JP2013249634A

JP2013249634A - 建物の構造

Info

Publication number: JP2013249634A
Application number: JP2012124979A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakagawa; 中川　　浩; Kazunori Nishio; 和典西尾; Soji Tadokoro; 創史田所; Hiroshi Sato; 佐藤　　寛; Daisuke Umemoto; 大輔梅本
Original assignee: Panahome Corp
Current assignee: Panasonic Homes Co Ltd
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-12

Abstract

【課題】地熱と熱交換する床下空間の温度変化を小さくし、該床下空間の熱エネルギーを有効に活用しうる。
【解決手段】基礎２と、床３とで囲まれる床下空間５を有する建物の構造である。この建物Ｂは、基礎２に配されかつ床下空間５を建物外部Ｓｏの空気の熱から遮断する基礎断熱材２６と、床３に配された床断熱材２７とを具える。しかも、建物Ｂは、床下空間５の少なくとも一部に、地中の熱と、熱交換可能な熱交換部２８を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、地熱と熱交換する床下空間の温度変化を小さくし、該床下空間の熱エネルギーを有効に活用しうる建物の構造に関する。

基礎と床とで囲まれる床下空間を有する建物について、１階の床からの熱損失を防ぐために、床材に断熱材が固着された床断熱構造と、床材には断熱材を設けずに基礎に断熱材が固着された基礎断熱構造とが知られている。

ところで、建物の基礎と床とで囲まれる床下空間の温度は、外気に比べると、１年を通して比較的安定し、夏季は、外気の温度よりも低いことが多い。従って、このような床下空気を居室に供給することができれば、エアコン等の空調機器の冷房負荷を減らすことができる。

このように床下空間の空気を居室に利用するためには、床下空間の温度変化をより小さくすることが望まれている。

特開２００５−０４２９５８号公報

本発明は、以上のような問題点に鑑み案出なされたもので、床下空間の温度変化をより一層小さくし、床下空間の空気を安定して居室に利用させることが可能な建物の構造を提供することを主たる目的としている。

本発明のうち請求項１記載の発明は、基礎と床とで囲まれる床下空間を有する建物の構造であって、前記基礎に配されかつ前記床下空間を建物外部の空気の熱から遮断する基礎断熱材と、前記床に配された床断熱材とを具え、しかも前記床下空間の少なくとも一部は、地中の熱と熱交換可能な熱交換部を有することを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、前記床断熱材の厚さが、前記基礎断熱材の厚さよりも小さい請求項１記載の建物の構造である。

また、請求項３記載の発明は、前記床下空間は、建物外部の空気が導入される外気取り入れ口と、該床下空間の空気を居室へと供給する取り出し口とを有することにより換気可能である請求項１又は２記載の建物の構造である。

また、請求項４記載の発明は、前記床下空間には、除湿装置が設けられている請求項１乃至３のいずれかに記載の建物の構造である。

また、請求項５記載の発明は、前記除湿装置は、稚内珪藻土を含む多孔質材が用いられている請求項４記載の建物の構造である。

本発明の建物の構造は、基礎に配されかつ床下空間を建物外部の空気の熱から遮断する基礎断熱材と、床に配された床断熱材とを具える。このような基礎断熱材及び床断熱材は、床下空間を、建物外部の空気及び室内の熱から遮断することができるため、床下空間の温度変化を小さくすることができる。

さらに、床下空間の少なくとも一部は、地中の熱と熱交換可能な熱交換部を有する。これにより、床下空間の空気は、１年を通して温度変化が小さい地中の熱と熱交換されるため、該床下空間の温度変化をより小さくすることができる。

このように、本発明の建物の構造は、床下空間の温度変化をより小さくすることができため、例えば、該床下空間の空気が居室に供給されることにより、エアコン等の空調機器の冷房負荷を効果的に減らすことができる。従って、建物の構造は、床下空間の熱エネルギーを有効に活用しうる。

本実施形態の建物の構造を示す断面図である。図１の床下空間の部分拡大図である。不易層を概念的に示す断面図である。乾球温度と重量絶対湿度との関係を示すグラフである。相対湿度と稚内珪藻土の平衡含湿率との関係を示すグラフである。実施例の建物をモデル化した断面図である。比較例の建物をモデル化した断面図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１に示されるように、本実施形態の建物Ｂの構造は、例えば、住宅やビル等の建物Ｂに適用することができる。本実施形態の建物Ｂは、地面に固定される基礎２、該基礎２の上方で支持される１階の床３及び該基礎２と前記床３とで囲まれる床下空間５を有する。

前記基礎２は、建物Ｂの外周に連続して配置される。本実施形態の基礎２は、地盤Ｇ内で水平にのびるベース部２Ａと、該ベース部２Ａの幅方向の略中央から上方へのび、かつ地盤Ｇから小高さで突出する立上がり部２Ｂとを含み、断面逆Ｔ字状に形成される。この立上がり部２Ｂは、床下空間５を囲んで配置される。

図２に示されるように、基礎２の立上がり部２Ｂには、その上面に固定される土台９と、該土台９に固着される外壁１０とが配置される。また、立上がり部２Ｂで囲まれた床下空間５の地盤Ｇの上には、例えば、下地用の砕石１１、防蟻防湿シート１２及び土間コンクリート１３が順次敷設される。

前記床下空間５には、例えば、土間コンクリート１３から上方に突出する複数の束７と、該束７に支持されかつ前記床３を支える大引き８とが設けられる。床３は、例えば、複数の板パネル３ａが並べられて構成される。さらに、図１に誇張して示されるように、床下空間５には、建物外部Ｓｏの空気（以下、単に「外気」ということがある。）が導入される外気取り入れ口１８と、該床下空間５の空気を例えば１階の居室Ｌ１等へと供給する取り出し口１９とが設けられる。

前記外気取り入れ口１８は、前記基礎２の立上がり部２Ｂにおいて、床下空間５と、建物外部Ｓｏとの間を連通する孔からなる。このような外気取り入れ口１８は、建物外部Ｓｏの新鮮な外気を、床下空間５に案内することができる。

前記取り出し口１９は、１階の居室Ｌ１の間仕切り壁２１の内部を上下にのび、かつ床下空間５と連通する空気流路２２の下端側に形成される。また、空気流路２２には、その上端側で１階の居室Ｌ１と連通する上開口部２３が設けられる。これにより、床下空間５の空気は、取り出し口１９から、空気流路２２及び上開口部２３を介して、１階の居室Ｌ１に供給され、該居室Ｌ１を換気することができる。また、空気流路２２には、例えば、床下空間５内を負圧にして、該床下空間５の空気を１階の居室Ｌ１内に案内する送風手段（図示省略）が設けられるのが望ましい。

本実施形態の建物Ｂの構造は、図２に示されるように、基礎２に配される基礎断熱材２６と、床３に配された床断熱材２７とが設けられる。さらに、床下空間５の少なくとも一部には、地中の熱と熱交換可能な熱交換部２８が設けられる。

前記基礎断熱材２６は、立上がり部２Ｂに沿って上下にのびる縦部２６Ａと、該縦部２６Ａから立上がり部２Ｂの上面に沿って建物外部Ｓｏ側にのびる上側部２６Ｂと、該縦部２６Ａの下端側から床下空間５側に水平にのびる水平部２６Ｃとを含む。この基礎断熱材２６は、断熱材２６Ａ、２６Ｂ及び２６Ｃによって、断面略Ｌ字状に構成される。このような基礎断熱材２６は、床下空間５を、基礎２を介して伝えられる外気の熱から遮断することができる。

また、断熱材２６Ａ、２６Ｂ及び２６Ｃには、例えば、耐熱性及び耐衝撃性に優れるポリスチレンフォーム、ウレタンフォーム、又はフェノールフォーム等の板状体が採用されるのが望ましい。また、断熱材２６Ａ、２６Ｂ及び２６Ｃの各厚さＷ１は、例えば４０〜８０mm程度が望ましい。

基礎断熱材２６の縦部２６Ａは、土間コンクリート１３から立上がり部２Ｂの内周面に沿って上方にのび、かつその上端が該立上がり部２Ｂの上面付近で終端する。

また、基礎断熱材２６の縦部２６Ａは、土間コンクリート１３に当接する下側部３０と、該下側部３０の上側に配置される本体部３１とを含む。これらの下側部３０と本体部３１とは、分離可能に配置される。このような縦部２６Ａは、例えば、下側部３０を取り外して、立上がり部２Ｂと土間コンクリート１３との入隅１７に、防蟻剤等を定期的に散布するのに役立つ。

基礎断熱材２６の上側部２６Ｂは、縦部２６Ａと床断熱材２７との間及び立上がり部２Ｂと床断熱材２７との間に、圧入して配置される。このような上側部２６Ｂは、立上がり部２Ｂと外壁１０との間において、床下空間５を、外気の熱から効果的に遮断することができる。

基礎断熱材の水平部２６Ｃは、縦部２６Ａから屋内Ｓｉ側に向かって、土間コンクリート１３上をのびる。また、本実施形態の水平部２６Ｃは、縦部２６Ａに当接する外側部３４と、該外側部３４よりも屋内Ｓｉ側に配置される内側部３５とを含む。これらの外側部３４及び内側部３５は、分離可能に配置される。このような水平部２６Ｃも、例えば、外側部３４を取り外して、前記入隅１７に防蟻剤等を定期的に散布するのに役立つ。

前記床断熱材２７は、床３の下面に沿って連続して配置される。このような床断熱材２７は、床下空間５を、１階の居室Ｌ１の熱から遮断することができる。この床断熱材２７としては、基礎断熱材２６と同様のものが望ましい。また、床断熱材２７の厚さＷ２は、３０mm以上が望ましい。

前記熱交換部２８は、床下空間５の土間コンクリート１３において、前記基礎断熱材２６が配されていない領域に形成される。このような熱交換部２８は、図１に示されるように、床下空間５の空気を、土間コンクリート１３を介して伝達される地熱Ｈと熱交換させることができる。

本発明の建物Ｂの構造は、基礎断熱材２６及び床断熱材２７によって、床下空間５の空気を、外気の熱及び１階の居室１Ｌの熱から遮断することができるため、該床下空間５の温度変化を小さくできる。さらに、熱交換部２８は、床下空間５の空気を、１年を通じて温度変化の少ない地熱Ｈと熱交換させることができるため、床下空間５の温度変化を効果的に小さくできる。従って、本発明では、床下空間５に、夏は涼しく、冬は暖かい空気を安定的に保持することができる。

さらに、本実施形態の建物Ｂは、上記のような床下空間５の空気を、１階の居室Ｌ１等に供給することができるため、エアコン等の空調負荷を効果的に減らすことができる。従って、本発明では、床下空間５の熱エネルギーを有効に活用することができる。

また、図３に示されるように、本実施形態の建物Ｂは、床下空間５の高い断熱性によって、床下空間５の下方に配される地中４１も効果的に断熱される。このため、建物Ｂは、一年を通して温度が略一定（±０．１℃程度）となる不易層４３（等温線４３ａで囲まれる領域）を、従来の不易層４３（等温線４３ｂで囲まれる領域）に比べて、床下空間５側に上昇させることができる。従って、熱交換部２８は、床下空間５の空気と、不易層４３の近くで熱交換させることができるため、該床下空間５の温度変化を、より効果的に小さくすることができる。

図２に示されるように、床断熱材２７は、屋内Ｓｉの居室Ｌ１に面する床３に配置されるため、建物外部Ｓｏに面する基礎２に配置される基礎断熱材２６に比べて、床下空間５の空気の熱の損失が小さい。このため、本実施形態の建物Ｂでは、床断熱材２７の厚さＷ２を、基礎断熱材２６の厚さＷ１よりも小さくできる。これにより、床断熱材２７の製造コストを抑えることができる。

ところで、高温多湿の外気が床下空間５に供給される夏季では、床下空間５の高い断熱性によって結露が発生するおそれがある。そのため、床下空間５には、除湿装置３７が設けられるのが望ましい。

本実施形態の除湿装置３７には、稚内珪藻土を含む多孔質材３８が用いられる。このような多孔質材３８は、優れた吸放湿性能を半永久的に有するため、床下空間５内の結露を効果的に防ぎつつ、メンテナンスも不要になる。さらに、多孔質材３８は、大量の空気を吸収することができるため、床下空間５を蓄熱でき、該床下空間５の急激な温度変化を防ぐのにも役立つ。

多孔質材３８の配置位置については、床下空間５内であれば特に限定されないが、例えば、熱交換部２８の外側とし、基礎断熱材２６の上に配置されないのが望ましい。このような配置によれば、多孔質材３８が、基礎断熱材２６のメンテナンス時や、防蟻剤等を散布する際の障害になることはない。なお、多孔質材３８として用いられる稚内珪藻土は、断熱性を有さないため、熱交換部２８の上に配置されたとしても、床下空間５と地熱Ｈ（図１に示す）との熱交換の障害になることはない。

さらに、多孔質材３８は、例えば、床下空間５に通じる複数の隙間を有する簀子状体３９によって覆われるのが望ましい。このような簀子状体３９は、多孔質材３８を保護することができるため、例えば、床下空間５のメンテナンス時において、作業者が多孔質材３８を破損するのを防ぐことができる。

また、稚内珪藻土の必要量は、特に限定されないが、例えば、結露が発生しやすい夏季（７月及び８月）を基準として、床下空間５に浸入する湿気の量と、床下空間５に配置される稚内珪藻土１kg当たりの吸湿量増加分（kg）とを予測して設定されるのが望ましい。

本実施形態では、夏季において床下空間５に浸入する湿気の量（kg）が、コンピュータを用いたシュミュレーションによって予測された。具体的な方法としては、先ず、図１に示した基本構造を有する建物Ｂ（実施例）がコンピュータにモデルとして入力され、下記条件において、夏季に浸入する床下空間５の湿気の量を予測するシミュレーションが行われた。
・ソフトウェア：建築環境ソリューションズ社製の「非定常熱・湿気計算システム（Ｈ＆Ｍ）」
・プラン：建物Ｂの空間の容積：３００ｍ³
・建物の空間への換気：０．５回／hr
・７月平均の外気の条件：
気温：２６．４℃、相対湿度：７２．５％RH、重量絶対湿度：１６．１ｇ／kg’
・８月平均の外気の条件：
気温：２７．９℃、相対湿度：７０．８％RH、重量絶対湿度：１６．６ｇ／kg’
・７〜８月平均の床下空間の温度：２４℃

上記シミュレーションの結果、夏季において床下空間５に浸入する湿気の量は、約８０kgであることが予測できた。

次に、夏季の床下空間５に配置される稚内珪藻土１kg当たりの吸湿量増加分が予測された。ここでは、夏季の床下空間５の相対湿度から、夏季の床下空間５に配置される稚内珪藻土の平衡含湿率（以下、単に「夏季の平衡含有率」ということがある。）が求められた。

図４には、乾球温度と重量絶対湿度との関係を示すグラフ、図５には、相対湿度と稚内珪藻土の平衡含湿率との関係を示すグラフが夫々示されている。

前記夏季の床下空間５の相対湿度を求めるには、先ず、上記シミュレーション条件から、７月平均の外気の重量絶対湿度と、８月平均の外気の重量絶対湿度とを加算し、かつ２で除することにより、７〜８月平均の外気の重量絶対湿度が求められる。この値は、１６．３５ｇ／kg’であった。そして、この７〜８月平均の外気の重量絶対湿度及び７〜８月平均の床下空間の温度の値を、図４のグラフにプロットすることにより、夏季の外気が床下空間５に浸入した際の相対湿度、即ち夏季の床下空間５の相対湿度を求めることができる。この夏季の床下空間５の相対湿度は、８７％RHであった。

そして、前記夏季の平衡含有率は、図５のグラフに、夏季の床下空間５の相対湿度の値をプロットすることによって求めることができる。この夏季の平衡含有率は、８．６wt％であった。

次に、春季（４月及び５月）の床下空間５の相対湿度から、夏季の床下空間５に配置される稚内珪藻土の平衡含湿率（以下、単に「春季の平衡含有率」ということがある。）が求められる。

前記春季の床下空間５の相対湿度を求めるには、先ず、下記条件において、４月平均の外気の重量絶対湿度と、５月平均の外気の重量絶対湿度とから、４〜５月平均の外気の重量絶対湿度を求める。この４〜５月平均の外気の重量絶対湿度は、７．２ｇ／kg’であった。そして、この４〜５月平均の外気の重量絶対湿度及び４〜５月平均の床下空間の温度の値を、図４のグラフにプロットすることにより、春季の外気が床下空間５に浸入した際の相対湿度、即ち春季の床下空間５の相対湿度を求めることができる。この春季の床下空間５の相対湿度は、７０％RHであった。
・４月平均の外気の条件：
気温：１４．３℃、相対湿度：５７．６％RH、重量絶対湿度：５．９ｇ／kg’
・５月平均の外気の条件：
気温：１８．９℃、相対湿度：６２．２％RH、重量絶対湿度：８．４ｇ／kg’
・４〜５月平均の床下空間の温度：１４．６℃

そして、前記春季の平衡含有率は、図５のグラフに、春季の床下空間５の相対湿度の値をプロットすることによって求めることができる。この春季の平衡含有率は、３．３wt％であった。

次に、夏季の平衡含湿率８．６wt％と、春季の平衡含湿率３．３wt％との差５．３wt％に、０．０１を乗じてスカラー化する。これにより、夏季の床下空間５に配置される稚内珪藻土１kg当たりの吸湿量増加分０．０５３kgが求められる。

そして、上記の夏季に浸入する床下空間５の湿気の量８０kgを、夏季の床下空間５に配置される稚内珪藻土１kg当たりの吸湿量増加分０．０５３kgで除することにより、建物Ｂにおいて最適な稚内珪藻土の必要量１５１０kgを求めることができる。なお、稚内珪藻土の必要量の決定は、このような方法に限定されるわけではない。

また、本実施形態では、前記多孔質材３８として、稚内珪藻土からなるものが例示されたが、これに限定されるわけではない。多孔質材３８には、稚内珪藻土の他、例えば、ゼオライト又はシリカゲルが含まれてもよい。また、図２に示されるように、多孔質材３８は、その長さ（径）Ｗ３が５〜１５mm程度の砕石状のものが望ましい。このような多孔質材３８は、吸放湿性能を発揮しつつ、製造コストの増大を抑制しうる。

さらに、本実施形態では、除湿装置３７として、多孔質材３８が用いられるものが例示されたが、このような態様に限定されるわけではない。例えば、除湿装置３７としては、ドレン管を有する除湿機（図示省略）を用いることもできる。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

図１に示す基本構造を有する建物Ｂ（実施例）がコンピュータにモデルとして入力され、図６に示されるように、１年間の該建物Ｂの地中４１の温度と、１年間の床下空間５の温度とを計算するシミュレーションが行われた。なお、図６は、温度分布を示すものであり、複数の等温線４５によって、一定の温度間隔で区切られている。なお、シミュレーション条件は次のとおりである。
・ソフトウェア：建築環境ソリューションズ社製の「非定常熱・湿気計算システム（Ｈ＆Ｍ）
・プラン：居室の床面積：１１３．９５ｍ²
・気象データ：外気温(大阪第４地域)
・基礎断熱材：
厚さＷ１：６０mm
・床断熱材：
厚さＷ２：６０mm
測定位置：建物Ｂの床下空間５の中央側５ｃ

また、比較として、実施例の基礎断熱材及び床断熱材のうち、床断熱材のみを有する建物４０（比較例）が、コンピュータにモデルとして入力され、図７に示されるように、１年間の該建物４０の地中４１の温度と、１年間の床下空間５の温度とを計算したシミュレーションが行われた。なお、比較例のシミュレーション条件は、基礎断熱材を有さない点を除き、上記実施例と同様である。

シミュレーションの結果、図６及び図７に示されるように、実施例の建物Ｂは、比較例の建物４０と比べて、不易層４３が、床下空間５側に上昇することが確認できた。

また、実施例の地中の温度変化の幅が、１２〜２０℃であるのに対し、比較例の地中の温度変化の幅が、０〜３２℃であった。従って、実施例の地中の温度変化の幅は、比較例の地中の温度変化の幅に比べて、大幅に小さくなることが確認できた。

さらに、実施例の床下空間５の温度の範囲は、１２．０〜２３．７℃であるのに対し、比較例の床下空間５の温度の範囲は、８．０〜２６．４℃であった。従って、実施例は、比較例に比べて、床下空間５の温度変化を小さくしうることが確認できた。

２基礎
３床
５床下空間
２６基礎断熱材
２７床断熱材
２８熱交換部

Claims

基礎と床とで囲まれる床下空間を有する建物の構造であって、
前記基礎に配されかつ前記床下空間を建物外部の空気の熱から遮断する基礎断熱材と、
前記床に配された床断熱材とを具え、
しかも前記床下空間の少なくとも一部は、地中の熱と熱交換可能な熱交換部を有することを特徴とする建物の構造。
前記床断熱材の厚さが、前記基礎断熱材の厚さよりも小さい請求項１記載の建物の構造。
前記床下空間は、建物外部の空気が導入される外気取り入れ口と、該床下空間の空気を居室へと供給する取り出し口とを有することにより換気可能である請求項１又は２記載の建物の構造。
前記床下空間には、除湿装置が設けられている請求項１乃至３のいずれかに記載の建物の構造。
前記除湿装置は、稚内珪藻土を含む多孔質材が用いられている請求項４記載の建物の構造。