JP2006152670A - 外断熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で材料、施工コストが安価で、自然環境に与える影響を極力抑えることのできるコンクリート構造躯体部に好適な外断熱システムを提供する。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明の外断熱システム１は、構造躯体の少なくとも一部にコンクリート構造躯体部３を備え、当該コンクリート構造躯体部３には躯体外部側において断熱手段５が設けられており、当該断熱手段５はコンクリート構造躯体部３中に直接埋設される閉管路７と、閉管路７内を流れるブラインであり、閉管路７の一部はコンクリート構造躯体部３の外部に延びており、更にその一部は地中Ｇに直接埋設され、地中Ｇないし地下水１５等の自然エネルギーをそのまま利用した熱交換手段１１内を通過するようになっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば外壁、天井、床等をコンクリート打ちっ放しによって構成したコンクリート構造躯体部に好適な躯体外部側において断熱手段を設けるようにした外断熱システムに関するものである。

構造躯体の一部、例えば外壁、天井、床等をコンクリート打ちっ放しによって構成した鉄筋コンクリート製の構造物では、木造建造物に比べて柱の数が少なくて済み、内部空間を広く利用できるという利点を有する反面、外気温の影響を受け易いという面もある。
そのため、上記のようなコンクリート構造躯体には躯体内部側に断熱材等を設ける内断熱工法、あるいは躯体外部側に断熱材等を設ける外断熱工法が採用されている。

しかしこれらの断熱工法は、単にコンクリート構造躯体に対して断熱材を貼設するだけの構成であり、これのみでは充分な断熱作用は得られず、実際は別途備えられるエアコンディショナー（以下エアコンという）等の冷暖房機器等を使用してこれらを大いに活用して室内の温度調整が図られていた。従って、消費する電気エネルギー量が多くなってしまう。

またこのような状況に鑑み、下記特許文献１に示すような「外断熱コンクリート建築物の躯体温度調整構造」も発案されている。このものは、内部に複数の中空部を形成した鉄筋コンクリート製の中空スラブ等をコンクリート躯体として使用し、中空スラブの中空部には集熱配管を螺旋状に巻いたウレタンフォーム製の円柱体が内嵌めされている。これに伴い、中空部の内周部には複雑な形状の螺旋状溝部が形成されている。
そして、温度調整媒体としては外部から供給され貯水タンクに貯留された水道水等が使用されており、集熱配管の途中にはクーリングファンと併せて電気エネルギー等を使用して駆動する熱交換器が設けられている。

しかし、コンクリート躯体を上記構成の中空スラブによって構成すると、構造が複雑になるばかりか材料及び施工コストが大幅に増大してしまう。また温度調整媒体として使用される水道水等は開管路によって構成されている集熱配管内を流れているため、析出物や異物が管に付着するおそれがある。
また室内外の温度差が大きくなると集熱配管の表面に結露が生じるおそれがあるが、結露対策については何ら触れられていない。

特開２００２−６１３１１号公報

本発明は、上記の背景技術及び背景技術が抱えていた問題点の存在を踏まえてなされたものであって、構造が比較的簡単で材料及び施工コストが安価で、電気エネルギーの消費を極力抑えることができるコンクリート構造躯体部に好適な外断熱システムを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために請求項１に記載した発明は、構造躯体の少なくとも一部にコンクリート構造躯体部を備え、当該コンクリート構造躯体部には断熱手段が設けられており、該断熱手段を設けることで室内外の温度差を所定の範囲内に保つようにした外断熱システムにおいて、前記断熱手段はコンクリート構造躯体部中に直接埋設される閉管路と、閉管路内を流れるブラインであり、閉管路の一部はコンクリート構造躯体部の外部に延びており、更にその一部は地中に直接埋設され、地中ないし地下水等の自然エネルギーを利用した熱交換手段内を通過することで構造躯体内の温度調整を図るようにしたことを特徴とする外断熱システムである。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した外断熱システムにおいて、前記コンクリート構造躯体部の外部に延びている閉管路の一部には、コンクリート構造躯体部内を循環して流入するブライン及び前記熱交換手段によって熱交換されて流入するブラインを一時貯留する開放シスタンクが設けられていることを特徴とする外断熱システムである。

請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した外断熱システムにおいて、前記コンクリート構造躯体部の外部に延びている閉管路の途中にはブラインの流速調整及びブラインの流れる方向を切り換えることのできる一基または複数基のポンプが配設されていることを特徴とする外断熱システムである。

請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載した外断熱システムにおいて、前記コンクリート構造躯体部の外部に延びている閉管路の途中には室内外の温度差を小さくして結露の発生を防止する温度調整手段が設けられていることを特徴とする外断熱システムである。

請求項５に記載した発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載した外断熱システムにおいて、前記熱交換手段における熱交換率の調整は、地中に埋設される閉管路の深さ、長さ及び内径等によって調整されることを特徴とする外断熱システムである。

請求項６に記載した発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載した外断熱システムにおいて、前記断熱手段における断熱効率の調整は、コンクリート構造躯体部中に埋設される閉管路の内径、コンクリート構造躯体部の外部側端面からの距離、閉管路の配設ピッチ等によって調整されることを特徴とする外断熱システムである。

本発明の外断熱システムによれば、構造躯体の少なくとも一部にコンクリート構造躯体部を備える構造躯体において、構造が比較的簡単で材料及び施工コストを低く抑えることのできる外断熱システムを提供できるようになる。
また自然エネルギーをそのまま利用した熱交換手段を採用しているから電気エネルギーの消費を極力小さくすることができる。またブラインは閉管路中を流れる構成にしたから、閉管路内への析出物等の付着も防止される。また閉管路の途中に温度調整手段を設けた場合には室内外の温度差を結露の発生しない温度差に保つことができるから、当該結露に起因するカビ等の発生を防止することができる。

以下、下記に示す実施の形態１を例にとって、本発明に係る外断熱システムについて具体的に説明する。本明細書において使用する「外断熱システム」とは、建造物Ａを構成する構造躯体の少なくとも一部、例えば外壁、天井、床等をコンクリート構造躯体部３によって構成し、当該コンクリート構造躯体部３の躯体外部側において断熱手段５を設けることで室内空間Ｂと室外空間Ｃとの間の温度差を所定の範囲内に保つようにした建造物の温度管理システムを意味する。

実施の形態１に係る外断熱システム１は、図１に示すように断熱手段５としてコンクリート構造躯体部３中に直接埋設される閉管路７と、閉管路７内を流れる図示しないブラインを採用している。
閉管路７は、一例として強化ポリプロピレン製のパイプ材によって形成されている。そして閉管路７の一部は上述のようにコンクリート構造躯体部３中に直接埋設されており、閉管路７の他の一部はコンクリート構造躯体部３の外部に延び、更にその一部は地中Ｇに直接埋設されている。

ブラインはコンクリート構造躯体部３の断熱作用を直接担う熱交換用の液体である。ブラインとしては不凍液や純水等が使用できる。
閉管路７のうちコンクリート構造躯体部３中に埋設されている部分は直接断熱作用を奏する部分であり、当該断熱効率の調整は閉管路７の内径Ｄと、コンクリート構造躯体部３の外部側端面９からの距離Ｓと、閉管路７の配設ピッチＰ等とによって調整されている。

本実施の形態では、閉管路７の内径Ｄが一例として９ｍｍ、外部側端面９からの距離Ｓが一例として５０ｍｍ、閉管路７の配設ピッチＰが一例として１５０ｍｍに設定されている。
またコンクリート構造躯体部３の外部に延びており、地中に直接埋設されている部分には熱交換手段１１が設けられている。実施の形態１に係る熱交換手段１１は地中Ｇを所定の深さ掘削して形成した井戸１３と、井戸１３内に貯留されている熱交換用の地下水１５とによって構成されている。

地下水１５の温度は年間を通じて１５℃程度に保たれているため、本発明において必要とする充分な熱交換量が得られる。また熱交換手段１１における熱交換率の調整は、地中Ｇに埋設される閉管路７の深さＨ、長さＬ及び内径Ｄ等によって適宜調整される。
本発明ではこのように自然エネルギーをそのまま利用した熱交換手段１１を採用しているから、電気エネルギー等の消費を極力抑えた、自然環境への影響を最小限にした構成になっている。

この他、コンクリート構造躯体部３の外部に延びている閉管路７の一部には、図１に示すようにコンクリート構造躯体部３内を循環して流入するブライン及び前記熱交換手段１１によって熱交換されて流入するブラインを一時貯留する開放シスタンク１７が設けられている。
開放シスタンク１７は閉管路７内へ常に安定した量のブラインを供給するのに役立ち、流入するブラインと流出するブラインの温度差を小さくする役割も有している。開放シスタンク１７を構成するケーシングは外部からの温度変化の影響を受け難い材料、肉厚及び構造により形成されている。

またコンクリート構造躯体部３の外部に延びている閉管路７の途中には一基または複数基のポンプ１９が配設されている。
本実施の形態では図１に示すように２基のポンプ１９が開放シスタンク１７と熱交換手段１１との間の閉管路７の途中と、開放シスタンク１７とコンクリート構造躯体部３との間の閉管路７の途中に設けられている。
ポンプ１９には閉管路７内を流れるブラインの流速調整及びブラインの流れる方向を切り換える機能が付加されていることが好ましい。

因みにブラインの流速を調整できれば、熱交換手段１１の熱交換率や断熱手段５の断熱効率を更に高めることができる。またブラインの流れる方向を切り換えることができれば、季節によって例えば夏と冬とでブラインの流れる方向を換えて、季節に合った効率の良い断熱作用を奏することができるようになる。
この他、図２中、符号２１で示す部材は閉管路７を開閉するバルブであり、符号Ｔで示すものは室内空間Ｂと室外空間Ｃとの間の温度差等を検知する温度センサである。これらは閉管路７のレイアウト等に応じて適宜の数、適宜の場所に設けられる。

そしてこのようにして構成される本発明の外断熱システム１は、夏季においては室外空間Ｃの温度上昇に伴って、熱せられたコンクリート構造躯体部３が、閉管路７内を流れるブラインによって冷やされ、室内空間Ｂの急激な温度上昇を防止する。またコンクリート構造躯体部３によって加熱され温度上昇したブラインは開放シスタンク１７、熱交換手段１１中を流れることによって冷却され、再び当初の温度に戻り、コンクリート構造躯体部３中に供給される。

一方、冬季においては室外空間Ｃの温度低下に伴って冷やされたコンクリート構造躯体部３は、閉管路７内を流れるブラインによって温められ、室外空間Ｃの急激な温度低下を防止する。またコンクリート構造躯体部３によって冷却され温度低下したブラインは開放シスタンク１７、熱交換手段１１中を流れることによって温められ、再び当初の温度に戻り、コンクリート構造躯体部３中に供給される。
このようにして室内空間Ｂの温度調整が図られることによって、室内空間Ｂに設けるエアコン等の消費電力を低く抑えることが可能となり、効率の良いエアコン等の使用が可能となる。

以上、本発明を実施するための最良の形態である実施の形態１について詳述してきたが、具体的な構成は上述した構成に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内における設計の変更などがあっても本発明に含まれる。
例えば、熱交換手段１１は図４に示すようにコンクリート構造躯体部３の外部に延びている閉管路７の一部を地中Ｇに単に埋設するだけの構成であっても構わない。尚、地中Ｇの温度は深さＨが１〜３ｍでは約１８℃、深さＨが７ｍ以上になると１０℃〜１５℃であり、高い熱交換率を得ようとすれば、地中Ｇに埋設する閉管路７の深さＨは７ｍ以上が望ましいと言うことができる。

またコンクリート構造躯体部３中に埋設されている部位の閉管路７は、一本の閉管路７によって構成される他、図５に示すように複数本の枝管２３が枝分かれした構成の閉管路７とすることも可能である。このような構成の閉管路７を採用した場合には、枝管２３の一部に不具合が生じた場合には、不具合が生じた枝管２３のみを閉鎖する等の使用態様が可能となる。

また図６に示すようにコンクリート構造躯体部３の外部に延びている閉管路７の途中に室内空間Ｂと室外空間Ｃの温度差を更に小さくし得る温度調整手段２５を設けることも可能である。室内空間Ｂと室外空間Ｃの温度差が±４℃以上になると閉管路７の表面に結露が発生し易くなるから、当該温度差が±４℃未満になるように温度調整手段２５を調整すれば結露の発生は防止される。

本発明の実施の形態１に係る外断熱システムを適用した建造物を示す側断面図である。 本発明の実施の形態１に係る外断熱システムを示す側断面図である。 コンクリート構造躯体部の一部を破断して示す、図２中Ａ−Ａ線における断面図である。 熱交換手段の構成を変えた他の外断熱システムを適用した建造物を示す側断面図である。 コンクリート構造躯体部中に埋設される閉管路の他の配設態様を示す側面図である。 閉管路の途中に温度調整手段を設けた外断熱システムの一部を拡大して示す側断面図である。

符号の説明

１ 外断熱システム ３ コンクリート構造躯体部
５ 断熱手段 ７ 閉管路
９ 外部側端面 １１ 熱交換手段
１３ 井戸 １５ 地下水
１７ 開放シスタンク １９ ポンプ
２１ バルブ ２３ 枝管
２５ 温度調整手段 Ａ 建造物
Ｂ 室内空間 Ｃ 室外空間 Ｇ 地中
Ｄ 内径 Ｓ （外部側端面からの）距離 Ｐ 配設ピッチ
Ｈ 深さ Ｌ 長さ Ｔ 温度センサ

Claims (6)

1. 構造躯体の少なくとも一部にコンクリート構造躯体部を備え、当該コンクリート構造躯体部には断熱手段が設けられており、該断熱手段を設けることで室内外の温度差を所定の範囲内に保つようにした外断熱システムにおいて、前記断熱手段はコンクリート構造躯体部中に直接埋設される閉管路と、閉管路内を流れるブラインであり、閉管路の一部はコンクリート構造躯体部の外部に延びており、更にその一部は地中に直接埋設され、地中ないし地下水等の自然エネルギーを利用した熱交換手段内を通過することで構造躯体内の温度調整を図るようにしたことを特徴とする外断熱システム。
2. 請求項１に記載した外断熱システムにおいて、前記コンクリート構造躯体部の外部に延びている閉管路の一部には、コンクリート構造躯体部内を循環して流入するブライン及び前記熱交換手段によって熱交換されて流入するブラインを一時貯留する開放シスタンクが設けられていることを特徴とする外断熱システム。
3. 請求項１または２に記載した外断熱システムにおいて、前記コンクリート構造躯体部の外部に延びている閉管路の途中にはブラインの流速調整及びブラインの流れる方向を切り換えることのできる一基または複数基のポンプが配設されていることを特徴とする外断熱システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載した外断熱システムにおいて、前記コンクリート構造躯体部の外部に延びている閉管路の途中には室内外の温度差を小さくして結露の発生を防止する温度調整手段が設けられていることを特徴とする外断熱システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載した外断熱システムにおいて、前記熱交換手段における熱交換率の調整は、地中に埋設される閉管路の深さ、長さ及び内径等によって調整されることを特徴とする外断熱システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載した外断熱システムにおいて、前記断熱手段における断熱効率の調整は、コンクリート構造躯体部中に埋設される閉管路の内径、コンクリート構造躯体部の外部側端面からの距離、閉管路の配設ピッチ等によって調整されることを特徴とする外断熱システム。
   

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