(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築物の室内の床から天井面までの高さを天井高とし、前記天井高の半分よりも下方を居住空間とし、上方を非居住空間とし、居住空間に空調空気の吹出口を設けるとともに、非居住空間に排気口を設け、空調空気の吹出口から居住空間内に低温の空気を供給しながら非居住空間の排気口から高温の空気を排出して置換換気を行なう空調換気システムであって、非居住空間の温度が外気温以上の場合に外気導入ファンによって非居住空間に外気を導入することを特徴とする空調換気システム。
【請求項２】
外気導入ファンから送出される外気の導入口を、非居住空間に面する壁面と天井面の両方又はいずれか一方に設けたことを特徴とする請求項１に記載の空調換気システム。
【請求項３】
天井面に設けた外気導入口の下方にバッフル板を設けたことを特徴とする請求項２に記載の空調換気システム。
【請求項４】
壁面に設けた外気導入口に、開口を上方に向けてベントフードを接続したことを特徴とする請求項２に記載の空調換気システム。
【請求項５】
壁面に設けた外気導入口から水平方向に外気が吹き出される場合、
外気導入口から所定の距離の位置における外気の速度が１ｍ/ｓ以下となるように、外気導入口の吹出し速度及び外気導入口直径または相当直径の何れかを設定したことを特徴とする請求項２に記載の空調換気システム。
【請求項６】
室内の居住空間に空調空気の吹出口を設けるとともに、居住空間の上方にある非居住空間に排気口を設け、居住空間に低温の空気を供給しながら非居住空間から高温の空気を排出して置換換気を行なう空調換気システムであって、非居住空間の温度が外気温以上の場合に外気導入ファンによって非居住空間に外気を導入し、外気導入ファンから送出される外気の導入口を、非居住空間に面する壁面、或いは、非居住空間に面する壁面と天井面の両方に設け、壁面に設けた外気導入口に、開口を上方に向けてベントフードを接続したことを特徴とする空調換気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場や倉庫などの天井の高い建物において、居住空間の暑熱環境を効率良く改善する空調換気システムに関する。詳しくは、居住空間に冷風を供給する置換換気によって室内に温度成層を形成し、外気温度より高い温度の室上部の高温層を換気によって低温化する空調換気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
天井の高い建物では、図２に示すような空調換気システムがよく見られる。すなわち、床上から４ｍ以下の居住空間２０に空調機２１から冷気を吹き降ろして混合空調する一方、居住空間２０の上方の非居住空間２２に溜まる高温の空気は、天井の排気ファン２３で排出するシステムである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、この空調換気システムでは、排気ファン２３が非居住空間２２の高温空気を排出すると、外気導入口１４から高温多湿の外気が居住空間２０に流れ込み、空調空気と混合するため、空調負荷が増大する。エアバランスに見合う量の外気を空調機２１で処理しようとすると、空調エネルギーが増大することになる。一方、排気ファン２３の排気量を減らして外気の導入量を削減しようとすれば、非居住空間２２の温度が高くなるため、居住空間２０への放射伝達熱量が増加し、空調負荷が増大する。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑み、空調負荷の低減が可能な空調換気システム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】
上記課題を解決するための本発明は、建築物の室内の床から天井面までの高さを天井高とし、前記天井高の半分よりも下方を居住空間とし、上方を非居住空間とし、居住空間に空調空気の吹出口を設けるとともに、非居住空間に排気口を設け、空調空気の吹出口から居住空間内に低温の空気を供給しながら非居住空間の排気口から高温の空気を排出して置換換気を行なう空調換気システムであって、非居住空間の温度が外気温以上の場合に外気導入ファンによって非居住空間に外気を導入することを特徴とする。
【０００６】
外気導入ファンから送出される外気の導入口は、非居住空間に面する壁面と天井面の両方又はいずれか一方に設けるのが好ましい。
【０００７】
天井面に設けた外気導入口の下方にバッフル板を設けるのが好ましい。
【０００８】
壁面に設けた外気導入口には、開口を上方に向けてベントフードを接続するのが好ましい。
ベントフードによって積極的に外気取入を行なうという手段によらなくとも本発明は成立する。すなわち、壁面に設けた外気導入口から水平方向に外気を吹き出す。そして、外気導入口から所定の距離の位置における外気の速度が１ｍ/ｓ以下となるように、外気導入口の吹出し速度及び外気導入口直径または相当直径の何れかを設定するのが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、非居住空間の温度が外気温を超えると、外気導入ファンが非居住空間に外気を取り込み、非居住空間の温度上昇が抑えられるので、居住空間への放射伝熱量が小さくなり、空調負荷の低減が可能になる。
【００１０】
さらに、居住空間に低温空気を吹き出して置換換気を行なっているので、この低温空気が発熱体によって加熱されて上昇気流となり、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などを天井側に搬送し、天井の排気口から排出することができ、居住空間の環境が良くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の空調換気システムを示している。
【００１３】
この空調換気システムは工場や倉庫などの天井の高い（例えば床から天井面までの高さが３ｍを超える）建物に設けられる。すなわち、天井高の半分よりも下方の居住空間１に空調空気の吹出口２ａを設けて置換換気を行い、積極的に室内に温度成層を形成する。空調機３は、居住空間１の上方にある非居住空間４の空気を取り込み、これに外気を混合して冷却し、低温の空気を室内ユニット２に送る。天井には熱排気用の排気ファン５が設けてある。このような強制排気方式のファンの代わりに、自然換気用の排気口または第二種換気用の排気口を設けてもよい。
【００１４】
天井には外気導入ファン６が設けてある。この場合にはルーフファンと呼ばれる有圧扇が採用される。また、外気導入ファン６から送出される外気の導入口の下方にバッフル板７が設けてあり、外気を横方向に拡散させて非居住空間４に送り込んでいる。さらに、非居住空間４に面する壁にも外気導入ファン８が設けてあり、このファン８にはベントフード９が開口を上方に向けて接続してある。そして、天井付近に設けた温度センサ１０と外気温度センサ１１で温度計測を行い、天井付近の温度が設定温度（冬場の暖房負荷増しにならないような温度（例えば２２℃））以上で、かつ外気温度以上の場合に外気導入ファン６,８を運転し、積極的に外気導入を行う。ここで、外気温度センサ１１は屋外のほか、外気導入ダクト内に設けられてもよい。
【００１５】
この空調換気システムでは、室内ユニット２から居住空間１に低温の空気が吹き込まれ、室内に温度成層が形成される。非居住空間４に溜まる高温の空気は、排気ファン５によって外部に排出される。天井付近の温度が外気温に達するまでは外気導入ファン６,８の運転は休止しているので、排気ファン５は空調機３に取り込まれる外気量に相当する量の空気を排出する。天井付近の温度が外気温度以上になると、外気導入ファン６,８の運転が開始され、非居住空間４に外気が導入され、非居住空間４の温度上昇が抑制される。
【００１６】
つまり、居住空間１の温度は外気温度より低く保たれているため、外気導入ファン６,８から送出される高温多湿の外気が浮力のために居住空間１に到達しにくくなり、空調負荷の増加にならずに済む。また、外気導入によって天井付近の温度上昇が抑えられるため、居住空間１への放射伝達熱量が小さくなり、空調負荷を低減できる。この空調換気システムでは、天井の外気導入ファン６から送出される外気をバッフル板７で横方向に拡散させる一方、壁の外気導入ファン８から送出される外気をベントフード９に通し、ここから上方に向けて外気を吹き出しているので、居住空間１への外気の到達を一層困難にし、空調負荷の低減効果を高めている。
【００１７】
さらに、居住空間１に低温空気を吹き出して置換換気を行なっているので、居住空間１で低温空気が発熱体によって加熱されて上昇気流となり、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などを天井側に搬送し、排気ファン５から排出することができる。
【００１８】
ところで、天井から外気導入を行う場合には、高温多湿な外気が直接居住域に到達することを避けるため、外気導入口の下方にバッフル板７を設けてあるが、このバッフル板７は、円形でもよいし、方形でもよい。外気導入口が方形の場合の相当直径Ｄは、次の式で示すことができる。
【数１】
0004790480.tif 000002
【００１９】
バッフル板７の大きさは、バッフル板７が円形の場合には外気導入口の直径または相当直径の２倍以上とし、バッフル板７が方形の場合には短辺を給気口の直径または相当直径の２倍以上とする。バッフル板の圧力損失（抵抗係数）を少なくするためには、外気導入口とバッフル板７の離隔距離Ｈは、外気導入口の直径または相当直径の０.８倍以上離すと良い。図３はＤ／Ｈと抵抗係数の関係を実験で求めたものである。
【００２０】
ところで、壁面から水平方向に外気を導入する場合、壁面や機器などの障害物に衝突した高温多湿の外気が慣性力で居住域に下降し、空調負荷増しにならないように配慮する必要がある。そのため、以下の噴流式を用いて障害物の衝突速度Ｖxを計算し、Ｖｘ≦1 m/sとなるように外気給気口からの吹出し速度Ｖ0を遅くするか、上方に外気を供給できるように上向きのベントフード９を設ければよい。
【数２】
0004790480.tif 000003
【００２１】
外気給気口からの噴流が障害物に衝突する速度と、衝突後の下降速度の関係を評価するため、図４に示す解析条件にてＣＦＤ解析を行った。外気給気口の高さは天井高さの半分とし、評価エリアは居住域（床上６００mm以下）の障害物面とした。解析結果の一例を図５に示す（衝突速度１ m/s時の障害物面風速コンター）。評価エリアにおける外気の衝突速度と平均下降速度との関係を図６に示す。障害物への衝突速度Ｖｘが１ m/sを越える時に評価エリアの平均下降速度が０.３m/sを越える結果となった。障害物表面で自然対流が生じる場合、上昇速度は概ね０.３m/s程度と見積ることができるため、Ｖｘの上限値を0.3m/sとした。なお、外気給気口の吹出し速度Ｖ0は、なるべく遅くできるようにすることが望ましい。
〔実施例〕
この空調換気システムでは、比較的高い温度の外気を導入して非居住空間４の空気を冷却し、居住空間１の温度を降下することができる。図７は、天井高さ９mの印刷工場における室内温度の実測値で、図２の従来の方式と図１の本発明の方式を比較して示す事例である。空調空気の給気ユニットは、特開平2002-372268号公報や特開2005-282892号公報などに記載された旋回流誘引型の置換換気用給気ユニットを用いた。空調風量（40m3/hm2）、給気温湿度平均値（20℃，12g/kg(DA)）、天井排気風量などの運転条件は同じに設定し、機器発熱負荷（200W/m2）や外気条件（31℃，17 g/kg(DA)）も同じ条件での実測比較である。1000m2の工場を200m2毎の床上１mに５つの測定点を設けて平均温度を比較した。本発明では従来方式に較べて４℃もの温度降下が見られ、暑熱環境が十分に改善できているのが分かる。
【００２２】
図８はその場合の絶対湿度分布を示している。本発明の場合には、従来方式よりも居住域の絶対湿度が低く、作業域はほぼ給気の絶対湿度と同じに保たれている。導入した高温多湿の外気が浮力のために居住域に降下せず、空調負荷増しにならないことが示されている。
【００２３】
図９は、置換換気を行った同工場において、天井排気と外気導入を積極的に行った場合と行わない場合の垂直温度分布を比較したものである。比較時の外気温度は，いずれも２９℃で同じであり、給気条件や機器発熱量も同様に同じ条件である。天井部排気と外気導入を積極的に行うことによって、居住域温度が２℃程降下しているのが分かる。日射量が大きく、外気温度がさらに高い場合には，さらに大きな効果が得られることは、明白である。
〔変形例〕
外気を導入する給気系統には、濾過フィルタや防虫網などを設けても良い。より室内の清浄性が向上し、昆虫の進入も防止できる。
【００２４】
また、給気系統の室外側には、雨水や雪の混入を防止するため、ウェザーカバーやガラリなどを設けても良い。
【００２５】
外気導入口は、天井面のみでも良いし、壁面のみでも良い。また、両方を設けても良いし、その数は室の容積に応じて決めれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の空調換気システムを概念的に示す図。
【図２】従来の空調換気システムを概念的に示す図。
【図３】バッフル板におけるＤ／Ｈと抵抗係数の関係を示す図。
【図４】ＣＦＤ解析の解析条件を示す図。
【図５】ＣＦＤ解析の結果を示す図。
【図６】衝突速度と平均下降速度との関係を示す図。
【図７】本発明と従来例における室内温度の実測値を比較して示す図。
【図８】本発明と従来例における絶対湿度分布を比較して示す図。
【図９】天井排気と外気導入を行った場合と行わない場合の垂直温度分布を比較して示す図。
【符号の説明】
【００２７】
１      居住空間
２      室内ユニット
２ａ    吹出口
３      空調機
４      非居住空間
５      排気ファン
６      外気導入ファン
７      バッフル板
８      外気導入ファン
９      ベントフード
【図１】
0004790480.tif 000004
【図２】
0004790480.tif 000005
【図３】
0004790480.tif 000006
【図４】
0004790480.tif 000007
【図５】
0004790480.tif 000008
【図６】
0004790480.tif 000009
【図７】
0004790480.tif 000010
【図８】
0004790480.tif 000011
【図９】
0004790480.tif 000012