JP6811542B2 - 放射冷暖房システム - Google Patents

Description

本発明は、熱の放射により室内空間の冷暖房を行う放射冷暖房システムに関するものである。

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。このような対流式の冷暖房システムによれば、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冷暖房システムが注目されている。

従来、この種の放射冷暖房システムのひとつ（従来技術１）としては、天井材を熱伝導率の高い金属等からなるものとし、この天井材の上面（天井裏側）に配設された配管に冷温水を循環供給させることによって天井材を冷却又は加温し、天井材から室内空間へ放射を行うものが知られている（例えば下記の非特許文献１参照）。

また、他の放射冷暖房システム（従来技術２）としては、図２に示すように、熱伝導率の高い金属等からなる天井材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Ｓ１０２を形成して、室内空間Ｓ１０１から吸入した空気を天井裏空間Ｓ１０２に設置した空調機１０３で冷却又は加温して天井裏空間Ｓ１０２へ噴き出し、これによって冷却又は加温された天井材１０１からの放射と、天井材１０１に形成したスリット又は小孔１０１ａから天井裏空間Ｓ１０２の空調空気を室内空間Ｓ１０１へ染み出させることによって室内空間Ｓ１０１の冷暖房を行うものが知られている。なお、参照符号１０３ａは空調機１０３の室外機である（例えば下記の特許文献１参照）。

さらに他の放射冷暖房システム（従来技術３）としては、天井材１０１を透湿性の優れた材料からなるものとし、天井裏空間Ｓ１０２を密閉状として、天井裏空間Ｓ１０２から吸入した空気を天井裏空間Ｓ１０２に設置した空調機１０３で冷却又は加温して天井裏空間Ｓ１０２へ噴き出し、これによって冷却又は加温された天井材１０１からの放射による室内空間Ｓ１０１の冷暖房を行うものが知られている（例えば下記の特許文献２参照）。

特開平６−１７４２６１号公報 特開平５−１４９５８６号公報

インターネット＜ＵＲＬ：http://skk.jp/technology/radiant/type.html＞

しかしながら、上述した放射冷暖房システムのうち、従来技術１の場合は、冷房において、金属等からなる天井材に接する室内空気が露点温度以下になると、天井面に結露を生じてしまうため、結露水を回収するためのシステム、もしくは、同一空間内での除湿機の運転が必要になる。しかも、天井材に熱伝導性の良い金属を用いるため、システムの導入コストが高くなりやすい。

また、図２に示す従来技術２の場合は、冷房において、空調機１０３の駆動時は、この空調機１０３によって除湿された空気が、天井材１０１に形成したスリット又は小孔１０１ａから室内空間Ｓ１０１へ染み出るため、天井材１０１への結露のリスクは小さいが、一時的なシステム停止時（サーモオフ時）は、金属等からなる天井材１０１の熱容量が小さいことや、調湿性が悪いこと等によって、結露リスクが高まる問題がある。しかもこの例でも、天井材１０１に熱伝導性の良い金属を用いるため、システムの導入コストが高くなりやすい。

さらに、従来技術３の場合は、天井材１０１に接する室内空気が露点温度以下になっても、ある程度までは、天井材１０１のもつ透湿性及び調湿性によって結露を避けることができるが、例えば雨天時に窓１０４を開放することなどによって、室内空間Ｓ１０１の相対湿度が高まって露点温度が急激に上昇した場合は、結露のリスクが高まる問題がある。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、低コストで導入することができ、かつ結露リスクが小さい放射冷暖房システムを提供することにある。

放射冷暖房システムは、室内空間と天井裏空間の間を区画する天井材の下面に沿って配置される断熱材と、前記断熱材との間に前記室内空間へ開放された空調空気擦過空間を生成するように前記断熱材の下側に離間配置される放射パネルと、前記天井裏空間に設置されて吸気口が前記室内空間に開口されると共に噴き出し口が前記空調空気擦過空間に開口される空調機と、前記空調空気擦過空間の開放端部に設けられ、前記空調空気擦過空間を通って前記室内空間に流出する空調空気の噴き出し方向を斜め上方へ規定するように前記放射パネルの上面から突出する風向規定部と、を備え、前記放射パネルは、前記断熱材よりも面積が広く設定され、前記風向規定部は、上面視において、前記室内空間に流出する空調空気の噴き出し方向に前記放射パネルが前記断熱材から突出した領域に配置される。

放射冷暖房の効率が高まるため、放射パネルを金属等からなるものとする必要がなく、その結果、低コストで施工可能であり、しかも夏季の冷房時における結露のリスクを減少させることができる。

放射冷暖房システムの好ましい実施の形態を概略的に示す縦断面図である。 従来技術に係る放射冷暖房システムの一例を概略的に示す縦断面図である。

放射冷暖房システムの好ましい実施の形態について、図１を参照しながら説明する。

図１における参照符号１は建物であり、１１は天井材、１２は壁面、１３は床面、１４は開閉可能な窓で、天井材１１によって、室内空間Ｓ１と、その上側の天井裏空間Ｓ２が区画されている。

天井材１１の下面のうち任意の範囲には、平面形状が例えば長方形又は正方形状の断熱パネル２が取り付けられている。断熱パネル２は、断熱材に相当するものであって、例えば発泡樹脂保温材等からなり、熱抵抗値で0.2m^２/WK以上となる厚みを有し、一辺が窓１４側の壁面１２に当接した状態で、天井材１１と平行、すなわちほぼ水平に配置されている。

断熱パネル２の下側には、断熱パネル２よりも面積が僅かに広く、平面形状が断熱パネル２と相似形の放射パネル３が、断熱パネル２とほぼ平行に離間配置され、その一辺が窓１４側の壁面１２に当接している。放射パネル３は、例えば薄肉の硬質繊維板又は石膏ボードなどからなるものであって、好ましくは熱抵抗値が0.1m^２/WK以下、すなわち熱伝導性が良く、かつ透湿抵抗値が3000m^２sPa/ng以下、すなわち透湿性の良いものが採用される。

断熱パネル２と放射パネル３の間は空調空気擦過空間Ｓ３となっており、この空調空気擦過空間Ｓ３は、断熱パネル２及び放射パネル３の水平方向の外周のうち壁面１２に当接していない側で室内空間Ｓ１に開放されている。断熱パネル２と放射パネル３との間隔（空調空気擦過空間Ｓ３の高さ方向の幅）は、好ましくは10〜100mm程度となっている。

天井裏空間Ｓ２には空調機（室内機）４が設置されている。この空調機４は、建物１の外部に設置された室外機４１との間で流体（冷媒）を液相−気相の可逆変化を伴いながら冷媒配管４２を介して循環させることにより熱の搬送を行い、これによって、吸気口４ａから取り込んだ空気を前記流体が液相から気相へ変化する際の潜熱吸収作用により冷却し、あるいは前記流体が気相から液相へ変化する際の潜熱放出作用により加温して、噴き出し口４ｂから噴き出すものである。そしてこの空調機４は、吸気口４ａが、ダクト４４，４５を介して室内空間Ｓ１に開口されると共に、噴き出し口４ｂが、ダクト４３を介して空調空気擦過空間Ｓ３に開口されている。したがって、空調機４の噴き出し口４ｂから噴き出される空調空気（冷却空気又は加温空気）は、ダクト４３から空調空気擦過空間Ｓ３を介して室内空間Ｓ１へ供給されるようになっている。

また、この空調機４は、吸気口４ａが、室内空間Ｓ１のうち窓１４の近く（窓際）の上部エリアＳ１ａに臨んで開口した開口部４４ａを有するダクト４４と、窓１４の近く（窓際）でかつ床面１３の近傍の下部エリアＳ１ｂに臨んで開口した開口部４５ａを有するダクト４５に、切換弁４６を介して接続されている。ここで、室内空間Ｓ１における窓際の上部エリアＳ１ａは、冷房時の室温条件が相対的に悪い領域であり、窓際の下部エリアＳ１ｂは、暖房時の室温条件が相対的に悪い領域である。そして、切換弁４６は、不図示の制御装置によって、冷房時にはダクト４４を空調機４の吸気口４ａに連通させると共にダクト４５を遮断し、暖房時にはダクト４５を空調機４の吸気口４ａに連通させると共にダクト４４を遮断するように、開閉動作が制御されるものである。

放射パネル３の外周部には、空調空気擦過空間Ｓ３の開放端部Ｓ３ａに位置する風向規定部５が設けられている。この風向規定部５は、空調空気擦過空間Ｓ１からの空調空気の噴き出し方向を、断熱パネル２の周囲で天井材１１の下面を擦過する方向へ規定するものであって、図１では単なる突起状に示されているが、例えば外周側へ向けて高くなるように傾斜したフラップ状のものとすることもできる。

また、空調空気擦過空間Ｓ３の開放端部Ｓ３ａの上下方向の開口幅が風向規定部５によって絞られており、すなわち、風向規定部５は絞り手段としての機能を併有するものである。そしてこれによって、空調空気が開放端部Ｓ３ａを通過する際の風速が2m/s以上に加速されるようになっている。

上記構成において、夏季の冷房に際しては、ユーザーが不図示のリモコン等の操作によって空調機４を冷房運転させると、まず空調機４で冷却された空気が噴き出し口４ｂからダクト４３を介して空調空気擦過空間Ｓ３へ送られる。そしてこの冷却空気が空調空気擦過空間Ｓ３を通過する過程で、熱抵抗の小さい放射パネル３の裏面（上面）を擦過することによって放射パネル３が冷却され、下面（放射面）から室内空間Ｓ１への放射冷房が行われる。すなわち、冷却された放射パネル３の下面からの熱（赤外線）の放射強度が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３の表面で反射せずに吸収されることによって、適度な冷涼感を得ることができる。

このとき、空調空気擦過空間Ｓ３内を流れる冷却空気から天井材１１側への伝熱は、断熱パネル２によって遮断されるので熱損失が小さく、このため放射パネル３から室内空間Ｓ１への放射効率を高めることができる。

空調空気擦過空間Ｓ３を通過した冷却空気は、空調空気擦過空間Ｓ３の開放端部Ｓ３ａから室内空間Ｓ１へ流出する。その際に、風向規定部５によって、冷却空気の流れＦ１が斜め上向きに規定されるので、この冷却空気はコアンダ効果によって、周囲の空気との比重差による沈降力に抗して天井材の下面を擦過するように流れ、このため天井材１１も冷却空気によって冷却され、室内空間Ｓ１への放射冷房作用を奏する。特に、風向規定部５の流路絞り効果によって空調空気が開放端部Ｓ３ａを通過する際の風速が2m/s以上に加速され、冷却空気が、開放端部Ｓ３ａから遠い位置まで天井材１１の下面を擦過するので、天井材１１からの放射冷房が行われる領域が広いものとなる。したがって放射パネル３からの放射冷房作用に加えて天井材１１による放射冷房作用も行われる結果、効率の良い放射冷房を行うことができる。

また、放射パネル３には薄肉の硬質繊維板や石膏ボードなどが好適に用いられるため、低コストで施工することができる。

さらに、天井材１１の下面を擦過する冷却空気は、対流によって徐々に室内空間Ｓ１を下降する。そしてこのときの空気の流れは、拡散や摩擦により減速されるほか、放射パネル３及び天井材１１との熱交換によって適宜昇温しているため、対流による下降速度がきわめて緩やかなものになり、室内空間Ｓ１の下部では0.2m/s程度といった、ほとんど無風状態まで低下する。このため不快な気流感が有効に抑えられた状態で、冷却空気の供給による室内空間Ｓ１の冷房が、放射パネル３及び天井材１１による放射冷房と並行して行われるので、冷房の立ち上がりが良く、短時間で快適な環境とすることができる。

しかも、冷房運転の際には、室内空間Ｓ１内の空気が空調機４に取り込まれて冷却される過程で、空気に含まれる水蒸気が飽和して凝縮され、液体の水となって不図示のドレンパイプから建物１の外部へ排出される。したがって、噴き出し口４ｂからダクト４３、空調空気擦過空間Ｓ３を介して室内空間Ｓ１へ還流される冷却空気は除湿されたものとなる。このため室内空間Ｓ１の水蒸気量が減少し、すなわち室内空間Ｓ１の相対湿度が低く抑えられるので、低温となった放射パネル３への結露のリスクを低下させると共に、結露に伴う潜熱放出による放射冷房効率の悪化を防止することができる。

また、放射パネル３が透湿性の良い材料からなるものであれば、雨天時の窓１４の開放などによって屋外から多湿の空気が室内空間Ｓ１へ流入し、これによって、放射パネル３の下面に接する空気の相対湿度及び露点温度が急激に上昇した場合でも、放射パネル３への結露が起こりにくくなる。

ここで、室内空間Ｓ１のうち窓１４の近く（窓際）の天井近傍の上部エリアＳ１ａは、窓１４からの日射を受けやすいことや、窓ガラスの断熱性が低いことなどから、一般に冷房が効きにくく、熱気がたまりやすいが、図示の実施の形態によれば、夏季の冷房時には、切換弁４６によって、空調機４の吸気口４ａがダクト４４と接続されると共に、ダクト４５が遮断されており、ダクト４４の開口部４４ａは窓際の上部エリアＳ１ａに臨んでいるため、このエリアＳ１ａにある比較的高温の空気が、効率良く空調機４に取り込まれ、冷却されることになる。したがって、室内空間Ｓ１内の対流による循環流が窓１４の近くのエリアを経由することによって、室内空間Ｓ１内の温度分布を可及的に均一化することができる。

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４を暖房運転させると、まず空調機４で加温された空気が噴き出し口４ｂからダクト４３を介して空調空気擦過空間Ｓ３へ送られる。そしてこの加温空気が空調空気擦過空間Ｓ３を通過する過程で、熱抵抗の小さい放射パネル３の裏面（上面）を擦過することによって放射パネル３が加温され、下面（放射面）から室内空間Ｓ１への放射暖房が行われる。

そしてこの場合も、空調空気擦過空間Ｓ３を通過した加温空気は、空調空気擦過空間Ｓ３の開放端部Ｓ３ａから室内空間Ｓ１へ流出して天井材１１も加温される。したがって放射パネル３からの放射暖房作用に加えて天井材１１による放射暖房作用も行われる結果、効率の良い放射暖房を行うことができる。

ここで、室内空間Ｓ１のうち窓１４の近く（窓際）の床面１３近傍の下部エリアＳ１ｂは、窓ガラスの断熱性が低いことなどから、一般に暖房が効きにくく、冷気がたまりやすいが、図示の実施の形態によれば、冬季の暖房時には、切換弁４６によって、空調機４の吸気口４ａがダクト４５と接続されると共に、ダクト４４が遮断されており、ダクト４５の開口部４５ａは窓際の下部エリアＳ１ｂに臨んでいるため、このエリアＳ１ｂにある比較的低温の空気が、効率良く空調機４に取り込まれ、加温されることになる。したがって、室内空間Ｓ１内の対流による循環流が窓際の下部エリアＳ１ｂの近傍を経由しやすくなり、室内空間Ｓ１内の温度分布を可及的に均一化することができる。

１ 建物
１１ 天井材
２ 断熱パネル（断熱材）
３ 放射パネル
４ 空調機
４ａ 吸気口
４ｂ 噴き出し口
４３〜４５ ダクト
４６ 切換弁
５ 風向規定部
Ｓ１ 室内空間
Ｓ２ 天井裏空間
Ｓ３ 空調空気擦過空間

Claims (3)

1. 室内空間と天井裏空間の間を区画する天井材の下面に沿って配置される断熱材と、
   前記断熱材との間に前記室内空間へ開放された空調空気擦過空間を生成するように前記断熱材の下側に離間配置される放射パネルと、
   前記天井裏空間に設置されて吸気口が前記室内空間に開口されると共に噴き出し口が前記空調空気擦過空間に開口される空調機と、
   前記空調空気擦過空間の開放端部に設けられ、前記空調空気擦過空間を通って前記室内空間に流出する空調空気の噴き出し方向を斜め上方へ規定するように前記放射パネルの上面から突出する風向規定部と、
   を備え、
   前記放射パネルは、前記断熱材よりも面積が広く設定され、
   前記風向規定部は、上面視において、前記室内空間に流出する空調空気の噴き出し方向に前記放射パネルが前記断熱材から突出した領域に配置される、
   ことを特徴とする放射冷暖房システム。
2. 前記室内空間のうち窓際の上部エリアに臨んで開口する開口部を有し、前記空調機の吸気口に接続される第１のダクトと、
   前記室内空間のうち窓際の下部エリアに臨んで開口する開口部を有し、前記空調機の吸気口に接続される第２のダクトと、
   前記第１のダクトと前記第２のダクトとを切り換える切換弁と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の放射冷暖房システム。
3. 前記放射パネルは、透湿性を有する多孔質材又は繊維材からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射冷暖房システム。

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