(57)【要約】【課題】結露を発生することなく、大きな蓄熱量を蓄えることのできる躯体蓄熱空調方法を提供する。【解決手段】被空調室２０の天井を成す躯体１２に冷却エアを吹きつけて躯体１２に蓄熱する際、躯体１２を床面とする被空調室４０で除湿空調を行う。その際、被空調室４０で躯体１２の表面温度を測定するとともに、被空調室４０内の温湿度を測定し、これらの測定値に基づいて除湿空調を行う。さらに、被空調室４０の内圧が外気圧よりも高くなるように空調する。【選択図】  図１
2008202838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の被空調室の天井を成す躯体に冷却エアを吹きつけて該躯体に蓄熱する躯体蓄熱空調方法において、
前記躯体の蓄熱運転時に、該躯体を床面とする第２の被空調室で除湿空調を行うことを特徴とする躯体蓄熱空調方法。
【請求項２】
前記冷却エアの吹きつけ位置における前記第２の被空調室側での前記躯体の表面温度を測定するとともに、前記第２の被空調室の内部の露点温度を求め、該露点温度と前記表面温度に基づいて前記除湿空調を制御することを特徴とする請求項１に記載の躯体蓄熱空調方法。
【請求項３】
前記表面温度の変化を予測するとともに前記露点温度の変化を予測し、該予測した表面温度が前記予測した露点温度よりも高くなるように前記除湿空調を制御することを特徴とする請求項２に記載の躯体蓄熱空調方法。
【請求項４】
第１の被空調室の天井を成す躯体に冷却エアを吹きつけて該躯体に蓄熱する躯体蓄熱空調方法において、
前記躯体の蓄熱運転時に、該躯体を床面とする第２の被空調室の内圧が大気圧よりも大きくなるように空調することを特徴とする躯体蓄熱空調方法。
【請求項５】
前記第２の被空調室に外気を除湿して供給することによって、該第２の被空調室の内圧を大気圧よりも大きくすることを特徴とする請求項４に記載の躯体蓄熱空調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は躯体蓄熱空調方法に係り、特にオフィスビル等の躯体蓄熱空調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギー対策などの観点から、ビル空調に躯体蓄熱空調システムが用いられる。躯体蓄熱空調システムは、電力料金が安い夜間に建築躯体を冷却して蓄熱することによって、昼間の空調負荷を減らすシステムであり、たとえば天井裏空間に設けられた空調機によって天井のスラブを夜間に冷却する。これにより、昼間に天井のスラブから冷熱が放熱されるので、昼間の冷却負荷が減少し、空調のランニングコストを削減することができる。
【特許文献１】特開２０００−１５７９６４号公報
【特許文献２】特開２００５−１６１２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の躯体蓄熱空調システムは、蓄熱を行ったスラブの上層階の床面で結露が発生し、電気機器等が故障するおそれがあった。このため、従来の躯体蓄熱空調システムでは、躯体をあまり冷却することができず、大きな蓄熱量を蓄えることができないという問題があった。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、結露を発生することなく、大きな蓄熱量を蓄えることのできる躯体蓄熱空調方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、第１の被空調室の天井を成す躯体に冷却エアを吹きつけて該躯体に蓄熱する躯体蓄熱空調方法において、前記躯体の蓄熱運転時に、該躯体を床面とする第２の被空調室で除湿空調を行うことを特徴とする。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、躯体の蓄熱運転を行うとともに躯体の上の第２の被空調室で除湿空調を行うので、第２の被空調室で結露が発生することを防止できる。したがって、躯体を従来よりも冷却することができ、躯体の蓄熱量を大きくすることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は請求項１の発明において、前記冷却エアの吹きつけ位置における前記第２の被空調室側での前記躯体の表面温度を測定するとともに、前記第２の被空調室の内部の露点温度を求め、該露点温度と前記表面温度に基づいて前記除湿空調を制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、蓄熱運転時に第２の被空調室内で最も温度が低い表面温度を測定するとともに第２の被空調室の内部の露点温度を求め、この露点温度と表面温度とを比較して除湿運転を制御するので、除湿運転を最小限に抑えながら結露を防止することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は請求項２の発明において、前記表面温度の変化を予測するとともに前記露点温度の変化を予測し、該予測した表面温度が前記予測した露点温度よりも高くなるように前記除湿空調を制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明によれば、表面温度と露点温度を予測して除湿空調を制御するので、結露の発生をより確実に防止することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は前記目的を達成するために、第１の被空調室の天井を成す躯体に冷却エアを吹きつけて該躯体に蓄熱する躯体蓄熱空調方法において、前記躯体の蓄熱運転時に、該躯体を床面とする第２の被空調室の内圧が大気圧よりも大きくなるように空調することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、第２の被空調室の内圧を大気圧よりも大きくなるように空調することによって、第２の被空調室に高湿度の外気が入り込むことを防止することができる。したがって、第２の被空調室の内部を低い湿度に保つことができ、第２の被空調室で結露が発生することを防止することができる。これにより、躯体を従来よりも冷却することができ、躯体の蓄熱量を大きくすることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は請求項４の発明において、前記第２の被空調室に外気を除湿して供給することによって、該第２の被空調室の内圧を大気圧よりも大きくすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、躯体の蓄熱運転時に、第２の被空調室で除湿空調を行ったり、第２の被空調室の内圧を大気圧よりも大きくなるように空調したので、第２の被空調室で結露が発生することを防止でき、躯体を従来よりも冷却して蓄熱量を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下添付図面に従って本発明に係る躯体蓄熱空調方法の好ましい実施形態について説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る躯体蓄熱空調方法を適用した空調システム１０の第１の実施形態を模式的に示す断面図である。同図に示す建屋内には、コンクリート製の躯体１２によって上下に仕切られた二つの被空調室２０、４０が設けられている。躯体１２は、被空調室２０の天井を成すとともに、被空調室４０の床面を構成している。
【００１７】
被空調室２０の上部は天井部材２２によって仕切られ、天井裏空間２４が形成されている。天井裏空間２４には、被空調室２０を空調するための室内機２６が設けられる。室内機２６は屋外の室外機２８に接続され、この室外機２８との間で熱媒体を循環させることによって、エアを冷却して吹き出すように構成される。室内機２６の吹出口にはダクト３０が接続され、このダクト３０は切替ダンパ３２に接続される。切替ダンパ３２は、天井部材２２に設けられた吹出口３４と、天井の躯体１２に向けて開口された吹出口３６とに接続されるとともに、その吹出口３４と吹出口３６の一方を選択して室内機２６に連通するように切替制御される。したがって、昼間の通常の空調運転時には室内機２６を吹出口３４に連通して、冷却エアを被空調室２０に給気することができ、夜間の蓄熱運転時には室内機２６を吹出口３６に連通して、冷却エアを躯体１２に吹きつけることができる。
【００１８】
天井部材２２には、排気口３８、３８が形成されており、通常の空調運転時には、被空調室２０内のエアが排気口３８、３８から天井裏空間２４に吸引される。そして、室内機２６によって冷却された後、吹出口３４から吹き出される。
【００１９】
なお、図１には省略したが、外気を空調して被空調室２０に給気する外気処理装置を設けてもよい。
【００２０】
一方、被空調室４０は、その上部が天井部材４２によって仕切られ、天井裏空間４４が形成されている。天井裏空間４４には、被空調室４０を空調するための室内機４６が設けられている。室内機４６は屋外の室外機４８に接続され、この室外機４８との間で熱媒体を循環させることによって、エアを冷却して吹き出すように構成される。
【００２１】
被空調室４０の天井部材４２には、給気口５０と排気口５２が設けられる。給気口５０には給気ダクト５４が接続され、排気口５２には排気ダクト５６が接続される。給気ダクト５４と排気ダクト５６は、メンテナンス室５８の外気処理装置６０に接続されており、外気処理装置６０は、排気ダクト５６からエアを吸引し、温度及び湿度を調節して給気ダクト５４に送気するように構成される。これにより、被空調室４０内のエアを外気処理装置６０に循環させて、被空調室４０内の温湿度を調節することができる。
【００２２】
外気処理装置６０は、外気ダクト６２を介して外気取入口６４に接続される。したがって、外気処理装置６０に外気を取り入れることができ、外気の温湿度を調節して被空調室４０に給気することができる。上記の排気ダクト５６及び外気ダクト６２にはそれぞれダンパ６６、６８が配設されており、排気量及び外気取入量を調節できるようになっている。
【００２３】
被空調室４０には、躯体１２の表面温度を測定する表面温度センサ７０が設けられる。表面温度センサ７０は、吹出口３６からの冷却エアの吹き付け位置の反対側に設けられている。これにより、吹出口３６から冷却エアを吹き出して躯体１２を冷却した際に、被空調室４０内で最も低い温度を測定することができる。
【００２４】
また、被空調室４０には、温度及び湿度を測定する温湿度センサ７２が設けられている。なお、温湿度センサ７２は、露点温度を求めることができるものであればよく、たとえば光学式の露点温度センサを用いてもよい。
【００２５】
さらに、被空調室４０の内部には圧力センサ７４が設けられており、被空調室４０の外部に設けられた圧力センサ７６とともに、被空調室４０の内圧と大気圧との微差圧力を検出できるようになっている。
【００２６】
上述した表面温度センサ７０、温湿度センサ７２、圧力センサ７４、７６は、コントローラ７８に接続されている。コントローラ７８は、外気処理装置６０に接続されており、各センサ７０、７２、７４、７６の測定値に基づいて外気処理装置６０の駆動を制御するように構成される。具体的には、まず、表面温度センサ７０の測定値と、過去の蓄熱運転時のデータから、表面温度の変化を予測する。一方で、温湿度センサ７２の測定値から露点温度を算出するとともに、過去の除湿運転時のデータから、露点温度の変化を予測する。そして、表面温度の予測値が露点温度の予測値よりも常に高くなるように、外気処理装置６０の駆動を制御して除湿空調を行う。これにより、被空調室４０では、表面温度が露点温度よりも常に高くなるので、結露の発生を防止することができる。
【００２７】
また、蓄熱運転中に圧力センサ７４、７６の測定値を比較し、被空調室４０の内圧が大気圧よりも低い場合には、外気処理装置６０のダンパ６８を開いて外気の取入量を増やし、被空調室４０の内圧が大気圧よりも大きくなるように外気処理装置６０を制御する。これにより、被空調室４０では、大気圧よりも常に高くなるので、外部から高い湿度の外気が被空調室４０に入り込むことを防止することができ、被空調室４０を常に低い湿度に保つことができる。なお、被空調室４０の内圧が大気圧よりも高い場合であっても、予め設定した上限値を超えている場合には、ダンパ６８の開度を小さくして、外気取入量を減少させる。
【００２８】
次に上記の如く構成された空調システム１０の躯体蓄熱空調方法について説明する。図２は、通常の空調運転から蓄熱運転に切り替える際のフローを示している。
【００２９】
同図に示すように、まず、蓄熱運転を開始する条件（本実施形態では、蓄熱運転の開始予定時刻）になったか否かを判断する（ステップＳ１）。そして、蓄熱運転を開始する条件になった場合には、図１の切替ダンパ３２を切り替えて蓄熱運転を開始する（ステップＳ２）。すなわち、室内機２６からの冷却エアを躯体１２に吹きつけ、躯体１２へ冷熱を蓄熱する。その際、躯体１２に吹き付ける冷却エアは、蓄熱運転の終了予定時刻に所望の蓄熱量になるような一定温度、一定風量に制御される。
【００３０】
蓄熱運転中、コントローラ７８は、表面温度センサ７０の測定値と過去の蓄熱運転データから表面温度の変動を予測する。また、コントローラ７８は、温湿度センサ７２の測定値から露点温度を算出するとともに、過去の蓄熱運転データから露点温度の変動を予測する。そして、コントローラ７８は、露点温度の予測値Ｔｄと表面温度の予測値Ｔｓとを比較し（ステップＳ３）、Ｔｓが常にＴｄよりも高くなるように外気処理装置６０を制御する。すなわち、ＴｓがＴｄよりも低くなることが予測される場合には、外気処理装置６０を駆動することによって、除湿空調を行う（ステップＳ４）。これにより、被空調室４０には除湿エアが給気されるので、露点温度を下げることができ、表面温度を露点温度よりも常に高く維持することができる。このように露点温度を表面温度よりも常に高くなるように制御することによって、被空調室４０内で結露が発生することを防止することができる。
【００３１】
また、コントローラ７８は、蓄熱運転中に被空調室４０の内圧と大気圧（外圧）とを比較し（ステップＳ５）、被空調室４０の内圧が大気圧よりも低い場合には、外気処理装置６０のダンパ６８を開いて外気の取入量を増やす（ステップＳ６）。これにより、被空調室４０の内圧を高めることができ、被空調室４０の内圧を大気圧よりも高い状態に維持することができる。したがって、外部から高い湿度の外気が被空調室４０に入り込むことを防止することができ、被空調室４０を常に低い湿度に保つことができる。
【００３２】
このように本実施の形態は、蓄熱運転時に外気処理装置６０で被空調室４０を除湿運転することによって、被空調室４０で結露が発生することを防止することができる。また、本実施の形態は、蓄熱運転時に被空調室４０の内圧を大気圧よりも高めることによって、高湿度の外気が被空調室４０に入り込むことを防止したので、被空調室４０で結露が発生することを防止することができる。したがって、本実施の形態によれば、蓄熱運転時に躯体１２の温度を従来よりも大きく下げることができ、蓄熱量を増加させることができるので、ランニングコストを従来よりも下げることができる。
【００３３】
上記の如く蓄熱運転を行い、蓄熱運転の終了条件（たとえば時刻や蓄熱量等）になった際に蓄熱運転を終了し、通常の空調運転に切り替える（ステップＳ７）。すなわち、切替ダンパ３２を切り替えて、室内機２６からの冷却エアが被空調室２０に給気されるようにする。その際、被空調室２０内のエアが排気口３８から天井裏空間２４に吸い込まれ、躯体１２に蓄えられた冷熱が放熱される。
【００３４】
図３は第２の実施形態の空調システムの構成を模式的に示す断面図である。同図に示すように、被空調室４０の下部は床面形成部材８２で仕切られ、床下空間８４が形成されている。外気処理装置６０は、ダクト８６を介して床下空間８４に接続されており、空調エアを床下空間８４に給気するようになっている。なお、床下空間８４には複数の開口８８、８８が形成されており、この開口８８、８８を介して床下空間８４のエアが被空調室４０に給気される。
【００３５】
上記の如く構成された第２の実施形態によれば、蓄熱運転時に、外気処理装置６０で除湿した除湿エアが床下空間８４に給気される。したがって、蓄熱運転時に最も温度が低下する床下空間８４に除湿エアが直接給気されるので、結露の発生をより確実に防止することができる。
【００３６】
なお、図３には、建屋内のエアを排気ファン９０、９０で排気する例が示されている。この排気ファン９０、９０はトイレ等に設けられ、通常２４時間駆動される。このような排気ファン９０を有する建屋の場合には、排気ファン９０と外気処理装置６０とを連動させ、被空調室４０の内圧が常に大気圧より高くなるように制御する。
【００３７】
また、図３には、蓄熱運転を行う被空調室２０のフロアにおいて、排気ファン９０を吹き抜けのコミュニケーションシャフト９２に連通させた例が示されている。このように蓄熱運転を行うフロアで他の階の余剰空気を排気することによって、蓄熱における熱効率を高めることができる。
【００３８】
なお、上述した第１、第２の実施形態では、外気処理装置６０を駆動して除湿運転を行うようにしたが、室内機４６や室外機４８を駆動して第２の被空調室４０を除湿空調してもよい。
【００３９】
また、上述した第１、第２の実施形態では、表面温度の予測値や露点温度の予測値に基づいて除湿空調を制御するようにしたが、これに限定するものではなく、常に除湿空調を行ったり、過去の蓄熱運転のデータに基づいて定期的に除湿空調するようにしてもよい。
【００４０】
また、上述した第１、第２の実施形態では、一つの階のみで蓄熱運転する例で説明したが、複数階で蓄熱運転するようにしてもよい。この場合、蓄熱運転する全ての階に対して上の階で除湿空調するとよい。
【００４１】
さらに、上述した第１、第２の実施形態は、所定の蓄熱開始時刻で蓄熱を開始するようにしたが、残業などの諸事情により蓄熱開始時刻が遅れる場合には、以下に示す蓄熱量確保運転を行うとよい。
【００４２】
図４は、蓄熱量確保運転を行った制御の一例を示している。同図において実線は、所定の蓄熱運転開始時刻（０ｈ）から１０時間で目標蓄熱量（すなわち蓄熱量１００％）となるように蓄熱を行った例を示しており、二つの点線はそれぞれ蓄熱運転時刻が約２時間弱、約３時間弱遅れた場合の例を示している。
【００４３】
蓄熱開始時刻が遅れた場合は、まず、コントローラ７８が当初の蓄熱終了時刻（すなわち１０ｈ後）で目標蓄熱量（１００％）となるよう、冷却エアの温度及び風量を一定値として算出する。コントローラ７８は、その算出した温度及び風量になるように、室内機２６及び室外機２８を制御する。すなわち、室外機２８内の圧縮機を制御して熱媒体の循環量を増加することによって冷却エアの温度を低下させたり、室内機２６内のファンの回転数を上昇させることによって冷却エアの風量を増加させたりする。これにより、蓄熱量の経時曲線（点線）は当初の予定（実線）よりも傾きが大きくなり、当初の蓄熱量終了時刻（１０ｈ後）に目標蓄熱量（１００％）となるように制御される。
【００４４】
このように、躯体１２に吹き付ける冷却エアの温度及び風量の最適値を算出し、その最適値に制御することによって、蓄熱量を当初の予定で確実に終了しつつ、省エネ運転を行うことができる。
【００４５】
図５は、図４と異なる蓄熱量確保運転の例を示している。同図において実線は当初の蓄熱開始時刻（０ｈ）で蓄熱を開始した例であり、点線はそれぞれ約２時間弱、約３時間弱遅れて蓄熱を開始した例を示している。
【００４６】
蓄熱開始時刻が遅れた場合は、まず、蓄熱能力を最大にした状態で蓄熱運転を開始する。すなわち、室外機２８内の圧縮機を制御して熱媒体の循環量を最大にして冷却エアの温度を低下させたり、室内機２６内のファンの回転数を上昇させることによって冷却エアの風量を増加させたりする。これにより、蓄熱量の経時曲線（点線）は当初の予定（実線）よりも傾きが大きくなり、当初の予定（実線）に近づく。
【００４７】
次いで、当初の予定（実線）に近づくにつれて、蓄熱能力（冷却エアの温度と送風量）を、当初（実線）の制御値に徐々に戻していく。すなわち、冷却エアの温度を上昇させたり、冷却エアの風量を低下させたりすることによって、当初の制御値に戻していく。これにより、蓄熱量の経時曲線（点線）は、当初の予定（実線）に重なり、当初の予定どおりに蓄熱を完了する。
【００４８】
上記の如く蓄熱量確保運転を行うことによって、蓄熱開始時刻が遅れた場合にも、当初の終了予定時刻に所望の蓄熱量を確保することができ、且つ、当初の制御に重なるので安定した運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明を適用した空調システムの第１の実施形態を模式的に示す断面図
【図２】躯体蓄熱空調方法を示すフロー図
【図３】本発明を適用した空調システムの第２の実施形態を模式的に示す断面図
【図４】蓄熱量確保運転の例を示す蓄熱量経時変化図
【図５】蓄熱量確保運転の例を示す蓄熱量経時変化図
【符号の説明】
【００５０】
１０…空調システム、１２…躯体、２０…被空調室、２２…天井部材、２４…天井裏空間、２６…室内機、２８…室外機、３２…切替ダンパ、３４、３６…吹出口、４０…被空調室、４２…天井部材、４４…天井裏空間、４６…室内機、４８…室外機、５０…給気口、５２…排気口、６０…外気処理装置、６６、６８…ダンパ、７０…表面温度センサ、７２…温湿度センサ、７４、７６…圧力センサ、７８…コントローラ、８２…床面形成部材、８４…床下空間、９０…排気ファン
【図１】
2008202838.tif 000003
【図２】
2008202838.tif 000004
【図３】
2008202838.tif 000005
【図４】
2008202838.tif 000006
【図５】
2008202838.tif 000007