JP2009168416A - 床暖冷房システム及び建物 - Google Patents

Abstract

【課題】暖冷房をおこなう際の熱損失が少なく、施工性に優れた床暖冷房システムを提供する。
【解決手段】ヒートポンプ２と、ヒートポンプ２によって蓄熱された液体を送り出す送水管３１と、送水管３１から送り込まれた液体と気体との熱交換をおこなう熱交換器４と、熱交換器４で熱交換された気体を搬送する送風ダクト５１と、床下面側に形成される気体が通過可能な空間であって気体を送り込む流入口６１が設けられた床下通気層６とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプなどの熱源を使用して床下から暖冷房をおこなう床暖冷房システム、及びそれを備えた建物に関するものである。

従来、床下に温水を流す送水管を蛇行させ、その温水の熱をその上に敷設された均熱板を介して床面材に伝達させることで暖房をおこなう床暖房システムが知られている（特許文献１など参照）。

また、特許文献２には、床下に温風を流すダクトを配管し、ダクトを通して送り込まれた温風を床下空間に充満させ、その空気の熱で床面を暖めて暖房又は冷房をおこなう床暖冷房システムが開示されている。
特開平９−３０３８０１号公報 特開２００２−１３７５１号公報

しかしながら、特許文献１の床下に送水管を配管する構成では、送水用の配管の距離が長くなるうえに、床面に均等に熱を伝達させるための均熱板を敷設しなければならず、施工に手間と時間がかかるうえにコストが高くなる。

また、特許文献２に示すように、熱源であるボイラーからダクトを介して温風を搬送する構成の場合、空気は熱容量が小さいため、搬送中の熱損失が大きくなって熱効率が低くなる。さらに、体積あたりの比表面積を小さくして熱損失を低減させるには、ダクトを太径にしなければならなくなるが、太径のダクトを床下空間に錯綜させる構成では、施工性が低下するうえに、配管用のスペースが確保できないおそれもある。

そこで、本発明は、暖冷房をおこなう際の熱損失が少なく、施工性に優れた床暖冷房システム、及びそれを備えた建物を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の床暖冷房システムは、熱源と、前記熱源によって蓄熱された液体を送り出す液体用経路と、前記液体用経路から送り込まれた液体と気体との熱交換をおこなう熱交換器と、前記熱交換器で熱交換された気体を搬送する供給経路と、床下面側に形成される前記気体が通過可能な空間であって前記気体を送り込む流入口が設けられた床下通気層とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記熱交換器は、前記流入口近傍に設ける構成にすることができる。

また、前記床下通気層には通過した気体を排出する排出口が設けられ、前記排出口と前記熱交換器とを連絡する回収経路を備えた構成とすることができる。さらに、前記流入口と前記排出口は、前記床下通気層の対向する側縁近傍にそれぞれ設けることができる。

また、前記供給経路は、前記熱交換器から延出された管路が複数に分岐して複数の前記流入口にそれぞれ接続される構成とすることができる。さらに、前記床下通気層には複数の通路が形成され、前記通路毎に前記流入口と前記排出口が設けられる構成であってもよい。

また、前記床下通気層の下面側には、断熱層が形成される構成であってもよい。

また、本発明の建物は、これらの床暖冷房システムを備えたことを特徴とする。

このように構成された本発明の床暖冷房システムでは、熱源から熱交換器までは液体を熱媒にして熱輸送をおこない、床下通気層にはその液体と熱交換した気体を送り込むことで床暖冷房をおこなう。

このため、液体を熱媒にして少ない熱損失で熱輸送がおこなえるうえに、床下には配管をおこなわなくても良いので施工性に優れている。さらに、床下に液体ではなく気体を流すのであれば、水漏れや結露などの問題が生じることがない。

また、熱交換器を流入口近傍に設けるようにすれば、暖冷房に利用されない搬送区間の大部分で液体による熱輸送がおこなえ、熱効率に優れている。

さらに、床下通気層に通過した気体を排出する排出口を設け、その排出口と熱交換器とを連絡する回収経路を設けることによって気体を循環させることができるので、熱交換器によって与えられた熱エネルギーを有効に利用することができる。

また、流入口と排出口を床下通気層の対向する側縁近傍にそれぞれ設けることで、床の隅から隅まで暖冷房をおこなうことができる。

また、供給経路において管路を複数に分岐させることで、床面の温度が均一になるように床下通気層に複数個所から気体を送り込むことができる。

さらに、床下通気層に複数の通路を形成し、通路毎に流入口と排出口とを設けることで、床下通気層に乱れの少ない円滑な気体の流れを形成して、効率よく熱輸送及び熱伝達をおこなわせることができる。

また、床下通気層の下面側に断熱層を形成することで、床下通気層での熱損失を抑えることができ、効率よく暖冷房をおこなうことができる。

また、このような床暖冷房システムを備えた建物は、効率よく建物の暖冷房をおこなうことができる。

以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態の床暖冷房システムを備えた建物としてのユニット建物１の全体構成を説明する説明図である。

まず、構成から説明すると、このようなユニット建物１は、基礎断熱として構築される基礎部１４と、その側縁に立設される壁部１２，１２と、その壁部１２，１２の上端開口を塞ぐ屋根部１１とから主に構成される。

そして、この屋根部１１と壁部１２，１２と基礎部１４とに囲まれる空間は、床部１３によって床下空間１４ａと室内１５とが区切られている。この床部１３は、床下面側からの熱又は冷気が伝達され易いように、床面を形成する床としての床面材１３１には断熱材が貼り付けられていない構成となっている。また、この床面材１３１は、その上にフローリングや絨毯などの床仕上げ材を敷設する下地材であっても、床仕上げ材と兼用されるものであってもよい。

そして、本実施の形態の床暖冷房システムは、屋外に設置される熱源であるヒートポンプ２と、床下空間１４ａに設置される熱交換器４と、床面材１３１の下面に沿って形成される床下通気層６と、ヒートポンプ２と熱交換器４とを連絡する液体用経路としての送水管３１，３２と、熱交換器４と床下通気層６とを連絡する供給経路としての送風ダクト５１と、床下通気層６と熱交換器４とを連絡する回収経路としての送風ダクト５２とから主に構成される。

このヒートポンプ２は、熱を低温物体と高温物体との間で移動させることで加熱又は冷却をおこなう装置で、二酸化炭素などの熱媒を循環させながら圧縮・膨張をおこなうことで、熱を吸収したり、熱を放出したりして、その熱媒に接する物体を加熱したり、冷却したりする。このヒートポンプ２の熱媒と熱交換をおこなう熱搬送流体には、水や不凍液などの熱容量の大きな液体が使用できる。

そして、ヒートポンプ２の熱媒と熱交換した液体は、液体用経路としての送水管３１を通って熱交換器４に送り出され、熱交換器４で熱交換をおこなった液体は送水管３２を通ってヒートポンプ２に戻って再び蓄熱される。

この熱交換器４は、ヒートポンプ２から送り込まれた蓄熱された液体と、空気等の気体との熱交換をおこなう装置で、熱交換された気体を送り出す送風ダクト５１と、気体を取り込む送風ダクト５２とが接続されている。この送風ダクト５１，５２は、熱容量の小さな気体を流す管路であるため、送水管３１，３２よりも太い直径で形成される。例えば、液体を直径10ｍｍ程度の送水管３１，３２に流す場合と同じ熱量を搬送するには、直径150ｍｍ程度の送風ダクト５１，５２で気体を流す必要がある。

また、床下通気層６には、この送風ダクト５１からの気体を取り込む流入口６１と、床下通気層６を通過した気体を送風ダクト５２に送り出すための排出口６２とがそれぞれ設けられる。

すなわち床下通気層６は、熱交換器４で蓄熱された気体を流す経路であって、上面は床面材１３１で塞がれ、側縁は側縁材６５，６５で塞がれ、下面は断熱ボード６３で塞がれている。

この断熱ボード６３には、内部に多数の微小な気泡を有する発泡樹脂ボードなどが使用できる。また、この断熱ボード６３の下面側には、グラスウールなどを貼り付けて断熱層６４を形成することができる。

以上が本実施の形態の床暖冷房システムの概略構成となるが、図２及び図３を参照しながら、詳細な構成の一実施例についてさらに説明する。

図２は、床下通気層６より下方の構成を説明するための斜視図である。

この図２に示す基礎部１４の上には、図示していないが複数の部屋が設けられ、その部屋毎に暖冷房がおこなえるように、複数の熱交換器４，・・・が基礎部１４の内側には配置されている。

そして、これらの熱交換器４，・・・と基礎部１４の外側に設置された一台のヒートポンプ２とは、液体を搬送させる送水管３１，３２によって連絡されている。すなわち、図２に示すように、ヒートポンプ２には蓄熱された液体を送り出すための送水管３１が接続されており、その送水管３１が所々で分岐してそれぞれの熱交換器４，・・・に接続される。また、各熱交換器４には、気体との熱交換に使用された液体を送り出す送水管３２がそれぞれ接続されており、これらの送水管３２，・・・は所々で合流しながら一本の送水管３２となってヒートポンプ２に接続される。

また、各熱交換器４からは、１本又は２本の送風ダクト５１が延出されている。この送風ダクト５１は、熱交換器４から床下通気層６の流入口６１の真下付近まで延出される本管５１ａと、その本管５１ａを複数に枝分かれさせるための分岐管５１ｂと、その分岐管５１ｂに複数本接続される枝管５１ｃ，・・・とから主に構成される。

一方、床下通気層６は、図３に示すように、これらの枝管５１ｃ，・・・をそれぞれ接続させる通路６ａ，・・・が枝管５１ｃ，・・・と同じ数だけ形成されている。

この通路６ａは、床面材１３１を支持させる根太１３２，・・・によって区切られた経路で、枝管５１ｃが接続される流入口６１近傍から排出口６２近傍までが矩形管状に連通する経路として形成されている。そして、この通路６ａに気体が充満すると、その気体の熱が床面材１３１に伝達されて室内１５の暖冷房がおこなわれる。

また、通路６ａ，・・・毎に設けられる排出口６２，・・・には、図２に示すような複数の枝管５２ｃ，・・・が接続され、これらの枝管５２ｃ，・・・は排出口６２の真下付近に配置される分岐管５２ｂに接続され、分岐管５２ｂと熱交換器４とは本管５２ａで連絡される。すなわち、回収経路としての送風ダクト５２は、本管５２ａと、分岐管５２ｂと、その分岐管５２ｂに複数立設される枝管５２ｃ，・・・とによって主に構成される。

次に、本実施の形態の床暖冷房システムを、ヒートポンプ２から排出される熱の流れに着目して説明する。ここで、図１及び図２において、矢印線は液体の流れる方向を示し、白抜き矢印は気体の流れる方向を示している。また、以下では、暖房をおこなう場合について説明するが、冷房の場合も同様の流れになる。

まず、ヒートポンプ２で加熱された熱媒と熱交換した液体は、送水管３１から流れ出し、所々で分岐して４箇所の熱交換器４，・・・に送られる。これらの熱交換器４，・・・は、例えば部屋毎に設置されたり、床面積の広い部屋では領域毎に設置されたりして個別に操作可能となるように構成されている。

そして、各熱交換器４まで液体によって運ばれた熱は、気体と熱交換をし、温度の下がった液体は送水管３２を通ってヒートポンプ２に戻されて再び蓄熱がおこなわれる。すなわち、液体はヒートポンプ２と熱交換器４，・・・との間を、送水管３１，３２を通って循環している。

一方、各熱交換器４において液体から熱を受け取った気体は、各本管５１ａに流れ出し、分岐管５１ｂ、複数の枝管５１ｃ，・・・を通って床下通気層６の複数の通路６ａ，・・・にそれぞれ送り出される。

このようにして床下の通路６ａ，・・・に暖かい空気が流れると、その熱が床面材１３１に伝わり、温められた床面材１３１の輻射熱で室内１５の暖房がおこなわれる。また、複数の通路６ａ，・・・が形成されることによって、床面材１３１の下面側の大部分が床下通気層６を流れる気体に接することになる。

他方、通路６ａ，・・・を流れていく際に床面材１３１に熱を放熱した気体は、それぞれの通路６ａ，・・・に設けられた排出口６２，・・・から枝管５２ｃ，・・・に流れ出し、分岐管５２ｂ、本管５２ａを通って熱交換器４に戻される。すなわち、熱交換器４で液体と熱交換をおこなう気体は、送風ダクト５１と床下通気層６と送風ダクト５２と熱交換器４とを循環している。

次に、本実施の形態の床暖冷房システムの作用について説明する。

このように構成された本実施の形態の床暖冷房システムでは、ヒートポンプ２から熱交換器４までは液体を熱媒にして熱輸送をおこない、床下通気層６にはその液体と熱交換した気体を送り込むことで床暖冷房をおこなう。

ここで、液体は気体に比べて熱容量が大きく、搬送時の熱損失が少ない。このため、液体を熱媒にして少ない熱損失で熱輸送がおこなえる。

また、床面材１３１の大部分と接触する床下通気層６を設けてその中に蓄熱された気体を流すのであれば、配管を小さなピッチで蛇行させたり、均熱板を配置したりしなくても床面材１３１に均一に熱を伝達させることができるので施工性に優れている。

さらに、床下に液体ではなく気体を流すのであれば、水漏れや結露などが生じず、床下空間１４ａでのカビなどの発生を防ぐことができる。

また、熱交換器４を流入口６１近傍に設けるようにすれば、暖冷房に利用されない搬送区間の大部分で液体による熱輸送がおこなえ、熱効率に優れている。また、液体の搬送に使用される送水管３１，３２は、送風ダクト５１，５２に比べて管径を小さくでき、床下空間１４ａに容易に配管できるので施工性に優れている。

さらに、床下通気層６を通過した気体を排出口６２に接続された送風ダクト５２によって熱交換器４に戻し、再び液体と熱交換させて送風ダクト５１によって床下通気層６に送り出すようにすれば気体を循環させることができるので、一旦、熱交換器によって与えられた熱エネルギーを有効に利用することができる。

また、流入口６１と排出口６２を床下通気層６の対向する側縁材６５の近傍にそれぞれ設けることで、床面材１３１の隅から隅まで気体の熱を伝えることができる。

また、供給経路である送風ダクト５１において管路を複数に分岐させることで、流入口６１から排出口６２に向けての気体の流れを複数列形成することができ、床面の温度を容易に均一にすることができる。

さらに、床下通気層６に複数の通路６ａ，・・・を形成し、通路６ａ毎に流入口６１と排出口６２とを設けることで、床下通気層６に通路６ａ，・・・に沿った乱れの少ない円滑な気体の流れを複数形成して、効率よく熱輸送及び熱伝達をおこなわせることができる。

また、このような通路６ａ，・・・も、床面材１３１を支持させるために配置される根太１３２，・・・を利用して形成すれば、部材が増えることもなく、施工性及び経済性に優れている。

さらに、床下通気層６の下面側に断熱層６４を形成することで、床下通気層６から床下空間１４ａへの放熱による熱損失を抑えることができ、効率よく暖冷房をおこなうことができる。

以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では、熱源としてヒートポンプ２について説明したが、これに限定されるものではなく、ボイラー、貯湯タンク及び冷水タンクなどが熱源であってもよい。

また、前記実施の形態では、送風ダクト５１を分岐させることで複数の流入口６１，・・・に接続させたが、これに限定されるものではなく、熱交換器４から複数の送風ダクト５１，・・・を延出させて複数の流入口６１，・・・に接続してもよい。

さらに、前記実施の形態では、床下通気層６に複数の通路６ａ，・・・を形成したが、これに限定されるものではなく、床下通気層６を通路６ａ，・・・で区切られていない連続した空間に形成することもできる。また、このように床下通気層６の内部を区切らない場合でも、複数の流入口６１，・・・を設けて複数の送風ダクト５１，・・・や分岐させた枝管５１ｃ，・・・などの複数個所から気体を送り込むことができる。

また、前記実施の形態では、床下通気層６に排出口６２を設けて回収経路としての送風ダクト５２を接続したが、これに限定されるものではなく、回収経路は設けなくてもよい。例えば、排出口を室内１５に向けて設けることで、床下通気層６において床を暖めたり冷やしたりした気体によって、室内１５を直接、暖冷房することもできる。

本発明の最良の実施の形態の床暖冷房システムを配置したユニット建物の構成を説明する説明図である。 ヒートポンプと送水管と送風ダクトの構成を説明する斜視図である。 床下通気層の構成を説明する断面図である。

符号の説明

１ ユニット建物（建物）
１３１ 床面材（床）
２ ヒートポンプ（熱源）
３１ 送水管（液体用経路）
４ 熱交換器
５１ 送風ダクト（供給経路）
５２ 送風ダクト（回収経路）
６ 床下通気層
６ａ 通路
６１ 流入口
６２ 排出口
６４ 断熱層
６５ 側縁材（側縁）

Claims (8)

1. 熱源と、前記熱源によって蓄熱された液体を送り出す液体用経路と、前記液体用経路から送り込まれた液体と気体との熱交換をおこなう熱交換器と、前記熱交換器で熱交換された気体を搬送する供給経路と、床下面側に形成される前記気体が通過可能な空間であって前記気体を送り込む流入口が設けられた床下通気層とを備えたことを特徴とする床暖冷房システム。
2. 前記熱交換器は、前記流入口近傍に設けられることを特徴とする請求項１に記載の床暖冷房システム。
3. 前記床下通気層には通過した気体を排出する排出口が設けられ、前記排出口と前記熱交換器とを連絡する回収経路を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の床暖冷房システム。
4. 前記流入口と前記排出口は、前記床下通気層の対向する側縁近傍にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項３に記載の床暖冷房システム。
5. 前記供給経路は、前記熱交換器から延出された管路が複数に分岐して複数の前記流入口にそれぞれ接続されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の床暖冷房システム。
6. 前記床下通気層には複数の通路が形成され、前記通路毎に前記流入口と前記排出口が設けられることを特徴とする請求項３又は４に記載の床暖冷房システム。
7. 前記床下通気層の下面側には、断熱層が形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の床暖冷房システム。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の床暖冷房システムを備えたことを特徴とする建物。

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