(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物空間を区画する外壁と少なくとも１辺の外壁に沿って延びる内壁と屋根と前記外壁に接合される床とから構成される偶数階の多層建物が、その２階分を１組として、上階の内外壁に囲繞された多量の熱を発生する多数の機器類を収容する熱発生源収容室と、該熱発生源収容室に連通してその上方に形成された天井裏空間と、該天井裏空間及び前記熱発生源収容室に連通して上階の前記内壁と前記外壁の間に設けられた、空調機を備えることが可能な機械室と、外気を導入する外気導入室と、外気と還気を混合する外気還気混合室とから構成される寒冷地型外気冷房用建物において、
前記外気導入室は、その２階分を１組として下階の前記内壁と前記外壁の間に設けられ、当該階の内壁に隣接する外壁に形成された軒天井に設けられた下向き開口部から外気が導入される構造とされ、
前記外気還気混合室は、前記下階の内壁及び外壁と前記機械室の床と前記外気導入室の天井により区画形成され、前記機械室と前記外気導入室と連通していることを特徴とする寒冷地型外気冷房用建物。
【請求項２】
前記軒天井は、前記内壁に隣接する外壁全幅に亘って形成され、該軒天井に設けられる前記下向き開口部は、前記外気導入室内の風速が所定速度範囲内になるようにその開口率が設定されており、
前記外気還気混合室は、その床に形成された開度調整可能な外気吸気口から吸気される外気と、その天井に形成された開度調整可能な還気吸気口から吸気される還気とを混合し又は混合することなく給気を生成可能とされ、
前記機械室は、前記給気の給気経路と前記還気の還気経路とが区画可能とされて、前記給気経路内に設けられる電動ファンにより前記熱発生源収容室に給気可能とされ、前記還気の一部又は全部は当該室の外壁に形成された排気口から排出可能な構造とされていることを特徴とする請求項１に記載された寒冷地型外気冷房用建物。
【請求項３】
前記熱発生源収容室の床下の前記外気還気混合室に隣接する部位に迂回給気室が形成され、前記外気還気混合室の床及び前記内壁には、非常電源で駆動されるダンパーを有する開口がそれぞれ形成されて、前記迂回給気室が建物外部と前記熱発生源収容室に連通していることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれかに記載された寒冷地型外気冷房用建物。
【請求項４】
前記外気導入室は、前記軒天井から下方に延びる外壁と前記内壁とその間の外気導入室天井に形成された垂れ壁によりなる蛇行路から構成されるスノートラップ構造を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された寒冷地型外気冷房用建物。
【請求項５】
前記外気導入室は、前記蛇行路途上に除塩フィルターを備えていることを特徴とする請求項４に記載された寒冷地型外気冷房用建物。
【請求項６】
前記外気還気混合室は、床に排水口が形成されたものであり、結露水は接続されるドレン管を介して建物外部に排出可能とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された寒冷地型外気冷房用建物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多量の熱を発生する多数の機器類を収容する熱発生源収容室を備えた外気冷房用建物、特に、降雪地帯に立地する寒冷地型外気冷房用建物に関する。
【背景技術】
【０００２】
戸外からの取り入れ外気と室内からの環気とを混合して空気を調和する空調装置において、通常、還気を取り入れるためのファンと、外気を取り入れて還気と混合して熱交換器や加湿器等で調和した給気空気を室内に給気するためのファンとを兼用し、中央空気調和装置を小型にすることが可能であり、制作費用を少なくし、調整や保守を簡単にすることが出来、装置を運転するランニングコストも小さくする空調装置を提供することを目的として、
吸気室と分配排気室と給気室とからなる外気取入型空気調和装置において、吸気室には外気口と還気口とファンとを設けて戸外からの外気と室内からの還気とを該ファンによって混合して吸気室に取り入れて分配排気室に送り、分配排気室には排気口と熱交換器および熱交換器の供給開口とを設けて前記混合空気の一部を該ファンによって排気口から排気するとともに、他の空気を熱交換器の供給開口に供給して空気調和した後に給気室に送り、給気室には熱交換器の排出開口と室内への給気口を設け熱交換器によって空気調和した空気を前記ファンの正圧によって室内に給気する外気取入型空気調和装置が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
また、外気温度が還気温度以下の場合は、還気を空調機で冷やすより、外気を空調機で冷やす方が、必要となる投入熱量を少なくすることができるため、外気導入を継続し、空調機により冷却することで、同じ投入熱量で現状より長い時間冷房運転を行うことができる外気冷房システムを提供することを目的として、
還気温度センサーと還気の取り入れ量を調整可能に制限する還気ダクトモータダンパーと、外気温度センサーと外気の取り入れを調整可能に制限する外気取入モータダンパーと、熱交換器に循環させる冷水の循環を調整する冷水２方弁及び室内設定温度を入力する入力部を有し、外気温度センサー及び還気温度センサーと通信可能に接続され、前記外気取入モータダンパー及び還気ダクトモータダンパーを制御可能に接続されている空調制御手段と、を備えた外気冷房システムが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２５１４５号公報
【特許文献２】特開２００９−１９８０８９号公報
【０００５】
近年、データセンター等の多数のサーバーを収容する多量の熱を発生する熱発生源収容室を備えた寒冷地型外気冷房用建物を降雪地帯等の寒冷地に立地して、外気の冷熱のみを利用して冷房することによって大幅に省エネルギーを図る試みがなされるようになってきた。
【０００６】
上記特許文献１に記載された外気取入型空気調和装置や特許文献２に記載された外気冷房システムは、通常外気を導入するための外気導入口が垂直の外壁に横向きに開口されることが多いことから、これらの外気冷房システムが降雪地帯に立地している寒冷地型外気冷房用建物に設備されると、雪が外気導入経路に吹き込みあるいは吸引され、それら雪が解けたときは外気導入経路内に水が溜まることとなる。
また、雪が外気導入口に付着して氷結すると必要な外気導入量を確保できなくなり、必要な冷房能力が低下する、あるいは外気導入用のファンの動力系が故障するという事態が発生する。
【０００７】
さらには、降雪地帯においては、外気冷房システムの外気と還気を混合する混合機の筐体や外気導入経路が冬季の極めて低温の外気により冷やされて、それら内外面に結露が発生する。
上記外気冷房システムは通常、空調機がサーバー室と同一フロアに設置されていることから、空調機の内外面に付着した結露がサーバー室内床面に滲出してサーバー等の電子機器の誤作動や故障を招きかねない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述した種々の課題を解決するために創作されたもので、雪が外気導入経路に吹き込み、外気導入口に付着して氷結することを防止するとともに、混合機の筐体や外気導入経路が冬季の極めて低温の外気により冷やされてそれら内外面に結露が発生することを防止することが可能な寒冷地型外気冷房用建物を提供することを目的としている。
【０００９】
また、仮に外気導入口に付着した雪が氷結し外気導入経路に結露が発生したとしても、空調機動力系が故障することなく、サーバー等の電子機器の誤作動や故障を招くことがない寒冷地型外気冷房用建物を提供することをも併せて目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、建物空間を区画する外壁と少なくとも１辺の外壁に沿って延びる内壁と屋根と前記外壁に接合される床とから構成される偶数階の多層建物が、その２階分を１組として、上階の内外壁に囲繞された多量の熱を発生する多数の機器類を収容する熱発生源収容室と、該熱発生源収容室に連通してその上方に形成された天井裏空間と、該天井裏空間及び前記熱発生源収容室に連通して上階の前記内壁と前記外壁の間に設けられた、空調機を備えることが可能な機械室と、外気を導入する外気導入室と、外気と還気を混合する外気還気混合室とから構成される寒冷地型外気冷房用建物において、前記外気導入室は、その２階分を１組として下階の前記内壁と前記外壁の間に設けられ、当該階の内壁に隣接する外壁に形成された軒天井に設けられた下向き開口部から外気が導入される構造とされ、前記外気還気混合室は、前記下階の内壁及び外壁と前記機械室の床と前記外気導入室の天井により区画形成され、前記機械室と前記外気導入室と連通していることを特徴とする寒冷地型外気冷房用建物とした。
【００１１】
請求項２に係る発明は、前記軒天井は、前記内壁に隣接する外壁全幅に亘って形成され、該軒天井に設けられる前記下向き開口部は、前記外気導入室内の風速が所定速度範囲内になるようにその開口率が設定されており、前記外気還気混合室は、その床に形成された開度調整可能な外気吸気口から吸気される外気と、天井に形成された開度調整可能な還気吸気口から吸気される還気とを混合し又は混合することなく給気を生成可能とされ、前記機械室は、前記給気の給気経路と前記還気の還気経路とが区画可能とされて、前記給気経路内に設けられる電動ファンにより前記熱発生源収容室に給気可能とされ、前記還気の一部又は全部は当該室の外壁に形成された排気口から排出可能な構造とされていることを特徴としている。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記熱発生源収容室の床下の前記外気還気混合室に隣接する部位に迂回給気室が形成され、前記外気還気混合室の床及び前記内壁には、非常電源で駆動されるダンパーを有する開口がそれぞれ形成されて、前記迂回給気室が建物外部と前記熱発生源収容室に連通していることを特徴としている。
【００１３】
請求項４に係る発明は、前記外気導入室は、前記軒天井から下方に延びる外壁と前記内壁とその間の外気導入室天井に形成された垂れ壁によりなる蛇行路から構成されるスノートラップ構造を備えていることを特徴としている。
【００１４】
請求項５に係る発明は、前記外気導入室は、前記蛇行路途上に除塩フィルターを備えていることを特徴としている。
【００１５】
請求項６に係る発明は、前記外気還気混合室は、床に排水口が形成されたものであり、結露水は接続されるドレン管を介して建物外部に排出可能とされていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明によれば、外気導入室は、その２階分を１組として下階の内壁と外壁の間に設けられ、当該階の外壁に形成された軒天井に設けられた下向き開口部から外気が導入される構造とされているから、外気は下向き開口部から上方に向かって導入されて、雪が外気導入経路に吹き込むことはない。
また、地吹雪が横方向に吹いても雪は垂直の外壁に積もることはあっても、下向きの外気導入口に付着して氷結することはない。このため、降雪期に必要な冷房能力が低下する事態や、外気導入用のファンの動力系が故障するという事態は発生しない。
【００１７】
さらに、外気還気混合室は、下階の内壁及び外壁と前記機械室の床と前記外気導入室の天井により区画形成され、前記機械室と前記外気導入室と連通しているため、外気還気混合室を囲繞する強化コンクリートからなる床、天井、壁は混合された給気に加温されて結露が発生することはない。
さらにまた、仮に外気還気混合室に結露が発生することがあっても、当該外気還気混合室は、熱発生源収容室の下階に位置しているから、結露が上階の熱発生源収容室内の電子機器類や通信用配線に漏水して、機器類の誤作動や故障の原因になることは全くない。
【００１８】
請求項２に係る発明によれば、軒天井は、内壁に隣接する外壁全幅に亘って形成され、該軒天井に設けられる下向き開口部は、外気導入室内の風速が所定速度範囲内になるようにその開口率が設定されていることから、開口率を自由自在に設定して導入する外気の風速を微妙に調整することが可能である。
外気還気混合室は、その床に形成された開度調整可能な外気吸気口から吸気される外気と、天井に形成された開度調整可能な還気吸気口から吸気される還気とを混合し又は混合することなく給気を生成可能とされていることから、立地条件に適合した給気温度を維持することができる。
機械室は、給気の給気経路と還気の還気経路とが区画可能とされていることから、混合室で生成された給気の温度は機械室内で変化することはない。
【００１９】
請求項３に係る発明によれば、熱発生源収容室の床下の外気還気混合室に隣接する部位に迂回給気室が形成され、外気還気混合室の床及び内壁には、非常電源で駆動されるダンパーを有する開口がそれぞれ形成されて、前記迂回給気室が建物外部と前記熱発生源収容室に連通していることから、停電時においても自然換気による必要最小限の冷房を継続することができる。
【００２０】
請求項４に係る発明によれば、外気導入室は、軒天井から下方に延びる外壁と内壁とその間の外気導入室天井に形成された垂れ壁によりなる蛇行路から成るスノートラップが構成されていることから、雪が外気還気混合室に進入することを防止することができる。
【００２１】
請求項５に係る発明によれば、前記蛇行路途上に除塩フィルターを備えていることから、本発明の寒冷地型外気冷房用建物を臨海部等の海岸に近い場所に立地した場合に、導入する外気から塩分を除去して空調設備や室内の機器類の錆の発生を防止することができる。
【００２２】
請求項６に係る発明によれば、外気還気混合室の床には排水口が形成されているから、混合室に結露したとしても結露水は接続されるドレン管を介して建物外部に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の寒冷地型外気冷房用建物の模式的平面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】図３は、本発明の通常時の空気の流れを模式的に示す図である。
【図４】図４は、本発明の停電時の空気の流れを模式的に示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１〜図２を参照して、降雪地帯に立地する本発明の外気単独冷房方式の建物１の全体構成について概略的に説明する。
本実施例の寒冷地型外気冷房用建物１は、Ｓ造やＲＣ造であって鉄筋コンクリート製の床と壁で構成された２階建て建物で、下階の地上階の外壁１２に軒天井３１が形成され、外壁１２に沿って地上階から最上階の２階に延びる内壁１１と屋根とから構成されている。
２階の内・外壁１１．１２に囲繞された熱発生源収容室２には、多量の熱を発生する多数のサーバー等の電子機器類２１が収容されることとなる。
熱発生源収容室２上方には天井裏空間６が形成されている。
２階の内壁１１と外壁１２の間には、空調機を備えることが可能な機械室５が区画されている。
機械室５直下の１階の内壁１１と外壁１２の間には外気還気混合室４が区画され、さらにその下方の内壁１１と外壁１２の間には外気を導入する外気導入室３が区画されている。
地上階の内壁１１に囲撓された空間は、電気室、機械室、事務室等として利用される。
このように地上階と２階の２階分を１組として、下階である１階の外壁に軒天井１３が形成されている構成が本発明の特徴のひとつである。
なお、図２の符号８は地上階床下に構築されたピットである。
【００２５】
次いで各室の構成について、図１〜図４を参照して詳細に説明する。
内壁１１内において図示を省略する仕切り壁により適宜室数に区画された各熱発生源収容室２は、適数台のサーバーラックを配設するように計画され、このラックに熱発生源である多数のサーバー２１が載置されて多量の熱が発生することとなる。
本発明は、この熱発生源収容室２の冷房を外気のみで実施しようとするものである。このため本発明の外気冷房用建物は年間平均気温の低い降雪地帯に立地することが必須条件となる。
【００２６】
熱発生源収容室２は、機械室５より給気ダクト６１を介して給気の供給を受け、還気ダクト２３を介して上方の天井裏空間６を経由して機械室５に還気する。
【００２７】
１階の外壁１２には、外壁下端部を建物内方に屈曲して水平面上に位置する軒天井１３が内壁１１に隣接する外壁１２の全幅に亘って形成されており、この軒天井１３の略全領域に下向きの外気導入口３１が形成され、格子等の比較的孔径の大きい有孔板で被覆されている。この有孔板は虫の侵入を防ぐため防虫網で覆うとよい。
これらの構成により、導入外気の流れ方向を水平方向としないで、またその流速を遅くして、外気導入口３１に雪が付着せず、かつ外気導入室３内に雪が誘引されない構造としている。
【００２８】
この外気導入室３には、軒天井１３から下方に延びる外壁１２と内壁１１とその間の外気導入室天井に形成された垂れ壁３４によりなる蛇行路（図３参照）が構成されている。
この構成により、仮に外気導入口３１から雪が誘引されたとしても、雪はこの蛇行路に捕捉されて外気還気混合室４に進入することはない。
下向きの外気導入口３１と蛇行路とによってスノートラップが構成され、外気導入口３１へ雪が付着すること及び雪が外気還気混合室４に進入することが防止されている。
【００２９】
寒冷地型外気冷房用建物１が臨海部に立地する場合は、垂れ壁３４と内壁１１の間に除塩フィルター３２を設け、塩を除去して空調設備やサーバー室内の機器類に錆びが発生しないようにすることが好ましい。
なお、外気導入室３は内壁１１と外壁１２の間に構築された鉄筋コンクリート製の室であるので、氷点下の外気に曝されても結露することはない。
【００３０】
外気還気混合室４は、その床に形成された開度調整可能なダンパーを有する外気吸気口３３から吸気される外気（ＯＡ）と、天井に形成された開度調整可能なダンパーを有する還気供給口５３から吸気される還気（ＲＡ）とを混合して給気（ＳＡ）を生成するものである。
【００３１】
外気還気混合室４は、サーバー等の電子機器が配設されることとなる熱発生源収容室２の下階の内壁１１と外壁１２の間に配置されていることから、仮に外気還気混合室４内部に結露が発生しても、熱発生源収容室２に漏水することはないので、電子機器の動作不良や故障が発生することはない。
結露に対する対策としては、外気還気混合室４の床に排水口を形成し、結露水は排水口に接続されたドレン管を介して建物外部に排出するようにしておくとよい（図示省略）。
【００３２】
機械室５は、上記したように天井裏空間６と連通している。また、機械室５は外壁１２に形成された排気口５４２を介して建物外部と連通し、床に形成された還気供給口５３と混合空気吸気口４１を介して外気還気混合室４と連通されている。
本実施例においては、機械室５は給気経路と還気経路とが区画可能とされている。
具体的には、設備されることとなる空調機５１の筐体の下面は開放されていて、給気は外気還気混合室４の天井に形成された混合空気吸気口４１と上記した筐体の開放部を介して空調機５１に給気される。その筐体内部が給気経路となり、筐体外部が還気経路を構成することとなる。
【００３３】
熱発生源収容室２内の電子機器は、無停電電源装置から電力を供給されているが、空調設備、照明設備等の一般的な電源は、何らかの事情により停電することがあり得る。
このため本実施例では、停電時に空調機の送風機が運転されない場合に備え、熱発生源収容室２の床下の外気還気混合室４に隣接する部位に迂回給気室７を形成し、外気還気混合室４の床及び内壁１１にそれぞれ非常電源にて駆動されるモータダンパーを有する開口４２．４３を形成した。
なお本実施例では、排気装置５４の排気ファン５４１より外壁寄り位置の筐体にも、非常電源にて駆動されるモータダンパーを備えた開口５４３を形成している。
【００３４】
以上においては、２階建ての寒冷地型外気冷房用建物の実施例について説明したが、本発明は偶数階の建物であれば何階建てでもよい。要は、奇数階の外壁に軒天井１３を形成して下向きの外気導入口３１を構成するとともに、当該フロアを電気室、機械室、事務室等として利用し、その上階の偶数階に熱発生源収容室を配設すればよいものである。
【００３５】
また、本実施例においては、機械室５からの給気は、空調機５１の給気ダクト６１を介して熱発生源収容室２に送風しているが、図示を省略する二重床下から、あるいは、天井裏空間６から送風してもよい。
要は、建物躯体として熱発生源収容室に給気でき、同室から還気することができる連通構造を有していればよい。
【００３６】
≪外気単独冷房運転例≫
本発明を標準気温冬季-20℃〜夏季32℃の海に近い降雪地帯に立地したときの外気単独冷房運転の例について、主として図３を参照して概説する。
外気単独冷房の為、SA条件は規定範囲を広げ、SA＝20℃〜32℃の範囲としている。
したがって、外気の温度範囲が−20℃〜19℃においては、RAとのミキシングにより、SA＝20℃程度とする。一方外気が20℃〜32℃においては、ミキシング無しとし、100％外気を供給することとしている。
以上のことから、本発明は、−20℃〜32℃程度が外気単独冷房可能な温度範囲条件と想定している。
【００３７】
RA条件については、これも規定範囲を広げRA＝25℃〜40℃程度に調整することとしている。
RA温度は、サーバーの発熱量にも左右されて変化するのでRAは正確には規定できないが、夏季におけるSAとRAの標準的な温度差は８℃であり、許容できるSAとRAの温度差は、5℃〜15℃程度と考えている。
【００３８】
降雪期においては、外気導入口が雪に塞がれ、外気導入口から雪が進入することが問題となる。
このため外気導入室３には、外壁の軒天井１３に形成された下向き開口部３１から外気が導入される構造として、導入される外気の室内通過風速が0.5〜1.0m/s程度となるように、開口部の開口率を決めているので、開口部に雪が付着することがなく、雪が外気導入室内に誘引されることもない。
仮に外気導入室内に雪が進入したとしても、本発明のスノートラップ構造により外気還気混合室内に進入することはない。
【００３９】
外気の温度範囲が20℃〜32℃にあるときは、白抜きで示される外気と灰色で示される還気の混合は行わないで、還気供給口５３の開度調整可能なダンパーを閉じて還気の全量を室外に排気し、外気のみを空調機５１、給気ダクト６１を介して熱発生源収容室２に供給する。
夏季の最高気温条件では、SAとRAの差は8℃しかないので、給気量を最大にする。
外気の温度範囲が-20℃〜19℃にあるときは、外気吸気口３３と還気供給口５３のダンパーの開度を調整することにより外気量と還気量を調整してミキシングしてSA温度を20℃まで上げる。このときは当然、開口４２．４３．５４３のモータダンパーは閉じられている。
【００４０】
外気（OA）と還気（RA）がミキシングされあるいはミキシングされないで空調機５１に供給されたSAは、湿度調整器（気化式加湿器）５１１にて加湿された上で給気ファン５１２の駆動により給気ダクト６１を介して熱発生源収容室２に供給され、外気単独で多量の熱を発生する室内を冷房することができる。
【００４１】
加熱されたRAは、熱発生源収容室２の天井空間６を介して機械室５に還気され、その一部又は全部が室外に排気され、残余が外気還気混合室４に供給される。
【００４２】
以上は、通常時の冷房運転の例であるが、停電時における実施例について図４を参照して概説する。
機械室５の空調機５１の給気ファン５１２と排気装置５４の排気ファン５４１が作動しないことを想定して、非常電源にて外気還気混合室４の床と内壁に形成された開口４２．４３と排気装置５４の筐体に形成された開口５４３のモータダンパーを開にして、熱発生源収容室の床に形成した給気導入用開口２２から、自然換気機能によりSAを熱発生源収容室２内に供給し、天井裏空間６と機械室５を経由して排気装置５４の排気口５４２から排気して、電子機器の温度上昇を最低限に抑制することとしている。
【００４３】
本発明の寒冷地型外気冷房用建物を年間最高標準温度３２℃程度の降雪地帯に立地するときは、地吹雪が吹いても大面積の外気導入口３１に雪が付着することもなく、外気のみで熱発生源収容室２を冷房することができるが、年間最高標準温度がこれよりも高い地域に立地しようとするときは、通常の冷凍機、熱交換器等からなる冷房装置を付加的に設置すれば、夏季においても外気を主体として冷房可能である。
このように本発明の寒冷地型外気冷房用建物は、外気単独で通年冷房可能で省エネルギーに大きく貢献することができる優れた建物である。
【符号の説明】
【００４４】
１    寒冷地型外気冷房用建物
１１    内壁
１２    外壁
１３    軒天井
２    熱発生源収容室
２１    熱発生源（サーバー）
２２    給気導入用開口
２３    還気ダクト
３    外気導入室（スノートラップ）
３１    外気導入口
３２    除塩フィルター
３３    外気吸気口（開度調整可）
３４    垂れ壁
４    外気還気混合室
４１    混合空気吸気口
４２    ダンパー付開口
４３    ダンパー付開口
５    機械室
５１    空調機
５１１    湿度調整器（気化式加湿器）
５１２    給気ファン
５３    還気供給口（開度調整可）
５４    排気装置
５４１    排気ファン
５４２    排気口
５４３    ダンパー付開口
６    天井裏空間
６１    冷却空気ダクト
７    迂回給気室
８    ピット
【図１】
0005463227.tif 000002
【図２】
0005463227.tif 000003
【図３】
0005463227.tif 000004
【図４】
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