「病院向け快適空調システムの開発」

病院向け快適空調システムの開発
正会員
○宮崎
俊行（三機工業）正会員
Toshiyuki MIYAZAKI *1
小松
貴司（三機工業）正会員
Takashi KOMATSU*1
植村
聡（三機工業）
Satoshi UEMURA*1
*1 SANKI Engineering Co., Ltd.
１．はじめに
入院患者が一日の大半を過ごす病室では、室内の空気
を直接冷却または加熱して循環させる対流空調が一般的
に採用されているため、気流が直接身体にあたってドラ
フトと呼ばれる不快感を生じることがある。そのため入
院患者からはドラフト対策を求める声が多数あった。
一方、冷温水を用いて天井・壁面・床面などを冷却・加
熱する輻射空調は、気流感や温度ムラが少ないため快適
性に優れていると言われているが 1)、
冷暖房能力は対流空
調に比べ小さく、漏水や高コストなど快適性とは異なる
問題がある 2)。
近年では、対流空調と輻射空調の特徴を有した空気式
輻射空調方式が開発され、入院患者への快適な空調シス
テムとして病室や透析室などに導入されている 3) 4)。こ
の空気式輻射空調システムの長所は緩やかな気流、冷暖
房能力が大きい、音が静か、漏水の心配が無いことであ
る。空気式輻射空調システムには天井チャンバー方式と
チャンバーボックス方式があり、一般的に病室や透析室
で用いられる方式はチャンバーボックス方式である。ベ
ッドの真上に 1 対 1 で配置され、吹出口サイズはベッド
よりも少し小さい長方形をしている。輻射効果は FCU や
パッケージエアコンで空調された空気をチャンバーの上
部から給気し、パネル面を冷却または加熱することで得
られる 3)。また、パネル面から緩やかな気流が室内に供給
されるため、対流空調の大きな冷暖房能力も得られる。
今回開発した技術は、独自の開口形状と内部構造によ
って気流方向を制御し、病院・福祉施設に特化し、快適性
を追及した空気式輻射空調システムである。
て、一対一に配置された吹出口の表面は冷却及び加熱さ
れるため、図－2 に示す①～④の効果を満足できる。
①風量 250m3/h を確保し十分な対流空調能力
②医療従事者や見舞い客に爽やかな気流感
③患者にはドラフトを感じさせない
④輻射効果で患者に冷温感を与える
２．空調システムのコンセプト
空気調和衛生便覧によると冷房時の気流は 0.25m/s 以
下、暖房時の気流は 0.15m/s 以下に抑えることが快適な空
調の一つの条件とされている 5)。そこで、ベッド上の気流
抑制を目的として吹出口の開発に取り組んだ。
開発した吹出口の外観を図－1 に示す。吹出口は下面の
一部に設けられたサイドパンチング、45°に曲げられた端
面のスリット、チャンバー内の整流機構から構成されて
いる。この独自の開口形状と内部構造によって特徴的な
ベッドサイドへの気流と 1 台当り最大 250m3/h と十分な
空調能力を提供することができる。また入院患者に対し
３．吹出口形状の検討
3.1 検討方法
空調システムのコンセプトを満足する吹出口形状の検
討を行った。検討は試作品を用いて行っており、１）圧力
損失の検討（パンチング、スリット面積の検討）
、２）パ
ンチング・スリット配置の検討、３）気流性状の確認（可
視化）の 3 要素を中心に行った。作製した多数の試作品
の中から圧力損失と給気風量を満足した代表的な吹出口
形状を表－1 に示す。CASE1～3 では下面の形状と整流板、
CASE4～5 では側面スリットの角度についての検討を行
った。
図－1 吹出口の外観
図－2 空調システムのコンセプト
表－1 検討条件
CASE
CASE－1
CASE－2
CASE－3
パネル下面
全面パンチング
整流板
有り
無し
CASE
CASE－4
CASE－5
側面スリット
スリット角度 90°
スリット角度 45°
サイドパンチング
有り
チャンバー内部
チャンバー内部
表－2 気流性状
CASE
CASE－1
CASE－2
CASE－4
CASE－5
CASE－3
気流性状
CASE
気流性状
3.2 検討結果
煙による気流の可視化を行い、得られた気流性状の結
果を表－2 に示す。
全面パンチング＋整流板（平板）の CASE－1 では、吹
出口表面から供給された煙が中心部に集まり縮流が発生
した。サイドパンチングのみの CASE－2 では、サイドパ
ンチングからの煙が吹出口の 20～30cm 下で合流し、
CASE－1 と同様に縮流が発生した。サイドパンチング＋
整流板（コーン状）の CASE－3 では、サイドパンチング
からの煙が表面の 40～50cm 下で全体的に広がっており、
CASE－1、2 のような縮流は見られなかった。しかし、ベ
ッド上の風速を測定すると快適な条件の 0.25m/s を満足
できず更なる改善が必要であった。
そこで CASE-3 の条件からベッド上の風速を抑制する
ため側面スリットを設けることとした。側面スリットは、
CASE－4 で 90°、CASE－5 で 45°として実験を行った。
スリット角度 90°の CASE-4 では、下面のサイドパンチ
ングと側面スリットでそれぞれ独立した気流が生じたが、
スリット角度 45°の CASE-5 では、下面のサイドパンチン
グの気流が側面スリットの気流に誘引され、吹出気流が、
より側面方向へ拡散する結果となった。
以上の結果より、吹出口下面をサイドパンチング、チャ
ンバー内部に整流板を設置し、スリット角度を 45°とする
吹出口形状を基本とし、
更なる試作に取り組み図－1 に示
す吹出口を作製した。
４．検証結果
ベッド、メディカルコンソールなどの什器を設けた 4
床室のモックアップを作製し、冷房時の室内の快適性に
ついて検証を行った。検証内容はベッド上の風速分布と
室内温度①～③とした。測定位置を図－3 に示す。
4.1 ベッド上の風速分布
ベッド上の患者が仰臥状態の高さとなる FL+800 の風
速分布の結果を図－4 に示す。図中にはベッドと吹出口の
位置、冷房時に推奨されている室内気流の許容限界値
0.25m/s も示した。ベッド上の風速は 0.15m/s 以下に抑制
されており、許容限界の 0.25m/s を下回っていたため、ベ
ッド上の患者はドラフトを感じないと考えられる。一方
でベッドサイドの風速は最大で 0.27m/s 生じていること
から、医療従事者や見舞客へ爽やかな気流が生じると考
えられる。
以上のことから医療従事者や見舞い客に爽やかな気流
感、患者にはドラフトを感じさせないといった本システ
ムのコンセプトを満足できる。
図－3 測定位置(風速、室内温度)
4.2 温度分布
給気温度は 17.5℃一定、冷房負荷として 1.4kW、2.1kW、
2.7kW を与え、室内を 22℃、24℃、26℃に保った際の垂
直温度分布（①～③）の結果を図－5 に示す。測定点①と
②はベッド空間、③は室内中央である。測定点の高さ方向
への分布は FL+0、100、300、600、900、1,200、1,500、1,800、
2,400 の 9 点である。
カーテンで囲われた①、②の温度分布は上部（FL+1,800）
と下部（FL+600）の温度差が 1℃未満と小さく、入院患者
の居住域は良好と考えられる。室内中央の③では天井面
（FL+2,400）の温度が設定温度に対して 3～5℃程度高く
なっているものの、居住域となる足元（FL+100）と上部
（FL＋1,800）の温度差が 3℃未満となっており不快さを
感じることがないと考えられる。
以上のようにインテリアゾーンの環境は良好だが、窓
の直近まで均一な環境条件が求められる場合は、別途ブ
リーズラインなどペリメーターゾーンの顕熱処理を行う
システムを併用することが必要となる。
５．まとめ
入院患者からベッド上のドラフト対策をして欲しいと
のニーズがあったため、ドラフト抑制を可能とした吹出
口の開発と検証を行い、病院向けの快適空調システムを
構築した。
本システムには様々なカラーバリエーションや大温度
差空調対応型などの特別仕様もラインナップしており、
今後病室や透析室を中心に市場導入を図っていく予定で
ある。
図－4 風速分布
図－5 室内温度
参考文献
1) 山口一, 川上梨沙：病室の省エネルギーと快適性向上, 設備
と管理, 2014, vol.48, No.9, p.p.58－66
2) 上村靖司：流下冷水による放射・対流複合冷房, 建築設備と
配管工事, 2011, vol.49, No.2, p.p.8－12
3) 西野宗武, 永池英彦：空気式放射冷暖房システム, 建築設備
士, 2011, No.6, p.p.33－36
4) 清水正三：全空気式誘引放射ユニット「インダクションエア
ビーム」, 建築設備と配管工事, 2011, vol.49, No.2, p.p.69－
71
5) 社団法人空気調和・衛生工学会：空気調和・衛生工学便覧 1
基礎編, 1995, 第 12 版, p.p.475

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