JP2006258389A - 室温調整システム - Google Patents

Abstract

【課題】手間やコストをかけず、化石エネルギーではなく自然エネルギーを利用することにより、室内の温度を調整することができる室温調整システムを提供する。
【解決手段】室温調整システムは、屋外の外気を室内へ取り入れる外気取り入れ口１０と、外気取り入れ口１０から取り入れられた外気を、太陽光によって加熱する温度管理装置１１と、温度管理装置１１によって加熱された外気が通過する、地中に埋設された温度変更管１６、１７と、温度変更管１６、１７を通過した後の外気を室内へ吹き出す送風口１９とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、室内の温度を調整でき、夏季は冷房として機能し、冬季は暖房として機能する、室温調整システムに関する。

従来、夏季はクーラーなどの冷房器具を運転させることにより、室内を冷やし、冬季はヒーターなどの暖房器具を運転させることにより、室内を暖めることが行われている。しかし、冷房器具あるいは暖房器具を運転させる場合、ガスや石油などの化石エネルギーを浪費しており、地球環境に負荷を与えることが問題となっている。

この問題に対し、水を室温冷却加熱水槽に蓄えて、水の比熱の高さを利用し室温調整を行い、冷暖房に使用する化石エネルギーを節約する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−２９６５７５号公報

上述した従来技術は、室温冷却加熱水槽を地中に埋設し、室温冷却加熱水槽の内部に空気を搬送するパイプを配置し、室温冷却加熱水槽内の貯蔵水と搬送空気との間で熱交換を行うことにより、搬送空気を冷却あるいは加熱し、室内の冷房あるいは暖房として利用する。

しかしながら、この従来技術によると、室温冷却加熱水槽を地中に埋設する必要があると共に、室温冷却加熱水槽中の水を管理しなければならず、手間やコストがかかる懸念がある。

本発明は、上記の課題に鑑み、手間やコストをかけず、化石エネルギーではなく自然エネルギーを利用することにより、室内の温度を調整することができる室温調整システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の特徴は、（ａ）屋外の外気を室内へ取り入れる外気取り入れ口と、（ｂ）外気取り入れ口から取り入れられた外気を、太陽光によって加熱する温度管理装置と、（ｃ）温度管理装置によって加熱された外気が通過する、地中に埋設された温度変更管と、（ｄ）温度変更管を通過した後の外気を室内へ吹き出す送風口とを備える室温調整システムであることを要旨とする。

本発明の特徴に係る室温調整システムによると、太陽光によって暖められた外気が温度変更管の周囲の土壌を暖め、その余熱が室内に吹き出すことにより、室内を暖めることができる。これは、冬季の日中において、室温調整システムを暖房として利用することに適する。

又、室温調整システムは、温度管理装置によって加熱されていない外気が温度変更管を通過した場合、温度変更管の周囲の土壌によって当該外気は暖められ、送風口は当該暖められた外気を室内へ吹き出すことが好ましい。

温度変更管の周囲の土壌は、太陽光によって加熱された外気が温度変更管を通過することにより、暖められているため、冬季の曇りや雨、夜間において、外気を取り入れると、当該外気が温度変更管の周囲の土壌によって暖められ、室内の暖房として利用することができる。

又、温度管理装置によって加熱されていない外気が温度変更管を通過する前に通過し、周囲の土壌を利用して当該外気を予熱する予熱予冷管を更に備えることが好ましい。

東京近況における深さ４〜５ｍの地中温度は、１６〜１７℃であるため、温度変更管へ外気を送風する前に、予熱予冷管で予め外気を暖めておく。これにより、温度変更管の周囲の高温土壌をできる限り冷やさないようにすることができる。

又、温度管理装置は、内部に金属製の採熱板を有し、屋外から取り入れた外気を当該採熱板の放射冷却現象を利用して冷却し、温度変更管は、温度管理装置によって冷却された外気が通過することが好ましい。

この室温調整システムによると、放射冷却現象によって冷やされた外気が温度変更管の周囲の土壌を冷やし、その余熱が室内に吹き出すことにより、室内を冷やすことができる。これは、夏季の夜間において、室温調整システムを冷房として利用することに適する。

又、温度管理装置によって冷却されていない外気が温度変更管を通過した場合、温度変更管の周囲の土壌によって当該外気は冷やされ、送風口は当該冷やされた外気を室内へ吹き出すことが好ましい。

温度変更管の周囲の土壌は、放射冷却現象によって冷やされた外気が温度変更管を通過することにより、冷やされているため、夏季の日中において、外気を取り入れると、当該外気が温度変更管の周囲の土壌によって冷やされ、室内の冷房として利用することができる。

又、予熱予冷管は、温度管理装置によって冷却されていない外気が温度変更管を通過する前に通過し、周囲の土壌を利用して当該外気を予冷することが好ましい。

上述したように、東京近況における深さ４〜５ｍの地中温度は、１６〜１７℃であるため、温度変更管へ外気を送風する前に、予熱予冷管で予め外気を冷やしておく。これにより、温度変更管の周囲の低温土壌をできる限り暖めないようにすることができる。

本発明によると、手間やコストをかけず、化石エネルギーではなく自然エネルギーを利用することにより、室内の温度を調整する室温調整システムを提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

本実施形態に係る室温調整システムは、地中温度、地中の土壌の持つ蓄熱性、断熱性、放射冷却、外気等の自然エネルギーを組み合わせて利用することで、室内等の冷房、暖房を自然の恵みを主体としたエネルギーだけで自給する。このように、化石エネルギーを消費することがないため、地球環境負荷の低減に寄与し、地球温暖化対策に大きく貢献することが可能である。

（室温調整システム）
地中温度は、地上の環境要素から遮断され、年間又は一日の中で安定した温度帯を有する。例えば、東京近況における深さ４〜５ｍの１月と８月の地中温度は、どちらも１６〜１７℃であり、恒温性がある。この地中エネルギーはクリーンで、無尽蔵であるが、浅い層の地中温度を主体的暖房として利用するには、１６〜１７℃の地中温度を利用し、熱交換した空気では低温すぎて、補助暖房にしかなり得ない。

そこで、本実施形態では、冬季は、太陽エネルギーを利用し、地中の土壌を人為的に再加熱し、暖房に必要とされる温度帯の土壌をつくる。そして、土壌の持つ蓄熱性と断熱性とを利用し保存することにより、安定して加熱空気を供給し、暖房として利用する。

又、太陽エネルギーは無尽蔵ではあるが、天候、気候に大きく影響を受ける。室温効果を利用し採熱した熱エネルギーを安定的に利用するには、その熱エネルギーを保存しておく装置が必要である。本実施形態では、その熱エネルギーを保存する装置として、地中空間の安定性や土壌の持つ蓄熱性や断熱性を有効に利用し、温度管理装置で採熱した熱風を地中にある温度変更管に送り、地中の土壌を再加熱し高温土壌を作り、土壌の持つ蓄熱性と断熱性を利用して、その熱エネルギーを保存することで、太陽エネルギーのない曇や雨、夜間に保存した熱エネルギーを夜、昼の区別なく安定して供給し、暖房として利用する。

一方、夏季は、夜間の低温外気を温度管理装置内に送り、温度管理装置内に設置したアルミ製の採熱板の放射冷却現象を利用して外気を冷却し、その低温空気を地中温度変更管に送ることで、地中の土壌を人為的に再冷却し低温土壌をつくる。そして、土壌の持つ蓄熱性と断熱性とを利用し保存することにより、安定して冷却空気を供給し、冷房として利用する。

本実施形態に係る室温調整システムは、図１及び図２に示すように、屋外の外気を取り入れる外気取り入れ口１０、２０と、外気取り入れ口１０から取り入れられた外気を、加熱あるいは冷却する温度管理装置１１と、温度管理装置１１によって加熱あるいは冷却された外気が通過する、地中に埋設された温度変更管１６、１７と、温度変更管１６、１７を通過した後の外気を室内へ吹き出す送風口１９と、温度管理装置１１によって加熱されていない外気が温度変更管１６、１７を通過する前に通過し、周囲の土壌を利用して当該外気を予熱あるいは予冷する予熱予冷管１５を備える。その他、室温調整システムは、送風ファン１２、開閉バルブ２１、１３、分岐チャンバー１８を備える。又、室温調整システムの各装置は、図１では、建物１の内部及び建物１の下に、配置されこととしているが、これに限られず、屋外に設置し、建物内に冷気、外気を取り込むこととしてもよい。ここで、図１は、本実施形態に係る室温調整システムを設置した建物の正面断面図であり、図２は、本実施形態に係る室温調整システムを設置した建物の上面図である。

外気取り入れ口１０は、屋外から外気を取り入れ、温度管理装置１１へ送風し、外気取り入れ口２０は、屋外から外気を取り入れ、予熱予冷管１５へ送風する。

温度管理装置１１は、外気取り入れ口１０から取り入れた外気を、冬季は、太陽光によって加熱し、夏季は、放射冷却現象を利用して冷却する。温度管理装置１１は、図３に示すように、ガラス１１ａと、断熱材１１ｂと、孔１１ｄを有する採熱板１１ｃとから構成される。採熱板１１ｃは、アルミや鉄などの金属からなる。このような構成の温度管理装置１１は、採熱板１１の放射冷却現象を利用して、外気を冷却することができる。

送風ファン１２は、外気取り入れ口１０もしくは外気取り入れ口２０から温度管理装置１１や予熱予冷管１５へ外気を引き込み、温度変更管１６、１７へ送風する。

開閉バルブ１３は、外気取り入れ口１０から温度管理装置１１を経て、送風ファン１２への外気の通路を開状態、あるいは、閉状態とする。具体的には、開閉バルブ１３は、冬季の日射中の日中及び夏季の夜間は、開状態とし、冬季の曇りや雨、夜間、及び夏季の日中は、閉状態とする。

開閉バルブ２１は、外気取り入れ口２０から予熱予冷管１５を経て、送風ファン１２への外気の通路を開状態、あるいは、閉状態とする。具体的には、開閉バルブ２１は、冬季の日射中の日中及び夏季の夜間は、閉状態とし、冬季の曇りや雨、夜間、及び夏季の日中は、開状態とする。

開閉バルブ１３、２１は、電動シャッター等を利用し、温度センサーで自動運転し、空気の流れを自動管理する。

予熱予冷管１５は、二重管構造となっており、図４に示すように、外気取り入れ口２０から送られた外気は、内側管１５ａの内部を通り、その後、内側管１５ａの外部を通り、温度変更管１６、１７へ送られる。予熱予冷管１５の周囲の土壌は、東京近郊であれば、１６〜１７℃程度であるので、冬季の曇りや雨、夜間においては、外気取り入れ口２０から取り入れた外気を予熱し、夏季の日中においては、外気取り入れ口２０から取り入れた外気を予冷する。

温度変更管理官１６、１７は、冬季の日射中の日中においては、温度管理装置１１によって加熱された外気が通過することにより、その周囲の土壌を再加熱し、高温土壌をつくる。又、温度変更管理官１６、１７は、冬季の曇りや雨、夜間においては、温度管理装置１１によって加熱されていない外気が通過した場合、温度変更管１６、１７の周囲の土壌によって外気を暖める。

又、温度変更管理官１６、１７は、夏季の夜間においては、温度管理装置１１によって冷却された外気が通過することにより、その周囲の土壌を再冷却し、低温土壌をつくる。又、温度変更管理官１６、１７は、夏季の日中においては、温度管理装置１１によって冷却されていない外気が通過した場合、温度変更管１６、１７の周囲の土壌によって外気を冷やす。

又、温度変更管１６、１７は、二重管構造となっており、図１に示すように、送風ファン２０から送られた外気は、内側管１６ａ、１７ａの内部を通り、その後、内側管１６ａ、１７ａの外部を通り、分岐チャンバー１８へ送られる。

分岐チャンバー１８は、温度変更管１６、１７を通過した外気を室内の各送風口１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄへ送風する。

送風口１９（図２では、送風口１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）は、温度変更管１６、１７を通過した後の外気を室内へ吹き出す。具体的には、冬季においては、暖められた外気を室内へ吹き出し、夏季においては、冷やされた外気を室内へ吹き出す。

（冬季の暖房利用方法）
次に、本実施形態に係る冬季の室温調整方法について、図６及び図７を用いて説明する。

まず、図６を用いて、日射のある日中の暖房利用方法について説明する。外気の循環経路は、図１及び図２の矢印で示されたとおりである。又、図１及び図２に示す、開閉バルブ２１は閉状態、開閉バルブ１３は開状態である。

ステップＳ１０１において、外気取り入れ口１０は、屋外の外気を取り入れる。

次に、ステップＳ１０２において、温度管理装置１１は、外気取り入れ口１０から取り入れられた外気を加熱する。開閉バルブ１３が開状態であるため、加熱された外気は、温度変更管１６へ送られる。

次に、ステップＳ１０３において、温度変更管１６及び温度変更管１７は、加熱された外気が通過することにより、地中の土壌を再加熱し、高温土壌をつくる。

次に、ステップＳ１０４において、分岐チャンバー１８は、地中の土壌を加熱した後の余熱を室内の各送風口１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄへ送風する。そして、室内を暖房する。

次に、図７を用いて、冬季の曇りや雨、夜間の暖房利用方法について説明する。外気の循環経路は、図４及び図５の矢印で示されたとおりである。又、図４及び図５に示す、開閉バルブ２１は開状態、開閉バルブ１３は閉状態である。

まず、ステップＳ２０１において、外気取り入れ口２０は、屋外の空気を取り入れる。開閉バルブ２１が開状態であるため、取り入れられた外気は、予熱予冷管１５へ送られる。

次に、ステップＳ２０２において、予熱予冷管１５は、外気取り入れ口２０から取り入れられた外気を、地下熱を利用して予熱する。地下熱は年間を通して１６〜１７℃程度であるので、外気を予め加熱することができる。そして、予熱予冷管１５によって予熱された外気は、温度変更管１６へ送られる。

次に、ステップＳ２０３において、温度変更管１６及び温度変更管１７は、太陽エネルギーを利用してつくっておいた高温土壌で熱交換することにより、予熱された外気を更に暖める。

次に、ステップＳ２０４において、分岐チャンバー１８は、温度変更管１６及び温度変更管１７によって暖められた外気を室内の各送風口１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄへ送風する。そして、室内を暖房する。

（夏季の冷房利用方法）
次に、本実施形態に係る夏季の室温調整方法について、図８及び図９を用いて説明する。

まず、図８を用いて、夜間の冷房利用方法について説明する。外気の循環経路は、図１及び図２の矢印で示されたとおりである。又、図１及び図２に示す、開閉バルブ２１は閉状態、開閉バルブ１３は開状態である。

ステップＳ３０１において、外気取り入れ口１０は、屋外の外気を取り入れる。そして、外気取り入れ口１０から取り入れられた外気を温度管理装置１１へ送る。

次に、ステップＳ３０２において、温度管理装置１１は、内部に設置したアルミ製の採熱板の放射冷却現象を利用して外気を冷却する。開閉バルブ１３が開状態であるため、冷却された外気は、温度変更管１６へ送られる。

次に、ステップＳ３０３において、温度変更管１６及び温度変更管１７は、冷却された外気が通過することにより、地中の土壌を再冷却し、低温土壌をつくる。

次に、ステップＳ３０４において、分岐チャンバー１８は、地中の土壌を冷却した後の余熱を室内の各送風口１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄへ送風する。そして、室内を冷房する。

次に、図９を用いて、日射のある日中の冷房利用方法について説明する。外気の循環経路は、図４及び図５の矢印で示されたとおりである。又、図４及び図５に示す、開閉バルブ２１は開状態、開閉バルブ１３は閉状態である。

まず、ステップＳ４０１において、外気取り入れ口２０は、屋外の空気を取り入れる。開閉バルブ２１が開状態であるため、取り入れられた外気は、予熱予冷管１５へ送られる。

次に、ステップＳ４０２において、予熱予冷管１５は、外気取り入れ口２０から取り入れられた外気を、地下熱を利用して予冷する。地下熱は年間を通して１６〜１７℃程度であるので、外気を予め冷却することができる。そして、予熱予冷管１５によって予冷された外気は、温度変更管１６へ送られる。

次に、ステップＳ４０３において、温度変更管１６及び温度変更管１７は、夜間の外気を利用してつくっておいた低温土壌で熱交換することにより、予冷された外気を更に冷やす。

次に、ステップＳ４０４において、分岐チャンバー１８は、温度変更管１６及び温度変更管１７によって冷やされた外気を室内の各送風口１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄへ送風する。そして、室内を冷房する。

（作用及び効果）
地中の土壌は、熱容量が非常に大きく、暖めにくく冷めにくいという性質を持っている。この性質から地中の土壌を再加熱、再冷却するためには、長期間にわたり冷風や温風を送り続ける必要がある。本実施形態によると、冷房用の低温土壌、暖房用の高温土壌を自然エネルギーの通年利用から人為的につくりだし、地中の土壌の性質を利用し保存することで、冷房や暖房の熱源として利用することができる。

例えば、低温土壌をつくるには、５〜９月の夜間の定温外気を利用し、高温土壌をつくるには、１０月〜４月の太陽エネルギーを利用する。

本実施形態に係る室温調整システム及び室温調整方法によると、自然エネルギーを利用しているため、ランニングコストがほとんどかからない。

又、温度管理装置１１や予熱予冷管１５、温度変更管１６、１７など単純な構造の装置を用いるため、メンテナンスの費用がほとんどかからない。このように、複雑な機械装置を必要としないため、設置費用が安価である。

又、化石エネルギーを消費することがないため、二酸化炭素の低減に寄与し、地球温暖化防止に貢献することができる。

又、外気取り入れ口１０、２０は、建築基準法で設置義務のある２４時間換気システムの吸気口として有効に利用することができる。

更に、室内に新鮮な空気を大量に送ることができるため、健康的な室内環境を実現でき、建物内部の負圧状態の改善にも有効に働く。

（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、本実施形態において、予熱予冷管は１つ、温度変更管は２つ設置されるものとして説明したが、各管の数は任意に設置することが可能である。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本実施形態に係る室温調整システムを設置した建物の正面断面図である（その１）。 本実施形態に係る室温調整システムを設置した建物の上面図である（その１）。 図１における温度管理装置の拡大図である。 本実施形態に係る室温調整システムを設置した建物の正面断面図である（その２）。 本実施形態に係る室温調整システムを設置した建物の上面図である（その２）。 本実施形態に係る室温調整方法（冬季の暖房利用方法）を示すフローチャートである（その１）。 本実施形態に係る室温調整方法（冬季の暖房利用方法）を示すフローチャートである（その２）。 本実施形態に係る室温調整方法（夏季の冷房利用方法）を示すフローチャートである（その１）。 本実施形態に係る室温調整方法（夏季の冷房利用方法）を示すフローチャートである（その２）。

符号の説明

１…建物
１０、２０…外気取り入れ口
１１…温度管理装置
１２…送風ファン
１３、２１…開閉バルブ
１５…予熱予冷管
１５ａ…内側管
１６、１７…温度変更管
１６ａ、１７ａ…内側管
１８…分岐チャンバー
１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ…送風口

Claims (6)

1. 屋外の外気を室内へ取り入れる外気取り入れ口と、
   前記外気取り入れ口から取り入れられた外気を、太陽光によって加熱する温度管理装置と、
   前記温度管理装置によって加熱された外気が通過する、地中に埋設された温度変更管と、
   前記温度変更管を通過した後の外気を室内へ吹き出す送風口と
   を備えることを特徴とする室温調整システム。
2. 前記温度管理装置によって加熱されていない外気が前記温度変更管を通過した場合、前記温度変更管の周囲の土壌によって当該外気は暖められ、前記送風口は当該暖められた外気を室内へ吹き出すことを特徴とする請求項１に記載の室温調整システム。
3. 前記温度管理装置によって加熱されていない外気が前記温度変更管を通過する前に通過し、周囲の土壌を利用して当該外気を予熱する予熱予冷管を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の室温調整システム。
4. 前記温度管理装置は、内部に金属製の採熱板を有し、屋外から取り入れた外気を当該採熱板の放射冷却現象を利用して冷却し、
   前記温度変更管は、前記温度管理装置によって冷却された外気が通過することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の室温調整システム。
5. 前記温度管理装置によって冷却されていない外気が前記温度変更管を通過した場合、前記温度変更管の周囲の土壌によって当該外気は冷やされ、前記送風口は当該冷やされた外気を室内へ吹き出すことを特徴とする請求項４に記載の室温調整システム。
6. 前記予熱予冷管は、前記温度管理装置によって冷却されていない外気が前記温度変更管を通過する前に通過し、周囲の土壌を利用して当該外気を予冷することを特徴とする請求項５に記載の室温調整システム。

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