(57)【要約】構造物５０内の熱負荷体の温度を制御する方法は、熱容量が大きい構造部材１０を設けるステップを含み、熱負荷体の温度が、構造部材１０及び熱負荷体の間における熱エネルギー伝達を可能にすることによって制御される。この方法は、構造部材１０に、供給空気を受け入れる少なくとも１つのダクト１８と、供給空気をダクト１８から熱負荷体まで流すことを可能にする出口２６とを設け、それによって、ダクト１８に沿って流れる空気及び熱負荷体の間における対流熱エネルギー伝達を可能にするステップを含み、ダクト１８に沿って流れる空気及び熱負荷体の間における熱エネルギー伝達が、ダクト１８に沿って流れる空気の温度を調節することによって制御される。この方法は、ダクト１８内に熱エネルギー伝達流体を搬送するための導管３２を設けるステップをさらに含み、導管３２は、構造部材１０のダクト１８及びダクト１８を流通する空気と熱的に接触する。
2011523021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物内の熱負荷体の温度を制御する方法であって、熱容量が大きい構造部材を設けるステップを含み、前記熱負荷体の温度が、前記構造部材及び前記熱負荷体の間における熱エネルギー伝達を可能にすることによって制御され、該方法が、前記構造部材に、供給空気を受け入れる少なくとも１つのダクトと、前記供給空気を前記ダクトから前記熱負荷体まで流すことを可能にする出口とを設け、それによって、前記ダクトに沿って流れる前記空気及び前記熱負荷体の間における対流熱エネルギー伝達を可能にするステップを含み、前記ダクトに沿って流れる前記空気及び前記熱負荷体の間における前記熱エネルギー伝達は、前記ダクトに沿って流れる前記空気の温度を調節することによって制御され、該方法が、前記ダクト内に熱エネルギー伝達流体を搬送するための導管を設けるステップをさらに含み、前記導管が、前記構造部材の前記ダクト及び前記ダクトを流通する前記空気と熱的に接触する、方法。
【請求項２】
前記ダクトに沿って流れる前記空気の温度は、熱エネルギー伝達流体を前記導管に沿って流し、且つ前記ダクトに沿って流れる前記空気及び前記熱エネルギー伝達流体の間における熱エネルギー伝達を可能にすることによって、調節される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記構造部材及び前記熱負荷体の間における放射熱エネルギー伝達を可能にするステップを含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記構造部材及び前記熱負荷体の間における熱エネルギー伝達速度は、前記構造部材の温度とは異なる温度で熱エネルギー伝達流体を前記導管に流通させ且つ前記構造部材及び前記流体の間における熱エネルギー伝達を可能にすることによって、前記構造部材の温度を調節することにより調節される請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記構造部材及び前記熱負荷体の間における前記熱エネルギー伝達速度は、前記構造部材の温度とは異なる温度で熱エネルギー伝達流体を前記導管に流通させ且つ前記構造部材及び前記流体の間における熱エネルギー伝達を可能にすることによって、上昇される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記熱エネルギー伝達流体が前記構造部材に入る前に前記熱エネルギー伝達流体の温度を調節するステップを含む請求項２〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記構造部材及び前記熱負荷体の間、並びに前記構造部材を流通する前記空気及び前記熱負荷体の間における熱エネルギー伝達の相対量を調節するステップを含む請求項２〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
実質的に本明細書に記載され且つ／又は添付図面に示される熱負荷体の温度を制御する方法。
【請求項９】
熱負荷体の温度を制御する温度制御装置であって、構造部材を備え、前記構造部材は、空気が前記構造部材と熱的に接触して流通することができる少なくとも１つの中空ダクトを有し、前記構造部材はまた、前記ダクトを流通させる空気を受け入れる入口と、前記ダクトを流通した空気が前記構造部材から出ることができる出口とを有し、前記構造部材は、熱エネルギー伝達流体を搬送するための導管をさらに有し、前記導管は、前記構造部材及び前記ダクトを流通する空気と熱的に接触するように、前記ダクトの中に配置される、温度制御装置。
【請求項１０】
前記構造部材が、熱容量が大きい材料を含む請求項９に記載の温度制御装置。
【請求項１１】
前記構造部材がコンクリートから製造される請求項９または１０に記載の温度制御装置。
【請求項１２】
前記構造部材が複数の実質的に横に並んだダクトを有し、各ダクトはその長さの大部分にわたってリブによって隣り合うダクトから分離され、前記ダクトの各々が前記リブの開口部を介して隣り合うダクトと連通可能である請求項９〜１１のいずれか一項に記載の温度制御装置。
【請求項１３】
前記ダクト及び前記開口部が、前記入口と前記出口との間に「蛇行する」通路を形成する請求項１２に記載の温度制御装置。
【請求項１４】
前記導管が前記ダクトの基部の近くに配置される請求項１２または１３に記載の温度制御装置。
【請求項１５】
前記導管が可撓性を有する請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の温度制御装置。
【請求項１６】
前記熱エネルギー伝達流体が液体である請求項１〜１５のいずれか一項に記載の温度制御装置。
【請求項１７】
前記熱エネルギー伝達流体が主に水である請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の温度制御装置。
【請求項１８】
実質的に本明細書に記載され且つ／又は添付図面に示される温度制御装置。
【請求項１９】
前記構造部材にダクトを成型するステップを含む請求項９〜１８のいずれか一項に記載の温度制御装置を製造する方法。
【請求項２０】
アクセス開口部を介して前記ダクトの中に前記導管を送り込むステップを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記導管を前記ダクトと熱的に接触した状態で維持するために、材料の層に前記導管を埋め込むステップを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
実質的に本明細書に記載され且つ／又は添付図面に示される温度制御装置を構成する方法。
【請求項２３】
請求項９〜１８のいずれか一項に記載の温度制御装置を有する構造物。
【請求項２４】
建物である請求項２３に記載の構造物。
【請求項２５】
前記温度制御装置の前記構造部材が、前記構造物の床及び天井のうちの少なくとも１つの一部を形成する請求項２４に記載の構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱負荷体（thermal load）の温度を変える装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物内で、中にいる人が快適であるために、実質的に一定な空気の温度を維持することが好ましい。例えば、建物における、中にいる人の数、日射取得、及び使用されている電気機器の数量によって、建物内の空気の温度は上昇する可能性があり、中にいる人が不快に感じるようになる。日ごとの温度の変動及び季節的な温度の変動もまた、建物内の空気の温度に影響を与える、そして、建物内部の空気の温度を変更するための暖房ユニット及び／又は空調ユニットを設けることによって、これら温度変動を克服しようとすることが知られている。
【０００３】
構造物の中の空気及び／又は物（すなわち、構造物の熱負荷体）の温度を変える既知の方法は、構造部材の中空コアを利用しており、こうしたコアは、そのような構造部材の重量を低減するために設けられている。こうした中空コアの部材は、構造体を構築するために使用されることが多く、例えば、壁、天井及び床のうちの任意のものの全て又は一部を形成する。外部の周囲空気は、１つ以上の構造部材の中空コアのうちの少なくともいくつかを通過し、建物の構造部材から部屋（又は複数の部屋）の中に流れることができ、それによって、その周囲空気は、部屋（又は複数の部屋）の内部の空気と熱エネルギーを交換することができ、それ故、部屋（又は複数の部屋）の内部の空気の温度を別の温度に変えることができる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明によれば、構造物内の熱負荷体の温度を制御する方法が提供される。この方法は、熱容量（thermal mass）が大きい構造部材を設けるステップを含み、熱負荷体の温度は、構造部材及び熱負荷体の間における熱エネルギー伝達を可能にすることによって制御される。本方法は、構造部材に、供給空気を受け入れる少なくとも１つのダクトと、この供給空気をダクトから熱負荷体まで流すことを可能にする出口とを設け、それによって、ダクトに沿って流れる空気及び熱負荷体の間における対流熱エネルギー伝達を可能にするステップを含み、ダクトに沿って流れる空気及び熱負荷体の間における熱エネルギー伝達は、ダクトに沿って流れる空気の温度を調節することによって制御される。本方法は、ダクト内に熱エネルギー伝達流体を搬送するための導管を設けるステップをさらに含み、導管は、構造部材のダクト及びダクトを流通する空気と熱的に接触する。
【０００５】
流体に、構造部材のダクトと熱的に接触するダクト内の導管を流通させることができるようにすることによって、導管を流通する流体は、供給空気から／構造部材へ、及び、構造部材から／供給空気への両方で熱エネルギーを伝達することが可能になる。このことによって、熱負荷体の温度を迅速に調節することができるため、熱負荷体の温度を正確に制御することが可能になる。ダクト内部に熱エネルギー伝達流体用の導管を設けることは、導管がダクトを有する既存の構造部材に取り付けられることを可能する。ダクトの内部に導管を設けるさらなる利点は、導管がダクトの外部に配置された場合のように、構造部材の全体サイズを増大させる必要がないということである。導管は、例えば、構造部材の製造中に構造部材の中に成型される場合より、損傷する可能性が低い。
【０００６】
ダクトに沿って流れる空気の温度は、熱エネルギー伝達流体を導管に沿って流し、且つダクトに沿って流れる空気及び熱エネルギー伝達流体の間における熱エネルギー伝達を可能にすることによって、調節することができる。
【０００７】
熱負荷体の温度を制御することは、構造部材及び熱負荷体の間における放射熱エネルギー伝達を可能にすることを含むことができる。
【０００８】
構造部材及び熱負荷体の間における熱エネルギー伝達速度は、構造部材の温度とは異なる温度で熱エネルギー伝達流体を導管に流通させ且つ構造部材及び流体の間における熱エネルギー伝達を可能にすることによって、構造部材の温度を調節することにより調節することができる。本方法は、構造部材の外部での熱エネルギー伝達流体の加熱又は冷却を含むことができる。
【０００９】
請求項２〜８のいずれか一項に記載の方法は、構造部材及び熱負荷体の間、並びに、構造部材を流通する空気及び熱負荷体の間における熱エネルギー伝達の相対量を調節することを含む。
【００１０】
本発明の第二態様によれば、熱負荷体の温度を制御する温度制御装置が提供される。本温度制御装置は、構造部材を有している。構造部材は、空気が構造部材と熱的に接触して流通することができる少なくとも１つの中空ダクトを有し、構造部材はまた、ダクトを流通させる空気を受け入れる入口と、ダクトを流通した空気が構造部材から出ることができる出口とを有し、構造部材は、熱エネルギー伝達流体を搬送するための導管をさらに有し、導管は、構造部材及びダクトを流通する空気と熱的に接触するように、ダクトの中に配置される。
【００１１】
構造部材は、熱容量が大きい材料を含むことができ、例えば、構造部材をコンクリートから製造することができる。
【００１２】
製造を容易にするために、構造部材は複数の実質的に横に並んだダクトを有することができ、各ダクトはその長さの大部分にわたってリブによって隣り合うダクトから分離され、ダクトの各々は、リブの開口部を介して隣り合うダクトと連通する。
【００１３】
隣り合うダクト同士の間の開口部を、ダクトの長手方向端部に又はその近くに、例えば構造部材の縁に又はこの縁に隣接して配置することができる。構造部材の対向する縁で交互になったダクトを設けることによって、ダクト及び開口部が、入口と出口との間に「蛇行する」空気流路を形成することができる。
【００１４】
導管は、ダクトの基部の近くに配置することができ、好ましくは、導管内の熱エネルギー伝達流体及び構造部材の間に優れた伝導性の熱エネルギー伝達をもたらすように、ダクトと直接的で熱的に接触する材料に埋め込むことができる。
【００１５】
導管は可撓性を有し得る。
【００１６】
熱エネルギー伝達流体は好ましくは液体であり、主に水であり得る。
【００１７】
本発明の第三態様によれば、構造部材内にダクトを成型するステップを含む、本発明の第二態様による温度制御装置を製造する方法が提供される。
【００１８】
本方法は、アクセス開口部を介してダクトの中に導管を送り込むステップを含むことができる。
【００１９】
本方法は、導管を複数の部分で供給するステップと、１つ以上の接合具を用いて導管の上記部分を合わせて接合するステップとを含むことができる。
【００２０】
本方法は、ダクトの基部に又はその近くに導管を配置するステップと、好ましくは、導管をダクトと熱的に接触させた状態で維持するように材料の層によって導管を埋め込むステップとを含むことができる。
【００２１】
本発明の第四態様によれば、本発明の第二態様による温度制御装置を含む構造物が提供される。
【００２２】
構造物は建物であり得る。
【００２３】
温度制御装置の構造部材は、構造物の床及び天井のうちの少なくとも一方の一部を形成することができる。
【００２４】
ここで、本発明について、単に例を目的として、添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本発明による方法に従って熱負荷体の温度を制御する際に使用するための構造部材の第一の断面図である。
【図１Ｂ】構造部材の第二の断面図である。
【図２】構造部材の一部の斜視図である。
【図３】構造部材の下面を示す図である。
【図４】図１〜図３に示す構造部材を含む構造物の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１〜図３に示すように、上面１２、下面１４及び４つの側壁１６を有する構造部材１０が提供される。構造部材１０は、この例では、断面が実質的に矩形である。構造部材１０は、コンクリートから製造されることが好ましい。
【００２７】
構造部材１０は、既知の方法で建築構造物を建設するために使用することができ、例えば、構造体である壁、天井又は床の一部を形成することができる。複数の同様の構造体を互いに連結して、軽量であるが頑丈な１つの構造体を構成することができる。
【００２８】
構造部材１０は、１つ以上の強化要素、例えば、予め張力がかけられた鋼線２２を含むことができ、鋼線２２は、構造部材１０が製造される時、コンクリートに永久的な応力を与えるように引張される。
【００２９】
構造部材１０は、１つの側壁１６から対向する側壁１６まで長手方向に延びる少なくとも１つの中空ダクト１８を含んでいる。この中空ダクト１８又は中空ダクト１８のそれぞれは、断面が実質的に円形であり、構造部材１０の製造中に、例えば芯材を用いて構造部材１０の中に形成される。構造部材１０は、この例では、５つの中空ダクト１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅを含み、これらの中空ダクトは実質的に互いに平行である。構造部材１０がいかなる数の中空ダクト１８を含んでいてもよく、各中空ダクト１８がいかなる断面形状であってもよいということは、理解されるだろう。各中空ダクト１８ａ〜１８ｅは、コンクリートからなるリブ２０によって隣り合う中空ダクト１８ａ〜１８ｅから分離されている。ダクト１８ａ〜１８ｅの形状及びサイズは、構造部材１０の厚さによって決まる。例えば、ダクト１８ａ〜１８ｅの直径は１７０ｍｍと３００ｍｍとの間であり得る。構造部材１０の厚さが２６０ｍｍである場合、ダクト１８ａ〜１８ｅは、約１７５ｍｍの直径を有して、断面が円形であることが好ましく、構造部材１０の厚さが３２０ｍｍである場合、ダクト１８ａ〜１８ｅは、約２２２ｍｍの短辺と約２４０ｍｍの長辺とを有して、実質的に楕円形であることが好ましく、そして、構造部材１０の厚さが４００ｍｍである場合、ダクト１８ａ〜１８ｅは、約２１８ｍｍの短辺と約２９５ｍｍの長辺とを有して、実質的に楕円形である。
【００３０】
空気が、各中空ダクト１８ａ〜１８ｅに沿って流れることができる。構造部材は、構造部材１０のダクト１８ａ〜１８ｅの少なくとも１つの中に空気を受け入れるために１つの入口２４を有している。入口２４は、ダクト１８ａ〜１８ｅのうちの１つにおける一方の端部によって形成されている。残りのダクト１８ａ〜１８ｅの各々における各端部は、例えば栓２５によって塞がれていることが好ましい。本例では、入口２４は、長手方向の第一ダクト１８ａにおける第一端部に配置されている。別の方法として、入口２４を、構造部材１０の側壁１６のうちの１つ、又は構造部材１０の上面１２又は構造部材１０の下面１４に開口部を形成することによって形成してもよく、その際、開口部は、ダクト１８ａ〜１８ｅのうちの少なくとも１つと流体連通することは、理解されるだろう。ダクト１８ａ〜１８ｅの各々の断面積は、ダクト１８ａ〜１８ｅに沿った所望の空気の流速を得るように選択される。流速は、必要に応じていかような速度であるように選択されてもよいが、本例では、毎秒２メートルである。
【００３１】
構造部材は、出口２６も有している。出口２６は、ダクト１８ａ〜１８ｅのうちの少なくとも１つと流体連通することができる。本例では、出口２６は、第５ダクト１８ｅ、すなわち入口２４と流体連通している第一ダクト１８ａから最も遠く離れているダクト１８と流体連通している。この例では、出口２６は、構造部材１０の下面１４に配置されている。しかしながら、以下でより詳細に説明するように、別の方法として、出口２６を、構造部材１０が建物の床の一部を形成するか、天井の一部を形成するか、又は壁の一部を形成するかに応じて、構造部材１０の側壁１６のいずれにも又は上面１２に配置してもよい。
【００３２】
構造部材１０は、現場外において工場での製造工程の時、又は現場において建築構造物の建設に使用される時のいずれにおいても、ダクト１８ａ〜１８ｅの各々が少なくとも１つの隣り合うダクト１８ａ〜１８ｅと流体連通することができるように、変更を加えることが可能である。１つのダクト１８ａ〜１８ｅを隣り合うダクト１８ａ〜１８ｅに連結するために、１つのダクト１８ａ〜１８ｅを隣り合うダクト１８ａ〜１８ｅから分離するリブ２０の一部が除去される。構造部材１０の上面１２又は下面１４の中に開口部又は「渡り部（crossover）」３０を穿孔することによって、リブ２０のこの部分を除去することができ、それにより、開口部３０は２つの隣り合うダクト１８ａ〜１８ｅを流体連通させる。開口部３０は、２つの隣り合うダクト１８ａ〜１８ｅの対応する長手方向端部に又はその近くに配置されることが好ましい。上面１２又は下面１４の開口部３０は、隣り合うダクト１８ａ〜１８ｅ同士の間に流体連通が形成された後に塞がれることが好ましく、それにより、ダクト１８ａ〜１８ｅは流体連通が可能であり続けるが、上面１２又は下面１４に不要且つ見映えを悪くするかもしれない開口部がなくなる。
【００３３】
隣り合うダクト１８ａ〜１８ｅの各々同士の間に開口部３０が設けられ、このとき、ダクト１８ａとダクト１８ｂとの間の開口部３０及びダクト１８ｃとダクト１８ｄとの間の開口部３０が、ダクト１８ａ〜１８ｅの第一の長手方向端部に設けられ、ダクト１８ｂとダクト１８ｃとの間の開口部３０及びダクト１８ｄとダクト１８ｅとの間の開口部は、それぞれのダクトの第二の長手方向端部に又はその近くに配置されている。それ故、ダクト１８ａ〜１８ｅ及び開口部３０によって、入口２４と出口２６との間に「蛇行する」空気流路が与えられる。
【００３４】
ダクト１８ａ〜１８ｅのうちの少なくとも１つに、熱エネルギー伝達流体を搬送するための導管３２が配置されている。導管３２は、第一端部３４及び第二端部３６を有している。導管３２は可撓性を有することが好ましく、例えば樹脂材料から製造される。好ましい実施形態では、導管３２の第一端部３４及び第二端部３６の両方が、ダクトの入口２４に又はその近くに配置されている。導管３２は、ダクト１８ａ〜１８ｅの各々に沿って蛇行して進み、隣り合うダクト１８ａ〜１８ｅ同士間の開口部３０の各々を通過する。
【００３５】
導管３２は、複数の部分、この例では２つの部分、すなわち第一部分３２ａ及び第二部分３２ｂで与えられている。導管３２の各部分３２ａ、３２ｂの間における流体連通を可能にするように、導管３２の両部分を共に接合するための接合具３８が設けられている。第一部分３２ａは、入口２４からダクト１８ａ〜１８ｅの各々に沿って連続して延びている。導管３２の第二部分３２ｂは、ダクト１８ｅに配置されている接合具３８によって、出口２６の近くで第一部分３２ａに連結されている。第二部分は、接合具３８からダクト１８ａ〜１８ｅの各々に沿って延び、第一部分３２ａの経路を逆に辿って入口２４に戻る。そのため、第一部分３２ａ及び第二部分３２ｂは、それぞれの長さの大部分にわたって、実質的に平行であるか、又は少なくとも互いに横に並んでおり、第一部分３２ａは熱エネルギー伝達流体用の供給配管として作用し、第二部分３２ｂは熱エネルギー伝達流体用の戻り配管である。この構成は、熱エネルギー伝達流体が導管３２を流通する時に構造部材１０全体にわたって均整がとれた温度を維持するのに役立つ。
【００３６】
導管３２の第一部分３２ａ及び第二部分３２ｂは、好ましくは、出口２６を介してダクト１８の中に送り込まれる。接合具３８もまた出口２６を介してダクト１８ｅ内で受け入られることができ、それにより、熱エネルギー伝達流体が、入口２４からダクト１８ａ〜１８ｅの各々を通過して出口２６近くの接合具３８に向かい、その後、接合具３８からダクト１８ｅ〜１８ａの各々を通過して入口２４に、導管３２を通って連続して流れることができる。接合具３８を出口２６に近く配置することによって、保守又は交換のために接合具３８に容易にアクセスすることができる。それ故、出口２６は、導管３２及び接合具３８のためのアクセス開口部を供給する。
【００３７】
導管３２は、ダクト１８ａ〜１８ｅの基部（base part）に又はその近くに配置されることが好ましい。例えば、構造部材１０が、構造物の床又は天井を形成する時のように方向付けられる場合、導管３２は、各ダクト１８ａ〜１８ｅの底部の方に位置する。この例では、導管３２は断面が円形であるが、いかなる形状であってもよいことが理解されよう。導管３２の断面の直径は、１６ｍｍと２５ｍｍとの間であることが好ましい。
【００３８】
導管３２は、導管３２を構造部材１０と良好に直接的に熱的に接触させた状態で維持するように、材料の薄層４０に埋め込まれることが好ましい。例えば、導管３２を越えて流れるように、多量のコンクリートをダクト１８ａ〜１８ｅのうちの１つ以上の中に注ぎ込んでよく、それにより、コンクリートが固まると導管３２を適切な位置に保持することができる。層４０を形成する材料は、自己で水平化するものであることが好ましく、そして、固まった時に実質的に平坦な上面をもたらす。材料の層は、導管３２の直径より約３ｍｍ厚いことが好ましいが、空気がダクト１８に沿って流れることができないような程度までその層がダクト１８を塞がなければ、その層はいかなる厚さであってもよいことが理解されよう。
【００３９】
導管を材料の層４０に埋め込むさらなる利点は、塵埃及び／又は他の屑がダクト１８ａ〜１８ｅ内に集まる場合に、ダクト１８ａ〜１８ｅをより容易に且つ導管３２に損傷を与えることなく清掃することができるということである。さらに、ダクト１８ａ〜１８ｅが、導管３２が材料の層４０によって覆われていない場合のような隆起した下面ではなく、実質的に平坦な下面を有していれば、清掃中に屑がダクト１８ａ〜１８ｅ内に閉じ込められる可能性は低い。しかしながら、材料の層４０は任意なものであり必要に応じて省略してもよいが、その場合、導管３２は、優れた熱伝導をもたらすようにダクトの壁部と直接接触しているのが望ましいことは理解されよう。材料の層４０が設けられる場合には、材料の層４０の厚さは、導管３２が材料の層４０に部分的に埋め込まれる、浅く埋め込まれる、又は深く埋め込まれる程度のものとすることができることは理解されよう。
【００４０】
構造部材１０は、製造段階のときに形成される開口部３０と製造段階のときに挿入される導管３２とを有することができ、又は別の方法として、現場において、構造部材１０を構造物の建設に使用する前に、開口部３０を形成し、導管３２を挿入することができる。
【００４１】
図４は、建築構造物５０の一部を形成する複数の構造部材１０を示す。建築構造物５０は部屋５２を有し、部屋５２は一塊の空気（a volume of air）５３を保持している。部屋５２はまた、構造物５０の他の部分、及び／又は例えば家具、及び／又は例えば人間を含んだ１つ以上の物体５４を含み得る。空気５３及び物体５４は、構造物５０の熱負荷体である。この例では、構造部材１０の下面１４が部屋５２の内側を向くようにして、構造部材１０が構造物５０の天井５５の一部を形成している。しかしながら、構造部材１０が構造物５０のいかなる部分を構成するために用いられ得ることは理解されよう。構造物５０の建設において、いかような数の構造部材１０を使用することができるということは理解されよう。
【００４２】
構造部材１０は、構造物５０内の熱負荷体の温度を制御するための温度制御装置の一部である。構造物５０は、構造物５０の個々の部屋又は領域において種々の熱負荷体の温度制御を可能にするように、２つ以上の温度制御装置を有し得ることは理解されよう。
【００４３】
温度制御装置は、構造物５０の中の熱負荷体の温度を検出するための少なくとも１つのセンサを有している。温度制御装置はまた、構造部材１０の温度及び構造物５０の外部の周囲空気の温度を検出するための複数のセンサを有している。温度制御装置はまた、上記センサからのデータを受け取り温度制御装置の動作を制御するための制御ユニット５１を有している。
【００４４】
上述したように、部屋５２内の空気５３の温度、及び／又は物体５４の温度、具体的には、室内にいる人の温度及び例えば電気機器のような温度にいくらか敏感な物の温度が、快適な温度の範囲内に維持されることが望ましい。快適な温度の範囲、すなわち所定の上限温度及び下限温度は、制御ユニット５１に入力することができる。
【００４５】
構造部材１０と熱負荷体との間における全体的な又は合わせた熱エネルギー伝達は、放射熱エネルギー伝達及び対流熱エネルギー伝達の組み合わせである。構造部材１０と部屋５２内の物体５４との間における熱エネルギー伝達は、主に放射熱エネルギー伝達であり、一方、構造部材１０と空気５３との間における熱エネルギーの伝達は、主に対流熱エネルギー伝達である。
【００４６】
構造部材１０は大きい熱容量を有しており、それ故、構造部材１０が、熱容量が小さい物質より、例えば構造部材１０を取り囲む空気よりゆっくりと熱エネルギーを吸収し伝達することは理解されよう。従って、構造部材１０の温度は、構造部材１０が配置されている環境の温度に遅行する傾向がある。
【００４７】
この温度遅行をより詳細に説明すると、昼間では、例えば、熱負荷体の温度及び構造物５０の外部の周囲空気の温度が構造部材１０の温度に対して一般的に温かい場合、構造部材１０は、熱負荷体と、構造物５０の外部に源を発してダクト１８ａ〜１８ｅを流通する空気とから熱エネルギーを吸収する。夜間では、熱負荷体及び構造物５０の外部の周囲空気の温度は、通常、構造部材１０の温度に比較して冷たく、構造部材１０は、吸収した熱エネルギーの少なくとも一部をその周囲に伝達することができる。熱エネルギーは、例えば構造物５０から離れ構造部材１０と熱的に接触している配管の流体又は通気流体によって、構造物５０の外部に伝達することができる。
【００４８】
構造部材１０の温度変化における時間的な遅れによって、構造部材１０は、構造部材１０と熱負荷体との間の温度差に応じて、熱負荷体の温度を一定の程度調節することができる。
【００４９】
第一センサは、部屋５２内の空気５３及び／又は物体５４の温度、すなわち熱負荷体の温度を反復して又は連続してチェックする。制御ユニット５１は、例えば熱負荷体の温度が上限を超えた場合、何らかの温度調節が必要であるか否かを決定し、そのとき、熱負荷体の温度を下げるように温度制御装置を動作させることが望ましい。同様に、熱負荷体の温度が下限を下回った場合、温度制御装置は、熱負荷体の温度を上昇させるように動作させることが可能である。制御ユニット５１はまた、熱負荷体の温度が、上限に向かって上昇する若しくは下限に向かって下降する、又は、温度調節が必要であるほど上限若しくは下限に十分に近いとみなされる温度に達した場合、温度制御装置を動作させ得る。
【００５０】
熱負荷体の温度は、例えば部屋５２に大勢の人がいる場合、又は特に部屋５２の中の人の数が急速に増加した場合、短時間で著しく上昇し得るということは理解されよう。熱負荷体の温度が上昇中であり、それにより熱負荷体の温度が所定の上限より上がるか、又は制御ユニット５１が熱負荷体の温度が所定の上限より上がる可能性があるという決定をした場合には、制御ユニット５１は、その熱負荷体を避けて熱エネルギーを伝達するように温度制御装置を動作させる。
【００５１】
熱負荷体の温度が非常に急速に上昇して、構造部材１０が、所定の快適な限度以内に空気５３の温度を維持できるほど十分な熱エネルギーを熱負荷体から迅速に吸収することができない場合もある。従って、空気５３及び／又は物体を補足的に冷却することが望ましい。
【００５２】
制御ユニット５１は、最も適切な温度制御方法を決定するために、例えば熱負荷体の温度、構造部材１０の温度及び外部周囲空気の温度を含むさまざまな要素を考慮する。制御ユニット５１は、熱負荷体の温度を制御する最適な方法を決定することができる。例えば、制御ユニット５１は、構造部材１０と熱負荷体との温度の差が、適切な放射熱エネルギー伝達をもたらすのに十分であるか否か、又は、構造部材１０のダクト１８ａ〜１８ｅを通過させて部屋５２の中に外部周囲空気を流すことによって適切な対流熱エネルギー伝達をもたらすのに、外部周囲空気及び熱負荷体の温度差が十分であるか否かを決定する。
【００５３】
制御ユニット５１は、与えられた一連の条件に対し、放射熱エネルギー伝達量及び対流熱エネルギー伝達量の最適な相対量を決定するように動作することができ、そして、決定に従って、温度制御装置を動作させて許容期間内に効率的な温度制御をもたらすように動作することができる。
【００５４】
大部分は対流的な手段によって、そして構造部材１０がもたらすことができる放射熱エネルギー伝達によることを加えて熱負荷体の温度を調節するのに、構造物５０の外部の周囲空気の温度と空気５３の温度との差が十分であると制御ユニット５１が決定した場合、制御ユニット５１は、ある量の周囲空気を、構造物５０の外部から構造部材１０の入口２４に流し、ダクト１８ａ〜１８ｅを通過させ、そして出口２６を介して部屋５２内に流すように、温度制御装置を動作させる。外部周囲空気は、例えばファン、ポンプ又はインペラによって、構造部材１０のダクトの中に、そしてダクトを通過するように、引き込まれる又は付勢されることができる。このより低温な外部周囲空気を空気５３と混合することによって、空気５３の全体の温度が下げられる。出口２６に近い物体５４もまた、外部周囲空気が出口２６を通って部屋５２に入るとき、冷たい通風に触れることができる。この冷却方法は、熱負荷体の温度を調節するために対流熱エネルギー伝達を使用する。外部周囲空気が構造部材１０に入る前に、その周囲空気を事前処理してその温度を調節することが可能である。
【００５５】
しかしながら、外部周囲空気はダクト１８ａ〜１８ｅを流通する際、構造部材１０と熱的に接触し、そして、構造部材がこの周囲空気より温かい場合には、この周囲空気は構造部材１０から熱エネルギーを吸収し、それにより、この周囲空気の温度が上昇する傾向がある。このことは、対流熱エネルギー伝達に関する限りでは不都合なことであり、それは、周囲空気における適切な熱エネルギー伝達を行う能力が低減するためである。ダクト１８ａ〜１８ｅを流通する周囲空気を事前処理して、その温度が適切な熱エネルギー伝達のために最終的に必要となる温度を下回るようにすることによって、この周囲空気の温度の上昇を相殺することができる。しかしながら、このことが非効率的であることは理解されよう。
【００５６】
構造部材１０から熱エネルギーを吸収しながらダクト１８ａ〜１８ｅを流通する空気の効力は、構造部材１０と熱負荷体との間の放射熱エネルギー伝達を向上させるように構造部材１０の温度を制御するために、有益に使用することができる。構造部材１０は大きい熱容量を有するため、熱エネルギーは後に使用するために構造部材によって効果的に蓄えておくことができる。例えば、構造部材１０は、夜間に構造物５０の外部から供給される冷たい周囲空気によって、つまり、その熱エネルギーの少なくとも一部を周囲空気に伝達することによって、冷却されることができ、それ故、構造部材１０が昼間に熱負荷体から熱エネルギーを吸収することが可能になる。別の方法として又は追加として、昼間に構造部材１０が吸収した熱エネルギーを蓄え、熱負荷体の温度が所望の温度範囲を下回った時に、空気５３及び／又は物体５４の温度を上昇させるように熱負荷体に伝達して戻すことができる。
【００５７】
周囲環境によっては、例えば、熱負荷体の温度における大きい変化が短期間で発生する環境では、部屋５２内の熱エネルギーは、次のようなレベルまで上昇する又は次のような速度で上昇する場合がある。そして、上記レベル及び速度は、構造部材の放射熱エネルギー伝達と低温の外部周囲空気が構造部材１０を流通する時にもたらされる対流熱エネルギー伝達とを組み合わせたものによってでさえも、温度制御システムが、熱負荷体の温度を所定上限及び下限以内に維持することができないようなレベル及び速度である。これらの環境では、温度制御システムは、熱エネルギー伝達流体を、導管３２を通って循環させるように動作することができる。熱エネルギー伝達流体は水であるのが好ましいが、別の液体、例えば冷媒であってもよい。
【００５８】
熱負荷体の冷却を行うために、熱エネルギー伝達流体は、構造部材１０の温度より低い温度で、好ましくは外部周囲空気の温度より低い温度で供給される。熱エネルギー伝達流体は、熱エネルギー伝達流体の温度を所望の温度に調節するように、構造部材１０に入る前に事前処理されてもよい。気体の温度より液体の温度を調節することは容易であり、それ故、熱エネルギー伝達流体は、所望の温度に迅速に調節されることができ、温度調節はより効率的である。
【００５９】
導管３２がダクト１８ａ〜１８ｅと熱的に接触して配置されているため、熱エネルギー伝達流体もまた、ダクト１８ａ〜１８ｅを流通する空気と熱的に接触している。それ故、熱エネルギー伝達流体を導管３２に流通させることによって、ダクト１８を流通している周囲空気の温度を、周囲空気が出口２６を介して部屋５２に入る前に調節することができる。このことによって、周囲空気と空気５３との間の対流熱エネルギー伝達は、熱エネルギー伝達流体が導管３２を流通しない場合より大きい効果を有することができる。このことの利点は、ダクト１８ａ〜１８ｅを流通している周囲空気の温度を、周囲空気が部屋５２に入る直前に、最適な熱エネルギー伝達に対して望ましいレベルに調節することができるということである。このことによって、周囲空気が構造部材１０から熱エネルギーを吸収するという問題が低減する。
【００６０】
熱エネルギー伝達流体はまた、構造部材１０の温度を低下させるように、構造部材１０から熱エネルギーを伝導により吸収することも可能である。構造部材１０の温度の低下によって、構造部材１０は、熱負荷体の温度を低下させるように、熱負荷体からさらなる熱エネルギーを吸収することができる。熱エネルギー伝達流体は、構造部材１０に／構造部材１０から、熱エネルギーを、空気より速く、例えば空気の約１４倍速く伝達することができる。
【００６１】
このことによって、構造部材１０と物体５４及び空気５３それぞれとの間における放射熱エネルギー伝達及び対流熱エネルギー伝達の両方の効率が向上する。
【００６２】
温度制御装置によってもたらされる放射熱エネルギー伝達及び対流熱エネルギー伝達の相対量は、熱エネルギー伝達流体と構造部材１０との間、及び熱エネルギー伝達流体とダクト１８を流通する空気との間のそれぞれの温度差（△Ｔ）によって決まる。温度差が大きいほど、熱エネルギー伝達流体によって熱エネルギー伝達がなされる可能性が高くなる。
【００６３】
放射熱エネルギー伝達及び対流熱エネルギー伝達の相対量が熱エネルギー伝達流体と構造部材及びダクトを流通する空気それぞれとの温度の差によって決まることに加えて、ダクト１８ａ〜１８ｅ内の導管３２の位置は、熱エネルギー伝達流体と構造部材１０との間、及び、熱エネルギー伝達流体とダクト１８ａ〜１８ｅを流通する空気との間において起こり得る熱エネルギー伝達の相対量に影響を与える。これら熱エネルギー伝達の相対量は、主要な熱エネルギーの伝達方法が、放射熱エネルギー伝達（すなわち構造部材１０と物体５４との間）であるか又は対流熱エネルギー伝達（すなわちダクト１８ａ〜１８ｅを流通する周囲空気と空気５３との間）であるかのいずれであるかに影響を及ぼす。導管３２が、部屋５２と熱的に接触する構造部材１０の面（この場合、下面１４）に近いほど、対流熱エネルギー伝達への熱エネルギー伝達流体の影響に対する、放射熱伝達への熱エネルギー伝達流体の影響の比率が高くなる。
【００６４】
熱エネルギー伝達流体が導管３２内を流れず、そして、周囲の外気温度が適度である又は内部の熱負荷が比較的一定である場合、熱エネルギー伝達流体を導管３２に流通させることが不要となる可能性があり、この環境では、放射熱エネルギー伝達は、構造物５０の中で発生する熱エネルギー伝達の約７０％を占め、対流熱エネルギー伝達は、発生する総熱エネルギー伝達の約３０％を占める。周囲空気及び熱負荷体の間と構造部材及び熱負荷体の間とにおける、この熱エネルギー伝達の組み合わされた効果によって、これらの状況において適切な程度の温度調節が可能になる。
【００６５】
熱エネルギー伝達流体が導管３２を流通する場合、対流熱エネルギー伝達が熱負荷体から／熱負荷体への総熱エネルギー伝達の約４０％を占め、放射熱エネルギー伝達は総熱エネルギー伝達の約６０％を占める。
【００６６】
温度制御装置を使用して、熱負荷体の温度を上昇させることは可能である。このことは、構造部材１０のダクトを通して熱負荷体より高温である外部周囲空気を供給することによって、行うことができる。外部周囲空気と熱負荷体との温度差が、熱負荷体の適切な温度調節を可能にするには不十分である場合、周囲空気が構造部材１０に入る前に周囲空気を事前処理することによって、周囲空気の温度を上昇させることが可能である。別の方法として又は追加として、熱負荷体より高温であり好ましくはダクト１８を流通する周囲空気の温度より高温である熱エネルギー伝達流体は、対流を介して熱エネルギーを熱負荷体に伝達し、構造部材１０を介した放射熱エネルギー伝達によって熱エネルギーを熱負荷体に伝達するように、導管３２を流通することができる。
【００６７】
他のダクトレイアウトが可能であり、本明細書で特定したものとは異なる寸法のダクト及び／又は導管を設けてもよいことは、理解されよう。ダクト及び／又は導管の直径が大きくなるほど、流体の流速が良好になる一方、こうしたダクト／導管の提供は困難になることは理解されよう。
【００６８】
導管３２は、構造部材１０のいかなる数のダクト１８に設けられてもよく、ダクト１８のうちの１つ以上を使用して、温度制御装置以外の装置、例えば電気ケーブルを受け入れることが可能であることは理解されよう。
【００６９】
温度制御装置は、ダクト１８を流通する外部周囲空気の流速、又は加熱若しくは冷却を調節するためのファンを有することができる。
【００７０】
必要に応じて、特有の形で表現された、又は、開示した機能を行うための手段若しくは開示した結果を得るための方法或いはプロセスの点から表現された、上述の説明又は以下の特許請求の範囲又は添付図面に開示した特徴を、本発明をそのさまざまな形で実現するために、別個で又はそのような特徴を任意に組み合わせて、利用することができる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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