JP2023150361A - 輻射・対流空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】床下空間の温度の均一化、工事費用の低コスト化、及び、床下のメンテナンスフリーを実現する輻射・対流空調システムを提供することを課題とする。【解決手段】空調機に接続され床上側から床下側への流路となる縦ダクトの下端部の開口部から流出された温冷風を、床下空間に流動させて床材に設けた還流口から室内に還流させる輻射・対流空調システムであって、前記床下空間を前記縦ダクト側空間と前記還流口側空間とに所定の位置で区分可能に、短手方向の上端辺を前記床材の底面に接触させ、下端辺を床スラブの上面に接触させ、長手方向の両端辺を側壁に接触させて立設した、平面視で直線状又は曲線状で薄厚かつ帯状の整流板を設置し、前記整流板の短手方向の上端辺又は前記上端辺近傍に設けた開口部と、下端辺又は前記下端辺近傍に設けた開口部とを、長手方向で交互に設けた輻射・対流空調システムにより課題解決できた。【選択図】図１

Description

本発明は、一戸建て、マンション又はオフィスビルなどの低床構造の室内を、床下空間に温冷風を流動させて輻射・対流により空調する輻射・対流空調システムに関する。

現在実施されている輻射・対流空調システムは、図１３に示すように、室内にある空調機に接続され床下まで延設された縦ダクトの最下部の流出口から、空調機からの温冷風を床下空間に流出させ、前記温冷風を前記空調機から離隔した位置の床材に設けた還流口から室内に還流させながら、前記床下空間を流動する温冷風の温度を前記床材に伝熱させて前記床材からの輻射と、前記還流口からの還流による対流とによって室内の温度を制御するシステムがある。

特許文献１には、下部空調エア通路内に送気された空気調和機からの温冷風の空調エアを下部空調エア通路内に送気し、更に該下部空調エア通路から送気孔を介して上部空調エア通路に送気して、各パネルボードを冷却または加温すると共に、下張り下面より冷却または加温して、冷気または暖気を部屋内へ放射する床放射冷暖房装置と、前記下部空調エア通路内に送気された空気調和機からの温冷風の空調エアを、グリルに開口されたスリットを通して部屋へ吹出す床吹出し冷暖房装置との組合せにより構成する住宅用全空気方式床冷暖房システムが開示されている。

特許文献２には、床面を形成する天板部、及びこの天板部の四隅部に設けられた支持脚からなるフロア部材と、底板部、及びこの底板部の両側から上方に向けて形成される側板部からなる断面コの字状の床ダクト材と、を有するフロアの空調構造であって、上記床ダクト材の底板部に、上記フロア部材の支持脚が挿通する脚孔部を設け、上記床ダクト材を室内の床基礎面から所定の高さ位置に配設し、この床ダクト材の底板部と上記床基礎面との間に空間部を形成し、上記床基礎面上に、上記フロア部材を縦方向及び横方向に並べて設置するとともに、上記床ダクト材が配置された個所に上記フロア部材を設置する際には、このフロア部材の支持脚を上記床ダクト材の脚孔部に挿通させて床基礎面に設置し、上記床ダクト材に空調空気を導入して空調を行うフロアの空調構造が開示されている。

特許文献３には、外部から断熱された床下空間を有する家屋の内部を冷房または暖房する冷暖房システムであって、前記家屋外に設置される室外機と、前記室外機からの熱媒体との熱交換により前記家屋内の空気を冷却または加熱する室内機と、前記室内機の下方の前記床下空間に設置されるチャンバーボックスであって、前記室内機により冷却または加熱された空気が供給されるチャンバーボックスと、複数の居住ゾーンに対応して設けられる複数のダクトであって、一端が前記チャンバーボックスに接続された複数のダクトと、前記チャンバーボックスに供給された空気を、対応する前記複数のダクトに供給する複数のファンと、前記複数のファンの動作を制御するコントローラと、を備え、前記複数のダクトの他端は、対応する前記複数の居住ゾーンの下方の前記床下空間内で開放される冷暖房システムが開示されている。

特許文献４には、二重床パネルを用いて床スラブ上に構成した二重床下空間を、空調機からの空調空気供給用チャンバーとして、二重床パネルに備え付けられた床吹出し口から空調空気を室内に吹出すアンダーフロア空調システムにおいて、前記二重床下空間で前記空調機が設置されていない隅部に少なくとも一ヵ所、熱交換器と送風ファンとで構成される補助熱源装置を備えたアンダーフロア空調システムが開示されている。

特開２００３－３２２３６０号公報 特開２０１３－１８５７２５号公報 特開２０１３－１９４９４７号公報 特開平８－１２１８５１号公報

現在実施されている輻射・対流空調システムは、縦ダクトの流出口から流出された温冷風は床下空間内を層流となって還流口に向かって流れる。前記床下空間は、上面を床材の底面、下面を床スラブの表面、周囲の側面を壁部で構成されている。前記床材の底面に沿って温度境界層が生成され、同じように前記床スラブの表面に沿って温度境界層が生成されるが、前記縦ダクトの流出口から離隔するほど前記床下空間を囲繞する床材の底面及び床スラブの表面との摩擦による圧力損失が増加し、前記還流口に近づくほど温冷風の流速が低下することから、前記温度境界層の厚さが厚くなり、前記温度境界層は厚みが厚いほど断熱効果が高まることから、温冷風から床材への対流熱伝達が減少するという問題があった。

特許文献１に記載の発明は、ダクトから流出した温冷風は床下空間を還流口であるグリルに向かって流動するが、床下底面に接する凹部の空間に温冷風を流出させる孔を設けた突起の開口部が温冷風の流れ方向に対して平行な面に開口しているため、温冷風の多くは還流口に流れて、突起内には少ししか流れない。このため、床への対流熱伝達の伝熱量が少ないという問題があり、室内は還流口付近の温度が高く、室内全体の温度分布にムラが大きいという問題があった。

特許文献２に記載の発明は、細長い直線状の管路、Ｔ字型管路及びＬ字型管路を構成する、底壁と側壁に孔を設けたコ字状の床ダクト材と、前記底壁に設けた穴に貫通させる支持脚を垂設させたフロア部材との複雑な組み合わせ構造は高コストになるという問題があった。また、細い管路をコ字状に構成しているので、管摩擦による圧力損失が大きくなり温冷風の流速が低下し、前記管路の孔から流出した温冷風の流速は大きく低下するので、床材の底面には厚みの厚い温度境界層が形成され断熱効果のために室内の温度を温かく又は涼しくするのが一層難しくなり、室内全域にわたって室内の温度差を小さくすることができにくいという問題もあった。

特許文献３に記載の発明は、床下に設置した数本のダクトの温冷風を流出する部位が、各室内への還流口近傍にまで延設されているので、前記流出した温冷風はすぐ近くにある還流口に向けて流れるため、しかも還流口以外に温冷風の流出口はないことから、温冷風は還流口以外の部位である床材の底面全域に流れにくい。このため、温冷風の流速はかなり低下するので、床材の底面には厚みの厚い温度境界層が形成され前記温度境界層の断熱効果により、床材に対する温冷風からの対流熱伝達の伝熱量が小さくなるので、床面からの輻射で室内の温度を変える効果は期待できにくく、室内全域にわたって室内の温度差を小さくすることができにくいという問題があった。また、床下に設けたチャンバーボックス内にファンを設けているためファンのメンテナンスが困難という問題もあった。

特許文献４に記載の発明は、床下のコーナー部ごとに小型水熱交換機及び局所昇圧ファンを設けているので、長年の使用により水漏れや腐食が発生し小型水熱交換機が故障しやすく、かつ小型水熱交換機及び局所昇圧ファンのメンテナンスが困難であるという問題があった。また、複数の小型水熱交換機及び局所昇圧ファンを設けるため工事費用が高くなるという問題もあった。

本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、工事費用の低コスト化、床下のメンテナンスフリーを実現でき、室内全域にわたって室内の温度差を小さくすることができる輻射・対流空調システムを提供することを課題とする。

本発明において、輻射は熱輻射、熱放射、放射と同義語であり、対流は熱伝達、対流熱伝達、熱対流と同義語であるので、以下、対流熱伝達と輻射で記載する。

請求項１に記載の輻射・対流空調システムは、空調機に接続され床上側から床下側への流路となる縦ダクトの下端部の開口部から流出された温冷風を、床下空間に流動させて床材に設けた還流口から室内に還流させる輻射・対流空調システムであって、前記床下空間を前記縦ダクト側空間と前記還流口側空間とに所定の位置で区分可能に、短手方向の上端辺を前記床材の底面に接触させ、下端辺を床スラブの上面に接触させ、長手方向の両端辺を前記床下空間の側壁に接触させて、平面視で直線状又は曲線状で薄厚かつ帯状の整流板を立設し、前記整流板の短手方向の上端辺又は前記上端辺近傍に、長手方向で全長にわたり所定の間隔をあけて複数の開口部を設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の輻射・対流空調システムは、空調機に接続され床上側から床下側への流路となる縦ダクトの下端部の開口部から流出された温冷風を、床下空間に流動させて床材に設けた還流口から室内に還流させる輻射・対流空調システムであって、前記床下空間を前記縦ダクト側空間と前記還流口側空間とに所定の位置で区分可能に、短手方向の上端辺を前記床材の底面に接触させ、下端辺を床スラブの上面に接触させ、長手方向の両端辺を前記床下空間の側壁に接触させて立設した、平面視で直線状又は曲線状で薄厚かつ帯状の整流板を設置し、前記整流板の短手方向の上端辺又は前記上端辺近傍に設けた開口部と、下端辺又は前記下端辺近傍に設けた開口部とを、長手方向で全長にわたり交互に設けたことを特徴とする。

請求項３に記載の輻射・対流空調システムは、請求項１又は２において、前記整流板ごとに、前記整流板に設けられた複数の前記開口部の大きさを、温冷風の下流側の位置になるほど前記開口部の大きさを大きくしたことを特徴とする。

請求項４に記載の輻射・対流空調システムは、請求項１～３のいずれかにおいて、前記床材が複数層からなり、前記複数層のうちの最下層に該当する下地材を、前記下地材の上面の全域に熱伝導率の高い材質からなる薄厚シートを張りつけた積層構造にしたことを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の輻射・対流空調システムは、縦ダクトの最下端の流出口から流出された温冷風を整流板でせき止めしながら、前記整流板の狭い開口部から温冷風を流出させるので、温冷風は流速を高めることができる。これにより、その流速が高まった温冷風は乱流となって床材底面近傍に向かって流動するので、床材の底面の温度境界層の厚みを薄くすることができ、かつ流速を速くしたのでコアンダ効果により前記温冷風が前記床材の底面に沿って流動しやすくなるという現象が現れる。したがって前記温冷風から前記床材への対流熱伝達が大きくなり、室内の温度をより一層効果的に上げたり下げたりすることができるという効果を奏する。

また、前記整流板は前記床下空間を縦ダクト側空間と還流口側空間とに所定の位置で区分するように立設することから、前記整流板により新たなチャンバーが形成されていき、前記整流板の前記開口部から流出した温冷風を床下空間の各チャンバー内に満遍なく流動させることができ、室内の全域にわたって温度差を一層小さくすることができる。

また、床下空間には薄板状の整流板を立設するが、小型水熱交換機及び局所昇圧ファンなどの機器を床下空間に設けない構成であるので、輻射・対流空調システムの工事費用の低コスト化、及び、床下のメンテナンスフリーを実現することができた。

本発明の請求項２に記載の輻射・対流空調システムは、床材の底面の温度境界層の厚み、及び、床スラブ上面の温度境界層の厚みを薄くすることができ、かつ流速を速くしたのでコアンダ効果により前記温冷風が前記床材の底面に沿って、及び、前記床スラブの上面に沿って流動しやすくなる。したがって前記温冷風から前記床材への、及び、前記床スラブへの対流熱伝達が大きくなり、前記床スラブからの輻射も加わり、室内の温度をより一層効果的に上げたり下げたりすることができるという効果を奏する。

本発明の請求項３に記載の輻射・対流空調システムは、前記縦ダクトの流出口から離隔するほど低下する温冷風の流速を回復させて開口部から次のチャンバーへ流出させるので、床材への対流熱伝達の大きさの差を極小化できるため、室内の温度のムラを極小化できるという効果を奏する。

本発明の請求項４に記載の輻射・対流空調システムは、床材の下地材へ対流熱伝達された熱をより多く床仕上げ材に熱伝導させることができるので、室内の温度をより早く温めたり涼しくしたりすることができる。

本発明の輻射・対流空調システムを設置した状態の室内側からの斜視概要説明図である。 本発明の輻射・対流空調システムを設置した状態の室内側からの平面視の概要説明図である。 本発明の輻射・対流空調システムを設置し、支持脚に固定された床材を未設置の状態の室内側からの斜視概要説明図である。 支持脚に固定された床材の下地材の室内側からの斜視概要説明図である。 床材の床仕上げ材のみの斜め上方からの斜視概要説明図である。 床材の還流口に嵌設される通気体の例示説明図である。 床材の説明図で、（ａ）は二重層構造の形態の説明図で、（ｂ）は三重層構造の形態の説明図で、（ｃ）は下地材の説明図である。 縦ダクトと床下空間との縦断面視の概要説明図である。 床材と支持脚との構成説明図で、（ａ）は側面視の全体概要説明図で、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図である。 整流板の説明図で、（ａ）は正面視の概要説明図で、（ｂ）は平面視の概要説明図で、（ｃ）は左側面視の概要説明図である。 図３の概要説明図における温冷風の流れ方向の説明図である。 本発明の、上側と下側に開口部を設けた整流板を設置した場合の輻射・対流空調システムを設置した状態における温冷風の流れ方向の説明図である。 図１２の拡大説明図で、（ａ）は図１２におけるＢ部拡大図であり、（ｂ）は図１２におけるＣ部拡大図である。 本発明の、真ん中を含む上側に開口部を設けた整流板を設置した場合の輻射・対流空調システムを設置した状態における温冷風の流れ方向の説明図である。 比較例としての一般的な輻射・対流空調システムの概要説明図である。 平面視で整流板の設置例を示した図で、（ａ）は直線状の整流板を１か所のみ設置した形態の説明図で、（ｂ）は直線状の整流板を２か所列設した形態の説明図で、（ｃ）は直線状の整流板を３か所列設した形態の説明図で、（ｄ）は曲線状の整流板を１か所のみ設置した形態の説明図である。 開口部が切欠けで上辺側と下辺側の両側にある場合の整流板の形態の説明図で、（ａ）は切欠けを上辺側と下辺側とで長手方向の間をあけることなく交互に設けた形態の説明図で、（ｂ）は切欠けを上辺側と下辺側とで長手方向で間をあけながら交互に設けた形態の説明図である。 開口部が流出孔で上辺側と下辺側の両側にある場合の整流板の形態の説明図で、（ａ）は流出孔を上辺側と下辺側とで長手方向の間をあけることなく交互に設けた形態の説明図で、（ｂ）は流出孔を上辺側と下辺側とで長手方向で間をあけながら交互に設けた形態の説明図である。 開口部を上側のみに設けた場合の整流板の形態の説明図で、（ａ）は切欠けを上端辺に所定の間隔をあけて設けた形態の説明図で、（ｂ）は流出孔を上端辺近傍（上端辺に極めて近い位置）に所定の間隔をあけて設けた形態の説明図で、（ｃ）は流出孔を上端辺近傍（上端辺と下端辺との中間位置）に所定の間隔をあけて設けた形態の説明図である。 図１８（ａ）における縦断面図で、（ａ）は開口部が水平方向の貫通孔の場合のＦ－Ｆ断面で、（ｂ）は開口部が上向き傾斜の貫通孔の場合のＦ－Ｆ断面で、（ｃ）は開口部が下向き傾斜の貫通孔の場合のＨ－Ｈ断面である。 整流板の開口部を長手方向で徐々に大きくした形態の説明図である。

温度境界層と対流熱伝達について説明する。平板上を温冷風が流れるときに、平板表面から十分に離れたところでは流速は一定の層流であるが、温冷風の粘性によって流速は急激に変化し平板表面では温冷風の流速が極小になる。このように速度が変わる範囲を速度境界層というが、該速度境界層の厚みと前記温度境界層の厚みは相似関係にあり、前記温度境界層は断熱効果を有する。そして、対流熱伝達による伝熱量の大きさは、流体の熱伝導率を温度境界層の厚さで除した値と比例することから、温度境界層の厚さが厚くなると対流熱伝達による伝熱量が小さくなり断熱効果が高まり、前記温度境界層の厚さが薄くなると対流熱伝達による伝熱量が大きくなり断熱効果が低下する。また、前記温度境界層の厚みは、温冷風の流速が速くなるほど薄くなり、層流よりも乱流の方が薄くなる。

次に、コアンダ効果と対流熱伝達について説明する。前記コアンダ効果とは、温冷風の流速が速くなるほど温冷風が床材の底面や床スラブの上面に沿って流れる現象を意味し、温冷風の流速が速くなるほど、温冷風は床材の底面に沿って、又は、床スラブの上面に沿って流れるので、温冷風から床材や床スラブへの対流熱伝達の伝熱量が大きくなる。

本発明の輻射・対流空調システムは、一戸建て、マンション又はオフィスビルなどの住宅又は事務所の低床で作られた室内を効果的に冷暖房するシステムである。

比較例として、一般的に床下に温冷風を流す空調システム１は、図１５に示すように、室内２０側にある空調機（図なし）に接続され床下まで延設された縦ダクト６の最下部の開口部６ａから温冷風を床下空間１０に流出させ、床下空間１０には流路を変更させる部材が存在しないので、前記温冷風は層流となって前記縦ダクト６から離隔した位置の床材７に設けた還流口１１へ流動し、前記還流口１１から室内２０に還流させる構成である。床材７の底面及び床スラブ８の上面との摩擦により温冷風の流速は下流側にいくほど、すなわち前記還流口１１に近づくほど徐々に低下する。

そのため、温冷風の流れの下流側にいくほど、床材７の底面には厚みが厚い温度境界層１５ａが形成され、床スラブ８の上面にも厚みが厚い温度境界層１５ｂが形成されることから、床材７の温度は縦ダクト７寄りの範囲が還流口１１寄りの範囲に比較して高く、床材７全体では部位によって温度差が大きく生ずるため輻射による室内２０の温度にムラが生じる。

そこで、本発明の発明者は床材７全域にわたる温度差を極小化させ、かつ温冷風から床材７への対流熱伝達による伝熱量を大きくする輻射・対流空調システム１を想到するに至った。本発明の輻射・対流空調システム１は、図１、図２又は図８に示すように、空調機に接続され床上側から床下側への流路となる縦ダクト６の下端部の開口部６ａから流出された温冷風を、床下空間１０に流動させて床材７に設けた還流口１１から室内２０に還流させる輻射・対流空調システム１であって、前記床下空間１０を前記縦ダクト６側空間と前記還流口１１側空間とに所定の位置で区分可能に、短手方向の上端辺を前記床材７の底面に接触させ、下端辺を床スラブ８の上面に接触させ、長手方向の両端辺を前記床下空間１０の側壁９に接触させて、平面視で直線状又は曲線状で薄厚かつ帯状の整流板２を立設し、前記整流板２の短手方向の上端辺又は前記上端辺近傍に、長手方向で全長にわたり所定の間隔をあけて複数の開口部２を設けた。

また、本発明の輻射・対流空調システム１は、図１、図２、図８、図１０又は図１１に示すように、空調機に接続され床上側から床下側への流路となる縦ダクト６の下端部の開口部６ａから流出された温冷風を、床下空間１０に流動させて床材７に設けた還流口１１から室内２０に還流させる輻射・対流空調システム１であって、前記床下空間１０を前記縦ダクト６側空間と前記還流口１１側空間とに所定の位置で区分可能に、短手方向の上端辺を前記床材７の底面に接触させ、下端辺を床スラブ８の上面に接触させ、長手方向の両端辺を前記床下空間１０の側壁９に接触させて、平面視で直線状又は曲線状で薄厚かつ帯状の整流板２を立設し、前記整流板２の短手方向の上端辺又は前記上端辺近傍に設けた開口部３ａと、下端辺又は前記下端辺近傍に設けた開口部３ｂとを、長手方向で全長にわたり交互に設けた。

前記室内２０は、図１又は図８に示すように、空調機に接続された縦ダクト６が設置され、前記縦ダクト６から離隔された部位の床材７に還流口１１が設けられている。そして、前記縦ダクト６の開口部６ａから温冷風が床下空間１０に流出される。

前記床下空間１０は、図１、図２又は図８に示すように、前記床材７の底面と、床スラブ８の上面と、側壁９の各構成部材に囲繞された、各構成部材間の隙間にはシール処置がされた密閉構造の空間である。そして、前記床下空間１０は、一戸建て、マンション又はオフィスビルなどの住宅又は事務所の床下空間１０であり、低床構造の床下空間１０である。前記床下空間１０の前記床材７の底面と前記床スラブ８との上下方向の間は約１０ｃｍである。

前記低床構造は、図９（ａ）又は（ｂ）に示すように、床材７が床スラブ８上に立設する複数の支持脚１２に支持された構造であり、前記床材７は、二重層構造の場合は、図７（ａ）に示すように、下側の下地材７ｂと上側の床仕上げ材７aとを張り合わせた構造からなり、三重層構造の場合は、図７（ｂ）に示すように、下側の下地材７ｂと、中間層の合板７ｃと、上側の床仕上げ材７aとを張り合わせた積層構造からなる。

いずれも場合においても、最下層に該当する下地材７ｂは、図７（ｃ）に示すように、前記下地材７ｂの上面に熱伝導率の高い材質からなる薄厚シート４０を張りつけた積層構造にしている。前記熱伝導率の高い材質からなる薄厚シート４０としては、例えばアルミニウム薄厚シート、銅薄厚シート又は炭素繊維薄厚シートがある。

本発明の輻射・対流空調システム１は、図３に示すように、空調機に接続された縦ダクト６が室内２０側から床下空間１０まで垂設され、例えば、床スラブ８上に整流板２ａ、２ｂが立設され、図４に示すように、支持脚１２に支持された床材７の下地材７ｂが前記床スラブ８の上方に前記床スラブ８を覆うように設置され、さらに床材７が二重層構造の場合は、前記下地材７ｂの上に、図５に示すような、例えばフローリング等の前記床仕上げ材７ａが積層構造で張り付けられ、図６に示すような通気構造体１１ａが前記床材７に設けた還流口１１に嵌設される。前記通気構造体１１ａは、図６に示すような櫛状の形状に限らず、室内２０にいる人が落下せず温冷風を通気可能な構造体であればいずれの形状でもよい。

そして、本発明の輻射・対流空調システム１は、前記縦ダクト６の最下端の開口部６ａから流出された温冷風が還流口１１に向かって流れるが、前記整流板２の狭い開口部３から流出させることにより、前記温冷風の流速を速めたり、前記温冷風を乱流に変えたりして流動させ、前記還流口１１から室内２０に還流させるシステムである。

よって、本発明の輻射・対流空調システム１は、前記温冷風からの対流熱伝達により温冷化された前記床材７からの輻射により室内２０の気温を室内満遍なく温度差が極小となるように温冷化でき、かつ、前記還流口１１から室内２０に還流した温冷風の対流により室内２０の気温を短時間で温冷化させられる輻射・対流空調システムである。

次に、整流板２について説明する。前記整流板２の全体形状は、図１０（ａ）～（ｃ）に示すように、薄板状の帯状体である。そして、図１６（ａ）～（ｃ）に示すように直線状、又は、図１６（ｄ）に示すように曲線状がある。前記整流板２の形状は、直線状又は曲線状に限らず、異なる曲線のつなぎ合わせた形状、異なる方向の直線状で折り曲げ部位を有する形状などでもよく、薄板状の帯状体であればいずれの形状でもよい。

次に、前記整流板２に設けられている開口部３の形状について説明する。前記開口部３ａの形状は、図１７（ａ）又は図１９（ａ）に示すように前記整流板２の短手方向の上端辺に設けた形態の場合は切欠け部４ａ、あるいは、図１８（ａ）、図１９（ｂ）又は図１９（ｃ）に示すように前記整流板２の短手方向の上端辺近傍に設けた形態の場合は流出孔５ａがあり、前記開口部３ｂの形状は、図１７（ｂ）に示すように前記整流板２の短手方向の下端辺に設けた形態の場合は欠け部４ｂ、又は、図１８（ｂ）に示すように前記整流板２の短手方向の下端辺近傍に設けた形態の場合は流出孔５ｂがある。

ここで、低床構造であるため、前記床下空間１０の上下方向が約１０ｃｍしかないので、上端辺近傍には、前記流出孔５ａが前記整流板２の上下方向の略中央部に形成される形態も含まれる。この形態の場合にも、前記開口部３ａから流出し、流速を速め乱流となった温冷風は前記床材７の底面に十分に到達可能である。

次に、前記整流板２設けた開口部３の位置形態について説明する。第一の形態は、図１９に示すように、前記整流板２の短手方向の上端辺又は上端辺近傍に開口部３ａを設けた形態である。この形態の場合は、図１９（ａ）に示すように、切欠け部４ａ（開口部３a）を長手方向で所定の間隔Ｇ５をあけて上端辺に形成した形態、図１９（ｂ）に示すように、流出孔５ａ（開口部３a）を長手方向で所定の間隔Ｇ５をあけて上端辺近傍（整流板２の高さ方向で中央位置より上端辺寄り）に形成した形態、図１９（ｃ）に示すように、流出孔５ａ（開口部３a）を長手方向で所定の間隔Ｇ５をあけて上端辺近傍（整流板２の高さ方向でほぼ中央位置）に形成した形態などがある。

次に、第二の形態は、図１７又は図１８に示すように、前記整流板２の短手方向の上端辺又は上端辺近傍に設けた開口部３ａと、前記整流板２の短手方向の下端辺又は下端辺近傍に開口部３ｂとを、長手方向で交互に設けた形態である。この形態の場合は、前記整流板２の前記開口部３が上辺側及び下辺側に設けられた場合は、図１７（ａ）に示すように、切欠け部４ａ（開口部３a）と切欠け部４ｂ（開口部３ｂ）との長手方向の間隔Ｇ１を設けずに交互に設けた形態、図１７（ｂ）に示すように、切欠け部４ａ（開口部３a）と切欠け部４ｂ（開口部３ｂ）との長手方向の間隔Ｇ２を所定の長さほど設けて交互に設けた形態、図１８（ａ）に示すように、流出孔５ａ（開口部３a）と流出孔５ｂ（開口部３ｂ）との長手方向の間隔Ｇ３を設けずに交互に設けた形態、図１７（ｂ）に示すように、流出孔５ａ（開口部３a）と流出孔５ｂ（開口部３ｂ）との間隔Ｇ４を所定の長さほど設けて交互に設けた形態などがある。

また、前記開口部３の流路の上流側から下流側に向けた方向の形態について説明する。前記開口部３の流路としての上流側から下流側に向けた方向の形態は、図２０（ａ）に示すように温冷風を水平方向の流れとして流出させる水平形態、図２０（ｂ）に示すように温冷風を上向きの流れに変えて流出させる上向き形態、又は、図２０（ｃ）に示すように温冷風を下向きの流れに変えて流出させる下向き形態がある。次のチャンバーに対してどういう方向に流出させるのが伝熱量をより大きくできるかによって選択する。

次に、前記整流板２ごとに、前記整流板２に設けられた複数の前記開口部３の大きさを、温冷風の下流側の位置になるほど前記開口部３の大きさを大きくする。例えば、図２１に示すように、整流板２の長手方向から順に設けた開口部３１ａの長さＬ１、開口部３１ｂの長さＬ２、開口部３１ｃの長さＬ３、開口部３１ｄの長さＬ４、開口部３１ｅの長さＬ５と順に少しずつ長くしている。これにより、下流側にいくほど温冷風の流速が低下しても単位時間当たりの流量を流速の速い上流側と、少しずつ遅くなる下流側とで、温冷風の流量の差を極小化させることができ、上流側と下流側とで対流熱伝達による伝熱量の差を極小化させることができる。

次に、前記整流板２の前記床下空間１０への配設形態について説明する。前記整流板２は、図１、図３、図１１又は図１４に示すように、短手方向の上端辺を前記床材７の底面に接触させ、下端辺を前記床スラブ８の上面に接触させ、長手方向の両端を、前記床下空間１０を前記縦ダクト６側空間と前記還流口１１側空間とに区分するように前記側壁９に接続させて立設する。これにより、前記整流板２が立設されると、図１６に示すように新たなチャンバーを形成することになる。

前記整流板２は、図３又は図１６に示すように、前記床下空間１０を前記縦ダクト６側空間と前記還流口１１側空間とに区分可能にする形態であればいずれの形態でもよく、例えば図１６（ａ）に示すように１本の直線状で帯状の整流板２ａで前記床下空間１０を区分し第一チャンバー２２と第二チャンバー２３を形成する形態、図１６（ｂ）に示すように２本の直線状で帯状の整流板２ａ、２ｂで前記床下空間１０を区分し第一チャンバー２２、第二チャンバー２３及び第三チャンバー２４を形成する形態、図１６（ｃ）に示すように３本の直線状で帯状の整流板２ａ、２ｂ、２ｃで前記床下空間１０を区分し第一チャンバー２２、第二チャンバー２３、第三チャンバー２４及び第四チャンバー２５を形成する形態、又は、図１６（ｄ）に示すように１本の曲線状で帯状の整流板２ｄで区分し第一チャンバー２８及び第二チャンバー２９を形成する形態などがある。

整流板２で温冷風の流れを堰き止めながら小さい開口部３から温冷風を流出させることは、床下空間１０の流路の流路断面積の大きさに比較して、前記整流板２の開口部３の開口面積を極めて小さくすることになり、温冷風が狭い前記開口部３を通過すると、温冷風は流速を速くしかつ乱流となって流動する。このことから、例えば図１６（ｂ）に示すように２本の直線状で帯状の整流板２ａ、２ｂで前記床下空間１０を区分する形態の場合は、温冷風の流速を床下空間１０内の流動途中において流速を２回速め２回乱流をつくることができ、図１６（ｃ）に示すように３本の直線状で帯状の整流板２ａ、２ｂ、２ｃで前記床下空間１０を区分する形態の場合は温冷風の流速を床下空間１０内の流動途中において流速を３回速め３回乱流をつくることができる。

温冷風の流れを速くしかつ乱流にすることにより、前記温度境界層１５ａ、１５ｂの厚みを薄くでき、前記温冷風の流速を速くすることによりコアンダ効果により前記床材７の底面に沿うように流動させることができるので、温冷風から前記床材７などへの対流熱伝達の伝熱量が大きくすることができる。これにより、前記床材７から室内２０への輻射による伝熱量を大きくし、前記還流口１１から前記室内２０に還流する温冷風による対流による伝熱量を大きくすることができる。また、１つの整流板２の中で下流側に行くほど開口部３の開口面積を大きくするので上流側と下流側との流量の差を極小化でき、これにより室内２０の室温のムラを極小化できる。

次に、温冷風の流れと対流熱伝達について、温風を送風する場合で説明する。比較例としての一般的な輻射・対流空調システムの場合は、図１５に示すように、縦ダクト６から流下し開口部６ａから流出した温風の流れＫ４は温められていない空気より軽いのでいったん上昇し、その後温められていない空気との対流により温度が低下し、温風の流速Ｓ３は層流となって流れ、縦ダクト６側から還流口１１側に下流側になるほど摩擦により低下する。また、温風の流れＫ４は開口部６ａから前記還流口１１まで層流となって流れるので、床材７の底面には厚みが厚い温度境界層１５ａが形成されやすく、床スラブ８の上面にも厚みが厚い温度境界層１５ｂが形成されやすいので、前記温度境界層１５ａ、１５ｂの断熱効果により温風から前記床材７への対流熱伝達の伝熱量が小さくなる。さらに、温風の流速Ｓ３は下流側にいくほど摩擦により低下するので前記温度境界層１５ａ、１５ｂの厚みは下流側にいきほど厚くなりやすい。

これにより、前記床材７から室内２０への輻射による伝熱量が小さくなり、前記還流口１１から前記室内２０に還流する温風の対流による室内２０への伝熱量が小さくなる。また、縦ダクト６側の上流側と、前記還流口１１側の下流側とで、温風から床材７への伝熱量に相対的に大きな差が生じるので、室内２０の室温にムラが生じる。

これに対して、本発明の輻射・対流空調システム１の場合は、図１１、図１２又は図１３に示すように、縦ダクト６から流出し流出口６ａから流出した温風の流れは、例えば流れＫ１、Ｋ２のように種々の流れが生ずるが、例えば、流れＫ１は、図１１に示すように、第一チャンバー２２から整流板２ａの上端辺に設けた開口部３ａである切欠け部４ａを通過し、第二チャンバー２３に流入後、整流板２ｂの下端辺に設けた開口部３ｂである切欠け部４ｂを通過し、第三チャンバー２４に流入し還流口１１から室内２０に温風が還流するという流れが生ずる。また、流れＫ２は、図１１に示すように、第一チャンバー２２から整流板２ａの下端辺に設けた開口部３ｂである切欠け部４ｂを通過し、第二チャンバー２３に流入後、整流板２ｂの上端辺に設けた開口部３ａである切欠け部４ａを通過し、第三チャンバー２４に流入し還流口１１から室内２０に温風が還流するという流れが生ずる。

前記流れＫ１について詳しく説明する。図１３（ａ）に示すように、温風は第一チャンバー２２から整流板２ａの上端辺に設けた開口部３ａである切欠け部４ａを通過し第二チャンバー２３に流入する。この流入した直後は、温風が第一チャンバー２２の流路の流路断面積よりも狭い開口面積を有する開口部３ａである切欠け部４ａを通過するために流速Ｓ１が速くなる。また、狭い開口部３ａである切欠け部４ａから流出した温風は乱流となる。前記乱流を前記床材７の底面近傍で発生させかつ流速を速くさせることにより温度境界層１５ａの厚みが薄くなり、流速が速くなると、図１３（ａ）の範囲Ｅ１に示すように、コアンダ効果により、温風は床材７の底面に近づき前記底面に沿うように流れる。これにより、温度境界層１５ａの断熱効果が低下したところに温風が前記底面に沿うように流動するので、温風から床材７への対流熱伝達の伝熱量が前記比較例よりも大きくなる。

さらに、前記床材７には、図７（ｃ）に示すように、下地材７ｂに熱伝導率の高い材質からなる薄厚シート４０を張りつけているので、床仕上げ材７ａへの熱伝導の伝熱量を減少しにくくしている。

次に、第二チャンバー２３に流入した温風は、第二チャンバー２３から整流板２ｂの下端辺に設けた開口部３ｂである切欠け部４ｂを通過し、還流口１１に向かって流動する。図１３（ｂ）の範囲Ｅ２に示すように、この流入した直後は、温風が第二チャンバー２３の流路断面積よりも狭い開口面積の開口部３ｂである切欠け部４ｂを通過するために流速Ｓ１が速くなる。また、狭い開口部３ｂである切欠け部４ｂから流出した温風は乱流となる。前記乱流を前記床スラブ８の上面近傍で発生させかつ流速を速くさせることにより温度境界層１５ｂの厚みが薄くなり、流速が速くなると、図１３（ｂ）の範囲Ｅ３に示すように、コアンダ効果により、温風は床スラブ８の上面に近づき前記上面に沿うように流れる。これにより、温度境界層１５ｂの断熱効果が低下したところに温風が前記上面に沿うように流動するので、温風から床スラブ８への対流熱伝達の伝熱量が前記比較例よりも大きくなる。

ここで、前記床スラブ８の上に熱伝導率が高いアルミニウムを主成分とするアルミシート３０を覆設すると、温風から床スラブ８への大きくなった対流熱伝達の伝熱量によりアルミシート３０を温め、図１３（ｂ）の範囲Ｅ３に示すように、前記アルミシート３０からの熱放射が生じ、これにより温風を温める効果が生ずる。

そして、温風の流れＫ１は、温風が温められて図１３（ｂ）の範囲Ｅ４に示すように上昇気流となって還流口１１に向かって流れ、一般的に使用されている図１５に示すような、比較例である輻射・対流空調システムに比較して暖かい温風を室内２０に還流させることができる。

また、図１９に示すような開口部３を上端辺又は前記上端辺近傍に設けた整流板２を設けた場合は、温風の流れは、図１４に示すように、縦ダクト６から流出し流出口６ａから流出した温風の流れは、例えば、流れＫ３は、図１４に示すように、第一チャンバー２２から整流板２ａの上端辺に設けた開口部３ａを通過し、第二チャンバー２３に流入後、整流板２ｂの上端辺に設けた開口部３ｂを通過し、第三チャンバー２４に流入し還流口１１から室内２０に温風が還流するという流れが生ずる。

これにより、前記整流板２ａの上端辺に設けた開口部３ａを通過した温風は、流速Ｓ１が速くなり、かつ乱流となることから、温風から床材７の底面に対する伝熱量は前記比較例に比較して大きくなり、次の前記整流板２ｂの上端辺に設けた開口部３ａを通過した温風は、流速Ｓ１が速くなり、かつ乱流となることから、温風から床材７の底面に対する伝熱量は前記比較例より大きくなる。

温風から床材７への伝熱量が、整流板２を設置していない前記比較例よりも大きくなるので、室内２０を前記比較例よりも短時間で暖かくすることができる。

１ 輻射・対流空調システム
２ 整流板
３ 開口部
４ 切欠け部
５ 流出孔
６ 縦ダクト
６ａ 流出口
７ 床材
７ａ 床仕上げ材
７ｂ 下地材
８ 床スラブ
９ 側壁
１０ 床下空間
１１ 還流口
１１ａ 通気構造体
１２ 支持脚
１５ 温度境界層
１８ 床材底面ライン
１９ 床スラブ上面ライン
２０ 室内
２２ 第一チャンバー
２３ 第二チャンバー
２４ 第三チャンバー
２５ 第四チャンバー
２８ 第一チャンバー
２９ 第二チャンバー
３０ アルミシート
３１ 開口部
４０ 薄厚シート
Ｅ 範囲
Ｇ 間隔
Ｋ 流れ
Ｌ 長さ
Ｓ 流速

Claims (4)

1. 空調機に接続され床上側から床下側への流路となる縦ダクトの下端部の開口部から流出された温冷風を、床下空間に流動させて床材に設けた還流口から室内に還流させる輻射・対流空調システムであって、
   前記床下空間を前記縦ダクト側空間と前記還流口側空間とに所定の位置で区分可能に、短手方向の上端辺を前記床材の底面に接触させ、下端辺を床スラブの上面に接触させ、長手方向の両端辺を前記床下空間の側壁に接触させて、平面視で直線状又は曲線状で薄厚かつ帯状の整流板を立設し、
   前記整流板の短手方向の上端辺又は前記上端辺近傍に、長手方向で全長にわたり所定の間隔をあけて複数の開口部を設けたことを特徴とする輻射・対流空調システム。
2. 空調機に接続され床上側から床下側への流路となる縦ダクトの下端部の開口部から流出された温冷風を、床下空間に流動させて床材に設けた還流口から室内に還流させる輻射・対流空調システムであって、
   前記床下空間を前記縦ダクト側空間と前記還流口側空間とに所定の位置で区分可能に、短手方向の上端辺を前記床材の底面に接触させ、下端辺を床スラブの上面に接触させ、長手方向の両端辺を前記床下空間の側壁に接触させて立設した、平面視で直線状又は曲線状で薄厚かつ帯状の整流板を設置し、
   前記整流板の短手方向の上端辺又は前記上端辺近傍に設けた開口部と、下端辺又は前記下端辺近傍に設けた開口部とを、長手方向で全長にわたり交互に設けたことを特徴とする輻射・対流空調システム。
3. 前記整流板ごとに、前記整流板に設けられた複数の前記開口部の大きさを、温冷風の下流側の位置になるほど前記開口部の大きさを大きくしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の輻射・対流空調システム。
4. 前記床材が複数層からなり、前記複数層のうちの最下層に該当する下地材を、前記下地材の上面の全域に熱伝導率の高い材質からなる薄厚シートを張りつけた積層構造にしたことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の輻射・対流空調システム。