特開 2024-171729 空調システム、及び蓄冷方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024171729

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】空調システム、及び蓄冷方法

(51)【国際特許分類】

   F24F 11/875 20180101AFI20241205BHJP

   F24F 11/74 20180101ALI20241205BHJP

   F24F 5/00 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

F24F11/875

F24F11/74

F24F5/00 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023088895

(22)【出願日】2023-05-30

(71)【出願人】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川村 聡宏

(72)【発明者】

【氏名】長田 真一郎

(72)【発明者】

【氏名】成田 政杜

(72)【発明者】

【氏名】山本 昌芳

【テーマコード（参考）】

3L260

【Ｆターム（参考）】

3L260AA01

3L260AB09

3L260BA04

3L260BA45

3L260FB60

3L260FC07

3L260FC08

(57)【要約】

【課題】多くの建物で運用可能であり、効果的に蓄冷を実施することができる空調システムを提供すること。
【解決手段】空調システムは、部屋の室内と床下空間を連通する、床部材に形成された開口部と、前記開口部に配置されたファンと、を有する複数の給排気部材と、前記床下空間を挟んで前記床部材と対向するスラブと、前記部屋の室内と外部とを仕切る壁部に配置され、外気を前記部屋の室内に流入可能な通気部と、前記ファンの動作を制御する制御部と、を備え、前記通気部から外気を前記部屋の室内に流入可能な状態で前記ファンを前記制御部が制御し、前記通気部の近傍に位置する前記開口部を介して前記通気部から流入した外気を前記床下空間に供給し、前記スラブを冷却する、ことを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

部屋の室内と床下空間を連通する、床部材に形成された開口部と、前記開口部に配置されたファンと、を有する複数の給排気部材と、
前記床下空間を挟んで前記床部材と対向するスラブと、
前記部屋の室内と外部とを仕切る壁部に配置され、外気を前記部屋の室内に流入可能な通気部と、
前記ファンの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記通気部から外気を前記部屋の室内に流入可能な状態で前記ファンを前記制御部が制御し、前記通気部の近傍に位置する前記開口部を介して前記通気部から流入した外気を前記床下空間に供給し、前記スラブを冷却する、
ことを特徴とする空調システム。

【請求項2】

前記制御部は、前記通気部から外気を前記部屋の室内に流入可能な状態で前記ファンを前記制御部が制御し、前記通気部の近傍に位置する前記開口部を介して前記通気部から流入した外気を前記床下空間に供給するとともに、前記通気部の遠方に位置する前記開口部を介して前記床下空間の空気を前記部屋の室内に流入させて、前記スラブを冷却する、
ことを特徴とする請求項１に記載の空調システム。

【請求項3】

前記制御部は、前記ファンを制御し、夜間の冷涼な外気を前記床下空間に供給し、前記スラブを冷却する、
ことを特徴とする請求項１に記載の空調システム。

【請求項4】

前記通気部は、開閉可能な窓である、
ことを特徴とする、請求項１に記載の空調システム。

【請求項5】

部屋の室内と床下空間を連通する、床部材に形成された開口部と、前記開口部に配置されたファンと、を有する複数の給排気部材と、
前記床下空間を挟んで前記床部材と対向するスラブと、
前記部屋の室内と外部とを仕切る壁部に配置され、外気を前記部屋の室内に流入可能な通気部と、
を備える建物の蓄冷方法であって、
前記通気部から外気を前記部屋の室内に流入可能な状態とし、
前記通気部の近傍に位置する前記開口部を介して前記通気部から流入した外気を前記床下空間に供給し、
前記スラブを冷却する、
ことを特徴とする蓄冷方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空調システム、及び蓄冷方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、建物の空調システムは、省エネルギーに運用することが求められている。空調システムを省エネルギーに運用する技術として、夜間の冷涼な空気を室内に取り込み蓄冷するナイトパージという技術がある。ナイトパージでは、熱容量の大きい場所に冷涼な空気を導くことにより、効果的な運用を図ることができる。夏期や中間期などの冷房需要がある時期では、ナイトパージを実施することにより、早朝時の空調立ち上げ時や昼間の空調運転時にエネルギーの消費量を低減することができる。

【0003】

特許文献１には、外壁から天井裏を換気する複数の換気扇とシャッターとを有する換気システムが記載されている。この換気システムでは、風向や温度などの気象データに基づいて、適切なタイミングで室内に冷涼な空気を取り込む。

【0004】

特許文献２には、セントラル空調方式と吹抜空間とを活用してナイトパージを実施する空調システムが記載されている。この空調システムでは、吹抜部の最上部に開口を設けることにより、煙突効果によって排気ファン動力の低減を図りつつ、室内に冷涼な空気を取り込む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０２２／０５４２４４号

【特許文献2】特開２０１７－１７２８８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１の技術では、外壁にガラリなどの開口部を設ける必要があり、運用可能な建物が制限されるという課題があった。同様に、特許文献２の技術では、煙突効果が機能する規模の吹抜空間が必要であり、運用可能な建物が制限されるという課題があった。

【0007】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多くの建物で運用可能であり、効果的に蓄冷を実施することができる空調システム、及び蓄冷方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る空調システムは、部屋の室内と床下空間を連通する、床部材に形成された開口部と、前記開口部に配置されたファンと、を有する複数の給排気部材と、前記床下空間を挟んで前記床部材と対向するスラブと、前記部屋の室内と外部とを仕切る壁部に配置され、外気を前記部屋の室内に流入可能な通気部と、前記ファンの動作を制御する制御部と、を備え、前記通気部から外気を前記部屋の室内に流入可能な状態で前記ファンを前記制御部が制御し、前記通気部の近傍に位置する前記開口部を介して前記通気部から流入した外気を前記床下空間に供給し、前記スラブを冷却する、ことを特徴とする。

【0009】

また、本発明の一態様に係る空調システムは、前記制御部は、前記通気部から外気を前記部屋の室内に流入可能な状態で前記ファンを前記制御部が制御し、前記通気部の近傍に位置する前記開口部を介して前記通気部から流入した外気を前記床下空間に供給するとともに、前記通気部の遠方に位置する前記開口部を介して前記床下空間の空気を前記部屋の室内に流入させて、前記スラブを冷却する、ことを特徴とする。

【0010】

また、本発明の一態様に係る空調システムは、前記制御部は、前記ファンを制御し、夜間の冷涼な外気を前記床下空間に供給し、前記スラブを冷却する、ことを特徴とする。

【0011】

また、本発明の一態様に係る空調システムは、前記通気部は、開閉可能な窓である、ことを特徴とする。

【0012】

また、本発明の一態様に係る蓄冷方法は、部屋の室内と床下空間を連通する、床部材に形成された開口部と、前記開口部に配置されたファンと、を有する複数の給排気部材と、前記床下空間を挟んで前記床部材と対向するスラブと、前記部屋の室内と外部とを仕切る壁部に配置され、外気を前記部屋の室内に流入可能な通気部と、を備える建物の蓄冷方法であって、前記通気部から外気を前記部屋の室内に流入可能な状態とし、前記通気部の近傍に位置する前記開口部を介して前記通気部から流入した外気を前記床下空間に供給し、前記スラブを冷却する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、多くの建物で運用可能であり、効果的に蓄冷を実施することができる空調システム、及び蓄冷方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る空調システムの模式図である。

【図2】図２は、図１に示す空調システムのファン付き給排気部材の別の側面図である。

【図3】図３は、実施例におけるファンの稼働状況を表す図である。

【図4】図４は、室内温度の推移を表す図である。

【図5】図５は、スラブ表面の熱流束の推移を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に、図面を参照して本発明に係る空調システム、及び蓄冷方法の実施の形態を説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。本発明は、空調システム、及び蓄冷方法一般に適用することができる。

【0016】

また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

【0017】

（実施の形態）
〔空調システムの構成〕
図１に示すように、空調システム５０は、室１０５においてフリーアクセスフロアになっている部屋１００内の空調を行うために設けられている。室１０５は、建物の上下方向のスラブ２１１、２１２の間に形成されている。スラブ２１２は、床下空間１３０を挟んで床部材１１２と対向する。即ち、室１０５の下方には、二重床が設けられている。部屋１００に面する床部材１１２には、部屋１００の室１０５内と床下空間１３０を連通する開口部としてパーソナル吹出口１４０が形成されている。パーソナル吹出口１４０は、部屋１００内における使用者の活動エリアに対応する位置に互いに間隔を空けて設けられている。

【0018】

部屋１００の室１０５内と外部とは、壁部１１５で仕切られている。室１０５の下部には、床部材１１２が設けられている。壁部１１５には、外気を部屋１００の室１０５内に流入可能な通気部として窓１２５が配置されている。窓１２５は、開閉可能であり、窓１２５を開けた状態では、外気が流入可能となり、窓１２５を閉めた状態では、外気の流入が遮断される。

【0019】

パーソナル吹出口１４０には、ファン付き給排気部材（給排気部材）１５０が設けられている。図２に示すように、ファン付き給排気部材１５０は、ケーシング１５２と、パーソナル吹出口１４０に配置されたファン１６０と、ファン用シャッター１６２と、を有する。ケーシング１５２は、床部材１１２に形成されたパーソナル吹出口１４０に嵌められ、ビス１５３等で床部材１１２に固定されている。

【0020】

ケーシング１５２の上部には、蓋部材１５４が設けられている。蓋部材１５４の少なくとも上下方向でケーシング１５２と重なる部分には、上下方向に蓋部材１５４を貫通する通風孔１５６が形成されている。

【0021】

ケーシング１５２の下部は、ファン１６０の平面視での直径等に合わせて、上部よりも縮径している。ただし、ケーシング１５２の下部が上部よりも縮径していない構成であってもよい。ケーシング１５２の下部は、ビス１５９等でケーシング１５２の上部に固定されている。ファン１６０の中心軸部は、ケーシング１５２の底面に固定されている。ファン１６０の羽根部は、中心軸部から径方向に拡がっている。即ち、ファン１６０は、ケーシング１５２の底面の下方に配置されている。ケーシング１５２の下部の側壁及び底壁には、貫通孔１６３が形成されている。ファン１６０は、例えば平面視での直径９ｃｍ程の小口径ファンであってもよいが、特に限定されない。ファン１６０は、電気ケーブル等によって部屋１００内の電源に接続されている。

【0022】

ファン用シャッター１６２は、ファン１６０の上方に、例えば床部材１１２に沿って互いに間隔をあけて配置された複数のフィン１６８からなる。複数のフィン１６８は、ファン１６０が設けられているケーシング１５２の下部に対して開閉可能である。複数のフィン１６８は開閉時に回動するので、フィン１６８が上下方向に対してなす角度によってファン１６０から上方に吹き出す空気のうちケーシング１５２の上部及びケーシング１５２の上部から通風孔１５６を通って部屋１００に供給される空気の量が調節される。複数のフィン１６８の開閉によって、ケーシング１５２の下部内の空間とファン用シャッター１６２よりも上方の空間とが連通するか、遮断されるかが変わる。ファン１６０の停止時にファン用シャッター１６２が閉じていることによって、床下空間１３０から部屋１００への空気漏れが生じない。そのため、空調システム５０における蓄熱性が高まる。ファン付き給排気部材１５０が複数のフィン１６８を備える構成では、複数のフィン１６８が風向調整機能を有するので、通風孔１５６がフィン１６８の鉛直方向に沿って形成されている。このことによって、ファン１６０から吹き出す空気の指向性が高められる。

【0023】

ファン付き給排気部材１５０のファン１６０は、正回転状態と逆回転状態の何れの回転状態であっても作動可能に構成されている。なお、何れの回転状態においてもファン用シャッター１６２は開いた状態になっている。ファン１６０の正回転時には、床下空間１３０内の空気がファン１６０に吸引され、パーソナル吹出口１４０から部屋１００内に供給される。一方、ファン１６０の逆回転時には、部屋１００内の空気がパーソナル吹出口１４０を通ってファン１６０に吸引され、床下空間１３０内に供給される。逆回転状態のファン１６０は、正回転状態のファン１６０の回転方向とは平面視で逆の方向に回転する。

【0024】

ファン付き給排気部材１５０は、各種信号線によって、渡り配線で通信ネットワークに接続されている。ファン１６０のモーター部分は、ケーブルによって、制御部２５０に接続されている。制御部２５０は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等で構成されている。制御部２５０は、ファン付き給排気部材１５０のファン１６０の動作を制御する。

【0025】

以上説明した空調システム５０によれば、多くの建物で運用可能であり、効果的に蓄冷を実施することができる。具体的には、空調システム５０は、外壁にガラリなどの開口部を設ける必要がなく、煙突効果が機能する規模の吹抜空間も必要とせず、窓１２５を有する建物であれば運用可能であるため、多くの建物で運用することができる。

【0026】

〔蓄冷方法〕
空調システム５０の夜間における蓄冷運転では、窓１２５を開けた状態でファン１６０を制御部２５０が制御し、窓１２５の近傍に位置するパーソナル吹出口１４０（例えば、図１の最も右側に位置するパーソナル吹出口１４０）を介して窓１２５から流入した夜間の冷涼な外気を床下空間１３０に供給するとともに、窓１２５の遠方に位置するパーソナル吹出口１４０（例えば、図１の最も左側に位置するパーソナル吹出口１４０）を介して床下空間１３０の空気を部屋１００の室１０５内に流入させて、スラブ２１２を冷却する。制御部２５０は、窓１２５の近傍に位置するファン１６０を逆回転させてパーソナル吹出口１４０を介して窓１２５から流入した夜間の冷涼な外気を床下空間１３０に供給するとともに、窓１２５の遠方に位置するファン１６０を正回転させてパーソナル吹出口１４０を介して床下空間１３０の空気を部屋１００の室１０５内に流入させて、スラブ２１２を冷却する。なお、窓１２５を開けるだけでなく、機械的な外気冷房により、通気部が外部の冷涼な空気を部屋１００の室１０５内に流入可能な状態としてもよい。即ち、通気部は、エアコン等の機械的冷房装置であってもよい。

【0027】

空調システム５０の昼間における空調運転では、ＡＨＵ（Ａｉｒ Ｈａｎｄｌｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１０から供給された空気が床下空間１３０に到達し、パーソナル吹出口１４０から部屋１００に供給される。部屋１００内に供給された空気は、天井部材及び天井部材とスラブ２１１との間に設けられた天井裏空間を通じてＡＨＵ１１０によって適宜処理される。

【0028】

空調システム５０では、蓄冷運転によって、安価な夜間電力を利用して夜間に熱容量が大きいスラブ２１２に蓄冷し、昼間の空調運転時にスラブ２１２からの放熱分だけ熱負荷及び電力にかかるコストを削減できる。また、昼間の熱負荷の低減によって、空調機１２２の熱源容量を削減し、電気使用に関するコストを削減できる。さらに、床部材１１２からの放射効果により、空調運転時における快適性が向上する。

【0029】

なお、空調システム５０の夜間における蓄冷運転では窓１２５を開けた状態でファン１６０を制御部２５０が制御し、窓１２５の近傍に位置するパーソナル吹出口１４０を介して窓１２５から流入した夜間の冷涼な外気を床下空間１３０に供給するのみでもよく、この場合にも、スラブ２１２を冷却することができる。

【0030】

また、ファン１６０は、正逆回転可能なものではなく、単一方向にのみ回転可能なものであってもよい。この場合、窓１２５の近傍にパーソナル吹出口１４０を介して窓１２５から流入した夜間の冷涼な外気を床下空間１３０に供給するファン１６０を配置すればよい。さらに、窓１２５の遠方にパーソナル吹出口１４０を介して床下空間１３０の空気を部屋１００の室１０５内に流入させるファン１６０を配置してもよい。

【0031】

〔実施例〕
実施例として、空調システム５０を用いた蓄冷方法を検証した結果を説明する。実際の建物を用いて、空調システム５０が備える複数のファン１６０を夜間（夜１１時３０分から翌朝４時３０まで）に稼働し、スラブ２１２に蓄冷することができたか否かを検証した。検証時の平均外気温は７．６℃、平均屋外風速は１．６ｍ／ｓであった。

【0032】

図３は、実施例におけるファンの稼働状況を表す図である。空調システム５０において、部屋１００の下方及び上方の全ての窓１２５を開放し、図３にハッチングにより示すように、下方の窓１２５の近傍に位置するファン付き給排気部材１５０のファン１６０（図３の斜線のハッチング）を逆回転させるとともに、下方の窓１２５の遠方に位置するファン付き給排気部材１５０のファン１６０（図３のドットのハッチング）を正回転させる。なお、下方の窓１２５からの距離が中間距離に位置するファン付き給排気部材１５０のファン１６０（図３のハッチングのなし）は回転させていない。そして、下方の窓１２５から遠い順に３０００ｍｍ間隔の計測点Ａ１～Ａ４において、スラブ２１２の表面温度、スラブ２１２の表面の熱流束、スラブ２１２から上方に１２５ｍｍの計測点（床下空間１３０内）、床部材１１２から１１００ｍｍの計測点（部屋１００内）において温度を計測した。

【0033】

図４は、室内温度の推移を表す図である。ドットのハッチングで示す０：００～４：３０が窓１２５を開放し、ファン付き給排気部材１５０のファン１６０を稼働させた時間である。図４の線Ｌ１は計測点Ａ３におけるスラブ２１２の表面の温度、線Ｌ２は計測点Ａ３におけるスラブ２１２から上方に１２５ｍｍの位置の温度、線Ｌ３は計測点Ａ４におけるスラブ２１２の表面の温度、線Ｌ４は計測点Ａ３における床部材１１２から１１００ｍｍの位置の温度、線Ｌ５は計測点Ａ４における床部材１１２から１１００ｍｍの位置の温度、線Ｌ６は計測点Ａ４におけるスラブ２１２から上方に１２５ｍｍの位置の温度をそれぞれ示している。室内の温度は全ての計測点Ａ１～Ａ４において低下し、冷涼な外気が室１０５内に適切に取り込まれたことが示された。特に、計測点Ａ４においては、線Ｌ６に示す床下空間１３０の温度だけでなく、線Ｌ４に示すスラブ２１２の表面の温度も十分に低下した。すなわち、熱容量が大きいスラブ２１２に蓄冷できていることが実証された。

【0034】

また、これらの計測をファン付き給排気部材１５０のファン１６０をランダムに逆回転させた場合、及び全てのファン付き給排気部材１５０のファン１６０を回転させない場合においても実施し、本実施例との比較を行ったが、本実施例において各計測点Ａ１～Ａ４の温度が最も低いことが示され、本実施例により効率的な蓄冷ができたことが示された。

【0035】

図５は、スラブ表面の熱流束の推移を表す図である。ドットのハッチングで示す０：００～４：３０が窓１２５を開放し、ファン付き給排気部材１５０のファン１６０を稼働させた時間である。図５の線Ｌ１１～Ｌ１４は、それぞれ計測点Ａ１～Ａ４のスラブ２１２の熱流束を表す。熱流束は、スラブ２１２から床下空間１３０への熱流を正として表しており、この値が大きいほど蓄冷量が大きいことを示す。線Ｌ１１～Ｌ１４により、全ての計測点において、スラブ２１２から床下空間１３０に放熱していることが示され、特に計測点Ａ４では放熱量が大きいことが示された。

【0036】

また、これらの計測をファン付き給排気部材１５０のファン１６０をランダムに逆回転させた場合においても実施し、本実施例との比較を行ったが、計測点Ａ１～Ａ３では本実施例により約２倍の蓄冷量が示され、計測点Ａ４では３．５倍の蓄冷量が示された。

【0037】

また、窓１２５を開放時において、スラブ２１２の表面熱流束をスラブ２１２の表面の温度と床下空間１３０の温度の差で除した平均熱伝達率を算出した。この平均熱伝達率は、床下空間１３０にどれだけ効率的に冷涼な空気が導入でき、スラブ２１２の表面の対流を促進できているかを示す総合的な評価指標となる。計測点Ａ４において、平均熱伝達率は、１２．０９［Ｗ／ｍ^２Ｋ］であり、ファン１６０をランダムに逆回転させた場合の約３倍の値となった。計測点Ａ１～Ａ３においても、平均熱伝達率は、ファン１６０をランダムに逆回転させた場合の約２倍の値となった。ファン１６０の稼働率は、ファン１６０をランダムに逆回転させた場合の方が１４％多いため、本実施例において効率的な蓄冷ができたことが実証された。

【産業上の利用可能性】

【0038】

以上のように、本発明に係る空調システム、及び蓄冷方法は、建物の空調システム等に有用であり、特に、夜間に蓄冷する空調システム、及び蓄冷方法に適している。

【符号の説明】

【0039】

５０ 空調システム
１３０ 床下空間
１４０ パーソナル吹出口
１５０ ファン付き給排気部材（給排気部材）
１６０ ファン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】