JP4017921B2 - 暖房室内の空気循環装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，暖房運転が行われる室内の温度分布むらを緩和する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冬季などにおいて暖房運転が行われる室内では，天井面付近に暖気が溜まりやすく，床面付近では温度低下となり，高さ方向に温度分布のバラツキが生じやすい。特に近年のＯＡ機器類の普及は，このような室内における温度分布のむら発生を助長させる傾向にある。
【０００３】
また一方，特に内部発生熱が大きいオフイスなどでは，インテリアゾーンに比べて，窓などがある側面付近では，外壁熱負荷の影響で暖房負荷が大きくなる。従来より，このような暖房運転時における外壁熱負荷を軽減しつつ，床面付近での温度低下を軽減するために，種々の装置が検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，従来の装置は何れもダクトなどの機材を数多く必要とする大がかりのものがほとんどであり，イニシャルコストとランニングコストがかさむという問題がある。また，これらの装置は既存の建築物に適用するにはダクト配置や制御系などの大幅な改造を余儀なくされるという問題もあり，加えて，オフイスの配置替えや模様替えは常態化しているので，それの対応を見込んだ計画に腐心しなければならないという問題もある。
【０００５】
本発明の目的は，暖房運転が行われる室内の温度分布むらを，簡単な設備で緩和できる装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の暖房室内の空気循環装置は，暖房運転が行われる室内の天井面付近に，室内の窓が形成された側面の上部に向けて天井面に沿って送風するファンを配置し，該ファンの送風により下降流を生じる室内の窓が形成された側面付近の上部に，該下降流を窓に沿った平行な層状の下降流にさせる整流部材を配置し，窓に沿って整流されて下降していく層状の空気中に，窓からの距離にほぼ比例した温度勾配を形成させ，床面付近に到達した下降流を再び混合させて，ほぼ水平に９０°方向変換して床面に沿って室内下方に流すことを特徴とする。整流部材は，窓に対して平行な姿勢のベーン板を有していても良い。
【０００７】
この空気循環装置において，ファンの稼動で送風され，天井面に沿って流れた空気は，室内の側面付近の上部に達すると，方向転換して下降流となる。こうして下降流が生じる室内の側面は，外壁熱負荷の影響を受ける側面であり，この側面には，窓が形成されている。そして，このように側面付近に発生した下降流は，室内の側面付近の上部に配置された整流部材により平行流にされた後，室内の側面に沿って下降していく。
【０００８】
一方，このように室内の側面に沿って下降していく空気は，外気で冷却されている窓などに熱的に接触して外壁熱負荷の影響を受け，下降中の空気は次第に低温となる。この場合，前述の整流部材によって側面に沿った平行流が形成されていることにより，整流部材を通過した空気のうち室内の側面付近を下降していく空気は，室内において側面のすぐ近くを流れる空気は側面とほぼ同じ温度にまで低温となるが，側面から離れるに従って高温となり，室内において側面から充分に離れた位置を流れる空気（例えば整流部材を通過した空気の室内側に接した空気）は外壁熱負荷の影響を受けずに，ほぼ天井面付近から供給された高温の状態のままである。こうして，室内の側面に沿って下降していく間に，下降中の空気において，側面から離れるに従って高温となる温度勾配が形成される。
【０００９】
そして，こうして室内の側面付近を下降してきた空気は，床面付近に到達すると再び混合され，方向変換して床面に沿って室内下方を流れて，在室者の足下部分に供給される。その際，前述のように室内の側面から離れるに従って高温となる温度勾配が形成された空気が混合され，室内において側面のすぐ近くを流れて低温となった空気と，側面から充分に離れた位置を流れてほぼ天井面付近から供給された状態のままの高温の空気が混合されることにより，快適性を損なわない程度の高温な空気を床面付近に送風することができる。これにより，在室者の足下の寒さが軽減され，室内の天井から床にかけての上下方向の温度分布むらを緩和することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態を図面を参照にして説明する。図１は，本発明の実施の形態にかかる空気循環装置を備えた室内１に発生する気流状態を図解的に示す縦断面図であり，図２は，空気循環装置を室内１に設置した状態を示す斜視図である。
【００１１】
図示の形態では，室内１として，通常のオフイス空間などを例示している。天井面１０と床面１１の間に形成された室内１には，ＯＡ機器類などを操作する在室者１２がいる。天井面１０のほぼ中央には，天井梁１５が設けられている。この天井梁１５の下方に，ブラケット１６を介してファン１７を吊下げることにより，ファン１７は室内１の天井面１０付近に配置される。ファン１７は空調された空気を吸い込んで室内１に循環させる手段であり，回転翼１８を備えており，ファン１７の稼動で回転翼１８が回転することにより，天井面１０付近の空気を水平かもしくは水平よりもやや斜め上向きに送風するようになっている。こうして，ファン１７の稼動で送風された空気は，室内１において，コアンダ効果によって天井面１０の下面を這うようにほぼ水平方向に送風されるようになっている。
【００１２】
図示の形態では，このファン１７の稼動により，図１において左向きに送風が行われている。そして，天井面１０に沿いながら室内１の左側面２０の上部付近まで送風された空気は，室内１の左側面２０付近の上部に達すると，室内１の内壁（左側面２０）上部に突き当り，順次下向きにほぼ９０°ずつ方向転換し，下降流となる。こうして下降流となった空気が，室内１の左側面２０付近を，左側面２０に沿いながら下向きに送風されるようになっている。
【００１３】
図１において，室内１の左側面２０は，窓２１を備えた窓面に形成されている。この形態では，図２に示すように，窓２１は左側面２０の横幅全体に渡るように横に連なって配置されている。前述のように左側面２０の上部付近で下向きに方向転換して左側面２０に沿いながら下向きに送風される空気が，室内１において，窓２１付近を下向きに流れるようになっている。
【００１４】
また，このように窓面に形成された左側面２０の上部には，左側面２０（窓２１）に沿いながら送風される下降流を，左側面２０に沿った平行な下降流にさせる整流部材２５が配置される。
【００１５】
ここで図３は，整流部材２５の斜視図であり，図４は，図３におけるＡ−Ａ断面矢視図である。図示の整流部材２５は，方形状をなす枠体２６の長手方向にベーン板２７を装着した構成である。枠体２６は上下面が開口し，上から下に向って空気が抵抗なく通過できるようになっている。この枠体２６の内方に，図示の例では２枚のベーン板２７が何れもほぼ垂直で，互いに平行になるように配置されている。
【００１６】
図示の形態では，図４に示すように各ベーン板２７の角度は，枠体２６に対して可変に構成されている。なお，図３，４では，枠体２６の内方に２枚のベーン板２７を配置した例を示したが，枠体２６の内方に配置されるベーン板２７の枚数は，例えば１〜５枚程度である。なお，図２に示す例では，熱負荷である窓２１面の長さに応じ，整流部材を２５を４つに分割して製作し，取り付けを容易にしてある。
【００１７】
図２に示されるように，室内１の左側面２０の上部において，整流部材２５を窓２１の上となる位置に（ただし，図示しないブラインドボックスの間隔をおいて室内１側に離間させて）取り付けている。また，左側面２０の横幅全体に渡って配置された窓２１に対応するように，整流部材２５も左側面２０の横幅全体に渡って取り付けている。こうして整流部材２５を各窓２１の上部に取り付けることにより，整流部材２５に装着されたベーン板２７が，左側面２０（窓２１）に対して平行な姿勢で設置されている。
【００１８】
図１に示すように，室内１の右側方は，パーティション３０で仕切られている。そして，パーティション３０の背部には，廊下３１が形成されている。
【００１９】
また，室内１の片隅には，直吹型の床置式空調機３５が配置してある。この空調機３５の内部には，熱交換器３６と送風ファン３７を備えている。熱交換器３６には，廊下３１の上部に配置された配管４０，４１から，往管４２及び還管４３を介して，温熱媒が循環供給されている。そして，送風ファン３７の稼動により，空調機３５下部（床面１１近くに位置する）の吸気口４５から，室内１の空気を空調機３５内に吸い込んで，その空気を熱交換器３６によって加熱し，その加熱した空気を，空調機３５上部の給気口４６から，室内１に向って吹き出すようになっている。なお，空調機３５の給気口４６は，床面１１から１８００ｍｍ程度の高さにあり，ここから吹き出された暖気は，ファン１７がなければ，図１に即して言うと，天井梁１５のインテリア側に滞留しようとする。ファン１７の吸込口を空調機３５の給気口４６に向けて（図１では左下がりに）設けることにより，暖気と周囲空気を誘引して天井梁１５廻りの暖気のよどみを解消する。
【００２０】
さて，以上のように構成された室内１では，空調機３５に内蔵された送風ファン３７の稼動により，空調機３５上部の給気口４６から室内１に向って加熱した空気が吹き出されて，通常の暖房運転が行われる。このような暖房運転が行われている室内１では，天井面１０付近に暖気が溜まりやすく，一方で，床面１１付近では温度低下となりやすい。
【００２１】
そこで，このような暖房運転が行われている室内１において，天井面１０付近に配置されたファン１７の稼動で回転翼１８を回転させることにより，室内１において，天井面１０付近に溜まりがちの暖気を，左側面２０の上部付近に向って天井面１０に沿いながらほぼ水平方向に送風する。また，このように天井面１０に沿って送風される空気は，室内１の天井面１０付近の空気を誘引しながら，その誘引した空気をも左側面２０の上部付近に向って一緒に搬送していく。
【００２２】
こうしてファン１７の稼動で送風され，天井面１０に沿って流れた空気（天井面１０付近の暖気）は，室内１の左側面２０付近の上部に達すると，順次下向きにほぼ９０°ずつ方向転換し，下降流となる。こうして下降流となった空気が，室内１の左側面２０付近を，左側面２０に沿いながら下降し，窓２１付近を下向きに送風されることになる。
【００２３】
一方，このように室内１の左側面２０付近を流れる空気が，窓２１付近を下向きに送風される際には，窓２１の上部に取り付けられた整流部材２５を空気が上から下に向って通過することになる。このように，整流部材２５を通過する際には，垂直に配置されたベーン板２７に沿って空気が流れることにより，室内１の左側面２０付近を送風される空気は，強制的に窓２１（左側面２０）に沿った平行な層状の下降流にさせられる。
【００２４】
一方，このように室内１の左側面２０に沿って下降していく間に，外気によって冷却されている窓２１などに熱的に接触して外壁熱負荷の影響を受けることにより，下降中の空気は次第に低温となる。この場合，前述の整流部材２５によって平行流が形成されていることにより，図５に示すように，室内１の左側面２０付近を下降中に，窓２１のすぐ近くを流れる空気の温度Ｔは，外気で直接冷却されている窓２１とほぼ同じ温度にまで冷却されて低温となるが，窓２１から離れるに従って高温となり，室内１において窓２１から充分に離れた位置を流れる空気の温度Ｔは外壁熱負荷の影響を受けずに，ほぼ天井面１０付近から供給された高温の暖気の状態のままである。こうして，室内１の左側面２０に沿って整流されて下降していく層状の空気中に，窓２１からの距離Ｘにほぼ比例して下降中の空気の温度Ｔが高温になるといった温度勾配が形成される。
【００２５】
そして，こうして室内１の左側面２０付近を下降してきた空気は，床面１１付近に到達すると再び混合され，ほぼ水平に９０°方向変換して床面１１に沿って室内１下方を流れていく。こうして，室内１下方を流れた空気が，在室者１２の足下部分に供給される。この場合，前述のように整流部材２５の作用によって室内１の左側面２０に沿って下降していく空気中に温度勾配が形成されていることにより，床面１１付近に到達して混合される際には，窓２１のすぐ近くを流れて低温となった空気と，窓２１から離れた位置を流れた高温のままの空気（暖気）を混合させることができ，快適性を損なわない程度の高温な空気を床面１１付近に送風することができる。これにより，在室者１２の足下の寒さが軽減され，室内１の温度分布むらを緩和することが可能となる。
【００２６】
ここで，仮に整流部材２５が無い場合を仮定すると，図６に示すように，ファン１７の稼動で天井面１０に沿って流れた空気は，室内１の左側面２０付近の上部で方向転換して下降流となるが，この下降流は，整流部材２５が無いために，室内１の左側面２０付近を下向きに送風される際に，渦などを多く発生してしまう。このため，室内１の左側面２０付近を流れる空気は，下降中に攪拌される。そして，この攪拌作用により，室内１の左側面２０に沿って下降していく間に，室内１の左側面２０付近を流れる空気全体が外気によって冷却されている窓２１に熱的に接触し，外壁熱負荷の影響を受けることとなる。これにより，加熱する必要のない窓２１を多くの空気で加熱することになってしまう。また，室内１の左側面２０に沿って下降していく空気中には，窓２１からの距離Ｘに比例した温度勾配は形成されなくなり，窓２１のすぐ近くを流れる空気の温度Ｔと，室内１において窓２１から離れた位置を流れる空気の温度Ｔが，何れも相当に低温となってしまう。そして，このような低温となった空気が，床面１１付近に到達後，方向変換して床面１１に沿って流れ，在室者１２の足下に供給されることにより，足元を冷すことになってしまう。また，このような足元を冷す弊害を回避するために，空調機３５の能力をより高める必要が生じてしまう。
【００２７】
この点，本発明の実施の形態の如き整流部材２５を用いれば，先に図５で説明したように，整流部材２５によって平行流を形成していることにより，室内１の左側面２０に沿って下降していく空気中に，窓２１からの距離Ｘにほぼ比例して温度Ｔが高温になる温度勾配を形成することができ，窓２１から離れた位置を流れる空気については，外壁熱負荷の影響がほとんど及ばないようにすることができる。このため，結果的に外壁熱負荷の影響を軽減することができる。また，空調機３５の暖房能力を必要以上に上げなくとも，在室者１２の足下の寒さを軽減でき，室内１の温度分布むらを緩和できる。
【００２８】
以上，本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが，本発明は例示した形態に限定されない。例えば，室内１の天井面１０付近に配置されるファン１７の取付け数と位置は任意であり，室内１において外壁熱負荷の影響を受ける側面の上部に向けて送風できれば良く，オフイスなどの室内１の形状や大きさに応じて適切に選定される。例えば，室内１の天井面１０付近にファン１７を複数台設置しても良い。この場合，室内１において外壁熱負荷の影響を受ける側面が複数ある場合には，それら各側面の上部に向けてそれぞれ送風し，各側面に沿って空気を下降させるようにしても良い。また，ファン１７に首振り機能を持たせ，図２に示すように，１台のファン１７で広い範囲に送風できるようにしても良い。ファン１７は，例えばクロスフローファンを窓２１の横幅に相当する幅に組み立てて使用したり，複数台のファン１７を横幅方向に分散させて配置することができる。また，１台の軸流ファンに首振り機構を持たせることで窓２１幅相当の領域に暖気を供給してもよい。もっとも省コストを志向して１台のファン１７を固定式で設置するだけでも，壁に暖気流がぶつかった後に広がるため，ある程度の効果はある。また，例示の設備では天井ボードを貼らない所謂直天の設備に適用するため，梁１５にファン１７を取り付けたが，天井ボードを貼る設備に適用する場合にはファン１７と整流部材２５を適宜の吊金物で支持することができる。
【００２９】
また，整流部材２５に備えられるベーン板２７の高さ（鉛直方向の距離)は，例えば２５〜１００ｍｍ程度とすれば良く，室内１の側面から２００〜４００ｍｍ程度の範囲に，１〜５枚程度のベーン板２７を等間隔で平行に配置することが好ましい。ベーン板２７の長さ（水平方向の距離)は，適宜使いやすい長さに設定すれば良い。なお，ベーン板２７は室内１の側面に対して平行に配置されるが，このベーン板２７と直交するように別のベーン板を設けて，整流部材２５を格子状に構成しても良い。また，図１，２に示したように，窓２１の上部にブラインドを取り付けるためのスペース（ブラインドボックススペース）５０が形成されている場合は，そのスペース５０の上に整流部材２５を配置すればよい。そうすれば，窓２１にブラインドを装着する際に整流部材２５が邪魔とならない。なお，冷房運転の場合にはファン１７を停止すれば冷房に影響を与えない。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば，簡単な設備でありながら室内の天井面付近に溜まりがちの暖気を，外壁熱負荷の影響をなるべく受けずに，高温の状態を維持したまま床面に沿って供給することにより，室内の温度分布むらを緩和することができ，在室者の足下の寒さを軽減できる。特に本発明装置は，設備が簡単で低廉であるばかりでなく，仕切りや配置替え等の模様替えに際しても容易に対処でき，また既存の空調設備に変更を与えることなく設置でき，極めて実用的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる空気循環装置を備えた室内に発生する気流状態を図解的に示す縦断面図である。
【図２】空気循環装置を室内に設置した状態を示す斜視図である。
【図３】整流部材の斜視図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ断面矢視図である。
【図５】整流部材によって強制的に窓に沿った平行な下降流にさせられた空気中に，窓からの距離にほぼ比例して高温になる温度勾配が形成された状態を示す説明図である。
【図６】整流部材が無い場合の，窓に沿っって下降する空気中に生ずる温度分布の説明図である。
【符号の説明】
１ 室内
１０ 天井面
１１ 床面
１２ 在室者
１５ 天井梁
１７ ファン
２０ 左側面
２１ 窓
２５ 整流部材
２６ 枠体
２７ ベーン板
３０ パーティション
３１ 廊下
３５ 空調機
３６ 熱交換器
３７ 送風ファン

Claims (2)

1. 暖房運転が行われる室内の天井面付近に，室内の窓が形成された側面の上部に向けて天井面に沿って送風するファンを配置し，該ファンの送風により下降流を生じる室内の窓が形成された側面付近の上部に，該下降流を窓に沿った平行な層状の下降流にさせる整流部材を配置し，
   窓に沿って整流されて下降していく層状の空気中に，窓からの距離にほぼ比例した温度勾配を形成させ，床面付近に到達した下降流を再び混合させて，ほぼ水平に９０°方向変換して床面に沿って室内下方に流すことを特徴とする，暖房室内の空気循環装置。
2. 整流部材は，窓に対して平行な姿勢のベーン板を有することを特徴とする，請求項１に記載の暖房室内の空気循環装置。

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