JPH11264684A - 躯体蓄熱空調システムにおける蓄熱運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】躯体に空調機からの空調空気を流す中空部を構
成し、空調時間外において躯体に蓄熱を行うと共に、空
調時間において躯体に蓄熱された熱を空調に利用するよ
うに構成した躯体蓄熱空調システムにおいて、従来の蓄
熱運転制御方法では、熱損失が大きかったり、温度セン
サーの設置作業に難点があったり等、種々の課題があ
る。 【解決手段】そこで本発明では、躯体４に、その表面に
温度を測定する温度センサー１３を設置し、この温度セ
ンサーにより測定した躯体の表面温度により蓄熱状態を
推定して蓄熱運転を制御する蓄熱運転制御方法を提案す
るものである。温度センサーは、単数でも良いし、複数
でも良く、後者の場合には平均値を演算して、躯体の表
面温度とすればよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は躯体蓄熱を利用した
空調システムの蓄熱運転制御方法に関するものである。

【０００２】近来、空調機の始動直後から室内環境を良
好にすることを目的としたり、または空調負荷のピーク
カットによる熱源・空調機器の容量低減を計る目的で、
空調が必要な時間外に空調機を蓄熱運転してコンクリー
ト躯体に予め熱（冷熱を含む）を蓄熱しておき、この熱
を、空調が必要な時間に利用することができる躯体蓄熱
空調システムが提案されている。例えば特願平９−２８
２０９号等の願書に添付した明細書及び図面参照。

【０００３】このような空調システムは、建築物の構造
体により構成された閉鎖空間、例えば中空スラブを蓄熱
空気通路として構成し、空調機から空調空間を経て空調
機に還流する空調空気経路の適所に上記中空スラブの蓄
熱空気通路を配置した構成を基本構成としている。

【０００４】このような空調システムの一例を説明する
と、例えば図５に示すものは、空調機１の吐出側２から
の空調空気を、二重床３とスラブ４との間に構成した床
下空間部５を介して床３に設けた吹出口６から居室空間
７に供給すると共に、天井パネル８に設けた吸込口９か
ら、この天井パネル８と天井側のスラブ４との間の天井
内空間１０に流入させ、ここを通過させて空調機１の吸
込側１１に還流させる床吹き出し式の空調システムにお
いて、スラブ４は中空部１２を有する中空スラブにより
構成し、この中空部１２により蓄熱用空気通路を構成し
て、上記空調空気を必要に応じてこの蓄熱用空気通路に
流すようにしたものである。

【０００５】このような構成において、空調が必要な時
間外、特に、電力料金の単価が安い夜間において空調機
１を運転し、空調空気を蓄熱用空気通路に流す蓄熱運転
を必要な時間だけ行うことにより、空調機１の運転によ
り発生した熱（冷熱を含む）を中空部１２を構成した床
躯体４に蓄熱することができ、そして空調時において空
調空気を蓄熱用空気通路に流すことにより、蓄えた熱を
空調空気により回収して空調に利用することができる。
例えば従来では、夜１０時から翌朝８時までの１０時間
の間に蓄熱運転を行って躯体に蓄熱し、昼間に放熱して
利用する。図中実線矢印は蓄熱運転時の空調空気の流
れ、２点鎖線の矢印は空調運転時の空調空気の流れを示
すものであり、後者の空調運転においては、空調空気の
経路は、天井内空間１０のみを流して空調機１の吸込側
１１に還流する経路と、天井内空間１０から蓄熱用空気
通路を流れて空調機１の吸込側１１に還流する経路とを
選択できる構成であり、このような運転を行うためのダ
クト配置、切替機構等を適宜に構成している。

【０００６】尚、以上の例は、床吹き出し方式である
が、天井吹き出し方式にも適用できることは勿論であ
る。また、各階の居室に対応して蓄熱を行う床躯体４
も、図示例の天井側の他、床側とすることもできるもの
である。更に、蓄熱を行う躯体は、床躯体４だけでな
く、壁等の部分も適用できるものである。

【０００７】このような躯体蓄熱空調システムにおける
蓄熱運転の制御方法としては、従来次のような方法が例
としてあげられる。 （１） タイマーにより設定した時刻に、予め設定した
所定時間だけ蓄熱運転を行う制御方法 （２） 躯体の多数の個所において内部に埋め込んで設
置した多数の温度センサーにより躯体内部の温度を多点
測定し、それらの測定値から躯体の平均温度を算出し
て、その温度変化により蓄熱状態を推定し、所定の蓄熱
状態とするように蓄熱運転を行う制御方法

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記（１）の方法で
は、実際の蓄熱状態にかかわらずに蓄熱運転を行うの
で、躯体への蓄熱量に過不足が生じ、過度の蓄熱運転に
より余分な蓄熱を行うと、躯体からの熱の放散により熱
損失が大きくなるという課題がある。また上記（２）の
方法では、次のような課題がある。 ａ．多数の温度センサーを躯体の内部に埋め込むため、
設置作業に手間がかかる。 ｂ．この設置作業は、躯体工事と相番になるため、作業
が錯綜する。 ｃ．多数の温度センサーの測定値を運転制御手段に入力
して平均温度を演算するため、ハードウエア、ソフトウ
エア共に比較的大掛かりになる。 ｄ．温度センサーが設置可能な躯体内部の個所は限られ
ているため、多数の温度センサーを設置しているとはい
っても、必ずしも躯体全体の温度を代表しているとは言
い切れない。 本発明は、以上のような課題を解決することを目的とす
るものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明では、躯体に空調機からの空調空気を流す
中空部を構成し、空調時間外において躯体に蓄熱を行う
と共に、空調時間において躯体に蓄熱された熱を空調に
利用するように構成した躯体蓄熱空調システムにおい
て、上記躯体には、その表面に温度を測定する温度セン
サーを設置し、この温度センサーにより測定した躯体の
表面温度により蓄熱状態を推定して蓄熱運転を制御する
蓄熱運転制御方法を提案する。

【００１０】そして本発明では、上記の構成において、
温度センサーを躯体の表面の１個所に設置し、この１個
所の表面温度により蓄熱状態を推定することを提案す
る。

【００１１】または本発明では、上記の構成において、
温度センサーを躯体の表面の複数個所に設置し、これら
の複数個所の表面温度を平均して、その平均温度により
蓄熱状態を推定することを提案する。

【００１２】以上の本発明によれば、蓄熱運転時に中空
部の表面から躯体に熱伝達し、熱伝導により躯体を伝わ
って、その表面に至った熱による躯体の表面温度の変化
を温度センサーにより測定することができるので、この
温度により躯体の蓄熱状態を推定することができる。特
に躯体の表面温度と躯体の外側の雰囲気温度との差は、
躯体の表面からの熱（冷熱を含む）の放散状態を表して
いるので、この温度差を所定以上大きくしないように蓄
熱運転を行うことにより、躯体の表面からの過度の熱損
失を防ぐことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を説明す
る。図１は躯体蓄熱空調システムに利用する躯体、この
場合、床躯体の横断面図であり、図２は床躯体の一部の
ユニットの模式的斜視図である。これらの図に示す床躯
体は、例えば図５に示す躯体蓄熱空調システムにおける
床躯体４に相当するものである。従って、図５と同様な
符号を付している。図１、図２に示すように床躯体４は
並列した中空部２を備えており、この並列した中空部２
を空気通路として空調空気を流す構成である。図２に示
すように、床躯体４は、並列した中空部２の一端側にお
いて隣接した部分を連通させて直列の空気通路を構成す
ることができる。

【００１４】以上の構成において、床躯体４の表面に適
数の温度センサー１２を設置する。温度センサー１２は
床躯体４の表面に設置して、その表面の温度を測定する
ものであるから、床躯体４の工事完了後でも容易に設置
作業を行うことができ、またその設置位置の自由度も高
い。温度センサー１２を設置する床躯体４の表面は、上
下側のいずれ側でも良く、その位置も中空部２の内面か
ら近い位置でも、遠い位置でも良い。また温度センサー
１２は、床躯体４の全体の蓄熱状況と良好に対応する位
置に適数、即ち単数又は複数設置することができる。例
えば図２の実施態様では、床躯体４又はそのユニットの
幅方向の中間位置で、空調空気の出入側から近い位置、
遠い位置及び中間の位置の３個所に夫々温度センサー１
２ｎ，１２ｆ，１２ｃを設置している。このような複数
の温度センサー１２ｎ，１２ｆ，１２ｃを設置した場合
には、空調システムの運転制御手段に、これらの温度セ
ンサー１２ｎ，１２ｆ，１２ｃの測定値の平均値を算出
する演算手段を設けることは上述したとおりである。ま
た他の実施態様として、温度センサー１２ｎ，１２ｆは
設置せず、温度センサー１２ｃのみで床躯体４の全体の
蓄熱状態を代表させることもできる。いずれにしても設
置位置及び設置数は、実際の実験結果から設定すること
ができ、可能な限り少数の温度センサー１２で全体の蓄
熱状態を代表させるようにすることができる。また、複
数の温度センサー１２を設置して、それらの測定値の平
均値を算出する際には、実際の実験結果に基づき、各測
定値に適宜の重みを加えることができる。

【００１５】以上の構成において、蓄熱運転時に床躯体
４の中空部２内を空調空気が流れると、空調空気が保有
する熱（冷熱を含む）は、中空部２の表面から床躯体４
に熱伝達し、床躯体４内に蓄熱されると共に、図１中の
破線に示すように熱伝導により中空部２側から外側に伝
わって行く。

【００１６】このような蓄熱動作が継続すると、中空部
２側からの熱流は床躯体４の表面側に到達して、その表
面の温度が変化する。即ち、冷房期においては表面温度
が低下し、暖房期においては表面温度が上昇する。この
表面温度の変化と床躯体４の全体としての蓄熱状態との
対応関係は、予めの実験結果により求めることができ、
従って、このような床躯体４の表面温度の変化を温度セ
ンサー１２により測定して、床躯体４の全体としての蓄
熱状態を推定することができる。床躯体４の表面温度
は、上述したとおり、単一の温度センサー１２により測
定したものでもよいし、複数の温度センサー１２（１２
ｎ，１２ｆ，１２ｃ）の測定値を平均したものでもよ
い。

【００１７】一方、床躯体４の表面温度と、床躯体４の
外側の雰囲気温度との差は、床躯体４の表面からの熱
（冷熱を含む）の放散状態を表しており、即ち、温度差
が大きいほど放散する熱量も大きくなるので、この温度
差を所定以上大きくしないように蓄熱運転を行うことに
より、床躯体４の表面からの過度の熱損失を防ぐことが
できる。床躯体４の外側の雰囲気温度は、蓄熱運転を行
う前や、蓄熱運転を開始して余り時間が経過していない
時点における床躯体４の表面温度として上記温度センサ
ー１２により測定することもできるが、この温度センサ
ー１２とは別に設置した温度センサー（図示省略）によ
り測定することもできる。この別の温度センサーは、室
内温度を検出する温度センサーを代替することもでき
る。

【００１８】図３は本発明を適用した場合における床躯
体４の蓄放熱量と熱損失を経時的に表した概念的説明図
であり、また図４は本発明を適用せず、上述した従来の
ａ．の方法で蓄熱運転を行った場合の蓄放熱量と熱損失
を経時的に表した概念的説明図である。

【００１９】本発明を適用した場合は、図３に示すよう
に、蓄熱運転は夜１０時から開始するが、図４の従来の
場合とは異なり、朝５時まで継続して蓄熱運転を行うと
は限らない。即ち、蓄熱運転を開始した後、運転制御手
段は、床躯体４の表面の温度を温度センサー１２を介し
て監視し、その温度の変化、即ち温度差が、ある一定値
以上となった場合には、所定の熱量が蓄熱されたと推定
して蓄熱運転を停止する。この蓄熱運転を停止する温度
差は、上述したとおり実際の実験結果等により予め求め
ることができる。このようにして所定の蓄熱量が確保し
た時点、この場合には朝２時に蓄熱運転を停止するの
で、図３に示すように、それ以降の運転による余分な蓄
熱及び床躯体４の表面を通しての放熱、即ち熱損失を防
止することができる。これに対して夜１０時から朝５時
まで蓄熱運転を継続した場合には、朝２時以降の蓄熱運
転による蓄熱量が余分となり、熱損失が増加している。

【００２０】

【発明の効果】本発明は以上のとおりであるので、次の
ような効果がある。 ａ．温度センサーは、躯体の表面の温度を測定するよう
に設置するので、設置作業が非常に容易で、手間が掛か
らず、また設置位置の自由度が高い。 ｂ，躯体工事が完了した時点でも温度センサーの設置を
行うことができるので、躯体工事と相番とならず、作業
が錯綜しない。 ｃ．実験結果から、躯体の全体の蓄熱状態と良好に対応
する部分の表面の温度を代表温度として制御を行うた
め、測定位置、即ち温度センサーの数を必要最小限とす
ることができ、運転制御手段を、ハードウエア、ソフト
ウエア共に簡素化することができる。 ｄ．躯体からの熱の放散状態を知ることができるので、
躯体からの過度の熱損失を防ぐことができ、例えば前日
の空調運転で蓄熱が全て消費されずに残った場合にも、
翌日に余分な蓄熱をすることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の制御方法を適用する躯体の要部の横
断面図である。

【図２】 本発明の制御方法を適用する躯体の一部を構
成するユニットの説明的斜視図である。

【図３】 本発明を適用した場合における床躯体の蓄放
熱量と熱損失を経時的に表した概念的説明図である。

【図４】 本発明を適用しない場合における床躯体の蓄
放熱量と熱損失を経時的に表した概念的説明図である。

【図５】 躯体蓄熱を利用した空調システムの一例を示
す説明図である。

【符号の説明】

１ 床躯体 ２ 吐出側 ３ 二重床 ４ スラブ ５ 床下空間部 ６ 吹出口 ７ 居室空間 ８ 天井パネル ９ 吸込口 １０ 天井内空間 １１ 吸込側 １２ 中空部 １３ 温度センサー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 躯体に空調機からの空調空気を流す中空
   部を構成し、空調時間外において躯体に蓄熱を行うと共
   に、空調時間において躯体に蓄熱された熱を空調に利用
   するように構成した躯体蓄熱空調システムにおいて、上
   記躯体には、その表面に温度を測定する温度センサーを
   設置し、この温度センサーにより測定した躯体の表面温
   度により蓄熱状態を推定して蓄熱運転を制御することを
   特徴とする躯体蓄熱空調システムの蓄熱運転制御方法
2. 【請求項２】 温度センサーを躯体の表面の１個所に設
   置し、この温度センサーにより測定した躯体の表面温度
   により蓄熱状態を推定することを特徴とする請求項１記
   載の躯体蓄熱空調システムにおける蓄熱運転制御方法
3. 【請求項３】 温度センサーを躯体の表面の複数個所に
   設置し、これらの温度センサーにより測定した躯体の表
   面温度を平均して、その平均温度により蓄熱状態を推定
   することを特徴とする請求項１記載の躯体蓄熱空調シス
   テムにおける蓄熱運転制御方法
4. 【請求項４】 躯体の外側の雰囲気温度を測定する温度
   センサーを設置し、躯体の表面温度との差により躯体の
   表面からの熱の放散状態を推定して蓄熱運転を制御する
   ことを特徴とする請求項１〜３までのいずれか１項に記
   載の躯体蓄熱空調システムにおける蓄熱運転制御方法