JP2019152349A - 地下水を利用した空調システム及びそれを備えた建築物 - Google Patents

Abstract

【課題】 安全性及び経済性を維持しながら室内空間の温度変化を防ぐことのできる空調システム及び建築物を提供する。【解決手段】 地下水を利用した空調システムにおいて、室内空間を区画する壁面、天井面或いは床面のいずれか又はそれらの少なくとも２つ以上の面に前記地下水を流通させるパイプ（９０）を接触させるようにして配置し、前記パイプ（９０）が接触している壁面、前記天井面或いは前記床面を介して前記地下水と前記室内空間内とを熱交換することにより当該室内空間の空調を行うことを特徴とする地下水を利用したことを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明は、地下水（「深井戸水」を含む。以下同じ）を利用した空調システム及びそれを備えた建築物に関に関する。

本願出願人は、住宅や店舗、興行場、倉庫その他これらに類する施設などの建築物を密閉構造にして外部との遮断を図ることによって安全性、快適性及び経済性を向上させた建築物について特許出願を行い、特許を受けた（特許文献１）。特許文献１に開示された建築物は、外部からの汚染物質の侵入防止、騒音防止、冷暖房の更なる省エネルギ化等を図り、地震、津波、火災、台風、竜巻等の災害発生時においても利用者による日常生活や日常業務の継続を可能とするものである。尚、本願出願人は地下構造物関して特許文献２−９について特許を受けた。

特許第４９２６３０６号公報 特許第３３１９６２９号公報 特許第３２９２２５９号公報 特許第３２６４３４２号公報 特許第３２６４３４１号公報 特許第３２６４３４０号公報 特許第３２３３２４６号公報 特許第３０１４５６７号公報 特許第２７７３０７１号公報 特開２００７−８５６７９号公報

しかしながら上記建築物においても、気候変動により外気の温度が著しく高くなる又は低くなる状況や、地域社会等からの要請で省エネルギが強いられる非常時などに有効な空調システムの開発が望まれている。このため、熱媒体として地下水を利用して建物の部屋を冷房又は暖房する空調装置が提案されており（特許文献１０等を参照）、このような地下水を利用した空調装置は、熱媒体の除熱又は加熱に要するエネルギが不要な点において有効である。しかしながら、特許文献１０に開示された空調装置は、冷暖房の対象である部屋の隣接空間に熱交換手段を配置し、その隣接空間を介して当該部屋を冷暖房するという構成を採用しているので、隣接空間と当該部屋との間に存在する隔壁、当該部屋の天井、床等の温度が著しく高い又は低い場合には、冷暖房効果が必ずしも得られないという問題があった。

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、安全性及び経済性を維持しながら室内空間の温度変化を防ぐことのできる空調システム及びこれを備えた建築物を提供することを目的とする。

また、平常時にも快適な居住空間と省エネに配慮した内部空間を提供し、建築物の内部の気温を安定させることができ、建築の内部の環境を守り、都市部の騒音の中でも安眠・熟睡することができる建築物を提供することを目的とする。
また、地震、津波、火災、台風、竜巻等の各種の災害の際にも対応可能な建築物を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、地下水を利用した空調システムにおいて、室内空間を区画する壁面、天井面或いは床面のいずれか又はそれらの少なくとも２つ以上の面に前記地下水を流通させるパイプを接触させるようにして配置し、前記パイプが接触している壁面、前記天井面或いは前記床面を介して前記地下水と前記室内空間内とを熱交換することにより当該室内空間の空調を行うことを特徴とする地下水を利用した空調システムを提供する。

上記課題を解決するために請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の地下水を利用した空調システムにおいて、前記パイプは、前記壁面、前記天井面或いは前記床面と面接触によって熱交換可能に形成されていることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項３に記載の発明は、地下水を利用した空調システムにおいて、室内空間を区画する壁面を二重構造とし、その内部にガラス繊維等の水分保持材を充填し、前記壁面の上部から前記水分保持材へ前記地下水を供給することにより前記壁面全体を介して前記地下水と前記室内空間内とを熱交換することにより当該室内空間の空調を行うことを特徴とする地下水を利用した空調システムを提供する。

上記課題を解決するために請求項４に記載の発明は、請求項１から３に記載の地下水を利用した空調システムにおいて、前記壁面、前記天井面或いは前記床面には金属等の熱伝導性の高い材料が用いられることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の地下水を利用した空調システムにおいて、熱交換された後の前記地下水は、汲み上げるべき地下水脈とは異なる貯水池に排水することを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の地下水を利用した空調システムを備えた建築物において、前記建築物は、基礎と、前記基礎の周囲を取り囲むようにして当該基礎と一体となるようにして立設された外壁と、前記外壁に支持されて、当該外壁に囲まれた内部空間を覆う屋根によって内部が密閉空間とされると共に、前記外壁の外側の一部又は全部を盛土で覆うか、或いは前記建築物を地中に埋設して形成され、前記外壁の内側には階段状に植栽部が形成される共に、前記外壁と階段状の植栽部と基礎とによって囲まれる室内空間に前記空調システムを設けることにより前記盛土又は地中からの熱伝導及び前記空調システムによって前記室内空間を空調することを特徴とする地下水を利用した空調システムを備えた建築物を提供する。

上記課題を解決するために請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の地下水を利用した空調システムを備えた建築物において、熱交換された後の前記地下水は、前記植栽部に給水することを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の地下水を利用した空調システムを備えた建築物において、前記外壁と階段状の植栽部と基礎とによって囲まれる室内空間の一部又は全部を鉛及びコンクリートによって遮蔽することにより、核シェルタとして利用可能としたこと特徴とする。

上記課題を解決するために請求項９に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の地下水を利用した空調システムを備えた建築物において、前記建築物は、基礎と、前記基礎の周囲を取り囲むようにして当該基礎と一体となるようにして立設された外壁と、前記外壁に支持されて、当該外壁に囲まれた内部空間を覆う屋根によって内部が密閉空間とされると共に、前記外壁の外側の一部又は全部を盛土で覆うか、或いは前記建築物を地中に埋設して形成され、前記密閉空間内であって前記基礎の上に配置された家屋部に前記空調システムを設けることにより前記盛土又は地中からの熱伝導及び前記空調システムによって前記家屋部を空調することを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の地下水を利用した空調システムを備えた建築物において、前記家屋部の周囲には貯水池が設けられ、熱交換された後の前記地下水は、前記貯水池に排水することを特徴とする。

本発明に係る空調システムによれば、パイプに地下水を流通させ、壁面、天井面或いは床面のいずれか又はそれらの少なくとも２つ以上の面に当該パイプを接触させることにより室内空間内と地下水との間の熱交換を図るので、室内空間の空気汚染を防ぎつつ室内外の温度差を軽減できるという効果がある。しかも、空調システムの熱媒体たる地下水は外気温に関わらず一定の温度に保たれ、熱媒体の除熱又は加熱のためのエネルギ（化石エネルギ等）は基本的に不要なので、省エネルギ化が可能という効果もある。

また、本発明に係る空調システムによれば、前記パイプを前記壁面、前記天井面或いは前記床面と面接触させるので、熱交換の効率が高いという効果がある。

また、本発明に係る空調システムによれば、前記室内空間を区画する壁面を二重構造とし、その内部に充填された水分保持材へ地下水を供給することにより、室内空間内と地下水との間の熱交換を図るので、室内空間の空気汚染を防ぎつつ室内外の温度差を軽減できるという効果がある。しかも、空調システムの熱媒体たる地下水は外気温に関わらず一定の温度に保たれ、熱媒体を除熱又は加熱するためのエネルギ（化石エネルギ等）は基本的に不要なので、省エネルギ化が可能という効果もある。また、室内空間の内壁面の外観を維持しながら空調システムを設置できるという効果もある。また、水分保持部材は、一般に軽量なので、壁面への設置が容易という利点もある。

また、本発明に係る空調システムによれば、前記壁面、前記天井面或いは前記床面には金属等の熱伝導性の高い材料が用いられるので、熱交換の効率が高いという効果がある。

また、本発明に係る空調システムによれば、熱交換された後の前記地下水は、汲み上げるべき地下水脈とは異なる貯水池に排水されるので、排水に起因した地下水脈の温度変化を防止できるという効果がある。

また、本発明に係る建築物によれば、前記外壁と前記階段状の植栽部と前記基礎とによって囲まれた空間部（複数の室内空間）の温度を安全かつ効率的に制御できるという効果がある。また、温度制御の対象が、建築物の周縁部に位置する空間部としたので、建築物の内外の温度差抑制を効率的に行えるという効果もある。また、盛土又は地中からの熱伝導と本発明に係る空調システムによる熱交換との相乗効果によって、空調効率の更なる向上ひいては省エネルギ化の促進が図られる。

また、本発明に係る建築物によれば、熱交換された後の前記地下水が前記植栽部に給水されるので、地下水の再利用による省エネルギ化を図ることができるという効果がある。

また、本発明に係る建築物によれば、前記外壁と前記階段状の植栽部と前記基礎とによって囲まれた快適な空間部（室内空間）を、安全性の高い核シェルタとして利用可能という効果がある。

また、本発明に係る建築物によれば、前記密閉空間内であって前記基礎の上に配置された家屋部（複数の室内空間）の温度を安全かつ効率的に制御できるという効果がある。また、盛土又は地中からの熱伝導と本発明に係る空調システムによる熱交換との相乗効果によって、空調効率の更なる向上ひいては省エネルギ化の促進が図られる。

また、本発明に係る建築物によれば、前記家屋部の周囲に設けられた貯水池に、熱交換された後の前記地下水が排水されるので、地下水の再利用による省エネルギ化を図ることができるという効果がある。また、家屋部から流水池までの距離は短いので、排水路が著しく長くなるという問題も生じにくい。

屋根を取り除いた状態の建築物を示す平面図である。 上階から見下げた建築物を示す平面図である。 建築物の屋根分の平面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 出入り口の側から見た建築物を示す平面図である。 建築物に設置された空調システムの構成を示す系統図であり、（Ａ）は、空調システムの設置された室内空間の概略断面図、（Ｂ）はその概略立面図である。 熱交換部の概略断面図である。 井戸周辺部を説明する概略断面図である。 井戸周辺部を説明する別の概略断面図である。 他の実施形態における空調システムの構成を示す系統図であり、（Ａ）は空調システムの設置された室内空間の概略断面図、（Ｂ）はその概略立面図である。 図１１（Ａ）は他の実施形態における熱交換部及びその周辺のレイアウトを説明する概略図であり、図１１（Ｂ）は熱交換部及びその周辺の概略斜視図である。 建築物の変形例に係る断面図である。

［建築物の構成］
以下、本発明に係る建築物について、好ましい一実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は、屋根を取り除いた状態の建築物を示す平面図、図２は、上階から見下げた建築物を示す平面図、図３は、建築物の屋根分の平面図、図４は、図１のＡ−Ａ断面図、図５は、出入り口の側から見た建築物を示す平面図である。
建築物１は、公道等の道路１００に面して建設され、そして、通路１００につながる私有道路としての歩道１０１、及び出入り口２０ａを介して出入りができるようになっている。

建築物１は、概略として、多角形状（正八角形状）の基礎３と、基礎３の周囲を取り囲むようにして基礎３と一体に立設された外壁８を備えており、基礎３と外壁８が一体となった１つの容器のようになっている。そして、基礎３の略中央には室内空間となる家屋部２が配置されている。一方、基礎３と外壁８によって形成される空間を覆うようにして屋根３０が取り付けられている。屋根３０は、その周縁部が外壁８によって支持されており、家屋部２とは構造上の結合はなされていない。これにより、基礎３、外壁８、屋根３０によって建築物１の内部を水密性のある或いは気密のある密閉空間とすることが可能となっている。つまり、建築物１は、基礎３と、基礎３の周囲を取り囲むようにして当該基礎と一体となるようにして立設された外壁８と、外壁８に支持されて、当該外壁８に囲まれた内部空間を覆う屋根３０によって内部が密閉空間とされている。

また、外壁８は屋根３０よりも高く形成されている。外壁８を屋根３０よりも高く形成することで水害や後述する家屋部２に吹き付ける横風を効果的に阻止することができる。そして、基礎３及び壁８は鉄筋コンクリート、家屋２は鉄骨或いは鉄筋コンクリート、屋根３０は鉄骨で骨組みを形成してさらに鉄板や鋼板等の金属製材料によって覆うことによってそれぞれ形成され、建築物１の内部空間が密閉可能とされている。尚、構造については強固な構造であれば鉄骨、鉄筋コンクリート或いはその適宜の組み合わせを採用することができる。また、使用するコンクリートは、例えば、撥水材や合成樹脂で防水層を形成する等によって防水性を高めることができる。さらに、鉛板を併設することで放射線の侵入を防止する構造とすることもできる。

尚、建築物１は、地震の際に家屋部２の振動を抑制する免震機構４０を備えていてもよい。建築物１の免震機構４０は、例えば基礎３と家屋部２とが接続される部分に設置される。免震機構４０は免震、制振及び断振の少なくともいずれかの機能を備えており、その具体的な構成としては、例えば、エアーダンパ方式、積層ゴムによるアイソレータ方式、ボールやローラを用いた方式等があり、幾つかのメーカーから提供されている。また、免震機構４０としては、家屋部２の底部に位置するコンクリート（設備エリア３ｄの天井）と、コンクリート上に敷設された床材との間に設置され、かつ、家屋部２を床材と共に水平方向に移動可能に支持するコロを用いることもできる。このような免振機構４０は、地震の震動によって家屋部２と基礎３との接続部に加わる負荷を、軽減することができる。

また、屋根３０と外壁８との間、具体的には、屋根３０を構成する梁と外壁８の上部側面との間に、バネなどの弾性部材を配置し、外壁８の上端面の凹部内に梁の底面を移動可能に支持するコロを配設し、地震の震動によって屋根３０と外壁８との間の接続部に加わる負荷を軽減してもよい。

家屋部２は、概略として、部屋１０（居住スペース）と、複数の生活スペース２０（出入り口２０ａ、部屋１０、回廊２０ｇ等）を備えて構成されている。尚、部屋１０は、複数の部屋に区画されていてもよく、各区画には、リビング、ダイニング、寝室、書斎、キッチン、トイレ、浴室などの各用途が割り当てられてもよい。また、家屋部２の周囲を取り囲むようにして流水池４（貯水池の一種）が設けられている。

家屋部２は平面形状が多角形（八角形）とされ、利用者は、回廊２０ｇを介して部屋１０の各部を最短距離で移動することができる。また、部屋１０の必要な場所に監視カメラを設置することにより、介護が必要な人や病人に対するケアが可能になる。また、部屋１０の必要な場所に図示しない所要数のスプリンクラーが設けられており、その水源として水道、後述する流水池４や井戸８３などの水を用いることができる。家屋部２は周壁部が防水コンクリートとされると共にその要所には柱が設けられている。家屋部２の周壁部の材質を、断熱性を有する防水コンクリートとすることでさらに火災や水害に強い建築物１とすることができる。また、家屋部２の下には基礎３を利用した密室、且つ、防水構造の設備エリア３ｄが設けられており、家屋部２の周囲における核シェルタ３ｂの下には基礎３を利用密室、かつ防水構造のストックエリア３ａが設けられている。尚、本実施形態の家屋部２は平屋であるが、もちろんこれに限らず２階建てやそれ以上であってもよい。

屋根３０は、図４に示すように、家屋部２を構成する駆体の上部に配設した状態で外壁８によって支持されており、家屋部２の躯体とは構造上の連結はされておらず、屋根３０と家屋部２の躯体との間には狭い空間９Ａが形成されている。また、屋根３０の中央部には、図３に示すように、ソーラーパネル３１が家屋部２の周壁部と重なる範囲に設置され、その周囲（空間９Ｂに重なる範囲）は強化ペアガラス張りのトップライト３２となっている。さらに、屋根３０の縁部が位置する外壁８の上部には雨水を案内するように樋状に形成され、そこに貯まった雨水を流水池４に案内する雨水収集管（不図示）が複数箇所に設けられており、屋根３０上に降った雨を流水池４に貯えることで雨水の有効利用を図っている。ソーラーパネル３１によって得られた電力は自家の照明や冷暖房等に用い或いは電力会社等に売電することができる。尚、ソーラーパネル３１に代えて或いはソーラーパネル３１に併用して太陽熱による温水設備を設けてもよい。

また、強化ペアガラスは、例えば、積雪荷重４ｍに耐え得る規格のものを用いている。具体的には、外側ガラスが倍強度ガラス板厚１２ミリで、内側ガラスが板厚６．６ミリの網入りガラスの合わせガラスである。これにより建築物１内が外気から遮断状態にされ、建築物１内の温度を安定に保つことが可能になると共に、外部からの騒音が遮断され、また、近隣に火災が発生しても家屋部２に及ぶことを防止する。

尚、建築物１内の空間９Ｂが外気と連通する箇所、例えば、外壁８と屋根３０との近傍の１箇所又は数箇所には、給排気空調設備（不図示）が設けられており、建築物１の空間９Ａ，９Ｂ内に入り込む空気の浄化が行われる。また、給排気空調設備（不図示）は、更に給気ファン及び排気ファンまたは一体型の給排気ファンを備える（必要に応じてフィルタ等も備える）ことによって、建築物１の内部の空気と外部の空気との交換を行うこともできる。また、特殊フィルタは、空気中の塵等を除去する他、細菌、有害物質、放射性物質等が建築物１内に進入することを防止する。

また、屋根３０の周辺部をトップライト３２にしたことにより建築物１の空間９Ｂ内に外光が入るので流水池４や植栽部５０の植物７に対する日光不足を解消することができる。そして、夏期の暑い日には流水池４の水を汲み上げて後述する大滝から流水や流水池４に落下させたりしてその際に発生する微細な水滴が蒸発する際の気化熱によって空間９Ａ，９Ｂ内及び家屋部２内の気温を下げることができる構造となっている。尚、本実施形態では、地下水を利用した空調システムによって室内空間の温度制御を行う。なお、ここでいう「地下水」には、後述する流水池４の一部を地下５ｍ以下（例えば地下６ｍ）に掘り下げた深井戸等の井戸８３に貯水された水、その他の地下水が含まれる。地下水を利用した空調システムの詳細は後述する。

流水池４は、例えば、水量約２５ｔ以上の水を必要な水位を保つように貯留している。流水池４の水路には、不図示のポンプが設置されており、流水池４の水は適当な流速で家屋部２の周囲を循環している。この流水池４では観賞用又は食用の魚を飼育したり水性植物を栽培したりすることができる。また、流水池４の水は、植栽部５０への散水、融雪、災害時における消火や飲料水等にも利用される。一方、流水池４と外壁８との間には階段状の植栽部５０が設けられている。植栽部５０は、上部が植栽スペースとして利用されると共に内部に形成された空間は核シェルタ３ｂとして利用することができるようになっている。外壁８と階段状の植栽部５０と基礎３とによって囲まれる室内空間が核シェルタ３ｂである。そして、植栽部５０は、外壁８の内側周囲を一周するように設けられている。従って、コンクリート造りの核シェルタ３ｂはトンネル状に且つ外壁８をほぼ一周するように設けられている。なお、核シェルタ３ｂのコンクリート厚みは３００ｍｍ以上に設定される。

核シェルタ３ｂは、流水池４の水が内部に侵入しないように且つ散水時の水等が内部に侵入しないように作られており、その内部には各種の設備の設置や食料等の備蓄が可能になっている。また、核シェルタ３ｂの上面は流水池４の水面よりも高い位置になるように作られ、外側に向かって段々畑のように段階的に高くなって植栽部５０が形成されている。植栽部５０には土が盛られ、この盛土に底木、花、野菜等の植物７が植栽されている。尚、植栽に限らず彫刻等の美術品や工芸品、置き石等を設置して美観や景色を楽しむようにしてもよいし、高さ７ｍほどの大滝（流水滝）を設けてもよい。また、外壁８の外側周囲を一周するように盛土１０ｃが施されており、盛土１０ｃには植物７が植栽されている。また、外壁８と階段状の植栽部５０と基礎３とによって囲まれたトンネル状空間の全てを核シェルタ３ｂとして用いてもよいが、図１に示すとおり当該トンネル状の空間を複数の室内空間に区画し、その一部をキッチンスペース１０ｆ、バススペース１０ｈ、トイレスペース１０ｉ、前室１０ｊ、他には浴室スペース等として使用することもできる。

図４に示したように、植栽部５０の上方は屋根３０によって覆われているので、雨は植物７に降り注がない。流水池４の水は、池（流水池４）からポンプによって汲み上げられて散水管に導かれ、植物７に噴霧（給水）される。さらに、水道が災害や多彩等の発生に伴って水道が断水した際、流水池４の水を浄化・殺菌設備によって浄化・殺菌処理することで、この処理した水を水道水の代わりに用いることができる。そのため、流水池４は少なくとも１カ月程度利用しうるだけの水、例えば、約２５ｔ以上の水を貯留可能な容積を有することが望ましい。また、流水池４の上面の全部又は一部をコンクリート床又は板状部材等によって覆うことにより家屋部２の周囲を一周するような通路６を設けることができる。通路６はウォーキングの周回コースに利用したり、植物７を観賞するためのスペース等として利用したりすることができる。尚、ここでは流水池４の水源として雨水を利用する場合について述べたが、流水池４の水源として後述する井戸８３を利用することも可能である。井戸８３に貯水された地下水は、水道が断水した場合にも利用可能である点において有用性が高い。

また、建築物１の全体を、災害時における簡易型のシェルタとして利用することもできる。例えば、基礎３、外壁８及び屋根３０に放射能を遮断する効果のある鉛板や特殊鉛鋼板等を併設することで核シェルタとして利用可能であり、酸素発生器を設置することで外部との空気の交換を遮断して内部を完全密閉することでウィルス等の進入を阻止することもできる。さらに、建築物１が水没するような津波が襲ってきた場合に、建築物１は、基礎３、外壁８及び屋根３０によって水密に密閉されていると共に流水池４に貯えられた水がバラストストとなるので姿勢良く水に浮かせて水没を回避することもできる。また、上述したとおり、外壁８と植栽部５０と基礎３とで囲まれた部分を核シェルタ３ｂとして利用する場合は、建築物１のうち少なくとも核シェルタ３ｂの部分に鉛板や特殊鉛鋼板が併設され、核シェルタ３ｂに酸素発生器が設置される。つまり、建築物１のうち外壁８と階段状の植栽部５０と基礎３とによって囲まれる室内空間の一部又は全部を鉛及びコンクリートによって遮蔽することにより、当該室内空間の一部又は全部に、核シェルタ３ｂとしての機能を付与することができる。

尚、建築物１は上述した多角形状（正八角形状）のものに限らず、種々の外径形状を採用することは可能である。例えば、円形状、三角形、五角形、六角形等の多角形状である。

［空調システムの実施形態］
［空調システムの概要］
以下、地下水を利用した空調システムの実施形態について説明する。本実施形態の空調システムの設置先は、核シェルタ３ｂであり、空調システムの制御対象は、核シェルタ３ｂの内部（室内空間）の温度である。図６は、建築物に設置された空調システムの構成を示す系統図であり、（Ａ）は、空調システムの設置された室内空間の概略断面図、（Ｂ）はその概略立面図である。

図６の下部に示すとおり、本実施形態の空調システムは、井戸８３に貯水された地下水を熱媒体として利用する。地下水は、年間を通じて略一定の温度に保たれているので、これを熱媒体とすることで、ヒートポンプ又を用いずとも、すなわち除熱又は加熱のためのエネルギ（化石エネルギ等）を用いずとも、室内空間の温度を維持できる。地下水からなる熱媒体は、室内空間の温度が地下水よりも高いときには室内空間の空気を加熱でき、室内空間の温度が地下水よりも低いときには室内空間の空気を除熱できるからである。

［空調システムの構成］
本実施形態の空調システムには、図６に示すとおり、給水パイプ８２、ポンプ３４、熱交換部９０、及び排水パイプ９３が備えられる。給水パイプ８２は、井戸８３に貯水された地下水を熱媒体として熱交換部９０へ給水するためのパイプである。給水パイプ８２の材質は、樹脂などの腐食や錆に強い材質である。ポンプ３４は、給水パイプ８２の経路に設けられ、かつ、井戸８５の側から所定の圧力で地下水を吸込して熱交換部９０の側へ吐出するポンプである。尚、ポンプ３４の設置先は、排水パイプ９３の経路であってもよい。

熱交換部９０は、給水パイプ８２と排水パイプ９３との間に連結され、かつ核シェルタ３ｂの室内空間の内面（壁面、天井面、床面の少なくとも一面）に沿って蛇行設置された熱交換パイプ９０Ｂを有する。熱交換パイプ９０Ｂの材質は、給水パイプ８２の材質と同様である。但し、熱交換パイプ９０Ｂの材質は、熱交換の効率を高めるため、銅、ステンレス、アルミニウムなどの熱伝導性の高い材質であってもよい。また、熱交換パイプ９０Ｂの外周に、熱伝導性の高い材料（銅、ステンレス、アルミニウムなど）からなるテープが巻かれていてもよい。

排水パイプ９３は、熱交換パイプ９０Ｂと後述する排水先（排水口）との間に連結され、熱交換パイプ９０Ｂを経由した地下水を排水先へ送水するためのパイプである。排水パイプ９３の材質は、給水パイプ８２の材質と同様である。ここで、図６の例では、植栽部５０側の傾斜した壁面と外壁８側の直立した壁面との各々に熱交換部９０が設置されている。これら２つの熱交換部９０は、１本の給水パイプ８２及び１本の排水パイプ９３を兼用しており、２つの熱交換部９０の熱交換パイプ９０Ｂは、１本の給水パイプ８２及び１本の排水パイプ９３の間に直列の関係で連結されている。尚、図６の例では、２つの熱交換部９０の設置先を核シェルタ３ｂの２つの壁面としたが、２つの熱交換部９０の少なくとも一方の設置先を、核シェルタ３ｂの天井面又は床面としてもよい。

以上のとおり、本実施形態の空調システムの熱交換部９０は、核シェルタ３ｂの室内空間を区画する壁面、天井面或いは床面のいずれか又はそれらの少なくとも２つ以上の面に、地下水を流通させる熱交換パイプ９０Ｂを接触させるようにして配置している。このような熱交換部９０は、熱交換パイプ９０Ｂが接触している壁面、天井面或いは床面を介して地下水と室内空間内とを熱交換することにより当該室内空間の空調を行う。

［熱交換部の構成］
次に、本実施形態の熱交換部９０の構成を詳細に説明する。図７は、本実施形態の熱交換部９０の略断面図である。図７では、熱交換部９０の設置先が外壁８側の壁面である場合を示している。図７に示すとおり、熱交換部９０を構成する熱交換パイプ９０Ｂの壁面側は、扁平な形状をしている。例えば、熱交換パイプ９０Ｂの断面形状は、概略Ｄ字状をしている。よって、壁面に対する熱交換パイプ９０Ｂの接触面積は、熱交換パイプ９０Ｂの断面形状がＯ字状である場合よりも広くなる。つまり、熱交換パイプ９０Ｂは、壁面との面接触によって熱交換を行うことが可能である。従って、本実施形態の熱交換部９０は、核シェルタ３ｂの構造物（図７では外壁８）と地下水との熱交換を行い、これによって間接的に核シェルタ３ｂの室内空間の温度を制御する。

［熱伝導材料］
次に、熱交換部９０に使用される熱伝導材料について説明する。本実施形態の空調システムでは、熱交換部９０の設置先（ここでは壁面）に、金属等の熱伝導性の高い材料が用いられる。例えば、図７に示すとおり、熱交換パイプ９０Ｂの設置先となる外壁８の内壁面（熱交換部９０）には、熱伝導性の高い材料（銅、ステンレス、アルミニウムなど）からなる熱伝導パネル９０Ａが敷設される（図７参照）。このような熱伝導パネル９０Ａは、熱交換パイプ９０Ｂの内部を通過する地下水と、熱交換パイプ９０Ｂの設置先となる構造物（外壁８）との間の熱交換の速度を高めることができる。

［カバーパネル及びについて］
次に、熱交換部９０に使用されるカバーパネル等について説明する。本実施形態の空調システムにおいて、熱交換部９０の室内側には、図７に示すとおり、熱交換部９０を覆うカバーパネル９１が設けられる。カバーパネル９１の設置により、利用者の身体が熱交換部９１に直接的に接触するのを防ぐことができるからである。また、熱交換部９０には、図６に示すとおり、熱交換パイプ９０Ｂの周辺の空気を循環させるための換気扇８９が設けられてもよい。換気扇８９は、熱交換パイプ９０Ｂの下側から熱交換パイプ９０Ｂの上側に向けて空気を送風し、熱交換パイプＢの周辺の空気を循環させる。これによって、熱交換の促進を図ることができるほか、室内空間の温度が地下水より高い場合に熱交換パイプ９０Ｂの表面に生じる結露を抑えることができる。

［給水について］
次に、本実施形態の空調システムの給水について説明する。図６の下部に示すとおり、井戸８３は、地下水が利用可能な地域において、地中深くの帯水層２００を貫通しており、井戸８３の底部は地下水が貯水された貯水部８３ａとなっている。本実施形態の空調システムでは、給水パイプ８２の取水口８２ａは、貯水部８３ａの水位よりも十分に低い位置に設置されている。よって、空調システムのポンプ３４が作動すると、貯水部８３ａに貯水された地下水は、取水口８２ａを介して給水パイプ８２へ取り込まれる。尚、貯水部８３ａには帯水層２００から染み出した地下水が適宜に補充されるので、貯水部８３から給水パイプ８２へ地下水が給水された場合であっても、貯水部８３ａの水位は略一定に保たれる。

［排水について］
次に、本実施形態の空調システムの排水について説明する。本実施形態の空調システムでは、排水パイプ９３の排水口（不図示）は、給水パイプ８２の取水口８２ａから離れた流水池４及び植栽部５０に設置される。具体的には、空調システムの熱交換部９０に接続された排水パイプ９３は、その下流側で２系統の排水パイプ９３に分岐され、分岐された一方の排水パイプ９３の排出口は、流水池４に接続され、分岐された他方の排出パイプ９３の排出口は、植栽部５０の散布ノズル（不図示）に接続される。

従って、空調システムの熱交換部９０で熱交換された後の地下水は、２系統の排水パイプ９３を介して流水池４及び植栽部５０にそれぞれ給水され、これによって熱交換後の地下水の再利用が図られる。また、熱交換された後の地下水が、熱交換される前の地下水に混入しない（又は、混入するまでの時間稼ぎができる）ので、熱媒体たる地下水の温度を安定させることができる。

尚、植栽部５０へ給水された地下水の少なくとも一部は、植栽部５０の植物７を介して空気中へ拡散し、また、流水池４へ排水された地下水の少なくとも一部は、流水池４の水面から空気中へ拡散される。また、植栽部５０又は流水池４で保持しきれなかった余剰の地下水は、不図示の排水パイプを介して例えば下水道又は地中（帯水層２００と同じ又は異なる帯水層）へ導かれる。また、地下水が地中に排水される場合であっても、地中深くへ導かれるまでに十分な時間をかけて十分な長さの水路を移動するので、当該排水に起因して空調システムの水源（貯水部８３ａ、帯水層２００）の温度が変動するという事態は生じない。

［コントローラについて］
本実施形態の空調システムは、核シェルタ３ｂの室内空間等に設置されたコントローラ（不図示）によって制御される。利用者は、コントローラを操作し、温度制御の開始指示及び終了指示を空調システムへ与えることができる。開始指示を受けたコントローラは、ポンプ３４を駆動すると共に、給水パイプ８２の経路に設けられた不図示のバルブを解放し、井戸８３の地下水を熱交換部９０へ導水する。終了指示を受けたコントローラは、ポンプ３４を停止させると共にバルブを閉鎖する。尚、コントローラは、利用者の操作に応じてポンプ３４の圧力やバルブの開き量を調節してもよい。この調整により、単位時間当たりに熱交換部９０を移動する地下水の量が調節されるので、熱交換の効率（ひいては室内空間の温度が地下水の温度に近づく速度）を調節することができる。また、本実施形態の空調システムでは、プログラムに従って動作するＣＰＵをコントローラに備えるとともに、核シェルタ３ｂの室内空間に温度センサを設置し、温度センサの出力に応じてポンプ３４の圧力及びバルブの開き量をＣＰＵに自動制御させることも可能である。

［実施形態の効果］
以上説明したとおり、本実施形態に係る空調システムによれば、熱交換部９０の熱交換パイプ９０Ｂに地下水を流通させ、核シェルタ３ｂの室内空間の壁面、天井面或いは床面のいずれか又はそれらの少なくとも２つ以上の面に熱交換パイプ９０Ｂを接触させることにより核シェルタ３ｂの室内空間内と地下水との間の熱交換を図るので、核シェルタ３ｂの室内空間の空気汚染を防ぎつつ室内外の温度差を軽減できるという効果がある。しかも、空調システムの熱媒体たる地下水は外気温に関わらず一定の温度に保たれ、ヒートポンプが不要、すなわち、熱媒体の除熱又は加熱のためのエネルギ（化石エネルギ等）は基本的に不要なので、省エネルギ化が可能という効果もある。

また、本実施形態に係る空調システムによれば、熱交換部９０の熱交換パイプ９０Ｂを核シェルタ３ｂの壁面、天井面或いは床面と面接触させるので、熱交換の効率が高いという効果がある。

また、本実施形態に係る空調システムによれば、熱交換部９０の設置先である壁面、天井面或いは床面には金属等の熱伝導性の高い材料からなる熱伝導パネル９０Ａが用いられるので、熱交換の効率が高いという効果がある。

また、本実施形態に係る空調システムによれば、熱交換された後の地下水は、汲み上げるべき貯水部８３ａ（地下水脈）とは異なる流水池４（貯水池の一種）に排水されるので、排水に起因した貯水部８３ａ（地下水脈）の温度変化を防止できるという効果がある。

また、本実施形態に係る建築物１によれば、外壁８と階段状の植栽部５０と基礎３とによって囲まれた核シェルタ３ｂの空間部（室内空間）の温度を安全かつ効率的に制御できるという効果がある。また、温度制御の対象を、建築物１の周縁部に位置する核シェルタ３ｂとしたので、建築物１の内外の温度差抑制を効率的に行えるという効果もある。

また、本実施形態に係る建築物１によれば、熱交換された後の地下水が植栽部５０に給水されるので、地下水の再利用による省エネルギ化を図ることができるという効果がある。

また、本実施形態に係る建築物１によれば、外壁８と階段状の植栽部５０と基礎３とによって囲まれた快適な空間部（室内空間）を、安全性の高い核シェルタ３ｂとして利用可能という効果がある。

［排水の変形例］
尚、本実施形態の空調システムでは、排水パイプ９３の排水口を、取水口８２ａから離れた流水池４及び植栽部５０に設置したが、図８に示すとおり、取水口８２ａに近い位置に設置することも可能である。図８に示す排水口９３ａの設置先は、取水口８２ａと同様の井戸８３である。但し、排水口９３ａは、貯水部８３ａの水面より上側に設置されているので、排水口９３ａから排水された地下水が取水口８２ａから取水される地下水と直接的に混ざり合うのを防いでいる。

［熱媒体の変形例］
また、本実施形態の空調システムにおいては、図９に示すとおり、排水パイプ９３と給水パイプ８２とを連結して給水路及び排水路を閉じた経路としてもよい。この場合、当該閉じた経路を地下水その他の熱媒体で充填するとともに、ポンプ３４によって熱媒体を循環させ、図９に示すとおり経路の一部（図９ではＵ字状の部分）を貯水部８３ａに浸水させることで、熱媒体と地下水との間の熱交換を行ってもよい。

［空調システムの設置先の変形例］
また、本実施形態では、空調システムの設置先（熱交換部９０の設置先）を核シェルタ３ｂとしたが、家屋部２の室内空間である部屋１０としてもよいし、部屋１０を区画して設けられた複数の部屋の少なくとも１つとしてもよい。この場合、密閉空間内であって基礎３の上に配置された家屋部２（室内空間）の少なくとも一部の温度を、安全かつ効率的に制御できる。また、このような空調システムで熱交換された後の地下水を、家屋部２の周囲に設けられた流水池４に排水すれば、地下水の再利用による省エネルギ化を図ることができるほか、家屋部２から流水池４までの距離が短いことから、排水路を短くできるという利点もある。

［パイプ兼用についての変形例］
尚、空調システムを構成する熱交換部９０の数が２以上である場合には、２以上の熱交換部９０の間で給水パイプ８２を個別に設けてもよいし、給水パイプ８２を兼用してもよい。また、２以上の熱交換部９０の間で排水パイプ９３を個別に設けてもよいし、排水パイプ９３を兼用してもよい。

［フレキシブルパイプの変形例］
また、建築物１に免震機構４０が設けられ、建築物１の一部の部材と他の部材との位置関係が変化しうる場合には、必要に応じて、給水パイプ８２及び排水パイプ９３の少なくとも一部をフレキシブルパイプで構成し、当該位置関係の変化に起因した給水パイプ８２及び排水パイプ９３の破損を防いでもよい。

［空調システムの他の実施形態］
以下、地下水を利用した空調システムの他の実施形態について説明する。ここでは、上記実施形態との相違点を主に説明し、共通する部分についての説明は省略する。図１０は、他の実施形態における空調システムの構成を示す系統図であり、（Ａ）は空調システムの設置された室内空間の概略断面図、（Ｂ）はその概略立面図である。尚、図１０において、図６における要素と同様の機能を有した要素には同一の符号が付されている。

図１０に示すとおり、本実施形態の空調システムも上記実施形態と同様に熱媒体として地下水を利用している。但し、本実施形態の空調システムでは、室内空間を区画する壁面を、カバーパネル９１の設置により二重構造とし、その内部にガラス繊維等の水分保持材９０Ｃを充填し、壁面の上部から水分保持材９０Ｃへ地下水を供給することにより壁面全体を介して地下水と室内空間内とを熱交換することにより、当該室内空間の空調を行う。つまり、本実施形態の空調システムでは、カバーパネル９１と壁面との間の空間に充填されたパネル状の水分保持材９０Ｃが、熱交換部９０を構成している。

［熱交換部の構成］
次に、本実施形態の熱交換部９０の構成を詳細に説明する。図１１（Ａ）は他の実施形態における熱交換部及びその周辺のレイアウトを説明する概略図であり、図１１（Ｂ）は熱交換部及びその周辺の概略斜視図である。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示すとおり、本実施形態の熱交換部９０は、カバーパネル９１と壁面との間に充填された、概略パネル状の水分保持材９０Ｃによって構成されている。以下、「パネル状の水分保持部材９０Ｃ」と称す。尚、図１１では、カバーパネル９１などの図示を省略している。給水パイプ８２の先端側（熱交換部９０の側）は、パネル状の水分保持部材９０Ｃの上端に沿って直線状に配設されており、給水パイプ８２の当該直線部分には、パネル状の水分保持部材９０Ｃの上端に沿って複数の散水口（ノズル）９５が並んで形成されている。尚、排水パイプ８２の先端部は、キャップ８２ｂで封止されている。

排水パイプ９３の基端側（熱交換部９０の側）は、パネル状の水分保持部材９０Ｃの下端に沿って直線状に配設されており、排水パイプ９３の当該直線部分には、パネル状の水分保持部材９０Ｃの下端に沿ってＵ字状断面の排水溝９４が形成されている。給水パイプ８２によって給水された地下水は、複数のノズル９５を介してパネル状の水分保持部材９０Ｃの上端の各部に向けて散布される。そして、パネル状の水分保持部材９０Ｃの各部を通過して落下した地下水は、排水パイプ９３の排水溝９４によって受水され、排水パイプ９３を介して不図示の排水口へ移動する。尚、排水溝９４及び排水パイプ９３には、不図示の排水口に向かって傾斜した滑らかな勾配が設けられており、排水溝９４が受水した地下水は重力を受けて排水口へ導かれる。なお、水分保持部材９０Ｃを経由した地下水は、流水池４へ排水されてもよい。

以上説明した空調システムによれば、室内空間を区画する壁面を二重構造とし、その内部に充填されたパネル状の水分保持部材９０Ｃへ地下水を供給することにより、室内空間内と地下水との間の熱交換を図るので、上述した実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態の熱交換部９０（パネル状の水分保持部材９０Ｃ）は、軽量なガラス繊維等の水分保持部材で構成されるので、壁面への設置が容易という利点もある。

［建築物の変形例］
なお、上述した実施形態では、外壁８の外側の一部又は全部が盛土１０ｃで覆われた建築物１に空調システムを適用した場合について説明したが、例えば図１２に示すように地中に埋設された建築物１に同様の空調システムを適用することも可能である。この変形例や上述した実施形態のように盛土１０ｃで覆われている又は地中に埋設されている建築物１に当該空調システムを適用すれば、盛土１０ｃ又は地中からの熱伝導と空調システムによる熱交換との相乗効果が期待できるので、空調効率の向上ひいては省エネルギ化の促進が図られる。

［各実施形態への補足］
以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。具体的には、本発明に係る建築物は、住宅、オフィス、療養施設、病院、公共施設等の各種の用途に適用可能である。

１ 建築物
２ 家屋部
３ 基礎
３ａ ストックエリア
３ｂ 核シェルタ
３ｄ 設備エリア
４ 流水池
５ 設備スペース
６ 通路
７ 植物
８ 外壁
９Ａ 空間
９Ｂ 空間
１０ 部屋
１０ｂ 歩道
１０ｃ 盛土
２０ａ 出入り口
２０ｇ 回廊
３０ 屋根
３１ ソーラーパネル
３２ トップライト
３４ ポンプ
４０ 免震機構
５０ 植栽部
８２ 給水パイプ
８２ａ 取水口
８３ 井戸
８９ 換気扇
９０ 熱交換部
９０Ｂ 熱交換パイプ
９０Ｃ 水分保持材
９１ カバーパネル
９３ 排水パイプ
９３ａ 排水口
９５ ノズル
９４ 排水溝
１００ 道路
１０１ 歩道

Claims (10)

1. 地下水を利用した空調システムにおいて、
   室内空間を区画する壁面、天井面或いは床面のいずれか又はそれらの少なくとも２つ以上の面に前記地下水を流通させるパイプを接触させるようにして配置し、前記パイプが接触している壁面、前記天井面或いは前記床面を介して前記地下水と前記室内空間内とを熱交換することにより当該室内空間の空調を行うことを特徴とする地下水を利用した空調システム。
2. 請求項１に記載の地下水を利用した空調システムにおいて、
   前記パイプは、前記壁面、前記天井面或いは前記床面と面接触によって熱交換可能に形成されていることを特徴とする地下水を利用した空調システム。
3. 地下水を利用した空調システムにおいて、
   室内空間を区画する壁面を二重構造とし、その内部にガラス繊維等の水分保持材を充填し、前記壁面の上部から前記水分保持材へ前記地下水を供給することにより前記壁面全体を介して前記地下水と前記室内空間内とを熱交換することにより当該室内空間の空調を行うことを特徴とする地下水を利用した空調システム。
4. 請求項１から３に記載の地下水を利用した空調システムにおいて、
   前記壁面、前記天井面或いは前記床面には金属等の熱伝導性の高い材料が用いられることを特徴とする地下水を利用した空調システム。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の地下水を利用した空調システムにおいて、
   熱交換された後の前記地下水は、汲み上げるべき地下水脈とは異なる貯水池に排水することを特徴とする地下水を利用した空調システム。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の地下水を利用した空調システムを備えた建築物において、
   前記建築物は、
   基礎と、前記基礎の周囲を取り囲むようにして当該基礎と一体となるようにして立設された外壁と、前記外壁に支持されて、当該外壁に囲まれた内部空間を覆う屋根によって内部が密閉空間とされると共に、前記外壁の外側の一部又は全部を盛土で覆うか、或いは前記建築物を地中に埋設して形成され、
   前記外壁の内側には階段状に植栽部が形成される共に、前記外壁と階段状の植栽部と基礎とによって囲まれる室内空間に前記空調システムを設けることにより前記盛土又は地中からの熱伝導及び前記空調システムによって前記室内空間を空調することを特徴とする地下水を利用した空調システムを備えた建築物。
7. 請求項６に記載の地下水を利用した空調システムを備えた建築物において、
   熱交換された後の前記地下水は、前記植栽部に給水することを特徴とする地下水を利用した空調システムを備えた建築物。
8. 請求項６又は７に記載の地下水を利用した空調システムを備えた建築物において、
   前記外壁と階段状の植栽部と基礎とによって囲まれる室内空間の一部又は全部を鉛及びコンクリートによって遮蔽することにより、核シェルタとして利用可能としたことを特徴とする地下水を利用した空調システムを備えた建築物。
9. 請求項１から５のいずれか１項に記載の地下水を利用した空調システムを備えた建築物において、
   前記建築物は、
   基礎と、前記基礎の周囲を取り囲むようにして当該基礎と一体となるようにして立設された外壁と、前記外壁に支持されて、当該外壁に囲まれた内部空間を覆う屋根によって内部が密閉空間とされると共に、前記外壁の外側の一部又は全部を盛土で覆うか、或いは前記建築物を地中に埋設して形成され、
   前記密閉空間内であって前記基礎の上に配置された家屋部に前記空調システムを設けることにより前記盛土又は地中からの熱伝導及び前記空調システムによって前記家屋部を空調することを特徴とする地下水を利用した空調システムを備えた建築物。
10. 請求項９に記載の地下水を利用した空調システムを備えた建築物において、
    前記家屋部の周囲には貯水池が設けられ、
    熱交換された後の前記地下水は、前記貯水池に排水することを特徴とする地下水を利用した空調システムを備えた建築物。

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