■ 技術トピックス② 空気式天井放射冷暖房システム西野宗武永池英彦 MUNETAKE NISHINO （㈱インターセントラル代表取締役社長） HIDEHIKO NAGAIKE （㈱インターセントラル工事部）はじめに近年，工業の発展に伴い地球温暖化が叫ばれ，世界的な規模で環境対策に関わる研究が行われている。特に日本においては政府のエコポイント制度導入により，エコに対する意識が高まってきている。このような背景から，空気調和・衛生業界においても省エネルギー型の商品が数多く開発・販売されており，地下水・太陽熱・放射熱など省エネルギーにつながる新しいシステムが注目を集めてきている。今回ご紹介するのは，快適性に優れる放射冷暖房であり，ヒートポンプ空調機を熱源とする新しい天井放射冷暖房システムである。１．システム概要当システムは，従来の対流式・放射式単体での空調における問題点を改善し，より快適度が高く，省エネ性に優れたシステムとして開発された。従来の空調システムでは，冬場における足元の底冷えが起き，夏場には足元が涼しくても顔のほてりが起きやすかった。これは空気の密度差により，冷たい空気は下方に，暖かい空気は上方に行く性質によるものである。従来は，この問題点を解決すべく空調機の吹出風速を上げ，室内空気をより撹拌させることで室内温度を均一化してきた。しかし，風速を上げることにより居住者に対する，気流感が強くなり不快感が増す結果となった。これらの問題を解決すべく，弊社では気流感がなく快適性の高い放射空調を基調とし，さらに天井放射における上下温度差を軽減すべく，強制対流を取り入れ，双方の利点を併用することにより快適性の高いシステムを開発した。今回紹介するシステムは，熱源として熱効率の良いヒートポンプ空調機（以下，空調機）を用い，その空調空気を天井内のダクトを介し，放射パネル化した天井材に送風し，天井材自身を冷暖することによる放射と，天井材に設けられた開口から室内に吹出す空調空気により，１つの熱源による放射と対流の併用を可能にしている（図−１）。また，本システムにおける特徴として放射パネル内に蓄熱材が設置されている。これにより空調機のデフロスト運転やデマンド運転時における送風運転時においても蓄熱材の熱量により空調空気の温度変化を軽減し，パネル温度や室内温度に大きな影響を与えないようにしており，より快適性の高いシステムとなっている（図−３）。図−１システム概要図および実験測定点 2011・６・建築設備士 33 表−１測定条件夏環境室内温度制御室外気温パネル寸法穴数枚数風量空調機吹出パネル吹出冬環境 28℃ 20℃ 約32℃ 約５℃ 590×590mm φ５×144個 16枚約320m2/h 約20m2/h 約640 m2/h 約40m2/h 図−２環境実験室平面図図−４夏環境垂直温度分布図−３天井放射パネル図−５夏環境水平温度分布（FL＋1100）写真−１環境実験室２．環境実験概要および結果岩手県滝沢村にある弊社研究所で，本システムによる環境実験を行った。なお，実験室は室内面積24.4m2，室内高さ2.7mである（写真−１）。下記に実験における主な条件を示す。・測定点（図−１，図−２）温度測定箇所は，室内垂直温度（床面，床上高さ0.1， 1.1，2.1m，放射パネル表面温度），室内水平温度（床上高さ1.1m，５ヵ所），空調機吹出温度，空調機吸込温度，パネル吹出温度，外気温度 2．1 夏環境（冷房時）の環境状態（図−４∼図−６） ① 室内の垂直温度差室内の垂直温度差は，床上高さ0.1∼2.1mの間で１℃ 以内に分布しており，温度差の小さい快適な室内環境となっている。 ② 室内の水平温度差 34 建築設備士・2011・６図−６夏環境天井パネル下0.3m風速床上高さ1.1mにおける室内の水平温度差は，１℃前後となっている。室内南東がやや温度が高いのは測定機器の設置個所に最も近い位置であり，その影響を強く受けていると考えられる。 ③ 放射パネルの立ち上がり時間放射パネルの表面温度は約45分後には19℃前後にて安定している。 ④ 空調機の吹出温度変化による放射パネル温度への影響空調機の吹出温度は室内温度が設定温度になると急激図−９冬環境水平温度分布図−７湿り空気線図図−10 冬環境天井パネル下0.3m風速図−８冬環境垂直温度分布な温度変動を示している。それに対して，放射パネルの温度には大きな温度変化は見られない。これは，パネルに内蔵している蓄熱材の影響であると考えられる。 ⑤ パネルの放熱量この実験結果からパネルの放熱量を算出すると約 70W/m2となる。同一条件の床冷房では約36W/m2（弊社比）であるので，かなりの放熱量が確保できていることが分かる。 ⑥ 室内気流放射パネル下0.3mにて測定を行ったところ，約0.3m/s であった。 ⑦ パネル表面の結露室内空気温度24℃，湿度60％のときの露点温度は16℃ となる（図−７）。このときパネル表面温度は約19℃であるのでパネル表面の結露は起きないことが分かる。 2．2 冬環境（暖房時）の環境状態（図−８∼図−10） ① 室内の垂直温度差室内の垂直温度差は，床上高さ0.1∼2.1mで2.7℃差であり，快適な上下温度差の範囲となっている。 ② 室内の水平温度差床上高さ1.1mにおける室内の水平温度差は，１℃前後である。室内の西側において放射パネルの敷設面積が少ないため西側の温度が低くなっているが，温度差が１ ℃前後であり，比較的小さな温度差であった。 ③ 放射パネルの立ち上がり時間放射パネルの温度は約30分後には30℃程度で安定している。 ④ 空調機の吹出温度変化による放射パネル温度への影響空調機は冬場におけるデフロスト運転を行った際，吹出温度が急激な温度変動を示しているが，冷房運転時と同様に放射パネルの温度に大きな温度変化は見られない。 ⑤ パネルの放熱量この実験結果からパネルの放熱量を算出すると約 73W/m2となる。同一条件の床冷房では約76W/m2（弊社比）であり，床冷房と比較してもほぼ同等の能力を示していることがわかる。 ⑥ 室内気流放射パネル下0.3mにて測定を行ったところ，約0.7m/s であった。 ⑦ パネル表面の結露室内温度より放射パネル表面温度の方が高くなるので，結露の心配はない（図−７参照）。 2．3 デザイン上の利点従来の空調システムでは，天井カセット型空調機など，室内天井に露出してしまうものが多く，天井のレイアウトが制限されてしまうことが多かった。本システムでは，天井パネルの敷設が自由であり，照明や火災報知機などの設置が制限されることがない。また室内に露出することもなく，パネル表面のデザインも変更可能であるため，室内のデザインに合わせて放射パネルデザインを変更することにより，従来の空調システムでは難しかった，インテリアとしての空調システムの実現が可能となっている。 2011・６・建築設備士 35 写真−２受付写真−３待合室写真−５廊下写真−４診療室３．施工事例（写真−２∼写真−５）東京品川区の某病院において，本システムが採用されている。写真からわかるように，照明等の設置が自由であり，室内に空調機が露出しないため，意匠面においても優れている。まとめ本システムの特徴は，夏・冬共に室内上下温度差が小 ◇ 36 建築設備士・2011・６ ◇ ◇ さく，また室内の気流感も抑えられており，快適な空調システムとなっている。特に病院，事務室，学校等の天井高が低めの施設において有効であり，特にベッドでの生活時間が長い病院においては天井からの空調は優位性がある。耐震性の配慮など施工に関する課題は残るものの，ヒートポンプ空調機の省エネルギー性能と放射空調による快適性の融合は，環境問題への取り組みと居住者の快適性を両立した新たなシステムとして期待できる。（平成22年６月４日原稿受理） ◇ ◇ ◇