JP2006343026A - 集合住宅の暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】 各住戸毎の間欠暖房による立ち上り負荷をなくし、必要最小暖房である定常負荷のみを想定した設備容量だけで成り立つ集合住宅の暖房システムを提供する。
【解決手段】 セントラル熱源１と、セントラル熱源１から熱媒を集合住宅の複数の住戸Ｒへ搬送するとともに前記複数の住戸Ｒから熱媒をセントラル熱源１へ搬送する熱媒循環路２と、熱媒を搬送するための搬送手段３と、複数の住戸Ｒに熱媒の熱を利用して暖房を行うための暖房用端末４とを備え、暖房運転期間を通じて常時複数の住戸Ｒに熱媒を搬送するとともに暖房用端末４にて暖房を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、セントラル熱源を備えた集合住宅の暖房システムに関するものである。

従来より、セントラル熱源を備えた集合住宅の暖房システムが知られている（例えば特許文献１参照）。このような従来の集合住宅の暖房システムにあっては、集合住宅にセントラル熱源を設置し、セントラル熱源から熱媒循環路を介して熱媒を複数の住宅に搬送するとともに、各住戸に設置した暖房用端末によって前記熱媒の熱を利用して暖房を行うものであり、各住戸では、間欠暖房を行っている。ここで間欠暖房とは生活時間や部屋の滞在時間に応じて、必要な時間帯のみ運転させ、暖房が不要になれば運転停止させるというように暖房機器の運転を適宜必要に応じて開始・停止を繰り返すものである。

しかしながら、従来の集合住宅の暖房システムにおいては、各住戸毎に間欠暖房を行っているため、暖房停止時間の間に、暖房中に建物の駆体に蓄熱された熱量が外気に放散されて冷えていく。それ故、再度暖房運転を始めたときには、放散された駆体蓄熱分の熱量が余分に必要となってしまう。これを立ち上がり負荷という。一方、各住戸の室内が設定暖房室温に達し、駆体蓄熱が十分に行われ、外気と建物の熱バランスがとれたときに必要な暖房熱量を定常負荷というが、立ち上がり負荷はこの定常負荷よりも大きいため、間欠暖房には余分な熱量が必要となっていた。

また、従来のセントラル熱源を備えた暖房システムの設計では、各住戸の熱負荷の推定、各住戸による同時使用率の設定が必要であるが、これらの正確な予想は困難であった。さらには、各住戸毎に間欠的に暖房を行っているため、立ち上り負荷を想定したシステム設計が必要となるため、セントラル熱源の熱源容量、熱媒の循環量、配管設備（管径等）等の設備容量について余裕をもったシステム設計が必要となり、設備費用が高額となってしまうものであった。
特開平０５−２４０５２９号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、各住戸毎の間欠暖房による立ち上り負荷をなくし、必要最小暖房負荷である定常負荷のみを想定した設備容量だけで成り立つ集合住宅の暖房システムを提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明にあっては、セントラル熱源１と、セントラル熱源１から熱媒を集合住宅の複数の住戸Ｒへ搬送するとともに前記複数の住戸Ｒから熱媒をセントラル熱源１へ搬送する熱媒循環路２と、熱媒を搬送するための搬送手段３と、複数の住戸Ｒに熱媒の熱を利用して暖房を行うための暖房用端末４とを備え、暖房運転期間を通じて常時複数の住戸Ｒに熱媒を搬送するとともに暖房用端末４にて暖房を行うことを特徴とするものである。このような構成とすることで、各住戸Ｒ毎の間欠暖房による立ち上り負荷をなくし、必要最小暖房負荷である定常負荷のみを想定した設備容量だけで成り立つため設備費用の低減を図ることができる。

また、請求項２に係る発明にあっては、請求項１に係る発明において、熱媒循環路２を流れる熱媒の流量Ｖ（ｌ／ｍｉｎ）を一定にして熱媒の温度Ｔ_１（℃）を制御することで、各住戸Ｒの室温を設定温度Ｔ_ｉｎ（℃）に維持することを特徴とするものである。このような構成とすることで、熱媒の温度Ｔ_１を制御することで各住戸Ｒの室温を設定温度Ｔ_ｉｎに維持することができる。

また、請求項３に係る発明にあっては、請求項１に係る発明において、熱媒循環路２を流れる熱媒の温度Ｔ_１（℃）を一定にして熱媒の流量Ｖ（ｌ／ｍｉｎ）を制御することで、各住戸Ｒの室温を設定温度Ｔ_ｉｎ（℃）に維持することを特徴とするものである。このような構成とすることで、熱媒の流量Ｖを制御することで各住戸Ｒの室温を設定温度Ｔ_ｉｎに維持することができる。

また、請求項４に係る発明にあっては、請求項１乃至３のいずれかに係る発明において、セントラル熱源１にコージェネレーションシステムを備えたことを特徴とするものである。このような構成とすることで、エネルギー利用効率が向上する。

また、請求項５に係る発明にあっては、請求項１乃至４のいずれかに係る発明において、外気温Ｔ_ｏｕｔ（℃）を基に各住戸Ｒの室温を設定温度Ｔ_ｉｎ（℃）にするために必要な暖房負荷（暖房熱量Ｑ_ｒｏｏｍ（Ｗ））を算出、あるいは、予め日時に応じて設定した暖房負荷をデータベース化した暖房負荷データベースから算出し、前記算出した暖房負荷となるようにセントラル熱源１を制御することで各住戸Ｒの室温を設定温度Ｔ_ｉｎ（℃）に維持することを特徴とするものである。このような構成とすることで、外気温Ｔ_ｏｕｔ（℃）、あるいは日時に応じて必要な暖房熱量Ｑ_ｒｏｏｍ（Ｗ）にて暖房運転を行うことができる。

また、請求項６に係る発明にあっては、請求項１に係る暖房システムで用いる熱媒循環路２を利用して、各住戸Ｒへ給湯熱量も供給することが可能な、暖房システムである。このようにすることで、セントラル熱源１や熱媒循環路２などの設備を暖房システムだけではなく、給湯システムにも利用することができる。

本発明にあっては、各住戸Ｒ毎の間欠暖房による立ち上り負荷をなくし、必要最小暖房負荷である定常負荷のみを想定した設備容量だけで成り立つものである。

すなわち、本発明に係る暖房システムは２４時間運転を行っており、設備使用率は１００％なので、各住戸の使用量差や使用時間の変動を考慮する必要がなく、必要最小限の設備で暖房負荷を賄うことができ、設備費用の低減を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態について図１に基づいて説明する。本発明の対象となる建物は、マンションやアパート等のように複数の住戸Ｒを有する集合住宅である。

集合住宅にはセントラル熱源１を設置してある。熱源としてはボイラーやコージェネレーションシステム、ヒートポンプ等が挙げられるが特に限定されず、本実施形態ではボイラー１１とコージェネレーションシステム１２を併用している。コージェネレーションシステム１２としては、原動機を備えた発電機や燃料電池等が挙げられるが特に限定されない。このセントラル熱源１は集合住宅の共用部に設置され、ボイラー１１やコージェネレーションシステム１２により加熱された熱媒は熱交換器１３を介して各住戸Ｒへ搬送するための熱媒（以下単に熱媒という）を加熱するもので、熱媒は熱媒循環路２によって搬送される。

熱媒循環路２は、加熱された熱媒をセントラル熱源１から各住戸Ｒへ搬送する往管２１と、各住戸Ｒにて使用した熱媒をセントラル熱源１へ搬送する復管２２とからなり、搬送手段３としての循環ポンプを途中に備えている。熱媒としては本実施形態では温水を用いているが他の媒体でも良い。

各住戸Ｒには、熱媒の熱を利用して暖房を行うための暖房用端末４を備えている。本実施形態では暖房用端末４として熱媒となる温水を床下に流して暖房を行う温水床暖房装置を設けてある。また本実施形態では、熱媒循環路２の各住戸Ｒへの分岐部分２ａを各住戸Ｒに設けた熱交換器５の一方側に接続するとともに、熱交換器５の他方側に暖房用端末４を流れる熱媒の循環路４１を接続してあり、この熱交換器５を介して熱媒循環路２の熱媒の熱を暖房用端末４に付与しているが、熱媒循環路２の熱媒を直接暖房用端末４に流すようにしてもよい。熱媒循環路２の分岐部分２ａには請求項２記載の暖房システムにおいて用いられる定流量弁２３（図１参照）又は、請求項３記載の暖房システムにおいて用いられる流量弁２３′（図２参照）が設けてある。

また、各住戸Ｒにはコージェネレーションシステム１２からの発電電力は、商用電力の電気幹線と系統連携し、集合住宅内で活用される。

そして本発明においては、暖房運転期間を通じて常時複数の住戸Ｒ（全住戸Ｒ）にセントラル熱源１からの熱媒を搬送するとともに暖房用端末４にて暖房を行っている。

各住戸Ｒの室温は、暖房運転期間を通じて設定温度Ｔ_ｉｎ（℃）を維持するように制御するもので、これには、請求項５記載のように外気温を基に各住戸の室温を設定温度にするために必要な暖房負荷を算出し、前記算出した暖房負荷となるようにセントラル熱源を制御したうえで、請求項２記載のように熱媒循環路２を流れる熱媒の流量Ｖ（ｌ／ｍｉｎ）を一定にして熱媒の温度Ｔ_１（℃）を制御する方法、あるいは請求項３記載のように熱媒循環路２を流れる熱媒の温度Ｔ_１（℃）を一定にして熱媒の流量Ｖ（ｌ／ｍｉｎ）を制御する方法、とがあり、以下に順に説明する。

熱媒循環路２を流れる熱媒の流量Ｖ（ｌ／ｍｉｎ）を一定にして熱媒の温度Ｔ_１（℃）を制御する方法について図１に基いて説明する。

まず、外気温Ｔ_ｏｕｔ（℃）を計測し、この外気温Ｔ_ｏｕｔ（℃）に基いて住戸Ｒの暖房に必要な熱量Ｑ_ｒｏｏｍ（Ｗ）を式１により決定する。

Ｑ_ｒｏｏｍ＝Ａ×ｑＫ×（Ｔ_ｉｎ−Ｔ_ｏｕｔ） ・・・（式１）
ここで、Ａ：床面積（ｍ^２）、ｑＫ：熱損失係数（Ｗ／ｍ^２Ｋ）である。

次に、往管２１を流れる熱媒の温度Ｔ_１（℃）を式２により決定する。

ｑ＝Ｋｆ×（Ｔ_１−Ｔ_ｉｎ）、ｑ＝Ｑ_ｒｏｏｍ／Ａ ・・・（式２）
ここで、ｑ：床の単位面積当たりの放熱量（Ｗ／ｍ^２）、Ｋｆ：床の熱貫流率（Ｗ／ｍ^２Ｋ）である。

次に、復管２２を流れる熱媒の温度Ｔ_２（℃）を温度センサｔ２で計測し、Ｔ_１、Ｔ_２、Ｖよりセントラル熱源１にて必要な熱量Ｑ（Ｗ）を決定する。なお、往管２１を流れる熱媒の温度Ｔ_１（℃）は温度センサｔ１で計測して確認する。

セントラル熱源１にて必要な熱量Ｑ（Ｗ）は、ボイラー１１での発生熱量Ｑ_１（Ｗ）とコージェネレーションシステム１２でのＱ_２（Ｗ）との合計で、ボイラー１１のみを使用する場合はＱ_１＝Ｑとすればよく、コージェネレーションシステム１２を併用する場合で、コージェネレーションシステム１２による発電量が集合住宅での使用電力よりも小さい時には、コージェネレーションシステム１２にて発電するとともに熱量Ｑ_２（Ｗ）を発生し、ボイラー１１での発生熱量Ｑ_１（Ｗ）をＱ_１＝Ｑ−Ｑ_２とすればよく、コージェネレーションシステム１２による発電量が集合住宅での使用電力よりも大きくなる時には、コージェネレーションシステム１２を稼動させると電力余剰が生じるためコージェネレーションシステム１２は稼動させず、ボイラー１１での発生熱量Ｑ_１（Ｗ）をＱ_１＝Ｑとすればよい。セントラル熱源１にコージェネレーションシステム１２を備えたことで、エネルギー利用効率が向上する。

次に、熱媒循環路２を流れる熱媒の温度Ｔ_１（℃）を一定として流量Ｖ（ｌ／ｍｉｎ）を制御する方法について図２に基いて説明する。

まず、外気温Ｔ_ｏｕｔ（℃）を計測し、これに基いて住戸Ｒの暖房に要する熱量Ｑ_ｒｏｏｍ（Ｗ）を式１により決定し、これよりＶ（ｌ／ｍｉｎ）を決定する。図２に示すように、本例においてはセントラル熱源１からの熱を熱交換器１３を介して貯湯槽１４へ付与してＴ_１（℃）の熱媒を作り、この貯湯槽１４より流量Ｖ（ｌ／ｍｉｎ）で熱媒を流すようにしている。そして、Ｔ_１、Ｔ_２、Ｖよりセントラル熱源１にて必要な熱量Ｑ（Ｗ）を決定する。ボイラー１１での発生熱量Ｑ_１（Ｗ）、コージェネレーションシステム１２での発生熱量Ｑ_２（Ｗ）については上述した通りである。

以上のように、暖房運転期間を通じて常時複数の住戸Ｒにセントラル熱源１からの熱媒を搬送するとともに暖房用端末４にて暖房を行うようにしたことで、各住戸Ｒ毎の間欠暖房による立ち上り負荷をなくして必要な熱量Ｑ（Ｗ）を抑えることができ、更にこれにより、請求項２記載の暖房システムの場合には熱媒の温度Ｔ_１（℃）を低くすることが可能となり、請求項３記載の暖房システムの場合には熱媒の流量Ｖ（ｌ／ｍｉｎ）を小さくすることが可能となり、熱媒の熱媒循環路２搬送中の放熱ロスを抑えてより一層必要な熱量Ｑ（Ｗ）を抑えることができ、また更に複数の住戸Ｒ（好ましくは全住戸Ｒ）において同時に暖房を行うため隣室への放熱ロスを抑えてより一層必要な熱量Ｑ（Ｗ）を抑えることができる。

また、全住戸Ｒで常時暖房しているので、隣住戸空間との室温差が小さく、住戸Ｒ内の空間全体を均一室温に近づけることが可能である。住戸内の室温差が小さくなると、身体へのヒートショックが軽減され、高齢者等にも安心である。

また上記暖房システムにおいて、各住戸Ｒでのセントラル熱源１からの熱利用先として、床暖房のような温水暖房端末だけではなく、給湯もある。給湯利用時の手段としては、熱媒循環路２を流れる熱媒から熱交換器を介して給水を温める方式や、熱媒循環路２を流れる熱媒を温水にし、住戸Ｒへ給湯として取り出す方式などがある。

なお、上記暖房システムは集合住宅だけでなく、病院、オフィス、ホテル等人が常時滞在している建物の暖房にも適用できる。

本発明の一実施形態の構成図である。 同上の他例の構成図である。

符号の説明

１ セントラル熱源
２ 熱媒循環路
３ 搬送手段
４ 暖房用端末
Ｒ 住戸

Claims (6)

1. セントラル熱源と、セントラル熱源から熱媒を集合住宅の複数の住戸へ搬送するとともに前記複数の住戸から熱媒をセントラル熱源へ搬送する熱媒循環路と、熱媒を搬送するための搬送手段と、複数の住戸に熱媒の熱を利用して暖房を行うための暖房用端末とを備え、暖房運転期間を通じて常時複数の住戸に熱媒を搬送するとともに暖房用端末にて暖房を行うことを特徴とする集合住宅の暖房システム。
2. 熱媒循環路を流れる熱媒の流量を一定にして熱媒の温度を制御することで各住戸の室温を設定温度に維持することを特徴とする請求項１記載の集合住宅の暖房システム。
3. 熱媒循環路を流れる熱媒の温度を一定にして熱媒の流量を制御することで各住戸の室温を設定温度に維持することを特徴とする請求項１記載の集合住宅の暖房システム。
4. セントラル熱源にコージェネレーションシステムを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の集合住宅の暖房システム。
5. 外気温を基に各住戸の室温を設定温度にするために必要な暖房負荷を算出し、前記算出した暖房負荷を供給するようにセントラル熱源を制御することで各住戸の室温を設定温度に維持することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の集合住宅の暖房システム。
6. 前記熱媒循環路で搬送される熱媒を利用して各住戸に給湯可能とすることを特徴とする請求項１記載の集合住宅の暖房システム。

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