JP2010261645A - 置換換気システムおよび置換換気方法 - Google Patents

Abstract

【課題】置換換気システムにおける暖房効率を向上させる。
【解決手段】空調空間１０内に空気を供給するとともに、空調空間１０から排気することにより、空調空間１０内の換気を行う置換換気システム１であって、空調空間１０の下部に給気口１７を設け、空調空間１０の上部と下部に排気口２１、２２を設け、かつ、空調空間１０の上部に設けられた排気口２１を給気口１７の上端よりも高くし、空調空間１０の下部に設けられた排気口２２を給気口１７の上端を越えない高さとし、冷房運転時には、給気口１７から低温の空気を吹き出すとともに、空調空間１０の上部に設けられた排気口２１から排気し、暖房運転時には、給気口１７から高温の空気を吹き出すとともに、空調空間１０の下部に設けられた排気口２２から排気する。
【選択図】図２

Description

本発明は、置換換気システムおよび置換換気方法に関する。

例えば工場や倉庫などの天井の高い空調空間において、居住域を効率良く換気するものとして、置換換気システム（Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ
Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）が知られている（例えば特許文献１〜３参照）。この置換換気システムで冷房を行う場合は、空調空間内の下部に形成される作業領域に室温より若干低温の空気をゆっくりとした給気速度（一般的には０．２ｍ／ｓ以下）で供給し、その空気が空調空間内に存在する発熱体などによって加熱されて発生する上昇流により、空調空間内で生じた塵埃やガスなどの汚染物質を空調空間内の上方に搬送している。そして、天井などに設けられた排気口から加熱された空気と共に汚染物質を排気することにより、空調空間内の換気を行う。

かかる置換換気システムにあっては、空調空間内の上方には、高温で汚染物質濃度の高い領域が形成されるが、作業領域に給気される低温の空気によって順次押し出されることにより、高温で汚染物質濃度の高い空気が攪拌されることなく排気されるため、作業領域は清浄な環境に保たれ、また、給気温度を下げなくても作業領域の温度を快適範囲に維持できるといった利点がある。このように、置換換気システムは、省エネルギと高換気効率運転が可能な空調システムとして期待されている。

特開２００７−２９２３６５号公報 特開２００８−２６７７０２号公報 特許第２８６２１４９号公報

ところで、この置換換気システムで暖房を行うために空調空間内の下部に暖気を供給した場合、暖気が浮力で上昇し、作業領域に広がらずにそのまま上方に流れてしまう。このため、作業領域に対する暖房効率が高くないといった難点がある。また一方、暖気を作業領域に広げようとして、暖気の給気速度を大きくすると、作業領域にいる人間に対し、風速による不快感を与える可能性がある。

本発明の目的は、置換換気システムにおける暖房効率を向上させることにある。

この目的を達成するために、本発明によれば、空調空間内に空気を供給するとともに、空調空間から排気することにより、空調空間内の換気を行う置換換気システムであって、前記空調空間の下部に給気口を設け、前記空調空間の上部と下部に排気口を設け、かつ、前記空調空間の上部に設けられた排気口を前記給気口の上端よりも高くし、前記空調空間の下部に設けられた排気口を前記給気口の上端を越えない高さとし、冷房運転時には、前記給気口から低温の空気を吹き出すとともに、前記空調空間の上部に設けられた排気口から排気し、暖房運転時には、前記給気口から高温の空気を吹き出すとともに、前記空調空間の下部に設けられた排気口から排気する、置換換気システムが提供される。

この置換換気システムの冷房運転時には、空調空間の下部に設けられた給気口から空調空間内に低温の空気が吹き出される。こうして、空調空間内の下部に形成される作業領域に供給された低温の空気は、作業領域に存在する発熱体などによって加熱され、やがて上昇流となる。こうして発生した上昇流により、空調空間内で生じた塵埃やガスなどの汚染物質が空調空間内の上方に搬送される。そして、空調空間の上部に設けられた排気口から、加熱された空気と共に汚染物質が排気され、空調空間内の換気が行われる。

一方、この置換換気システムの暖房運転時には、空調空間の下部に設けられた給気口から空調空間内に高温の空気が吹き出される。こうして、空調空間内の下部に形成される作業領域に供給された高温の空気は、浮力で上昇し、作業領域に広がらずにそのまま上方に流れてしまう。しかしながら、この置換換気システムでは、暖房運転時には、空調空間の下部に設けられた排気口から排気が行われる。これにより、一旦空調空間内の上部に上昇した高温の空気は、空調空間内の下部に形成される作業領域に再び戻され、作業領域に対する暖房効率が向上する。

この置換換気システムにおいて、前記空調空間の下部には発熱体が存在し、前記空調空間の上部に設けられた排気口は、前記発熱体の上端よりも高い位置に設けられていても良い。このように、空調空間の上部に設けられる排気口を発熱体の上端よりも高くすることにより、発熱体の上端から排気口にかけて徐々に温度が低くなる温度勾配が、空調空間の内部に形成される。この場合、空調空間の上部に設けられる排気口の位置はなるべく高くすることが望ましく、例えば、発熱体の上端と空調空間の天井の中間の高さよりも、空調空間の上部に設けられる排気口の位置を高く設定する。空調空間の上部に設けられる排気口の位置をなるべく高くすることにより、発熱体の上端から排気口にかけて空調空間の内部に形成される温度勾配の傾きを小さくでき、空調空間内の上下方向の温度変化を小さくできる。また、空調空間の上部に設けられる排気口の位置をなるべく高くすることにより、空調空間の天井近傍に存在する暑熱を持った空気が、作業領域に降下してくることを回避できる。

また、前記給気口が設けられた給気チャンバを複数備え、それら複数の給気チャンバの吹出し台数を可変に構成しても良い。例えば、空調空間内への空気の供給量が一定であれば、給気チャンバの吹出し台数を変えることにより、空調空間内への空気の供給速度を変化させることができる。即ち、給気チャンバの吹出し台数を減らすことにより、給気口から空調空間内へ吹出す空気の供給速度を速くすることができ、これにより、空調空間内へ吹出される空気に誘引される空調空間内の空気の誘引量が増加することとなる。逆に、給気チャンバの吹出し台数を増やすことにより、給気口から空調空間内へ吹出す空気の供給速度を遅くすることができ、これにより、空調空間内へ吹出される空気に誘引される空調空間内の空気の誘引量が減少することとなる。このように、給気チャンバの吹出し台数を変えることにより、空調空間内へ吹出される空気に誘引される空調空間内の空気の誘引量を増減させることが可能となる。

また、本発明によれば、空調空間内に空気を供給するとともに、空調空間から排気することにより、空調空間内の換気を行う置換換気方法であって、前記空調空間の下部に給気口が設けられ、前記空調空間の上部と下部に排気口が設けられ、かつ、前記空調空間の上部に設けられた排気口が前記給気口の上端よりも高く、前記空調空間の下部に設けられた排気口を前記給気口の上端を越えない高さであり、冷房運転時には、前記給気口から低温の空気を吹き出すとともに、前記空調空間の上部に設けられた排気口から排気し、暖房運転時には、前記給気口から高温の空気を吹き出すとともに、前記空調空間の下部に設けられた排気口から排気する、置換換気方法が提供される。この置換換気方法によれば、冷房運転時には、空調空間内で生じた塵埃やガスなどの汚染物質を、空調空間の上部に設けられた排気口から加熱された空気と共に排気して、空調空間内の換気が行われる。また、暖房運転時には、一旦空調空間内の上部に上昇した高温の空気を、空調空間内の下部に形成される作業領域に再び戻すことにより、作業領域に対する暖房効率が向上する。

この置換換気システムにおいて、前記空調空間の下部には発熱体が存在し、前記空調空間の上部に設けられた排気口は、前記発熱体の上端よりも高い位置に設けられていても良い。このように、空調空間の上部に設けられる排気口を発熱体の上端よりも高くすることにより、発熱体の上端から排気口にかけて徐々に温度が低くなる温度勾配が、空調空間の内部に形成される。

また、前記給気口が設けられた給気チャンバを複数備え、暖房運転時には、冷房運転時よりも少ない給気チャンバから吹出しを行うようにしても良い。そうすれば、暖房運転時には、給気口から空調空間内へ吹出される空気の供給速度が相対的に速くなり、空調空間内へ吹出される空気に誘引される空調空間内の空気の誘引量が増加することとなる。これに伴い、給気口から吹き出された空気の供給速度は、給気口から吹き出した後、速やかに減速し、空調空間内の下方に形成された作業領域の全体を、暖房された快適な環境とすることが可能となる。また、空調空間内の上部に上昇した高温の空気を誘引して、空調空間内の下部の作業領域に戻すことが可能となる。

本発明によれば、置換換気システムの暖房効率を向上させることができるようになる。また、空調空間内の下部に形成される作業領域にいる人間に対し、風速による不快感を与える心配も無い。

本発明の実施の形態にかかる置換換気システムを説明するための概略構成図であり、冷房運転時の状態を示している。 本発明の実施の形態にかかる置換換気システムを説明するための概略構成図であり、暖房運転時の状態を示している。 給気チャンバが設置されている空調空間の一側面の正面図である。 空調空間の室内側から見て反時計回転方向の旋回成分を低温の空気に与えるようにフィンを取り付けた給気口の正面図である。 空調空間の室内側から見て時計回転方向の旋回成分を低温の空気に与えるようにフィンを取り付けた給気口の正面図である。 隣り合う給気口から吹き出される低温の空気の旋回成分を交互に逆の回転方向とした給気口の説明図である。 隣り合う給気口から吹き出される低温の空気の旋回成分を同じ回転方向とした給気口の説明図である。 実施例の置換換気システムの説明図である。 実施例の冷房運転時における解析の説明図である。 実施例の冷房運転時における空調空間内の温度分布図である。 実施例の暖房運転時における解析の説明図である。 実施例の暖房運転時における空調空間内の温度分布図である。

以下、本発明の実施の形態にかかる置換換気システム１を図面を参照にして説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

この置換換気システム１によって空調が行われる空調空間１０は、例えば工場、倉庫、事務室、電算室、客室、宴会場、遊技場、印刷室、病室、便所、厨房、機械室、ボイラ室などである。空調空間１０は、天井、床および側壁で区画された空間である。

図１、２に示すように、空調空間１０の床上には、例えばＯＡ機器や人などといった発熱体１１が存在している。空調空間１０の下部には、空調空間１０内に温度調節された空気（給気ＳＡ）を供給するための給気チャンバ１５が設置されている。図３に示すように、空調空間１の一側面２０には、２台の給気チャンバ１５が並べて設置されている。各給気チャンバ１５の前面１６には、複数の給気口１７が縦横に並べて配置されている。また、給気チャンバ１５が設置されている空調空間１の一側面２０には、２つの上部の排気口２１と２つの下部の排気口２２が設けられている。

空調空間１の上部に設けられた排気口２１は、給気口１７の上端よりも高い位置にある。即ち、空調空間の上部に設けられた排気口２１は、給気チャンバ１５の前面１６に設けられている複数の給気口１７のうちで最も高い給気口１７の上端よりも、更に高い位置にある。一方、空調空間１の下部に設けられた排気口２２は、給気口１７の上端の上端を越えない高さである。即ち、空調空間１の下部に設けられた排気口２２は、給気チャンバ１５の前面１６に設けられている複数の給気口１７のうちで最も高い給気口１７の上端と同じか、それよりも低い位置にある。

また、空調空間１の上部に設けられた排気口２１は、空調空間１の下部に存在している発熱体１１の上端よりも高い位置に設けられている。

上部の排気口２１の合計の面積（２つの上部の排気口２１の合計の面積）と下部の排気口２２の合計の面積（２つの下部の排気口２２の合計の面積）は、いずれも給気口１７の合計の面積よりも小さい。例えば、上部の排気口２１の合計の面積は、給気口１７の合計の面積の１／３〜１／４程度である。また同様に、例えば、下部の排気口２２の合計の面積も、給気口１７の合計の面積の１／３〜１／４程度である。

図１、２に示すように、給気チャンバ１５には、空調機２５から給気ダクト２６が接続されている。図３に示すように、空調空間１０の外部には、２台の空調機２５が設けられており、これら２台の空調機２５から給気ダクト２６を介して２台の給気チャンバ１５に空調された給気ＳＡが供給されている。また、給気ダクト２６と各給気チャンバ１５の間には、開閉ダンパ２４が設けられている。この開閉ダンパ２４を操作することによって、２台の給気チャンバ１５に対する給気ＳＡの供給を制御することができる。例えば、２つの開閉ダンパ２４の両方を開いて２台の給気チャンバ１５に給気ＳＡを供給した場合は、給気チャンバ１５の吹出し台数は２台となる。一方、２つの開閉ダンパ２４の一方のみを開き、他方の開閉ダンパ２４を閉じた場合は、１台のみの給気チャンバ１５に給気ＳＡが供給され、給気チャンバ１５の吹出し台数は１台となる。このように、開閉ダンパ２４を操作することによって、給気チャンバ１５の吹出し台数を変えることができる。

また、このように給気チャンバ１５の吹出し台数を変えることにより、各給気口１７からの給気ＳＡの吹出し速度を変えることができる。即ち、吹出し台数が２台と１台の場合を比べると、２つの開閉ダンパ２４の両方を開いて給気チャンバ１５の吹出し台数を２台にした場合は、２台の空調機２５から２台の給気チャンバ１５に給気ＳＡが供給される。これに対して、２つの開閉ダンパ２４の一方のみを開き、他方の開閉ダンパ２４を閉じて、給気チャンバ１５の吹出し台数を１台にした場合は、２台の空調機２５から１台の給気チャンバ１５に給気ＳＡが供給される。したがって、給気チャンバ１５の吹出し台数を１台にした場合は、給気チャンバ１５の吹出し台数を２台にした場合に比べて、１台の給気チャンバ１５に実質的に２倍の給気ＳＡが供給されることとなる。このため、給気チャンバ１５の吹出し台数を１台にした場合は２台にした場合に比べて、各給気口１７からの給気ＳＡの吹出し速度が実質的に２倍となる。

各空調機２５には、外気ダクト２７を通じて外気ＯＡがそれぞれ導入されている。各空調機２５は、外気ＯＡを冷却および加熱する熱交換器２８やフィルタ（図示せず)を備えており、各空調機２５内に取り込まれた外気ＯＡは、これら熱交換器２８やフィルタによって空調された給気ＳＡとなる。また、各空調機２５は、空調された給気ＳＡを、給気ダクト２６および給気チャンバ１５を経て空調空間１０内に供給する給気ファン２９を備えている。この給気ファン２９の稼動によって、各給気チャンバ１５の前面１６に形成された複数の給気口１７から、空調空間１０の内部に向かって給気ＳＡが供給されるようになっている。

図４、５に示すように、各給気口１７には、複数のフィン３０がそれぞれ装着されている。各給気口１７の中央に支持部材３１が設けてあり、各フィン３０は、この支持部材３１の周りに適当な等間隔で放射状に取り付けてある。また、給気口１７から空調空間１０の内部に向かって吹き出す給気ＳＡに旋回成分を与えるべく、各フィン３０は給気口１７の中心軸１７’に対してそれぞれ傾斜して配置されており、図４と図５では、フィン３０の傾斜方向が逆向きの関係になっている。

このように、各給気口１７に傾斜したフィン３０を放射状に取り付けたことにより、給気チャンバ１５の内部から給気口１７に向かって流れ込んできた給気ＳＡを、給気口１７を通過する際に、各フィン３０に沿わせて強制的に流すことができる。これにより、給気口１７から空調空間１０に向かって吹き出す給気ＳＡに、中心軸１７’を中心とする旋回成分が与えられる。

ここで、図４、５では、前述の吹出部材について、フィン３０の傾斜方向が互いに逆向きであり、図４に示したフィン３０によっては、給気口１７を通過する際に、給気チャンバ１５の前面１６を空調空間１０の室内側から見た場合において、反時計回転方向の旋回成分が給気ＳＡに与えられる。一方、図５に示したフィン３０によっては、給気口１７を通過する際に、給気チャンバ１５の前面１６を空調空間１０の室内側から見た場合において、時計回転方向の旋回成分が給気ＳＡに与えられる。

前述のように給気チャンバ１５の前面１６には、複数の給気口１７が縦横に並べて配置されているが、隣り合う給気口１７から吹き出される給気ＳＡの旋回成分は、互いに逆の回転方向の関係になっている。即ち、例えば図６に示すように上下方向に並んだ４つの給気口１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを例にして説明すると、１番上の給気口１７ａと上から３番目の給気口１７ｃでは、フィン３０の傾斜方向が図４で説明した状態であり、これら給気口１７ａと給気口１７ｃからは、反時計回転方向の旋回成分を与えられた給気ＳＡが吹き出される。一方、上から２番目の給気口１７ｂと４番目の給気口１７ｄでは、フィン３０の傾斜方向が図５で説明した状態であり、これら給気口１７ｂと給気口１７ｄからは、時計回転方向の旋回成分を与えられた給気ＳＡが吹き出される。このように、隣り合う給気口１７ａと給気口１７ｂ、給気口１７ｂと給気口１７ｃ、給気口１７ｃと給気口１７ｄの間において、それぞれ互いに逆の回転方向に旋回する給気ＳＡを吹き出すようになっている。

ここで、図７に示すように、上下方向に並んだ４つの給気口１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄからいずれも同じ回転方向に旋回する給気ＳＡ（図７に示す例では、いずれも反時計回転方向に旋回する給気ＳＡ)を吹き出した場合、給気口１７ａと給気口１７ｂの間、給気口１７ｂと給気口１７ｃの間および給気口１７ｂと給気口１７ｃの間において、互いに打ち消しあう方向に給気ＳＡが吹き出されることとなる。そうすると、各給気口１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄから吹き出される給気ＳＡの旋回成分が相殺されてしまう。

一方、図６で説明したように、各給気口１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄから吹き出す給気ＳＡの旋回成分を交互に逆の回転方向とすれば、給気口１７ａと給気口１７ｂの間、給気口１７ｂと給気口１７ｃの間および給気口１７ｂと給気口１７ｃの間のいずれにおいても、互いに同じ方向に給気ＳＡが吹き出されることとなるので、各給気口１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄから吹き出される給気ＳＡの旋回成分が相殺されず、お互いに旋回運動を助長しあうようになる。

なお、図６では、上下に配列された給気口１７の関係について説明したが、先に図３で説明したように、給気チャンバ１５の前面１６には複数の給気口１７が縦横に並べて配置されている。そこで、上下に配列された給気口１７の関係のみならず、横に配置された給気口１７の間においても、隣り合う給気口１７から吹き出される給気ＳＡの旋回成分が、互いに逆の回転方向の関係となるように、各給気口１７に設けられたフィン３０の傾斜方向が設定されている。

図１、２に示すように、空調空間１の一側面２０の上部に設けられている各排気口２１には、排気ファン４０を備えた冷房運転用排気ダクト４１がそれぞれ接続されている。後述するように、冷房運転時には、排気ファン４０の稼動により、空調空間１０の上部に溜まった空気（空調空間１０に存在している人や機器などの発熱体１１によって加熱された空気)が、冷房運転用排気ダクト４１を経て外部に排気ＥＡされる。また、この冷房運転用排気ダクト４１を通る排気ＥＡの一部は、立ち上がりの戻りダクト４２を通じて、各空調機２５の混気部４３に還気として戻されて、外気ＯＡと混合される。なお、冷房運転用排気ダクト４１を経て外部に排気される排気ＥＡと各空調機２５に戻される還気の風量比は、図示しないダンパで調整される。

また、空調空間１の一側面２０の下部に設けられている各排気口２２には、排気ファン４５を備えた暖房運転用排気ダクト４６がそれぞれ接続されている。後述するように、暖房運転時には、排気ファン４５の稼動により、空調空間１０の上部に上昇した高温の空気が、空調空間１内の下部に形成される作業領域に再び戻され、暖房運転用排気ダクト４６を経て外部に排気ＥＡとして排出される。また、この暖房運転用排気ダクト４６を通る排気ＥＡの一部は、戻りダクト４７を通じて、各空調機２５の混気部４３に還気として戻されて、外気ＯＡと混合される。なお、暖房運転用排気ダクト４６を経て外部に排気される排気ＥＡと各空調機２５に戻される還気の風量比は、図示しないダンパで調整される。

さて、以上のように構成された置換換気システム１において、冷房運転時には、給気チャンバ１５の前面の給気口１７から空調空間１０に向けて低温の空気を吹き出すとともに、冷房運転用排気ダクト４１に設けられた排気ファン４０を稼動させて、空調空間１０の上部に設けられた排気口２１から排気を行う。この場合、上部の排気口２１の合計の面積（２つの上部の排気口２１の合計の面積）が給気口１７の合計の面積よりも小さく、例えば、上部の排気口２１の合計の面積は、給気口１７の合計の面積の１／３〜１／４程度である。このため、給気口１７から空調空間１０に向けて吹き出される給気ＳＡは、比較的低速でドラフトを感じさせない置換換気に適した速度で空調空間１０内に供給される。一方、空調空間１０の上部の排気口２１から排気される空気は比較的高速となり、例えば、一般空間の排気と同程度の２〜３ｍ／ｓｅｃの風速で排気口２１から排気される。なお、冷房運転時には、暖房運転用排気ダクト４６に設けられた排気ファン４５は稼動させず、空調空間１０の下部に設けられた排気口２２からの排気は行わない。

即ち、冷房運転時には、空調機２５内に取り込まれた外気ＯＡは、還気と混合され、熱交換器２８で冷却されて低温の空気（給気ＳＡ）にされる。そして、空調機２５で作られた給気ＳＡが、給気ファン２９の稼動により、給気ダクト２６および給気チャンバ１５を経て空調空間１０内に比較的ゆっくりとした風速で供給される。給気口１７を通過する際に、給気口１７に装着されたフィン３０により、給気ＳＡに対して旋回成分が与えられ、こうして、空調空間１０内に向かって、各給気口１７から旋回しながら給気ＳＡが給気される。

すると、各給気口１７から吹き出した給気ＳＡに、空調空間１０内の空気が誘引されて一緒に移動する誘引作用がはたらく。この場合、図示の置換換気システム１にあっては、給気口１７から吹き出す給気ＳＡに旋回成分が与えられるので、給気ＳＡに誘引される空調空間１０内の空気の誘引量（誘引比)が増加する。これに伴い、運動量保存則に従って給気ＳＡの速度は、各給気口１７から吹き出した後、速やかに減速することとなる。

こうして空調空間１０内に供給された給気ＳＡは、温度差により、空調空間１０内の下方に下降するように流れ、空調空間１０内の下方に形成された作業領域を低速で満たしていき、作業領域を快適な環境に保つことが可能となる。

一方、空調空間１０内の例えば作業領域には、発熱体としての人や機器などの発熱体１１が存在しているので、空調空間１０内に供給されて発熱体１１に熱的に接触した給気ＳＡは、やがて加熱され、緩やかに上昇する。その上昇流により、空調空間１０内で生じた塵埃やガスなどの汚染物質を空調空間１０内の上方に搬送することができる。

また、給気ＳＡが発熱体１１に熱的に接触して加熱されることにより、空調空間１０内には、発熱体１１の上端から上部の排気口２１にかけて徐々に温度が低くなる温度勾配が形成される。この場合、例えば上部の排気口２１の位置が、発熱体１１の上端と空調空間１０の天井の中間の高さよりも高く設定されていることにより、発熱体１１の上端から排気口２１にかけて形成される温度勾配の傾きを小さくでき、空調空間１０内の上下方向の温度変化を小さくできる。また、空調空間１０の上部に設けられる排気口２１の位置をなるべく高くすることにより、空調空間１０の天井近傍に存在する暑熱を持った空気が、作業領域に降下してくることを回避できる。これにより、作業領域を快適な冷房環境に保つことが可能となる。

そして、空調空間１０の上部に溜まった空気（加熱された空気)は、攪拌されることなく、即ち、空調空間１０内に形成された作業領域などの温度成層を乱すことなく、排気ファン４０の稼動によって、排気口２１および冷房運転用排気ダクト４１を経て、排気ＥＡとして例えば２〜３ｍ／ｓｅｃの風速で外部に排出される。こうして、給気ＳＡを空調空間１０内の下方に供給しつつ、空調空間１０の上部から、加熱空気と共に塵埃やガスなどの汚染物質を排気することにより、空調空間１０内の換気が行われ、空調空間１０内の下方は清浄な給気ＳＡの環境に保たれる。

一方、この置換換気システム１において、暖房運転時には、給気チャンバ１５の前面の給気口１７から空調空間１０に向けて高温の空気を吹き出すとともに、暖房運転用排気ダクト４６に設けられた排気ファン４５を稼動させて、空調空間１０の下部に設けられた排気口２２から排気を行う。なお、暖房運転時には、冷房運転用排気ダクト４１に設けられた排気ファン４０は稼動させず、空調空間１０の上部に設けられた排気口２１からの排気は行わない。

即ち、暖房運転時には、空調機２５内に取り込まれた外気ＯＡは、還気と混合され、熱交換器２８で加熱されて高温の空気（給気ＳＡ）にされる。そして、空調機２５で作られた給気ＳＡが、給気ファン２９の稼動により、給気ダクト２６および給気チャンバ１５を経て空調空間１０内に比較的ゆっくりとした風速で供給される。給気口１７を通過する際には、同様に、給気口１７に装着されたフィン３０によって給気ＳＡに対して旋回成分が与えられ、空調空間１０内に向かって、各給気口１７から旋回しながら給気ＳＡが給気される。こうして、給気口１７から吹き出された給気ＳＡの速度は、各給気口１７から吹き出した後、速やかに減速し、空調空間１０内の下方に形成された作業領域の全体を、暖房された快適な環境とすることが可能となる。

一方、こうして作業領域に供給された給気ＳＡは、高温であるがために、時間の経過とともに浮力で上昇し、作業領域から上方に流れてしまう傾向にある。しかしながら、この置換換気システム１では、暖房運転時には、排気ファン４０の稼動によって、空調空間１０の下部に設けられた排気口２２から排気が行われる。これにより、一旦空調空間１０の上方に上昇した給気ＳＡは、空調空間１０内の下部に設けられた排気口２２に向って流れ、これにより、作業領域に給気ＳＡが再び戻される。こうして、作業領域に対する暖房効率が向上することとなる。

加えて、下部の排気口２２の合計の面積（２つの下部の排気口２２の合計の面積）が給気口１７の合計の面積よりも小さく、例えば、下部の排気口２２の合計の面積は、給気口１７の合計の面積の１／３〜１／４程度である。このため、空調空間１０の下部の排気口２２から排気される空気は比較的高速（例えば２〜３ｍ／ｓｅｃ）となり、誘引効果によって、空調空間１０の上方に上昇した給気ＳＡを作業領域に有効に引き戻すことができる。

したがって、この置換換気システム１によれば、冷房運転時には、給気口１７から空調空間１０の下部に低温の空気（給気ＳＡ）を吹き出すとともに、空調空間１０の上部に設けられた排気口２１から排気を行うことにより、空調空間１０内の下方に形成された作業領域を冷房しつつ、空調空間１０の上部から、加熱空気と共に塵埃やガスなどの汚染物質を排気することにより、空調空間１０内の換気が行われ、空調空間１０内の下方は清浄な給気ＳＡの環境に保たれる。また、暖房運転時には、給気チャンバ１５の前面の給気口１７から空調空間１０に向けて高温の空気（給気ＳＡ）を吹き出すとともに、空調空間１０の下部に設けられた排気口２２から排気を行うことにより、一旦空調空間１０の上方に上昇した給気ＳＡを作業領域に再び戻すことができる。その結果、暖房運転時においては、作業領域に対する暖房効率が向上することとなる。

また、この置換換気システム１では、給気チャンバ１５の吹出し台数を変えることによって、空調空間１０内への給気ＳＡの供給速度を変化させることができる。例えば、冷房運転時には、２つの開閉ダンパ２４の両方を開いて２台の給気チャンバ１５に給気ＳＡを供給し、給気チャンバ１５の吹出し台数を２台にする。こうして、冷房運転時には、給気チャンバ１５の吹出し台数を増やし、給気口１７から空調空間１０内へ吹出す給気ＳＡの供給速度を遅くする。これにより、給気口１７から空調空間１０に向けて比較的低速のドラフトを感じさせない給気ＳＡが供給される。

一方、暖房運転時には、２つの開閉ダンパ２４の一方のみを開き、他方の開閉ダンパ２４を閉じて、給気チャンバ１５の吹出し台数を１台にする。こうして、暖房運転時には、給気チャンバ１５の吹出し台数を減らし、給気口１７から空調空間１０内へ吹出す給気ＳＡの供給速度を速くする。これにより、給気口１７から空調空間１０に向けて供給される給気ＳＡの誘引効果により、空調空間１０の上方に上昇した給気ＳＡ（暖気）を作業領域に引き戻すことができる。

加えて、図１に示したように、冷房運転時には、排気ＥＡの一部を戻りダクト４２を経て空調機２５に戻すことにより、冷熱を再利用することが可能となる。同様に、図２に示したように、暖房運転時には、排気ＥＡの一部を戻りダクト４７を経て空調機２５に戻すことにより、温熱を再利用することが可能となる。その結果、省エネルギ化がはかれる。

以上、本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。以上では空調空間１０内に２台の給気チャンバ１５が設置された例を説明したが、給気チャンバ１５は３台以上あっても良い。複数台ある給気チャンバ１５の吹出し台数を変えることによって、空調空間１０内への給気ＳＡの供給速度を増減させることにより、例えば、冷房運転時には給気チャンバ１５の吹出し台数を増やして給気口１７から空調空間１０内へ吹出す給気ＳＡの供給速度を遅くし、一方、暖房運転時には給気チャンバ１５の吹出し台数を減らして給気口１７から空調空間１０内へ吹出す給気ＳＡの供給速度を速くすることができる。

また、例えば、空調空間１の下部に設けられる排気口２２の下端が空調空間１の床面に接していても良い。また、空調空間１の下部に設けられる排気口２２が空調空間１の床面に配置されても良い。例えば、床吹き出しにより置換換気を実施するシステムでは、空調空間１の下部に設けられる排気口２２は空調空間１の床面に配置すれば良い。

また、冷房運転時において、空調空間１０の上部に溜まった空気を空調空間１の上部に設けられた排気口２１から排気する例を説明したが、空調空間１の天井に排気口を設け、有圧扇等で排気を行っても良い。

また、冷房運転時には、暖房運転用排気ダクト４６に設けられた排気ファン４５の稼動を停止する例を説明したが、暖房運転用排気ダクト４６に開閉ダンパを設置し、この開閉ダンパを閉じることにより、空調空間１０の下部に設けられた排気口２２の排気を停止しても良い。同様に、暖房運転時には、冷房運転用排気ダクト４１に設けられた排気ファン４０は稼動の稼動を停止する例を説明したが、冷房運転用排気ダクト４１に開閉ダンパを設置し、この開閉ダンパを閉じることにより、空調空間１０の上部に設けられた排気口２１の排気を停止しても良い。

また、上記実施の形態では、各給気口１７にフィン３０を放射状に取り付けて、給気ＳＡに旋回成分を与える例を説明した。しかしながら、給気ＳＡに旋回成分を与えることは必ずしも必要ではなく、例えば、ディフィーザーなどを利用して、空調空間１０内の下方に形成された作業領域に給気ＳＡを拡散させても良い。また、空調空間１０の上部に設置される排気口２１を空調空間１０の天井に形成してもよい。同様に、空調空間１０の下部に設置される排気口２２を空調空間１０の床に形成してもよい。更に、本発明の置換換気システムは、種々の空調空間について適用できる。

本発明の置換換気システム１の実施例として、シミュレーションプログラム「ＴＲＡＮＳＹＳ」によって解析を行った。図８に示すように、実施例の置換換気システム１では、空調空間１０の内部に、２０台の発熱する機器１１が置かれている場合を想定した。空調空間１０の大きさ（解析領域）は、３５ｍ（幅）×１８．６ｍ（幅）×８．８ｍ（高さ）である。

（冷房運転時）
夏期の解析条件として、屋根面５５℃、０．８５Ｗ／ｍ^２℃、照明１５Ｗ／ｍ^２、外壁４０℃、１．４Ｗ／ｍ^２℃、発熱体１１（機器）の発熱量２．４ｋＷ／台×２０台とした。図９に示すように、空調空間１０の内部には、２台の給気チャンバ１５からそれぞれ９６００ｍ^３／ｈ、１８℃の給気ＳＡを供給し、空調空間１０の上部に設けられた排気口２１から排気ＥＡを排出した。

解析の結果、給気ＳＡの気流の挙動は、図９に示すようになった。給気チャンバ１５から吹出した給気ＳＡは、各発熱体１１の間隙を縫うように流れ、空調空間１０内の下部に形成される作業領域で給気ＳＡが効果的に分配された。作業領域では、同じ高さの平面での温度はほぼ均一となった。一方、空調空間１０内の上部では高温となり、作業領域のみ効果的な空調が実現された。

図１０に、冷房運転時の空調空間１０内の温度分布を示す。空調空間１０内の垂直断面Ａを見ると、各発熱体１１から上方に立ち上がるようにして高温領域Ａ１が形成された。しかしながら、各発熱体１１の周囲では、作業領域は低温領域Ａ２となり、作業領域を効果的に冷房できた。

（暖房運転時）
冬期の解析条件として、屋根面０℃、０．８５Ｗ／ｍ^２℃、照明０Ｗ／ｍ^２、外壁０℃、１．４Ｗ／ｍ^２℃、床表面１５℃、発熱体１１の発熱なしとした。図１１に示すように、空調空間１０の内部には、２台の給気チャンバ１５からそれぞれ９６００ｍ^３／ｈ、３０℃の給気ＳＡを供給し、空調空間１０の下部に設けられた排気口２２から排気ＥＡを排出した。

解析の結果、給気ＳＡの気流の挙動は、図１１に示すようになった。給気チャンバ１５から吹出した給気ＳＡは、速やかに上昇し、空調空間１０内の下部に形成される作業領域に直接流れることはないが、排気口２２が空調空間１０の下部にあるため、上部の暖気（給気ＳＡ）は徐々に下降し、作業領域にも暖気が分配された。暖気を作業領域に直接供給しようとすると、浮力に打ち克つ気流速度は必要になり、作業領域での風速が早くなる。本発明によれば、作業領域での過大な風速を生じることがなく、適正な暖房が実現される。

図１２に、暖房運転時の空調空間１０内の温度分布を示す。空調空間１０内の水平断面Ｂを見ると、給気チャンバ１５の直前以外の部分では、ほぼ均一な温度領域Ｂ１が形成され、作業領域全体を効果的に暖房できた。

本発明は、工場、倉庫、事務室、電算室、客室、宴会場、遊技場、印刷室、病室、便所、厨房、機械室、ボイラ室などの空調に有用である。

ＳＡ 給気
ＯＡ 外気
１ 置換換気システム
１０ 空調空間
１１ 発熱体
１５ 給気チャンバ
１６ 前面
１７ 給気口
２０ 一側面
２１ 上部の排気口
２２ 下部の排気口
２５ 空調機
２６ 給気ダクト
２７ 外気ダクト
２８ 熱交換器
２９ 給気ファン
３０ フィン
３１ 支持部材
４０ 排気ファン
４１ 冷房運転用排気ダクト
４２ 戻りダクト
４５ 排気ファン
４６ 暖房運転用排気ダクト
４７ 戻りダクト

Claims (6)

1. 空調空間内に空気を供給するとともに、空調空間から排気することにより、空調空間内の換気を行う置換換気システムであって、
   前記空調空間の下部に給気口を設け、前記空調空間の上部と下部に排気口を設け、かつ、前記空調空間の上部に設けられた排気口を前記給気口の上端よりも高くし、前記空調空間の下部に設けられた排気口を前記給気口の上端を越えない高さとし、
   冷房運転時には、前記給気口から低温の空気を吹き出すとともに、前記空調空間の上部に設けられた排気口から排気し、
   暖房運転時には、前記給気口から高温の空気を吹き出すとともに、前記空調空間の下部に設けられた排気口から排気する、置換換気システム。
2. 前記空調空間の下部には発熱体が存在し、前記空調空間の上部に設けられた排気口は、前記発熱体の上端よりも高い位置に設けられている、請求項１の置換換気システム。
3. 前記給気口が設けられた給気チャンバを複数備え、それら複数の給気チャンバの吹出し台数を可変に構成した、請求項１または２の置換換気システム。
4. 空調空間内に空気を供給するとともに、空調空間から排気することにより、空調空間内の換気を行う置換換気方法であって、
   前記空調空間の下部に給気口が設けられ、前記空調空間の上部と下部に排気口が設けられ、かつ、前記空調空間の上部に設けられた排気口が前記給気口の上端よりも高く、前記空調空間の下部に設けられた排気口を前記給気口の上端を越えない高さであり、
   冷房運転時には、前記給気口から低温の空気を吹き出すとともに、前記空調空間の上部に設けられた排気口から排気し、
   暖房運転時には、前記給気口から高温の空気を吹き出すとともに、前記空調空間の下部に設けられた排気口から排気する、置換換気方法。
5. 前記空調空間の下部には発熱体が存在し、前記空調空間の上部に設けられた排気口は、前記発熱体の上端よりも高い位置に設けられている、請求項４の置換換気方法。
6. 前記給気口が設けられた給気チャンバを複数備え、
   暖房運転時には、冷房運転時よりも少ない給気チャンバから吹出しを行う、請求項４または５の置換換気方法。

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