JP2008134032A - 空気調和システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易かつ安価な構成で居室内に快適な環境を提供する空気調和システムを実現する。
【解決手段】圧縮機と、四方弁と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを冷媒を循環する配管で連結して冷凍サイクルを形成して、凝縮器又は蒸発器で熱交換された空気を、送風ファンにより床スラブ２３とこの床スラブ２３に対向して配置した床板４とで形成された二重床の床下空間２５に吹き込み、この床下空間２５から居室１０内に通流する。そして、熱交換された空気を床下空間２５から居室１０内に通流する通流口として、床板４の側縁面と居室１０の壁面との間に沿って予め形成された空隙４５を利用し、この空隙４５を通流する空気の流速を０．１〜１．０ｍ／ｓとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和システムに係り、特に、空気調和された空気を、床スラブと床板で形成された二重床の床下空間から居室内に通流する空気調和システムに関する。

従来の空気調和システムでは、凝縮器又は蒸発器で熱交換されて空気調和された空気を天井から居室内に吹き出して、居室内を暖房又は冷房する方式が最も日常的に用いられている。

このような従来の空調方式では空気調和機の吹き出し風量の過多により、空調対象領域に居住する人がドラフトを感じたり、空調気流の未到達部が生じることにより、空調対象領域内の温度の水平分布にムラが生じたりする場合があった。また、空調対象領域内の垂直分布では、下部に冷たい空気が滞留したり、あるいは暖房時に上部に暖かい空気が滞留したりして、空調対象領域に居住する人にとって、温熱的に不快な環境になる場合があった。

特許文献１には、冷房時は、空気調和された空気を天井内の空間及び天井面を介して居室内に吹き出して二重床面から吸い込み、一方、暖房時には、空気調和された空気を二重床内の空間及び二重床面を介して居室内に吹き出して天井面から吸い込むことが記載されている。

このように冷暖房の違いに応じて空調気流の方向を変化させ、天井面や二重床面の放射熱を併用することにより、対象空調領域に居住する人に、年間を通じて常時快適な環境を提供することができるとされている。

特許第２６７９８６４号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、空気調和された空気を天井面から二重床面へ、あるいは二重床面から天井面へと垂直方向に均一に通流するものであるため、空気を通流する通流口が全面にわたって形成された専用の天井材及び床材を用いる必要がある。このため、空気調和システムの構築が複雑となり、また、システム構築のためのコストが増大する恐れがある。

本発明は、簡易かつ安価な構成で居室内に快適な環境を提供する空気調和システムを実現することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の空気調和システムは、圧縮機と、四方弁と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを冷媒を循環する配管で連結して冷凍サイクルを形成し、凝縮器又は蒸発器で熱交換された空気を、送風ファンにより床スラブとこの床スラブに対向して配置した床板とで形成された二重床の床下空間に吹き込み、この床下空間から居室内に通流するものである。そして、熱交換された空気を床下空間から居室内に通流する通流口を床板の辺部に形成し、この通流口を通流する空気の流速を０．１〜１．０ｍ／ｓとすることを特徴とする。

これによれば、熱交換された空気を床下空間から居室内に通流する通流口が、床板の辺部にのみ形成されていればいいので、全面にわたって通流口が形成された専用床材を用いる必要がなく、コストを低減することができ、簡易かつ安価な構成で居室内に快適な環境を提供することができる。

また、このように流速を設定することにより、床下空間から通流口を介して居室内に通流した空気の一部は、居室内を水平方向に流れる気流となり、居室内には水平方向の層流が形成される。一方で対流などにより居室内の空気は序々に天井方向へ上昇していく。このようにして、居室内には水平方向と垂直方向の緩やかな気流が形成されるので温度ムラを抑制することができ、その結果、居室内に快適な環境を提供することができる。

また、特に通流口として、床板の熱膨張吸収及び振動遮断の少なくとも一方のために、床板の側縁面と居室の壁面との間に沿って予め形成されてなる空隙を利用することが望ましい。

すなわち、床スラブとこの床スラブに対向して配置した床板とで二重床を形成する場合において、床板の熱膨張の吸収や、床板を伝播する振動などの遮断の目的で、床板の側縁面と居室の壁面との間に沿って空隙を予め形成することが知られている。そこで、この空隙を空気の通流口としても利用すれば、全面にわたって通流口が形成された専用床板を用いる必要がなく、汎用の床板を用いればよいのでコストを抑制することができる。

また、居室内に通流された空気を凝縮器又は蒸発器に還流する吸い込み口を、居室の天井面及び壁面上部のいずれか一方、又は居室外の天井面及び壁面のいずれか一方に形成することが好ましい。これによれば、居室内の水平方向の層流が除々に上昇して吸い込み口から還流されるので、居室内の特に人間が活動する床面から２メートル程度の範囲に重点的に空気調和された空気を通流させることができる。

また、通流口を通流する空気の温度と、居室内の温度との差が０〜１５℃になるように圧縮機、送風ファン及び膨張弁の少なくとも１つを制御することができる。

つまり、上述したように、床下空間から床板の辺部の通流口を介して居室内に空気調和された空気を設定流速で通流させることにより、水平方向の層流を形成しつつ、除々に上昇させることができる。これにより、居室内の人間の主な活動領域を重点的に効率よく温度制御することができるので、通流口を通流する空気の温度と、居室内の温度との差、言い換えれば設定温度に対する居室内への吹き出し空気温度の差を、従来の空気調和システムに比べて小さくすることができる。したがって、圧縮機の仕事を抑制して省エネルギーを図ることができる。

本発明によれば、簡易かつ安価な構成で居室内に快適な環境を提供する空気調和システムを実現することができる。

以下、本発明を適用してなる空気調和機システムの実施形態を図１〜図３を用いて説明する。なお、以下の説明では、同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。

図１は、本発明の空気調和システムを適用した住宅の平面図であり、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線での縦断面図である。本実施形態は、空気調和システムを例えばマンションなどの一般的な住宅に適用した例を示すものであり、図１、２に示すように、住宅空間は、外壁１と、窓２ａ〜２ｄと、天井３と、床板４などによって形成されている。

また、各種の内壁６及び各種の扉７によって、居室１０ａ〜１０ｄ、押し入れ１１、浴室１２、納戸１３、洗面所１４、便所１５、クローゼット１６、廊下１７、機械室１８、玄関１９などが仕切られて形成されている。なお、居室１０ａを形成する内壁６には、空気調和システムの各種設定をするためのコントロールスイッチ２６が設けられている。

また、図２に示すように、本実施形態では、天井３は天井スラブ２０に対向して距離をあけて配置されており、天井スラブ２０と天井３との間には天井空間２１が形成されている。また、床板４は床スラブ２３に対向してスペーサ２４を介して距離をあけて配置され、床板４と床スラブ２３とで二重床が形成されている。そして、床スラブ２３と床板４との間には床下空間２５が形成されている。

そして、空気調和システムは、機械室１８に設置される室内機３０と、例えば屋上やベランダなどの室外に設置される室外機３１とを、冷媒を循環する配管３２で連結して構成されている。室内機３０は、室内熱交換器３４と、室内膨張弁３５と、室内送風ファン３６などで構成されており、室外機３１は、圧縮機４０と、四方弁４１と、室外熱交換器４２と、室外送風ファン４３などで構成されている。ただし、本実施形態のように、室内機３０と室外機３１で構成されるセパレート型には限定されず、一体型の空気調和機を用いることも可能である。また、空気調和機には、空気清浄用フィルタや加湿器などを適宜配設してもよい。

このように、本実施形態の空気調和システムは、圧縮機４０、四方弁４１、室外熱交換器４２、室内膨張弁３５、室内熱交換器３４などで冷凍サイクルを形成して、室内熱交換器３４で熱交換された空気を、室内送風ファン３６により床スラブ２３と床スラブ２３に対向して配置した床板４とで形成された二重床の床下空間２５に吹き込み、床下空間２５から居室１０ａ〜１０ｄ、洗面所１４及び便所１５などの主に人間が活動する領域へ通流するものである。

次に、本実施形態の空気調和システムの特徴部について説明する。まず、図１に示すように、居室１０ａ〜１０ｄ、洗面所１４及び便所１５における床板４と、外壁１との間には、周囲を沿って囲むように空隙４５が形成されている。この空隙４５は、床スラブ２３と床板４とで二重床を形成するような場合において、床板４の熱膨張の吸収や、床板４を伝播する振動などの遮断の目的で、床板４の側縁面と外壁面との間に沿って予め形成されている空隙である。また、図２に示すように、居室１０ａと廊下１７とを隔てる扉７の上部には空気孔４９が形成されており、廊下１７と機械室１８を隔てる内壁６の上部には、還気吸い込み口４７が形成されている。

空隙４５が形成されているため、図２の一点鎖線矢印で示すように、室内熱交換器３４で熱交換された空気は、室内送風ファン３６によって空気吹出口４６を介して床下空間２５へ吹き込まれ、床下空間２５から空隙４５を介して居室１０ａに通流する。そして、居室１０ａに通流された空気は、居室内を冷房又は暖房した後、還気吸い込み口４７及び吸い込みダクト４８を介して再び室内熱交換器３４に戻る。

このように、本実施形態では、床下空間２５をプレナンチャンバとして利用し、かつ予め形成されている空隙４５を、空気通流口として利用するので、床板の全面に空気通流口が形成されているような専用部材ではなく、汎用の床材を用いることができる。また、例えば、既に汎用の床材で二重床を形成している住宅に対して、専用床材に交換することなく空気調和システムを導入することができる。したがって、簡易かつ安価な構成で居室内に快適な環境を提供することができる。

なお、室内熱交換器３４で熱交換された空気は、床下空間２５を通流する間に床板４を冷却又は加熱するので、居室１０ａ内は、通流空気によって冷房又は暖房されるだけでなく、床板４からの冷放射又は温放射によっても冷房又は暖房される。

次に、空隙４５を通流する空気の風速を変化させ、一方で空隙４５における通流空気の温度と居室内の例えば高さ約５０ｃｍから２ｍの範囲内の代表的な場所での温度の差を変化させて居室内の快適性試験をおこなった結果を図３に示す。図３に示すように、風速が０．１〜１．０ｍ／ｓで、かつ、温度差が０〜１５℃の時（図３において、結果が概ね二重丸となる範囲）に、温度分布差が小さく、温度ムラが抑制されるので居室内は快適であるといえる。

ここで、居室内の代表的な温度は、例えばコントロールスイッチ２６に設けた温度検出器で検出された温度としてもよいし、コントロールスイッチ２６とは別の場所に設けた温度検出器を用いてもよい。また、図３における温度分布差とは、居室１０内の高さ約５０ｃｍ〜２ｍの範囲内における複数計測点での最高温度と最低温度との差を表している。

このような結果に基づいて、空気調和システムを導入する際に、室内送風ファン３６の回転数は空隙４５から居室１０内へ通流する空気の流速が、０．１〜１．０ｍ／ｓになるように設定される。なお、床板４の膨張や収縮などに伴う空隙４５の空気通流面積の変化に応じて、コントロールスイッチ２６で室内送風ファン３６の回転数を制御することも可能である。

また、通常運転時に、空隙４５における通流空気の温度と、居室１０内の代表的な場所における温度との差が０〜１５℃の範囲になるように、圧縮機４０の回転数及び室内膨張弁３５の弁開度の少なくとも一方が制御される。

このように空隙４５における風速を０．１〜１．０ｍ／ｓと微風に設定することにより、床下空間２５から空隙４５を介して居室１０内に通流した空気の一部は、図２の点線矢印で示すように居室１０内を水平方向に流れる気流となり、居室１０内には水平方向の層流が形成される。一方で、還気吸い込み口４７が内壁６の上部に形成されており、また、対流なども発生するため、居室１０内の空気は実線矢印のように序々に天井３の方向へ上昇していく。

つまり、居室１０内の水平方向の層流が足元から除々に上昇して還気吸い込み口４７から還流されるので、空気調和された空気が足元に次々と置き換えられていくこととなり、居室１０内の特に人間が活動する床面から高さ約２メートル程度の範囲に重点的に空気調和された空気を通流させることができる。

ここで、還気吸い込み口４７が居室１０外の廊下１７の如く、空隙４５からの距離を確保できる場合においては、還気吸い込み口４７を内壁６の下部に形成することも可能である。

これによれば、居室１０内であっても、温度制御が特段必要のない上層領域（例えば、図２における二点鎖線５５より天井方向の領域）を除いて、人間の主な活動領域のみを効率よく温度制御することができる。したがって、空隙を通流する空気の温度と、居室１０内の温度との差、言い換えれば設定温度に対する居室１０内への吹き出し空気温度の差を、従来の空気調和システムに比べて小さくすることができ、圧縮機の仕事を抑制して省エネルギーを図ることも可能となる。

なお、本実施形態では、床板と外壁との間に予め空隙が形成されている場合を例に説明したが、これに限られることはなく、例えば空隙が予め形成されていない場合には汎用の床材の辺部に適宜空気の通流口を形成することで、同様に低コストで快適な環境を提供することができる。また、例えば、居室が大空間の場合は、辺部だけでなくその他の箇所に適宜に通流口を形成してもよい。

また、本発明は、実施形態のような一般住宅に限らず様々な建物空間に適用可能である。要するに、二重床などによって床下空間が形成されるよう建物であれば、その床下空間に空気調和された空気を吹き込み、床板の辺部に形成された通流口を介して居室内に通流することができるので、本発明を適用可能である。

また、本実施形態では、還気吸い込み口４７を内壁の上部に設ける例を示したが、これに限らず、例えば図２に示すように、居室内の天井３に天井還気吸い込み口５０を形成して、点線で示すように天井空間２１にダクト等を通して室内熱交換器へ還流してもよいし、天井空間２１をダクトとして利用してもよい。さらに、居室内の空気を吸い込み循環するのではなく、室外の新鮮な空気を取り入れることも可能である。

また、室内機３０の設置場所は、機械室１８のような部屋に限られず、例えば床下空間２５や天井空間２１などでもよい。

本発明の空気調和システムを適用した住宅の平面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線での縦断面図である。 空隙における風速と温度を変化させた時の居室内の快適性の試験結果を示す図である。

符号の説明

１ 外壁
２ 窓
３ 天井
４ 床板
６ 内壁
７ 扉
１０ 居室
１１ 押し入れ
１２ 浴室
１３ 納戸
１４ 洗面所
１５ 便所
１６ クローゼット
１７ 廊下
１８ 機械室
１９ 玄関
２０ 天井スラブ
２１ 天井空間
２３ 床スラブ
２４ スペーサ
２５ 床下空間
２６ コントロールスイッチ
３０ 室内機
３１ 室外機
３２ 配管
３４ 室内熱交換器
３５ 室内膨張弁
３６ 室内送風ファン
４０ 圧縮機
４１ 四方弁
４２ 室外熱交換器
４３ 室外送風ファン
４５ 空隙
４６ 空気吹出口
４７ 還気吸い込み口
４８ 吸い込みダクト
４９ 空気孔
５０ 天井還気吸い込み口

Claims (4)

1. 圧縮機と、四方弁と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを冷媒を循環する配管で連結して冷凍サイクルを形成してなり、前記凝縮器又は蒸発器で熱交換された空気を、送風ファンにより床スラブと該床スラブに対向して配置した床板とで形成された二重床の床下空間に吹き込み、該床下空間から居室内に通流する空気調和システムにおいて、
   前記熱交換された空気を前記床下空間から前記居室内に通流する通流口は、前記床板の辺部に形成されてなり、
   該通流口を通流する空気の流速は０．１〜１．０ｍ／ｓであることを特徴とする空気調和システム。
2. 前記通流口は、前記床板の熱膨張吸収及び振動遮断の少なくとも一方のために、前記床板の側縁面と居室の壁面との間に沿って予め形成されてなる空隙であることを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。
3. 前記居室内に通流された空気を前記凝縮器又は蒸発器に還流する吸い込み口は、前記居室の天井面及び壁面上部のいずれか一方、又は前記居室外の天井面及び壁面のいずれか一方に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。
4. 前記通流口を通流する空気の温度と、前記居室内の温度との差が０〜１５℃になるように前記圧縮機、送風ファン及び膨張弁の少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。

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