JP2010019448A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】工場建屋等の大規模空間を有した建造物に好適であり、しかも室内空間の利用上の制約を解消することができる地熱利用の空調システムを提供することを目的とする。
【解決手段】地中Ｅに埋設した地熱利用チューブ１０を介して外気を導入することにより、建造物内部の空調を行う空調システム１００であって、地熱利用チューブ１０に建造物内部の上方域に配設した吹き出しダクト１２を接続するとともに、この吹き出しダクト１２の吹き出し口１２ａを建造物内部の下方域に開口させ、吹き出し口１２ａから空気を放出するようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、地熱を利用した空調システムに関するもので、特に、工場建屋等の大規模空間を有した建造物の冷房を行う場合に好適な空調システムに関するものである。

地熱を利用して省エネルギー化を図った空調システムとしては、例えば特許文献１に記載されたものがある。この空調システムは、床下空間から導入した空気を地中に埋設した地熱利用チューブに供給した後、屋根裏空間に放出するようにしたものである。

この空調システムによれば、地熱利用チューブにおいて床下空間から導入した空気と地中との間で熱交換が行われることになる。ここで、夏期においては外気温度に比べて地中温度が低いため、地熱利用チューブに導入された外気の温度が低下することになり、室内の温度低下を図ることができるようになる。

一方、工場建屋等の大規模空間に好適な地熱利用の空調システムとして、本件特許出願人は、既に特願２００８−１２４９０３に示す空調システムを提供している。

特公昭６３−６７１０９号公報

ところで、特許文献１の空調システムにあっては、屋根裏空間に放出された空気を床下に導くために建物の壁に空間を構成する必要がある。このため、工場建屋等の大規模空間を有した建造物の温度調節を行う場合には、導入コストが著しく増大することになる。しかも、特許文献１の空調システムは、建造物全体を温度調節対象とするものである。従って、工場建屋等の大規模空間を有した建造物の空調には不向きであり、室内を所望の冷房温度に調節することが困難になる恐れもある。

一方、上記の特願２００８−１２４９０３の地熱利用の空調システムでは、空調空気の吹き出し口を柱際の床面に設けてあり、この吹き出し口が機器のレイアウト上の障害となったり、作業上の制約となる恐れがある。また、将来、機械基礎やピット等を床下に構築する際に、この吹き出し口に対する配慮が必要となる可能性がある。

本発明の目的は、上記実情に鑑みて、工場建屋等の大規模空間を有した建造物に好適であり、しかも室内空間の利用上の制約を解消することができる地熱利用の空調システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る空調システムは、地中に埋設した地熱利用チューブを介して外気を導入することにより、建造物内部の空調を行う空調システムであって、前記地熱利用チューブに建造物内部の上方域に配設した吹き出しダクトを接続するとともに、この吹き出しダクトの吹き出し口を建造物内部の下方域に開口させ、該吹き出し口から空気を放出することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る空調システムは、上述した請求項１において、建造物の屋根下に配設され、かつ複数の吹き出しダクトが接続された分配チューブを有し、前記地熱利用チューブは、一端部が外気導入ダクトに接続される一方、他端部が前記分配チューブに接続され、前記外気導入ダクトから導入された外気を前記分配チューブに導くことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る空調システムは、上述した請求項２において、前記地熱利用チューブと前記分配チューブとの間に補助熱交換器を介在させたことを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る空調システムは、上述した請求項１から請求項３のいずれか一つにおいて、前記吹き出し口を床から３ｍの高さに設けたことを特徴とする。

本発明によれば、吹き出しダクトの吹き出し口を建造物内部の下方域に開口させるようにしているため、工場建屋等の大規模空間を有した建造物の内部においても人が多くいる下層部分のみを効率良く冷房することができるようになる。しかも空調空気は、建造物内部の上方域に配設された吹き出しダクトの吹き出し口から放出され、床面に吹き出し口を設ける必要はない。このため、吹き出し口が機器のレイアウト上の障害となったり、作業上の制約となる恐れはなくなる。また、将来、機械基礎やピット等を床下に構築する際の吹き出し口に対する配慮も不要となる。従って、室内空間の利用上の制約を解消することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る空調システムの好適な実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１〜図５は、本発明の実施の形態１である空調システム１００を示したものである。ここで例示する空調システム１００は、幅Ｗが約１１０ｍ、奥行Ｄが約１４０ｍ、高さＨが約１０ｍの工場建屋（建造物）を適用対象とし、外壁１によって囲まれた室内の温度調節を行うものである。図には明示していないが、この工場建屋は、室内に仕切りとなる壁がなく、室内が単一の大規模空間として構成されたものである。工場建屋の室内には、複数の柱２が等間隔に設けられている。本実施の形態１で適用対象となる工場建屋では、幅Ｗの方向に約２２ｍ間隔で奥行Ｄの方向に約１２ｍ間隔となるように合計６０本の柱２が設けられている。

地中Ｅにおいて工場建屋の床面Ｆの下方域となる部位には、地熱利用チューブ１０が埋設してある。地熱利用チューブ１０は、ポリエチレン等の熱伝導性に富んだ合成樹脂材料によって円筒状に構成したもので、工場建屋の床面Ｆに沿う態様で地中Ｅにほぼ水平に配置してある。本実施の形態１では、Φ８００ｍｍのポリエチレン製地熱利用チューブ１０を５本用意し、図２及び図３に示すように、これら５本の地熱利用チューブ１０をそれぞれ地表面Ｅ１から１５００ｍｍ掘り下げた位置であって、工場建屋の奥行方向に沿って延長１２０ｍに亘り埋設してある。このように、地熱利用チューブ１０の長さを工場建屋の奥行Ｄ（約１４０ｍ）と同程度にすることで、地中Ｅとの熱交換可能な区間を十分に確保するようにしている。

図１に示すように、個々の地熱利用チューブ１０において工場建屋の床面Ｆの下方域外に延在した一端側には、上方に向けて湾曲成形した導入ダクト接続部１０ａが構成してある。一方、個々の地熱利用チューブ１０の他端側には、工場建屋の屋根Ｃの下側（天井裏）に向けて延在した接続チューブ３４の下端が接続してある。個々の接続チューブ３４の上端は、工場建屋の屋根Ｃの下側に配設された分配チューブ２１に接続している。

それぞれの地熱利用チューブ１０には、外気導入ダクト１１及び複数の吹き出しダクト１２が取り付けてある。外気導入ダクト１１は、基端部を介して地熱利用チューブ１０の導入ダクト接続部１０ａに接続したもので、導入ダクト接続部１０ａから鉛直上方に向けて延在し、先端部が地表面Ｅ１から露出して屋外に開口している。本実施の形態１では、図１に示すように、先端部が水平方向に向けて略直角に湾曲した外気導入ダクト１１を適用している。外気導入ダクト１１を配置する部位としては、工場建屋の陰になって日の当たらない北側であることが好ましい。

それぞれの外気導入ダクト１１には、送風ファン１３が設けてある。送風ファン１３は、駆動した場合に外気導入ダクト１１の内部に外気を導入するものである。本実施の形態１では、地熱利用チューブ１０の内部を通過する空気の流速が約２ｍ／ｓとなる送風ファン１３を適用している。

吹き出しダクト１２は、図５に示すように、工場建屋内の上方域に奥行方向に沿って配設された分配チューブ２１の両側周面から、それぞれ水平方向に向けて延在する水平部１２１と、水平部１２１の先端に接続され鉛直下方に向けて湾曲した鉛直部１２２とからなる。個々の鉛直部１２２の下端には吹き出し口１２ａが形成され、工場建屋の室内に開口している。吹き出し口１２ａの位置は、室内での作業や各種機械のレイアウトに支障とならないように、床面Ｆからの高さ（ｈ）３ｍの位置としてある。このようにすることで、吹き出し口１２ａが機器のレイアウト上の障害となったり、作業上の制約となる恐れはなくなる。また、将来、機械基礎やピット等を床下に構築する際の吹き出し口に対する配慮も不要となる。従って、室内空間の利用上の制約を解消することができる。

本実施の形態１の接続チューブ３４は、Φ６００ｍｍのスパイラルダクトを適用しており、ダクトの周囲には保温材が巻回されてある。分配チューブ２１は、Φ８００ｍｍのスパイラルダクトを適用しており、ダクトの周囲には保温材が巻回されてある。吹き出しダクト１２は、水平部１２１についてはΦ２００ｍｍのスパイラルダクトを適用しており、ダクトの周囲には保温材が巻回されてある。このように、室内の各ダクトに保温材を巻回することによって、空調空気の温度ロスの発生を抑制するようにしている。吹き出しダクト１２の鉛直部１２２についてはΦ２００ｍｍの塩化ビニル製フレキシブルダクトを適用している。このフレキシブルダクトの下端は蛇腹状に構成してあり、曲げることで吹き出し口１２ａの向きを例えば斜め下方など任意の方向に適宜変更できるようにしてある。鉛直部１２２は、鉛直中央の外周に取り付けた４本の斜材３０を介して屋根Ｃの下側に固定されてある。

上記のように構成した空調システム１００においては、外気導入ダクト１１の送風ファン１３を駆動すると、外気導入ダクト１１を通じて地熱利用チューブ１０に外気が導入され、順次下流に送給されるとともに、それぞれの吹き出しダクト１２の吹き出し口１２ａから工場建屋の室内に放出されることになる。

ここで、春期、夏期、秋期においては外気温度に比べて地中Ｅの温度が低くなる傾向にある。従って、外気導入ダクト１１に導入された比較的高温状態の外気は、地熱利用チューブ１０の内部を通過する間に地中Ｅの土砂との間において熱交換を行い、屋外の空気に比べて温度が約４℃程度低下することになる。この結果、各外気導入ダクト１１の送風ファン１３さえ駆動すれば、外気よりも４℃程度温度の低い空気を工場建屋の室内に供給することができる。これにより、冷房機を設置することに比べて、ランニングコストの増大や排出される二酸化炭素量の増大を招来することなく工場建屋を冷房することが可能になる。

しかも、上述したように吹き出しダクト１２の吹き出し口１２ａを工場建屋の床面Ｆから３ｍの高さｈの位置に設定しているとともに、地熱利用チューブ１０の内部を通過する空気の流速が約２ｍ／ｓ程度であるため放出される空気も穏やかなものとなる。従って、吹き出しダクト１２の吹き出し口１２ａから放出された空気は、その大部分が工場建屋の室内において下層部分にのみ供給され、上層部分に至ることがない。つまり、上記空調システム１００では、工場建屋の大規模空間である室内において下層部分のみが冷房されることになる。こうした空調システム１００にあっては、室内の上層部分は高温状態のままとなるが、人が多くいるのは室内の下層部分であり、結果的に大規模空間となる室内を効率良く冷房できることになる。こうした点からも、ランニングコストの低減及び排出される二酸化炭素量の低減を図ることが可能になる。

尚、冬期においては外気温度に比べて地中Ｅの温度が高くなる傾向にある。従って、外気導入ダクト１１に導入された比較的低温状態の外気は、地熱利用チューブ１０の内部を通過する間に地中Ｅの土砂との間において熱交換を行い、屋外の空気に比べて温度が約４℃程度上昇することになる。この結果、各外気導入ダクト１１の送風ファン１３を駆動すれば、外気よりも４℃程度温度の高い空気を工場建屋の室内に供給することができる。従って、この空調システム１００と別途設置の暖房機を設置することで、暖房機のみを設置することに比べて、ランニングコストの増大や排出される二酸化炭素量の増大を招来することなく工場建屋を暖房することが可能になる。但し、この場合には、吹き出し口１２ａから放出された比較的温度の高い空気が室内の上層部分にまで到達することになる。従って、室内の上方部に上層部分の空気を下層部分に送給する送風機を設置しておくことが好ましい。

（実施の形態２）
図６及び図７は、本発明の実施の形態２である空調システム２００を示したものである。図６及び図７に示すように、本実施の形態２の接続チューブ３４の上方の屋根Ｃの下側を通過する部分に補助熱交換器３５を備えてもよい。

補助熱交換器３５は、リターン口３５ａを開口させた場合に室内の上層部分に滞留した比較的温度の高い空気をリターン空気として取り入れ、接続チューブ３４を通過する空気にこのリターン空気を混合させて温度上昇を図る機能を有している。また、補助熱交換器３５は、内部に図示せぬ温水ヒータ等の加熱手段を備えており、接続チューブ３４を通過する空気を加温する機能を有している。尚、実施の形態２において実施の形態１と同様の構成に関しては、同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略する。

上記のように構成した空調システム２００においては、外気導入ダクト１１の送風ファン１３を駆動すると、外気導入ダクト１１を通じて地熱利用チューブ１０に外気が導入され、その後、接続チューブ３４、分配チューブ２１を順次下流に送給され、それぞれの吹き出しダクト１２の吹き出し口１２ａから工場建屋の室内に放出されることになる。

ここで、春期、夏期、秋期においては外気温度に比べて地中Ｅの温度が低くなる傾向にある。従って、接続チューブ３４に介在させた補助熱交換器３５を停止させておけば、外気導入ダクト１１に導入された比較的高温状態の外気は、地熱利用チューブ１０の内部を通過する間に地中Ｅの土砂との間において熱交換を行い、屋外の空気に比べて温度が約４℃程度低下することになる。この結果、各外気導入ダクト１１の送風ファン１３さえ駆動すれば、外気よりも４℃程度温度の低い空気を工場建屋の室内に供給することができる。これにより、ランニングコストの増大や排出される二酸化炭素量の増大を招来することなく工場建屋を冷房することが可能になる。

しかも、上述したように吹き出しダクト１２の吹き出し口１２ａを工場建屋の床面Ｆから３ｍの高さｈの位置に設定しているとともに、地熱利用チューブ１０の内部を通過する空気の流速が約２ｍ／ｓ程度であるため放出される空気も穏やかなものとなる。従って、吹き出しダクト１２の吹き出し口１２ａから放出された空気は、その大部分が工場建屋の室内において下層部分にのみ供給され、上層部分に至ることがない。つまり、上記空調システム２００では、工場建屋の大規模空間である室内において下層部分のみが冷房されることになる。こうした空調システム２００にあっては、室内の上層部分は高温状態のままとなるが、人が多くいるのは室内の下層部分であり、結果的に大規模空間となる室内を効率良く冷房できることになる。こうした点からも、ランニングコストの低減及び排出される二酸化炭素量の低減を図ることが可能になる。

冬期においては外気温度に比べて地中Ｅの温度が高くなる傾向にある。従って、外気導入ダクト１１に導入された比較的低温状態の外気は、地熱利用チューブ１０の内部を通過する間に地中Ｅの土砂との間において熱交換を行い、屋外の空気に比べて温度が約４℃程度上昇することになる。そして、冬期においては上述した補助熱交換器３５を駆動することにより、分配チューブ２１を通過する空気の温度をさらに上昇させることが可能となり、工場建屋の室内を十分に暖房することが可能となる。この場合、補助熱交換器３５には地熱によって暖められた空気もしくは室内の上層部分に滞留していた比較的高温状態の空気が導入されることになるため、直接外気を導入するものに比べて熱交換効率の向上を図ることができるようになる。これにより、ランニングコストの増大や排出される二酸化炭素量の増大を招来することなく工場建屋を暖房することが可能になる。

尚、上述した補助熱交換器３５は、必ずしも室内の暖房時にのみ駆動する必要はなく、冷却器を備えたものであれば、冷房時に駆動するようにしても良い。但し、リターン空気を導入するためのリターン口３５ａは閉塞した状態に維持する必要がある。この冷房時においても、地熱によって冷却された空気が補助熱交換器３５に導入されることになるため、直接外気を導入するものに比べて熱交換効率の向上を図ることが可能である。

また、補助熱交換器３５として熱交換した後の空気を分配チューブ２１に送給する送風ファンを備えたものを適用した場合には、外気導入ダクト１１の送風ファン１３を省略しても良い。

尚、上述した実施の形態１及び２では、いずれも吹き出しダクト１２の吹き出し口１２ａを床面Ｆから３ｍの高さｈに配置するようにしているが、本発明はこれに限定されず、工場建屋の室内において下方域に開口させることができ、室内利用に支障を与えなければいかなる高さに配置しても良い。吹き出し口１２ａを開口させる室内の下方域とは、上述したように、吹き出し口１２ａから放出した空気が人の多くいる室内の下層部分にのみ供給される高さである。

また、上述した実施の形態１及び２では、いずれも工場建屋を適用対象とした空調システムを例示しているが、その他の建造物に対しても同様に適用することが可能である。

さらに、上述した実施の形態１及び２で記載した具体的な数値は例示を目的とするものであって、本発明を限定するものではない。例えば、分配チューブ２１の径と地熱利用チューブ１０の径とを同一にしているが、必ずしも同じ径にする必要はなく、建造物の規模に応じて室内に供給する風量や熱交換効率等の条件によって適宜設定すれば良い。

以上説明したように、本発明によれば、吹き出しダクトの吹き出し口を建造物内部の下方域に開口させているため、工場建屋等の大規模空間を有した建造物の内部においても人が多くいる下層部分のみを効率良く冷房することができるようになる。しかも吹き出し口は、建造物内部の屋根下に配設された吹き出しダクトの鉛直部の下端に設けられるので、床面に吹き出し口を設ける必要はない。このため、吹き出し口が機器のレイアウト上の障害となったり、作業上の制約となる恐れはなくなる。また、将来、機械基礎やピット等を床下に構築する際の吹き出し口に対する配慮も不要となる。従って、室内空間の利用上の制約を解消することができる。

本発明の実施の形態１である空調システムの要部を示す概念図である。 図１に示した空調システムを適用した工場建屋の縦断面図である。 図２に示した空調システムの床面Ｆの下側の平面図である。 図２に示した空調システムの屋根Ｃの下側の平面図である。 図１に示した空調システムの要部を示す横断面図である。 本発明の実施の形態２である空調システムの要部を示す概念図である。 図６に示した空調システムの要部を示す横断面図である。

符号の説明

２ 柱
１０ 地熱利用チューブ
１０ａ 導入ダクト接続部
１１ 外気導入ダクト
１２ 吹き出しダクト
１２ａ 吹き出し口
１３ 送風ファン
２１ 分配チューブ
３４ 接続チューブ
３５ 補助熱交換器
３５ａ リターン口
１００，２００ 空調システム
１２１ 水平部
１２２ 鉛直部
Ｃ 屋根
Ｅ 地中
Ｆ 床面

Claims (4)

1. 地中に埋設した地熱利用チューブを介して外気を導入することにより、建造物内部の空調を行う空調システムであって、
   前記地熱利用チューブに建造物内部の上方域に配設した吹き出しダクトを接続するとともに、この吹き出しダクトの吹き出し口を建造物内部の下方域に開口させ、該吹き出し口から空気を放出することを特徴とする空調システム。
2. 建造物の屋根下に配設され、かつ複数の吹き出しダクトが接続された分配チューブを有し、
   前記地熱利用チューブは、一端部が外気導入ダクトに接続される一方、他端部が前記分配チューブに接続され、前記外気導入ダクトから導入された外気を前記分配チューブに導くことを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
3. 前記地熱利用チューブと前記分配チューブとの間に補助熱交換器を介在させたことを特徴とする請求項２に記載の空調システム。
4. 前記吹き出し口を床から３ｍの高さに設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の空調システム。

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