JP7627466B2

JP7627466B2 - 床輻射対流冷暖房システム

Info

Publication number: JP7627466B2
Application number: JP2021149294A
Authority: JP
Inventors: 政吉石丸; 隆京村
Original assignee: Ｓｔｏコンサルティング株式会社; 株式会社関西エンジニアリング; 三政物産株式会社
Priority date: 2021-09-14
Filing date: 2021-09-14
Publication date: 2025-02-06
Anticipated expiration: 2041-09-14
Also published as: JP2023042149A

Description

本発明は、体育館、ビル又は家屋等の建築構造物の床輻射対流冷暖房システムに関する。

特許文献１には、建物の床スラブに高さ調整可能な支持脚を所定間隔をおいて設置し、各支持脚の上部に設けた受け部間に断面ハット状の大引を配設し、かつ各大引を平行に配置し、上記大引の上部に、これら大引と直交する方向に根太を配置し、上記根太の上部に床面材を敷設した床構造に付属する体育施設用空調構造において、上記床スラブ上に、上記大引と直交する方向に断面長方形状の筒体からなる第一のダクトを配置し、この第一のダクトに、これと連通する空調機から送り出される暖気又は冷気などの空調用空気を流通させ、上記並置された隣り合う大引間にわたり、上記床面材の下方を覆う断熱シートを配置し、その際、各大引のフランジ部の上部及び上記受け部の上部に上記断熱シートの端部を固着して敷設して、床面材とこの断熱シートとの間に第二のダクトを形成し、上記第一のダクトを上記床スラブを二分する状態で直線状に配置する一方、上記第二のダクトを第一のダクトからこれと直交する両方向に向けて配置し、上記第一のダクトの所定間隔位置に、この第一のダクトを通過する空調用空気を吸引して上記第二のダクトに送風する送風機を配置し、上記第二のダクトを通過する空調用空気により上記床面材を暖め又は冷やして温度を調整し、この床面材の上部の床面からの輻射作用により室内の空調を行ない、上記建物の壁スラブに間隔保持具を配置し、これら間隔保持具間に配置したスタッド材の前面に壁板を張り付け、上記壁スラブとこの前方に配置した上記壁板との間の空間部に、上記第二のダクトと連通しこの第二のダクトからの空調用空気を上記壁面に設けた通風口まで送る第三のダクトを形成し、上記通風口から空調用空気を室内へ吹き出し、室内の空気の一部或いは全部を再び上記空調機に送り、新たな空調用空気として利用することを体育施設用空調構造が開示されている。

特許文献２には、枠体と上面板及び下面板とを、内部に中空部が形成されるように、組み合わせてなるパネル本体と、このパネル本体の内部に組み込まれ、中空部内の空気を吸い込むとともに吸い込んだ空気を加熱して温風となして中空内を吹き出すように構成された温風供給装置と、前記中空部内に設けられ、前記温風供給装置から吹き出された温風を中空部全体にわたって循環させるための通風路を形成する仕切板とによりなり、床面に敷き詰められて用いられる床暖房パネルにおいて、前記パネル本体内又はその周囲に角材を配設し、この角材に支持させて、前記下面板に対して略直角方向下向きに延びる支柱を設けた床暖房パネルが開示されている。

特許第５３４８９９６号公報実用新案出願公開第平２－５５０１７号公報

特許文献１に記載の発明は、空調機からの温冷風が床下において最初に流動する第一のダクトが大引の下方をくぐらせて設置され、第二のダクトは大引から下方に大きく垂れ下がる状態で断熱シートを設置して形成されている。このため、床下面と断熱シートとに挟まれた空間が上下方向に大きすぎて冷暖房の効果が生じにくいという問題があった。

また、第一ダクトの大引間に設けられた開口部から第二ダクトへは各開口部ごとに設置された送風機で強制的に温冷風を吹き出すので、空調機に近い開口部からは設定温度に近い温冷風が吹き出すが、空調機から遠ざかる開口部になるにしたがって設定温度には程遠い常温に近い温度の空気が吹き出すという問題があった。

特許文献２に記載の発明は、床下に温風供給装置が設置されて床下の空間の中で温風を循環させる構成であり、室内の空気を吸い込まず室内に温風を吹き出さないため、室内の人に対して対流による対流を実施することができないという問題があった。

温風が流動する流路は、温風供給装置の吹出口から吸込口まで一方向に流れるように木材の仕切板で流路を形成しているため、流路を流れる温風同士が混合することがないので、吹出口側と吸込口側との温度差が大きいという問題があった。そのため、床面の温度が部位によって、吹出口側は高く吸込口側が低いという問題があった。

また、前記流路の上側であって床仕上部材の下側に設置した上面板は木材又は金属製板であり、金属性板の場合、その金属製板を床面全域に亘って設置するため、金属は熱膨張率が高いので熱で膨張して床下でギシギシ音が発生するという問題があった。また、上面板が木材の場合に比較して金属製板の場合は、重量が重たくなるので上面板を支える木材の枠体、木材の仕切板、木材の角材、及び支柱を、かなり剛性増強しなければ床が埋没する危険があるという問題があった。

本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、空調機からの温冷風を床下近傍の空間に大量に流動させてから再び室内に還流させるという循環をさせて、対流と輻射を効果的に組み合わせた伝熱を実施させ、空調機スイッチオンから短時間で室内の冷暖房ができる床輻射対流冷暖房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、対流と輻射で記載する。

請求項１に記載の床輻射対流冷暖房システムは、床スラブ上に垂設された複数の支持体と、前記支持体に支持され平行に列設された、長尺状の複数の金属製の大引と、前記大引の上面に当接し、前記大引に対して直交する方向にかつ平行に列設された、室内を構成する床材の下面に当接して前記床材を支持する長尺状の複数の金属製の根太と、を備え、前記大引間の上下方向の空気の流動を阻止するように、前記大引の下面の高さと略同じ高さに遮熱板を前記大引間に略水平方向に架設し、室内に設置した空調機からの温冷風の流路を形成するチャンバー部を、前記大引の一端側の下側に、かつ前記大引に対して直交する方向に、さらに前記大引及び前記遮熱板と、前記床スラブとに上下方向で挟まれた空間のみに配設し、前記チャンバー部の長手方向に沿って前記大引間ごとに前記遮熱板に設けた開口部から、前記チャンバー部内を流動する温冷風を前記大引間の前記大引の側面同士に挟まれた空間に直に流入させ、流入直後は前記温冷風を前記大引間に前記大引の長手方向に沿って流動させることを特徴とする。

請求項２に記載の床輻射対流冷暖房システムは、請求項１において、前記開口部の位置を前記温冷風の流れ方向に千鳥状に配設したことを特徴とする。

請求項３に記載の床輻射対流冷暖房システムは、請求項１又は２において、前記開口部の大きさを前記温冷風の流れが上流側から下流側になるほど大きくしたことを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の床輻射対流冷暖房システムは、空調機からの温冷風を床下に流動させて、床下から床上に温冷風を還流させ室内の空気を対流による対流をしながら、温冷風からの対流で冷温化又は暖温化させた床材からの輻射により室内の冷暖房を効果的に行うシステムである。チャンバー部から床材と遮熱板との間の上下方向が狭い空間全体に一気に大量の温冷風を流動させるため、温冷風による床材への対流が大きく早くなり、並びに、温冷風による角パイプ鋼材の大引及び金属製の根太への対流が大きく早くなり、大引及び根太を冷温化又は暖温化させ蓄熱させるまでの時間が早くなり、大引及び根太から床材への対流及び輻射が大きく早くなって、床材からの室内への輻射の量が大きくかつ早くなるという効果を奏する。

また、大引の下面と略同じ高さで架設させた遮熱板と、床材の下面との上下方向の狭い床下空間に広く温冷風を流動させるので、従来の床スラブと床材の下面との上下方向が広い床下空間と比較して体積的に約１／２～１／１０にかなり縮小するので、流動する温冷風の温度が従来に比較してほとんど変化しない。このことから、床下空間から室内に還流させる温冷風からの対流と、床材からの輻射熱との相乗効果により、従来に比較して、室内の空調機のスイッチオンから極めて短時間で室内の温度を冷房化又は暖房化の設定温度に実現でき、人の出入りが多くても室温を維持でき、省エネ効果もあるという効果を奏する。

また、遮熱板を、隣り合う前記大引間における上下方向の温冷風の流動を遮断するように前記大引の下面と略同じ高さで略水平方向に架設しているので、前記床材の下面と前記遮熱板とから形成される床下空間は全域に亘って、根太の下方と遮熱板との上下方向の間が連通しているか、大引の上方と床材との上下方向の間が連通しているか、遮熱板と床材の下面とが連通しているので、温冷風は前記床材の下側の空間全域に亘って流動自在である。これにより、前記床材の下側の空間全域に亘って温冷風は混じり合うので、前記床材の下側を流動する温冷風の温度は均一化し、室内全域にわたって室温もより均一化することができる。

請求項２に記載の床輻射対流冷暖房システムは、前記床材と前記遮熱板との間の上下方向の狭い流路への温冷風の流入口に該当する、遮熱板に設けた複数の開口部の位置を、前記温冷風の流れ方向に千鳥状に配設したことにより、複数の開口部を温冷風の流れ方向に直線状に配設した場合に比較して、下流側の開口部から流入する温冷風の流量をより一段と均一化させることができる。これにより、床材への対流及び輻射の大きさを室内全域にわたってより一段と均一化することができる。

請求項３に記載の床輻射対流冷暖房システムは、前記床材と前記遮熱板との間の上下方向が狭い流路への温冷風の流入口に該当する、遮熱板に設けた開口部の大きさを、温冷風の流れの上流側の開口部の大きさを狭くし、下流側になるほど開口部の大きさを大きくしたことにより、空調機からの温冷風の流量の差を縮小でき、床材への対流及び輻射の大きさを室内全域にわたってより均一化することができる。

本発明の床輻射対流冷暖房システムの温冷風の流れの説明図である。室内側から見た床材の平面視の構成説明図である。床材を除いたときの平面視の構成説明図で、（ａ）は遮熱板の存在をわかりやすくするために遮蔽板を網状に表した説明図で、（ｂ）は網状だと符号が表しにくいので遮蔽板を板状で表した説明図である。床材及び根太を除いたときの平面視の構成説明図で、（ａ）は遮熱板の存在をわかりやすくするために遮蔽板を網状に表した説明図で、（ｂ）は網状だと符号が表しにくいので遮蔽板を板状で表した説明図である。床材、根太及び遮熱板を除いたときの平面視の構成説明図である。床材、根太、遮熱板及び大引を除いたときの平面視の構成説明図である。図２におけるＡ―Ａ断面説明図である。図７におけるＢ部拡大説明図である。チャンバー部の下流にいくほど開口部を徐々に大きくする効果の説明図で、（ａ）は平面視の説明図で、（ｂ）は側面視の説明図である。チャンバー部の上流から下流まで開口部の大きさを同じした場合の効果の説明図で、（ａ）は平面視の説明図で、（ｂ）は側面視の説明図である。チャンバー部の上流から下流まで開口部の位置を千鳥状に設けた場合の効果の説明図で、（ａ）は平面視の説明図で、（ｂ）は１つの列のＰ―Ｐ断面の説明図で、（ｃ）は他の列のＱ―Ｑ断面の側面視の説明図である。チャンバー部の上流から下流まで開口部の位置を直線状に設けた場合の説明図で、（ａ）は平面視の説明図で、（ｂ）はＲ―Ｒ断面の説明図である。本発明の床輻射対流冷暖房システムの開口部が直線状に配置された形態の温冷風の流れの説明図で、（ａ）は床材を除いたときの平面視における説明図で、（ｂ）は床材を除いたときであるが還流口の位置を表示した場合の平面視における説明図である。空調機を室内の片側に２台設置した場合の、還流口の位置を表示し床材を除いたときの平面視の構成説明図で、（ａ）は遮熱板の存在をわかりやすくするために遮蔽板を網状に表した説明図で、（ｂ）は網状だと符号が表しにくいので遮蔽板を板状で表した説明図である。空調機を室内の両側にそれぞれ２台ずつ設置した場合の、還流口の位置を表示し床材を除いたときの平面視の構成説明図で、（ａ）は遮熱板の存在をわかりやすくするために遮蔽板を網状に表した説明図で、（ｂ）は網状だと符号が表しにくいので遮蔽板を板状で表した説明図である。

本発明の床輻射対流冷暖房システム１は、体育館、ビル又は家屋等の建築構造物の室内１００の冷暖房を床輻射対流で行うシステムである。

そして、体育館等の建物内にいる使用者が体感する温度は、第一に床材からの輻射と、第二に室内に還流された温冷風からの対流である。そこで、発明者は、床下空間１０に流動させる温冷風を、大量に迅速に床下に接触する空間１０に流入させ、かつ温冷風の温度が空間１０全域で均一になるようにすれば、床材６からの室内への輻射の温度を早めに空調機５０の設定温度に近づけることができ、かつ室内に還流する温冷風の温度も空調機５０から送り出されたときの温度とあまり変わらない温度で還流させることができると考え、本発明の床輻射対流冷暖房システム１を想到するに至った。

本発明の床輻射対流冷暖房システム１は、図５～図８に示すように、床スラブ２０上に垂設された複数の支持体７と、図２～図４に示すように、前記支持体に支持され平行に列設された、長尺状の複数の金属製の大引２と、前記大引２の上面に当接し、前記大引２に対して直交する方向にかつ平行に列設された、室内を構成する床材６の下面に当接して前記床材６を支持する長尺状の複数の金属製の根太３と、前記大引２の一端側の下側に、かつ前記大引２に対して直交する方向に配設され、空調機５０からの温冷風の流路を形成するチャンバー部４と、を備え、前記大引２間の上下方向の空気の流動を阻止するように、前記大引２の下面の高さと略同じ高さに遮熱板８を前記大引２間に略水平方向に架設し、前記チャンバー部４の上側に位置する前記遮熱板８に、前記チャンバー部４内を流動する温冷風を流入させる開口部５を前記大引２間ごとに設けた。

そして、図１、図３又は図４に示すように、前記開口部５の位置を前記温冷風の流れ方向に千鳥状に配設している。

さらに、図１、図３又は図４に示すように、前記開口部５の大きさを前記温冷風の流れが上流側から下流側になるほど大きくしている。

前記床材６は、図２、図７又は図８に示すように、体育館などの室内１００全域に亘り設置される床材６であり、上層に塗装品であるフローリング６ａと下層に構造用合板６ｂからなる床材６であり、水平蓄熱板としての機能を有する。冷やされた床材６又は暖められた床材６からの輻射によって冷房効果又は暖房効果を得ることができる。また、前記床材６には、前記室内に設置された空調機５０からの温冷風を、図６に示すように、前記室内１００の一端側に床下のチャンバー部４に流入させる流入口（図示なし）を設け、図２、図１３（ｂ）、図１４又は図１５に示すように、室内１００の他端側に床下側から室内側へ温冷風を還流させる貫流口９を複数設けている。なお、体育館などの床材６の広さは、図３～図６に示すように、例えば１辺の長さＬ１が約１００ｍで、他辺の長さＬ２が約１００ｍの場合もある。

前記床スラブ２０は例えばコンクリートスラブであり、支持体７をアンカーボルトで強固に床スラブ２０に固定させて垂設させる。また、床スラブ２０上には床スラブ２０全域に亘ってアルミ遮熱シート２１を布設する。前記アルミ遮熱シート２１の布設によって、例えば前記コンクリートスラブへの伝熱を抑制させることができる。

次に、前記支持体７は、図６～図８に示すように、前記床スラブ２０上に垂設され、床材６等を支える大引２を下方から支持するものであり、一本の大引２ごとに前記大引２が屈折しないように所定の間隔を空けて複数垂設している。前記支持体７は例えば螺子により高さ調整を可能にしており、前記大引２や前記床材６の水平状態を実現させることができる。

次に、前記大引２は金属製であり、長尺状で少なくとも上面と両側面を有する鋼材であればよく、例えば角パイプ鋼材やＣ型鋼などがある。例えば、前記角パイプ鋼材の場合は、断面形状が四角枠状で、室内の例えば左右方向の長さに亘って前記大引２の長手方向に直線状に連設され、前記大引２の短手方向には室内の例えば前後方向の長さに亘って所定の間隔を空けて複数列設させている。前記大引２は、図６～図８に示すように、前記支持体７の上端面に載設されボルト等の締結手段で固定される。

前記大引２の材質を熱伝導率の高い金属製の鋼材にすることによって、前記床材６と遮熱板８との間の流路を流動する冷気又は暖気が直接に大引２に接したときに、前記冷気又は暖気の温度が大引２に対流されやすい。これにより、床材６を、より強力に、より早く輻射で冷やしたり、暖めることができる。

次に、前記根太３は、図３、図７又は図８に示すように、前記大引２の上面に前記大引２に対して直交する方向にかつ平行に複数列設され、室内を構成する床材６の下面に当接し前記床材６を支持する、断面形状が下面に開口部を有する形状を有し長尺状で金属製である。下面に開口部を有する形態としては、例えばハット形状やミゾ形鋼状の形状などがある。平行に列設する間隔は、例えば体育館でスポーツ運動をしても床材が長期間に亘る使用に耐えられるように所定の間隔とする。前記根太３のフランジ面が前記大引３の上面に載設されボルトナット等の締結手段で固定される。

前記根太３は金属製であり、前記根太３に冷気又は暖気が直接に接することによって前記冷気又は暖気の温度が根太３に対流されて、床材６をより早く蓄熱する。

次に、前記チャンバー部４について説明する。前記チャンバー部４は、内周壁を断熱材で覆われている構成が温冷風の温度を維持するために好ましい。前記チャンバー部４は、例えば図５、図７又は図８に示すように、前記大引２の一端側の下方に、かつ前記大引２に対して直交する方向に直線状に配設され、室内１００に設置した空調機５０からの温冷風の流路を形成する。前記チャンバー部４は、底壁は前記床スラブ２０であり前記床スラブ上には布設された断熱材である前記アルミ遮熱シート２１が覆われ、上壁は断熱機能と水平仕切り板の機能を有する、例えば硬質発砲材などの断熱材である遮熱板８で、建物の外壁側の側壁は断熱機能を有するものであればよく、コンクリート壁の内側に貼設した断熱材である例えば硬質発泡成形板又は合板１８で、前記大引２の前記外壁側でない側壁は断熱機能があればよく、例えば軽量鉄骨又は石膏ボードに断熱材である硬質発泡成形板又は合板を貼り付けた床下仕切り板１５で構成され、下流側の突き当り壁部は建物の外壁側の前記側壁と同じ構成の、例えば硬質発泡成形板又は合板１８で閉塞されている。よって、前記チャンバー部４は周壁を断熱機能を有する材料で形成されている。

前記チャンバー部４の他の形態としては、内周壁を断熱材で覆ったダクトもある。前記チャンバー部４がダクトの場合は、上壁に温冷風が大引２と床材６との上下方向の狭い空間１０に流入可能な開口部５を設ける。この場合に、遮熱板８が前記チャンバー部４の上方にある構成とすることもでき、又は前記チャンバー部４の上方にはない構成とすることもできるが、前記上方に遮熱板８がある構成の場合は前記遮熱板８と同じ位置で同じ大きさの開口部５を前記ダクトの上壁に設ける。

前記チャンバー部４の温冷風の流路は周壁を断熱材で構成されているので、空調機５０の温冷風の温度をほとんど変化させないという効果がある。

次に、前記遮熱板８について説明する。前記遮熱板８は、図７又は図８に示すように、所定の間隔で列設された複数の前記大引２間における温冷風の流動を上下方向で床下６近傍の空間に規制する機能を有し、前記大引２の下面と略同じ高さで前記大引２間に水平方向に架設させた平板状の部材である。また、前記遮熱板８の材質は、例えば硬質発砲材などの断熱効果を有する材質がよい。そして、前記床材６と前記遮熱板８との間の上下方向が狭い空間１０を温冷風の流路として形成する。これによって、前記空間１０の体積を小さくできるため、前記空調機５０から前記チャンバー部４内を流動して流入してきた温冷風の温度の変化を抑制させることができる。

前記遮熱板８の前記大引２との取付は、例えば、断面形状が上下方向で逆ハット形状の固定具を、該逆ハット形状のフランジ部を前記大引２の上壁に上方からビス止め又はボルトナット等の締結手段で固定して、前記固定具の逆ハット形状の凹部に平板状の前記遮熱板８を嵌入し載設し固定することで取り付けていく。

前記遮熱板８を、列設された前記大引２間に前記大引２の下面と略同じ高さで架設したので、温冷風は、前記根太３が床材６と接触している箇所は根太３の下方と遮熱板８の上方との上下方向の間が連通しており、前記大引２の部位は前記大引２の上方と前記床材６の下方の上下方向が連通しているので、開口部５ａ～５ｄのいずれかから流入してきた温冷風は床材６と遮熱板８との上下方向の空間１０内の全域に亘って流動し混ざり合う。これにより、温冷風の温度を前記空間１０内で均一化でき、大引２や根太３への伝熱も均一化できる。

図１、図７又は図８に示すように、開口部５ａ～５ｄから、前記床材６と前記遮熱板８とに上下方向で挟まれた狭い空間１０に流入した温冷風は、大引２の長手方向に沿って、前記床材６と前記遮熱板８との間、又は、前記根太３と前記遮熱板８との間の空間１０を方向Ｍで流動し、かつ、前記床材６と前記大引２との間の空間１０を通って根太３に平行な方向Ｎにも流動し、さらに斜め方向Ｑにも流動する。これにより、床材６の下方の狭い空間１０の全域に温冷風が拡散し行き渡るので、前記空間１０内に流動する温冷風の温度を均一化できる。

次に、前記チャンバー部４から、前記遮熱板８と前記床材６との上下方向の空間１０に温冷風が流入する経路である、前記遮熱板８の開口部５について説明する。図１、図３又は図４に示すように、前記開口部５は前記大引２間ごとに少なくとも１つ以上設けられる。

そして、前記開口部５の配置は、前記大引２間ごとに少なくとも１つ以上設けられていれば温冷風の流れ方向でいかなる配置状態であってもよく、例えば図１２（ａ）又は図１３に示すように、温冷風の流れ方向で上流側から下流側まで直線状でもよく、より好ましいのは、図１、図３又は図４に示すように、温冷風の流れ方向で上流側から下流側へ千鳥状の配置がよい。

また、前記開口部５の大きさは、前記チャンバー部４のすべての開口部５から前記大引２と前記床材６との上下方向の狭い空間１０に温冷風が流入可能な大きさであればよく、例えば、図１０（ａ）又は図１３に示すように、同じ大きさでもよく、好ましくは、図１、図３、図４、図９（ａ）、図１４又は図１５に示すように、前記開口部５から温冷風の流れ方向で上流側から下流側へ向かうに従い徐々に大きくするのがよい。

次に、前記開口部５の配置の形態と温冷風の流れについて説明する。まず、前記開口部５が温冷風の流れ方向で上流側から下流側まで直線状の形態の場合は、図１３（ａ）又は（ｂ）に示すように、空調機５０から吹き出されたばかりの温冷風を、前記床材６と前記遮熱材８との上下方向の間が狭い空間１０内に、一気に大量に流入できるので、前記空間１０内に空調機５０から温度変化が少ない状態の温冷風を流入できるという効果がある。さらに、開口部５ｇ、５ｈ、５ｋ又は５ｍから流入してきた温冷風が前記大引２の長手方向Ｍ、前記根太３の長手方向Ｎ及び斜め方向Ｑで流動し混ざり合うことから、前記空間１０内に流動する温冷風の温度変化を抑制でき温度を均一化できるという効果がある。すなわち、本発明の床輻射対流冷暖房システム１は、床材６の下側に上下方向で狭い空間１０をつくり、その空間１０に向けて空調機５０から吹き出された温冷風をいかに早く一気に流入させ、前記空間１０内では全域に亘って温冷風が混ざり合うようにして温度の均一化を実現できる。したがって、前記開口部５の配置が温冷風の流れ方向で直線状であっても床材６を早く均一な温度で蓄熱させ室内１００を早く冷温化又は暖温化できるという際立つ効果がある。

次に、好ましい形態である前記千鳥状の場合における温冷風の流れについて説明する。図１、図３又は図４に示すように、前記開口部５ａ～５ｄのそれぞれの位置を前記温冷風の流れ方向に千鳥状に配設する。大引２間ごとに設けた開口部５ａ～５ｄの位置を、前記温冷風の流れで、つまり空調機５０側となる上流側から下流側への方向で、千鳥状に設けた。これにより、前記温冷風の流れ方向で開口部５ａ～５ｄ間のそれぞれの間隔が短すぎるために上流側の開口部５ａからの流入量に比較して、すぐ次の下流側の開口部５ｂからの流入量が少なくなるという温冷風の流量不足が発生しがたくなり、下流側の開口部５ｂからの流入量と上流側の開口部５ａからの流入量との差を、直線状の形態に比較して少なくすることができる。

千鳥状に設けた場合の効果について説明する。前記チャンバー部４は例えば長さＬ１が約１００ｍもある長い管路の場合があり、例えば図１２（ｂ）に示すように、開口部４０ｋ、開口部４０ｍ、開口部４０ｎ及び開口部４０ｐはいずれも前記チャンバー部４の管路の分岐点である。すると、開口部４０ｋまでの温冷風の流量３４ａは開口部４０ｋへの分岐流入量３８ｋと開口部４０ｍ方向に流動する流量３４ｂに分離され、温冷風の流量３４ｂは開口部４０ｍのところで分岐流入量３８ｍと開口部４０ｎ方向に流動する流入量３４ｃに分離され、温冷風の流量３４ｃは開口部４０ｎのところで分岐流入量３８ｎと開口部４０ｐ方向に流動する流量３４ｄに分離される。このように、温冷風の流量は、開口部４０ｋ、４０ｍ、４０ｎ、４０ｐの分岐によって、下流側にいくほど前記開口部４０ｋ、４０ｍ、４０ｎ、４０ｐから空間１０に流入する流量が減少する。

すると、図１２（ａ）に示すように開口部４０ｋ～開口部４０ｐを直線状に設けた場合は、図１２（ｂ）に示すように、流量３４ａが前記チャンバー部４の下流側にいくほど少量化し、流量３４ｐでは流量の減少が大きくなる。そうなると、分岐して前記遮熱板８と床材６との挟まれた空間１０に流入する温冷風の流入量３８ｋ～流入量３８ｐも、上流側の流入量３８ｋが多く下流側の流入量３８ｐは減少し、下流側にいくほど減少量が大きくなる。この場合、上流側の開口部４０ｋ近傍の空間１０の温度と、下流側の開口部４０ｐ近傍の空間１０の温度との差が大きく生じるという問題が発生する。

これに対して、図１１（ａ）に示すように、前記開口部４０ｇ～４０ｊをそれぞれ前記温冷風の流れ方向に千鳥状に配設した場合は、図１１（ｂ）に示すように、開口部４０ｇまでの温冷風の流量３４ａは開口部４０ｇへの分岐流入量３８ｄと開口部４０i方向に流動する流量３４ｂに分離され、図１１（ｃ）に示すように、温冷風の流量３４ａは開口部４０ｈのところで分岐流入量３８ｈと開口部４０ｊ方向に流動する流量３４ｂに分離され、温冷風の流量は開口部４０ごとの分岐によって下流側にいくほど流量が減少するが、上流側から下流側に流れる方向で直線状で開口部間の間隔を広くし、前記直線状で開口部の数を半減させることから、直線状に開口部４０ｋ～４０ｐを設けた場合に比較して、下流側の開口部４０i又は開口部４０ｊからの分離する流量の減少量を抑制させることができる。これにより、下流側の開口部４０ｉからの空間１０への流入量と、上流側の開口部４０ｇからの空間１０への流入量との差を縮めることができるので、各開口部４０ｇ～４０ｊ近傍の各空間１０の温度差を抑制させることができる。

次に、前記開口部５の大きさと温冷風の流れについて説明する。まず、前記開口部５が、図１０又は図１３に示すように、同じ大きさの形態の場合は、空調機５０から吹き出されたばかりの温冷風を、前記床材６と前記遮熱材８との上下方向の間が狭い空間１０内に、一気に大量に流入できるので、前記空間１０内に空調機５０から温度変化が少ない状態の温冷風を流入できるという効果がある。さらに、開口部５ｇ、５ｈ、５ｋ又は５ｍから流入してきた温冷風が前記大引２の長手方向Ｍ、前記根太３の長手方向Ｎ及び斜め方向Ｑで流動し混ざり合うことから、前記空間１０内に流動する温冷風の温度変化を抑制でき温度を均一化できるという効果がある。すなわち、本発明の床輻射対流冷暖房システム１は、床材６の下側に上下方向で狭い空間１０をつくり、その空間１０に向けて空調機５０から吹き出された温冷風をいかに早く一気に流入させ、前記空間１０内では全域に亘って温冷風が混ざり合うようにして温度の均一化を実現できる。したがって、前記開口部５の大きさが同じ大きさであっても床材６を早く均一な温度で蓄熱させ室内１００を早く冷温化又は暖温化できるという際立つ効果がある。

次に、前記開口部５の大きさを下流側になるほど大きくした、好ましい形態における温冷風の流れについて説明する。前記開口部５の大きさを前記温冷風の流れで、空調機５０側となる上流側の開口部５ａから下流側の開口部５ｂ、５ｃ又は５ｄになるほど大きくしている。これにより、空調機５０からの前記空間１０内に流入する温冷風の流量を全開口部５ａ～５ｄの間で均一化を図ることができる。

空調機５０側となる上流側の開口部５ａから下流側の開口部５ｂ、５ｃ又は５ｄになるほど大きくした効果を説明する。図９は開口部４０の大きさを、チャンバー部４の温冷風の下流側になるほど、開口部４０ａ、開口部４０ｂ、開口部４０ｃになるほど開口面積を大きくした例を示し、図１０はチャンバー部４の温冷風の上流側から下流側まで、開口部４０ｆの開口面積を同じ大きさにした例を示している。また、前記チャンバー部４の長さは体育館の場合は長さＬ１が約１００ｍにもなるが、前記開口部４０の説明用の図として図９又は図１０においては、説明しやすくするため開口部４０の数は実際よりかなり減じて表している。

前記チャンバー部４は長さＬ１が約１００ｍもある長い管路であり、温冷風が流動すると管の摩擦損失が生じ、チャンバー部４の下流側になるほど圧力損失が生じ温冷風の流速が低下する。すると、図９又は図１０に示すように、温冷風の流速は前記チャンバー部４の上流端では流速３０であったものが、下流側に流動するに従い流速３０より遅い流速３１になり、さらに下流側に流動すると流速３１より遅い流速３２になる。

開口部４０からの温冷風の流入量３８は、開口部４０の面積と温冷風の流速を乗じた流入量となる。すると、図１０に示すように、開口部４０ｆの大きさが同じ場合は、図１０（ｂ）に示すように、上流側の開口部４０ｆからの流入量３８ａに対して、下流側の開口部４０ｆからの流入量３８ｂは少なくなり、さらに下流側の開口部４０ｆからの流入量３８ｃは流入量３８ｂより少なくなる。このように、下流側にいくほど温冷風の空間１０への流入量が少なくなるので、空間１０の中で上流側の開口部４０ｆ近傍の空間１０の温度と、下流側の開口部４０ｆ近傍の空間１０の温度との差が生じるという問題が発生する。

これに対して、図９に示すように、チャンバー部４の下流側になるほど大きくすると、例えば開口部４０ａ、開口部４０ｂ、開口部４０ｃと順に開口面積を広くすると、図９（ｂ）に示すように、前記チャンバー部４の温冷風の上流側の開口部４０ａからの流入量３８、下流側の開口部４０ｂからの流入量３８、さらに下流側の開口部４０ｃからの流入量３８となり、温冷風の上流側から下流側まですべての開口部４０ａ～４０ｃから温冷風の流入量を同じ量にすることができる。これにより、すべての開口部４０ａ～４０ｃ近傍における空間１０での温度分布を均一化することができる。

次に、前記貫流口９は、図２に示すように、平面視で前記大引２の他端側に該当する、床材６の室内の周縁部に設けた、前記床材６の下方から上方へ温冷風を貫流させる開口部である。

また、前記床材６と前記遮熱板８間を流動し流下してきた温冷風を、前記貫流口９を通して自然対流又は強制対流手段により室内を対流で冷暖房可能に構成している。前記強制対流手段として例えば送風機を設置するが、床下のメンテナンス性を考慮すると、好ましいのは自然対流である。

次に、温冷風の流れを説明する。図１、図２又は図５に示すように、前記空調機５０からの温冷風は方向Ｋでチャンバー部４に流入し方向Ｋに流動する。

そして、温冷風は、チャンバー部４で遮熱板８の開口部５ａ～５ｄからそれぞれ、前記遮熱板８と前記床材６との間の上下方向で狭い空間１０に流入し、前記大引２間を大引２の長手方向Ｍで流動する。そして、前記空間１０内では根太３の長手方向Ｎ及び斜め方向Ｑにも温冷風が流れる。温冷風は大引２、根太３及び床材６に対流した後に、前記床材６の前記室内１００の周縁部周辺に複数設けた貫流口９を経由して、前記床材６の下方から上方へ温冷風が室内１００内に貫流される。

本発明の床輻射対流冷暖房システム１は、大引２の下面と略同じ高さに上下方向の温冷風の流動を遮断する遮熱板８を設置して、前記遮熱板８と床材６との上下方向が狭く、かつ温冷風が全域で混ざり合うことが可能な空間１０をつくり、空調機５０からの温冷風を前記遮熱板８に設けた開口部５又は４０から前記空間１０に、直接に大量に迅速に一気に流入させる構成としたところに特徴がある。さらに、前記開口部５又は４０近傍の空間１０の温度差を抑制させるように開口部５又は４０の大きさ又は配置を設定したところにも特徴がある。

本発明の床輻射対流冷暖房システム１の実施にあたっては、大引２の下面と略同じ高さに上下方向の温冷風の流動を遮断する遮熱板８を設置して床材６の下側に上下方向に狭く、かつ温冷風が全域に亘って混ざり合う構成にし、体育館などの大きな室内１００の場合は空調機５０は複数台設置しなければならないので、各空調機５０からの温冷風を前記空間１０に流入させる各開口部５の配置方法、すなわち直線状にするか、又は千鳥状にするか、各開口部５の大きさは同一にするか、又は空調機５０側から下流にいくほど大きくするかについては、床輻射対流冷暖房システム１を設置する場所の大きさや平面視の形状によって適する対応をする。

本発明の床輻射対流冷暖房システム１の実施例の一部を紹介すると、例えば、図１４に示すように、建築構造物の片側に２台の空調機５０（図示なし）を設置し、室内１００の上方又は横方向から、流入口Ｔ１及び流入口Ｔ２から温冷風をチャンバー部４に流入させる場合に、それぞれの最初の開口部４０ａは他の開口部４０ｂ～４０ｃより小さくし、下流側に設けられた開口部４０ｂは開口部４０ａより大きくし、さらに下流側に設けられた開口部４０ｃは開口部４０ｂより大きくする。そして、図１４においては、２か所の空調機５０からの流入口Ｔ１及び流入口Ｔ２の２か所から別々に流入してきた温冷風は開口部４０ｃの下流でぶつかり上昇気流となって空間１０に勢いよく流入する。また、開口部４０ａから下流側の開口部４０ｂや開口部４０ｃを温冷風の流れに千鳥状に配置している。

床輻射対流冷暖房システム１の実施例の他の例としては、例えば、図１５に示すように、建築構造物の対向する両側にそれぞれ２台ずつの空調機５０（図示なし）を設置し、室内１００の上方又は横方向から流入口Ｔ１、流入口Ｔ２、流入口Ｔ３及び流入口Ｔ４から温冷風をチャンバー部４に流入させる形態もある。この形態の場合も、それぞれの空調機５０ごとに、開口部４０ａ～４０ｃは、配置を温冷風の流れの方向に千鳥状にし、大きさは温冷風の流れの方向に徐々に大きくする。そして、それぞれの空調機５０から下流側の末端の開口部４０ｃ近傍でぶつかり上昇気流となって空間１０に勢いよく流入する。

１床輻射対流冷暖房システム
２大引
３根太
４チャンバー部
５開口部
６床材
７支持体
８遮熱板
９貫流口
１０空間
１５床下仕切り板
１８硬質発泡成形板又は合板
２０床スラブ
３０、３１、３２流速
３４流量
３８流入量
４０開口部
５０空調機
１００室内

Claims

床スラブ上に垂設された複数の支持体と、
前記支持体に支持され平行に列設された、長尺状の複数の金属製の大引と、
前記大引の上面に当接し、前記大引に対して直交する方向にかつ平行に列設された、室内を構成する床材の下面に当接して前記床材を支持する長尺状の複数の金属製の根太と、を備え、
前記大引間の上下方向の空気の流動を阻止するように、前記大引の下面の高さと略同じ高さに遮熱板を前記大引間に略水平方向に架設し、
室内に設置した空調機からの温冷風の流路を形成するチャンバー部を、前記大引の一端側の下側に、かつ前記大引に対して直交する方向に、さらに前記大引及び前記遮熱板と、前記床スラブとに上下方向で挟まれた空間のみに配設し、
前記チャンバー部の長手方向に沿って前記大引間ごとに前記遮熱板に設けた開口部から、前記チャンバー部内を流動する温冷風を前記大引間の前記大引の側面同士に挟まれた空間に直に流入させ、流入直後は前記温冷風を前記大引間に前記大引の長手方向に沿って流動させることを特徴とする床輻射対流冷暖房システム。
前記開口部の位置を前記温冷風の流れ方向に千鳥状に配設したことを特徴とする請求項１に記載の床輻射対流冷暖房システム。
前記開口部の大きさを前記温冷風の流れが上流側から下流側になるほど大きくしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の床輻射対流冷暖房システム。