放射暖房と冷房

内部冷暖房コンクリートスラブ天井を備えた部屋の断面図
内部冷暖房コンクリートスラブ天井を備えた部屋の断面図

放射暖房・冷房は、暖房または冷房の対象となる環境と対流と放射の両方によって熱交換を行うHVAC技術のカテゴリーです。放射暖房・冷房には、「放射天井パネル」 [ 1 ] 、 「埋め込み式表面システム」[ 1 ] 、 「熱活性建築システム」[ 1 ] 、赤外線ヒーターなど、多くのサブカテゴリーがあります。一部の定義によれば、環境との熱交換の50%以上が放射による場合のみ、このカテゴリーに含まれるとされています。[ 2 ]そのため、ラジエーターやチルドビーム（放射伝熱を伴う場合もある）などの技術は、通常、放射暖房・冷房とはみなされません。このカテゴリー内では、高温放射暖房（放射源温度が300°Fを超える機器）と、より中程度の放射源温度を持つ放射暖房・冷房を区別することが実用的です。この記事では、主に屋内環境の暖房または冷房に使用される、中程度の放射源温度を持つ放射暖房・冷房について扱います。中温放射暖房・冷房は、通常、比較的広い面積を水暖房または電気で内部加熱・冷却するシステムです。高温の屋内または屋外放射暖房については、「赤外線ヒーター」をご覧ください。融雪用途については、「融雪システム」をご覧ください。

歴史

放射暖房と放射冷房は、もともと別々のシステムでしたが、現在では似たような形態になっています。放射暖房はアジアとヨーロッパで長い歴史を持っています。最も古いシステムは紀元前5000年頃、中国北部と朝鮮半島で発見されています。考古学的発見によると、古代中国の住宅にはカンとディカンと呼ばれる、暖房されたベッドと床が使われていました。カンは紀元前11世紀に「乾かす」という意味で始まり、後に暖房されたベッドへと進化し、ディカンはこの概念を暖房された床へと発展させました。韓国では、 「温かい石」を意味するオンドルシステムが採用され、床下の煙道から台所のかまどから出る煙を導き、平らな石を加熱して上の部屋に熱を放射していました。時が経つにつれ、オンドルシステムは石炭を使用するようになり、20世紀には水を使用するシステムへと移行し、韓国の建物では今でも一般的な暖房システムとなっています。[ 3 ]

ヨーロッパでは、紀元前3世紀頃に開発されたローマのハイポコーストシステムは、公衆浴場や別荘で床下や壁の煙突に接続された炉を使用して温風を循環させる初期の放射暖房方法でした。この技術はローマ帝国中に広まりましたが、帝国の崩壊後に衰退し、中世にはより単純な暖炉に取って代わられました。この時期には、オーストリアとドイツのカヘロフェンなどのシステムで、効率的な熱の蓄積と分配に蓄熱体が使用されていました。18世紀には、効率的な熱分配のための加熱された煙突などの蓄熱技術の進歩と、材料がどのように熱を保持および伝達するかについての理解が深まったことに牽引されて、放射暖房はヨーロッパで再び使用されるようになりました。19世紀初頭には、温水パイプを埋め込んだ水ベースのシステムが開発され、熱伝達によって室内の快適さを提供する現代の放射暖房への道を開きました。[ 4 ]

放射冷房にも歴史がある。8世紀、メソポタミアの建築家たちは雪を積もらせた壁を使って屋内を冷やしていた。この概念は20世紀にヨーロッパで水冷システムとして再浮上し、冷水管を建物に埋め込んで熱を吸収・放散し、冷房負荷に対応していた。[ 4 ] [ 5 ]放射冷房は1990年代に床冷房が導入されたことで、より広く採用されるようになった。[ 6 ]今日、現代の放射冷房システムは通常、効率的な熱伝達のための熱媒体として水を使用し、住宅、商業ビル、工業ビルで広く採用されている。エネルギー効率、静音性、温熱快適性を高める可能性が高く評価されているが、[ 7 ]その性能は設計や用途によって異なり、継続的な議論につながっている。[ 8 ]

輻射暖房

電気赤外線ハロゲンヒーター
ガス燃焼パティオヒーター

放射暖房は、屋内および屋外の暖房技術です。放射エネルギーによる暖房は日常的に見られ、最もよく見られる例としては太陽光の暖かさが挙げられます。技術としての放射暖房は、より狭義に定義されます。放射暖房とは、放射熱の原理を意図的に利用し、放射熱源から物体へ放射エネルギーを伝達する方法です。放射暖房を用いた設計は、従来の対流暖房の代替として、また限られた屋外空間への暖房供給手段 としても捉えられています。

屋内

熱エネルギーは、床、壁、頭上のパネルなどの大きな発熱体、あるいは小さな発熱体から放射され、空気を直接暖めるのではなく、室内の人や物を暖めます。輻射暖房の建物では、従来の暖房の建物と比べて、体感温度が実質的に同じになるように調整することで、同じレベルの快適さを実現するために、室内の空気温度が低くなる場合があります。輻射暖房システムの主な利点の一つは、室内の空気循環が大幅に減少し、それに伴う空気中の粒子の拡散が抑えられることです。

放射暖房システムは次のように分けられます。

床暖房システムと壁暖房システムは、低温システムと呼ばれることがよくあります。他のシステムに比べて加熱面積がはるかに大きいため、同じレベルの熱伝達を得るために必要な温度ははるかに低く、水暖房システムはヒートポンプと併用するのに最適です。加熱面積の最高温度は、部屋のタイプによって29～35℃（84～95°F）の範囲で変化します。天井輻射パネルは、主に生産施設や倉庫施設、スポーツセンターで使用されます。床から数メートルの高さに吊り下げられ、表面温度が高くなります。中型で中温の電気パネルは、住宅の壁や天井に設置することもできます。

固体、液体、気体燃料、あるいは電気で動く暖炉やヒーターは、一般的に明るい赤色から黄色に輝きます。これはポータブル機器にも当てはまりますが、触媒ヒーターなど、一部の機器は目立ちにくい鈍い赤色に輝くことがあります。単独の設備や機器は、主に片側から人や動物を暖めますが、ある程度は反対側の面も暖めます。

これらのシステムはすべて、空気暖房システムよりも循環が少なく、気温が低く、湿度が高い室内環境を実現します。これは特に短期使用の場合にエネルギーを節約し、場合によってはより健康的になります。

屋外

屋外を暖房する場合、周囲の空気は常に動いています。対流加熱に頼ることは、ほとんどの場合現実的ではありません。なぜなら、外気を暖めると、空気の流れに流されてしまうからです。無風の状態でも、浮力効果によって熱気が運び去られます。屋外輻射ヒーターは、屋外エリア内の特定の空間をターゲットにし、その経路にある人や物だけを暖めることができます。輻射暖房システムには、ガス燃焼式と電気式赤外線発熱体を使用するものがあります。天井式輻射ヒーターの例として、屋外でよく使用されるパティオヒーターがあります。上部の金属円盤が輻射熱を狭い範囲に反射します。

放射冷却

放射冷房は、冷却された表面を使用して、主に放射によって顕熱を除去し、対流などの他の方法は二次的にのみ使用します。放射面を冷却するために水を使用する放射システムは、ハイドロニックシステムの例です。冷却された空気のみを循環させる「全空気式」空調システムとは異なり、ハイドロニック放射システムは、建物の床または天井に特別に取り付けられたパネルを通るパイプで冷却された水を循環させ、快適な温度を提供します。換気、除湿、および場合によっては追加の冷却用の空気を供給する別のシステムがあります。[ 9 ]放射システムは、冷房では全空気式システムほど一般的ではありませんが、いくつかの用途では全空気式システムに比べて利点があります。[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

冷却プロセスの大部分は、空気ではなく人や物体との放射交換による顕熱の除去によって行われるため、空気冷却システムよりも高い室内温度で居住者の温熱的快適性を実現できます。放射冷却システムは、冷却エネルギー消費量の削減につながる可能性があります。[ 10 ]居住者、浸入、プロセスからの潜熱負荷（湿度）は、通常、独立したシステムで管理する必要があります。放射冷却は、望ましい室内空気温度と冷却面の温度差が小さいことが必要であるため、夜間フラッシング、間接蒸発冷却、地中熱ヒートポンプなどの他のエネルギー効率の高い戦略と統合することもできます。[ 13 ]

受動的な日中放射冷却では、大気が異常に透明な赤外線大気窓（IR AUTHORIZE）で蛍光を発する物質を使用し、そのエネルギーを宇宙空間に直接放出します。これにより、直射日光下でも熱蛍光物体を周囲温度より低い温度まで冷却することができます。[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]

利点

ローレンス・バークレー国立研究所が実施した調査によると、放射冷房システムは従来の冷房システムよりエネルギー消費量が少ない。放射冷房によるエネルギー節約量は気候に左右されるが、米国全土で平均すると、従来のシステムに比べて30%程度節約できる。涼しく湿気の多い地域では17%、暑く乾燥した地域では42%の節約になる可能性がある[ 10 ] 。高温多湿の気候では、顕熱を除去することによる冷却の割合が最も高いため、放射冷房に最も有利である。この調査は参考になるが、シミュレーションツールや統合システムアプローチの限界を考慮するには、さらに調査を行う必要がある。エネルギー節約の大部分は、ファンで空気を分配する場合と比べて、水を汲み上げるのに必要なエネルギー量が少ないことにも起因している。システムを建物の質量と結合させることで、放射冷房は一部の冷房を夜間のオフピーク時間帯に移行することができる。放射冷房は、従来のシステムに比べて初期コスト[ 17 ]とライフサイクルコストが低いと思われる。初期コストの低減は主に構造および設計要素との統合によるものであり、ライフサイクルコストの低減はメンテナンスの削減によるものです。しかし、VAV再熱とアクティブチルドビームおよびDOASの比較に関する最近の研究では、配管の追加コストによって初期コストが低減するという主張に疑問が投げかけられています[ 18 ]。

制限要因

放射冷却システムは、冷たい放射表面に結露が生じる可能性（水害やカビなどの原因となる）があるため、広く適用されてはいない。湿度による結露は、放射冷却システムの冷却能力を制限する要因である。表面温度は、空間内の露点温度以下であってはならない。一部の規格では、空間内の相対湿度を60%または70%に制限することを推奨している。気温が26℃（79°F）であれば、露点は17～20℃（63～68°F）になる。[ 13 ]ただし、短時間で表面温度を露点温度以下に下げても、結露が発生しない可能性があることを示す証拠がある。[ 17 ]また、除湿器やDOASなどの追加システムを使用すると、湿度を制限し、冷却能力を高めることができる。

放射システムの分類

暖房と冷房の両方を包含する放射システムは、強制空気システムに頼るのではなく、床、天井、壁などの表面を通して熱や冷気を直接伝達します。これらのシステムは、[ 19 ]熱活性化建築システム（TABS）、[ 20 ]埋め込み表面システム、および放射天井パネルの3つのタイプに大別されます。

チルドスラブ

スラブからの放射冷房は、床または天井から空間に供給できます。放射暖房システムは床に設置されることが多いため、当然ながら、冷却水にも同じ循環システムを使用するのが賢明です。場合によってはこの方法が理にかなっていますが、天井から冷房を供給することにはいくつかの利点があります。

まず、天井は床よりも室内に露出させやすいため、蓄熱効果を高められます。一方、床の場合は、カバーや家具がシステムの効果を低下させるという欠点があります。

2 番目に、暖かい空気が上昇すると、冷却された天井を通じて対流熱交換が増加し、冷却された表面と接触する空気が増えます。

床からの冷房は太陽光の浸透による太陽熱の取得量が多い場合に最も効果的です。なぜなら、冷たい床は天井よりも簡単に負荷を取り除くことができるからです。[ 13 ]

チルドスラブはパネルに比べて熱容量が大きいため、外気温の日変化をより有効に活用できます。チルドスラブは単位面積あたりのコストが低く、構造物との一体性も優れています。

部分放射システム

チルドビームは、放射伝熱と対流伝熱を組み合わせたハイブリッドシステムです。純粋な放射伝熱ではありませんが、熱負荷の変動する空間に適しており、天井との一体化により柔軟な設置と換気が可能です。[ 9 ]

温熱快適性

作用温度は、対流と放射の両方の影響を考慮した温熱的快適性の指標です。作用温度とは、放射黒色の空間において、居住者が放射と対流によって実際の不均一環境と同等の熱交換を行う均一温度と定義されます。

放射システムでは、冷房の場合は全空気システムよりも高い室内温度で、暖房の場合は全空気システムよりも低い温度で、温熱的快適性が実現されます。[ 21 ] このように、放射システムは、望ましい快適レベルを維持しながら、建物の運用におけるエネルギー節約を達成するのに役立ちます。

放射型建物と全空気型建物の温熱快適性

建築環境センターの室内環境品質（IEQ）居住者調査を使用して放射空調と全空調の建物の居住者の満足度を比較した大規模な研究に基づくと、両方のシステムは音響満足度を含む同等の室内環境条件を作り出し、放射空調の建物では温度満足度が向上する傾向がある。[ 22 ]

放射温度の非対称性

放射温度非対称性は、小さな平面要素の対向する2つの面における放射温度の差として定義されます。建物内の居住者に関しては、表面の高温・低温や直射日光の影響で、身体周辺の熱放射場が不均一になり、局所的な不快感が生じる可能性があります。ISO 7730規格およびASHRAE 55規格は、放射温度非対称性に応じて不満足居住者の割合（PPD）の予測値を示し、許容限界を規定しています。一般的に、人々は垂直面の高温・低温による放射よりも、天井の高温による放射の非対称性に敏感です。放射温度非対称性による不満足割合の詳細な計算方法は、ISO 7730に記載されています。

設計上の考慮事項

具体的な設計要件は放射システムのタイプによって異なりますが、ほとんどの放射システムに共通する問題がいくつかあります。

  • 冷却用途において、放射システムは結露の問題を引き起こす可能性があります。設計においては、地域の気候を評価し、考慮する必要があります。湿度の高い気候では、空気の除湿が必要になる場合があります。
  • 多くの種類の放射システムは、巨大な建築要素を組み込んでいます。その熱質量は、システムの熱応答に影響を与えます。空間の運用スケジュールと放射システムの制御戦略は、システムの適切な機能に重要な役割を果たします。
  • 多くの種類の放射システムには硬い表面が組み込まれており、室内音響に影響を与えます。追加の音響ソリューションを検討する必要があるかもしれません。
  • 放射システムの音響影響を軽減する設計戦略の一つとして、自由吊り下げ音響雲の利用が挙げられます。オフィスルームにおける自由吊り下げ音響雲を用いた冷却実験では、天井面積の47%が雲で覆われている場合、雲の覆いによって冷却能力が11%低下することが示されました。冷却能力をわずかに低下させるだけで、良好な音響品質を実現できます。[ 23 ]音響雲と天井ファンを組み合わせることで、雲の存在によって引き起こされる放射冷却天井の冷却能力のわずかな低下を相殺し、冷却能力を向上させることができます。[ 23 ] [ 24 ]

制御戦略と考慮事項

暖房、換気、空調（HVAC）システムでは、空間に暖房または冷房を供給するための制御システムが必要です。適用される制御戦略は、使用されるHVACシステムの種類によって異なり、これらの戦略が最終的にシステムのエネルギー消費量を決定します。 [ 25 ]放射システムは、熱伝達メカニズムと結露の潜在的なリスクの点で他のHVACシステムとは異なり、これらの固有の特性に対処するためにカスタマイズされた制御戦略が必要です。

高熱容量に関する考慮事項

放射システムは、直接温風や冷風を送るのではなく、コンクリートスラブや天井などの構造要素を加熱または冷却することによって熱を伝達します。これらの要素は主に放射によって熱を放出します。応答時間、つまりシステムが設定温度に達するまでの時間は、材料の熱質量によって異なります。金属パネルなどの熱質量の低い材料は応答が速く、コンクリートスラブなどの熱質量の高い材料は応答が遅くなります。熱質量の高い要素と統合された場合、放射システムは温度調整の遅延による課題に直面します。この遅延により過剰調整が発生し、エネルギー消費が増加し、温度快適性が低下します。[ 26 ]この問題に対処するために、モデル予測制御（MPC）がよく使用され、将来の熱需要を予測し、熱供給を積極的に調整します。たとえば、MPC は、必要になる前にオフピーク時に熱を蓄えることにより、放射システムの熱質量を活用します。これにより、電気料金と都市の電力網負荷が低い夜間に動作を開始できます。さらに、夜間の空気の冷房は、空気源ヒートポンプなどの冷却機器の効率を向上させ、エネルギー利用をさらに最適化します。これらの戦略を採用することで、放射システムは熱質量の課題を効果的に克服し、日中の電力需要を削減し、電力系統の安定性を高め、運用コストを削減します。[ 27 ]

結露のリスクと軽減戦略

放射冷房システムでは、表面温度が周囲の空気の露点を下回ると結露が発生する可能性があります。結露は居住者の不快感を引き起こし、カビの繁殖を促進し、放射面を損傷する可能性があります。[ 28 ]特に湿度の高い気候では、暖かく湿った空気が開いた窓から入り込み、冷たい放射冷房面に接触するため、結露のリスクが高くなります。これを防ぐには、放射冷房システムと効果的な換気戦略を組み合わせて室内の湿度レベルを制御する必要があります。

ハイドロニック放射システム

放射冷却システムは通常、水暖房方式で、表面と熱接触するパイプ内を循環する水を用いて冷却します。通常、循環水の温度は、目標室内空気温度より2～4℃低く設定するだけで十分です。[ 13 ]冷却対象表面で吸収された熱は、水暖房回路を流れる水によって除去され、暖められた水はより冷たい水と入れ替わります。

建物構造における配管の位置に応じて、温水暖房システムは主に 4 つのカテゴリに分類できます。

  • 埋め込み表面システム：表面層内に埋め込まれたパイプ（構造物内ではない）
  • 熱アクティブ建築システム（TABS）：建物構造（スラブ、壁）に熱的に結合され埋め込まれたパイプ[ 29 ]
  • 毛細管表面システム：内部の天井/壁面の層に埋め込まれたパイプ
  • 放射パネル：金属パイプがパネルに組み込まれている（構造物の内部ではない）。熱媒体は表面に近い。

タイプ（ISO 11855）

ISO 11855-2規格[ 30 ]は 、埋設型水冷暖房システムおよびTABSに焦点を当てています。この規格では、構造の詳細に応じて、これらのシステムを7つの異なるタイプ（タイプAからG）に分類しています。

  • タイプA：スクリードまたはコンクリートにパイプを埋め込んだタイプ（「ウェット」システム）
  • タイプB：スクリードの外側にパイプを埋め込んだタイプ（断熱層内、「ドライ」システム）
  • タイプCは、整地層にパイプが埋め込まれ、その上に2番目のスクリード層が配置されます。
  • タイプDには、平面断面システム（押し出しプラスチック/毛細管グリッドのグループ）が含まれます。
  • 巨大なコンクリート層にパイプを埋め込んだタイプE
  • タイプF：毛細管が天井内部の層に埋め込まれているか、石膏の別の層として埋め込まれている
  • 木製床構造にパイプを埋め込んだタイプG
放射埋め込み表面システムの断面図（ISO 11855、タイプA）
放射埋め込み表面システムの断面図（ISO 11855、タイプB）
放射埋め込み表面システムの断面図（ISO 11855、タイプG）
熱活性化建築システムの断面図（ISO 11855、タイプE）
放射毛細管システムの断面図（ISO 11855、タイプF）
放射パネルの断面図

エネルギー源

放射システムは低エクセルギーシステムと関連している。低エクセルギーとは、「低品質エネルギー」（つまり、有用な仕事をする能力がほとんどない分散エネルギー）を利用できる可能性を指す。暖房と冷房はどちらも、原理的には周囲環境に近い温度レベルで得られる。温度差が小さいためには、例えば天井や床暖房システムに適用されるような比較的大きな表面で熱伝達が行われる必要がある。[ 31 ] 低温加熱と高温冷却を使用する放射システムは、低エクセルギーシステムの典型的な例である。地熱（直接冷却/地熱ヒートポンプ暖房）や太陽熱温水などのエネルギー源は、放射システムと互換性がある。これらのエネルギー源は、建物の一次エネルギー使用の点で大幅な節約につながる可能性がある。

放射冷却を採用した商業ビル

放射冷却を採用している有名な建物としては、バンコクのスワンナプーム国際空港[ 32 ]、ハイデラバードのインフォシスソフトウェア開発ビル1、インド工科大学ハイデラバード校[ 33 ]、サンフランシスコ・エクスプロラトリアム[ 34 ]などがある。また、放射冷却は多くのゼロネットエネルギービルでも採用されている。[ 35 ] [ 36 ]

建物とシステムの情報
建物 年 国 市 建築家 放射システム設計 放射システムカテゴリー
ブレゲンツ美術館1997オーストリアブレゲンツピーター・ズントーマイヤーハンス+パートナー熱活性化建築システム
スワンナプーム空港2005タイバンコクマーフィー・ヤーントランスソーラーとIBE埋め込み表面システム
ツォルフェライン学校2006ドイツエッセンサナアトランスソーラー熱活性化建築システム
クラーチェク情報コモンズ、ロヨラ大学シカゴ校2007アメリカ合衆国シカゴ、イリノイ州ソロモン・コードウェル・ブエンツトランスソーラー熱活性化建築システム
チューレーン大学ラビン・バーニックセンター2007アメリカ合衆国ニューオーリンズ、ルイジアナ州ヴァジトランスソーラー放射パネル
デビッド・ブラウアー・センター2009アメリカ合衆国カリフォルニア州バークレーダニエル・ソロモン・デザイン・パートナーズインテグラルグループ熱活性化建築システム
マニトバ・ハイドロ2009カナダウィニペグ、マニトバ州KPMBアーキテクツトランスソーラー熱活性化建築システム
クーパーユニオン2009アメリカ合衆国ニューヨーク、ニューヨーク州モーフォシス・アーキテクツIBE / シスカ・ヘネシー・グループ放射パネル
エクスプロラトリアム（桟橋15～17）2013アメリカ合衆国サンフランシスコ、カリフォルニア州EHDDインテグラルグループ埋め込み表面システム
フェデラルセンターサウス 2012 アメリカ合衆国 シアトル、ワシントン州 ZGFアーキテクツ WSP フラック+カーツ 放射パネル
ベルチ学校リビングサイエンス棟 2010 アメリカ合衆国 シアトル、ワシントン州 KMDアーキテクツ 急ぐ 熱活性化建築システム
UW分子工学ビル 2012 アメリカ合衆国 シアトル、ワシントン州 ZGFアーキテクツ 提携エンジニア 埋め込み表面システム
ファーストヒルストリートカーオペレーション 2014 アメリカ合衆国 シアトル、ワシントン州 ウォーターリーフ・アーキテクチャー LTKエンジニアリング 熱活性化建築システム
ブリットセンター2013 アメリカ合衆国 シアトル、ワシントン州 ミラー・ハル・パートナーシップ PAEエンジニアリング 埋め込み表面システム
ジョン・プレーリー・オペレーションズ・センター 2011 アメリカ合衆国 シェルトン、ワシントン州 TCFアーキテクチャ インタフェース 埋め込み表面システム
フロリダ大学レイクノナ研究センター 2012 アメリカ合衆国 フロリダ州オーランド HOK提携エンジニア 放射パネル
ウィリアム・ジェファーソン・クリントン大統領図書館 2004 アメリカ合衆国 リトルロック、アーカンソー州 ポルシェク・パートナーシップ WSP フラック+カーツ / クロムウェル 熱活性化建築システム
ハンター美術館 2006 アメリカ合衆国 チャタヌーガ、テネシー州 ランドール・スタウト IBE 埋め込み表面システム
HOKセントルイスオフィス 2015 アメリカ合衆国 ミズーリ州セントルイス HOKHOK放射パネル
ジョージア工科大学カーボンニュートラルエネルギーソリューション研究所 2012 アメリカ合衆国 アトランタ、ジョージア州 HDRアーキテクチャ HDRアーキテクチャ 熱活性化建築システム
ロンドン市庁舎（ニューハム）、ザ・クリスタル。 2012 イギリス ロンドン ウィルキンソンエアアラップ
梨花女子大学梨花キャンパスコンプレックス 2008 韓国 ソウル ドミニク・ペロー、BAUM Architects HIMEC 熱活性化建築システム

物理

熱放射は、固体、液体、または気体の温度の結果として放出される電磁波の形のエネルギーです。 [ 37 ] 建物では、2 つの内部表面 (または表面と人) 間の放射熱の流れは、熱を放出する表面の放射率と、この表面と室内の受容表面 (物体または人) との間の視野係数の影響を受けます。 [ 38 ]熱 (長波) 放射は光速で直線的に進みます。[ 9 ]反射されることがあります。建物内の人、機器、表面は熱放射を吸収すると温まりますが、放射が通過する空気を著しく温めることはありません。[ 9 ]つまり、物体、居住者、機器、照明の温度が冷却される表面よりも高く、冷却される表面の直接的または間接的な視線内にある限り、熱は空間内の物体、居住者、機器、照明から冷却される表面に流れます。空気が冷却された表面に接触すると空気の温度が下がるため、 対流によって一部の熱も除去されます。

放射による熱伝達は絶対表面温度の 4 乗に比例します。

物質の放射率（通常εまたはeと表記される）は、その表面が放射によってエネルギーを放出する相対的な能力である。黒体の放射率は1であり、完全反射体の放射率は0である。[ 37 ]

放射伝熱において、形態係数は、ある物体（人または表面）から放射され、別の物体に衝突する放射の相対的な重要性を、周囲の他の物体を考慮して定量化する。囲まれた空間内では、表面から放射される放射は保存されるため、ある物体に関連するすべての形態係数の合計は1となる。部屋の場合、放射面と人の形態係数は、それらの相対的な位置に依存する。人は頻繁に位置を変え、部屋には同時に複数の人が居る可能性があるため、全方向人体図を使用することができる。[ 39 ]

熱応答時間

応答時間 (τ95) は、時間定数とも呼ばれ、放射システムの動的熱性能を分析するために使用されます。放射システムの応答時間は、システムの制御のステップ変更が入力として適用されたときに、放射システムの表面温度が最終値と初期値の差の 95% に到達するのにかかる時間として定義されます。[ 40 ]これは主にコンクリートの厚さ、配管間隔、そしてそれほどではないがコンクリートの種類の影響を受けます。配管の直径、室内の動作温度、供給水の温度、および水の流れの状態には影響されません。応答時間を使用して、放射システムを高速応答 (τ95 < 10 分、RCP など)、中程度の応答 (1 時間 < τ95 < 9 時間、タイプ A、B、D、G など)、および低速応答 (9 時間 < τ95 < 19 時間、タイプ E およびタイプ F など) に分類できます。[ 40 ]さらに、床輻射システムと天井輻射システムは、室内の熱環境や配管の埋め込み位置によって熱伝達係数が異なるため、応答時間が異なります。

放射によって熱を交換する他のHVACシステム

暖炉と薪ストーブ

暖炉は輻射暖房を提供しますが、同時に冷気も取り込みます。A: 隙間風の入る部屋では、燃焼用の空気は屋外から取り込まれます。B: 高温の排気ガスは煙突から排出される際に対流によって建物を暖めます。C: 輻射熱は主に高温の炎から発生し、吸収される際に暖められます。

参照

参考文献

  1. ^ a b c ISO. (2012). ISO 11855:2012—建物環境設計-埋め込み型放射暖房・冷房システムの設計、寸法決定、設置及び制御. 国際標準化機構.
  2. ^ ASHRAEハンドブック HVACシステムおよび機器 第6章 パネル暖房・冷房、アメリカ暖房冷房協会、2012年
  3. ^ Bean, R.; Olesen, BW; Kim, KW (2010). 「パート1：放射暖房・冷房システムの歴史」 ASHRAE Journal , 52(1), 40-42, 44, 46-47. ProQuestより引用.
  4. ^ a b Bean, R.; Olesen, BW; Kim, KW (2010). 「パート2：放射暖房・冷房システムの歴史」. ASHRAE Journal , 52(2), 50-55. ProQuestより取得.
  5. ^ Giesecke, Frederick E. (1947). 「第24章 放射冷房」 .温水暖房と放射暖房・放射冷房. オースティン、テキサス州: Technical Book Company. 24-6. チューリッヒで最初に放射冷暖房システムを備えた大規模建物は、ジェルモリ百貨店（図24-1）です。この店舗の最初の部分は1899年から1932年にかけて建設され、低圧蒸気を用いた標準的なラジエーター暖房システムを備えていました。最新の部分は1933年から1937年にかけて建設され、放射冷暖房システムを備えています。…アルボンのザウラー社管理棟とバーゼルの市立病院は、最近放射冷房システムを備えた重要な建物です。
  6. ^ Olesen, Bjarne W. (2012年2月). 「建物の質量を利用した暖房・冷房のためのサーモアクティブビルディングシステム」(PDF) . ASHRAE Journal . 第54巻第2号. アトランタ、ジョージア州 (米国): ASHRAE . 2017年11月20日閲覧.
  7. ^ Rhee, Kyu-Nam; Kim, Kwang Woo (2015). 「建築環境における放射暖房・冷房システムの基礎研究と応用研究の50年レビュー」 . Building and Environment . 91 : 166–190 . doi : 10.1016/j.buildenv.2015.03.040 .
  8. ^ Rhee, KN.; Olesen, BW; Kim, KW (2017). 「放射暖房・冷房システムに関する10の疑問」. Building and Environment . 112 : 367–381. doi:[10.1016/j.buildenv.2016.11.030]( https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2016.11.030 ).
  9. ^ a b c d ASHRAEハンドブック. HVACシステムおよび機器. 第6章 パネル暖房および冷房設計. ASHRAE. 2016.
  10. ^ a b c Stetiu, Corina (1999年6月). 「米国の商業ビルにおける放射冷却システムのエネルギーとピーク電力削減の可能性」 . Energy and Buildings . 30 (2): 127– 138. doi : 10.1016/S0378-7788(98)00080-2 .
  11. ^ Higgins C, Carbonnier K (2017年6月).放射冷暖房システムを備えた商業ビルのエネルギー性能（レポート）. pp.  9– 12. 2017年11月8日閲覧。
  12. ^ Karmann, Caroline; Schiavon, Stefano; Bauman, Fred (2017年1月). 「放射式システムと全空気式システムを用いた建物の温熱快適性：批判的文献レビュー」 . Building and Environment . 111 : 123– 131. doi : 10.1016/j.buildenv.2016.10.020 .
  13. ^ a b c d Olesen, Bjarne W. (2008年9月). 「ハイドロニック床冷房システム」. ASHRAE Journal .
  14. ^ Raman, Aaswath P.; Anoma, Marc Abou; Zhu, Linxiao; Rephaeli, Eden; Fan, Shanhui (2014年11月). 「直射日光下における周囲温度以下の受動放射冷却」. Nature . 515 (7528): 540– 544. Bibcode : 2014Natur.515..540R . doi : 10.1038 / nature13883 . ISSN 1476-4687 . PMID 25428501. S2CID 4382732 .   
  15. ^ Burnett, Michael (2015年11月25日). 「パッシブ放射冷却」 . large.stanford.edu .
  16. ^ Berdahl, Paul; Chen, Sharon S.; Destaillats, Hugo; Kirchstetter, Thomas W.; Levinson, Ronnen M.; Zalich, Michael A. (2016年12月). 「太陽光にさらされた物体の蛍光冷却 ― ルビーの例」 .太陽エネルギー材料と太陽電池. 157 : 312– 317. doi : 10.1016/j.solmat.2016.05.058 .
  17. ^ a b Mumma, SA (2002). 「専用外気システムと並列の冷房天井：結露、容量、コストに関する懸念への対応」ASHRAE Transactions . 108 (2): 220– 231.
  18. ^スタイン、ジェフ、スティーブン・T・テイラー (2013). 「VAV再熱とアクティブチルドビームおよびDOASの比較」ASHRAEジャーナル. 55 (5): 18– 32.
  19. ^ Babiak, J.; Olesen, BW; Petras, D.; 欧州暖房空調協会連合 (2007). 「低温暖房と高温冷房：埋め込み型水ベース表面暖房・冷房システム」Rehva.
  20. ^ Gwerder, M.; B. Lehmann; J. Tödtli; V. Dorer; F. Renggli (2008年7月). 「熱活性化建築システム（TABS）の制御」. Applied Energy . 85 (7): 565– 581. doi : 10.1016/j.apenergy.2007.08.001 .
  21. ^ ISO 11855-1. 建築環境設計 - 放射暖房冷房システムの設計、施工、運用 - パート1、ISO、2012
  22. ^ Karmann, Caroline; Schiavon, Stefano; Graham, Lindsay T.; Raftery, Paul; Bauman, Fred (2017年12月). 「60の放射空調ビルと全空気空調ビルにおける温度と音響満足度の比較」 . Building and Environment . 126 : 431–441 . doi : 10.1016/j.buildenv.2017.10.024 . ISSN 0360-1323 . 
  23. ^ a b Karmann, Caroline; Bauman, Fred S.; Raftery, Paul; Schiavon, Stefano; Frantz, William H.; Roy, ​​Kenneth P. (2017年3月). 「自由懸垂音響雲を有する放射スラブシステムの冷却能力と音響性能」 . Energy and Buildings . 138 : 676–686 . doi : 10.1016/j.enbuild.2017.01.002 . ISSN 0378-7788 . 
  24. ^ Karmann, Caroline; Bauman, Fred; Raftery, Paul; Schiavon, Stefano; Koupriyanov, Mike (2018年1月). 「音響雲量と空気移動が放射冷房天井の冷却能力に及ぼす影響」 . Energy and Buildings . 158 : 939–949 . doi : 10.1016/j.enbuild.2017.10.046 . ISSN 0378-7788 . 
  25. ^ヴァヒド、ヴァキロロアヤ;サマリ、ビジャン。ファカール、アフマド。ピシュガダム、カンビズ (2014)。「HVAC のエネルギー節約のためのさまざまな戦略のレビュー」。エネルギー変換と管理。77 : 738–754。土井: 10.1016/j.enconman.2013.10.023。
  26. ^ Zhang, Chen; Pomianowski, Michal; Heiselberg, Per Kvols; Yu, Tao (2020). 「換気システムを備えた統合放射冷暖房のレビュー - 温熱的快適性と室内空気質」 . Energy and Buildings . 223 110094. doi : 10.1016/j.enbuild.2020.110094 .
  27. ^ Carnieletto, Laura; Kazanci, Ongun B.; Olesen, Bjarne W.; Zarrella, Angelo; Pasut, Wilmer (2024). 「エネルギー生成と放射システムの統合：プラスエネルギービルの課題と可能性」 . Energy and Buildings . 325 114965. doi : 10.1016/j.enbuild.2024.114965 . hdl : 10278/5082202 . ISSN 0378-7788 . 
  28. ^ Psomas, Theofanis; Teli, Despoina; Langer, Sarka; Wahlgren, Paula; Wargocki, Pawel (2021). 「北部の気候における住宅の室内湿度と建物の特性、行動、健康との関係」 . Building and Environment . 198 107885. doi : 10.1016/j.buildenv.2021.107885 . ISSN 0360-1323 . 
  29. ^バビアク、ジャン;オレセン、ビャルネ W. Petras、Dusan (2007)、低温加熱と高温冷却: REHVA GUIDEBOOK No 7、REHVA
  30. ^ ISO 11855-2. 建築環境設計 - 放射暖房冷房システムの設計、施工、運用 - パート2、ISO、2012
  31. ^ニールセン、ラース・ソンダービー（2012）「持続可能な暖房と冷房のための建物統合システム設計」（PDF）、REHVAジャーナル：24– 27
  32. ^ Simmonds, P.; Holst, S.; Reuss, S.; Gaw, W. (2000年6月1日). 「放射冷却床を用いた大規模空間の空調と快適環境の維持」. ASHRAE Transactions: Symposia . ASHRAE Winter Meeting. ダラス、テキサス州（米国）：アメリカ暖房冷凍空調学会. pp.  695– 701. CiteSeerX 10.1.1.258.6616 . OSTI 20104826 .  
  33. ^ Sastry, Guruprakash; Rumsey, Peter (2014年5月). 「VAV vs. Radiant - side by side comparison」 . ASHRAE Journal . Atlanta, GA (USA): ASHRAE. 2017年11月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年11月8日閲覧。
  34. ^ Wenisch, Joseph; Gaunt, Lindsey (2015年春). 「Inspiring explorers - Case study: The Exploratorium」(PDF) . High Performing Buildings . Atlanta, GA (USA): ASHRAE. eISSN 1940-3054 . 2017年11月8日閲覧. 
  35. ^ 2016年ゼロネットエネルギービル一覧（報告書）New Buildings Institute、2016年10月13日、p.8 。 2017年11月8日閲覧。
  36. ^ Maor, Itzhak; Snyder, Steven C. (2016年秋). 「高性能ビルのケーススタディにおけるEUIに影響を与える要因の評価」 .高性能ビル. アトランタ、ジョージア州（米国）：ASHRAE. eISSN 1940-3054 . 2017年11月8日閲覧。 
  37. ^ a bオックスフォード・リファレンス、オックスフォード大学
  38. ^ Babiak, Jan (2007)、博士論文「低温暖房と高温冷房」、熱活性化建築システム、デンマーク工科大学建築サービス学部
  39. ^ ISO, EN. 7726. 温熱環境の人間工学 - 物理量測定機器、ISO、ジュネーブ、国際標準化機構、1998年
  40. ^ a b Ning, Baisong; Schiavon, Stefano; Bauman, Fred S. (2017). 「熱応答時間に基づく放射システムの設計と制御のための新しい分類スキーム」 . Energy and Buildings . 137 : 38– 45. doi : 10.1016/j.enbuild.2016.12.013 . ISSN 0378-7788 . S2CID 55499335 .  

さらに読む

  • ASHRAEハンドブック。HVACシステムおよび機器2012。第13章。温水暖房および冷房。
  • Kessling, W.、Holst, S.、Schuler, M. 新バンコク国際空港の革新的な設計コンセプト、NBIA。
  • Olesen, BW「水系システムによる放射暖房・冷房」デンマーク工科大学、国際室内環境・エネルギーセンター。
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Radiant_heating_and_cooling&oldid=1331832222」より取得