JP7351496B2 - 換気システム - Google Patents

Description

本発明は、換気システム、及び換気方法に関する。詳しくは、大規模空間を有する屋内施設における利用者の活動領域を効率的に換気し、快適な環境を実現する換気システム、及び換気方法に関するものである。

近年、建造物の高気密化・高断熱化が進み、十分な換気を行わないと二酸化炭素濃度が高くなり、特に新設の建造物などではホルムアルデヒドや揮発有機化合物（ＶＯＣ：Ｖａｐｏｒ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）の濃度が高くなりすぎることがある。また、不十分な換気により湿度が高くなってカビやダニが発生し、アレルギーを引き起こす原因ともなっている。

建造物の中でも、体育館をはじめとする大規模空間を有する屋内施設は、各種運動競技を行う場であるとともに、非常災害時には地域住民の応急避難場所として重要な役割を担っている。特に、近年では、新型コロナウイルスを始めとする感染症予防の対策として、居住空間内に定期的に外気を取り入れ、換気の悪い密閉空間をできるだけ避けることが推奨されている。このような密閉空間内における空気汚染に対処するために、建造物全体を対象として一定量の空気を２４時間換気し続ける２４時間換気システムが採用されている。

大規模空間を有する施設において採用されている換気システムとしては、例えば２階部分に形成された換気窓から外気を流入させ、大規模空間を循環した内気を１階部分に形成された換気窓から屋外へ排気させるといった自然換気方法が採用されている。

一方、大規模空間における換気促進を目的として、機械換気による強制的な換気システムも数多く提案されている。機械換気を採用した換気システムとしては、給気用送風機によって外気を室内に強制的に取り入れ、かつ排気用送風機によって内気を屋外へ強制的に排気する第１種換気方式と、給気用送風機によって強制的に給気した外気を自然排気する第２種換気方式と、自然給気によって大規模空間に給気した外気を排気用送風機によって屋外へ強制的に排気する第３種換気方式がある。

例えば、特許文献１には、大規模空間における空調の効率を高めるための第１種換気方式を採用した換気システムが開示されている。具体的には、外気を導入する給気用送風機を空調対象となる大規模空間の床面付近の高さ位置に設置するとともに、室内の空気を屋外に排気する排気用送風機を大規模空間の壁面であって天井までの高さの５０％以上の高さに設置する。

このような構成により、太陽光により暖められた天井付近に滞留する高温空気が徐々に下降する途中において排気用送風機を通じて屋外に排気されるため、高温空気が大規模空間の床面まで下降することを防止できる。従って、室内で活動する利用者の活動領域の温度上昇を抑制し、さらに大規模空間の下部には給気用送風機から外気が導入されるため、活動領域における換気も促進することができる。

特開２０１９－０７０４８０号公報

前記した特許文献１によれば、排気用送風機を任意の位置に設置することにより、大規模空間の換気促進と空気調和機の効率化を実現できるものとなっている。一方、特許文献１に係る換気システムにおいては、外気がそのまま給気用送風機を通じて室内に流れ込むため、例えば外気温の低い冬場においては、低温の外気がそのまま室内に流入することになる。

さらに、給気用送風機が屋内施設の床面付近に設けられているため、室内に流入した低温の外気は天井方向に上昇することなく屋内施設の利用者の活動領域である床面付近に滞留することになる。そのため、活動領域における温度下降や換気ムラが生じ、利用者にとって活動環境が悪化することが懸念される。

以上のような問題に対処するために、大規模空間の空調を行うべく空気調和機を運転すると、給気用送風機により常時低温の外気が室内に流入する状況においては、空気調和機の運転負荷が大きくなるとともに、大規模空間の温度を目標温度まで上げるには長時間を要するものとなる。

本発明は、以上の点を鑑みて創案されたものであり、大規模空間を有する屋内施設における利用者の活動領域を効率的に換気し、快適な環境を実現する換気システム、及び換気方法を提供することを目的とするものである。

前記の目的を達成するために、本発明の換気システムは、上層階の空間と下層階の空間とが連続する吹き抜け構造であり、床面部、天井面部、及び壁面部により囲まれた大規模空間が形成された施設に設置される換気システムであって、冷媒が循環する熱媒体回路を有する熱源装置と、前記上層階に設置され、導入口から導入された外気を前記大規模空間に給気する給気口に通じる外気導入路が形成された筐体、前記熱媒体回路の経路上に設置され、前記導入口から導入された外気を冷却または加熱する熱交換器を有する外気調和機と、前記床面部の所定の位置に形成された床面排気孔、前記下層階の前記壁面部の所定の位置に形成され屋外と連通する壁面排気孔、前記床面排気孔から前記壁面排気孔に連通する排気誘導路から構成された排気部とを備える。

ここで、冷媒が循環する熱媒体回路を有する熱源装置を備えることにより、例えば熱源装置として空気調和機や冷却水循環装置の熱媒体回路（例えば、フロンガスや代替ガス等の冷媒、温水または冷水、加熱または冷却用のガス等が含まれる。）に、後記する外気調和機の熱交換器を組み込むことで、外気調和機に導入された外気が熱交換された後に大規模空間に向けて給気することができる。

また、上層階に設置され、導入口から導入された外気を大規模空間に給気する給気口に通じる外気導入路が形成された筐体、熱媒体回路の経路上に設置され、導入口から導入された外気を冷却または加熱する熱交換器を有する外気調和機調和機を備えることにより、外気を大規模空間に給気して換気を促進することができる。そして、熱交換器が熱源装置の熱媒体回路に組み込まれていることにより、熱源装置の運転と連動して供給される熱媒体によって、外気調和機に導入された外気が熱交換され、熱交換後の外気を大規模空間に給気することができるため、大規模空間の温度を適温に保つことが可能となる。

さらに、外気調和機により温度調整した外気温が大規模空間に給気されることにより、外気の温度（湿度）と大規模空間内の温度（湿度）との間に差が生じるため、瞬時拡散効果により大規模空間の全体に外気を循環させることができる。

また、床面部の所定の位置に形成された床面排気孔、下層階の壁面部の所定の位置に形成され屋外と連通する壁面排気孔、床面排気孔から壁面排気孔に連通する排気誘導路から構成された排気部を備えることにより、外気調和機から給気された外気は大規模空間を循環した後に床面排気孔から排気される。そして、床面排気孔から排気された外気は、排気誘導路を通じて壁面排気孔を通じて屋外に排気される。なお、排気部の所定の位置に排気用送風機を設置することで、強制的に排気する第１種換気方式とすることも可能である。

ここで、大規模空間を有する多くの施設は床下空間が形成されているが、この床下空間に湿気が溜まることにより床面部の膨張や収縮が生じる。この点、床面排気孔から壁面排気孔に連通する排気誘導路を形成することにより、床下空間内の通気性を確保することで床下空間に湿気が溜まることが防止される。

また、熱源装置は上層階に設置され、上層階の所定の領域を空調対象とする空気調和機である場合には、空気調和機により大規模空間を所定の温度に保つことができる。また、前記の通り、外気調和機から給気される外気は熱交換において所定の温度に冷却、又は加熱された後に大規模空間に向けて給気されることにより、空気調和機の設定した目標温度に達するまでの空気調和機の稼動時間が短時間となり、空気調和機の運転負荷を低減することができる。

また、外気調和機と空気調和機とを一組の給気ユニットとして、該給気ユニットが所定の間隔で並設されている場合には、大規模空間の大きさに応じて複数の給気ユニットを設けることで、大規模空間を適温に保つことができるとともに短時間で換気を行うことができる。さらに、外気調和機と空気調和機とを近接して配置することで、空気調和機の熱媒体回路に外気調和機の熱交換器を簡単に組み込むことができる。

また、床面排気孔は、大規模空間の平面視において、隣接する給気ユニットの中心線上に位置する場合には、大規模空間の全体に循環された外気を最も効率的に屋外に排気することができるため、換気効率を高めることができる。

また、空気調和機は、熱媒体回路により接続された室内機、及び室外機を有し、熱媒体回路は、室外機から室内機に冷媒を送る第１の冷媒配管と、室内機から外気調和機に冷媒を送る第２の冷媒配管と、外気調和機から室外機に冷媒を送る第３の冷媒配管とを有する場合には、簡単な配管構造により空気調和機と外気調和機を一体化することができる。

以上のような構成により、まず冷房運転時には、室外機の減圧器で低温の液体になった冷媒が第１の冷媒配管を通じて室内機に送られ、室内機の熱交換器を冷却する。そして室内機の熱交換器を冷却した冷媒の一部は第２の冷媒配管を通じて外気調和機に送られ、外気調和機の熱交換器を冷却する。その後、冷媒は第３の冷媒配管を通じて室外機に再び戻り、減圧器で低温の液体となって第１の冷媒配管に送られる。このサイクルを繰り返すことで、室内機、及び外気調和機の熱交換器は効率的に冷却され、大規模空間の換気を促進するとともに大規模空間の室内温度を目標温度に保つことができる。

一方、暖房運転時には、前記した冷房運転時と逆のサイクルとなる。即ち、室外機で高温の気体となった冷媒が第３の冷媒配管を通じて外気調和機に送られ、冷媒の熱により外気調和機の熱交換器が温められる。さらに、冷媒は第２の冷媒配管を通じて室内機に送られ、室内機の熱交換器を温めた後に第１の冷媒配管を通じて室外機に再び戻り、圧縮器で高温の気体となって第３の冷媒配管に送られる。このサイクルを繰り返すことで、室内機、及び外気調和機の熱交換器は効率的に温められ、大規模空間の換気を促進するとともに大規模空間の温度を目標温度に保つことができる。

また、下層階には床面部を含むアリーナ部が形成されるとともに、アリーナ部を空調対象とする輻射式パネルが設置され、輻射式パネルは、床面部から上層階に至るまでの高さを有し、壁面部の全周に設置されている場合には、施設の利用者の活動領域であるアリーナ部を常に快適な温度に保つことが可能となる。

さらに、輻射式パネルは送風を発生しないため、例えばアリーナ部において送風による影響を受け易い競技（例えばバトミントンや卓球等）を行う場合においても、送風の影響を受けることなく、アリーナ部の全体を適温に保つことが可能となる。

また、上層階は、背面側である壁面部から前面側に向けて下方に傾斜する階段状のスタンド部であり、スタンド部の前面側には前面通路、背面側には背面通路がそれぞれ形成され、外気調和機は背面通路に設置されている場合には、背面通路から前面側に向けて外気を給気することができるため、大規模空間の全体に外気を循環させることができる。

前記の目的を達成するために、本発明の換気システムは、上層階の空間と下層階の空間とが連続する吹き抜け構造であり、床面部、天井面部、及び壁面部により囲まれた大規模空間が形成された施設に設置される換気システムであって、冷媒が循環する熱媒体回路を有する熱源装置と、前記上層階に設置され、前記上層階の前記壁面部の所定の位置に形成された給気孔に接続されたダクト、該ダクトから導入口に導入された外気を前記大規模空間に給気する給気口に通じる外気導入路が形成された筐体、前記熱媒体回路の経路上に設置され前記導入口から導入された外気を冷却または加熱する熱交換器、前記給気口が形成された給気室に配され前記導入口から前記給気口に向かう気流を生成する給気ファン、前記外気導入路上であって、前記熱交換器の下流側に配され、前記導入口から導入された外気を浄化する給気フィルタを有する外気調和機と、前記床面部の所定の位置に形成された床面排気孔、前記下層階の前記壁面部の所定の位置に形成され屋外と連通する壁面排気孔、前記床面排気孔から前記壁面排気孔に連通する排気誘導路から構成された排気部とを備える。

ここで、冷媒が循環する熱媒体回路を有する熱源装置を備えることにより、例えば熱源装置として空気調和機や冷却水循環装置の熱媒体回路に、後記する外気調和機の熱交換器を組み込むことで、外気調和機に導入された外気が熱交換された後に大規模空間に向けて給気することができる。

また、上層階に設置された外気調和機を備えることにより、外気調和機に導入した外気を大規模空間に給気することで、大規模空間における換気を促進することができる。

また、外気調和機が、上層階の壁面部の所定の位置に形成された給気孔に接続されたダクト、ダクトから導入口に導入された外気を大規模空間に給気する給気口に通じる外気導入路が形成された筐体を有することにより、大規模空間が形成された施設の壁面に接続されたダクトを通じて外気を外気調和機の筐体に導入することができる。

また、外気調和機が、熱媒体回路の経路上に設置され導入口から導入された外気を冷却または加熱する熱交換器を有することにより、熱源装置の運転と連動して供給される熱媒体によって、外気調和機に導入された外気が熱交換され、熱交換後の外気を大規模空間に給気することができるため、大規模空間の温度を適温に保つことが可能となる。

また、外気調和機が、給気口が形成された給気室に配され導入口から給気口に向かう気流を生成する給気ファンを有することにより、より多くの外気を筐体内に導入することができるため、大規模空間における換気を促進することができる。

また、外気調和機が、外気導入路上であって、熱交換器の下流側に配され、導入口から導入された外気を浄化する給気フィルタを有することにより、筐体内に導入した外気に含まれる汚染物質をはじめとする不純物を捕捉し、常に新鮮な外気を大規模空間に給気することができる。

また、床面部の所定の位置に形成された床面排気孔、下層階の壁面部の所定の位置に形成され屋外と連通する壁面排気孔、床面排気孔から壁面排気孔に連通する排気誘導路から構成された排気部を備えることにより、外気調和機から給気された外気は大規模空間を循環した後に床面排気孔から排気される。そして、床面排気孔から排気された外気は、排気誘導路を通じて壁面排気孔を通じて屋外に排気される。なお、排気部の所定の位置に排気用送風機を設置することで、強制的に排気する第１種換気方式とすることも可能である。

ここで、大規模空間を有する多くの施設は床下空間が形成されているが、この床下空間に湿気が溜まることにより床面部の膨張や収縮が生じる。この点、床面排気孔から壁面排気孔に連通する排気誘導路を形成することにより、床下空間内の通気性を確保することで床下空間に湿気が溜まることが防止される。

前記の目的を達成するために、本発明の換気方法は、上層階の空間と下層階の空間とが連続する吹き抜け構造であり、床面部、天井面部、及び壁面部により囲まれた大規模空間が形成された施設における換気方法であって、熱源装置から熱媒体回路を通じて冷媒を循環する工程と、前記上層階の所定の位置に設置され、前記熱媒体回路の経路上に設置された熱交換器を有する外気調和機の導入口から導入された外気を、前記熱交換器を通過させた後に給気口から前記大規模空間に向けて給気する工程と、前記大規模空間の内気を前記床面部の所定の位置に形成された床面排気孔から排気する工程と、前記床面排気孔から排気された前記内気を、排気誘導路を通じて前記下層階の前記壁面部の所定の位置に形成され屋外と連通する壁面排気孔から排気する工程とを備える。

ここで、換気方法として、熱源装置から熱媒体回路を通じて冷媒を循環する工程を備えることにより、冷媒が外気調和機の熱交換器を通過して熱媒体回路を循環するため、外気調和機の熱交換器を冷却、或いは加熱することができる。

また、上層階の所定の位置に設置され、熱媒体回路の経路上に設置された熱交換器を有する外気調和機の導入口から導入された外気を、熱交換器を通過させた後に給気口から大規模空間に向けて給気する工程を備えることにより、大規模空間の換気を促進することができる。

また、導入口から導入された外気は熱交換器を通過することにより、外気調和機に導入された外気は熱交換器との間で熱交換して加熱あるいは冷却され、熱交換後の外気が給気口から大規模空間に給気される。従って、例えば熱源装置として空気調和機を使用する場合には、空気調和機の設定した目標温度に達するまでの空気調和機の稼動時間が短時間となるため、空気調和機の運転負荷を低減することができる。

また、大規模空間の内気を床面部の所定の位置に形成された床面排気孔から排気する工程を備えることにより、大規模空間を循環した内気を床面排気孔から排気することができるため、大規模空間の換気を促進することができる。

また、床面排気孔から排気された内気を、排気誘導路を通じて下層階の壁面部の所定の位置に形成され屋外と連通する壁面排気孔から排気する工程を備えることにより、床面排気孔から排気された内気は、排気誘導路を通じて壁面排気孔から屋外へと排気することができる。従って、給気量と排気量が均一となり、大規模空間は常に新鮮な空気の入れ替えにより換気促進が行われる。

本発明の換気システム、及び換気方法によれば、大規模空間を有する屋内施設における利用者の活動領域を効率的に換気し、快適な環境を実現することができる。

本発明の実施形態に係る換気システムが適用される施設の概略図である。 外気調和機の内部構造を示す正面斜視図である。 外気調和機の内部構造を示す側面図である。 外気調和機の室内における設置状態を示す平面図である。 換気システムの熱媒体回路を示す図である。 本発明の実施形態に係る換気システムが適用される施設の平面図である。

本発明の実施形態に係る換気システムは、外気を大規模空間に給気する外気調和機、外気調和機と熱媒体回路を介して接続された熱源装置、及び大規模空間に給気された外気を屋外に排気する排気部から主に構成されている。以下、各構成について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の換気システムが設置される施設１の一例を示すものであり、施設１は主に上層階の空間と下層階の空間とが連続する吹き抜け構造からなる大規模空間Ｓを有し、例えばスポーツ競技、演技、演奏等を行うアリーナ部１１（下層階）と、アリーナ部１１の周辺に設けられた観客等を収容するスタンド部１２（上層階）とを有する体育館である。

ここで、必ずしも、本発明の換気システムが適用される施設１として図１に示すような構造の体育館である必要はなく、上層階と下層階を有し、かつ上層階の空間と下層階の空間とが連続する吹き抜け構造からなる大規模空間を有する施設であれば特に限定されるものではなく、例えばドーム型のスタジアムや陸上競技場、その他コンサートホールや展示場、武道館などの施設に適用することが可能である。

施設１は、床面部１３、壁面部１４、天井面部１５により大規模空間Ｓが形成されており、下層階であるアリーナ部１１には、アリーナ部１１の全周を包囲するように高さ３～４メートル程度の内部壁面１６が設けられている。内部壁面１６の前面には、主にアリーナ部１１を対象領域とする空気調和機である輻射式パネル８がアリーナ部１１の全周に設置されている。

輻射式パネル８は、床面部１３から上層階であるスタンド部１２に至るまでの高さを有し、直径約６センチメートル程度の熱伝導性に優れたアルミニウム製の縦管を横方向に等間隔で連続的に立設した構成からなり、その内部には図示しない室外機から送られる冷却水が循環することで、ファン等による送風によらずに静的な熱輻射作用によって熱交換を行うことが可能な空気調和機である。

ここで、必ずしも、アリーナ部１１の空気調和機として輻射式パネル８を設置する必要はない。例えば床置型のパッケージエアコンをアリーナ部１１の周方向に沿って一定間隔で設置するようにしてもよい。但し、アリーナ部１１の空気調和機として輻射式パネル８を使用することで、アリーナ部１１においてにバトミントンや卓球等の送風の影響が無視できない競技を行う場合には、静的な熱輻射作用によって熱交換を行う輻射式パネル８を採用することが好ましい。

内部壁面１６の上方には上層階としてのスタンド部１２が設置されており、スタンド部１２はアリーナ部１１側へ向けて下方に傾斜し、アリーナ部１１の全体を見下ろすことができるように階段状に形成されている。

スタンド部１２の最前列正面には正面通路１７を隔てて転落防止用の手摺が設置され、スタンド部１２の後方には背面通路１８が設けられている。この背面通路１８には外気を大規模空間Ｓに給気するための外気調和機２と、主にスタンド部１２を対象領域とする空気調和機であるパッケージエアコン３が設置されている。

外気調和機２は、屋内に設置され、筐体２１内に熱交換器２２、給気フィルタ２３、及び給気ファン２４を備えるものである。以下、外気調和機２の詳細な構造について図２乃至図４に基づいて説明する。

ここで、必ずしも、本発明の実施形態に係る外気調和機２としては、以下に詳述する屋内設置型のものに限定されず、例えば上層階の壁面部１４に形成された窓枠に設置するタイプのものや、ファン等の強制給気装置を有さず、自然給気式のものを適用することができるものとする。

筐体２１は設置面に設置されたステンレス素材の土台２７上に立設し、鉛直方向に縦長の略四角柱状であって断熱パネルにより構成されている。筐体２１の一側面の下方側には外気Ａを導入するための導入口２１１、上方側には導入口２１１から導入した外気Ａを室内に向けて給気するための給気口２１４が形成されている。なお、屋外からは外気調和機２の内部構造は視認することができないが、説明の便宜上、図２、及び図３においては外気調和機２の内部構造が視認できる状態を図示している。

ここで、必ずしも、筐体２１は断熱パネルにより構成されている必要はない。但し、筐体２１を断熱パネルにより構成することで、筐体２１の内外の温度差による結露の発生を防止し、筐体２１の内部に収納されている各機器の結露に起因する故障等を防止することができる。

また、必ずしも、筐体２１は、設置面に対して土台２７を介して設置されている必要はない。但し、筐体２１を土台２７に対して設置することで、筐体２１の設置面に対する水平位置や垂直位置を調整する作業が不要となるため、筐体２１の設置面に対する設置作業が容易なものとなる。また、筐体２１の水平位置と垂直位置を保つことができるため、例えば後記する給気ファン２４を適正に駆動することができるとともに、熱交換器２２からの結露水を鉛直下方に向けて排出させることができる。

また、土台２７の素材としてステンレス材である必要はない。但し、土台２７をステンレス材により構成することで、表面に汚れが付着することを防止し、傷がつきにくくなるため、外観上の見た目が良好なものとなる。

また、必ずしも、筐体２１の形状として略四角柱である必要はない。四角柱以外の角柱、或いは円柱等の形状であってもよい。

導入口２１１は、外気調和機２を設置する上層階の背面通路１８の近傍の壁面部１４に形成された貫通孔５とダクト４により接続されており、常に新鮮な外気Ａがダクト４を通じて筐体２１の内部に導入されるようになっている。

導入口２１１には、網目状の導入口フィルタ２５が設置されている。導入口フィルタ２５は、主に外気Ａとともに筐体２１の内部に侵入する虫や塵といった、比較的粒径の大きな物質を捕捉するためのフィルタである。

ここで、必ずしも、導入口フィルタ２５を設置する必要はない。但し、導入口フィルタ２５を設置することで、前記した通り、防虫、又は防塵効果を奏するため、筐体２１の内部を常に清潔な状態に保つことができるとともに、筐体２１の内部に設置される各種機器に虫や塵が侵入することに起因する故障を予防することができる。

また、導入口フィルタ２５として、防虫、防塵を目的とするもの以外に、フィルタに所定のコーティングを施すことで脱臭、抗菌機能を有するようにしてもよい。さらに、導入口フィルタ２５の網目形状や網目のサイズについても、目的に応じて適宜変更することが可能である。

筐体２１の内部には、導入口２１１から導入された外気Ａを給気口２１４まで導くための外気導入路２１６が筐体２１の鉛直方向に沿って形成されており、導入口２１１から導入される外気Ａの導入方向と、外気導入路２１６の軸方向との交差角度が略９０度となっている。外気導入路２１６は、仕切板２８により上流側（導入口２１１側）の第１の区画室Ｒ１と下流側（給気口２１４側）の第２の区画室Ｒ２に区画されている。仕切板２８の略中央部には開口孔２９が形成され、開口孔２９を通じて第１の区画室Ｒ１と第２の区画室Ｒ２は双方向に連通状態となっており、この開口孔２９に対応する位置に後記する熱交換器２２が第１の区画室Ｒ１に臨むように設置されている。

ここで、必ずしも、仕切板２８を有している必要はない。但し、仕切板２８により、外気導入路２１６を第１の区画室Ｒ１と第２の区画室Ｒ２とに区画することで、導入口２１１から導入された外気Ａの全量を熱交換器２２により熱交換させたうえで第２の区画室Ｒ２に流入させることができる。また、導入口２１１から第１の区画室Ｒ１に導入された外気Ａは、仕切板２８に衝突することで流れの向きが変えられ、第１の区画室Ｒ１において外気Ａを乱流状態とすることができる。乱流状態となった外気Ａは、第１の区画室Ｒ１に設置された熱交換器２２による熱交換をより一層促進させることができる。

熱交換器２２は、導入口２１１に導入された外気Ａとの間で熱交換可能であり、直線部分と折り返し部分が交互に連続する蛇行形状である伝熱管２２１と、伝熱管２２１の径方向に交差した複数のフィン２２２からなる、所謂フィンチューブ式である。

熱交換器２２は、伝熱管２２１とフィン２２２から構成される本体部が仕切板２８の開口孔２９に対応するように仕切板２８に取付ステー等の公知の固定手段を介して固定されている。なお、熱交換器２２は図３に示す通り、筐体２１の鉛直軸方向（外気導入路２１６の軸方向）に対して導入口２１１側に略６５度（水平軸に対して略２５度）の傾斜角度を有するように筐体２１の内部に固定されている。

ここで、必ずしも、熱交換器２２は伝熱管２２１とフィン２２２を含む本体部が仕切板２８の開口孔２９に対応するように固定されている必要はない。但し、熱交換器２２の本体部を仕切板２８の開口孔２９に対応するように設置することで、熱交換器２２で熱交換された外気Ａを本体部に形成された開口を通じて開口孔２９から第２の区画室Ｒ２へ流入させることができるため、外気Ａの第１の区画室Ｒ１から第２の区画室Ｒ２への流入効率を高めることができる。

また、必ずしも、熱交換器２２は第１の区画室Ｒ１側に設置する必要はない。但し、第１の区画室Ｒ１側に熱交換器２２を設置することで、外気Ａの全量を熱交換器２２で熱交換することができるとともに、熱交換器２２から滴下する結露水の全てが後記する水受け部２６１に滴下されるため、結露水が筐体２１の内部に溜まることがなく、結露水に起因する内部機器の不具合を未然に防止することができる。

また、必ずしも、熱交換器２２は筐体２１の鉛直軸方向に対して所定の傾斜角度を有するように設置されている必要はない。但し、熱交換器２２を筐体２１の鉛直軸方向に対して所定の傾斜角度を有するように設置することで、限られたスペース内に熱交換器２２を設置することができるため、筐体２１の大型化を防止することができる。

また、熱交換器２２を所定の傾斜角度で設置することにより、導入口２１１から導入された外気Ａを筐体２１内で鉛直上方への流れへ誘導するための整流作用としての効果を奏することができる。また、パッケージエアコン３の冷房運転時に、熱交換器２２に付着する結露水を熱交換器２２のフィンの傾斜に従ってスムーズに排水することができる。これにより、結露水の表面張力による停滞や水滴により、熱交換器２２の空気の流通部が狭まり、空気の流れが滞ることを防止することができる。

また、必ずしも、熱交換器２２の鉛直軸方向に対する設置角度として、導入口２１１側に略６５度に限定されるものではない。導入口２１１から導入された外気Ａの全量を効率的に熱交換器２２に通過させることができればよく、例えば熱交換器２２の鉛直軸方向に対して導入口２１１側に略４５度～７５度の傾斜角度の範囲において適宜変更することができる。

熱交換器２２は、伝熱管２２１に接続された第一の出入管２２３と第二の出入管２２４を有している。第一の出入管２２３と第二の出入管２２４の先端は筐体２１の屋外に突出され、ジョイントを介してパッケージエアコン３に接続された熱媒体回路３３のうち第２の冷媒配管３３２、及び第３の冷媒配管３３３と接続、及び取り外しが可能となっている。

以上の構成により、熱交換器２２は、熱媒体回路３３を介してパッケージエアコン３の室外機３２から供給される冷媒を循環させて、外気Ａとの間で熱交換を行うことが可能となっている。この冷媒の供給は、パッケージエアコン３の運転開始に伴って開始され、パッケージエアコン３の運転停止によって停止する。即ち、熱交換器２２は、その稼動がパッケージエアコン３の運転に連動するため、別途新たな電源を必要としない構造となっている。

従って、例えばパッケージエアコン３が冷房運転をしている場合には、外気調和機２の導入口２１１から導入される外気Ａは熱交換器２２により所定の温度まで冷却され、冷却後の外気Ａが給気口２１４から給気される。従って、パッケージエアコン３の設定した目標温度に達するまでのパッケージエアコン３の稼動時間が短時間となり、パッケージエアコン３の運転負荷を低減することができる。

また、パッケージエアコン３が暖房運転をしている場合には、外気調和機２の導入口２１１から導入された外気Ａは熱交換器２２により所定の温度まで加熱され、加熱後の外気Ａが給気口２１４から給気される。従って、冷房運転時と同様に、パッケージエアコン３の設定した目標温度に達するまでのパッケージエアコン３の稼動時間が短時間となり、パッケージエアコン３の運転負荷を低減することができる。

さらに、パッケージエアコン３が停止している場合には、外気Ａは熱交換器２２で冷却、加熱されることなく給気口２２から給気される。以上のように外気調和機２から給気される外気Ａは、パッケージエアコン３の運転モードに応じて適切な温度に制御されたうえで大規模空間Ｓに給気されるため、大規模空間Ｓの温度を常に一定の温度に保つことが可能となる。

給気フィルタ２３は、導入口２１１から導入された外気に含まれる汚染物質（花粉やＰＭ２．５）を捕捉して外気を浄化するためのフィルタ装置である。給気フィルタ２３も熱交換器２２と同じく、筐体２１の鉛直軸方向（外気導入路の軸方向）に対して導入口２１１側に所定の傾斜角度（本発明の実施形態においては略４５度）を有するように、熱交換器２２の後流側であって第２の区画室Ｒ２に設置されている。

ここで、必ずしも、給気フィルタ２３は筐体２１の鉛直軸方向に対して所定の傾斜角度で設置されている必要はない。但し、給気フィルタ２３を筐体２１の鉛直軸方向に対して所定の傾斜角度で設置することで、限られたスペース内に給気フィルタ２３を設置することができるため、筐体２１の大型化を防止することができる。

また、必ずしも、給気フィルタ２３の鉛直軸方向に対する設置角度として、導入口２１１側に略４５度に限定されるものではなく、導入口２１１から導入されるとともに熱交換器２２を通過した外気Ａの全量を効率的に給気フィルタ２３に通過させることができればよく、例えば筐体２１の鉛直軸方向に対して導入口２１１側に略３０度～６０度の傾斜角度の範囲において適宜変更することができる。

前記した導入口フィルタ２５は、外気Ａに含まれる比較的大きな粒径の物質（虫や塵）を捕捉することを目的とするフィルタであるが、給気フィルタ２３は、導入口フィルタ２５では捕捉することのできない微粒子を捕捉することを目的としているため、フィルタの網目のサイズは導入口フィルタ２５よりも小さなものとなっている。

筐体２１内の上方には、天井板２１３により給気室２１２が形成されている。天井板２１３には連通孔（符号を付さない）が形成されており、外気導入路２１６と給気室２１２との間は外気Ａが連通できる状態となっている。また、給気室２１２の側面には外気Ａを室内に向けて吹き出すための給気口２１４が、筐体の側面のうち正面側、及び左右側面側の計三カ所に形成されており、筐体２１に導入された外気Ａは係る給気口２１４から三方向に向けて給気することが可能となっている。また、給気口２１４には所定の間隔で複数の風向板２１５が設置されている。

ここで、必ずしも、風向板２１５は設置されている必要はない。但し、風向板２１５を設置することで給気時の外気Ａの指向性を高めることができるため、外気Ａが大規模空間Ｓの全体に行き渡り易くなり、室内を短時間で換気することができる。

給気室２１２内には外気導入路２１６に沿って導入口２１１から給気口２１４に至るまでの気流を生成するための給気ファン２４が設置されている。給気ファン２４は、ファンブレード２４３、ファンブレード２４３を駆動するためのモーター（図示しない）、ファンブレード２４３やモーターが収納される本体部２４１、本体部２４１に連設されたノズル２４４から構成されている。

ファンブレード２４３は、例えばシロッコファン、シロッコファンを囲む風洞、及びケーシングがそれぞれ分割可能に構成されており、定期的に交換が必要なシロッコファンの交換作業を容易に行うことが可能な構成となっている。

給気ファン２４の本体部２４１は筐体２１の天井面から固定金具２４２により吊設され、モーターに電源投入するためのスイッチ、及びモーターの回転数を設定するためのコントローラーが接続されている。スイッチを操作して電源投入すると、コントローラー２４６で設定された回転数となるようにモーターが回転することで、モーターに接続されたファンブレード２４３が駆動する構成となっている。

ファンブレード２４３の回転により、筐体２１内には導入口２１１から給気口２１４に向けて図３の矢印の方向への気流が生成される。これにより、導入口２１１から大量の外気Ａを外気導入路２１６に導き、さらに給気口２１４から室内に向けて外気Ａを給気することができる。従って、室内の空気を短時間で入れ替えることができる。

モーターの回転数は、通常の運転であれば、略２２００～２３００ｒｐｍを目安として設定されるが、これに限定されるものではなく、外気調和機２を設置する室内の広さ、室内の広さに対する外気調和機２の設置台数等に基づいて、必要な換気量が得られるように適宜変更することができる。

熱交換器２２の鉛直下方には、熱交換器２２で発生する結露水を受けて外気調和機２の機外に排出するためのドレイン部２６が設置されている。ドレイン部２６は熱交換器２２から滴下される結露水を受ける水受け部２６１、水受け部２６１に滴下された結露水を貯留するためのトラップ部２６３、水受け部２６１からトラップ部２６３に導くための排水路２６２から構成されている。

水受け部２６１は所定の位置に排水路２６２に連通する水抜き孔２６４が形成されるとともに、この水抜き孔２６４に向かって所定の傾斜角を有する斜面が形成されている。そのため、水受け部２６１に滴下された結露水の全ては斜面を通じて水抜き孔２６４から排水路２６２に排水されるようになっている。

トラップ部２６３は筐体２１の側面に設置され、排水路２６２を通じて排水された結露水を一時的に貯留するための所定の容積が確保されている。トラップ部２６３には、例えば押し引き操作により排出孔（図示しない）が開閉可能な操作部を有し、トラップ部２６３内に一定量の結露水が貯留されたら、作業者により操作部を操作して結露水を機外に排出することが可能となっている。

なお、筐体の側面のうち一の側面は開閉可能な扉構造となっており、外気調和機２のメンテナンス時には、係る扉を開けることで内部にある機器の修理や部品の取り換え等を容易に行うことが可能となっている。

また、外気調和機２を背面通路１８に設置する場合には、図４に示すように、柱等の固定物６に連結部材７で連結するようにしてもよい。このように連結部材７で固定物に連結することで、外気調和機２の固定が強固なものとなり、地震発生時において外気調和機２の転倒を防止し安全を確保することができる。

パッケージエアコン３は、スタンド部１２の背面通路１８に設置された室内機３１と屋外に設置された室外機３２とを有し、室内機３１と室外機３２とは熱媒体回路３３により接続されている。熱媒体回路３３は、図５に示すように、第１の冷媒回路３３１、第２の冷媒回路３３２、及び第３の冷媒回路３３３から構成されており、室外機３２と室内機３１は第１の冷媒回路により直接的に接続されている。また、前記したように室内機３１と外気調和機２は第２の冷媒配管３３２により接続され、外気調和機２と室外機３２は第３の冷媒回路３３３により接続されている。

ここで、必ずしも、パッケージエアコン３は室内機３１と室外機３２から構成されている必要はない。パッケージエアコン３として熱媒体回路３３を有していればよく、例えば室外機３２を有さないパッケージエアコンを設置することもできる。

また、必ずしも、外気調和機２の熱交換器２２は、パッケージエアコン３の熱媒体回路３３に接続されている必要はない。例えば、輻射式パネル８の図示しない熱媒体回路に接続されていてもよく、或いは別途設けた冷却水循環装置の熱媒体回路に接続するようにしもてよい。以上のように、熱交換器２２に接続される熱源装置としては特に限定されるものではない。

次に排気部９の構成について説明する。排気部９は、床面排気孔９１、壁面排気孔９２、及び排気誘導路９３から構成されている。まず床面排気孔９１は、施設１の床面部１３に内部壁面１６に沿って等間隔で形成されている。また、壁面部１４には屋外と連通する壁面排気孔９２が床面排気孔９１の数に対応して形成されている。そして、床面排気孔９１と壁面排気孔９２とは排気誘導路９３により連通状態となっており、床面排気孔９１に流入した大規模空間Ｓの内気は、排気誘導路９３に設置された排気用送風機９４を通じて、壁面排気孔９２から施設１の屋外へと強制的に排気される。

以上のように、本発明の実施形態においては、外気調和機２により強制的に外気Ａが大規模空間Ｓに給気され、大規模空間Ｓに給気された外気Ａは排気用送風機９４により強制的に屋外に排気される第１種換気方式が採用されている。

ここで、必ずしも、排気用送風機９４の設置位置として排気誘導路９３に設ける必要はない。例えば、床面排気孔９１、或いは壁面排気孔９２の何れかの所定の位置に設けてもよい。

また、必ずしも、排気部９に排気用送風機９４を設置する必要はなく、給気側を外気調和機２により強制的に給気する一方で、排気側を自然排気とする第２種換気方式を採用してもよい。

次に、換気システムの施設１内におけるレイアウトについて、図６に示す施設１の平面図に基づいて説明する。外気調和機２とパッケージエアコン３を一組の給気ユニットとする場合、図６に示すように、給気ユニットはスタンド部１２の背面通路１８に沿って、所定の等間隔で複数設置されている。このとき、アリーナ部１１の床面部１３に沿って形成された床面排気孔９１と給気ユニットとの位置関係は、隣接する給気ユニットの中心線上に床面排気孔９１が位置するようになっている。

ここで、必ずしも、給気ユニットと床面排気孔９１との位置関係として、前記したレイアウトである必要はない。但し、平面視において隣接する給気ユニットの中心線上に床面排気孔９１が配置されることにより、外気調和機２から給気された外気Ａを最も効率的に床面排気孔９１から排気することができる。

以上のように構成された換気システムを適用した施設１において、大規模空間Ｓにおける空気の流れについて図１、及び図６に基づいて説明する。まず、上層階であるスタンド部１２の背面通路１８に設置された外気調和機２からアリーナ部１１に向けて外気Ａが給気される。このとき外気Ａは、外気調和機２の熱交換器２２を通過することで、温度と湿度が調整される。そして外気Ａは、拡散効果によりスタンド部１２の上部空間を指向する水平方向の流れと、スタンド部１２に沿って床面排気孔９１を指向する斜め下方向の流れに分かれる。このうち、スタンド部１２に沿う斜め下方向の流れは、例えばスタンド部１１で発生した呼気を含む汚染物質とともに床面排気孔９１から速やかに屋外に排気される。

また、外気調和機２が互いに対向する位置に設けられている場合には、各外気調和機２から給気された外気Ａの流れのうち、水平方向の流れであるＦ１とＦ２とは、大規模空間Ｓの略中心付近で衝突する。その後、外気Ａは鉛直下方に向きが変わり、床面部１３に到達した外気Ａは、排気用送風機９４の負圧効果により床面排気孔９１に向けての流れが形成される。このとき、アリーナ部１１で発生した汚染物質は、上層より流れてくる外気Ａと合わさり、速やかに床面排気孔９１から屋外に排気される。

このように、大規模空間Ｓの中心を境界として対称となる循環流が形成される。この循環流によりアリーナ部１１の汚染物質は速やかに屋外に排気されるとともに、外気調和機２からは常に新鮮な外気Ａが給気される。従って、大規模空間Ｓの汚染物質による濃度の平均値は低い値に抑制されるものとなる。

さらに、アリーナ部１１の呼気を含む汚染物質を含む空気は、アリーナ部１１の上部から床面部１３に向けて常に有圧で下向きの新鮮空気が供給され、瞬時一様拡散の作用効果を利用し、床面排気孔９１に向けた空気の流れになるため、アリーナ部１１の利用時のマイクロ飛沫等の浮遊を抑制する事になり、大規模空間Ｓにおける感染防止対策に有効な換気システムとなる。

以上のように、本発明に係る換気装置、及び換気方法は大規模空間を有する屋内施設における利用者の活動領域を効率的に換気し、快適な環境を実現することができるものとなっている。

１ 施設
１１ アリーナ部
１２ スタンド部
１３ 床面部
１４ 壁面部
１５ 天井面部
１６ 内部壁面
１７ 正面通路
１８ 背面通路
２ 外気調和機
２１ 筐体
２１１ 導入口
２１２ 給気室
２１３ 天井板
２１４ 給気口
２１５ 風向板
２１６ 外気導入路
２１７ 連通孔
２２ 熱交換器
２２１ 伝熱管
２２２ フィン
２２３ 第１の出入管
２２４ 第２の出入管
２３ 給気フィルタ
２４ 給気ファン
２４１ 本体部
２４２ 固定金具
２４３ ファンブレード
２４４ ノズル
２５ 導入口フィルタ
２６ ドレイン部
２６１ 水受け部
２６２ 排水路
２６３ トラップ部
２６４ 水抜き孔
２７ 土台
２８ 仕切板
２９ 開口孔
３ パッケージエアコン
３１ 室内機
３２ 室外機
３３ 熱媒体回路
３３１ 第１の冷媒配管
３３２ 第２の冷媒配管
３３３ 第３の冷媒配管
４ ダクト
５ 貫通孔
６ 固定物
７ 連結部材
８ 輻射式パネル
９ 排気部
９１ 床面排気孔
９２ 壁面排気孔
９３ 排気誘導路
９４ 排気用送風機

Claims (5)

1. 上層階の空間と下層階の空間とが連続する吹き抜け構造であり、床面部、天井面部、及び壁面部により囲まれた大規模空間が形成された施設に設置される換気システムであって、
   前記上層階に設置され、該上層階の所定の領域を空調対象とし、冷媒が循環する熱媒体回路を有する空気調和機と、
   前記上層階の所定の位置に設置され、前記上層階の前記壁面部の所定の位置に形成された給気孔に接続されたダクト、該ダクトから導入口に導入された外気を前記大規模空間に給気する給気口に通じる外気導入路が形成された筐体、前記熱媒体回路の経路上に設置され、前記導入口から導入された外気を冷却または加熱する熱交換器、前記給気口が形成された給気室に配され前記導入口から前記給気口に向かう気流を生成する給気ファン、前記外気導入路上であって、前記熱交換器の下流側に配され、前記導入口から導入された外気を浄化する給気フィルタを有する外気調和機と、
   前記床面部の所定の位置に形成された床面排気孔、前記下層階の前記壁面部の所定の位置に形成され屋外と連通する壁面排気孔、前記床面排気孔から前記壁面排気孔に連通する排気誘導路から構成された排気部と、を備える
   換気システム。
2. 前記外気調和機と前記空気調和機とを一組の給気ユニットとして、該給気ユニットが所定の間隔で並設されており、前記床面排気孔は、前記大規模空間の平面視において、隣接する前記給気ユニットの中心線上に位置する
   請求項１に記載の換気システム。
3. 前記空気調和機は、前記熱媒体回路により接続された室内機、及び室外機を有し、
   前記熱媒体回路は、
   前記室外機から前記室内機に冷媒を送る第１の冷媒配管と、
   前記室内機から前記外気調和機に冷媒を送る第２の冷媒配管と、
   前記外気調和機から前記室外機に冷媒を送る第３の冷媒配管と、を有する
   請求項１または請求項２に記載の換気システム。
4. 前記下層階には前記床面部を含むアリーナ部が形成されるとともに、該アリーナ部を空調対象とする輻射式パネルが設置され、
   該輻射式パネルは、前記床面部から前記上層階に至るまでの高さを有し、前記壁面部の全周に設置された
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の換気システム。
5. 前記上層階は、背面側である前記壁面部から前面側に向けて下方に傾斜する階段状のスタンド部であり、
   該スタンド部の前面側には前面通路、背面側には背面通路がそれぞれ形成され、
   前記外気調和機は前記背面通路に設置された
   請求項１から請求項４の何れか一項に記載の換気システム。

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