(57)【要約】【課題】冷却塔とヒートポンプとにより、外気条件と建物内の熱負荷の要求量に応じて最適な空調形態を選択することができ、よって大幅な省エネルギー化を達成することができる空調システムを提供する。【解決手段】建物の床１１内に組み込まれて床面を放熱面とする床埋め込み式空調設備１２と、外気との熱交換により内部に冷却水が蓄えられる冷却塔１４と、熱媒体として冷却液を排出するヒートポンプ１５と、冷却塔１４内の冷却水を床埋め込み式空調設備１２に循環供給可能な冷却水循環ライン１６ａ、１６ｂと、ヒートポンプ１５から排出された熱媒体を床埋め込み式空調設備１２の熱源として循環供給するヒートポンプ空調ライン１７ａ、１７ｂとを備えてなることを特徴とする。【選択図】図１
2008057822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の床内に組み込まれて床面を放熱面とする床埋め込み式空調設備と、外気との熱交換により内部に冷却水が蓄えられる冷却塔と、熱媒体として冷却液を排出するヒートポンプと、上記冷却塔内の上記冷却水を上記床埋め込み式空調設備に循環供給可能な冷却水循環ラインと、上記ヒートポンプから排出された上記熱媒体を上記床埋め込み式空調設備の熱源として循環供給するヒートポンプ空調ラインとを備えてなることを特徴とする空調システム。
【請求項２】
上記ヒートポンプ空調ラインに熱交換器が介装されるとともに、上記冷却水循環ラインには、上記冷却水を上記熱交換器に送って熱交換させた後に上記床埋め込み式空調設備に供給する第１のバイパスラインと、上記冷却水を上記冷却塔を迂回させる第２のバイパスラインとが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
【請求項３】
上記冷却水循環ラインには、上記床埋め込み式空調設備と並列的に、上記冷却水循環ラインを流れる冷却水の顕熱を利用して上記建物内に直接空調用空気を送気して空調を行う空調機が接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の空調システム。
【請求項４】
上記床埋め込み式空調設備は、上記床を構成するコンクリート内に埋め込まれて上記冷却水が循環供給される空調用配管を備えるとともに、上記床は、上記空調用配管の下方に断熱材が設けられていないことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の空調システム。
【請求項５】
上記床を構成するコンクリートの下面には、複数の凹部が形成されるとともに、当該凹部内に吸音材が設けられ、かつ上記下面には金属製の多孔板が固定されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に年間を通じて内部において発生する熱負荷が多く、この結果冷房を必要とする期間が比較的長い建物に適用して好適な空調システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
室内に多数の電算機等のＯＡ機器が配置される建物においては、内部で発生する熱負荷が大きいために、例え当該建物が冷涼な気候地域に建設されたものであっても、年間を通じて長い期間にわたって室内を冷房する必要がある。このため、この種の建物にあっては、空調機の運転に要するエネルギーコストが嵩むという問題点がある。
【０００３】
そこで従来、図５に示すように、空調用の冷凍機（ヒートポンプ）１およびこの冷凍機１からポンプ２を介して供給される冷却液または高温液によって建物内の冷房や暖房を行う室内側の空調機３とを備えた空調システムにおいて、空調機３に外気冷房機能４を付加することにより、冷凍機の運転負荷を低減させようとするものが知られている。
【０００４】
しかしながら、上記空調システムにあっては、外気冷房機能４が熱容量の小さい外気を直接利用するものであるために、大きな省エネルギー効果を得ることが難しい。このため、特に建物内のスペースが広い場合には、冷凍機１を停止させてしまうと、所望の冷房効果を得ることができないという問題点があった。
【０００５】
そこで、例えば下記特許文献１に見られるように、冷凍機（ヒートポンプ）と、この冷凍機からの冷媒を使用する冷却コイルを備えた空調機と、上記冷凍機の凝縮器を冷却するための冷却水を供給する冷却塔等からなる空調設備を有し、冷房対象である電算機室の床下に，床下チャンバを設け、空調装置から給気ダクトを通じて床下チャンバ内に供給した空調空気を、床面に形成された床吹出口から電算機室内へと吹き出すようにするとともに、上記電算機室からの還気を、冷却器において上記冷却塔からの冷却水と熱交換して予冷した後に、上記冷却コイルで処理するようにした空調システムが提案されている。
【０００６】
上記構成からなる従来の空調システムによれば、冷凍機の凝縮器や電算機室からの還気の予冷に、冷却塔において外気によって冷却された熱容量の大きな冷却水を用いているために、冷凍機や空調機の運転負荷を低減させることができるという利点がある。
【０００７】
ところが、当該空調システムにおいても、電算機室内の空調が必要な期間は、常時冷凍機や空調機を運転する必要があるために、依然としてエネルギーコストが嵩むという問題点がある。
【特許文献１】特開２００２−６１９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、冷却塔とヒートポンプとにより、外気条件と建物内の熱負荷の要求量に応じて最適な空調形態を選択することができ、よって大幅な省エネルギー化を達成することができる空調システムを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、建物の床内に組み込まれて床面を放熱面とする床埋め込み式空調設備と、外気との熱交換により内部に冷却水が蓄えられる冷却塔と、熱媒体として冷却液を排出するヒートポンプと、上記冷却塔内の上記冷却水を上記床埋め込み式空調設備に循環供給可能な冷却水循環ラインと、上記ヒートポンプから排出された上記熱媒体を上記床埋め込み式空調設備の熱源として循環供給するヒートポンプ空調ラインとを備えてなることを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、請求項２に記載の発明は、上記ヒートポンプ空調ラインに熱交換器が介装されるとともに、上記冷却水循環ラインには、上記冷却水を上記熱交換器に送って熱交換させた後に上記床埋め込み式空調設備に供給する第１のバイパスラインと、上記冷却水を上記冷却塔を迂回させる第２のバイパスラインとが設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記冷却水循環ラインには、上記床埋め込み式空調設備と並列的に、上記冷却水循環ラインを流れる冷却水の顕熱を利用して上記建物内に直接空調用空気を送気して空調を行う空調機が接続されていることを特徴とするものである。
【００１２】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明のおいて、上記床埋め込み式空調設備が、上記床を構成するコンクリート内に埋め込まれて上記冷却水が循環供給される空調用配管を備えるとともに、上記床は、上記空調用配管の下方に断熱材が設けられていないことを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、上記床を構成するコンクリートの下面には、複数の凹部が形成されるとともに、当該凹部内に吸音材が設けられ、かつ上記下面には金属製の多孔板が固定されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１〜５のいずれかに記載の空調システムにおいては、床埋め込み式空調設備の熱源として、外気との熱交換により冷却された冷却塔の冷却水と、ヒートポンプから排出される冷却液または高温液とを選択的に使用することができる。このため、夏季の昼間等の冷房負荷がピークの時には、上記ヒートポンプからの冷却液を上記床埋め込み式空調設備の熱源として使用し（冷房ピークモード）、夏季の夜間や春秋季等の比較的冷房負荷が小さい時には、上記ヒートポンプを停止させ、外気を有効利用した冷却塔からの冷却水を上記床埋め込み式空調設備の熱源として使用する（冷房中間期モード）ことができる。
【００１５】
また、これらの中間期においては、主として上記冷却塔からの冷却水を上記床埋め込み式空調設備の熱源として使用するとともに、これにヒートポンプからの冷却液を補完的に使用することも可能になる。
さらに、上記ヒートポンプが、冷却液および高温液を切り替えて排出できる場合には、冬季に上記ヒートポンプからの高温液を上記床埋め込み式空調設備の熱源として使用することにより暖房も行うことができる（暖房モード）。
【００１６】
加えて、特に本発明においては、空調設備として建物の床内に組み込まれて床面を放熱面とする床埋め込み式空調設備を用いるとともに、その熱媒体として熱容量の大きな冷却塔からの冷却水を用いているため、室内温度と冷却水との温度差が少ない場合においても、効率的に当該室内を冷房することができる。
【００１７】
この結果、外気条件と建物内の熱負荷の要求量に応じて、上述した最適な空調形態を選択することができ、よってヒートポンプの運転時間を短縮させることにより、大幅な省エネルギー化を達成することができる。
【００１８】
この際に、請求項２に記載の発明によれば、第１のバイパスラインおよび第２のバイパスラインを開いて冷却水循環ライン内の冷却水を通すことにより、上記冷却水を熱交換器に送ってヒートポンプから供給される冷却液と熱交換させ、床埋め込み式空調設備に循環供給させることにより、上記冷房ピークモードによる運転を行うことができる。
【００１９】
また、第１のバイパスラインおよび第２のバイパスラインを閉じて、ヒートポンプを停止させることにより、冷却塔からの冷却水を床埋め込み式空調設備に循環供給させて、上記冷房中間期モードによる運転を行うことができる。
【００２０】
さらに、第１のバイパスラインを閉じるとともに、第２のバイパスラインを開くことにより、冷却塔からの冷却水を床埋め込み式空調設備に循環供給させつつ、第２のバイパスラインから熱交換器に送って、当該冷却水の冷却にヒートポンプからの冷却液を補完的に使用することもできる。
【００２１】
さらに、上記冷房ピークモードと同様に、第１のバイパスラインおよび第２のバイパスラインを開くとともに、ヒートポンプから高温水を熱交換器に送ることにより、冷却水循環ライン内の冷却水を温水に変えて、上記暖房モードによる運転を行うことができる。
【００２２】
また、請求項３に記載の発明によれば、冷却水循環ラインに、上記床埋め込み式空調設備と並列的に、上記冷却水循環ラインを流れる冷却水の顕熱を利用して建物内に直接空調用空気を送気して空調を行う接続されているために、床面を放熱面とする上記床埋め込み式空調設備に加えて、上記空調機によっても、同様に冷却塔および／またはヒートポンプを選択的に利用した室内の空調を行うことができる。
【００２３】
ところで従来、上記床埋め込み式空調設備を設けた床構造としては、図６に示すような構成のものが広く用いられている。
この床構造は、複数条の凹部が形成されたデッキプレート５ａ上にコンクリートを打設することにより床スラブ５を形成し、かつこの床スラブ５上に断熱材６を施工するとともに、この断熱材６上に冷温水配管７を配置して軽量コンクリート８を打設することにより当該軽量コンクリート８内に埋設したものである。
【００２４】
上記構成からなる従来の床構造は、冷温水管７に通された冷温水の熱を、軽量コンクリート８から上階の室内へと熱放射させて冷房または暖房を行うとともに、吸音性の高い素材からなる天井９によって音の伝搬を低減化させるようとするものであり、上記天井９が無い場合には、デッキプレート５ａの下面に吸音材１０を貼設することにより対応している。
【００２５】
このような床構造に設けられた床埋め込み式空調設備にあっては、上階の室内への放熱量は大きいものの、断熱材６によって下方の床スラブ５への熱伝達が妨げられる上に、さらに吸音材１０や天井９が全面に設けられているために、下階への放熱は極めて小さくなる。
【００２６】
これに対して、請求項４に記載の発明によれば、上記床埋め込み式空調設備を構成する空調用配管を床コンクリート内に埋め込むとともに、当該空調用配管の下方に断熱材を設けていないために、上記空調用配管から床コンクリートに伝達した熱を、床の上面および下面から、それぞれ上階および下階の双方の室内へと放熱させることができる。加えて、上記空調用配管から床コンクリートに熱を伝達させることにより、熱容量の大きな床コンクリートを蓄熱体として利用することができるために、熱エネルギーの有効利用を図って一層の省エネルギー化を図ることが可能になる。
【００２７】
また、図６に示すデッキプレート５を取り除き、かつ天井９を設けない、いわゆるスケルトン天井とした場合には、さらに請求項５に記載の発明のように、床コンクリートの下面に形成された複数の凹部に吸音材を設けるとともに、上記下面にパンチングパネル等の多数の孔部が形成された伝熱性に優れる金属板を固定することにより、所望の防音性と放熱性との双方を確保することができる。しかも、上記金属板によって、凹部内に設けられた吸音材の離脱や落下も防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図１〜図４に基づいて、本発明に係る空調システムの最良の実施形態について説明する。
この空調システムは、建物の床１１内に埋め込まれた空調用配管（床埋め込み式空調設備）１２と、この空調用配管１２と並列的に設けられた空調機１３と、内部に冷却水が蓄えられる密閉式冷却塔１４と、空冷ヒートポンプチラー（ヒートポンプ）１５と、密閉式冷却塔１４内の冷却水を空調用配管１２および空調機１３に循環供給させるための冷却水循環ライン（１６ａ、１６ｂ）と、空冷ヒートポンプチラー１５から排出された上記熱媒体を空調用配管１２および空調機１３の熱源として循環供給するヒートポンプ空調ライン（１７ａ、１７ｂ）とから概略構成されたものである。
【００２９】
ここで、空調機１３は、冷却水循環ラインの供給管１６ａから導入された冷却水の顕熱を利用して、上記建物内に直接空調用空気を送気して空調を行うものである。また、密閉式冷却塔１４は、内部の冷却水を外気との熱交換によって冷却するもので、冷却水循環ラインの供給管１６ａおよび戻り管１６ｂが接続されている。そして、供給管１６ａには、開閉弁１８が設けられるとともに、これら供給管１６ａと戻り管１６ｂとの間には、開閉弁１８の下流側において密閉式冷却塔１４を迂回させるバイパスライン（第２のバイパスライン）１９が開閉弁１９ａを介して設けられている。
【００３０】
また、冷却水循環ラインの供給管１６ａには、内部の冷却水を循環させるための循環ポンプ２０が設けられており、この循環ポンプ２０の吐出側に、開閉弁２１が介装されている。また、空調用配管１２および空調機１３からの冷却水の出口側には、それぞれ開閉弁２２、２３が設けられ、これら開閉弁２２、２３に、冷却水循環ラインの戻り管１６ｂが接続されている。
【００３１】
他方、空冷ヒートポンプチラー１５は、熱媒体として冷却液または高温液を選択的に排出するためのもので、その排出側にヒートポンプ空調ラインの供給管１７ａが接続されている。そして、この供給管１７ａは、循環ポンプ２５が設けられるとともに、その下流側において２本に枝配管され、一方が外気処理空調機２６の熱源として導入されている。
【００３２】
この外気処理空調機２６は、外気の温度および湿度の変動を吸収制御するためのもので、その排出側にはヒートポンプ空調ラインの戻り管１７ｂが接続されている。この戻り管１７ｂは、開閉弁２７を介して第１熱交換器２８へと導入されている。また、この戻り管１７ｂには、第１の熱交換器２８への熱媒体の流量を調整可能なバイパスライン１７ｃが設けられるとともに、このバイパスライン１７ｃと第１の熱交換器２８の出口側との接続部に３方弁２９が介装されている。
【００３３】
さらに、枝配管された供給管１７ａの他方は、第２の熱交換器３０へと導入され、この第２の熱交換器３０の出口側が開閉弁３１を介して空冷ヒートポンプチラー１５への戻り管１７ｂに接続されている。
そして、冷却水循環ラインの供給管１６ａには、冷却水を第１および第２の熱交換器２８、３０に送って、空冷ヒートポンプチラー１５からの熱媒体によって冷却または昇温するためのバイパスライン（第１のバイパスライン）３２が設けられている。
【００３４】
このバイパスライン３２は、冷却水循環ラインの供給管１６ａに設けられた循環ポンプ２０の吐出側から枝配管されるとともに、開閉弁３３を介して、順次第１の熱交換器２８および第２の熱交換器３０に導入され、この第２の熱交換器３０の出口側が上記供給管１６ａに介装された開閉弁２１の下流側に接続されている。
【００３５】
次に、図４に基づいて、本空調システムにおける空調用配管（床埋め込み式空調設備）１２およびこれが埋め込まれた床構造について説明すると、この床構造は複数条の凹部が形成されたデッキプレート上に普通のコンクリートを打設することにより床スラブ３２を形成し、かつこの床スラブ３２上に、断熱材を設けることなく空調用配管１２を配置して軽量コンクリート３３を打設したものであり、床スラブ３２の下面側は、上記デッキプレートを取り除くとともに天井を設けないスケルトン天井になっている。
【００３６】
そして、取り除いたデッキプレートによって形成された床スラブ３２下面の複数の凹部には、吸音材３４が充填されている、さらに、この床スラブ３２の下面には、多数の孔部が穿設された金属製のパンチングパネル（多孔板）３５が固定されている。
【００３７】
以上の構成からなる空調システムにおいては、床１１内に埋設されて床面を放熱面とする空調用配管１２の熱源として、冷却塔１４の冷却水と、空冷ヒートポンプチラー１５から排出される冷却液または高温液とを選択的に使用することにより、図１〜図３等に示すような様々な冷暖房モードを採ることができる。なお、参考までに、これらの図中に、各モードにおけるラインの温度を例示してある。
【００３８】
先ず、図３に示すように、夏季の昼間等の冷房負荷がピークの時には、開閉弁１８、２１を閉じて冷却塔１４からの冷却水の供給を停止するとともに、開閉弁１９ａ、３３を開いておくことによりバイパスライン１９、３２への流通を可能にする。
【００３９】
そして、循環ポンプ２０、２５を作動させるとともに、空冷ヒートポンプチラー１５を冷房運転にすると、冷却水循環ライン１６ａ、１６ｂ内の冷却水は、バイパスライン３２から順次第１および第２の熱交換器２８、３０に送られる。一方、空冷ヒートポンプチラー１５からの冷却液は、ヒートポンプ空調ラインの供給管１７ａから一部が外気処理空調機２６に送られて冷却媒体として使用された後に、第１の熱交換器２８に送られて上記冷却水を初段冷却する。また供給管１７ａからの他部は、直接第２の熱交換器３０に送られて、第１の熱交換器２８において初段冷却された後の上記冷却水をさらに冷却する。このようにして、第１および第２の熱交換器２８、３０を経た冷却液は、戻り管１７ｂから再び空冷ヒートポンプチラー１５へと戻される。
【００４０】
他方、第１および第２の熱交換器２８、３０において冷却された冷却水は、冷却水循環ラインの供給管１６ａから空調用配管１２および空調機１３に供給される。これにより、建物の室内が冷却される。また、これら空調用配管１２および空調機１３を経た冷却水は、戻り管１６ｂからバイパスライン１９を介して、再び循環ポンプ２０によって循環供給される。これにより、冷房ピークモードによる空調を行うことができる。
【００４１】
これに対して、夏季の夜間や春秋季等の比較的冷房負荷が小さい時には、図１に示すように、開閉弁１９ａ、３３を閉じるとともに、開閉弁２１を開き、バイパスライン１９、３２に冷却水を通さない状態にする。また、空冷ヒートポンプチラー１５および外気処理空調機２６の運転を停止させる。
【００４２】
すると、循環ポンプ２０によって、外気によって冷却された密閉式冷却塔１４内の冷却水が、冷却水循環ラインの供給管１６ａから空調用配管１２および空調機１３に供給されることにより、建物の室内が冷却される。また、これら空調用配管１２および空調機１３を経た冷却水は、戻り管１６ｂから再び密閉式冷却塔１４へと戻される。これにより、冷房中間期モードによる空調を行うことができる。
【００４３】
さらに、これらの中間期においては、図２に示すように、バイパスライン１９は閉じたままにすることにより、冷却水を密閉式冷却塔１４と空調用配管１２および空調機１３との間で循環させるとともに、これと並行してバイパスライン３２を開き、かつ空冷式ヒートポンプチラー１５を運転することにより、第２の熱交換器３０を利用して、上記冷却水を冷却する。このように、空冷ヒートポンプチラー１５からの冷却液を補完的に使用することもできる。
【００４４】
なお、冬季に建物内を暖房する際には、図３に示した開閉弁の開閉状態で、空冷ヒートポンプチラー１５を暖房運転することにより行うことができる。
以上のように、上記空調システムにおいては、空調設備として、冷却水循環ラインの供給管１６ａから導入された冷却水の顕熱を利用して、上記建物内に直接空調用空気を送気して空調を行う空調機１３と共に、建物の床１１内に組み込まれて床面を放熱面とする空調用配管１２を用い、かつその熱媒体として熱容量の大きな密閉式冷却塔１４からの冷却水を用いているために、室内温度と冷却水との温度差が少ない場合においても、効率的に当該室内を冷房することができる。
【００４５】
この結果、外気条件と建物内の熱負荷の要求量に応じて、上述した最適な空調形態を選択することができ、よって空冷ヒートポンプチラー１５の運転時間を短縮させることにより、大幅な省エネルギー化を達成することができる。
【００４６】
加えて、図４に示すように、空調用配管１２をコンクリートの床１１内に埋め込むとともに、空調用配管１２の下方に断熱材を設けていないために、空調用配管１２から軽量コンクリート３３および床スラブ３２からなるコンクリートの床１１に伝達した熱を、床１１の上面および下面から、それぞれ上階および下階の双方の室内へと放熱させることができる。しかも、空調用配管１２から床１１に熱を伝達させることにより、熱容量の大きなコンクリートを蓄熱体として利用することができるために、熱エネルギーの有効利用を図って一層の省エネルギー化を図ることができる。
【００４７】
さらに、床スラブ３２の下面に形成された複数の凹部に吸音材３４を設けるとともに、床スラブ３２の下面に多数の孔部が形成されたパンチングパネル３５を固定しているために、所望の防音性と放熱性との双方を確保することができるとともに、パンチングパネル３５によって、凹部内に設けられた吸音材３４の離脱や落下も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の空調システムの実施形態において冷房中間期モードによる運転状態を示すブロック図である。
【図２】図１の空調システムにおいて中間期の運転状態を示すブロック図である。
【図３】図１の空調システムにおいて冷房ピークモードによる運転状態を示すブロック図である。
【図４】図１の空調設備における空調用配管およびこれを埋設した床構造を示す縦断面図である。
【図５】従来の空調システムを示す概略構成図である。
【図６】従来の冷温水管およびこれを埋設した床構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１１  床
１２  空調用配管（床埋め込み式空調設備）
１４  密閉式冷却塔
１５  空冷ヒートポンプチラー（ヒートポンプ）
１６ａ  冷却水循環ラインの供給管
１６ｂ  冷却水循環ラインの戻り管
１７ａ  ヒートポンプ空調ラインの供給管
１７ｂ  ヒートポンプ空調ラインの戻り管
１９  バイパスライン（第２のバイパスライン）
２８  第１の熱交換器
３０  第２の熱交換器
３２  バイパスライン（第１のバイパスライン）
３４  吸音材
３５  パンチングパネル（金属製の多孔板）
【図１】
2008057822.tif 000003
【図２】
2008057822.tif 000004
【図３】
2008057822.tif 000005
【図４】
2008057822.tif 000006
【図５】
2008057822.tif 000007
【図６】
2008057822.tif 000008