JP2006118828A

JP2006118828A - 放冷熱パネル

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Publication number: JP2006118828A
Application number: JP2004309788A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Konno; 明彦今野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2006-05-11

Abstract

【課題】従来よりも低温の熱媒又は従来よりも高温の冷媒を利用しても、室内に十分放冷熱することで、省エネルギーを実現することができ、しかも、放冷熱パネルの圧力損失、保有水量が現行のシステムから極端に変わることなく、従来と同じ仕様の周辺機器を使用でき、かつ、従来と同様の設計が可能な、高出力、高効率の放冷熱パネルを提供する。
【解決手段】基材１１と、該基材１１の表面に設けられた溝１２と、該溝１１内に配置された冷熱媒流通用の放冷熱管１３とを備えてなる冷暖房用の放冷熱パネルにおいて、
(i) 放冷熱パネル表面の単位面積当たりの、放冷熱管の内表面積の合計０．２２（ｍ^２／ｍ^２）以上であり、
(ii) 放冷熱パネル表面の単位面積当たりの、冷熱媒流量１Ｌ／分における圧力損失が６０（ｋＰａ／ｍ^２）以下であり、
かつ、
(iii) 放冷熱パネル表面の単位面積当たりの、放冷熱管の内容積の合計が０．５（Ｌ／ｍ^２）以下である
放冷熱パネル。
【選択図】図１

Description

本発明は、住宅等の室内を冷房又は暖房するために、床、壁、天井等に設置される放冷熱パネルに関する。詳しくは、本発明は、比較的常温に近い冷熱媒を用いた場合でも、効率よく放冷熱し、省エネルギーを実現できる放冷熱パネルに関する。

床暖房は、その快適性とコストパフォーマンスから、住宅の室内を暖房する設備として広く普及している。なかでも、熱源機で加熱した温水を、床下に設置した温水マットなどの放冷熱パネルとの間で循環させる、温水式床暖房が多く採用されている。最近では、新築住宅への組み込みだけではなく、既築住宅をリフォームする際に、既存の床上に設置することで簡単に床暖房ができるタイプの放冷熱パネルも提案されている。また、このようなパネルを壁や天井に敷設し、温水の代わりに冷水を流すかたちでの冷房設備も提案されている。

従来の放冷熱パネルの一般的な構造を図１に示す。図１の（ａ）図は、放冷熱管配置を示す概略平面図であり、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面の拡大図、（ｃ）図は（ｂ）図の溝部の拡大図である。

図示の如く、この放冷熱パネルでは、発泡ポリスチレンや合板などの基材１１の表面に溝１２が形成され、冷熱媒としての温水や冷水を流す放冷熱管１３がこの溝１２内に設けられ、更にこの基材１１の表面に表面材１４が接着材１５で貼り付けられている。放冷熱管１３としては、架橋ポリエチレン管などの樹脂管或いは銅管などの金属管が用いられる。基材１１表面の表面材１４は、放冷熱管１３を固定するとともに、放冷熱管１３からの放冷熱をパネル内で均質化させる役割を果たす。この表面材１４としては、アルミ箔などが使用される。１６は冷熱媒供給源への接続のためのヘッダーである。

このような放冷熱パネルの表面側への放冷熱効率を改善するために、特開平２−８４５８号公報には、図２に示すように、放冷熱管１３と基材１１の溝１２との隙間に、アルミニウムなど熱伝導率の高い箔を逆Ω字状の断面形状に加工した伝熱箔１７を挿入することが提案されている。この放冷熱パネルでは、断面逆Ω字形の伝熱箔１７により、放冷熱管１３の下側への熱の放散を防止し、上面への放冷熱効率を高める。また、特開２００３−２８７２３４号公報には、図３に示すように、放冷熱管１３の全長に渡って、熱伝導性の高い金属よりなる断面Ｏ字形の伝熱箔１８によってその外周を被覆したものを基材１１の溝１２内に設置することが提案されている。この放冷熱パネルは、放冷熱管１３の外周を被覆する伝熱箔１８によって、放冷熱管１３の下側に放散していた熱を表面材１４側へと導き、上面への放冷熱効率を高めるものである。

従来、このような放冷熱パネルで床暖房を行う場合、通常６０℃以上の温水が熱源として用いられており、このような比較的高温の温水であれば、ある程度の暖房効率が得られ、また、圧力損失が問題となることはなく、従って、放冷熱管の敷設に特段の配慮をする必要はなかった。また、冷房においても、５℃以下の冷媒を用いるならば、ある程度の冷房効果が得られ、また、圧力損失が問題となることはなく、従って、放冷熱管の敷設に特段の配慮をする必要はなかった。なお、ここで圧力損失とは、冷熱媒が放冷熱管内を流通する際の圧力損失であり、放冷熱パネルの単位面積当たりになるべく多くの放冷熱管を配設しようとして、細径かつ長尺の放冷熱管を配設すると、冷熱媒の圧力損失は高くなり、冷熱媒循環のための供給ポンプの必要能力が増大する。

ところで、近年、省エネルギーの観点から、燃料電池、ヒートポンプなどの新しいタイプの温水用熱源が開発されている。これらの新熱源では、温水の需要とは関係なく、例えば、燃料電池であれば電気の需要に応じて、またヒートポンプであれば電気代の安い深夜の時間帯に温水が作られるため、この温水を貯湯槽に貯留しておき、必要に応じて温水を消費していく使用形態となる。この温水貯湯槽から、定常的かつ効率よく消費できる暖房用温水の温度は４０〜５０℃程度である。従って、これらの新熱源を放冷熱パネルの温水用熱源として活用して省エネルギー化を図るためには、従来の暖房用温水よりも低温である４０〜５０℃程度の温水でも暖房が可能となる、高出力・高効率の放冷熱パネルの設計が必要不可欠となる。

一方、冷房においては、冷媒の温度が低いと、結露が生じやすいため、結露の抑制のためには、より常温に近い温度の冷媒であることが好ましいが、１０℃以上の冷媒で十分な冷房効果を得るためには、放冷熱パネルの室内への放冷効率を極めて高くする必要が出てくる。

このようなことから、放冷熱パネルにあっては、より一層の放冷熱効率の向上が望まれているが、放冷熱効率を高めるために、放冷熱管を太くしたり、長くしたり、或いは熱伝導率の良い表面材を用いたり、更には図２，３に示すような改良を行っても、以下のような理由で、上述のような低温の熱媒（温水）による暖房効果或いは常温に近い冷媒による冷房効果を十分に得ることができるだけの放冷熱効率を有し、かつ実用的な放冷熱パネルを実現し得ないのが現状である。

(1) 放冷熱管を太くして、パネル全体に冷熱媒を循環させようとすると、従来よりも冷熱媒の循環量が増大することになり、冷熱媒タンク容量が大きくなると共に、冷熱媒供給ポンプの能力を増大する必要性が生じ、現行の周辺機器の大幅な変更が必要となる。
(2) 放冷熱管を長くしてパネル全体に冷熱媒を循環させようとすると、既存の冷熱媒供給ポンプ能力では、圧力損失の問題からパネル全体への冷熱媒の循環速度が不十分となることから、冷熱媒供給ポンプの能力を増大する必要性が生じ、現行の周辺機器の大幅な変更が必要となる。
(3) 表面材として熱伝導率の良いものを用いたり、図２，３に示すように熱伝導性の良い箔を用いても、例えば、従来の床暖房における６０℃の温水に比べて、５℃以上、中でも１０℃以上、特に２０℃も低い温水では、もはや、このような熱伝導性の改善のみでは、高表面積のパネル全体の冷暖房効果を維持することは困難である。
特開平２−８４５８号公報特開２００３−２８７２３４号公報

このように、既存の周辺機器の大幅な変更を伴わずに、暖房においては、６０℃未満、中でも４０℃以上５５℃以下、特に４０℃以上５０℃以下の低温熱媒を用いても従来と同等の暖房効率を得ることができ、また、冷房においては、１０℃以上１５℃以下の常温に近い冷媒を用いても従来と同等の冷房効率を得ることができる放冷熱パネルは、既存の熱伝導率の向上技術を単純に適用するのみでは実現し得ないが、従来においては、低温の熱媒による効率的な暖房、或いは常温に近い冷媒による効率的な冷房を行うために、放冷熱パネルにおいて、どのような改良を行えば大きな設備変更を伴わずに確実に対応し得るか、系統的な検討がなされていなかったのが実情である。

従って、本発明の課題は次の通りである。
１．従来よりも低温の熱媒又は従来よりも高温の冷媒を利用しても、室内に十分放冷熱することで、省エネルギーを実現できる、高出力、高効率の放冷熱パネルを提供すること。
２．放冷熱パネルの圧力損失、保有水量が現行のシステムから極端に変わることなく、従来と同じ仕様の周辺機器を使用でき、かつ、従来と同様の設計が可能な、高出力、高効率の放冷熱パネルを提供すること。

本発明者らは、上記課題を解決すべく、放冷熱パネルを構成する支配要素を詳細に検討した結果、常温に近い冷熱媒を用いた場合でも、放冷熱パネルの圧力損失、保有水量を現行のシステムから大幅に変更しなくても、高放冷熱効率で省エネルギー効果を発揮し得る放冷熱パネルを工業的に有利に設計し得ることを見出して本発明を完成した。

即ち、本発明（請求項１）の放冷熱パネルは、基材と、該基材の表面に設けられた溝と、該溝内に配置された冷熱媒流通用の放冷熱管とを備えてなる冷暖房用の放冷熱パネルにおいて、
(i) 放冷熱パネル表面の単位面積当たりの、放冷熱管の内表面積の合計０．２２（ｍ^２／ｍ^２）以上であり、
(ii) 放冷熱パネル表面の単位面積当たりの、冷熱媒流量１Ｌ／分における圧力損失が６０（ｋＰａ／ｍ^２）以下であり、
かつ、
(iii) 放冷熱パネル表面の単位面積当たりの、放冷熱管の内容積の合計が０．５（Ｌ／ｍ^２）以下である
ことを特徴とする。

請求項２の冷放冷熱パネルは、請求項１において、放冷熱管が樹脂管であり、かつ、放冷熱管と基材表面の溝との間に、断面Ｏ字形又は断面逆Ω字形の金属製の伝熱箔が配置されていることを特徴とする。

即ち、本発明者らは、冷熱媒流通用の放冷熱管が基材表面の溝内に配置された、冷暖房用の放冷熱パネルを構成する数多くの部材の性状について、詳細に解析検討を加え、以下の３つの条件を満たすようにすれば、パネルの放冷熱効率を簡便に管理でき、これまでにない高い放冷熱効率を達成できることを見出した。
(I) 放冷熱パネル表面に対する放冷熱管内表面積の占める割合を特定値以上とし、
(II) 放冷熱パネル表面に対する冷熱媒の単位流量あたりの圧力損失を特定値以下とし、
(III) 放冷熱パネル表面に対する放冷熱管の内容積比率を特定値以下とする。

本発明に従って、上記３つの条件を維持したパネル設計とさえすれば、従来通常採用されているよりも常温に近い冷熱媒でも十分な冷暖房を行える、高出力・高効率の放冷熱パネルを確実に得ることができる。なお、従来において、放冷熱パネル表面の単位面積当たりの、放冷熱管の内表面積、冷熱媒流量の圧力損失、放冷熱管の内容積について、これらを総合的に検討することは全く行われておらず、従来と同様な設計を採用した上で、従来よりも低温の熱媒又は従来よりも高温の冷媒を用いた高出力、高効率の放冷熱パネルを実現するために、これらの３要素の組み合せを採用することは、放冷熱パネルについての多種多様な研究の結果導き出されたものである。

本発明によれば、従来よりも低温の熱媒又は従来よりも高温の冷媒を利用しても、室内に十分放冷熱することで、省エネルギーを実現することができ、しかも、放冷熱パネルの圧力損失、保有水量が現行のシステムから極端に変わることなく、従来と同じ仕様の周辺機器を使用でき、かつ、従来と同様の設計が可能な、高出力、高効率の放冷熱パネルが提供される。

従って、暖房においては、燃料電池、ヒートポンプなどの省エネルギー型の温水用熱源の適用が可能となり、また、冷房においては、冷媒の温度を高めて、結露を抑制することができる。

請求項２の放冷熱パネルでは、放冷熱管が樹脂管であるため、金属管のような重量増加、難加工性、発錆、高コストといった問題がなく、軟質で加工性、組み立て作業性に優れ、かつ安価であるため、煩雑な工程を要することなく、パネル全体のコストを抑えて、容易かつ効率的に、安価に放冷熱パネルを製造することができる。樹脂管は金属管よりも熱伝導性に劣るが、この樹脂管による熱伝導性の低下を、放冷熱管と基材表面の溝との間に設けた断面Ｏ字形又は断面逆Ω字形の金属製の伝熱箔により補い、高放冷熱の放冷熱パネルを製造することができる。

以下、図面を参照して本発明の放冷熱パネルの実施の形態を詳細に説明する。

なお、本発明の放冷熱パネルは、冷房、暖房の両方に適用が可能なものであり、従って、本発明に係る放冷熱管には、冷熱媒として温水等の加熱媒体又は冷水等の冷却媒体が流通される。また、本発明の放冷熱パネルは床冷暖房に限らず、壁冷暖房、天井冷暖房等、各所の面冷暖房用途に適用される。

本発明の放冷熱パネルは、その基本的な構造自体は図１に示す従来の一般的な放冷熱パネルと同様の構造とされており、基材１１と、基材１１の表面に設けられた溝１２と、この溝１２内に配置された冷熱媒流通用の放冷熱管１３とを備え、表面材１４が接着材１５によって被覆されたものである。

本発明の放冷熱パネルは、このような構造の放冷熱パネルにおいて、
(i) 放冷熱パネル表面の単位面積当たりの、放冷熱管の内表面積の合計０．２２（ｍ^２／ｍ^２）以上であり、
(ii) 放冷熱パネル表面の単位面積当たりの、冷熱媒流量１Ｌ／分における圧力損失が６０（ｋＰａ／ｍ^２）以下であり、
かつ、
(iii) 放冷熱パネル表面の単位面積当たりの、放冷熱管の内容積の合計が０．５（Ｌ／ｍ^２）以下である
ことを特徴とする。

まず、本発明の放冷熱パネルの上記(i)〜(iii)の特徴的な構成について説明するに先立ち、本発明の放冷熱パネルの各構成部材について詳細に説明する。

放冷熱管１３には、通常可撓性チューブが使用され、具体的には架橋ポリエチレン管、ポリブテン管などの樹脂管、銅管、鋼管などの金属管のいずれを用いても良いが、このうち、金属管は樹脂管に比べて高熱伝導率であるものの重量が重く、加工性、発錆等の問題があり、また、コストも高くなるため、軽量かつ柔軟で取扱性、加工性に優れ、また安価であることから、樹脂管を用いることが好ましい。

基材１１の材質は特に限定されず、発泡合成樹脂板や合板が用いられるが、通常、断熱性に富んだ発泡合成樹脂製のものが好ましく、発泡合成樹脂製の板状体、具体的には、硬質ポリウレタン発泡体、硬質ポリエチレン発泡体、硬質ポリプロピレン発泡体、ポリスチレン発泡体、硬質ポリ塩化ビニル発泡体、ポリメチルメタクリレート発泡体、ポリカーボネート発泡体、ポリフェニレンオキサイド発泡体、ポリスチレンとポリエチレン混合物の発泡体などが挙げられる。中でも、硬質ポリウレタン発泡体、ポリスチレン発泡体などが好適である。基材１１を構成するこれらの板状体の厚さは１０〜５０ｍｍの範囲内で選ぶのが好ましい。

基材１１の表面の放冷熱管１３を埋設するための溝１２は、放冷熱パネルから室内へ効率良く放冷熱させるために、基材の上表面（室内側）に設けられ、かつ、放冷熱管１３と放冷熱パネル上面の表面材１４とが接するように、溝１２の深さは放冷熱管１３の外径と同等又はこれより僅かに大きくすることが好ましい。また、溝１２の開口部の幅は、放冷熱管１３の外径と同じ寸法、又はこれより僅かに大きくするのが好ましい。溝１２は、その延在方向に直交する断面形状がＵ字形状となるように形成すると、放冷熱管１３を埋設する際に都合が良い。

表面材１４としては、熱伝導率の高い金属箔を用いることにより、放冷熱パネルの均一放冷熱性を高めることができる。金属箔の種類としては、アルミニウム箔、錫箔、ステンレススチール箔、銅箔などが挙げられる。中でも、製造の難易、コストなどの観点からアルミニウム箔が好適である。金属箔の厚さは、薄すぎると強度が十分でなく、厚すぎると製品が重くなるばかりでなく、コストがかさむので、通常１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲で選ぶのが好ましい。

また、表面材１４は、樹脂シートや、紙などの安価な素材よりなるものであっても良く、金属箔と樹脂シートとを複合化させた積層シートであってもよい。金属箔と樹脂シートとの複合シートの場合、放冷熱管側に熱伝導率の高い金属箔を当接させ、樹脂シートを表面仕上げ層側に配置するのが、仕上げ材の貼り直しや更新性の点で好ましい。樹脂シートとしては、ポリエチレンテレフタレートや、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体等のスチレン系樹脂などの熱可塑性樹脂シートが挙げられる。樹脂シートの厚さは、単層で使用するか、複合化して使用するかによっても異なるが、通常５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上で、通常５００μｍ以下、好ましくは３００μｍ以下である。

表面材１４と基材１１との間の接着材１５としては、アクリル系樹脂等の粘着剤を用いても良く、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）、ポリアミド樹脂等のホットメルト型の接着剤を用いても良く、また、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の硬化型の接着剤を用いても良い。

本発明においては、特に放冷熱管１３として樹脂管を用いた場合、放冷熱管１３のパネル表面への放冷熱を更に促進するために、放冷熱管１３と溝１２との間に、図２に示す如く、断面（本発明において、この断面とは溝１２の延在方向に直交する方向の断面である。）が逆Ω字形の金属製の伝熱箔１７、又は図３に示す如く、図面がＯ字形の金属製の伝熱箔１８を配置することが好ましく、この伝熱箔１７，１８によって、更に放冷熱出力を高めることができる。なお、伝熱箔１７，１８としては通常、厚さ１０〜１００μｍ程度のアルミニウム箔が用いられるが、特にこれに限定されるものではない。また、断面Ｏ字形の伝熱箔１８の場合は、予め、放冷熱管１３に伝熱箔１８を螺旋状に巻き付けて被覆することでも設けることもできる。

本発明の放冷熱パネルは、常法に従って、基材１１の溝１２内に放冷熱管１３を配置した後表面材１４を接着材１５で貼着することにより容易に製造することができる。本発明の放冷熱パネルは必ずしも製造工場で完成させる必要はなく、例えば、各構成部材を独立した状態で施工現場に持ち込み、現場で組み立てながら施工する方法を採ることもできる。

本発明の放冷熱パネルは、本発明の要旨を超えない範囲で何ら図示のものに限定されるものではなく、例えば、放冷熱管の形状は図示のような断面円形の放冷熱管１３の他、断面長円形の放冷熱管であっても良い。

通常の場合、このような放冷熱パネルの表面材１４の上には更に耐水層や意匠層を有する表面仕上げ材を両面接着テープ等により貼着して使用に供される。

なお、放冷熱管１３に通す熱媒としては、通常、温水、水蒸気、加熱オイル、あるいはエチレングリコール系水溶液、プロピレングリコール系水溶液などの不凍液などが挙げられるが、後述の如く、本発明の放冷熱パネルは、従来の熱媒よりも温度の低い、６０℃未満、中でも４０℃以上５５℃以下、特に４０℃以上５０℃以下の低温の温水を用いた場合に、その高出力、高効率の効果を有効に発揮することができる。同様に、冷媒としては、通常冷水が用いられるが、本発明では特に、１０℃以上１５℃以下の常温に近い冷媒を用いた場合において、その高出力、高効率の効果を有効に発揮することができる。

次に、本発明の放冷熱パネルの特徴である前記(i)〜(iii)の条件について説明する。

(i) 放冷熱パネル表面の単位面積当たりの、放冷熱管の内表面積の合計０．２２（ｍ^２／ｍ^２）以上。即ち、放冷熱パネル表面に対する放冷熱管内表面積の占める割合を特定値以上とすること

放冷熱パネルの基本的な仕組みについて考察すると、放冷熱管の内部は冷熱媒で満たされており、放冷熱管の内表面全体が冷熱媒と接することで冷熱媒と同じ温度となっており、この内表面を基準面として放冷熱が行われる。よって、放冷熱パネルの単位面積当たりでの放冷熱管の内表面積（以後「Ａｐｉ」と称する）を増やしてやれば、放冷熱パネルの単位面積当たりの放冷熱量は大きくすることができ、放冷熱パネル全体としての出力、効率を高めることが可能となる。更には、このような放冷熱パネルであれば、従来よりも低温である４０〜５０℃程度の温水でも十分に暖房が可能となり、また１０〜１５℃程度の常温に近い冷水でも十分に冷房が可能となる。

放冷熱パネルの表面の大半は、図１のＱ部のように、複数の直線状の放冷熱管１３が平行に配列しているため、この部分でのＡｐｉの数値をもって、放冷熱パネルの代表値とすることができる。この部分でのＡｐｉは、式１のように計算できる。
放冷熱管内表面積Ａｐｉ＝放冷熱管内周×放冷熱管長さ
＝（π×ｄ） ×（１／ｐ） …式１
ただし、ｄ，ｐは以下の通りである。
ｄ：放冷熱管内径
ｐ：放冷熱管ピッチ

なお、放冷熱管内径ｄは、図１（ｃ）に示す長さである。また、放冷熱管ピッチｐは、図１（ｂ）に示す如く、平行に延在する放冷熱管１３のうち、隣接する放冷熱管１３，１３の中心線同士の間の距離である。

現行の６０℃温水で使用されている一般的な温水マットでは、ｄ＝５ｍｍ、ｐ＝７５．７５ｍｍとなるため、Ａｐｉは以下の値になる。
放冷熱管内表面積Ａｐｉ
＝（π×５ｍｍ／１０００）×（１／（７５．７５ｍｍ／１０００））
＝０．２０７（ｍ^２／ｍ^２）

よって、現行よりも高出力、高効率の放冷熱パネルとするには、多少の余裕を見て、Ａｐｉを０．２２（ｍ^２／ｍ^２）以上、好ましくは０．２４（ｍ^２／ｍ^２）以上とする。なお、このＡｐｉの上限としては、後述する、図４の三つの線で囲まれた、好ましいパラメータ範囲のうちで、最もＡｐｉが大きくなる点が、Ｐｐｉ＝６０とＶｐｉ＝０．５の交点であり、そこでのＡｐｉがおよそ０．４であることから、０．４以下（ｍ^２／ｍ^２）であれば良い。

(ii) 放冷熱パネル表面の単位面積当たりの、冷熱媒流量１Ｌ／分における圧力損失が６０（ｋＰａ／ｍ^２）以下。即ち、放冷熱パネル表面に対する冷熱媒の単位流量あたりの圧力損失を特定値以下とすること。

上記のＡｐｉを高めるためには、式１より、放冷熱管内径ｄを大きくするか、又は、放冷熱管ピッチｐを小さくすれば良い。ところが、本発明者らの検討の結果、どちらもある程度を越えると他の性能が現実的なレベルから外れてしまい、好ましくないことが判明した。

以下にその詳細と、好ましい範囲について説明する。

圧力損失は、熱源機等の冷熱媒供給源のポンプ揚程と並んで冷熱媒の流量を決定する重要な要素である。圧力損失が過大となると、冷熱媒の流量は極端に低下してしまい、熱源機等の冷熱媒供給源からの熱量を放冷熱パネルに十分に搬送できなくなってしまう。これを周辺機器の仕様変更で補おうとすると、ポンプをより揚程の高いものに変える必要があるため、コストアップにつながってしまい、好ましくない。よって、圧力損失は現行の放冷熱パネルからあまりかけ離れた範囲とならないことが好ましい。

なお、放冷熱パネルの構造に由来する圧力損失の大小を議論する場合は、放冷熱パネル自体の大きさによる影響を切り離すために、放冷熱パネル表面の単位面積当たりで規格化した、冷熱媒の流量１Ｌ／分における圧力損失（以下、Ｐｐｉと称する）を指標とすればよい。

Ａｐｉの場合と同様に、複数の放冷熱管が直線状に平行に配列している部分でのＰｐｉの数値を代表値として考えると、ダルシー・ワイズバッハの式より、架橋ポリエチレン管を使用した温水マットの場合は式２のように計算できる。なお、放冷熱管の材質が異なる場合には、式２の係数が異なってしまうが、考え方は同じである。
放冷熱パネル圧力損失Ｐｐｉ＝放冷熱管圧力損失×放冷熱管長さ
＝（３．３３×１０^-11×ｄ^-4.75）×（１／ｐ）…式２

現行の６０℃温水で使用されている一般的な温水マットでは、前述の如く、ｄ＝５ｍｍ、ｐ＝７５．７５ｍｍとなるため、Ｐｐｉは以下の値になる。
放冷熱パネル圧力損失Ｐｐｉ
＝（３．３３×１０^-11×（５ｍｍ／１０００）^-4.75）
×（１／（７５．７５ｍｍ／１０００））
＝３７（ｋＰａ／ｍ^２）

よって、現行からあまりかけ離れない圧力損失の放冷熱パネルとするには、多少の余裕を見て、Ｐｐｉを６０（ｋＰａ／ｍ^２）以下、特に５０（ｋＰａ／ｍ^２）以下に抑えることが好ましい。なお、Ｐｐｉの下限については、通常５（ｋＰａ／ｍ^２）以上である。

(iii) 放冷熱パネル表面の単位面積当たりの、放冷熱管の内容積の合計が０．５（Ｌ／ｍ^２）以下。即ち、放冷熱パネル表面に対する放冷熱管の内容積比率を特定値以下とすること。

次に、放冷熱パネルの保有水量について考える。

例えば、暖房用放冷熱パネルにおいて、熱源機が運転開始した際に、システム内の保有水は加熱されることで熱膨張し、その分だけ体積が膨張する。この体積膨張を吸収し、保有水が溢れ出すのを防ぐためには、バッファとなるタンクが不可欠であり、保有水量が大きくなればなるほど、タンク容量もより大きくせざるを得なくなるため、コストアップにつながってしまう。冷房用放冷熱パネルについても同様である。よって、システム全体の容量を適度なスペースに抑えるとともにコストアップを防ぐためには、保有水量もまた、現行の放冷熱パネルからあまりかけ離れた範囲とならないことが好ましい。

放冷熱パネル表面の単位面積当たりでの保有水量Ｖｐｉは、放冷熱管の内容積の合計に等しい。Ａｐｉの場合と同様に、直線状の放冷熱管が複数平行に配列している部分でのＶｐｉの数値を代表値として考えると、式３のように計算できる。
放冷熱パネル保有水量Ｖｐｉ＝放冷熱管断面積×放冷熱管長さ
＝（π／４×ｄ^２）×（１／ｐ） …式３

現行の６０℃温水で使用されている一般的な温水マットでは、前述の如く、ｄ＝５ｍｍ、ｐ＝７５．７５ｍｍとなるため、Ｖｐｉは以下の値になる。
放冷熱パネル保有水量Ｖｐｉ
＝（π／４×（５ｍｍ／１０００）^２）×（１／（７５．７５ｍｍ／１０００））
×１０００（ｍ^３／Ｌ）
＝０．２５９（Ｌ／ｍ^２）

よって、現行からあまりかけ離れない保有水量の放冷熱パネルとするには、多少の余裕を見て、Ｖｐｉを０．５（Ｌ／ｍ^２）以下、特に０．４５（Ｌ／ｍ^２）以下に抑えることが好ましい。なお、Ｖｐｉの下限については、通常０．１６（Ｌ／ｍ^２）以上である。

上記(i)〜(iii)の条件を満たす、本発明の高出力、高効率の放冷熱パネルとして好ましい各パラメータの範囲を、放冷熱管内径ｄと放冷熱管ピッチｐで整理してグラフに表すと、図４の三つの線で囲まれた領域となる。即ち、図４において、実線はＡｐｉ＝３．１４×ｄ／ｐ＝０．２２、即ち、ｄ＝０．０７ｐ（単位：ｍｍ）であり、Ａｐｉ≧０．２２は、この実線よりも上の領域である。また、点線はＰｐｉ＝３．３３×１０^−１１×ｄ^{−４．７５}／ｐ＝６０であり、Ｐｐｉ≦６０は、この点線よりも上の領域である。また、一点鎖線はＶｐｉ＝π／４×ｄ^２／ｐ＝０．５であり、Ｖｐｉ≦０．５はこの一点鎖線よりも下の領域である。

そして、後述の実施例に示すように、このような特定の範囲を満たすように設計すれば、自ずと本発明が目的とする高出力、高効率放冷熱パネルを実現することができる。この好適範囲を放冷熱管内径別に整理すると下記表１のようになる。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、以下の実施例によって限定されるものではない。

［実施例１］
以下の手順で図２に示す放冷熱パネルを作製した。
放冷熱管内径ｄが６ｍｍφの架橋ポリエチレン製放冷熱管１３を、放冷熱管ピッチｐが７５．７５ｍｍとなるように、厚さ１２ｍｍ、発泡倍率２０倍の発泡ポリスチレン製の基材１１上面に配置された溝（溝深さ８．５ｍｍ，溝開口部幅９．２ｍｍ）１２に埋め込んだ。その際、放冷熱管１３と基材１１上面の溝１２との間に、断面が逆Ω字形で、厚さが１００μｍのアルミニウム製の伝熱箔１７を配置した。そして、裏面にアクリル系粘着剤１５を塗布した、厚さ５０μｍのアルミニウム製シート１４を基材１１の表面に貼り付けて、放冷熱パネルを形成した。この放冷熱パネルのＡｐｉ、Ｐｐｉ、およびＶｐｉは、それぞれ０．２５（ｍ^２／ｍ^２）、１６（ｋＰａ／ｍ^２）、０．３７（Ｌ／ｍ^２）となった。

この実施例１の値を図４上でプロットすると、黒丸の位置であり、三つの線で囲まれた好ましい領域の中に入っていた。

放冷熱パネルの放冷熱特性の測定方法として、財団法人ベターリビングが１９８８年１２月発行の暖房システムの冊子に記載された、暖房システム性能試験方法のうち、Ｂ，Ｃタイプ床暖房ユニットの試験番号３、Ｐ１２２の放熱性能を採用した。具体的には、高さ４００（ｍｍ）の柱の上に、上下面ともに厚さ１２ｍｍの合板で挟まれた、５０ｍｍ厚さの根太組みの床下地を組み、根太の間は発泡ポリスチレン製の断熱材で充填した。その上に、平面サイズが１７００×８５０（ｍｍ）の放冷熱パネルを設置し、床仕上げ材としては厚さ１２ｍｍの合板をその上に設置した。床上への放熱量を測定するため、合板の中央部には熱流計を設置した。そして、製作した床全体を、１７００×８５０×高さ８５０（ｍｍ）の合板製の箱で覆い、無換気の試験環境とした。なお、覆いとなる箱の壁は、断熱構造とするために、発泡ポリスチレン２５ｍｍ厚さの両面を合板厚さ６ｍｍで挟み込んだ構造とした。こうして製作した試験装置を、装置外の雰囲気温度が０℃の環境に２時間以上放置して安定させた後、装置内部の放冷熱パネルに、温度６０℃又は５０℃の温水を１Ｌ／分の流量で供給した。そして、装置内部の温熱環境が安定したところで、熱流計により、単位面積当たりの上面放冷熱量を測定した。

測定結果を表２に示す。

［比較例１］
以下の手順で図１に示す放冷熱パネルを作製した。
放冷熱管内径ｄが５ｍｍφの架橋ポリエチレン製放冷熱管１３を、放冷熱管ピッチｐが７５．７５ｍｍとなるように、厚さ１２ｍｍ、発泡倍率２０倍の発泡ポリスチレン製の基材１１上面に配置された溝（溝深さ７．２ｍｍ，溝開口部幅８ｍｍ）１２に埋め込んだ。その際、放冷熱管１３と基材１１上面の溝１２の間には特に伝熱箔を設けなかった。そして、裏面にアクリル系粘着剤１５を塗布した、厚さ５０μｍのアルミニウム製シート１４を基材１１の表面に貼り付けて、放冷熱パネルを形成した。この放冷熱パネルのＡｐｉ、Ｐｐｉ、およびＶｐｉは、それぞれ０．２１（ｍ^２／ｍ^２）、３７（ｋＰａ／ｍ^２）、０．２６（Ｌ／ｍ^２）となった。

この比較例１の値を図４上でプロットすると、黒三角の位置であり、三つの線で囲まれた好ましい領域からは外れ、Ａｐｉの実線の下側の領域にあることがわかる。

この放冷熱パネルについて、実施例１と同様の測定を行った結果を表２に示す。

表２より明らかなように、実施例１の放冷熱パネルの上面放熱量は、６０℃温水供給時には１４９Ｗ／ｍ^２となり、比較例１の６０℃温水供給時の上面放熱量１２７Ｗ／ｍ^２よりも２割ほど優れていた。更に、供給温水温度を１０℃低い５０℃まで下げた場合でも、実施例１の上面放熱量は１２１Ｗ／ｍ^２となり、比較例１の６０℃温水供給時の上面放熱量１２７Ｗ／ｍ^２と同等であった。

従って、前記(i)〜(iii)の条件を満たす本発明の放冷熱パネルは、低温の温水であっても高い暖房効果を得ることができることが分かる。

本発明の放冷熱パネルは、床、壁、天井等、住宅等の建築物の各所の面冷暖房用途に適用され、その高い放冷熱出力及び放冷熱効率により、省エネルギー化を図ることができる。

一般的な放冷熱パネルの構造を示す図であって、（ａ）図は、放冷熱管配置を示す概略平面図であり、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面の拡大図、（ｃ）図は（ｂ）図の溝部の拡大図である。放冷熱パネルの溝部の他の例を示す断面図である。放冷熱パネルの溝部の他の例を示す断面図である。本発明の放冷熱パネルが採用し得る放冷熱管内径ｄに対する放冷熱管ピッチｐの値の好適範囲を示すグラフである。

符号の説明

１１基材
１２溝
１３放冷熱管
１４表面材
１５接着材
１６ヘッダー
１７，１８伝熱箔

Claims

基材と、該基材の表面に設けられた溝と、該溝内に配置された冷熱媒流通用の放冷熱管とを備えてなる冷暖房用の放冷熱パネルにおいて、
(i) 放冷熱パネル表面の単位面積当たりの、放冷熱管の内表面積の合計０．２２（ｍ^２／ｍ^２）以上であり、
(ii) 放冷熱パネル表面の単位面積当たりの、冷熱媒流量１Ｌ／分における圧力損失が６０（ｋＰａ／ｍ^２）以下であり、
かつ、
(iii) 放冷熱パネル表面の単位面積当たりの、放冷熱管の内容積の合計が０．５（Ｌ／ｍ^２）以下である
ことを特徴とする放冷熱パネル。
放冷熱管が樹脂管であり、かつ、放冷熱管と基材表面の溝との間に、断面Ｏ字形又は断面逆Ω字形の金属製の伝熱箔が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の冷放冷熱パネル。