リビング９１に設けられた吹出し口２３と、空調機２と吹出し口２３とを接続するダクト２２とを備えている。

空調機２は、冷房運転および暖房運転の双方が可能な空調装置であるが、少なくとも冷房運転が可能であればよい。空調機２の電源のオン／オフ、運転モードの選択、および空調の温度設定などは、一つのリモコン（図示せず）において操作される。

空調機２は、リモコンによって設定された設定温度に応じて、吸気した空気の温度を調整する。空調機２による温度調整後の空気は、ダクト２２を介して吹出し口２３へと送られ、吹出し口２３からリビング９１内に吹き出される。

空調機２およびダクト２２は、たとえば屋根裏空間９５に設けられ、吹出し口２３は、リビング９１の天井に設けられる。空調機２の吸込み口２１は、たとえば廊下９２の天井に設けられる。

本実施の形態における住宅は基礎断熱構造を採用しており、床下空間９４は屋外に対して密閉された空間である。そのため、床下空間９４に外気が流入したり、床下空間９４内の空気が屋外に流出したりしない。

リビング９１の床、廊下９２の床、および洗面室９３の床には、それぞれ、貫通孔９１ａ，９２ａ，９３ａが設けられている。

床下空間９４には、吸排気を切り替え可能な双方向送風装置３が配置されている。双方向送風装置３は、筐体内に風路を有しており、風路上に配置されたファン３１と、ファン３１を駆動する駆動部（図示せず）とを含む。駆動部は、ファン３１を正回転または逆回させる。双方向送風装置３としては、たとえばカウンターアローファン（登録商標）が採用され得る。

双方向送風装置３は、風路の一端側に位置し、床下空間９４に面して配置される第１開口部３０ａと、風路の他端側に位置し、ダクト３３の一端に接続される第２開口部３０ｂとを含む。ダクト３３の他端は、リビング９１の床に設けられた貫通孔９１ａに接続されている。これにより、第２開口部３０ｂは、ダクト３３を介してリビング９１と連通する。

双方向送風装置３は、リビング９１側の第２開口部３０ｂが吸気口、床下空間９４側の第１開口部３０ａが排気口となる「吸気運転モード」と、リビング９１側の第２開口部３０ｂが排気口、床下空間９４側の第１開口部３０ａが吸気口となる「排気運転モード」とを有している。

双方向送風装置３が排気運転モードで動作する場合、駆動部は、風路の一端側から他端側に向かって空気が流れるようにファン３１を駆動する。この場合、双方向送風装置３は、第１開口部３０ａから床下空間９４の空気を吸い込んで、吸い込んだ空気を第２開口部３０ｂから排気する。これにより、床下空間９４の空気がダクト３３を介してリビング９１に吹き出される。

双方向送風装置３が吸気運転モードで動作する場合、駆動部は、風路の他端側から一端側に向かって空気が流れるようにファン３１を駆動する。この場合、双方向送風装置３は、ダクト３３を介し、第２開口部３０ｂからリビング９１の空気を吸い込んで、吸い込んだ空気を第１開口部３０ａから排気する。これにより、リビング９１の空気が床下空間９４に吹き出される。

ここで、廊下９２の床の貫通孔９２ａには、一般的なガラリ４が設けられている。ガラリ４は、複数の羽板を含む通気部材である。羽板の角度は手動調整可能であってもよいが、通常は、羽板間の隙間において通気可能である。そのため、双方向送風装置３の運転モードに関わらず、廊下９２と床下空間９４とは通気可能である。なお、リビング９１の床の貫通孔９１ａにも、ガラリが設けられていてもよい。

これに対し、洗面室９３の床の貫通孔９３ａには、一方向（上方向）にのみ送風可能な開閉部材５が設けられている。開閉部材５は、床下空間９４の圧力が一定圧以上になると開状態となり、一定圧力未満の場合には全閉状態となる。そのため、双方向送風装置３が吸気運転モードで動作する場合、開閉部材５が開状態となるが、双方向送風装置３が排気運転モードで動作する場合には開閉部材５は閉状態（全閉状態）となる。

すなわち、本実施の形態では、双方向送風装置３が吸気運転モードの場合には、床下空間９４の空気が廊下９２および洗面室９３の双方に流出されるのに対し、双方向送風装置３が排気運転モードの場合には、廊下９２の空気だけが床下空間９４に流入し、洗面室９３の空気は床下空間９４に流入しない。

なお、開閉部材５は、床下空間９４の圧力に応じて機械的に開閉される弁体を有していてもよいし、電子的に開閉制御される弁体を有していてもよい。

（機能構成について）
図２は、本実施の形態に係る空調システム１の機能構成を示すブロック図である。

図２に示されるように、空調システム１は、空調機２および双方向送風装置３に加え、双方向送風装置３を制御する制御装置（制御手段）６をさらに含む。

双方向送風装置３は、上述のように吸排気を切り替え可能であるため、その機能として、リビング９１の空気を床下空間９４に取り込んで、床下空間９４の空気を廊下９２に送り出す第１の送風手段７１と、廊下９２および洗面室９３の空気を床下空間９４に取り込んで、床下空間９４の空気をリビング９１に送り出す第２の送風手段７２とを含む。第１の送風手段７１は、双方向送風装置３が吸気運転モードのときに作動し、第２の送風手段７２は、双方向送風装置３が排気運転モードのときに作動する。

制御装置６は、夏期（たとえば７月～９月）に、空調機２のオン／オフ情報に基づいて、第１の送風手段７１および第２の送風手段を選択的に作動させる。具体的には、制御装置６は、空調機２がオン状態の場合に、第１の送風手段７１を作動させる。つまり、双方向送風装置３の動作モードは吸気運転モードとなる。これにより、リビング９１の冷房時に、リビング９１の空気が吸気され、床下空間９４に送風される。

これに対し、制御装置６は、空調機２がオフ状態の場合に、第２の送風手段７２を作動させる。つまり、双方向送風装置３の動作モードは排気運転モードとなる。これにより、リビング９１の冷房停止時に、床下空間９４の空気が吸気され、リビング９１に送風される。

なお、制御装置６は、双方向送風装置３に組み込まれていてもよい。

（夏期の空調について）
夏期におけるリビング９１、廊下９２、および洗面室９３の空調について、図３および図４を用いて説明する。

図３は、空調機２が冷房運転中の場合における空気の流れを概念的に示す図である。空調機２がオン状態の場合、吸込み口２１から廊下９２の空気が吸気され、温度調整後の空気がリビング９１の吹出し口２３から吹き出される。これにより、リビング９１の空気の温度が設定温度となるように調整される。

制御装置６は、空調機２がオン状態であることを検知すると、双方向送風装置３を吸気運転モードで動作させる。これにより、リビング９１の冷えた空気が双方向送風装置３を通過し、床下空間９４に吹き出される。また、床下空間９４の圧力が高まるため、床下空間９４内の空気が、それぞれの床の貫通孔９２ａ，９３ａを通って廊下９２および洗面室９３に送り込まれる。なお、図３に示す開閉部材５の状態は、貫通孔９３ａを開放している開状態である。

夏期の床下空間９４の温度は、冷房停止時において廊下９２および洗面室９３よりも低い傾向にある。本実施の形態では、リビング９１の冷えた空気を床下空間９４に送り込むことで、床下空間９４の温度をさらに低下させるため、廊下９２および洗面室９３の温度を確実に下げることができる。

したがって、廊下９２および洗面室９３に空調機２の吹出し口を設けなくても、廊下９２および洗面室９３に涼しい空気を送り込むことができる。その結果、冷房負荷を増大させることなく、夏期の廊下９２および洗面室９３の温度環境を改善することができる。

なお、双方向送風装置３が吸気運転モードで動作する場合、床下空間９４から廊下９２に送り込まれた空気は、空調機２のダクト２２、リビング９１、および床下空間９４を通って循環する。床下空間９４から洗面室９３に送り込まれた空気の流れは、たとえば、廊下９２へ循環する流れと、洗面室９３に設けられた換気口から屋外に排気される流れがある。

図４は、空調機２が冷房運転停止中の場合における空気の流れを概念的に示す図である。夏期において空調機２がオフ状態の場合、リビング９１の空気の温度は、外気温や日射の影響を受けて上下する。

制御装置６は、空調機２がオフ状態であることを検知すると、双方向送風装置３を排気運転モードで動作させる。これにより、床下空間９４の比較的低温の空気が双方向送風装置３を通過し、リビング９１に吹き出される。また、床下空間９４が負圧となるため、廊下９２の空気が、床の貫通孔９２ａを通って床下空間９４に送り込まれる。

この場合、廊下９２の空気は、床下空間９４、リビング９１、および、リビング９１の出入口の隙間（間仕切り壁に設けられた扉のアンダーカット）を通って循環する。

図５には、初夏におけるリビング９１と１階の廊下９２の温度（実測値）の推移が示されている。図５のグラフから、外気温の高低に関わらず、リビング９１の温度と廊下９２の温度は同じように推移することが分かる。また、廊下９２は、リビング９１と比較して窓や発熱量が無い（少ない）分、廊下９２の温度の方がリビング９１の温度よりも低い。

したがって、本実施の形態では、空調機２がオフ状態の場合に、廊下９２の空気を床下空間９４に取り込み、床下空間９４で冷却した空気をリビング９１に送り込むことで、リビング９１の暑さを緩和することができる。また、盛夏であっても、日中の留守中などに双方向送風装置３を排気運転モードで動作させることにより、リビング９１の予冷を行うことができる。

ここで、洗面室９３の床の貫通孔９３ａには、上方向にのみ開放可能な開閉部材５が設けられているため、床下空間９４が負圧となっても洗面室９３内の空気は床下空間９４に流入されない。図４に示される開閉部材５の状態は、弁体によって貫通孔９３ａを閉鎖している全閉状態である。

このように、洗面室９３内の空気は床下空間９４に取り入れないようにすることで、洗面室９３の臭気や湿気が床下空間９４に排出されることを防止することができる。したがって、リビング９１に床下空間９４の涼しい空気とともに臭気まで送り込まれることを防止することができる。また、床下空間９４のカビの発生を防止することができる。

以上説明したように、本実施の形態の空調システム１によれば、廊下９２および洗面室９３に空調機２の吹出し口を設けなくても、廊下９２および洗面室９３に、空調機２で空調された空気を間接的に（床下空間９４を介して）送り込むことができる。つまり、空調機２の空調対象の部屋が、居室であるリビング９１だけであったとしても、非居室である廊下９２および洗面室９３に、涼しい空気を送風することができる。

したがって、屋根裏空間９５に非居室用のダクトを施工する必要がないため、イニシャルコストを低減することができる。また、空調機２の空調負荷を増大させることなく、廊下９２および洗面室９３の温度環境を改善することができるため、ランニングコストを低減させることもできる。

また、冷房運転停止中においては、逆に、１階の廊下９２の空気が床下空間９４で冷却されてリビング９１に送り込まれるため、リビング９１の温度を自然に低下させることができる。したがって、リビング９１の冷房を行わない時間帯においても、リビング９１の暑さを緩和することができる。その結果、夏期における空調機２の使用時間を減らすことができる。

さらに、廊下９２の床の貫通孔９２ａは、第１の送風手段７１が作動中および第２の送風手段７２が作動中の双方において通気可能であるのに対し、洗面室９３の床の貫通孔９３ａは、第１の送風手段７１の作動中においてのみ通気可能である。したがって、床下空間９４の空気をリビング９１に送り込んでリビング９１の自然空調を行う場合には、洗面室９３の床の貫通孔９３ａが通気不能とされるため、床下空間９４およびリビング９１の空気環境（温度以外の環境）の悪化を防止することもできる。

図６には、本空調システム１を搭載した住宅における廊下９２の温度の推移が実線で示され、比較例として、本空調システム１を搭載していない住宅における廊下９２の温度の推移が破線で示されている。また、リビング９１の温度の推移が一点鎖線で示され、床下空間９４の温度の推移が二点鎖線で示されている。なお、このグラフでは、双方向送風装置３の風量が１００ｍ^３／ｈの場合の廊下９２の温度が示されている。

このグラフから、空調機２が運転中か否かに関わらず、本空調システム１を搭載した「床下循環あり」の廊下９２の温度の方が、本空調システム１を搭載していない「床下循環なし」の廊下９２の温度よりも２．０～３．０℃程度低くなることが分かる。

図７には、本空調システム１を搭載した住宅における洗面室９３の温度の推移が実線で示され、比較例として、本空調システム１を搭載していない住宅における洗面室９３の温度の推移が破線で示されている。また、リビング９１の温度の推移が一点鎖線で示されている。なお、このグラフにおいても、双方向送風装置３の風量が１００ｍ^３／ｈの場合の洗面室９３の温度が示されている。

このグラフから、空調機２が運転中か否かに関わらず、本空調システム１を搭載した「床下吹出しあり」の洗面室９３の温度の方が、本空調システム１を搭載していない「床下吹出しなし」の洗面室９３の温度よりも、０．５～２．０℃程度低くなることが分かる。

このように、本実施の形態によれば、夏期における非居室の快適性を効果的に向上させることができる。なお、より具体的には、廊下９２および洗面室９３のいずれにおいても、リビング９１の空調時に、温度の低下率が高くなっていることが、これらのグラフから読み取れる。

上記説明では、夏期の空調例を示したが、冬期のリビング９１の暖房時においても、双方向送風装置３を吸気運転モードで動作させることで、廊下９２および洗面室９３の空調を行ってもよい。つまり、空調機２により温められたリビング９１の空気を、床下空間９４を介して廊下９２および洗面室９３に送り込んでもよい。このように、第１の送風手段７１は、空調機２の運転モード（冷房、暖房）に関わらず、空調機２の運転中に作動することとしてもよい。

（変形例）
本実施の形態では、床下空間９４に双方向送風装置３を配置し、双方向送風装置３によって第１の送風手段７１および第２の送風手段７２の機能が実現されることとしたが、限定的ではない。すなわち、床下空間９４に、第１の送風手段７１を構成する送風装置、および、第２の送風手段７２を構成する送風装置を別々に配置してもよい。

また、本実施の形態では、リビング９１の空調を行う空調機２がダクト式の空調機であることとしたが、限定的ではない。たとえば、空調機は、リビング９１の壁等に設置されるルームエアコンであってもよい。

また、本実施の形態では、制御装置６が、空調機２の運転状態（冷房ＯＮ状態、冷房ＯＦＦ状態）と連動させて双方向送風装置３を制御することとしたが、限定的ではない。制御装置６は、ユーザからの指示に応じて双方向送風装置３を制御してもよい。

また、本実施の形態では、廊下９２および洗面室９３の床に設けられた貫通孔９２ａ，９３ａによって、床下空間９４と連通する通気路が形成されることとしたが、限定的ではない。たとえば、床下空間９４と各非居室とを連通する通気路が、各非居室の壁に設けられた通気孔と、通気孔から壁内空間を通って床下空間９４に延びるダクトとにより形成されてもよい。

また、本実施の形態では、空調機２による空調対象の室内空間（第１の室内空間）が、居室としてのリビング９１であることとしたが、限定的ではない。たとえば、使用頻度が比較的高い非居室であってもよい。同様に、空調機２による空調対象ではなく、かつ、床下空間９４と双方向に通気可能な室内空間（第２の室内空間）が、非居室としての廊下９２であることとしたが、限定的ではない。たとえば、使用頻度が比較的低い居室であってもよい。

これに対し、空調機２による空調対象ではなく、かつ、床下空間９４と一方向にのみ通気可能な室内空間（第３の室内空間）は、非居室であることが望ましいが、洗面室９３に限定されず、たとえば他種のサニタリールーム（トイレなど）であってもよい。あるいは、クローゼットなどの収納室であってもよい。

また、本実施の形態では、空調システム１が住宅に適用されることとしたが、複数の室内空間を含む建物であれば、住宅以外の建物（オフィスビル、介護施設、ホテルなど）に適用することもできる。たとえば、空調システム１が適用される建物がオフィスビルの場合、「居室」には事務室が含まれ、「非居室」には廊下およびトイレなどが含まれる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 空調システム、２ 空調機、３ 双方向送風装置、４ ガラリ、５ 開閉部材、６ 制御装置、２１ 吸込み口、２２，３３ ダクト、２３ 吹出し口、３１ ファン、７１ 第１の送風手段、７２ 第２の送風手段、９０ １階部分、９１ リビング（居室）、９２ 廊下（非居室）、９３ 洗面室（非居室）、９４ 床下空間、９５ 屋根裏空間。

Claims (5)

1. 第１の室内空間と、通気経路を介して前記第１の室内空間と通気可能に配置された第２の室内空間と、屋外に対して密閉された床下空間とを含む建物における空調システムであって、
   前記第２の室内空間に吸込み口を有し、前記第１の室内空間に設けられた吹出し口から空調後の空気を吹き出すことによって、前記第１の室内空間の空気の温度を調整する空調機と、
   前記第１の室内空間の空調された空気を前記床下空間に排気し、前記床下空間の圧力を高めることによって、前記床下空間の空気を前記第２の室内空間に送り出す第１の送風手段と、
   前記床下空間の空気を前記第１の室内空間に給気して前記床下空間を負圧にすることによって、前記第２の室内空間の空気を前記床下空間に取り込んで、前記床下空間の空気を前記第１の室内空間に送り出す第２の送風手段と、
   夏期に、前記第１の送風手段および前記第２の送風手段を選択的に作動させる制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記空調機の冷房運転がオンの場合に前記第１の送風手段を作動し、前記空調機の前記吹出し口から前記第１の室内空間に吹き出された空気を、前記床下空間、前記第２の室内空間、および前記空調機の前記吸込み口を通って循環させることにより、前記第２の室内空間の温度を低下させ、前記空調機の冷房運転がオフの場合に前記第２の送風手段を作動し、前記第２の室内空間を、前記床下空間、前記第１の室内空間、および前記通気経路を通って循環させることにより、前記第１の室内空間を自然空調する、空調システム。
2. 前記建物は、第３の室内空間をさらに含み、
   前記第１の送風手段は、前記床下空間の空気を前記第２の室内空間および前記第３の室内空間に送り出す、請求項１に記載の空調システム。
3. 前記第２の室内空間と前記床下空間とを連通する通気路は、前記第１の送風手段の作動中および前記第２の送風手段の作動中の双方において通気可能であり、
   前記第３の室内空間と前記床下空間とを連通する通気路は、前記第１の送風手段の作動中においてのみ通気可能である、請求項２に記載の空調システム。
4. 前記第１の室内空間が居室であり、前記第２の室内空間および前記第３の室内空間が非居室である、請求項２または３に記載の空調システム。
5. 前記第１の送風手段および前記第２の送風手段は、１台の双方向送風装置によって構成されている、請求項１～４のいずれかに記載の空調システム。

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