JPH08270976A

JPH08270976A - 空調設備

Info

Publication number: JPH08270976A
Application number: JP7096141A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Sawada; 郁夫沢田; Seiro Kato; 晴郎加藤; Toshiki Oya; 俊樹大矢; Mitsuhiko Yazaki; 光彦矢崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-01-30
Filing date: 1995-03-29
Publication date: 1996-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】室内空気の流れを最適化することで居住する
人間にとって快適な温熱環境を設定する空調設備を提供
する。【構成】熱媒を媒体とし室外機と室内機を有する冷房
または冷暖房空調設備において、天井に吊り天井を設け
るとともに、吊り天井の室内窓側近傍に水平方向に並ぶ
一つまたは複数個の調整空気吹出し口を、かつ調整空気
吹出し口の前後２か所に室内空気吸込み口を設け、該吹
出し口の横幅の総和が窓側壁幅の６割以上の長さを有
し、冷房時には天井面と平行に調整空気を吹出し必要に
応じて窓側の吸込み口より室内空気を吸込み、また暖房
時には下方に調整空気を吹出し必要に応じて対面壁側の
吸込み口より室内空気を吸込む機構を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は建築物室内に居住する人
体にとって快適性に優れる空調（暖房及び冷房）設備に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、日本でも高気密高断熱性にすぐれ
た住宅が開発されるようになり、低エネルギーにて暖房
・冷房が可能になりつつある。現在最も普及している空
調方式は、空気の顕熱調整を主たる目的としたエアコン
方式であり、室内の温度を均一に保つために高速の吹き
出しをしているが、人体に高速気流があたる際の不快感
や気流の届かない箇所での気温の不均一性等については
頻繁に指摘されている通りである。

【０００３】このエアコン方式における室内気流や気温
分布にかかわる問題点を無くするための空調技術は、近
年模索されているところであり、天井・床の面を加熱・
冷却する輻射方式（対流を発生させない）や様々な室内
気流制御技術が提案されている。

【０００４】天井や床を用いる輻射空調技術は、空気を
媒体とせず、壁面と人体間を行き交う遠赤外線（電磁
波）を媒体とするために、不快感の問題からは解放され
るが、一般に天井裏や床下に水や空気を流すために、ス
タート時の適切な熱環境の設定に長時間を要すること、
天井裏や床下の施工コストが大きいこと等が課題となっ
ている。

【０００５】また、人間に対して強い気流が当たらない
ように室内気流を制御する技術としては、センサーで人
間の居る位置を検知してエアコンからの吹出し気流を人
間に当たらないように制御する技術（三菱電機技報Vol.
68,No.5[1994], p45）や人間の居る室内下部を避けて天
井面を這うように天井付着噴流を形成して吹出し口と反
対側壁下部から空気を流出させる技術（空気調和・衛生
工学会学術講演会講演論文集[1991], p369）などがあ
る。

【０００６】センサー方式の前者技術では、エアコンの
近くの狭い空間に対しては有効であるが、部屋が広い場
合や多人数が居る場合には有効な効果が得られないのが
課題である。また、天井付着噴流方式の後者技術では、
夏の冷房時に窓からの日射により発生する上昇流の暖気
（日本建築学会大会学術講演梗概集[1989],p1023）の対
策を考えていないこと、冬の暖房時には吹込まれた温風
が天井付近に密度成層を作り人間頭部近傍が不快になる
ことが課題である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、室内
空気の流れを最適化し、快適な温熱環境を実現する経済
的な空調設備を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は夏の冷
房時には、室内窓側壁の窓上から吹込まれた冷風の流れ
が天井面に沿って窓側とは反対の側壁まで水平に這うよ
うに流れる天井付着噴流を形成するとともに、窓からの
日射により発生する上昇流の暖気を効率的に吸込むよう
に構成し、冬の暖房時には、室内窓側壁の窓上から吹込
まれた温風の流れが鉛直下向きに床まで達し室内を循環
させるとともに、天井付近に停滞する暖気を効率的に吸
込むように構成することによって、不快な高速の空気を
人間に接触させず、また室内に停滞する暖気を効率良く
解消して室内全体を快適な空間にする。

【０００９】室内への吹込み空気は顕熱調整（冷却また
は加熱）されるのは勿論であるが、必要に応じて潜熱調
整（特に夏の除湿）されることも効果的である。また、
夏の冷房時には冷風の天井付着噴流を形成することにな
るが、天井室内側面を高輻射処理（皮膜コーティング，
高輻射塗装や高輻射クロス仕上げなど）をしておけば、
対流冷却のみならず天井面を有効に使った輻射冷却も行
える。

【００１０】本発明の空調設備は次の構成からなること
を特徴とする。（イ）天井面全体を吊り天井方式とし、（ロ）室外機よ
り循環供給される熱媒体との熱交換によって温風または
冷風を作成し、ファンにより室内に送風する室内機を吊
り天井の天井裏側に設置し、（ハ）室内機より送風され
る温風または冷風を室内に吹出す一つまたは複数個のス
ロット吹出し口を水平に並べ、その横幅の総和を室内窓
側壁幅の６割以上とするとともに窓側壁近傍上部の吊り
天井面に設置し、（ニ）冷房専用機の場合には、スロッ
ト吹出し口の窓側に室内空気の吸込み口を設置し、スロ
ット吹出し口より調整空気を天井と平行方向に吹出す
（必要に応じて窓側の吸込み口から室内空気を吸込む）
ように設定し、（ホ）冷暖房兼用機の場合には、スロッ
ト吹出し口を室内空気吸込み口と兼ねる兼用口として前
後に二列設置し、かつ前後二列の兼用口の切り換えを自
在とする機構を設け、冷房時には対面壁側（窓から遠い
側）兼用口より調整空気を天井と平行方向に吹出し（必
要に応じて窓側の兼用口から室内空気を吸込み）、また
暖房時には窓側の兼用口より調整空気を下方に吹出す
（必要に応じて対面壁側の兼用口から室内空気を吸込
む）ように設定する。（へ）あるいは、スロット吹出し
口の前後２か所に室内空気の吸込み口を設置し、かつ切
り換え機構により前後２つの吸込み口の任意の開閉を可
能にし、冷房時には中央スロット吹出し口より調整空気
を天井と平行方向に吹出し（必要に応じて吹出し窓側の
吸込み口から室内空気を吸込み）、また暖房時には中央
スロット吹出し口より調整空気を下方に吹出す（必要に
応じて対面壁側の吸込み口から室内空気を吸込む）よう
に設定し、（ト）必要に応じて夏の冷房時に天井輻射効
果が得られるように、上部より断熱層、支持層よりなる
パネルを吊り天井面に施工するとともにパネルの室内側
面に高輻射率処理をし、（チ）必要に応じて（ハ）のス
ロット吹出し口の角度を可変にする機構を設ける。

【００１１】本発明の請求項３に記載される冷房空調設
備を図１に基づいて説明すると、吊り天井５の天井裏に
は室内機２（送風ファンを含む）が設置されている。室
外機１より循環供給される熱媒（水，空気を含む）との
熱交換により室内機２で作成され、顕熱調整（冷却）及
び必要に応じて適度に潜熱調整（除湿）された空気は、
室内窓３のある側壁近傍上部の吊り天井位置に設置され
たスロット吹出し口４よりベーン機構を用いて水平方向
に室内に吹出される。

【００１２】この際、空気吹出し口４の長辺長すなわち
幅ａ（水平方向に複数個の吹出し口に分割する場合には、ａ
＝Σａ₁ ）を窓側壁の幅ｂに対して６割以上、つまりａ／ｂ≧０．６と設定し、また、空気吹出し速度Ｕ_o ，空気スロット吹
出し口の短辺長ｄ_o，吹出し空気と室内空気の温度差Δ
ｔ_oを βｇΔｔ_oｘ^2.5／（Ｋ^0.5Ｕ_o ² ｄ_o ^0.5）＜２４．０ β：空気の体積膨張率[1/deg] ｇ：重力加速度 [m²/s] Δｔ_o：吹出し空気と室内空気の温度差[deg] ｘ：窓側壁から窓と反対側壁までの距離[m] Ｋ：噴出定数（〜5.5) Ｕ_o：空気吹出し速度[m/sec] ｄ_o：空気吹出し口の短辺長[m] なる条件にすることにより、吹出された冷風は二次元的
な噴流の性質を持つようになり、天井との干渉（コアン
ダ付着効果）に支配されてドラフト下降流となることな
く、天井面５近傍を這うように流れる天井付着噴流６を
形成する。

【００１３】これは表１に示された条件で行われた予備
実験において図２に示すように確認されている。図２に
は吹出し冷風噴流の中心位置の軌跡を示すが、ａ／ｂが
０．６より大きい条件（式）では、天井面に付着した
気流が得られることがわかる。逆にａ／ｂが０．６より
小さい条件では、吹出し直後には噴流は三次元的挙動を
示し、直ちに下降流となることがわかる。

【００１４】

【表１】

【００１５】このように形成された二次元的な天井付着
噴流は、天井面５近傍を通過後、窓側とは反対の側壁面
近傍を緩やかに下降した後、室内下方部を反転する流れ
７を作り、窓側に戻ってくる。一般に夏の冷房時には、
窓から侵入する日射により窓近傍の暖気の上昇流域が形
成されるが、室内空気の吸込み口８をスロット吹出し口
４より下部であって窓との間の位置に設置することによ
り、室内側から戻る反転流７とともにこの暖気上昇流９
を効率良く吸込み口８に吸込んで、室内全域にわたる冷
却効果を高めることができる。

【００１６】また、形成される天井付着噴流６は主に天
井面５の窓側半分を冷却することになり、窓からの日射
で高温になった窓近傍床面２１を放射伝熱で有効に冷却
することが可能になる。その結果、窓近傍の暖気上昇流
９を抑制できる。以上のようにスロット吹出し口４は窓
側壁近傍に設けることが有効であるが、その他の壁面近
傍に設けても，式を満足していれば、天井付着噴流
が形成されることは同様であり、部屋環境の特殊性によ
ってはそのような配置も有効となる。

【００１７】本発明の請求項６に記載された空調設備で
は、上記構成に加えて図３に示すように、断熱層１０を
上側に配置し支持層１１を下側にしたパネルを吊り天井
面５に施工し、該パネルの室内側面に高輻射率処理１２
を施し、スロット吹出し口４より吹込まれる冷風の天井
付着噴流６でパネルを冷却して天井輻射冷却を促進す
る。この断熱層１０にはグラスウールやスタイロフォー
ム等の材料が適用可能であり、また支持層１１にはプラ
スターボード，岩綿吸音板，木板，樹脂板や金属板等の
材料が適用可能である。

【００１８】前記パネルの室内側面の高輻射率処理１２
には、以下のタイプ（輻射率0.8 以上の物質）のいずれ
かを用いることが好ましい。 1) 高輻射率の塗料を塗ったもの。 2) 高輻射率のクロスを貼り付けたもの。 3) 輻射率を高めるための皮膜処理（一般にSiO₂,TiO₂,F
eO,ZrO 等を含む酸化物系セラミックス膜，有機物膜）
を施したもの。このような高輻射率処理を施すことによって、天井面の
温度（特に窓付近）は室温よりも３〜４［℃］低下し、
天井面からの心地よい輻射冷却効果を享受することがで
きるとともに、従来の輻射パネルと比較して構造が簡単
であることから施工コストも大幅に削減される。

【００１９】上述のようにスロット吹出し口の幅を広く
設定して天井付着噴流を形成し、高速の冷風を直接人間
に吹付けないようにすることにより、不快感を取り除く
ことが可能となるが、空調開始時や人間が室外で激しい
運動をして室内に入った時等はむしろ高速の冷風を人間
に直接当てる方が心地よい場合もある。このような場合
には本発明の請求項７に記載されるように、スロット吹
出し口の角度を可変にする機構を付加することによっ
て、吹出し気流を直接人間の方向に向けて吹かせること
が可能となる。具体的には、吹出し口近傍にガイド板を
設け、その角度を自在に変化させて吹出し角度を変化さ
せる方法等が適用可能である。

【００２０】次に、本発明の請求項４に記載される冷暖
房空調設備（暖房と冷房の兼用型で暖房した時）を図４
に基づいて説明する。この空調設備では、暖房と冷房の
両方を効果的に行うために、図５に示したように吊り天
井に設けた調整空気のスロット吹出し口を室内空気吸込
み口と兼ねる兼用口として前後に二列（１３および１
４）配置し、かつ前後二列の兼用口の切り換えを自在と
する機構を設け、冷房時には対面壁側（窓から遠い側）
兼用口１３より調整空気を天井に平行に吹出して窓側兼
用口１４から室内空気を吸込み、また暖房時には窓側兼
用口１４より下方に調整空気を吹出して対面側兼用口１
３から吸込ように構成する。

【００２１】このように構成することにより夏の冷房時
には、窓付近の暖気を効果的に排除できることは前述し
た通りである。冬の暖房時には、天井付近に密度成層を
作る高温空気を効率的に吸込み、室内機２の送風ファン
により下方に高温空気を吹出すことによって、天井付近
の密度成層と窓付近で発生する低温のドラフト流を解消
することができる。

【００２２】暖房時の空気の流れを図４に基づいて繰り
返し述べると、吊り天井５の天井裏には室内機２（送風
ファンを含む）が設置されており、室外機１より循環供
給される熱媒（水，空気を含む）との熱交換によって室
内機２で作成される顕熱調整（加熱）された空気は、室
内窓３のある側壁近傍上部の吊り天井位置に設置された
窓側兼用口８より下方に向けて室内に吹出される。

【００２３】この際、スロット吹出し口の幅ａ（水平方
向に複数個の吹出し口に分割する場合には、ａ＝Σａ
₁ ）は窓側壁の幅ｂに対して６割以上（ａ／ｂ≧０．
６）と限定することは前述の通りである。このように吹
出された噴流は、床面２１近傍を通過後、窓側とは反対
の側壁面近傍を緩やかに上昇した後、室内上方部を反転
する流れ７を作り、窓側に戻ってくる。一般に冬の暖房
時には、天井付近に高温空気の密度成層域が形成される
が、対面壁側兼用口４よりこの高温空気を吸込むことに
よって、室内全域にわたる暖房効果を高めることができ
る。

【００２４】さらに、本発明の請求項６に記載されるよ
うに天井輻射を併用すること、あるいは本発明の請求項
７に記載されるように非定常時にスロット吹出し口の角
度を可変にする機構を付加することも可能である。ま
た、室内機内に空気中のほこりを取るためのフィルター
や静電除塵機能を付加することは、室内機や天井面の汚
れを軽減するうえで有効である。

【００２５】次に、本発明の請求項５に記載される空調
方式（暖房と冷房の兼用型で冷房した時）を図面に基づ
いて説明する。図６は請求項５に記載の空調方式を示
す。暖房と冷房の両方を効果的に行うために図７に示す
ようにスロット吹出し口４の前後に２つの吸込み口（１
５および１６）を設け、切り換え機構により２つの吸込
み口の開閉を自在にし、冷房時にはスロット吹出し口４
より天井に平行に調整空気を吹出して窓側吸込み口１５
から吸込み、暖房時にはスロット吹出し口４より下方に
調整空気を吹出して対面壁側吸込み口１６から吸込むよ
うに構成する。このように構成することにより、本発明
の請求項４に記載される空調方式と同様の室内気流、温
熱環境を得ることは明白である。

【００２６】

【実施例１】本発明の冷房空調設備の実施例を比較例と
ともに表２に示す。

【００２７】前述の予備実験結果に基づいて、安定な天
井付着噴流が形成されるように噴出口速度を２．２[m/s
ec] と設定し、本発明の空調設備を用いた実験（ケース
２）を行った。また、比較例として従来型のエアコン型
空調機を用いた実験（ケース１）を行った。

【００２８】

【表２】

【００２９】以下、表２に示した操業条件で天井付着噴
流方式の冷房を施した。得られた実験結果より、エアコ
ン方式（ケース１）では１９［℃］の冷気が直接人体に
当たるため不快感が感じられた。一方、本発明設備（ケ
ース２）では、一旦天井面を通過し速度が緩和されて室
内中央側に供給されるため、人体に対する不快感は無
い。加えて、輻射冷却が有効に利用されているため、エ
アコン方式より室内温度を１［℃］高く設定したのにも
かかわらず、ひんやりとした涼しさが感じられた。ま
た、安定した天井付着噴流６を形成することができたた
め、天井表面における結露は全く観察されなかった。

【００３０】

【実施例２】本発明の請求項４に記載される冷暖房空調
設備の実施例（暖房時）を比較例とともに表３に示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】以下、表３の操業条件で下降噴流方式の暖
房を施した。得られた実験結果より、エアコン方式（ケ
ース３）と比較して、本発明設備（ケース４）では天井
面と床面の温度が上昇していることがわかる。この結
果、天井面５及び床面２１から輻射伝熱の比率が増加し
快適性が感じられた。尚、請求項５に記載される本発明
においても実施例４と全く同様の効果が得られているの
で省略する。

【００３３】本発明の空調設備は、特に夏の冷房時には
対流伝熱方式と輻射伝熱方式の双方のメリットを残して
双方の欠点を解消するハイブリット方式を用いるもので
あり、不快感の無い快適な空調を達成するものである。
また、同様の装置構成を用い、冬の暖房時には密度成層
の少ない快適な空調を達成するものである。

【００３４】

【発明の効果】以上のように構成された本発明の空調設
備の適正な操業条件で得られた室内温度・湿度環境は、
人体に対して極めて良好であり、夏の窓付近での暖気上
昇流や冬の密度成層の問題からも解放される。高温高湿
の我が国の気候風土にあった新しい空調方式と言える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷房空調設備（請求項３）で冷房した
際の装置構成と空気の流れを示す模式図である。

【図２】冷房時噴流の天井付着性に対する、スロット吹
出し口幅と窓側壁幅の割合（ａ／ｂ）の影響を示すグラ
フである。

【図３】天井面に施工したパネル（請求項６）の構成を
示す模式図である。

【図４】本発明の冷暖房空調設備（請求項４）で暖房し
た際の装置構成と空気の流れを示す模式図である。

【図５】本発明の冷暖房空調設備（請求項４）において
冷房時と暖房時に対応して２つの吹出し／吸込み兼用口
を切り換えた状態を示す模式図である。

【図６】本発明の冷暖房空調設備（請求項５）で冷房し
た際の装置構成と空気の流れを示す模式図である。

【図７】本発明の冷暖房空調設備（請求項５）において
冷房時と暖房時に対応して２つの吸込み口を切り換えた
状態を示す模式図である。

【符号の説明】

１室外機２室内機（送風ファンを含む）３窓４スロット吹出し口５天井面６天井付着噴流７室内反転流８吸込み口９暖気上昇流１０断熱層１１支持層１２高輻射率処理１３対面壁側兼用口１４窓側兼用口１５窓側吸込み口１６対面壁側吸込み口１７熱媒体配管１８ケース１９吹出し流２０吸込み流２１床面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢崎光彦東京都千代田区大手町二丁目６番３号新日本製鐵株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱媒を媒体とし室外機を有する冷房空調
設備において、天井に吊り天井を設けるとともに、吊り
天井の室内窓側近傍に水平方向に並ぶ一つまたは複数個
の調整空気吹出し口および該調整空気吹出し口の窓側に
室内空気吸込み口を設け、該吹出し口の横幅の総和が窓
側壁幅の６割以上の長さを有し、冷房時に天井と平行方
向に調整空気を吹出す機構を有することを特徴とする空
調設備。
【請求項２】熱媒を媒体とし室外機を有する冷暖房空
調設備において、天井に吊り天井を設けるとともに、吊
り天井の室内窓側近傍に水平方向に並ぶ一つまたは複数
個の調整空気吹出しおよび室内空気吸込み口を二列前後
に設け、該吹出し口の一列分の横幅の総和が窓側壁幅の
６割以上の長さを有し、冷房時には対面壁側（窓から遠
い側）の吹出し口より天井と平行方向に調整空気を吹出
し、また暖房時には窓側吹出し口より下方に調整空気を
吹出す機構を有することを特徴とする空調設備。
【請求項３】熱媒を媒体とし室外機を有する冷房空調
設備において、天井に吊り天井を設けるとともに、吊り
天井の室内窓側近傍に水平方向に並ぶ一つまたは複数個
の調整空気吹出し口および該調整空気吹出し口の窓側に
室内空気吸込み口を設け、該吹出し口の横幅の総和が窓
側壁幅の６割以上の長さを有し、冷房時に天井と平行方
向に調整空気を吹出して窓側の吸込み口より室内空気を
吸込む機構を有することを特徴とする空調設備。
【請求項４】熱媒を媒体とし室外機を有する冷暖房空
調設備において、天井に吊り天井を設けるとともに、吊
り天井の室内窓側近傍に水平方向に並ぶ一つまたは複数
個の調整空気吹出しおよび室内空気吸込み兼用口を二列
前後に設け、該兼用口の一列分の横幅の総和が窓側壁幅
の６割以上の長さを有し、冷房時に対面壁側（窓から遠
い側）の兼用口より天井と平行方向に調整空気を吹出し
て窓側兼用口より室内空気を吸込み、また暖房時には窓
側兼用口より下方に調整空気を吹出して対面壁側兼用口
より室内空気を吸込む機構を有することを特徴とする空
調設備。
【請求項５】熱媒を媒体とし室外機を有する冷暖房空
調設備において、天井に吊り天井を設けるとともに、吊
り天井の室内窓側近傍に水平方向に並ぶ一つまたは複数
個の調整空気吹出し口および該調整空気吹出し口の前後
２か所に室内空気吸込み口を設け、該吹出し口の横幅の
総和が窓側壁幅の６割以上の長さを有し、冷房時には天
井と平行方向に調整空気を吹出して窓側の吸込み口より
室内空気を吸込み、また暖房時には下方に調整空気を吹
出して対面壁側の吸込み口より室内空気を吸込む機構を
有することを特徴とする空調設備。
【請求項６】上部より断熱層、支持層よりなるパネル
を吊り天井面に施工するとともに、パネルの室内側面に
高輻射率処理をすることを特徴とする請求項１、請求項
２、請求項３、請求項４または請求項５の空調設備。
【請求項７】調整空気吹出し口の角度を可変にする機
構を有することを特徴とする請求項１、請求項２、請求
項３、請求項４、請求項５または請求項６の空調設備。