(57)【要約】【課題】密閉型のプラットホームスクリーンドアは、ホーム空調に対して列車風の影響を完全に遮断するものであるが設備費用が掛かり、またホーム柵タイプの駅ホームは、列車風の影響は大きく、通常の冷房容量算定に用いられる値よりも大きな冷房容量が必要となる。【解決手段】外気が出入りする半開放性の地下鉄駅構内ホームの天井部に、冷水槽内に設けた熱交換器で冷やされた冷風を循環させるダクトを張り巡らし、このダクトの数箇所に駅ホーム側に開口した吹出口を設けると共にこの吹出口から駅ホームへ冷風を吹き出す送風ファンを設置した地下鉄駅ホームの空気調和装置において、駅ホームに、列車風を計測する風速計を設け、列車風の風速が設定した基準値以上になったことを検知して送風ファンの運転を停止すると共に基準値を下回ったことを検知して送風ファンの運転を再開し、駅ホームの温度が常時一定となるよう制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気が出入りする半開放性の地下鉄駅構内ホームの天井部に、冷水槽内に設けた熱交換器で冷やされた冷風を循環させるダクトを張り巡らし、このダクトの数箇所に駅ホーム側に開口した吹出口を設けると共にこの吹出口から駅ホームへ冷風を吹き出す送風ファンを設置した地下鉄駅ホームの空気調和装置において、
上記駅ホームに、列車風を計測する風速計を設け、列車風の風速が設定した基準値以上になったことを検知して上記送風ファンの運転を停止すると共に基準値を下回ったことを検知して上記送風ファンの運転を再開し、上記駅ホームの温度が常時一定となるよう制御することを特徴とする地下鉄駅ホームの空気調和装置。
【請求項２】
上記送風ファンを設置したエリアごとに、温度計、湿度計、および放射温度計を有する快適性検知センサーを設置し、快適性検知センサーで上記駅ホームの標準有効温度分布を計測することによって、各エリアごとに標準有効温度が一定になるよう上記空気調和装置を制御することを特徴とする請求項１に記載の地下鉄駅ホームの空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地下鉄駅ホームの空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の地下鉄道の駅では、夏期にプラットホーム（以下、駅ホームと略す）を冷房することは標準となっている。ところが駅ホームには、ホーム柵がある場合でも、列車の進入や発車あるいは列車の通過があるとき、冷房空調された空気が列車風により持ち去られるため、通常のオフィスビル等の空調よりも多くの冷房風を必要とする。
例えば、特許文献１の「列車風による自然換気を利用した空調制御システム」では、地下鉄構内のコンコース、駅ホームおよび各階段部等に設置された風速検知器や温度検出器からの風向風速データ、温度データを用いて、温熱分布予測手段による温熱分布予測結果との比較により各空調機器の動力を最小とする方式が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１８７６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の方式では、列車風が冷房された空気を持ち去り温度の高いトンネル内の空気を駅ホーム内に持ち込み、それがエネルギーの無駄になっていることの直接的な解決になっているわけではない。密閉型のプラットホームスクリーンドア（ホームドアとも言う）は、駅ホーム空調に対して列車風の影響を完全に遮断するものであるが設備費用が掛かることから多くは採用されていない。
上述の現実に採用されているホーム柵タイプの駅ホームにおいては、列車風の影響は大きく、通常の冷房容量算定に用いられる値よりも大きな冷房容量が必要となる。
この発明は、上記課題を解決し省エネや節電のための地下鉄駅ホームの空気調和装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係わる地下鉄駅ホームの空気調和装置は、外気が出入りする半開放性の地下鉄駅構内ホームの天井部に、冷水槽内に設けた熱交換器で冷やされた冷風を循環させるダクトを張り巡らし、このダクトの数箇所に駅ホーム側に開口した吹出口を設けると共にこの吹出口から駅ホームへ冷風を吹き出す送風ファンを設置した地下鉄駅ホームの空気調和装置において、上記駅ホームに、列車風を計測する風速計を設け、列車風の風速が設定した基準値以上になったことを検知して上記送風ファンの運転を停止すると共に基準値を下回ったことを検知して上記送風ファンの運転を再開し、上記駅ホームの温度が常時一定となるよう制御するものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明の地下鉄駅ホームの空気調和装置によれば、風速計が、駅に列車が近づき列車風がある基準値以上になったことを検知して冷風の吹き出しを停止し、列車風が基準値を下回ったことを検知して冷風の吹き出しを再開するので、列車の進入、発車のときはその列車風により快適性を保つ効果があり、冷風の吹き出しを止めている間も冷房すなわち冷凍機を止めなくてよいので節電効果があり、また簡単な構成で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】この発明の実施の形態１における地下鉄駅ホームを模式的に示した図で，（ａ）は全体を示す平面図、（ｂ）は冷風ダクト部分を示す平面図である。
【図２】この発明の実施の形態１における地下鉄駅ホームを模式的に示した断面図である。
【図３】快適性指数と地下鉄駅ホーム上の風速との関係を示すグラフである。
【図４】空気温度と地下鉄駅ホーム上の風速との関係を示すグラフである。
【図５】この発明の実施の形態１に実施する冷凍機システムの一例を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２における地下鉄駅ホームを模式的に示した平面図である。
【図７】快適性検知センサーの放射温度計で観測したエリア分布(格子状分布)を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。
【０００９】
実施の形態１
実施の形態１を説明するに当たり、図１、図２および図５を援用してまず通常の駅の空気調和システムについて説明する。
図１に示す地下鉄駅ホームは、島式ホームと称し１箇所の駅ホームから、上り側および下り側の車両に乗り込むことができる。駅ホーム１００には階段やエスカレーターが取り付けられ１階上のコンコース階と接続されており、乗客（ここで乗客とは駅ホーム１００を利用する人のこととする）は、地上から駅ホーム１００に入り車両に乗り込むことができる。この乗客のための通路は外気との経路にもなっており、外気風が入りこんだり、駅ホーム１００から地上に空気が出て行くことになる。
【００１０】
この駅ホーム１００の図面上の左右には、それぞれ２本ずつのトンネルが接続されている。左側には、上りトンネルと下りトンネルがあり、右側も同じである。
図１では、左側の上りトンネルから列車Ｔが進入している様子を示している。このとき列車Ｔの前方には列車Ｔと同じ方向に風が吹く。これが列車風Ｗである。地下鉄道の駅には一部密閉式のホームドアが設置されているところがあるが、通常はホームドアが設置されていなかったり、ホーム柵１０３が採用されている。従ってほとんどの駅の場合、列車風Ｗは駅ホーム１００内に進入し、図面右側の上りトンネルおよび下りトンネル、あるいは階段やエスカレーターを通過して外部に排出されることになる。
【００１１】
夏期には駅は冷房により空気調和される。
通常の駅では、その機械室に冷凍機が設置され、その冷凍機から冷水が供給され、駅ホーム１００の空気を取り込み冷水との熱交換によりその空気は冷やされ、駅ホーム１００内に吹き出される。
駅ホーム天井部１０１の吹出口エリア２００には、冷風２Ｃが通過する冷風ダクト２０１が設けられ、冷風２Ｃはこの冷風ダクト２０１に設けた複数の吹出口から吹き出される。
図１では、吹出口エリア２００（２００Ｕ，２００Ｄ）に４つの吹き出し口本体２０２が付いているが、それらは１本の冷風ダクト２０１に設置されている。熱交換される空気は駅ホーム１００の空気だけでなく外気を一部取り込むこともある。
【００１２】
次に、図５によって一般によく用いられている冷凍機システムについて説明する。
屋外には冷却塔５０、屋内機械室には冷凍機５１、そして冷水槽５２が設けられている。駅ホーム天井部１０１には送風ファン２Ｆが設けられ、冷風ダクト２０１は吹出口２０２
ａの開口位置まで延設されている。この例では冷凍機５１により第１冷水２Ｂ１（ブライン）は２℃まで冷やされ、冷水槽５２内にある熱交換器５２Ａで暖められ７℃で冷凍機の蒸発器５１Ｃに入る。冷水槽５２には第２冷水２Ｂ２が循環しており、その第２冷水２Ｂ２が空気と熱交換するようになっている。その空気は駅ホーム１００内の空気あるいは外気であり、それらの空気を空気熱交換器５２Ｂに導入し、第２冷水２Ｂ２と熱交換することにより冷風２Ｃを作り、冷風ダクト２０１経由で吹出口２０２ａから駅ホーム１００に吹出される。
【００１３】
この冷風２Ｃは、駅ホーム１００内に直接吹き出されるために、列車Ｔが進入してきたとき列車風Ｗと混合する。このため混合された冷風２Ｃは、トンネル方向や階段、エスカレーターを通過して外部へ排出されたりして、駅ホーム１００の空間から持ち去られるので、体感温度を下げる列車風Ｗが吹き込んでいるにも拘わらず駅ホーム１００の温度が上昇する。
通常（従来のシステム）、冷房の制御は、駅ホーム１００内に設置された温度計を設定温度に保つ、温度制御である。このため、上述のように列車風Ｗが吹き込んだときでも温度制御によって冷房運転が継続されることになる。なお、この発明のポイントである列車風Ｗの観測による制御については段落番号００１８以下で詳述する。なお又、Ｐ１は冷却水ポンプ、Ｐ２はプラインポンプ（第１冷水ポンプ）、Ｐ３は第２冷水ポンプである。
【００１４】
ここで、この発明の拠り所となる快適性の考え方について説明する。
日本の天気予報では不快指数との言葉が使われることがあるが、これは人が快適か否かを判断するのに気温だけでなく、湿度も利用するものである。すなわち人は気温だけでなくその他の要因によっても快適か否かが決まる。不快指数よりもより精緻に快適性を評価する方法の一つに、ＳＥＴ＊（エス・イー・ティー・スター）がある。
【００１５】
これは、標準有効温度(ＳＥＴ＊  Standard Effective Temperuture)とよばれ、ASHRAE（米国暖房冷凍空調学会）で標準的体感温度として採用されており、代表的な快適性指数の一つである。これでは、空気温度のほかに平均放射温度、相対風速、相対湿度、代謝熱生産量、着衣量をもとに、等価な温度（摂氏）として求められる。基準となる量は、相対湿度が50%、風速が0.1m/s、代謝熱生産量が1met=58.15W/m2、着衣量は0.67cloであり、この値が、22.2〜25.6℃の範囲内であれば快適とされる。
【００１６】
その一例を図３に示し説明する。
例えば空気温度が２８℃、風速以外の基準となる量が上記と同じとして、風速に注目して解説する。このとき、すなわち風速がほぼ０のときは、ＳＥＴ＊は２８℃となるが、風速が2.5m/s程度になると快適性指数温度は２４℃程度となる。すなわち気流があると涼しく感じることを定量的に表現しているものであって、人の感覚にほぼ等しいと考えられ、平易な表現を用いれば「体感温度」とも言える。逆に言えば、このことは少しばかり高い温度の風であっても風速があれば、同じ体感温度となることを示す。
【００１７】
これについて図４を示し説明する。
この図４は、図３と同じ条件からはじめ、ＳＥＴ＊は２８℃で一定となる風速と空気温度の関係を示したものである。例えば風速2m/sの風を感じれば、たとえ空気温度が32℃であっても、無風で28℃と同じ体感温度であることを示したものである。
【００１８】
以下、図１、図５を用いて実施の形態１における地下鉄駅ホームを説明する。
既に説明しているように図１では、地下鉄道の島式ホームで上り列車Ｔがこの駅に停止しようとしている。このときこの進入列車により駅ホーム１００には列車風Ｗが通過する。また、季節は夏期であり、冷房のための冷風２Ｃが吹出口エリア２００にある吹出口本体２０２の吹出口２０２ａから駅ホーム１００内に流れ出ている。駅ホーム１００には温度
計３１が設置され、駅ホーム１００の列車進入口あたりには列車風Ｗを観測することができる風速計２０が、上り用および下り用の２箇所設置されている。冷房は列車風Ｗが観測されない時間では、温度が一定になるように制御されている。なお、この制御はエリアごとに区分することなく駅ホーム全域にわたり動作する。
【００１９】
次に進入列車Ｔがある場合を考える。
このとき風速計２０は、列車風Ｗを感じる。
風速計２０を置く場所に大きく依存するが、例えば4m/sを超える風を観測したとき、列車Ｔが進入したと判断する。このとき、駅の冷風２Ｃの送風を停止する。
図５では送風ファン２Ｆを停止することに相当する。このとき冷風２Ｃは吹出されないものの、駅ホーム１００上は列車風Ｗが流れ乗客はそれを感じることにより体感温度を下げ冷房と同じ効果を生むことができるばかりでなく、冷房風が列車風により持ち去られることを防止するため、省エネ効果を生む。
【００２０】
次に列車Ｔが停止して列車風Ｗを感じなくなったとき、送風ファン２Ｆを運転再開し、すぐに冷風２Ｃを吹出すことにより、涼しさを感じることができる。なお、冷風２Ｃの送風停止には冷凍機５１そのものを一時的に停止する方法があり、この方法で冷凍機５１を停止すれば消費電力をおさえて省エネにつながると思えるが、冷凍機５１を停止したのちに再起動させても定常運転に達するまでには数分掛かるのが通常であり、きめ細かな制御は難しいという問題がある。これに対し送風ファン２Ｆを停止する方法であれば、駅ホーム１００上のエリアごとの制御が可能であり、送風ファン２Ｆ停止の場合でも冷水槽５２での熱交換をしないことだけであって、第１冷水２Ｂ１の質量がバッファーとなり、より安定な制御が可能となる。
なおここでは、進入列車Ｔについて考えたが、発車時も駅ホーム１００上に風が吹くため同じ動作が可能で、もちろん通過列車においても同じである。
【００２１】
次に風速計２０による列車風Ｗの検知レベルについて考える。
日本の地下鉄ではトンネル走行時、トンネル内には、列車速度の1/2程度の列車風Ｗが吹く。例えば時速70kmであれば、10m/s弱の列車風Ｗとなる。列車が駅に進入するときは列車速度は遅くなり、また駅ホーム１００内に風速計を設置し通風面積が拡がるとすれば、その半分程度と考えられる。この例ではその風速を4m/sとしているが妥当と考える。また、駅ごとに差異があるのは当然で、設置時にその風速値を決める必要があることは当然である。なお、このときに駅ホーム１００上の風速は2m/sを超える程度であることはよく経験する事象である。
【００２２】
次に列車風Ｗの温度について考える。
夏期の昼間は、外気温度は36℃を超える場合があるものの、列車風Ｗは少なくとも隣接駅から流れてくるものであるので、外気風がトンネル内に入りトンネル壁面で冷却される効果により外気温度よりも低い温度となっている。図４では駅ホーム１００で感じる列車風Ｗが2m/s程度であれば、32℃程度であっても、ＳＥＴ＊は28℃になるのであって、冷房設定温度並みの体感を十分に期待できるものと考えられる。
【００２３】
実施の形態２
実施形態１では、列車風Ｗを検知して冷房の送風を停止するとした。
しかしながら、この実施形態１では駅ホーム１００の全領域で同一の方法を採用しているので、快適な領域と快適でなく暑い領域のむらが出るものと考えられる。このような場合には、暑い領域を少なくするために、冷房の設定温度を下げたり、列車風検知の風速を上げたりして対応することとなり、エリアによっては冷やしすぎたり省エネ効果が小さくなることも考えられる。実施の形態２は、このような課題に対処するものである、
【００２４】
この実施の形態２では、送風ファン（図示せず）を設置したエリアごとに、温度計、湿度計、放射温度計、および簡易的な風速計を有する快適性検知センサー３０を設置し、快適性検知センサー３０で駅ホーム１００の標準有効温度分布を計測することによって上記の空気調和装置を制御する。
【００２５】
以下、図６、図７に基づいて実施の形態２を説明する。
実施の形態２では、快適性検知センサー３０が駅ホーム１００に複数個設置され、吹出口エリア２００が後述するような領域で区分されていることが異なる。快適性検知センサー３０とは、図示していないが、例えば通常の温度計、湿度計、割り当てられた領域の内部を格子状に分割して計測可能な放射温度計、および簡易的な風速計２１を備えたものと考えればよい。
【００２６】
次に、実施の形態１に対する動作上の違いについて説明する。
快適性検知センサー３０は、駅ホーム１００上のそれぞれのセンサーに割り当てられた領域の上記情報について検知する。例えば図７は、一つの快適性検知センサー３０の放射温度計で観測したエリア分布(格子状分布)であるが、床面と乗客では明らかに温度が違うため、人の体温レベルの高温領域が観測されたら乗客の密度が大きく、それよりも低ければ密度は小さいと推定される。
従って、この快適性検知センサー３０で乗客の密度を計ることができる。人の密度が多ければ温度が同じでも放射温度が異なり、より暑く感じる。
【００２７】
また快適性検知センサー３０で計測される通常の温度計、風速計、湿度計により、駅ホーム１００内の温度、風速、湿度分布を求めて、快適性の指数である標準有効温度ＳＥＴ＊を推定することができる。なお、代謝熱生産量や着衣量は計測できないが、駅構造や季節との関連が深いので、それらの対応関係を予め求めておくことで推定可能であり、標準有効温度をほぼ正しく求めることができる。以上の方法により駅ホーム１００の標準有効温度分布を計測することができる。
【００２８】
次にこの計測量を使って冷房制御することを考える。
冷風２Ｃは、冷風ダクト２０１を通って吹出口２０２ａから吹出されるが、それは駅ホーム１００で複数のエリアに区分される。例えば、駅ホーム１００では、図６のように、第１下り吹出口エリア２００Ｄ１と上り第１吹出口エリア２００Ｕ１との第１エリア、第２下り吹出口エリア２００Ｄ２と上り第２吹出口エリア２００Ｕ２との第２エリア、第３下り吹出口エリア２００Ｄ３と上り第３吹出口エリア２００Ｕ３との第３エリア、第４下り吹出口エリア２００Ｄ４と上り第４吹出口エリア２００Ｕ４との第４エリア
のように区分されている。
これら各エリアには、それぞれ送風ファン（図示せず）が付いており、それらの送風ファンを駅ホーム１００の状態によって運転または停止の制御を行う。すなわち、エリアごとに快適性指数が一定になるよう制御を行う。この制御によって、駅ホーム１００のいずれの箇所でも同じ快適性を感じることができ、その結果冷やしすぎによる無駄や暑いまま不快に感じることがなくなる。
【００２９】
実施の形態１で列車が進入したとき冷風を停止するとしたのに対し、実施の形態２では、列車風の温度が通常より高かった場合、乗客が密集した場合には、冷房を部分的に継続し、逆に列車風Ｗがなくても部分的に冷房を止めることにもなり、より乗客の不満を抑えた，きめの細かい制御になると共に、結果的には省エネにつながる。また、実施の形態１では、列車風が基準値以上になった時、冷房風の送風を停止し、駅ホーム全域にわたり同じ動作とする（エリアに区分しない）のに対し、この実施の形態２では、標準有効温度の制御とするので、列車風Ｗが吹くと(仮に同じ温度だったとしても)標準有効温度は下がるため、必要な冷風吹き出し量が小さくなり、それが極端な場合、実施の形態１と同様の動作になって冷風停止の状態になる。さらにこの制御はエリアごとに行うので、きめ細かな制御が可能になる。
【００３０】
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１００  プラットホーム（駅ホーム）
１０１  駅ホーム天井部
１０２  ホーム床面
１０３  ホーム柵
１０４Ｕ  上りホーム軌道部
１０４Ｄ下りホーム軌道部
１０５  階段、エスカレーター
Ｔ  列車
Ｗ  列車風
２００  吹出口エリア
２００Ｕ  上り吹出口エリア
２００Ｕ１〜２００Ｕ４  第１上り吹出口エリア〜第４上り吹出口エリア
２００Ｄ  下り吹出口エリア
２００Ｄ１〜２００Ｄ４  第１下り吹出口エリア〜第４下り吹出口エリア
２０１  冷風ダクト
２０２  吹出口本体
２０２ａ  吹出口
２Ａ  冷却水
２Ｂ  冷水
２Ｂ１  第１冷水
２Ｂ２  第２冷水
２Ｃ  冷風
２Ｆ  送風ファン。
２０  風速計
２１  風速計
３０  快適性検知センサー
３１  温度計
５０  冷却塔
５１  冷凍機
５１Ａ  凝縮器
５１  冷媒配管
５１Ｃ  蒸発器
５１Ｄ  圧縮機
５２  冷水槽。
５２Ａ  熱交換器
５２Ｂ  空気熱交換器
Ｐ１  冷却水ポンプ
Ｐ２  プラインポンプ（第１冷水ポンプ）
Ｐ３  第２冷水ポンプ。
【図１】
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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２】
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【図７】
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