(57)【要約】【課題】熱負荷による熱放射の処理が良好に行え、省エネルギーであり、居住空間を常に清浄な環境に保持することが可能な成層空調システム及びその成層高さの制御方法を提供する。【解決手段】本発明の成層空調システムは、熱交換器２を内蔵した給気用空調機１と、熱交換器２で冷却された室外空気を吹出口６ａから熱負荷（Ｌ）を有する室内の下部に低風速で給気する給気ユニット６と、室内上部の空気を室外に排出する排気口１９とを備えている。更に、床面には冷却ユニット９が設けられ、その内部に熱交換器２を通過した後の冷却媒体が流量制御手段（１１）を介して流入する二次冷却管１０が配設されている。ここで、室内に導入される室外空気量と排気口１９から排出される室内空気量は同一である。かかるシステムにおいて、冷却ユニット９に流入する冷却媒体の流量を制御することにより、下部低温空気域と上部高温空気域の境界面を形成する成層高さを制御することができる。【選択図】    図４
2004270971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室外空気を空気冷却用熱交換器で熱交換して、冷却された空気を室内の下部に０．６ｍ／ｓｅｃ以下の風速で給気し、室内に存在する熱負荷で暖められた室内の上部の空気を導入した室外空気と実質的に同量ほど室外に排出する成層空調の成層高さの制御方法において、上記熱交換器を通過した後の冷却媒体を床面冷却ユニットに送液して床面を冷却すると共に、床面温度とその設定温度とを比較して、床面冷却ユニット内に送液する冷却媒体の単位時間当たりの流量を制御することにより、成層高さを制御することを特徴とする成層空調の成層高さの制御方法。
【請求項２】
前記床面冷却ユニットへの冷却媒体の流量の制御と共に、室内温度とその設定温度とを比較して、空気冷却用熱交換器を通過する冷却媒体の単位時間当たりの流量を制御することを特徴とする請求項１記載の成層高さの制御方法。
【請求項３】
前記床面冷却ユニットへの冷却媒体の流量が三方弁を介して制御され、前記熱交換器への冷却媒体の流量が二方弁を介して制御されることを特徴とする請求項２記載の成層高さの制御方法。
【請求項４】
室外空気を熱交換する空気冷却用熱交換器と、該室外空気を導入する給気ダクトと、上記熱交換器で冷却された空気を吹出口から熱負荷を有する室内に０．６ｍ／ｓｅｃ以下の風速で給気する給気ユニットと、室内空気を室外に排出する排気口とを備え、室内空気を室外空気で置換する成層空調システムにおいて、成層高さより下方に上記吹出口が位置し、成層高さより上方に上記排気口が設置されると共に、給気用空調機内の熱交換器を通過した後の冷却媒体が流量制御手段を介して送液される二次冷却管を床面の裏側に配設した床面冷却ユニットを設けていることを特徴とする成層空調システム。
【請求項５】
前記流量制御手段は、空気冷却用熱交換器と二次冷却管の間の配管に介装された三方弁からなり、該三方弁と二次冷却管の戻り管とを接続するバイパス管により冷却媒体がバイパスされることを特徴とする請求項４記載の成層空調システム。
【請求項６】
前記熱交換器と三方弁の間の配管又は熱交換器の上流側配管に二方弁が介装されていることを特徴とする請求項５記載の成層空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、置換換気システムにおける成層高さを床面温度に応じて制御する成層空調の成層高さの制御方法に関する。また、本発明は、給気用空調機内の熱交換器を通過した後の冷却媒体を床面冷却ユニットに送液させる成層空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、換気方式として置換換気システム（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）が北欧より導入された。この方式は、空気の温度差による換気力を利用した自然換気に機械換気を組み合わせたものである。即ち、床レベルから室温より若干低い温度の新鮮空気を供給すると、この空気は室内の発熱体（熱負荷）によって加熱され上昇気流となる。この上昇気流の力を利用して汚染源から発する塵埃やガス等を天井方向に搬送し、天井レベルから排気することによって居住域を清浄な環境に保とうとするものである（非特許文献１）。
同様の空調方式として、図１に示すように、床面近傍に吹出口を有する給気ユニットａから低風速で吹き出された空調空気が、室内の気流をできるだけ乱すことなく熱負荷ｂ周囲に到達し、熱負荷ｂによって生じる熱プルーム（熱上昇流）によって誘引されて、天井方向に上昇し、天井面に設置した排気口ｃから排出される成層空調がある。この成層空調においては、通常、床面近傍で低温、天井付近で高温の温度成層が形成される。
以上のような置換換気システムや成層空調は、例えば特許文献１，２に開示されている。
【０００３】
【非特許文献１】
「空気調和・衛生工学便覧」３空気調和設備設計篇、第２５２頁〜第２５４頁、空気調和・衛生工学会編、２００１年１１月第１３版発行
【特許文献１】
特許第２８６２１４９号公報
【特許文献２】
特開２０００−３１０４３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の高温の成層域（熱溜まり）は、床面への熱放射を伴い、床面やその近傍の温度を上昇させる要因となる。床面近傍温度が上昇すると、給気ユニットから室内へ給気された空調空気の温度が上昇し、室内に点在する熱負荷に到達する前に上昇することがあり、熱負荷の処理を満足に行うことができなくなるなどの問題が生じる。その結果、給気風量ＱＳ＜熱プルーム風量ＱＰとなり、高温の熱溜まりが下部へ下がる、つまり後に算出法を詳述する「成層高さ」Ｈが低下する（図２）。
また、熱負荷から臭気や塵埃等の汚染物質が発生する場合、成層高さよりも低い部分の室内空気は清浄であるが、成層高さよりも高い部分では混合域となり、汚染物質濃度は排気口濃度とほぼ等しい濃度となる。そして、オフィス等の居住空間では、成層高さの境界面が立位人体の呼吸域高さとほぼ等しい高さであるため、成層高さが低下してくると、汚染された空気を吸い込む可能性がでてくる。従って、上述の成層空調下においては、成層高さの境界面を高くする、つまり上昇させることが課題の１つとなっている。
成層高さの境界面を上昇させるための一手段として、まず給気風量を増大させることが考えられる。例えば、給気風量＞熱プルーム風量とすることで、成層高さの境界面を上昇させることができる。しかし、給気風量の増大は室外空気導入量の増加に繋がり、外気処理のためのエネルギー消費量が大きくなる。また、給気風量増大の手段としては、室内給気用空調機の大型化が考えられるが、外気負荷の処理エネルギーの増大に加えて、送風機の搬送動力の増加、給気ダクトや給気ユニットの大型化が問題となる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上述の問題点を解消することにあり、給気用空調機を大型化することなく、熱負荷による熱放射の処理が良好に行えかつ省エネルギーであり、居住空間を常に清浄な環境に保持することが可能な成層空調の成層高さの制御方法及び成層空調システムを提供することにある。
本発明者らは、前述の問題を解決するために鋭意検討を重ねてきたところ、給気用空調機に内蔵される熱交換器と配管接続する床面冷却ユニットを設けて、このユニットに送液する冷却媒体の流量を制御することによって、上記目的を達成したものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、室外空気を空気冷却用熱交換器で熱交換して、冷却された空気を室内の下部に０．６ｍ／ｓｅｃ以下の風速で給気し、室内に存在する熱負荷で暖められた室内の上部の空気を導入した室外空気と実質的に同量ほど室外に排出する成層空調の成層高さの制御方法において、上記熱交換器を通過した後の冷却媒体を床面冷却ユニットに送液して床面を冷却すると共に、床面温度とその設定温度とを比較して、床面冷却ユニット内に送液する冷却媒体の単位時間当たりの流量を制御することにより、成層高さを制御することを特徴とする。
また、本発明は、室外空気を熱交換する空気冷却用熱交換器と、該室外空気を導入する給気ダクトと、上記熱交換器で冷却された空気を吹出口から熱負荷を有する室内に０．６ｍ／ｓｅｃ以下の風速で給気する給気ユニットと、室内空気を室外に排出する排気口とを備え、室内空気を室外空気で置換する成層空調システムにおいて、成層高さより下方に上記吹出口が位置し、成層高さより上方に上記排気口が設置されると共に、給気用空調機内の熱交換器を通過した後の冷却媒体が流量制御手段を介して送液される二次冷却管を床面の裏側に配設した床面冷却ユニットを設けていることを特徴とする。
【０００７】
ここで、成層高さは、給気風量と熱負荷によって生じる熱プルームの風量が等しくなる床面からの高さとして定義される。成層高さＨを求めるには、熱負荷が図３に示す仮想点熱源Ｓとする発熱体円筒（Ｌ）であると仮定した場合、プルーム風量（ＱＰ）と給気風量（ＱＳ）とは等しいので、発熱体の発熱量（Ｐ）と周囲空気温度（Ｔ０）  が分かれば、下記式（１）に従って仮想点熱源Ｓからの距離（Ｚ）が求められ、更に下記式（２），（３）と発熱体の高さから算出することができる。
式１            ＱＰ  ＝  Ｋ（ｇ／ＣＰ・ρ・Ｔ０）１／３［Ｐ・Ｚ］１／３
式２            Ｚ０  ＝  ０．８Ｄ／２（ｔａｎ  １２．５°）
式３            Ｚ    ＝  Ｚ０  ＋  ｈ  −  Ｄ／３
ＱＰ：  プルーム風量［ｍ３／ｓ］
Ｋ  ：  定数（Ｃｅｄｅｒｗａｌｌ    ０．１４，Ｓｋａｒｅｔ  ０．１９）
ｇ  ：  重力加速度［ｍ／ｓ２］（９．８１）
ＣＰ：  比熱［ｋＪ／ｋｇ・Ｋ］（１．００７）
ρ  ：  密度［ｋｇ／ｍ３］（１．１７６）
Ｔ０：  周囲空気温度［Ｋ］
Ｐ  ：  発熱量［ｋＷ］
Ｚ  ：  仮想点熱源からの距離［ｍ］
Ｄ  ：  発熱体の直径［ｍ］
ｈ  ：  発熱体の上面からの距離［ｍ］
なお、本発明でいう床面温度とは、厳密な意味での床表面の温度だけでなく、床材の温度も包含される。
【０００８】
【作用】
本発明の成層空調の成層高さの制御方法は、従来の成層空調において、床面温度とその設定温度とを比較して、空気冷却用熱交換器を通過した後に床面冷却ユニットに送液される冷却媒体の単位時間当たりの流量を制御するものである。
具体的には、床面温度がその設定温度より高い場合は、流量制御手段により、床面冷却ユニットを送液する冷却媒体の上記流量を増大させて床面温度を低下させる。床面温度が低下すると、熱負荷によって生じる熱プルーム風量（自然対流量）が減少するため、成層高さを上昇させることができる。また、床面温度がその設定温度より低い場合は、流量制御手段により、冷却媒体の上記流量を減少させて床面温度を昇温させる。床面温度が上昇すると、熱プルーム風量が増大するため、成層高さを低下させることができる。
このような本発明の制御方法によれば、床面温度を所定の温度に保持することにより、成層高さを所望の高さに維持することができるので、成層高さより下方の居住空間を常に清浄な空気と置換することが可能である。また、床面を冷却する冷却ユニットは、成層空調特有の上部熱溜まりからの熱放射を処理し、室内に給気される空調空気の温度上昇を防止する作用がある。しかも、床面冷却ユニットは、室内に存在する熱負荷からの熱放射を処理するだけでなく、日射負荷を軽減し、更に室内各壁面からの熱放射も併せて処理する。
【０００９】
本発明の制御方法は、床面冷却ユニットへの冷却媒体の上記流量の制御と共に、室内温度をその設定温度と比較して、空気冷却用熱交換器を通過する冷却媒体の単位時間当たりの流量を制御することが好ましい（請求項２）。後者の流量制御は次のようにして実施される。
室内温度がその設定温度より高い場合は、適宜の流量制御手段により、熱交換器を通過する冷却媒体の上記流量を増大させて、給気温度を低下させる。これに伴って室内温度が低下するので、熱負荷によって生じる熱プルーム風量が減少し、成層高さを上昇させることができる。また、室内温度がその設定温度より低い場合は、適宜の流量制御手段により、冷却媒体の上記流量を減少させて室内温度を昇温させる。室内温度が上昇すると、熱プルーム風量が増大するので、成層高さを低下させることができる。このように、床面温度と室内温度とを同時に制御すると、成層高さを所定の高さに安定して維持することができる。
【００１０】
本発明は、また、従来の成層空調システムにおいて、給気用空調機内の熱交換器を通過した後の冷却媒体が流量制御手段を介して送液される二次冷却管を床面の裏側に配設した床面冷却ユニットが設けられている。この成層空調システムによれば、流量制御手段で床面冷却ユニットへの冷却媒体の流量の制御することにより、前記成層高さの制御方法の発明と同様の作用を奏する。また、前記制御方法の発明も同様であるが、熱交換器を通過して適度に昇温した冷却媒体により床面が冷却されるため、居住者は床面からの冷放射による不快感を覚えるようなことがない。
本発明の成層空調システムにおいて、流量制御手段として、上記熱交換器と二次冷却管の間の配管に三方弁を介装し、三方弁と二次冷却管の戻り管とを配管接続して冷却媒体をバイパスさせることが好ましい（請求項５）。この成層空調システムでは、例えば床面温度を検知するセンサを設け、前述のように床面温度とその設定温度とを比較して、二次冷却管に送液される冷却媒体の単位時間当たりの流量を増減させることにより、成層高さを制御することができる。
更に、熱交換器と三方弁の間の配管又は熱交換器の上流側配管に二方弁を介装することが好ましい（請求項６）。この成層空調システムにおいては、例えば室内温度を検知するセンサを設け、前述のように室内温度とその設定温度とを比較して、空気冷却用熱交換器を通過する冷却媒体の単位時間当たりの流量を制御することにより、成層高さを安定して制御することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図４において、符号１は室外に設置された給気用空調機であり、その内部に空気冷却用熱交換器２、空気加熱器３及び給気ファン４を備えている。熱交換器２としては、コイル式、多管式、熱交換器本体表面にフィンチューブが蛇行状に巻回された熱交換器等が用いられ、熱交換器２内を冷水、ブライン等の冷却媒体が送液される。空気加熱器３は、温水コイル式熱交換器や電気ヒータ等で構成されるが、室外空気が所定の温度より低い時に作動され、省略することも可能である。
給気ファン４によって空調機１に導入された室外空気（例えば、屋外空気）は、給気ダクト５を介して給気ユニット６に送気される。給気ユニット６は、床面に設置されてもあるいは壁面に取り付けられていてもよく、プレナムチャンバとしての機能を有する。給気ユニットの吹出口６ａからは、室内の気流を乱さないように、熱交換器２で冷却された空気が低風速で室内の下部、特に床面に沿うように吹き出される。この給気風速は、０．０５〜０．６ｍ／ｓｅｃの範囲にあり、通常０．１〜０．３ｍ／ｓｅｃの範囲にある。また、単位時間当たりの給気風量は、空調すべき部屋の大きさに応じて増減される。
なお、空気冷却用熱交換器２は、必ずしも空調機１に内蔵される必要はなく、給気ダクト５内に介装させるかあるいはコイルユニットとして構成し、別途設けたファンにより冷却された空気を送気してもよい。
【００１２】
上記空気冷却用熱交換器２の上流側には図示しない冷熱源から流入する冷却媒体、例えば冷水の往き管７が接続しており、その下流側には配管８を介して床面冷却ユニット９が接続している。冷却ユニット９には、熱交換器２を通過した後の冷却媒体が流入する二次冷却管１０が床の裏面側に配設されている。冷却ユニット９としては、例えば、二次冷却管１０が埋設されたマットを二重床用の床材に埋め込んだものや、床スラブに二次冷却管１０を埋め込んだものがある。埋め込み方式に代えて、二次冷却管１０で熱交換した室外空気を床面から吹き出す床吹出方式の冷却ユニット９とすることもできる。この場合の吹出風速は、前記給気風速と同程度であり、０．２〜０．５ｍ／ｓｅｃ  の範囲にあることが好ましい。また、冷却ユニット９の広さは、床面と同一の大きさとすることが望ましいが、必ずしも同一の大きさとする必要はない。例えば、後述の熱負荷が集中して配置されている場合などは、熱負荷とその周辺の床面にのみ敷設してもよい。
熱交換器２と冷却ユニット９を接続する配管８には、床面温度に応じて冷却ユニット９への冷却媒体の単位時間当たりの流量を制御し、床面を所定の温度に保持する流量制御手段が介装されている。即ち、床面温度は、流量制御手段を制御することにより調整することができ、定常状態に達した後は給気ユニット６からの吹出温度と同等かそれ以下の温度に保持される。
【００１３】
流量制御手段としては、通常の流量制御弁、流量調整機能付き三方弁、床面温度を検知して弁の開度が自動調整されるダイヤフラム弁等があり、図３には三方弁の例が図示されている。この三方弁１１は、熱交換器２側に接続する弁体Ａ、二次冷却管１０側に接続する弁体Ｃ及び冷却ユニット９をバイパスするバイパス管１３に連通する弁体Ｂからなる。更に、熱交換器２と三方弁１１等の流量制御手段の間の配管８に、あるいは熱交換器２の上流側の往き管７に別の流量制御手段を介装することが好ましい。かかる流量制御手段としては、図４に図示されている流量調整機能付き二方弁１４や、上記流量制御弁、室温を検知して弁の開度が自動調整されるダイヤフラム弁等がある。また、これらの弁に代えて、往き管７または上記バイパス管１３の下流側の戻り管１２にポンプ（図示せず）を介装し、この駆動力を制御してもよい。
各流量制御手段として図示の三方弁１１及び配管８に設けられた二方弁１４を用いた場合の制御方法について説明する。三方弁１１は、床表面または床材の温度を検出する床面温度センサ１５で検知された温度と所望の床面温度が記憶された設定値とをマイコン等の制御素子１６により比較して、弁体Ｃの開度が調整される。より具体的には、センサ１５で測定された床面温度が設定値より高いと弁体Ｃの開度を大きくし、床面温度の実測値が設定値と同じかそれより低い場合は、弁体Ｃを閉成するかあるいはその開度を小さくする。また、二方弁１４は、室温センサ１７で検知された温度と所望の室温が記憶された設定値とをマイコン等の制御素子１８により比較して、弁体の開度が調整される。具体的には、センサ１７で測定された室温が設定値より高ければ高いほど、二方弁１４の弁体の開度を増大させ、室温の実測値が設定値と同じかそれより低い場合は、弁体を閉成するかあるいはその開度を減少させる。ただし、二方弁１４の弁体及び三方弁１１の弁体Ｃを閉成すると、短時間のうちに床面温度が設定値より高くなるので、熱交換器２及び冷却ユニット９と前記冷熱源の間を冷却媒体が常に循環するように各弁体を絞った状態で開成させておくことが好ましい。
【００１４】
一般に、住宅、オフィス等の居住空間や、アトリウム等の大空間には、居住者の他にも、照明器具、ＯＡ機器、電気製品等、各種の発熱源としての熱負荷Ｌが存在する。熱負荷Ｌからは、図１に示すように、熱プルームが生じ、通常、居住空間下部に低温域とその上部に高温域の温度成層が形成される。上部成層域（熱溜まり）の暖められた空気は、この温度成層域の例えば天井または壁面に設置される排気口１９から排気ダクト２０を通って排気ファン２１により室外に排出される。
本発明においては、室内及び床面が共に設定温度に達した後は、給気ファン４及び排気ファン２１の送風能力を実質的に同一として、前記吹出口６ａからの給気風量と排気口１９からの排気風量とを常に等しくしている。即ち、本発明の成層空調システムは定風量方式であり、必要に応じて、冷却媒体の温度を調整して、熱交換器２の表面温度、これに伴う給気温度を変更することができる。また、給気ユニット６に導入される空気は、全て室外由来である必要はなく、室内空気の一部を還気させて、これを浄化・冷却して再利用してもよい。
【００１５】
前記床面温度センサ１５の変形例として、放射温度計を天井面に設置して床面温度を監視することができる。また、床吹出空調の場合、二重床内部に配置される温度センサによる測定値と室温センサ１７による温度から、床材の熱抵抗を考慮して、床表面温度を解析的に求めることができる。一方、室温センサ１７は、成層高さＨの近傍（±１５ｃｍ）、特に成層高さＨの下方に設置することが好ましい。また、室温センサ１７に代えて、給気用空調機１または給気ユニット６から吐出される空気の温度を検知する給気温度センサ（２２）、あるいは熱溜まりの温度または同温度と等しいとみなされる排出空気の温度を検知する排気温度センサ（２３）を用いることもできる。
本発明の成層空調システムは、給気用空調機１内の熱交換器２を通過した後の冷却媒体が流量制御手段を介して流入する二次冷却管１０が床面の裏側に配設された床面冷却ユニット９を設けているので、成層空調において特有の上部熱溜まりからの熱放射を処理し、給気ユニット６から供給された空調空気の温度上昇を防止する。また、冷却ユニット９は、上部熱溜まりからの熱放射の処理の他に、室内に存在する熱負荷Ｌからの熱放射の処理と、日射負荷を軽減し、室内各壁面からの熱放射の処理も併せて行う作用を有する。
【００１６】
本発明は、また、上記熱交換器２を通過した後の冷却媒体を床面冷却ユニット９に送液し、床面温度とその設定温度とを比較して冷却ユニット９への冷却媒体の単位時間当たりの流量を制御することにより、前記成層高さＨを制御することができる。この成層空調の成層高さの制御方法を図５に基づいて説明する。図５には、床面冷却ユニット９への冷却媒体の流量を制御する流量制御手段として、前述の三方弁１１を使用する例が示されている。
この制御方法では、床面設定温度を２０℃として、この設定値と床面温度センサ１５で検知された温度ＴＳＰＦを比較し、床面温度が２０℃より高いと三方弁１１の弁体Ｃの開度を増大させる。これにより、熱交換器２を通過した後二次冷却管１０に流入する冷却媒体の上記流量が増大する。その結果、床面温度が低下する方向に作用し、熱負荷Ｌによって生じるプルーム風量も減少するので、成層高さＨが上昇するようになる。また、センサ１５で検知された床面温度ＴＳＰＦ          が設定温度２０℃より低いと弁体Ｃの開度を減少させる。その結果、冷却媒体の二次冷却管１０への上記流量が減少するので、床面温度が上昇する方向に作用し、成層高さＨが低下するようになる。このようにして、床面温度は２０℃前後に保たれ、成層高さＨもほぼ所定の高さに維持される。
上記流量制御手段として流量制御弁を使用することができる。この場合、床面温度ＴＳＰＦに応じて流量制御弁の開度を増減すると、二次冷却管１０に流入する冷却媒体の単位時間当たりの流量が増減し、上述と同様にして、成層高さＨを上下させることができる。また、床面温度を検知して弁の開度が自動調整されるダイヤフラム弁を使用することもできる。
【００１７】
本発明においては、上記床面温度の制御と室内温度の制御とを組み合わせて、成層高さを制御することがより好ましい。室内温度を制御するには、熱交換器２への冷却媒体の単位時間当たりの流量を制御することにより行われる。かかる流量制御手段としては、例えば前述の二方弁１４を使用する方法が挙げられる。
具体的には、室内設定温度を２６℃として、この設定値と室温センサ１７で検知された温度ＴＳＰＲを比較し、室温が２６℃より高いと二方弁１４の弁体の開度を増大させる。これにより、熱交換器２を通過する冷却媒体の上記流量が増大する。その結果、給気ユニット６から吹き出される給気の温度が低下し、室内温度が低下するので、熱負荷Ｌによって生じるプルーム風量も減少し、成層高さＨが上昇するようになる。また、センサ１７で検知された温度ＴＳＰＲが設定温度２６℃より低いと二方弁１４の開度を減少する。その結果、熱交換器２を通過する冷却媒体の上記流量が減少するので、室内温度が上昇し、成層高さＨが低下するようになる。このように床面温度及び室内温度の双方を制御すると、成層高さＨは所定の高さにより一層安定して維持される。
熱交換器２を通過する冷却媒体の流量を制御する上記流量制御手段として、流量制御弁を使用することができる。この場合、室内温度ＴＳＰＲに応じて流量制御弁の開度を増減すると、熱交換器２を通過する冷却媒体の流量が増減し、上述と同様にして、成層高さＨを上下させることができる。また、室温を検知して弁の開度が自動調整されるダイヤフラム弁を使用することもできる。
なお、床面温度を２０℃及び室内温度を２６℃に設定した場合、一例として、給気用空調機１内の熱交換器２の冷却媒体入口温度は７℃程度であり、室外空気と熱交換した後の冷却媒体出口温度は１２℃程度に昇温する。この冷却媒体を二次冷却管１０に送液すると、二次冷却管１０の冷却媒体出口温度は１５〜１９℃に昇温する。
【００１８】
一般に、成層高さＨよりも低い領域では室内空気は清浄であるが、成層高さＨよりも高い領域では汚染物質濃度は排気口濃度とほぼ等しい濃度になっている。図６には、床面冷却ユニット９を備えた本発明における成層空調と同ユニットを備えていない従来の置換換気空調の無次元化濃度に対する床面からの高さの関係を示している。図６において、床冷却なしの場合、従来の置換換気空調における室内のある点の上下濃度分布を無次元化濃度で表すと実線のようになる。一方、床冷却ありの本発明の無次元化濃度の上下分布は点線で表される。測定点はグラフ中のプロットによって示された床面からの高さ［ｍ］である。なお、無次元化濃度は下記の式で定義される。
（［測定点濃度］−［給気濃度］）／（［排気濃度］−［給気濃度］）
両者の無次元化濃度を比較すると、本発明では、床面からの同一の高さにおけるグラフ中央部の測定点での無次元化濃度が低くなっており、元の成層高さＨが上方へ移動している。これは、測定点における清浄度が向上していることを意味する。従って、本発明の制御方法によれば、成層高さＨの境界面を容易に上昇させることができるので、成層高さＨを立位人体の呼吸域高さより常に高くなるように保持することよって、成層高さＨより下方の居住空間を常に清浄な空気と置換することが可能である。
本発明の成層高さの制御方法は、床面冷却ユニット９として、例えばアトリウム等の大空間において通常は床暖房に利用している床材に冷水（井水）を通水させる方式とすることにより、大空間上部の熱溜まりからの熱放射を処理することができる。この冷却方式によれば、アトリウム等の下部空間を良好な環境に保持できるようになる。
【００１９】
【実施例】
次に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
図７において、符号Ｒは４．５ｍ×４．５ｍ×２．６ｍの  居住空間を示し、その空間内に高さ１．３ｍの  模擬負荷Ｐ１〜Ｐ４が図７（Ｂ）に示す位置に存在する。居住空間Ｒの一側面（壁面）中央には、給気ダクト５を介して、給気用空調機（１）内で熱交換された室外空気を室内に給気する直方体形状の給気ユニット６が床面に設置されている。給気ユニット６は壁面側を除く３側面に吹出口６ａを有する。吹出口６ａからは、風速０．２ｍ／ｓｅｃで上記室外空気が室内下層域に吹き出される。また、非吹出方式の床面冷却ユニット９が床面全体に敷設され、奥側の天井に排気口１９が設けられている。排気口１９からは給気風量と同量の上部室内空気が室外に排出される。更に、本実施例では、蛇行状の二次冷却管（１０）間に床面温度センサ（１５）が配置され、給気ユニット６に対向して  床面から高さ１．５ｍの壁面に室温センサ（１７）が配置されている。
各模擬負荷Ｐ１〜Ｐ４の模擬発熱量は  ２５５．７Ｗである。給気ユニット６の給気風量は４０３．０ｍ３／ｈであり、給気温度は  ２０．４℃である。そして、各センサの検知点における床面温度及び室内温度をそれぞれ２０℃及び２６℃に設定して、図５に示すフロー図に従って空調運転を行ったところ、成層高さ（Ｈ）は１．５５ｍに制御された。また、床表面の温度は２０．７℃に保たれ、排気温度は２７．９℃であった。なお、図６のグラフ図は、模擬負荷Ｐ１〜Ｐ４の間から汚染物質が発生していると仮定して、図７（Ｂ）に示すガス濃度測定点Ｍからの高さの無次元化濃度を定性化して求めたものである。図７（Ａ）には、その測定点の高さ方向を濃度分布参照点Ｄとして示している。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の成層空調システム及びその成層高さの制御方法は、成層空調において床面に冷却ユニットを設けたものであるから、成層空調特有の上部熱溜まりからの熱放射、周囲壁面からの熱放射及び室内に存在する熱負荷による熱放射を処理して、熱負荷から生じるプルーム風量を減少することによって、成層高さを上昇させることができる。のみならず、上部熱溜まりや熱負荷からの放射熱による床面近傍の温度上昇を抑制し、給気ユニットから給気された空調空気の温度上昇を防止することができる。更に、空気冷却用熱交換器を通過して適度に昇温した冷却媒体が床面冷却ユニット内に送液されるので、床面からの冷放射による不快感を伴うことがない。
また、本発明によれば、床面冷却ユニット内に流入する冷却媒体の流量を調整することにより、成層高さを容易に制御できるので、成層高さより下方の居住空間を常に清浄な空気と置換することができる。
本発明では、給気ユニットのみの従来の置換空調システムにおいて形成される成層高さの境界面と同じ高さに制御した場合、床面冷却ユニットによって床面温度を低下させることで、給気ユニットからの給気風量を減少することができるため、省エネルギーの成層空調となる。例えば、床面冷却ユニットを備えていない従来の置換空調における床面温度を１〜５℃低下させると、給気風量を５〜１５％削減することが可能である。しかも、床面を冷却する冷却媒体の温度は、給気ユニットから吹き出される空気温度と同等かそれ以下でよいため、給気用空調機内の熱交換器を通過した後の冷却媒体が使用され、新たに冷熱源を付設する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な成層空調の説明図である。
【図２】給気風量と熱プルーム風量の関係を示す説明図である。
【図３】プルーム風量を算出するための説明図である。
【図４】本発明の実施例を示す成層空調システムの説明図である。
【図５】本発明の成層高さの制御方法の一例を示すフロー図である。
【図６】床面冷却ユニットを備えた本発明の成層空調と同ユニットを備えていない従来の置換換気空調の無次元化濃度に対する床面からの高さの関係を示すグラフ図である。
【図７】（Ａ）は本発明の一実施例を示す模式図であり、（Ｂ）はその居住空間に存在する模擬負荷及び給気ユニットの配置図である。
【符号の説明】
１・・・  給気用空調機、２・・・  空気冷却用熱交換器、５・・・  給気ダクト、６・・・  給気ユニット、６ａ・・・  吹出口、８・・・  配管、９・・・  床面冷却ユニット、１０・・・  二次冷却管、１１・・・  三方弁（流量制御手段）、１２・・・  戻り管、１３・・・  バイパス管、１４・・・  二方弁（流量制御手段）、１５・・・  床面温度センサ、１７・・・  室温センサ、１９・・・  排気口、Ｈ・・・  成層高さ、Ｌ・・・  熱負荷。
【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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【図７】
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