(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重膜屋根構造のドーム状建築物の主空間の床下周辺部に第１の空気通路を構成して、その上面に主空間への吹出口を構成し、また主空間の床上周辺部に第２の空気通路を構成して、この第２の空気通路内に空調装置を設置すると共に、主空間側の側面に吸込口を構成し、更にドーム状建築物の外壁に排気口を構成し、上記第２の空気通路内の空調装置の吐出側には、共通吐出系統を介して第１の空気通路内に至る主空間用空調空気系統と、屋根内に至る屋根用空調空気系統とを構成すると共に、空調装置の吐出側から排気口に至る排気系統を構成し、上記共通吐出系統には、上記主空間用空調空気系統と屋根用空調空気系統を、空調装置の吐出側又は吸込側に選択的に連通可能とする切換手段を構成したことを特徴とする二重膜屋根構造のドーム状建築物の空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜構造のドーム状建築物、特に寒冷地における二重膜屋根構造のドーム状建築物の空調システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
寒冷地における膜構造のドーム状建築物では、冬期に関して、建築物内の主空間等を暖房する空調設備に加えて、屋根の積雪を除去するための設備や、膜面や鉄骨トラス等への結露を防止するための設備が必要である。
例えば、寒冷地におけるこのような積雪を除去する設備として、従来、機械式又はエアーブロー式の積雪除去装置を屋根上に設置しており、また結露を防止する設備としては換気装置を設置している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来は、冬期に関しては、建築物内の主空間暖房用の空調設備に加えて、積雪除去装置や換気装置を別途設置する必要があるため、設備費が増大すると共に維持管理コストがかかるという課題があった。
そこで本発明は、このような課題を解決することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明では、二重膜屋根構造のドーム状建築物の主空間の床下周辺部に第１の空気通路を構成して、その上面に主空間への吹出口を構成し、また主空間の床上周辺部に第２の空気通路を構成して、この第２の空気通路内に空調装置を設置すると共に、主空間側の側面に吸込口を構成し、更にドーム状建築物の外壁に排気口を構成し、上記第２の空気通路内の空調装置の吐出側には、共通吐出系統を介して第１の空気通路内に至る主空間用空調空気系統と、屋根内に至る屋根用空調空気系統とを構成すると共に、空調装置の吐出側から排気口に至る排気系統を構成し、上記共通吐出系統には、上記主空間用空調空気系統と屋根用空調空気系統を、空調装置の吐出側又は吸込側に選択的に連通可能とする切換手段を構成したことを特徴とする二重膜屋根構造のドーム状建築物の空調システムを提案する。
【０００５】
以上の本発明では、冬期において、主空間を暖房するための温風を屋根用空調空気系統を経て屋根の二重膜間に供給することにより、積雪の落下及び結露の防止を計ることができる。また主空間の暖房は、床下周辺部に構成した空気通路の上面の吹出口から吹き出すことによりコールドドラフトを防ぎ、効率的に行うことができる。
【０００６】
一方、夏期等においては、屋根の二重膜間に溜る熱気を屋根用空調空気系統を経て排気口から建築物の外部に排出することができる。また床下周辺部の空気通路内の空気を主空間用空調空気系統を経て排気口から排出することにより、床下周辺部の空気通路内の換気を行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１〜図４は本発明に係る空調システムの実施の形態を模式的に示す系統説明図である。
符号１はドーム状建築物であり、このドーム状建築物１は二重膜の屋根２を有する構造である。このドーム状建築物１はアリーナ等として利用するもので、符号３は競技等を行う主空間である。このような建築物１では、図示は省略しているが、周囲の適所に複数又は多数の居室を構成しており、また屋根２の適所や外周下部の適所に換気用開口部を構成している。
主空間３の床４の下方の周辺部にはコンクリートダクト等により第１の空気通路５を構成している。また主空間３の床４の上方の周辺部には第２の空気通路６を構成しており、この第２の空気通路６の主空間３側は側壁を構成している。そしてこの第２の空気通路６内には暖房用の空調装置７を設置している。
図において空調装置７は送風機の形状で模式的に表しているが、所定の要素を含むものであり、また、熱源機等の一部の要素は第２の空気通路６以外の適所に設置することもできる。また空調装置７は夏期の冷房用空調装置と一体に構成したものでも良いし、冷房用空調装置とは別に構成したものであっても良い。また、図の実施の形態では、第２の空気通路６は２台の空調装置用として上下２段に区画したａ，ｂに構成しており、これらのａ，ｂの夫々の第２の空気通路６ａ，６ｂ毎に、夫々の暖房用空調装置７の運転を制御する構成としている。この他、第２の空気通路６の数、夫々の第２の空気通路６における空調装置７の設置数並びに、それらの運転制御系統の数は適宜である。また空気通路６はａ，ｂの区画のない共通のものであっても良い。
第２の空気通路６ａ，６ｂの空調装置７の空調空気の吐出側には、共通吐出系統８ａ，８ｂを介して主空間用空調空気系統９ａ，９ｂと屋根用空調空気系統１０ａ，１０ｂを構成する配管系を分岐構成している。共通吐出系統８ａ，８ｂにはダンパー１１を設けており、その下流側には、第２の空気通路６ａ，６ｂと連通させる通気系統１２ａ，１２ｂを構成し、この通気系統１２ａ，１２ｂにもダンパー１１を設けている。これらのダンパー１１と通気系統１２ａ，１２ｂは、後述するように通気の切換手段を構成している。（以下、図において”〇”と”／”を組み合せた図記号は全てダンパーを表すものである。）
主空間用空調空気系統９ａ，９ｂの端末部である吹出口１３ａ，１３ｂを第１の空気通路５内に配置すると共に、屋根用空調空気系統１０ａ，１０ｂの端末部である吹出口１４を屋根２の二重膜間に配置している。そして、これらの主空間用空調空気系統９ａ，９ｂと屋根用空調空気系統１０ａ，１０ｂの夫々にはダンパー１１を構成している。尚、以上の吹出口１３ａ，１３ｂ；１４は後述するように吸込口としても動作させるものである。
主空間用空調空気系統９ａ，９ｂの端末部である吹出口１３ａ，１３ｂを配置した第１の空気通路５の上面には、主空間３への吹出口１５を構成している。また第２の空気通路６ａ．６ｂの主空間３側の側面には、主空間３からの吸込口１６ａ，１６ｂを構成しており、これらの吸込口１６ａ，１６ｂにもダンパー１１を設けている。
またドーム状建築物１の外壁には排気口１７ａ，１７ｂを構成しており、上記共通吐出系統８ａ，８ｂのダンパー１１の上流側から排気口１７ａ，１７ｂに排気系統１８ａ，１８ｂを構成し、これらの排気系統１８ａ，１８ｂにもダンパー１１を設けている。
【０００８】
以上の構成における本発明の空調システムの動作を次に説明する。
［１］…冬期
（ａ）：主空間の暖房のみ
図２において、一点鎖線の左側は、主空間３の暖房のみを行う運転の動作を示すものである。尚、図２〜図４において、”〇”内を黒く塗り潰したダンパー１１は閉状態、塗りつぶしていないものは開状態を示すものである。
このようなダンパー１１の状態においては、空調装置７からの温風は、共通吐出系統８ａ，８ｂから主空間用空調空気系統９ａ，９ｂにのみ流入し、屋根用空調空気系統１０ａ，１０ｂには流入しない。従って温風は全て主空間用空調空気系統９ａ，９ｂを流れ、吹出口１３ａ，１３ｂから第１の空気通路５内に吹き出す。次いで、第１の空気通路５内に吹き出した温風は吹出口１５から主空間３内に吹き出して暖房に供される。
吹出口１５は、主空間３の床４の下方の周辺部に構成した第１の空気通路５の上面に構成しているので、主空間３には床４の周辺側から温風が供給される。従って、主空間３の周辺側の冷気、コールドドラフトによる床面の冷却を防ぎ、主空間３内の温度の均一化を計ることができる。
吹出口１５から主空間３内に吹き出した温風のリターン経路は適宜に構成することができるが、この実施の形態では、第２の空気通路６ａ．６ｂの主空間３側の側面に構成した吸込口１６ａ，１６ｂをリターン経路としている。即ち、主空間３内の空気は、吸込口１６ａ，１６ｂを経て第２の空気通路６ａ．６ｂ内に流入し、ここから空調装置７に還流する。このような構成では、主空間３内の空気が循環するので、主空間３内の温度分布が更に均一化される。
（ｂ）：主空間の暖房＋結露防止
図２において、一点鎖線の右側は、主空間３の暖房と共に結露防止を計る運転の動作を示すものである。
この運転では、図中上段の第２の空気通路６ａの空調装置７に連なる主空間用空調空気系統９ａのダンパー１１を閉とすると共に屋根用空調空気系統１０ａのダンパーは開とする。
このようなダンパー１１の状態においては、図中下段の第２の空気通路６ｂの空調装置に連なる主空間用空調空気系統９ｂには（ａ）の運転と同様に温風が流れて吹出口１３ｂから第１の空気通路５内に吹き出し、主空間３の暖房に供されるが、図中上段の第２の空気通路６ｂの空調装置７に連なる主空間用空調空気系統９ａには温風が流れず、代りに屋根用空調空気系統１０ａに温風が流れて、吹出口１４から屋根２内に吹き出す。即ち、この運転では、主空間３の空調用の温風の一部が屋根２内に供給される。この実施の形態では、例として空調装置７が２台の場合で示しているが、空調装置７が１台の場合はダクト１０ａ，１０ｂを１本とし、ダンパー１１を比例制御して開くことによっても同様の効果を得ることができる。更に、空調装置７が２台の場合であってもダンパー１１を比例制御して開くことによっても同様の効果を得ることができる。
このような運転は、結露を防止する部材の表面温度と、温度及び湿度等から得られる空気露点温度を計測して、結露の発生が予想される場合に行うことにより、屋根２における膜面、鉄骨トラス部分の結露を防止することができ、また外気温が非常に低い場合にも行うことにより、屋根２から主空間３への冷輻射を防止することができる。
尚、この運転において屋根２内へ供給する温風の送風量は、屋根２の表面から外気に放散するエネルギーの損失を必要最小限とするように設定することにより、エネルギー効率を高くすることができる。
【０００９】
（ｃ）：積雪除去
図３は、積雪の除去に際しての運転の動作を示すもので、この運転では、主空間用空調空気系統９ａ，９ｂのダンパー１１は閉とすると共に、屋根用空調空気系統１０ａ，１０ｂのダンパー１１を開とする。
この運転では、空調装置７からの温風は、共通吐出系統８ａ，８ｂから屋根用空調空気系統１０ａ，１０ｂにのみ流入し、主空間用空調空気系統９ａ，９ｂには流入しない。従って温風は、全て、屋根用空調空気系統１０ａ，１０ｂを流れ、吹出口１４から屋根２内に吹き出し、屋根２内を満たした後、主空間３に流出し、吸込口１６ａ，１６ｂを経て空調装置７に還流する。
しかして、屋根２内に吹き出した温風は、その熱により屋根２上の積雪を融かして自重により落下させることができる。
【００１０】
このような積雪の除去は、具体的には、例えば次のような方法により行うのが好適である。
即ち、降雪時は屋外照度が暗く、主空間３の室内照明を点灯する必要があるため、降雪時に上記運転を行って、降る雪をその都度除去することはエネルギー消費上有効でなく、また降雪時の上記運転では、外気温が低い場合に風に飛ばされて屋根２上に積もらない雪の表面温度が上昇して、却って屋根２上に積もってしまう恐れもある。従って降雪時は積雪除去運転を行わず、この運転はある程度雪が積もった後の積雪時に行うのが得策である。
積雪の除去を効率的に行う方法としては、積雪時に、一時的に上記運転を行って屋根２の膜の表面と接している積雪の底面を融かした後、運転を停止して暫時放置することにより積雪の底面に純粋な氷面を形成し、この後に、再び上記運転を行って積雪の底面の氷を融かすことにより、積雪と屋根２の膜間に滑らかな水面を形成して積雪を滑らせて落下させる方法が挙げられ、この方法では、必要最小限のエネルギーにより積雪の除去を行うことができる。
寒冷地における実際の運用では、積雪状態において、夕方一時的に上記運転を行うと共に、夜間は外気温が非常に低下するため、上記運転は行わずに放置して氷面を形成させ、そして翌朝、上記運転を再開して積雪を落下させる運転方法が最適である。
また、このような積雪除去運転では、上述したような第１の空気通路５の吹出口１５から主空間３に暖房用の温風を吹き出すことができず、暖房能力は落ちてしまうのであるが、この積雪除去運転は、主空間の使用前又は使用後に行うようにスケジュールを設定すれば問題はない。
また、厳寒期等において結露の発生が予想される場合には、以上の積雪除去運転の方法における運転停止期間においても、上述したような結露防止運転を行うようにすることにより、結露の発生を防止することができる。
【００１１】
［２］…夏期
夏期においては、適所に設置した冷房用の空調装置により主空間３や居室等の冷房を行うと共に、換気用開口部により自然換気を行うことができる。しかし自然換気だけでは、屋根２内に溜った熱気が十分に排出されない場合には、次の強制排熱を行う。
（ａ）：屋根の強制排熱
図４において、一点鎖線の左側は、屋根２内に溜った熱を除去するための運転の動作を示すものである。
この運転では、図に示すように、主空間用空調空気系統９ａ，９ｂの吹出口１３ａ，１３ｂ側のダンパー１１を閉とし、屋根用空調空気系統１０ａ，１０ｂの吹出口１４側のダンパー１１を開とすると共に、吸込口１６ａ，１６ｂのダンパー１１を閉とする。
また、共通吐出系統８ａ，８ｂのダンパー１１を閉、通気系統１２ａ，１２ｂのダンパー１１を開とすると共に、排気系統１８ａ，１８ｂのダンパー１１を開とする。
このようなダンパー１１の状態において、空調装置７は送風機のみを動作させる。
このような運転においては、屋根２内の熱気は、吹出口１４から吸引されて屋根用空調空気系統１０ａ，１０ｂを流れて共通吐出系統８ａ，８ｂ、通気系統１２ａ，１２ｂを経て第２の空気通路６ａ，６ｂ内に流入する。次いで熱気は、空調装置７の吸込側に吸引されて、吐出側から排気系統１８ａ，１８ｂを経て排気口１７ａ，１７ｂから外気に排出される。
【００１２】
（ｂ）：第１の空気通路内の換気
主空間３の床４の下方の周辺部に構成した第１の空気通路５は、上述したように主空間３の暖房に供するものであるから冬期以外は使用しないが、結露や臭気の発生を防ぐために以下に示すような換気運転を行う。
即ち、この換気運転は、図４の一点鎖線の左側の強制排熱運転におけるダンパー１１の状態において、主空間用空調空気系統９ａ，９ｂの吹出口１３ａ，１３ｂ側のダンパー１１を開とすると共に、屋根用空調空気系統１０ａ，１０ｂの吹出口１４側のダンパー１１を閉とするように切り換えて行う。
このようなダンパー１１の状態では、第１の空気通路５内の空気は、吹出口１３ａ，１３ｂから吸引されて主空間用空調空気系統９ａ，９ｂを経て第２の空気通路６ａ，６ｂ内に流入し、上述と同様に排気口１７ａ，１７ｂから外気に排出される。そして、このように第１の空気通路５内の空気が外気に排出されると同時に、主空間３内の空気が吹出口１５から第１の空気通路５内に流入して換気が行われる。
図４において、一点鎖線の右側は、上述した第１の空気通路５内の換気を、一系統、即ち、図中上段の第２の空気通路６ａの空調装置７のみを用いて行うもので、この運転では、第２の空気通路６ｂの空調装置７に連なる各系統のダンパー１１は図示の２つを閉としている。
このように第１の空気通路５内の換気は、動作させる空調装置を適宜選択して運転することができる。
【００１３】
［３］…中間期
中間期においては、換気用開口部による主空間３、屋根２内の自然換気と、夏期と同様に第１の空気通路５内の換気運転を行う。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は以上のとおりであるので、次のような効果がある。
ａ．積雪除去装置や換気装置を別途設置する必要がないので、設備費用を低減することができる。
ｂ．また維持管理も空調設備のみで良いので、維持管理コストを低減することができる。
ｃ．建築物内の主空間の温度勾配を小さくする構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る空調システムの実施の形態を模式的に示す系統説明図である。
【図２】  本発明に係る空調システムの冬期における運転動作の形態を示すものである。
【図３】  本発明に係る空調システムの冬期における運転動作の他の形態を示すものである。
【図４】  本発明に係る空調システムの夏期における運転動作の形態を示すものである。
【符号の説明】
１                    ドーム状建築物
２                    二重膜屋根
３                    主空間
４                    床
５                    第１の空気通路
６ａ．６ｂ            第２の空気通路
７                    空調装置
８ａ，８ｂ            共通吐出系統
９ａ，９ｂ            主空間用空調空気系統
１０ａ，１０ｂ        屋根用空調空気系統
１１                  ダンパー
１２ａ，１２ｂ        通気系統
１３ａ，１３ｂ，      吹出口
１４，１５            吹出口
１６ａ，１６ｂ        吸込口
１７ａ，１７ｂ        排気口
１８ａ，１８ｂ        排気系統
１９                  膜面吹出口（膜面吸込口）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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