JP2012180944A - 建物の熱利用構造 - Google Patents

Abstract

【課題】建物の屋内のスペースを十分に利用できる建物の熱利用構造を提供する。
【解決手段】住宅１の床下空間１２に設置された屋内機２と、住宅１の外に設置された屋外機３と、屋内機２と屋外機３を循環する冷媒管とを有するヒートポンプシステムの空調装置を備えた住宅１の熱利用構造である。床下空間１２の空気と住宅１より外の外気との熱交換を抑制する基礎断熱部１４と、住宅１の外郭に設けられ前記ヒートポンプシステムに地中熱を供給及び利用するための地中熱利用装置を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物の屋内のスペースを十分に利用するための建物の熱利用構造に関するものである。

従来、地中熱を利用することで住宅の空調装置の効率を向上させ、電気やガスなどのエネルギー消費量を削減させる空調システムが知られている（特許文献１参照）。

特許文献１には、図４に示すように、地盤Ｇに熱移送パイプ２Ｃを埋設し、地中熱を取り出して住宅１Ａの屋内１Ｂの熱交換器２Ａに地中熱を供給して屋内１Ｂの冷暖房に利用させる地中熱利用冷暖房装置が開示されている。

特開２００６−２０７９１９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された地中熱利用冷暖房装置では、その熱交換器２Ａが屋内１Ｂのスペースを占有するため、屋内１Ｂのスペースを十分に利用できない。

そこで、本発明は、建物の屋内のスペースを十分に利用できる建物の熱利用構造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、本発明の建物の熱利用構造は、以下の特徴を有する。

本発明の建物の熱利用構造は、建物の床下空間に設置された屋内機と、前記建物の外に設置された屋外機と、該屋内機と屋外機を循環する熱搬送流体経路とを有するヒートポンプシステムの空調装置を備えた建物の熱利用構造であって、前記床下空間の空気と前記建物外の外気との熱交換を抑制する基礎断熱部と、前記建物の外郭に設けられ前記ヒートポンプシステムに地中熱を供給及び利用するための地中熱利用装置と、を備えたことを特徴とする。

前記地中熱利用装置は、前記建物の外郭の地中に少なくとも一部が形成された通気経路と、その通気経路の一端に設けられる空気を取り込むための吸込口と、前記通気経路の他端に前記屋外機の外気取込口に向けて設けられる吹出口と、前記通気経路内の空気を移送させるための送風機とを備えていてもよい。

また、前記通気経路の地中部分を前記建物に極力近づけてもよく、前記建物の外壁直下の地中に形成されていてもよい。また、前記建物の外壁面に対して略平行となる平面を形成するように屈曲形成されていてもよい。

このように構成された本発明の建物の熱利用構造によれば、屋内機が床下空間に設置されているので、建物の屋内のスペースを十分に利用することができる。

また、前記床下空間の空気と外気との熱交換を抑制する基礎断熱部により、空調装置から建物直下の地中へ移動する余熱（温熱又は冷熱）の量が増えて、前記建物の直下及び外郭の地中温度が上昇又は下降し、地中における前記建物由来の余熱の影響を受ける範囲が広がる。

その結果、本来失われるはずであった建物の余熱が地中熱利用装置により地中熱として回収され、この地中熱が供給される空調装置の熱交換効率が上昇する。そのため、地中熱を十分に利用することができる建物の熱利用構造を提供することができる。

前記地中熱利用装置の通気経路の地中部分を前記建物に極力近づけることで、前記建物から漏出する余熱の回収効率が上昇する。

前記通気経路の地中部分が前記建物の外壁面に対して略平行となる平面を形成するように屈曲形成されていれば、前記通気経路が前記余熱の漏出箇所を囲うように地中に形成されることとなるため、余熱の回収効率が上昇する。また、通気経路を建物の外郭に設けることとなるので、建築後であっても本発明に係る熱利用構造を建物に設けることができる。

本発明の実施の形態の住宅の熱利用構造の構成と熱範囲を模式的に示した説明図である。 空調装置の屋外機周辺の構成を説明する斜視図である。 本発明の実施例に係る住宅の熱利用構造の構成を示した斜視図である。 従来の住宅の熱利用構造の構成と熱範囲を模式的に示した説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、建物としての住宅１に本実施の形態の建物の熱利用構造を適用した構成を模式的に示した説明図である。
＜住宅＞
この住宅１は、鉄筋コンクリート製の底版１ｂとその外縁に立設される側壁１ａとによって箱形に形成された基礎部１０の上に構築され、基礎部１０と床１ｃに囲まれた空間が床下空間１２となる。

住宅１には、後述の空調装置が設置されており、床下空間１２に設けた空調装置の屋内機２により床下空間１２の加温や冷却が行われ、その温熱又は冷熱が床１ｃを通じて屋内１１に伝達されることで、屋内１１の暖房又は冷房が行われる。
＜基礎断熱部＞
住宅１の基礎部１０の内周面には、断熱材によって基礎断熱部１４が形成されている。この断熱材には、グラスウール、発泡ウレタン、発泡スチロールなどが使用できる。

この基礎断熱部１４は、側壁１ａの内周面に沿って形成される側面部１４ａと、基礎部１０の底版１ｂの上面に側面部１４ａに隣接して形成される底面部１４ｂとによって構成される。

このように床下空間１２の側方が基礎断熱部１４によって囲まれると、空調装置の屋内機２からの温熱又は冷熱は、床１ｃ方向又は底版１ｂ方向に主に伝達され、床下空間１２の側方から漏出することがほとんどなくなる。
＜地中熱利用装置＞
一方、住宅１の外郭の地盤Ｇに対して地中熱利用装置が設置されている。この地中熱利用装置は、図１に示すように、一部が地中に埋設された通気経路としての通気管５と、通気管５内の空気を移送させるための送風機としてのファン５３とを主に備えている。
＜通気管＞
通気管５は、連続した一本の貫通路が形成されるものであって、鋼管、塩化ビニル管などの管材によって構築される。

通気管５の上流側の端部は、雨水の浸入を防ぐために下方に向けて曲折され、吸込口５１が設けられている。また、吸込口５１には塵や埃の侵入を防止するための防塵フィルターが着脱可能に設けられている。

通気管５の地中埋設部分は、鉛直方向に沿って設けられ、地中深部で折り返されている。そして、地盤Ｇの表面から立ち上げられた通気管５の下流側の端部は、後述の屋外機３の外気取込口３１（図２参照）に向けて折曲形成されており、吹出口５２が設けられている。

なお、通気管５の地中埋設部分の少なくとも一部が、図１に示すように、住宅１からの余熱が伝達された地盤Ｇの熱範囲Ｈ０内に収まるように埋設されている。なお、図１に示す熱範囲Ｈ０〜Ｈ２の温度の高低関係は例えば冬季暖房時は、Ｈ０＞Ｈ１＞Ｈ２となっている。夏季冷房時はＨ０＜Ｈ１＜Ｈ２となっている。
＜ファン（送風機）＞
通気管５の吹出口５２には、図１に示すように送風機としてのファン５３が接続されている。

このファン５３を稼働させると、通気管５内が負圧になって周辺の外気が吸込口５１に吸い込まれて通気管５内を移送される。なお、このファン５３が停止している状態でファン５３の上流側と下流側とは連通した状態となっている。

そして、吸い込まれた外気の温度が地中の温度より高ければ、この移送中に外気の熱が地中に移動して外気（空気）の温度が低下し、住宅１周辺の外気より低い温度の空気が吹出口５２から吐き出される。

他方、吸い込まれた外気の温度が地中の温度より低ければ、通気管５の移送中に地中の熱が外気に移動して外気（空気）の温度が上昇し、住宅１周辺の外気より高い温度の空気が吹出口５２から吐き出される。
＜空調装置＞
空調装置は、住宅１の床下空間１２に設置された屋内機２と、住宅１の外に設置された屋外機３と、屋内機２と屋外機３を循環する熱搬送流体経路４とを有する。

図１に示すように、熱搬送流体経路４が住宅１の基礎部１０の側壁１ａを介して床下空間１２と屋外１３とに配管されており、これより屋内機２と屋外機３が接続されている。

したがって、本実施の形態で説明する空調装置は、一般的なヒートポンプ式のエアコンを床下空間１２に設けた構成と同等であり、上述したように、この空調装置により床下空間１２の冷房や暖房が行われる。

具体的には、空調装置の屋内機２により、冷媒と床下空間１２の空気とが熱交換される。熱交換された冷媒は、屋外機３により外気又は地中熱により温調された空気（以下、温調空気と略す。）と熱交換される。

空調装置について、図２を参照しながらさらに詳細に説明する。

図２に示すように、熱搬送流体経路４は、冷媒管４１，４２により主として構成され、この冷媒管４１，４２内を冷媒が搬送される。冷房時と暖房時では搬送方向が逆になる。

冷房時では、冷媒管４２を通って圧縮機３３に流れ込んだ気体状の冷媒は、圧縮機３３内で圧縮されて高圧・高温状態になる。

そして、その状態で屋外機３の熱交換部３５に流れ込み、屋外機３の外気取込口３１から取り込まれた外気又は温調空気と熱交換される。このとき、冷媒は温度が下がって液状になり、熱交換部３５を通過した外気の温度は上昇して排気口３２から排出される。

続いて、液状になった冷媒は膨張弁３４に搬送され、圧力を一気に下げられて低圧・低温状態になって液状のまま冷媒管４１を通って屋内機２の熱交換機２１に搬送される（図１参照）。

一方、図１に示すように、床下空間１２の屋内機２は、吸気口（図示省略）から床下空間１２の空気を取り込んで、熱交換機２１により搬送された冷媒と熱交換した後、送風口（図示省略）から床下空間１２へ排出する。つまり、空調装置の冷媒が屋内機２内で床下空間１２の空気の熱を奪って蒸発し、熱を奪われた空気が冷風として吹き出る。

暖房時では、冷房時とは逆向きに冷媒が循環することになる。すなわち、屋内機２の熱交換機２１には高圧・高温の気体状の冷媒が搬送され、屋内機２は、床下空間１２の空気を吸気口から取り込み温風に変えて送風口から吹き出す。

そして、熱交換機２１において熱を奪われて液状になった冷媒は、図２に示すように、冷媒管４１を通って屋外機３の膨張弁３４に搬送される。この膨張弁３４で圧力を一気に下げられて低圧・低温状態になった冷媒は、液状のまま熱交換部３５に搬送される。

続いて、熱交換部３５に搬送された冷媒は、屋外機３の外気取込口３１から取り込まれた外気又は温調空気と熱交換をおこなう。この結果、冷媒は気体になって温度が上昇し、熱交換部３５を通過した外気の温度は下降して排気口３２から排出される。

さらに、熱交換部３５から圧縮機３３に流れ込んだ気体状の冷媒は、圧縮機３３内で圧縮されて高圧・高温状態になって冷媒管４２を通って空調装置の屋内機２に搬送される。
＜カバー部＞
また、ファン５３と屋外機３の外気取込口３１との間は、カバー部６によって覆われている。このカバー部６は、一方の端部がファン５３の吹出口（図示省略）と略同じ大きさの断面形に形成されており、そこから徐々に広がって他方の端部は外気取込口３１と略同じ大きさの断面形に形成されている。

そして、ファン５３の回転により通気管５の吹出口５２から吹き出た空気は、カバー部６の内空を通って屋外機３の外気取込口３１に供給される。
＜熱利用構造の作用・効果＞
次に、本実施の形態の住宅１の熱利用構造の作用・効果について説明する。

図１を参照して、本発明に係る実施の形態の住宅１の熱利用構造によれば、屋内機２が床下空間１２に設置されているので、住宅１の屋内１１のスペースを十分に利用することができる。

図１に示す状態にて空調装置を暖房運転又は冷房運転すると、床下空間１２の空気が加温又は冷却される。床下空間１２の側壁１ａの内側には基礎断熱部１４（１４ａ，１４ｂ）が設けられているので、暖房運転又は冷房運転により屋内機２から発生した温熱又は冷熱を含めた床下空間１２の温熱又は冷熱が上下方向、すなわち床１ｃを介して屋内１１に熱伝導されるとともに、余熱（温熱又は冷熱）が基礎部１０の底版１ｂを介して地盤Ｇへ熱伝導される。

これにより、住宅１からの熱が伝達される地盤Ｇの熱範囲Ｈ０が拡大する。

ここで、熱範囲のＨ０は、住宅１から漏出した余熱の影響を受ける地盤Ｇの熱範囲を示し、Ｈ１は余熱や外気の影響をほぼ受けていない地盤Ｇの深部の熱範囲を示し、Ｈ２は外気の影響を受けている地盤Ｇの範囲を示している。

この拡大により、通気管５の地中埋設部分の少なくとも一部が住宅１からの余熱が伝達される地盤Ｇの熱範囲Ｈ０に入ることとなり、本来失われるはずであった空調時の余熱が地中熱利用装置により地中熱として回収され、さらに地中熱が供給される空調装置の熱交換に利用されるので空調装置の稼動効率が上昇する。

上述した地中熱利用装置は、空調装置の構造を改変しなくても設置することができるので、既に空調装置が設置されている場合であっても容易に適用することができる。

図２に示すように、地中熱利用装置の通気管５の吹出口５２と屋外機３の外気取込口３１との間をカバー部６で覆うことで、地中で熱交換された空気が屋外機３周辺の外気と混ざり合うことなく屋外機３の外気取込口３１に向けて送り込まれるので、効率よく地中熱を利用することができる。

図３は、実施例に係る住宅１の熱利用構造を示す図である。

実施例に係る熱利用構造は、実施の形態に係る熱利用構造とは以下の点で異なり、それ以外は同一の構成であるため同一の符号を付してその説明を省略する。

実施例に係る熱利用構造では、図３に示すように、通気管５Ａの地中埋設部分が住宅１の外壁面の略直下の地中に形成され、住宅１に通気管５Ａの地中埋設部分を極力近づけた構成となっている。

地盤Ｇの深部に配設された通気管５Ａの地中埋設部分の少なくとも一部が、住宅１からの余熱が伝達された地盤Ｇの熱範囲Ｈ０内に入っている。

また、通気管５Ａの地中埋設部分のうち深部５ａは、住宅１の外壁面と略平行な平面を形成するように屈曲形成されている。この屈曲形成により平面状となった通気管５Ａの地中埋設部分の深部５ａにより、主として住宅１の直下の余熱の漏出源を囲うように形成されている。

以下、実施例に係る熱利用構造の作用・効果を説明する。

通気管５Ａの地中埋設部分の深部５ａが住宅１の外壁面に対して略平行となる平面を形成するように屈曲形成されているので、平面状となった通気管５Ａの地中埋設部分が住宅１直下の余熱の漏出源の箇所を囲うように地中に形成されることとなるため、余熱の回収効率が上昇する。

また、通気管５Ａの地中埋設部分が住宅１の外壁の略直下の地中に形成され、住宅１の外郭の地中に形成されているので、住宅１の建築後でも、本発明に係る熱利用構造を建物に設けることができ、住宅１を改変しなくても容易に通気管５Ａ等のメンテナンスを行うことができる。

住宅１に通気管５Ａの地中埋設部分を極力近づけたことで、住宅１から地中に漏出する余熱の漏出源のより近い地中部分に通気管５Ａが配設されることとなるため、住宅１からの余熱の回収効率が上昇する。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態、実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、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、実施の形態では、住宅１の熱利用構造について説明したが、これに限定されるものではなく、住宅以外の建物に対しても本発明を適用することができる。

さらに、実施の形態や実施例では、地中熱利用装置としての通気管５，５Ａを使って屋外機３に温風又は冷風を供給し、空調装置の効率を高める場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、熱搬送流体経路４の冷媒管４１，４２を通る冷媒と熱交換させて上記ヒートポンプの熱交換に利用するものであればよい。

また、実施の形態では基礎部１０の内周面に沿って基礎断熱部１４を設けたが、これに限定されるものではなく、基礎部１０の外周面に沿って基礎断熱部を形成することもできる。

１・・・住宅（建物）
１２・・・床下空間
１４・・・基礎断熱部
１４ａ・・・側面部
１４ｂ・・・底面部
２・・・屋内機
３・・・屋外機
４・・・熱搬送流体経路
５・・・通気管
５１・・・吸込口
５２・・・吹出口
５３・・・ファン（送風機）
Ｇ・・・地盤（地中）
Ｈ０〜Ｈ２・・・熱範囲

Claims (5)

1. 建物の床下空間に設置された屋内機と、前記建物の外に設置された屋外機と、該屋内機と屋外機を循環する熱搬送流体経路とを有するヒートポンプシステムの空調装置を備えた建物の熱利用構造であって、
   前記床下空間の空気と前記建物外の外気との熱交換を抑制する基礎断熱部と、
   前記建物の外郭に設けられ前記ヒートポンプシステムに地中熱を供給及び利用させるための地中熱利用装置と、を備えたことを特徴とする建物の熱利用構造。
2. 前記地中熱利用装置は、前記建物の外郭の地中に少なくとも一部が形成された通気経路と、その通気経路の一端に設けられる空気を取り込むための吸込口と、前記通気経路の他端に前記屋外機の外気取込口に向けて設けられる吹出口と、前記通気経路内の空気を移送させるための送風機とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の建物の熱利用構造。
3. 前記通気経路の地中部分を前記建物に極力近づけたことを特徴とする請求項２に記載の建物の熱利用構造。
4. 前記通気経路の地中部分が前記建物の外壁の略直下の地中に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の建物の熱利用構造。
5. 前記通気経路の地中部分は、前記建物の外壁面と略平行な平面を形成するように屈曲形成されていることを特徴とする請求項２〜４いずれか１項に記載の建物の熱利用構造。