大成建設技術センター報 第 40 号(2007)

天井吹出型パーソナル空調システム

システム概要と実験結果

仁志出 博一*1・加藤 美好*1・齋藤 正文*2・樋渡 潔*2

Keywords : Personal Air Conditioning, Task & Ambient Air Conditioning,Ceiling Air Outlet, Mock-up test

パーソナル空調，タスク＆アンビエント空調，天井吹出，実大実験

1. はじめに

現在のほとんどのオフィスでは室内を一様な温度に

制御する空調方式が使われている。それに対して，執

務者の空調に対する好みには個人差があり，同じ温熱

環境でも暑さや寒さの感じ方が人によって違う。また，

執務室での作業状況に差がある場合には，代謝量に違

いが出て好む温熱環境が違ってくる。特に，屋外から

入ってきたばかりの人と，長時間執務室内で作業をし

ている人では，求める温熱環境が違うのは当然であり，

最近では温熱環境に対する個人差を満足させる空調シ

ステムが求められている。このような背景から，執務

者個人が自分の好みの温熱環境を作れる空調システム

を開発するに至った。本報ではパーソナル空調システ

ムの概要とシステムを構築するための実大実験での検

討結果について述べる。

2. 開発のねらい

パーソナル空調システムは個人の好みの温熱環境を

作ることが出来るだけでなく，パーソナル域を出来る

だけ小さくすることにより，タスク＆アンビエント空

調が形成され省エネルギー効果も図れる。そこで，今

回の開発のねらいを下記に挙げる 2 項目とした。 (1)快適性の向上 従来のように室内の温度を均一にする空調ではなく，

各個人の周囲を自分の好みに応じた温熱環境とするこ

とができる空調を実現する。 (2) 省エネルギー性能の向上・地球温暖化防止対策 二酸化炭素排出抑制が急務になっており，我が国で

は 2005 年度から夏期の冷房設定温度を 28℃，冬期の

暖房設定温度を 20℃にすることが推奨されている。前

記の個人の快適性を満足しつつ，温暖化防止に寄与す

る空調を実現する。

3. 従来の技術

パーソナル空調システムは 1980 年代から開発が進め

られ，現在その一部が実用化に至っている。その方式

を大別すると表-1 のようになる。床やパーティション

など執務者の近くから吹出す方式が多い。しかし，床

から吹出す方式では冷房時に足元が冷えるクレームに

繋がり，また，パーティションから吹出す方式では吹

出口の前に書類などを置けないなどの制約がある。そ

こで，本システムでは天井吹出方式を採用し，従来の

システムの課題を解決することをコンセプトの１つと

した。

表-1 パーソナル空調の方式

Table 1 Types of personal air conditioning system 吹出位置 特徴 課題

床 床吹出空調と併用される。Ｏ

Ａフロアーに個人用の吹出口

を設置し，その吹出風量を個

人で調整できる。

冷房時足元が

冷える。

パーティション

側面

床吹出空調と併用される。在

席者の正面のパーティション

に吹出口を設置して，その吹

出風量を個人で調整できる。

机の吹出口前

には書類を置

けない。

パーティション

上面

床吹出空調と併用される。パ

ーティションの上面に吹出口

を設置し，在席者に向かって

斜めに吹出す。

吹出口の位置

が遠いのでパ

ーソナル性が

少ない。 ＊１ 設計本部設備グループ ＊２ 技術センター建築技術研究所環境研究室

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大成建設技術センター報 第 40 号(2007)

4. システム概要

4.1 パーソナル性 (作業域の快適性)

28℃のアンビエント空間内で個人にとって快適な温

熱環境のタスク域を形成するするため，一人一人に対

して，吹出風速と風向を自由に調整出来る空調吹出ユ

ニットを設けた。パソコンなど執務者の席から発生す

る排熱を攪拌させないよう，吹出空気はスポット的に

吹出す形状にした。また，空調吹出空気を積極的に人

に当てることにより，吹出空気温度は冷房では従来の

空調より高く，暖房では低く設定できる。 アンビエント空間内でのタスク域を形成する吹出条

件について，CFD 解析にて検討した。その結果，図-1に示す温度，風量，風速の条件が人体周辺の気温，気

流速度共に好ましい値になることがわかった。

気温分布 気流分布 【計算条件】

吹出空気の温度と風量：19℃，90m3/h（吹出風速 1.6m/s）

吹出口の大きさ：150mmφ

頭上から吹出口までの距離：1.2m

室内発熱：照明（96W），人体（70W），OA 機器（115W） 図-1 吹出空気性状のＣＦＤ解析結果

Fig.1 Result of CFD analysis

4.2 利便性

個人の吹出し口のオン・オフ操作を省力化するため，

個人の在席を検知して自動で空調吹出のオン・オフを

行えるようにした。在席の検知方法には，人感センサ

ーやＩＣタグの利用などがあるが，今回，パソコンの

稼働状況から在席の有無を判断するシステムを構築し

た。また，居住者が好みに合わせて，吹出の風速や風

向を自席のパソコンから制御できるようにした。 4.3 省エネルギー性・地球温暖化防止対策

①執務者の付近では快適な温熱環境にしながら，室内

平均温度を冷房では 28℃，暖房では 20℃を実現出来

るようにした。 ②執務者の在席状況をパソコンのオン・オフで判断し

て不在の場合には吹出を停止して，不要な空調を行

わないようにした。 ③天井をなくし空調吹出口よりも高い位置に排熱溜ま

りを設けることにより，天井に向かって上昇した排

熱が空調空気で攪拌されないようにした。さらに，

排熱溜まりの空気を屋外に排気するために，上部に

排気口を設けた。

28℃

26℃

25.5℃

27℃

0.1m/s

0.5m/s 4.4 レイアウト変更対応

床吹出方式のパーソナル空調では吹出ユニットの位

置が変更可能なのでレイアウト変更に対応できるが，

天井吹出方式ではダクトの位置を固定する必要がある。

そこで，1 スパンに 2 系統配置したダクトについて，

これを 800mm の単位でユニット化し，吹出口の位置変

更を可能にすることにより，レイアウト変更に対応で

きるように配慮した。

図-2 空調システム概念図

Fig.2 Concept of Air conditioning system

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大成建設技術センター報 第 40 号(2007)

4.5 設備機器のユニット化

新築だけでなく，リニューアル工事にも容易に対応

出来るように，照明器具やスピーカー，火災報知器な

ど，設備機器を空調ダクトユニットと一体化すること

により施工の簡略化を図れるように配慮した。

5. 実大実験 5.1 実大実験概要

技術センター内空調システム実験室に空調ダクト及

び，吹出ユニット，机を配置し，人体位置での温度と

気流分布を測定した。図-3 に測定状況を示す。吹出口

から座っている人の頭までの高さは 1200mm にセット

した。温度と気流は 300mm 間隔で 1200mm×1200mm×1200mm の範囲を測定した。なお，測定は人が居な

い状態で行った。 実験ケースを表-2 に示す。ケース 1，2 は吹出気流を

人に向け，風量を変えた場合，ケース 3，4 は風量を同

じにして風向を変えた場合である。

図-3 実験風景

Fig.3 Experiment scene

表-2 実験ケース

Table 2 Experimental condition

ケース 風 量 風 向

1 強風モード（150 m3/h） 人体

2 弱風モード（120 m3/h） 人体

3 微風モード（90 m3/h） 人体前(机上)

4 微風モード（90 m3/h） 人体後ろ

5.2 実験結果

図-4 に人体廻りの温度と気流分布の計測結果、およ

び人体中心における PMV の算出値を示す。

気温分布 風速分布

１

強風モード

PMV=-0.65（人体中心θ=26.5℃，v=0.8m/s）

２

弱風モード

PMV=-0.30（人体中心θ=27.0℃，v=0.6m/s）

３

微風モード

気流人体前

PMV=+0.38（人体中心θ=27.5℃，v=0.2m/s）

４

微風

モード

気流人体後 PMV=+0.73（人体中心θ=28.0℃，v=0.1m/s）

0.0 1.0 （m/s）

25 29（℃）

27

0.5

【PMV 算出条件】

温度θ・気流 v：実測値，湿度：50％，放射温度：28℃

代謝量：1.1MET， 着衣量：clo

吹出ユニット

吹出気流 19℃

FL+1200

FL+900

FL+600

測定高さ

図-4 気温分布と気流分布測定結果

Fig.4 Contour of Temperature and velocity

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【ケース 1（強風モード・風向人体）】 温度は頭部では 26.0℃，上半身では 26.5℃，足元では

27.0℃であった。風速は頭部から上半身では 0.8m/s，足元では 0.4m/s であった。この結果から，体の中心で

の PMV は-0.65 になり，やや涼しい範囲になることが

わかった。このモードは屋外から執務室に戻ったばか

りの代謝量が多い過渡的な状態に適している。 【ケース 2（弱風モード・風向人体）】 温度は頭部では 26.0℃，上半身では 26.5～27.0℃，足

元では 27.0℃であった。風速は頭部では 0.8m/s，上半

身では 0.4～0.6m/s，足元では 0.2m/s であった。この結

果から，体の中心での PMV は-0.30 となり，涼しい側

の快適範囲になることがわかった。このモードは執務

中に涼しさを求める時に適している。 【ケース 3（微風モード・風向人体前）】 温度は体全体で 27.0～27.5℃であった。風速は顔付近

では 0.5m/s，机の上に置いている腕の付近で 0.3m/s，足元では 0.2m/s であった。この結果から，体の中心で

の PMV は+0.38 の快適範囲となり，従来の空調よりも

若干温度が高いものの，気流感により温冷感が調整さ

れていることがわかった。このモードは通常の執務に

適している。 【ケース 4（微風モード・風向人体後ろ）】 温度は頭部から上半身で 28.0℃，足元で 27.0～27.5℃であった。風速は体全体で 0.1m/s であった。吹出し気

流は人体に当たらず背面で床付近に到達している。人

体の背面の空間で 25.0～27.0℃，0.3～0.8m/s であった。

この結果から，体の中心での PMV は+0.73 になり，快

適域よりもやや暖かい状態になることがわかった。こ

のモードはやや暖かい状態を好む人の通常の執務に適

している。 以上のように同じ吹出温度でも，風量と風向を調節

することにより PMV は-0.65 から+0.73 に変えることが

出来た。このことから，吹出ユニットは個人の好みや

代謝量に応じて温熱環境を調整できることがわかった。

6. 適用建物でのシステム概要

今回開発したパーソナル空調システムは，当社技術

センターリニューアル工事にて研究者の執務空間に適

用された。図-5 に適用した建物での室内の写真を，図-6 に空調システム平面図を示す。技術センターでは実

験棟での実験や会議，外勤などで在席率が低いことが

多いため，本システムの特徴を活かした省エネルギー

効果が期待される。

黄色丸内：パーソナル吹出口

図-5 技術センターにおける適用例

Fig.5 Application for Taisei Technology Center

図-6 技術センターの空調システム平面図

Fig.6 HVAC system plan in Taisei Technology center

7. まとめ

快適性と省エネルギー性の向上を目的に，天井吹出

型のパーソナル空調システムを開発した。実大実験の

結果，やや涼しい環境からやや暖かい環境を作れるこ

とがわかった。今後，本システムを適用した当社技術

センターで性能を検証する計画である。

参考文献

1) 三村良輔，秋元孝之ら：非等温気流タスク空調に関する

研究，空気調和・衛生工学会大会論文集，pp.181-184，2007.

2) 楊霊，加藤信介ら：パーソナル空調機を用いた自然換気

併用空調オフィスに関する研究（その 14），空気調和・衛

生工学会大会論文集，pp.1065-1068，2006. 3) 流田慎也，田辺新一ら：タスク・アンビエント空調シス

テムに関する研究（その 28），日本建築学会大会学術講演

梗概集，pp.1021-1022，2006. 4) 中原信生：空調システムの最適設計，名古屋大学出版会，

1997.

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