JP2009085553A - 建物の地熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】気候条件の悪い地域を含め住宅へ組込み易く、安価な地熱システムを提供する。
【解決手段】べた基礎３ａ，３ｂ内部に基礎スラブ３ａを貫通する杭５を配置し、エアコン１３を設置する。また、この基礎内空間１１は基礎梁により各部屋が閉じた空間を無くし、送風機８，１０および１１とダクト９，１２により杭内部と基礎内空間１１から小屋裏空間１２に空気が循環できる構造とする。高気密高断熱の建物で、基礎スラブ３ａおよび外部に面する基礎梁３ｂには発砲ウレタンフォーム等の断熱処理を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は基礎断熱構造の高気密高断熱住宅にある壁内通気を利用した地熱システムに関する。

基礎断熱構造の高気密高断熱における地熱住宅は、年間を通して温度変化が少ない地熱を基礎下部または周辺地盤から取り入れ、熱交換された冷気・暖気を屋内に循環させ、冷暖房の空調負荷を低減させることを目的とした工法である。しかしながら、積雪のある地域においては屋根や地面が雪に覆われ、常に冷やされ日射も遮られた状態である。基礎外周部の地中１ｍあたりではこの影響を強く受け、地熱により逆に熱を奪われることになり、このことを考慮された工法は少ない。特許文献１、特許文献２では、基礎下部に埋設された地熱交換パイプから地熱を取り入れている。また、特許文献３では鋼管杭を打設し、杭・基礎スラブ内部に配管を巡らせ熱媒体液を循環させることにより地熱を採取している。
特開２００６−２６６５７５ 特開２００２−１１５８７０ 特開２００６−１００９８

上記考案されている工法によれば、特許文献１では、地熱交換パイプの埋設深さは１〜３ｍで施工性の問題から１ｍ前後が望ましいとあるが、この深さでは冬に積雪のある地域では日射が遮られ雪により冷やされた地熱の影響を受けることになり、その性能を十分に発揮できない。仮に３ｍの深さまで埋設したとしてもコストや施工上の危険度が増す。特許文献２も埋設深さが２〜３ｍとしていることから同様のことがいえる。特許文献３では、家屋を支える鋼管杭を利用している。この工法は地盤深くの地熱を容易に取り出せるが、熱交換パイプの施工があるためユニット化してもそのシステムは複雑・高価になり、熱媒体は液体であるので管理も難しくなる。

本発明は、上記の通り示した課題を解決するため、システムの簡略化・管理の容易さを目的とし、気候条件の悪い地域を含め住宅へ組込み易く、安価な地熱システムを提供するものである。

本発明の請求項１に係るシステムは、通常の基礎断熱範囲が外周部基礎梁および必要に応じて基礎スラブの外周部であることに対して、外周部基礎梁・基礎スラブの内部側全面とし、基礎内空間が基礎梁により分断されることなく連通しているべた基礎を有し、基礎内部と天井が壁によって連通している高気密高断熱住宅であり、基礎を支持している基礎杭を有することを特徴とする。

このシステムよれば、基礎スラブ全面に断熱処理するため地熱採取は杭に限定しようとするものである。また、基礎を支持する基礎杭に限定することはなく、独自に地熱採取用杭を基礎スラブを貫通させて配置させてもよい。

本発明の請求項２に係るシステムは、基礎杭が先端部で閉じて杭頭部が基礎内空間と連通した構造であり、その内部に先端まで伸びた送気ダクトを有し、基礎内部の空気を送気装置により循環させることを特徴とする。

このシステムよれば、基礎内空間と杭内部の空気を循環させることにより複数本ある基礎杭から地熱を採取でき、同時に基礎内部の熱を地中に蓄熱できることになる。また、杭内部に気流ができることから杭下部に生じる結露の予防にもなる。

本発明の請求項３に係るシステムは、基礎内部にエアコンを設置して冷暖房された基礎内の空気を送気装置によって壁内と小屋裏に循環させることを特徴とする。

このシステムによれば、気温が過度に高い（低い）場合に地熱だけではその効果を十分に発揮できないことがあり、そのときエアコンにより補助することができる。実際に、階段下部などの空間にエアコンを設置して基礎内に暖気・冷機を送り込むシステムが考案されている。しかし、エアコンの設定により建物の温度管理を行い、エアコンによって得る熱を建物に循環させ、同時に基礎杭から地盤へ蓄熱するシステムとして使用できる。高気密高断熱住宅は外部からの熱を入れにくいのと同時に内部の熱を逃がしにくいという性質も兼ね備えている。深夜電力を利用し夜間エアコンで建物の温度を調整しておき、日中は地盤に蓄熱しておいた熱を採取し建物の温度変化を抑制するのである。

本発明の請求項４に係るシステムは、基礎内・小屋裏に設置される送気装置にはそれぞれの空間にある空気を撹拌する機能を備えていることを特徴とする。

このシステムによれば、撹拌機能により基礎内・小屋裏の温度に偏りを無くすことができ、空気の循環つまり熱の伝達の効率を上げることが可能となる。

本発明の請求項５に係るシステムは、基礎内部に蓄熱用としてのレンガを有することを特徴とする。

このシステムによれば、基礎スラブのコンクリートによる蓄熱作用を断熱材で遮断している状態であるため、レンガで蓄熱作用を補うことができる。

本発明の地熱システムは、基礎杭から地中深くのより安定した地熱を得ることにより積雪のある寒冷地に対する問題にも対応でき、基礎内部に設置されたエアコンにより夏の暑く冬の寒い季節に生じる地熱の不足にも対応できる。さらに、基礎内部の空調された空気は杭内部にも送られるため、地中およびレンガという蓄熱作用を利用することから地熱システムの能力と効率を上げることができる。また、このシステムは一般的に流通している材料・装置で構成することができ、専用のユニットなどを製作する必要はないため、安価に提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図１を参照して説明する。

図１は基礎断熱構造の二階建て高気密高断熱住宅を模式的に示したものである。屋根１と外壁２及び基礎スラブ３ａと基礎梁３ｂには建築用断熱材により断熱処理がなされている。この構造は、窓などの開口および杭５を除いて基礎から小屋裏まで外部と熱交換を抑制した構造といえる。また、基礎内空間６の内部にある基礎梁は極力必要最低限に設け、空気が流れ易く閉ざされた空間が無いようにする。基礎梁３ｂの高さはエアコン１３を設置すること、床下配管作業の容易性を考慮し基礎スラブ３ａ天端から土台天端までの高さを６０ｃｍ程度確保するのが望ましい。

基礎杭５は、鋼管製・コンクリート製などあるが、鋼管製は熱伝導が良いが腐食に注意が必要で、コンクリート製は蓄熱性は良いが杭内部への進水に注意が必要である。地熱採取用杭の先端部分は閉じた構造とする。どのような杭を使用しても良いが、腐食・湧水が生じないよう打設前に十分な材料検査を行い、地熱を採取する際に杭の性質を把握する必要がある。また、基礎を支持する杭を使用する場合は杭頭部に連通管を設置しなければならなく、基礎補強が必要となる。

利用する地熱採取用の基礎杭５の選定やエアコン１３および送気装置８，１０の設置位置はリビングなど基礎内空間６の中でも極力広い空間とし、エアコン１３の向きは基礎内空間６全体に行き渡るような向きとする。また、送気装置１１は小屋裏の中央に設置する。

独自に地熱採取用基礎杭５を打設する場合は、前述の送気装置８，１０やエアコン１３の設置位置に定めた極力広い空間内とする。基礎杭５の長さは地盤温度の変動・地熱の採取効率などを考慮し設定する。

エアコン１３は基礎内空間６及び小屋裏空間７を十分に冷暖房可能なものとする。エアコンにより空調された基礎内空間６の空気を基礎杭５内部に送るため送気装置８とダクト９を設置し、外壁２や間仕切壁、小屋裏空間７に循環させるため送気装置１０，１１およびダクト１２を設置する。暖気と冷気の比重の違いから、夏の冷房で冷やされた空気は送気装置１０で小屋裏空間７まで送り、冬の暖房で暖められた空気は送気装置１１で送ることにより循環させる。また、この送気装置は空気撹拌機能も兼ね備えており熱を全空間に早く行き渡るようにする。

使用するエアコン１３は家電で売られている一般的なもので十分である。リモコンの信号は基礎内部まで届かないが、信号を送信するための発光ダイオードを有線でリモコン本体と切り離し基礎内部に設置すれば信号を送れる。杭内部に通すダクト９は杭内部に乱気流を起こし地熱採取効率を上げるためにもプラスチック製で蛇腹状のホースを使用する。これは、電気配線の仕込み配管に使用されているもので施工性も良いし簡単に手に入り安価である。ダクト１２は、熱伝導性が低く施工性が良いことから、金属製のものは避けて塩ビパイプ（VU）を使用する。送気装置８，１１および１２は一派的な換気に使われているものでよく、撹拌機能は撹拌ファンなるものを別途設置すればよい。

以上本発明の実施形態であるが、これに記されている内容に限定されるものではない。本発明の思想範囲内でエアコン，送風機の数や型式、断熱方法等さまざまな技術的機能が満たされていれば、本発明の類といえる。

二階建て高気密高断熱住宅の断面図

符号の説明

１ 屋根
２ 外壁
３ａ 基礎スラブ
３ｂ 基礎梁
４ 建築用断熱材
５ 基礎杭
６ 基礎内空間
７ 小屋裏空間
８，１０，１１ 送気装置
９，１２ ダクト
１３ エアコン

Claims (5)

1. 断熱処理された基礎スラブと基礎梁からなり基礎梁により閉じた空間が無いべた基礎、及び壁内通気を可能とする内外壁で構成する高気密高断熱住宅に適用する地熱システムであり、基礎を支持する基礎杭を有することを特徴とするシステム。
2. 前記基礎杭は、先端が湧水の生じない様に閉じた構造であり、杭頭には杭内部と基礎内空間が連通するためのパイプを有し、基礎内部の空気を杭先端まで送るための送気装置と送気ダクトを有することを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記基礎内部にヒートポンプ式冷暖房機（以下、エアコンという）、基礎内部の空気を壁内と天井に循環させる送気装置を基礎内部及び小屋裏に有することを特徴とする請求項１または２記載のシステム。
4. 前記送風装置には基礎内部及び小屋裏の空気を撹拌する機能を有することを特徴とする請求項１〜３記載のシステム。
5. 前記べた基礎内部に蓄熱用のレンガを敷きこむことを特徴とする請求項１〜４記載のシステム。

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