JP2004176983A

JP2004176983A - 床構造

Info

Publication number: JP2004176983A
Application number: JP2002342993A
Authority: JP
Inventors: Mikio Miyoshi; 三好　　幹夫; Daisuke Asagiri; 大介朝桐
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】床暖房を考慮し、さらに、空調温度をも考慮した床構造及び該床構造を有した建物を提供すること。
【解決手段】相転移温度が冬季の空調暖房時の室温（例えば、２２℃）よりも低い第１の蓄熱材Ｎ（例えば、１８℃±２℃）と、相転移温度が冬季の空調暖房時の室温（例えば、２２℃）よりも高く床暖房時の床温（例えば、３０℃）よりは低い第２の蓄熱材Ｈ（例えば、２８℃±２℃）とが混在された蓄熱層５を有し、この蓄熱層５の上下又は内部に床暖房の発熱層２が設けられている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、床暖房の施された床構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、住宅などにおいて、快適な室内空間を得るための蓄熱性を有する蓄熱建材が提案されている（例えば、特許文献１）。そして、この特許文献１では、低温用潜熱蓄熱材と高温用潜熱蓄熱材とが、それぞれ別個に、樹脂でカプセル化されて使用されている。
【０００３】
また、ヒーターとこのヒーターからの熱を蓄える潜熱蓄熱材とを備えた面状の床暖房装置が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３）。これらの特許文献に記載の床暖房装置では、深夜電力や太陽熱などにより供給された熱エネルギーを潜熱蓄熱材に蓄えて利用している。
【０００４】
【特許文献１】
特公平６−６８１９号公報
【特許文献２】
特開平５−２３１６５９号公報
【特許文献３】
特開平６−１２３４３４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の公報記載の蓄熱建材は冬季の太陽熱の蓄熱のみを目的とし、暖房及び冷房の双方を意識した蓄熱建材は提案されていない。また、この特許文献１で用いられる蓄熱材の相転移温度は高温用の場合にも高々２５℃未満である。
【０００６】
また、特許文献２及び３に記載の床暖房装置でも同様に夏季における冷房についての配慮が払われていない。また、これらの特許文献に記載の潜熱蓄熱材はヒータからの熱を直接蓄えるものであるので、その相転移温度が床暖房時の床温（一般に略３０℃）より遙かに高く設定（例えば、実施例では５２．２℃）されており、冬季の太陽熱などを含む空調暖房熱は蓄熱できない。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、床暖房を考慮し、さらに、空調温度をも考慮した床構造及び該床構造を有した建物を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、相転移温度が冬季の空調暖房時の室温（例えば、２２℃）よりも低い第１の蓄熱材（例えば、１８℃±２℃）と、相転移温度が冬季の空調暖房時の室温（例えば、２２℃）よりも高く床暖房時の床温（例えば、３０℃）よりは低い第２の蓄熱材（例えば、２８℃±２℃）とが混在された蓄熱層を有し、この蓄熱層の上下又は内部に床暖房の発熱層が設けられていることを特徴とする床構造である。
【０００９】
ここで、第２の蓄熱材の相転移温度が、夏季の冷房時の室温（例えば、２６℃）よりも高いことが好ましい。
【００１０】
このように構成すれば以下の作用効果を奏する。
１）冬季などに例えば温水式の床暖房を行った場合の床温度に依存する蓄熱；
温水式の床暖房では、床温が、例えば、３０℃程度に設定されているので、床暖房のスイッチがオンとなり、発熱層から発熱した熱が蓄熱層に伝わると、蓄熱層の温度は第１の蓄熱材の相転移温度（例えば、１８℃±２℃）及び第２の蓄熱材の相転移温度（例えば、２８℃±２℃）よりも上昇するので、双方の第１及び第２の蓄熱材ともに相転移を開始して発熱層から発生する熱を吸収して蓄熱する。
【００１１】
床暖房のスイッチがオフとなった場合には蓄熱層の温度の低下に伴って発熱層の温度が、例えば、２８℃±２℃よりも低下すると第２の蓄熱材から熱が放出される。
【００１２】
これにより、床暖房のスイッチがオフとなった場合には、床温は第２の蓄熱材の相転移温度（例えば２８℃±２℃）付近で放出される熱により温度の低下が抑制されて室内は快適な温度に保たれる。
【００１３】
さらに、床暖房のスイッチが長時間オフとなり、蓄熱層の温度が第１の蓄熱材の相転移温度（１８℃±２℃）よりも低下すると第１の蓄熱材から熱が放出され、床温の低下、ひいては室内の温度の低下が抑制される。
２）室温に依存する蓄熱；
例えば、夏季などに室内の冷房を行った場合、冷房がオン状態では、室内の温度は例えば、２６℃に制御されるが、この室内温度では、蓄熱層にある第２の蓄熱材の温度の相転移温度（例えば、２８℃±２℃）以下となるので、この第２の蓄熱材による相転移が開始して第２の蓄熱材による放熱が開始し冷房熱が蓄熱される。
【００１４】
この状態で冷房をオフとし、室内の温度がこの第２の蓄熱材の温度よりも上昇すると、蓄熱材の相転移が誘起されて蓄熱材からの吸熱が開始し、これにより、床温は第２の蓄熱材の相転移温度（例えば２８℃±２℃）付近で吸熱され温度の上昇が抑制されて室内は快適な温度に保たれる。
【００１５】
このような温度の上下が冷房によらずに昼間と夜間との温度差でも起こる。例えば、夏季などの夜間で室温が低下した場合に、第２の蓄熱材が放熱して冷房熱を蓄えているので、朝方から日中に掛けて室温が上昇した場合、この第２の蓄熱材が吸熱して室内の温度の上昇を抑制することができる。これにより、室温は快適に保たれる。
【００１６】
また、春季、秋季、冬季（暖房中を含む）等の季節で、外気温が上昇して（又は暖房がオンされて）室温が、例えば第１の蓄熱材の相転移温度（例えば、１８℃±２℃）を超えて、例えば、２２℃±２℃まで上昇するとこの第１の蓄熱材が相転移を起こして第１の蓄熱材による蓄熱が開始する。また、この第１の蓄熱材に蓄熱された状態で、外気温が下降して（又は暖房がオフされて）室温が、第１の蓄熱材の相転移温度（例えば、１８℃±２℃）を超えて低下するとこの第１の蓄熱材が相転移を起こして第１の蓄熱材による放熱が開始する。
【００１７】
これにより、冬季などで室温が極度に低下するのが抑制されて、室内は快適な温度に保たれる。
【００１８】
このような床構造は、Ｑ値（熱貫流率：熱損失係数（Ｗ／ｍ^２Ｋ））が１．７以下に設計された建物に適用されることにより、一層効率的に機能される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について市販の木質系のユニット建物を一例として本発明の効果を実証するためのシミュレーション計算を行った。
【００２０】
対象とした居室は、図１に示すように、５６００ｍｍ×３６００ｍｍのリビングダイニングＬＤである。このＬＤには、空調による暖房設備と空調による冷房設備と床暖房設備を備えている。床暖房設備は、床面の２０ｍ^２が蓄熱床敷設範囲とされている。また、この木質系のユニット建物のＱ値（熱貫流率：熱損失係数（Ｗ／ｍ^２Ｋ））は１．６である。
【００２１】
この床納まりの詳細は、図２に示すように、２×６材からなる根太１…間に深夜電力を利用したヒートポンプによって温水を供給することによりランニングコストを低く抑えた温水式の床暖房設備の発熱層２が敷設され、その上に厚み２０ｍｍのパーチクルボード３を介して厚み５．５ｍｍの合板４…間に厚み６ｍｍのアルミパック入りの蓄熱体（蓄熱層）５…が挿嵌され、その上に厚み１２ｍｍの乱尺（床板材）６が敷設されて構成されている。
【００２２】
蓄熱材５としては、マイクロカプセル化したものを袋状のアルミパックに入れ、真空吸引することで、平面的な形態を維持しやすくしている。ここで、蓄熱材としては、相転移温度が１８℃であるｎ−ヘキサデカン（化学式Ｃ_１６Ｈ_３４）及び相転移温度が２８℃であるｎ−オクタデカン（化学式Ｃ_１８Ｈ_３８）が、粒子径２０μｍ程度のマイクロカプセル内に充填されたものである。
【００２３】
本発明に係る蓄熱材では、これらの２種のマイクロカプセルがほぼ等量で混合されて厚さ４０μｍ程度のアルミシート袋の中に混合・密閉され、対照例に係る蓄熱材では、それぞれのマイクロカプセルが同量で同様にそれぞれ厚さ４０μｍ程度のアルミシート袋の中に密封されたものである。
【００２４】
このような蓄熱材の蓄熱量は７００ＫＪ／ｍ^２であり、乱尺６の下に、略６ｍｍ厚で敷設率８０％で敷設されている。
【００２５】
シミュレーションの計算パターンは次の３通りを想定した。
（１）は、冬の朝の保温性をシミュレーションするものであり、朝７時から夜の２３時の間の時間帯（暖房ＯＮ）を室内温度が２２℃となるようにオンオフ制御された空調暖房運転を行い、夜の２３時に空調暖房運転を全停止して翌朝の７時までの時間帯は空調暖房を停止している。
【００２６】
結果を図３及び図４に示した。ここで、図３（ａ）に室内温度の変化の状況を示し、図３（ｂ）に床温（床温度）の変化の状況を示し、図３（ｃ）はシミュレーション時の外気温度の変化である。また、第２日（１月２３日）〜第３日（１月２４日）に掛けての空調暖房の停止後のそれぞれの温度の低下の状況の詳細をそれぞれ、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示した。
（２）は、夏の夜のオーバーヒート防止をシミュレーションするものであり、朝７時から夕方６時（１８：００）の時間帯（冷房ＯＮ）の室内温度が２６℃となるようにオンオフ制御された空調冷房装置により空調冷房運転を行い、夕方６時から翌朝の７時の間の時間帯は空調冷房装置を完全停止し、室温及び床温度の変化を比較している。
【００２７】
結果を図５及び図６に示した。ここで、図５（ａ）に室内温度の変化の状況を示し、図５（ｂ）に床温（床温度）の変化の状況を示し、図５（ｃ）はシミュレーション時の外気温度の変化である。また、第１日（１月２３日）の正午から午後１２時に掛けての冷房時間帯から空調冷房停止後の時間帯に掛けてのそれぞれの温度の変化の状況の詳細をそれぞれ、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示した。
（３）は、冬の床暖房の保温性をシミュレーションするものであり、朝４時から７時までの間の廉価な深夜電力が利用できる時間帯を第１暖房時間帯（床暖房ＯＮ１）として床温度が３０℃となるようにオンオフ制御された床暖房運転を行い、朝の７時に暖房運転を一旦停止し、午後４時に再び深夜電力を利用して予め貯湯された貯湯タンクのお湯を利用した追焚により床温度が３０℃となるようにオンオフ制御された床暖房運転を行い、午後７時までの間を第２暖房時間帯（床暖房ＯＮ２）として暖房運転を行い、午後７時に暖房運転を全停止して翌朝の７時までの時間帯は床暖房停止時間帯としている。
【００２８】
結果を図７及び図８に示した。ここで、図７（ａ）に室内温度の変化の状況を示し、図７（ｂ）に床温（床温度）の変化の状況を示し、図７（ｃ）はシミュレーション時の外気温度の変化である。また、第２日（１月２３日）の午前０時から午後１２時までの終日のそれぞれの温度の低下の状況の詳細を図８（ａ）及び図８（ｂ）に示した。
【００２９】
図４〜図８、特に詳細に拡大した図４，図６，図８から明らかなように、いずれのシミュレーションにおいても、蓄熱材の効果が顕著に現れるのは、蓄熱材をミックスした本発明に従う場合であった。
【００３０】
すなわち、蓄熱体５を用いない場合（符号Ｎ）は、図４及び図８より明らかなように暖房停止後の床温及び室温の低下が激しく、また、図６より明らかなように冷房停止後の床温及び室温の上昇が激しかった。
【００３１】
また、１８℃の蓄熱材を単独で用いた場合（符号Ｌ）は、図３より暖房ＯＮにより室温が２２℃となっても蓄熱体５による吸熱のため床温度はすぐには上昇しないが、図４より明らかなように暖房停止後には蓄熱体５からの放熱により床温が比較的高温に保たれ、結果として室温の保持が良好であったが、図６より明らかなように冷房停止後の室温の上昇が蓄熱体を敷設しない場合と略同様に激しかった。この運転期間中に外気温度も含めて床温が２０℃よりも低下することがないので、この１８℃の蓄熱材を封入した蓄熱体５が機能しないのは当然である。
【００３２】
また、２８℃の蓄熱材を単独で用いた場合（符号Ｈ）は、図５に示すように、冷房ＯＮ時に床温の下降が遅れるが、これは蓄熱体５に冷房熱が蓄熱されるためである。これにより、図６より明らかなように冷房停止後の床温の上昇が抑制され、室温の保持は良好である。
【００３３】
しかし、図４及び図８より明らかなように暖房停止後の室温の低下が激しかった。これは、この期間中、床温及び外気温度が２５℃を超えることが無かったので、２８℃に相転移温度を有する蓄熱体５が機能しないのは当然である。
【００３４】
これに対して１８℃の蓄熱材と２８℃の蓄熱材を混合して用いた本発明に従う蓄熱体５を敷設した場合（符号ＬＨ）は、冷房及び暖房運転停止後のそれぞれの温度維持状況は何れも良好であった。床温が高い夏季や床暖房時のみならず、床温が低い冬季の空調暖房時にも本発明に従う蓄熱体５は有効に機能している。
【００３５】
すなわち、図３及び図４より明らかなように、冬季に空調暖房が開始されて室温が２２℃に保たれると、床温が２０℃近辺で蓄熱体５中の第１の蓄熱材Ｌに蓄熱（冷房熱；吸熱）される。暖房停止後にはこの第１の蓄熱材Ｌに蓄熱された熱が放出されて床温度の低下が少なく、結果として室温の低下も少ない。
【００３６】
また、図５及び図６より明らかなように、夏季に室内冷房により室温が最適の２６℃に保持された状態で、床に敷設された蓄熱体５中の第２の蓄熱材により冷房熱が蓄熱され、冷房停止後にこの第２の蓄熱材により吸熱されて床温の上昇が遅延され、結果として室温が２９℃を超えて上昇するのが抑制される。
【００３７】
また、図７及び図８より明らかなように、床暖房ＯＮ時に蓄熱体５中の第１及び第２の蓄熱材に蓄熱される。この間、蓄熱体の敷設されていない場合などに比べて室温の上昇には実質的に影響することはない。床暖房を停止後には、これらの蓄熱材がそれぞれ段階的に寄与して床温度の低下が抑制されて、結果として室温の低下が緩和される。
【００３８】
これにより、本発明に従う蓄熱体５を床暖房の発熱層の近辺に敷設することにより、空調により冷暖房及び床暖房運転時に暖房設備を停止後の床温及び室温の変化が抑制されて、快適に過ごすことができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明に従えば、床暖房を考慮し、さらに、空調温度をも考慮した床構造及び該床構造を有した建物を提供することができる、という実用的な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】シミュレーション計算に付されたリビングダイニングの状況を説明する間取り図である。
【図２】図１の床面の納まりを説明する部分切欠斜視図である。
【図３】冬の朝の保温性をシミュレーションした温度の経時的変化図であり、図３（ａ）は室内温度の変化の状況を示し、図３（ｂ）は床温度の変化の状況を示し、図３（ｃ）は外気温度の変化の状況を示している。
【図４】図３の第２日（１月２３日）〜第３日（１月２４日）に掛けての床暖房の停止後のそれぞれの温度の低下の状況を拡大して示す図であり、図４（ａ）は室内温度の変化の状況を示し、図４（ｂ）は床温度の変化の状況を示し、図４（ｃ）は外気温度の変化の状況を示している。
【図５】夏の夜のオーバーヒート防止の状況をシミュレーションした温度の経時的変化図であり、図５（ａ）は室内温度の変化の状況を示し、図５（ｂ）は床温度の変化の状況を示し、図５（ｃ）は外気温度の変化の状況を示している。
【図６】図５の第１日（１月２３日）の正午から午後１２時に掛けての冷房時間帯から冷房停止後の時間帯に掛けてのそれぞれの温度の変化の状況の詳細を拡大して示す図であり、図６（ａ）は室内温度の変化の状況を示し、図６（ｂ）は床温度の変化の状況を示し、図６（ｃ）は外気温度の変化の状況を示している。
【図７】冬の朝の床暖房の保温性をシミュレーションした温度の経時的変化図であり、図７（ａ）は室内温度の変化の状況を示し、図７（ｂ）は床温度の変化の状況を示し、図７（ｃ）は外気温度の変化の状況を示している。
【図８】図７の第２日（１月２３日）の午前０時から午後１２時までの終日のそれぞれの温度の低下の状況の詳細を拡大して示す図であり、図８（ａ）は室内温度の変化の状況を示し、図８（ｂ）は床温度の変化の状況を示している。
【符号の説明】
１：根太
２：発熱層
３：パーチクルボード
４：合板
５：蓄熱体（蓄熱層）
６：床板材（乱尺）
ＬＤ：リビングダイニング

Claims

相転移温度が冬季の空調暖房時の室温よりも低い第１の蓄熱材と、
相転移温度が冬季の空調暖房時の室温よりも高く床暖房時の床温よりは低い第２の蓄熱材とが混在された蓄熱層を有し、
この蓄熱層の上下又は内部に床暖房の発熱層が設けられていることを特徴とする床構造。
第２の蓄熱材の相転移温度が、夏季の冷房時の室温よりも高いことを特徴とする請求項１記載の床構造。
第１の蓄熱材の相転移温度が１８℃±２℃の範囲内にあり、
第２の蓄熱材の相転移温度が２８℃±２℃の範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２記載の床構造。
請求項１〜３のいずれかに記載の床構造を有し、Ｑ値（熱貫流率）が１．７以下である建物。