(57)【要約】【課題】通年、室温が略一定温度に維持される建物において、室温を略一定温度に維持するためのエネルギー消費を抑制することである。【解決手段】室温が略一定温度に維持される建物の外壁Ｈに用いられる熱通過率調整壁システム１であって、外壁Ｈに埋設された壁内配管１０と、壁内配管１０に接続され、壁内配管１０に空気または水を送入する送入管２０と、壁内配管１０に接続され、壁内配管１０から空気または水を排出する排出管３０と、送入管２０に空気または水のいずれかを供給するポンプ６０と、外気温を検出する外気温センサ９１と、室温及び外気温に基づいてポンプ４０を制御する制御部９０とを備え、制御部９０は、外気温が室温よりも低く、かつ、室温と外気温との温度差が液体入換温度差以上である場合、壁内配管１０に水を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室温が略一定温度に維持される建物の外壁に用いられる熱通過率を調整可能な壁システムであって、
前記外壁に埋設された壁内配管と、
前記壁内配管に接続され、前記壁内配管に気体または液体を送入する送入管と、
前記壁内配管に接続され、前記壁内配管から前記気体または前記液体を排出する排出管と、
前記送入管に接続され、前記送入管に前記気体または前記液体のいずれかを供給するポンプと、
外気温を検出する外気温検出器と、
前記室温及び前記外気温に基づいて前記ポンプを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記外気温が前記室温よりも低く、かつ、前記室温と前記外気温との温度差が液体入換温度差以上である場合、前記壁内配管に前記液体を供給することを特徴とする熱通過率を調整可能な壁システム。
【請求項２】
請求項１に記載の熱通過率を調整可能な壁システムであって、
前記外気温は、所定期間における平均外気温を用いることを特徴とする熱通過率を調整可能な壁システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱通過率を調整可能な壁システムであって、
前記排出管に設けられた開閉弁を備え、
前記制御部は、前記壁内配管が前記液体で満たされた後、前記開閉弁を閉じることを特徴とする熱通過率を調整可能な壁システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱通過率を調整可能な壁システムであって、
前記制御部は、前記外気温が前記室温よりも高く、かつ、前記室温と前記外気温との温度差が気体入換温度差以上である場合、前記壁内配管に前記気体を供給することを特徴とする熱通過率を調整可能な壁システム。
【請求項５】
請求項４に記載の熱通過率を調整可能な壁システムであって、
前記制御部は、前記壁内配管が前記気体で満たされた後、前記気体の供給を所定時間継続することを特徴とする熱通過率を調整可能な壁システム。
【請求項６】
請求項４または５に記載の熱通過率を調整可能な壁システムであって、
前記排出管に接続され、前記壁内配管の内部の空気を吸引する吸引ポンプを備え、
前記制御部は、前記壁内配管が前記気体で満たされた後、前記吸引ポンプを駆動することを特徴とする熱通過率を調整可能な壁システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱通過率を調整可能な壁システムに関し、特に、室温が略一定温度に維持される建物の外壁に用いられる熱通過率を調整可能な壁システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
建物においては、室温を略一定温度に維持するために、空調設備により冷暖房が行われている。また、建物の外壁に断熱材を埋設する構造や二重窓構造等を採用することにより、外部から室内への熱侵入を抑制し、または、室内から外部への熱流出を抑制して、空調設備による冷暖房の効率を向上している。
【０００３】
さらに、空間を挟んだ二重ガラスで窓を水密に構成した窓ユニットに、内部に流体流路を有する壁ユニットを隣接させて両ユニットにより単位ユニットを構成し、この単位ユニットにより建物の外壁を構成するとともに、この単位ユニットに熱伝導率及び遮光性の相違する複数種類の流体を供給する発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の発明によれば、建物内外の気温を検出する気温検出器と、日射量を検出する日射量検出器とからの検出値に基づいて単位ユニットに供給する流体を制御して、建物の外壁の熱通過率を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０１−２６８９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
オフィスビル等の建物の室内では、多数のパソコンや照明が使用されている。近年では、これらパソコンや照明等からの発熱が増加しており、冬季においても室内を冷房する必要が生じる場合がある。特に、多数のサーバが設置されているデータセンターでは、サーバ等の機器が高密度実装化されることに伴い、サーバ等からの発熱が増加しており、通年において室内を冷房している。すなわち、冬季でも室内を冷房する必要がある。このため、冷房に関するエネルギー消費が増加している。
【０００６】
そこで、本発明では、通年、室温が略一定温度に維持される建物において、室温を略一定温度に維持するためのエネルギー消費を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の熱通過率を調整可能な壁システムは、室温が略一定温度に維持される建物の外壁に用いられる熱通過率を調整可能な壁システムであって、前記外壁に埋設された壁内配管と、前記壁内配管に接続され、前記壁内配管に気体または液体を送入する送入管と、前記壁内配管に接続され、前記壁内配管から前記気体または前記液体を排出する排出管と、前記送入管に接続され、前記送入管に前記気体または前記液体のいずれかを供給するポンプと、外気温を検出する外気温検出器と、前記室温及び前記外気温に基づいて前記ポンプを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記外気温が前記室温よりも低く、かつ、前記室温と前記外気温との温度差が液体入換温度差以上である場合、前記壁内配管に前記液体を供給することを特徴とする。また、前記外気温は所定期間における平均外気温を用いることを特徴とする。
【０００８】
また、熱通過率を調整可能な壁システムが、前記排出管に設けられた開閉弁を備え、前記制御部は、前記壁内配管が前記液体で満たされた後、前記開閉弁を閉じることを特徴とする。
【０００９】
また、熱通過率を調整可能な壁システムであって、前記制御部は、前記外気温が前記室温よりも高く、かつ、前記室温と前記外気温との温度差が気体入換温度差以上である場合、前記壁内配管に前記気体を供給することを特徴とする。
【００１０】
また、熱通過率を調整可能な壁システムであって、前記制御部は、前記壁内配管が前記気体で満たされた後、前記気体の供給を所定時間継続することを特徴とする。
【００１１】
また、熱通過率を調整可能な壁システムが、前記排出管に接続され、前記壁内配管の内部の空気を吸引する吸引ポンプを備え、前記制御部は、前記壁内配管が前記気体で満たされた後、前記吸引ポンプを駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、通年、室温が略一定温度に維持される建物において、室温を略一定温度に維持するためのエネルギー消費を抑制することができる。特に、データセンター等では、通年において空調機を使用しており、外気温が高温である場合、外壁の断熱性を高めて空調に係るエネルギー消費を抑制することができ、また、外気温が低温である場合、外壁の熱伝導性を高めて空調に係るエネルギー消費を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態である熱通過率を調整可能な壁システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】外壁の概略構成を示す外壁の部分拡大図である。
【図３】熱通過率を調整可能な壁システムによる熱移動を説明する模式図である。
【図４】壁内配管内の空気を水に入れ換える場合の制御フローチャートである。
【図５】壁内配管内の水を空気に入れ換える場合の制御フローチャートである。
【図６】第２の実施形態である熱通過率を調整可能な壁システムの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の実施形態の熱通過率調整壁システム１について図１〜５を参照して説明する。まず、熱通過率調整壁システム１が用いられる建物であるデータセンターについて説明する。データセンターには、高密度実装化された多数のサーバが設置されている。これらサーバは常時稼働しており稼働に伴い発熱する。このため、サーバが設置されている室内（サーバルーム）を空調機９２により常時冷房している。すなわち、通年において、室温を略一定温度に維持している。
【００１５】
図１に示すように、熱通過率調整壁システム１は、データセンターの外壁Ｈに埋設された壁内配管１０と、壁内配管１０に空気（液体）または水（液体）を送入する送入管２０と、壁内配管１０から空気または水を排出する排出管３０と、壁内配管１０に供給する水を貯留する水タンク４０と、壁内配管１０に空気を供給するための室内連通管５０と、壁内配管１０に空気または水のいずれかを供給するポンプ６０と、ポンプ６０への空気または水の流路を切り換える切換弁７０と、排出管３０を開閉する開閉弁８０と、ポンプ６０、切換弁７０及び開閉弁８０の作動を制御する制御部９０とを備えている。
【００１６】
図１、２に示すように、壁内配管１０は、金属製のパイプから構成されており、コンクリート製の外壁Ｈの上下方向に延在する複数の上下配管１１と、外壁Ｈの横方向に延在する一対の横配管１２ａ，１２ｂとを有している。上下配管１１の下端は、横配管１２ａにそれぞれ接続している。また、上下配管１１の上端は、横配管１２ｂにそれぞれ接続している。なお、図１、２において、外壁Ｈに対して上下方向、横方向と規定しているが、図１で言う上下配管１１を横方向に配設し、横配管１２ａ，１２ｂを上下方向に配設してもよい。また、上下配管１１及び横配管１２ａ，１２ｂを格子状に配設してもよい。
【００１７】
横配管１２ａ，１２ｂの各一端は、外壁Ｈから外部に延出しており、横配管１２ａの一端は送入管２０に接続されている。また、横配管１２ｂは排出管３０に接続されている。
【００１８】
送入管２０には、ポンプ６０が配設されている。また、送入管２０のポンプ６０の上流側には水タンク４０と室内連通管５０とが切換弁７０を介して接続されている。
【００１９】
水タンク４０には水が貯留されている。本実施形態では液体として水を使用しているが、水の他に、熱伝導度が高い液体を使用してもよい。熱伝導度が高い液体として、例えば、四塩化炭素、エチレングリコール、ベンゼン等を使用することができる。
【００２０】
室内連通管５０は、データセンターの室内に接続されており、この室内の空気を取り込むことができる。ポンプ６０は、水供給と空気供給との両方に対応している。
【００２１】
切換弁７０は、通常時にはポンプ６０と室内連通管５０とを接続しており、作動時にはポンプ６０と水タンク４０とを接続する。すなわち、切換弁７０は、作動すると、ポンプ６０への接続を室内連通管５０から水タンク４０に切り換える。
【００２２】
排出管３０の排出端３１は、水タンク４０に接続されており、この排出端３１から排出される水を水タンク４０に戻す。また、空気が排出される場合には、空気は排出端３１から図示しない流路を介して外部に排出される。排出管３０には開閉弁８０が配設されている。開閉弁８０は、通常時には開弁して排出管３０の流路を開いており、作動時には閉弁して排出管３０の流路を閉じる。
【００２３】
ポンプ６０、切換弁７０及び開閉弁８０は、制御部９０に電気的に接続されており、この制御部９０によってその作動を制御される。制御部９０には、外気温を検出する外気温センサ９１が接続されており、外気温情報が入力される。また、制御部９０は、データセンターの室内の空調機９２に接続されており、空調機９２から室温情報が入力される。このように室温情報は、空調機９２から入手してもよいし、室内に室温検出センサを設置して、この室温検出センサから入手してもよい。制御部９０は、外気温センサ９１からの外気温情報及び空調機９２から室温情報に基づいて、ポンプ６０、切換弁７０及び開閉弁８０の作動を制御する。
【００２４】
次に、熱通過率調整壁システム１の制御、すなわち、壁内配管１０への空気または水の入れ換え制御について説明する。まず、熱通過率調整壁システム１の機能について説明する。図３は、壁内配管１０に空気または水を充填したときの外壁Ｈの熱伝達性を説明する模式図であり、図３（Ａ）は壁内配管１０に空気が充填された状態を示し、図３（Ｂ）は壁内配管１０に水が充填された状態を示す。
【００２５】
図３（Ａ）に示す壁内配管１０に空気が充填されている状態と、図３（Ｂ）に示す壁内配管１０に水が充填されている状態とでは、空気の熱伝導率が約０．０２６Ｗ／ｍＫであるのに対し、水の熱伝導率が約０．６１０Ｗ／ｍＫであるので、図３（Ａ）に示す状態は、図３（Ｂ）に示す状態に比べて断熱性が高い。一方、図３（Ｂ）に示す状態は、図３（Ａ）に示す状態に比べて熱伝達性が高い。
【００２６】
すなわち、室内と外部との間に温度勾配がある場合、図３（Ａ）に示す状態では、壁内配管１０に空気によって高温（外気温）から低温（室温）への熱移動が抑制され、図３（Ｂ）に示す状態では、壁内配管１０に水によって高温（室温）から低温（外気温）に熱移動が促進される。
【００２７】
次に、図４を参照して、壁内配管１０の空気から水への入れ換え制御について説明する。図４は、外気温が低温になった場合、例えば、冬季等の場合に、壁内配管１０の内部の空気を水に入れ換える制御を示す。
【００２８】
図４におけるステップＳ１０では、平均室温Ｔｒと平均外気温Ｔｏとを取得する。平均室温Ｔｒは、空調機９２から入力される室温情報の平均温度を算出することによって取得する。室温は、通年を通して略一定温度に維持されていることから、その平均室温Ｔｒも略一定温度であり、例えば、約２５℃に設定されている。
【００２９】
また、平均外気温Ｔｏは、所定期間、例えば、１週間の外気温を取得して、それら外気温に基づいて平均外気温Ｔｏを算出する。外気温は、朝、昼、夜等の時間に応じて変化するものであり、また季節の移り変わりによっても変化する。このため、所定期間における平均を算出して外気温を判断する。なお、平均外気温Ｔｏは、気象庁の平均温度情報等を用いて取得してもよい。
【００３０】
ステップＳ１１では、平均室温Ｔｒと平均外気温Ｔｏとの温度差ΔＴを算出して、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、平均室温Ｔｒと平均外気温Ｔｏとを比較して、平均室温Ｔｒが平均外気温Ｔｏよりも高いか否かを判断する。すなわち、平均室温Ｔｒが平均外気温Ｔｏよりも高い場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ１３に進む。また、平均室温Ｔｒが平均外気温Ｔｏよりも高くない場合（Ｎｏ）すなわち、平均室温Ｔｒが平均外気温Ｔｏ以下である場合、エンドに進みフローチャートを終了する。
【００３１】
ステップＳ１３では、温度差ΔＴと水入換温度差ＴＡ（液体入換温度差）とを比較して、温度差ΔＴが水入換温度差ＴＡ以上であるか否かを判断する。すなわち、温度差ΔＴが水入換温度差ＴＡ以上である場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ１４に進む。また、温度差ΔＴが水入換温度差ＴＡ未満である場合（Ｎｏ）、エンドに進みフローチャートを終了する。
【００３２】
ここで、水入換温度差ＴＡについて説明する。水入換温度差ＴＡは、壁内配管１０に水を供給するか否かを判断するため温度差であり、例えば、１０℃に設定されている。本実施形態では、平均室温Ｔｒが約２５℃であるので、平均外気温Ｔｏが約１５℃を下回った場合に、ステップＳ１４に進む。
【００３３】
ステップＳ１４では、開閉弁８０を作動して排出管３０の流路を開き、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、切換弁７０を作動してポンプ６０への接続を水タンク４０に切り換えてステップＳ１６に進む。
【００３４】
ステップＳ１６では、ポンプ６０を作動して水タンク４０の内部の水を送入管２０を介して壁内配管１０に供給する。続くステップＳ１７では、壁内配管１０に水が充填されたかを確認する。例えば、壁内配管１０に水の有無を検出する水検出センサを設けて、このセンサからの検出結果に基づいて、壁内配管１０内への水充填を確認してもよい。ここでは、壁内配管１０に水が充填されるまで、ポンプ６０による水の供給を継続し、壁内配管１０に水が充填されたことが確認された場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ１８に進む。
【００３５】
ステップＳ１８では、ポンプ６０の作動を停止して、ステップＳ１９に進み、開閉弁８０の作動を停止して排出管３０の流路を閉じる。
【００３６】
この一連の制御によって、壁内配管１０の内部に水が充填されて、ポンプ６０及び開閉弁８０が停止されることによって、壁内配管１０は密閉されて、壁内配管１０の内部は水が充填された状態となる。この状態では、室温が約２５℃、外気温が約１５℃未満であり、壁内配管１０の内部に水が充填されて密閉されているので、室温が外壁Ｈ（壁内配管１０の内部の水）を熱伝達して外気に放出される。これにより、室内を冷房する空調機９２の負荷が低減される。
【００３７】
すなわち、冬季等において、平均外気温Ｔｏが平均室温Ｔｒよりも大きく低い場合には、その外気を利用して、室内の熱を建物外に放出することにより室温を下げて、空調機９２に係るエネルギー消費を抑制することができる。
【００３８】
次に、図５を参照して、壁内配管１０の内部の水を空気に入れ換える制御について説明する。図５は、室温よりも外気温のほうが高くなった場合において、壁内配管１０の内部を水から空気に入れ換える制御を示す。
【００３９】
図５におけるステップＳ２０，Ｓ２１では、図４におけるステップＳ１０，Ｓ１１と同様に、平均室温Ｔｒ及び平均外気温Ｔｏを取得して、平均室温Ｔｒと平均外気温Ｔｏとの温度差ΔＴを算出してステップＳ２２に進む。
【００４０】
ステップＳ２２では、平均室温Ｔｒと平均外気温Ｔｏとを比較して、平均室温Ｔｒが平均外気温Ｔｏよりも低いか否かを判断する。すなわち、平均室温Ｔｒが平均外気温Ｔｏよりも低い場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ２３に進み、平均室温Ｔｒが平均外気温Ｔｏ以上の場合（Ｎｏ）、フローチャートを終了する。
【００４１】
ステップＳ２３では、温度差ΔＴと空気入換温度差ＴＢ（気体入換温度差）とを比較して、温度差ΔＴが空気入換温度差ＴＢ以上であるか否かを判断する。すなわち、温度差ΔＴが空気入換温度差ＴＢ以上である場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ２４に進み、温度差ΔＴが空気入換温度差ＴＢよりも大きくない場合（Ｎｏ）、フローチャートを終了する。
【００４２】
ここで、空気入換温度差ＴＢについて説明する。空気入換温度差ＴＢは、壁内配管１０に空気を供給するか否かを判断するため温度差であり、例えば、５℃に設定されている。本実施形態では、平均室温Ｔｒが約２５℃であるので、平均外気温Ｔｏが約３０℃以上である場合に、ステップＳ２４に進む。
【００４３】
ステップＳ２４では開閉弁８０を作動して排出管３０の流路を開き、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、切換弁７０を作動してポンプ６０への接続を室内連通管５０に切り換えてステップＳ２６に進む。
【００４４】
ステップＳ２６では、ポンプ６０を作動して室内連通管５０からの空気を壁内配管１０に供給する。壁内配管１０に空気が供給されることによって、壁内配管１０内の水が、排出管３０から水タンク４０に排出される。
【００４５】
ステップＳ２７では、壁内配管１０に空気が充填されたかを確認する。例えば、上述した水検出センサからの検出結果に基づいて、壁内配管１０の内部の水が排出されたことを確認してもよい。壁内配管１０の内部の水が排出された後、所定時間の間、ポンプ６０の作動を継続する。所定時間の間、ポンプ６０の作動を継続することによって、壁内配管１０の内部を乾燥することができる。なお、壁内配管１０に湿度センサを設けて、壁内配管１０の内部が乾燥状態となったことを確認してもよい。
【００４６】
壁内配管１０の内部を乾燥するまで、ポンプ６０により空気の供給を継続し、壁内配管１０の内部が乾燥したことが確認された場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ２８に進む。ステップＳ２８ではポンプ６０の作動を停止し、続くステップＳ２９では開閉弁８０の作動を停止して排出管３０の流路を閉じる。
【００４７】
この一連の制御によって、壁内配管１０の内部に空気が充填されて、ポンプ６０及び開閉弁８０が停止されることによって、壁内配管１０は密閉されて、壁内配管１０の内部は乾燥状態、かつ、空気が充填された状態となる。この状態では、室温が約２５℃、外気温が約３０℃以上であり、壁内配管１０に空気が充填されて密閉されているので、建物外の熱が外壁Ｈ（壁内配管１０の内部の空気）により断熱される。これにより、室内を冷房する空調機９２の負荷が低減される。
【００４８】
すなわち、室温よりも外気温が大きく高い場合、すなわち、建物外が高温である場合には、建物外の熱を断熱することによって、室温が上昇することを抑制して、空調機９２に係るエネルギー消費を抑制することができる。
【００４９】
このように、通年、室温が略一定温度に維持される建物において、室温よりも外気温が低温である場合、壁内配管１０に水を充填することにより、室内の熱が外部に効率よく熱伝達される。また、室温よりも外気温が高温である場合、壁内配管１０に空気を充填することにより、外部の熱が断熱される。その結果、空調機９２による、室温を略一定温度に維持するためエネルギー消費を抑制することができる。
【００５０】
次に、第２の実施形態について図６を参照して説明する。図６において、図１と同様の構成については同符号を付して、その説明を省略する。図６に示すように、熱通過率調整壁システム２は、熱通過率調整壁システム１の構成に対して、排出管３０の下流側の構成が相違している。
【００５１】
排出管３０の開閉弁８０の下流側には、排出管３０の流路を分岐管３５または水タンク４０に切り換える切換弁８５が配設されている。切換弁８５は、開閉弁８０と同様に制御部９０に電気的に接続されており、その作動を制御される。切換弁８５は作動すると、排出管３０の流路を水タンク４０から分岐管３５に切り換える。
【００５２】
分岐管３５は外部に連通しており、この分岐管３５には、壁内配管１０の内部の空気を吸引する吸引ポンプ６５が配設されている。吸引ポンプ６５は、ポンプ６０と同様に制御部９０に電気的に接続されており、その作動を制御される。
【００５３】
熱通過率調整壁システム２の制御について説明する。熱通過率調整壁システム２では、壁内配管１０に水を充填する場合、切換弁８５は、排出管３０を水タンク４０に接続しているので、熱通過率調整壁システム１と同様の構成となり、熱通過率調整壁システム１の制御と同様の制御を行う。
【００５４】
一方、壁内配管１０に空気を充填する場合、壁内配管１０の内部が乾燥するまで、ポンプ６０により空気の供給を継続する。そして、壁内配管１０の内部が乾燥したことが確認された後、ポンプ６０を停止する。ポンプ６０が停止されることにより、送入管２０は閉鎖される。
【００５５】
次に、切換弁８５を作動して、排出管３０の流路を分岐管３５に切り換える。続いて、吸引ポンプ６５を作動して、壁内配管１０の内部の空気を吸引する。壁内配管１０の内部の空気が吸引されることによって、壁内配管１０の内部は陰圧となる。吸引ポンプ６５の作動を継続して、壁内配管１０の内部を陰圧状態に維持する。なお、開閉弁８０を停止するとともに吸引ポンプ６５を停止して、壁内配管１０の内部を陰圧状態として封止してもよい。
【００５６】
このように、壁内配管１０の内部を陰圧とすることによって、壁内配管１０の内部を大気圧よりも低い圧力とすることができ、大気圧の空気で断熱するよりも断熱効果を向上することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１，２  熱通過率調整壁システム、１０  壁内配管、１１  上下配管、１２ａ，１２ｂ  横配管、２０  送入管、３０  排出管、３１  排出端、３５  分岐管、４０  水タンク、５０  室内連通管、６０  ポンプ、６５  吸引ポンプ、７０，８５  切換弁、８０  開閉弁、９０  制御部、９１  外気温センサ、９２  空調機、Ｈ  外壁、ＴＡ  水入換温度差、ＴＢ  空気入換温度差、Ｔｏ  平均外気温、Ｔｒ  平均室温、ΔＴ  温度差。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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