JP2771955B2 - 室内冷暖房方法及び室内冷暖房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は室内冷暖房方法及び室内
冷暖房装置に関するものであり、より詳細には床に管体
を敷設し管体内に熱媒体を通流させて室内を冷暖房する
室内冷暖房方法及び室内冷暖房装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は室内の暖房装置の従来例として
床に熱媒体を通流させる管体を敷設して室内を暖房する
ように構成した床暖房装置を示す。同図で５は熱媒体を
通流させる管体、６は放熱板、７は床材である。管体５
の上側に放熱板６を取り付け、放熱板６の上に床材７を
取り付けている。管体５には５０℃〜６０℃程度の温湯
を通流させ、放熱板６から熱を室内に放散させて暖房す
る。放熱板６は熱を効率的に放散できるように設けたも
のであり、管体５の下面側には熱が伝達されないよう発
泡ウレタン等の断熱材８を設けるのがふつうである。な
お、装置によっては管体５と放熱板６を一体化した熱輻
射ユニットを設置するようにしたものもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】床暖房装置は床を温め
て暖房するから足元から暖まって快適であり、また、室
内の空気を汚さないといった利点を有するが、広い面積
を暖房する場合は、管体を敷設したり温湯等の熱媒体を
循環させるための設備費がかさむことや、稼働の際に燃
料費がかかるといったコスト面での問題があった。ま
た、広い面積を暖房する場合は、熱媒体の温度が上がる
までに時間がかかったりして部屋の温度調整が厄介であ
るといった問題点もあった。

【０００４】また、従来の床暖房装置の場合は５０℃〜
６０℃といったかなり高温の熱媒体を循環するため床面
が高温になる割りには室内暖房が効率的でないこと、熱
媒体の温度を高くするとほてりが感じられて不快感があ
る一方、熱媒体の温度を下げると室内温度が下がって寒
く感じられるといった問題点があった。本発明はこのよ
うな従来の床暖房装置での問題点を解消し、従来の暖房
方法とはまったく異なる考え方と装置構成によって床暖
房を行い、燃料消費量を抑えてきわめて効率的な暖房を
なし得るとともに、従来の床暖房装置よりも快適な室内
環境を得ることができ、また、室内の冷房にも適用可能
な室内冷暖房方法及び室内冷暖房装置を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の構成を備える。すなわち、室内の床に熱媒
体を循環させて通流させる管体を設置し、前記管体内を
通流させる熱媒体の温度を熱源機構により制御して室内
を所望の温度に冷暖房する室内冷暖房方法において、前
記管体を、管体からの熱の放散を抑制する熱伝導率が
０．２〜０．３kcal／m ℃のコンクリート中に埋設して
敷設し、前記熱媒体として水を使用し、前記管体を通流
させる水温を所望の室内温度に対し±５℃以内に温度制
御し、前記管体を床面で均等間隔に配置するとともに、
前記管体の敷設密度、前記管体径および管体中の水の流
速を管体の入口側と出口側での温度差が２〜３℃以内と
なるように制御することにより、前記管体、前記コンク
リート、床面、室内空間を略温度平衡となる状態に保持
して室内温度を制御することを特徴とする。また、前記
コンクリートが、蓄熱材としてセラミック粒状体を混入
させたシンダーコンクリートであることを特徴とする。
また、前記セラミック粒状体として、黒曜石パーライト
材を用いることを特徴とする。

【０００６】また、室内の床に熱媒体を循環させて通流
させる管体を設置し、前記管体内を通流させる熱媒体の
温度を熱源機構により制御して室内を所望の温度に冷暖
房する室内冷暖房装置において、前記管体を、管体から
の熱の放散を抑制する熱伝導率が０．２〜０．３kcal／
m ℃のコンクリート中に埋設して敷設し、前記熱媒体と
して水を使用し、前記管体を通流させる水温を所望の室
内温度に対し±５℃以内に温度制御する熱源機構を設
け、前記管体を床面で均等間隔に配置するとともに、前
記管体の敷設密度および前記管体径にしたがって、管体
の入口側と出口側での温度差が２〜３℃以内となるよう
に流速を制御して前記温度制御された水を循環させる循
環機構を設けたことを特徴とする。また、前記熱源機構
が冷却機構であることを特徴とする。また、前記水に不
凍液を添加した混合液を使用することを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明に係る室内冷暖房方法および室内冷暖房
装置は、熱源機構によって所定温度に温度制御した水を
管体中に通流させ、床面を暖めあるいは冷却して冷暖房
をなす。管体中を通流させる水の温度は所望の室内温度
に対して±５℃以内に設定する。管体はコンクリート中
に埋設して敷設するが、敷設に使用するコンクリートは
熱伝導率が０．２〜０．３kcal／m ℃のものであり、埋
設した管体からの熱放散を抑制し蓄熱する作用と一定程
度断熱する作用を有する。管体の入口側と出口側での水
の温度差が２〜３℃となるように管体径、流速を設定し
て制御すること、前記の水温設定、コンクリートの作用
により、床および室内全体を略均一温度に設定すること
を可能とし、輻射熱による冷暖房作用を効率的に発揮さ
せて快適な暖房あるいは冷房を可能とし、あわせてきわ
めて効率的な冷暖房作用により、ランニングコストを大
幅に低減させることができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基
づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る室内冷暖房
方法及び室内冷暖房装置の適用例として床暖房装置を構
成した実施例の全体構成を示す。同図で１０は熱媒体と
しての水を通流させる管体たる銅管、１２はボイラー、
１４は水を循環するためのポンプ、１６は燃料タンク、
１８は分岐部である。これらボイラー１２、ポンプ１４
等は水を加温して銅管１０に通流させる熱源機構、循環
機構を構成する。実施例で管体として銅管１０を使用し
たのは、管体からの熱伝導性を良好にすることと管体の
耐久性を考慮したことによる。もちろん、銅以外の材質
の管体を使用することもできる。

【０００９】銅管１０を床に敷設する場合の平面配置は
従来の床暖房装置と同様で、暖房しようとする室内の床
全体にわたって均等間隔に蛇行させて配置する。銅管１
０の回路はボイラー１２およびポンプ１４との間で閉回
路とする。分岐路１８によって水の流れを切り換えるこ
とによって部屋ごとに暖房の切り換えをするといった制
御が可能である。なお、工場等の広い室内を対象として
暖房する場合は所定面積ごといくつかの区画に分け、各
区画ごとに熱源機構、循環機構を設けて各々別個に暖房
するようにするのがよい。

【００１０】図２は床に銅管１０を設置する実際の様子
を示すもので、大引材２０に一定間隔をあけて根太材２
２を固定し、隣接する根太材２２の中間に銅管１０を配
置する。銅管１０の折り返し部分では図のように半円形
に折曲した銅管１０ａを使用し、これを直管に接続して
連通させる。

【００１１】従来の床暖房装置で使用している管体は８
mm〜１６mm径程度であるが、本実施例で使用する銅管１
０は約２８ｍｍ〜５０ｍｍ径のものである。本実施例で
このように太径の銅管１０を使用する理由は管体に通流
させる水の流量をできるだけ大きくするためである。実
施例の装置では約２８mm径の銅管１０を使用し水を循環
させる際の流速を１．５ｍ／秒程度に設定し、１分前後
で還流できるようにした。還流に要する時間は配管長に
もよるから施工にあたっては流速とのかねあいで配管径
と配管長を設定する。

【００１２】従来の床暖房装置は５０℃〜６０℃といっ
た高温の熱媒体を少量ずつ流して暖房するという考え方
に基づいている。したがって、従来の装置での熱媒体の
流量は１分間に５リットル程度であが、実施例の床暖房
装置では１分間に５０リットル程度もの水を流すように
する。水道の蛇口をいっぱいに開いたときの出水量は１
３〜２０（リットル／分）程度である。これと比較して
本実施例では大量の水を循環させていることがわかる。
太径の銅管１０を使用する理由は、このように大量の水
を流せるようにするためである。

【００１３】また、銅管１０の管径を太くした結果配管
全体の容積を大きくすることができ、配管内に貯溜する
熱媒体の量を従来の装置の容量にくらべてはるかに大き
くすることができ、大量の熱媒体を循環して使用するこ
とを可能にする。熱媒体の貯溜量が多いということは熱
媒体の比熱が大であることと併せて熱媒体の温度変化を
小さくすることができるという効果を生む。

【００１４】配管施工の際には水をスムーズに流すこと
ができるように管体の接続部分等で管径が変わらないよ
うにする必要がある。流量が大きいと管体の接続部分で
径サイズが変わるだけで水の流れが抑制され、うず流や
気泡が発生して円滑な水の流通が妨げられ、水が流れる
音が発生して不快感を与えるからである。このため、銅
管１０を接続する場合は図２に示すように、受け側の銅
管１０の接続端をやや拡径し、銅管１０を挿入して接続
した際に内径が変わらないようにするのがよい。なお、
同径の管体の接続端を突き合わせて外周にソケットを嵌
めて接続するようにすることもできる。

【００１５】銅管１０にバルブを取り付ける場合も銅管
１０の内径と内径が等しいバルブを選ぶのがよい。な
お、本実施例の装置では大量の水を高速で循環させてい
るからバルブを閉鎖した際にウォーターハンマー（ショ
ック）が生じ、管体に衝撃を与えて管体を劣化させる原
因になる。したがって、バルブは閉鎖時にこのようなウ
ォーターハンマーが生じないものを使用するのがよい。

【００１６】実施例装置ではポンプ１４による水流の方
向を矢印の向きにしている。この流れ方向はポンプ１４
からボイラー１２に押し込む向きであるが、このような
流れ方向としているのはポンプ１４からボイラー１２の
貯溜槽にいったん流し込むことによって貯溜槽をチャン
バーとして作用させ、水が循環する際の音が静かになる
ようにするためである。

【００１７】実施例の床暖房装置の施工では、図２に示
すように大引材２０と根太材２２を組んで銅管１０を設
置した後、銅管１０の上にシンダーコンクリートを流し
て銅管１０を埋設する。従来の床暖房装置では銅管１０
に放熱板を取り付けて熱放散させやすくすることが多い
が、実施例では放熱板を設けずに銅管１０の上にじかに
コンクリートを流す。銅管１０を埋設するコンクリート
としてシンダーコンクリートを使用する理由は断熱性の
高いシンダーコンクリートを使用することによって蓄熱
作用と断熱作用を有する蓄熱体を形成するためである。
通常のコンクリートの比重は１．８〜２．２程度であ
り、通常のシンダーコンクリートの比重は１．２程度で
あるが実施例のシンダーコンクリートは比重０．８〜
１．０である。

【００１８】図３はシンダーコンクリートを流して銅管
１０を埋設した状態の断面図を示す。２４が通常のコン
クリートで形成した基礎コンクリート部であり、大引材
２０の上に銅管１０が配置されシンダーコンクリート２
６によって固められている。シンダーコンクリート２６
は断熱性に優れるから銅管１０から床面への熱伝導を抑
え銅管１０から熱を逃がさないように作用し、シンダー
コンクリート２６が蓄熱材として作用する。シンダーコ
ンクリート２６はこのように断熱作用、蓄熱作用をその
重要な作用として有するものであるから、施工にあたっ
てはシンダーコンクリート２６の打設厚を適当に設定し
なければならない。実施例では全体厚を９０mmとした。

【００１９】実施例では銅管１０の上面から床面までの
シンダーコンクリート２６部分の厚さを３２ｍｍ、シン
ダーコンクリート２６の全体厚を９０ｍｍとした。銅管
１０の外形寸法は２８ｍｍ、大引材２０または枕木材の
厚さは２０ｍｍである。後述する室内の暖房効果を測定
した測定結果はこの設計の場合のものである。なお、銅
管１０を埋設するコンクリートとして通常のモルタルコ
ンクリートや生コンクリートを使用するとこれらの場合
は熱伝導性が大きいため銅管１０からの熱放散が大きく
なり、好適な暖房効果が得られない。これは蓄熱性およ
び断熱性を特徴とするシンダーコンクリートが本実施例
で重要な寄与をなしていることを示す。

【００２０】シンダーコンクリートは蓄熱材としてセラ
ミック粒状体を混入して練り合わせたものであるが、実
施例では好適な混合比として以下の組成のものを使用し
た。セメント：４８０ｇ、川砂：１６５ｋｇ（0.1m³)、
蓄熱材：黒曜石パーライト１０００リットル、添加剤：
防水剤１８リットル、水セメント比６０％、強度１００
ｋｇ／cm² 蓄熱材として使用した黒曜石パーライトは２m
m径程度の粒状体に形成されたものである。図４に黒曜
石パーライトの顕微鏡写真を示す。実施例ではこのよう
に球状の黒曜石パーライトを使用した。熱伝導率につい
てみると、通常のコンクリートは熱伝導率が０．７〜
１．２kcal/m℃であるのに対して、上記実施例のシンダ
ーコンクリートでは熱伝導率が０．２〜０．３kcal/m℃
である。このように断熱性の高い蓄熱体を使用すること
は本願発明で重要な要件である。

【００２１】上述したように銅管１０の上にシンダーコ
ンクリート２６を流して固めた後、床仕上材２８を取り
付けて施工を完了する。床仕上材２８のかわりにカーペ
ット、じゅうたん、畳、タイル等を敷くといった方法も
もちろん可能である。なお、硬化後のシンダーコンクリ
ート２６はきわめて乾燥して湿気を吸収しやすいから基
礎にプラスチックフィルム２９を敷くようにするのがよ
い。シンダーコンクリート２６中には銅管１０のみを設
置し、放熱板といった銅以外の異種金属を絶対に埋設し
ないようにする。異種金属が混在すると異種金属間で電
蝕作用が生じて金属が侵されるからである。銅管１０の
みをシンダーコンクリート２６中に埋設したものでは、
セメントが弱アルカリ性であることと併せて銅が腐蝕さ
れず耐久性を高めることができる。

【００２２】本実施例の床暖房装置は上記のように銅管
１０を断熱性の高いシンダーコンクリート２６中に埋設
したことを大きな特徴とするが、同時に銅管１０内を通
流させる水の温度を従来の床暖房装置で使用する温水の
温度よりもはるかに低温に設定することをもう一つの大
きな特徴とする。すなわち、従来の床暖房装置で管体中
に通流させる温水としては５０℃〜６０℃程度に加温し
たものを使用するが、本実施例の場合は平均２２℃〜２
８℃程度の水を流して暖房する。

【００２３】管体中に流す水の温度は外気温または設定
しようとする室内温度によって適宜設定するが、たとえ
ば次のような温度設定で好適な室内暖房が可能である。
外気温が１０℃以上のとき水温は２３℃以下、外気温が
０℃以上１０℃以下のときは水温２３℃〜２５℃、外気
温が−１０℃以上０℃以下のときは水温２５℃〜２６
℃、外気温が−１５℃以上−１０℃以下のときは水温２
６℃〜２８℃、外気温が−１５℃以下のときは水温２８
℃〜３０℃。

【００２４】本実施例で水温として設定する２２℃〜２
８℃という温度は、暖房しようとする室内温度に略一致
する温度であり、従来の床暖房方法のように設定しよう
とする室温よりもはるかに高温の熱媒体を通流させる方
法と基本的に異なっている。このように低温の温水を通
流させるだけで室内暖房を可能にしているのは、上記の
ようにシンダーコンクリート等の蓄熱体中に管体を埋設
することによって熱媒体からむやみに熱放散させないよ
うにしたこと、熱媒体の循環速度を速くして循環中にお
ける熱媒体の温度降下が小さくなるようにしたこと、熱
媒体の温度を室温近傍に設定することによって熱エネル
ギーロスを小さくしたことによっている。

【００２５】以下、上記構成に係る床暖房装置を使用し
て室内を暖房した際の管温、外気温、室内温度の観測結
果を示す。いずれの場合も、床暖房装置はボイラ−１２
およびポンプ１４を２４時間連続運転で行ったものであ
る。

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】

【表４】

【００２９】上記測定値は銅管１０の管温の他に床面上
の温度、床面から６０ｃｍ、１５０ｃｍ、２５０ｃｍの
高さの温度とそのときの外気温を示す。床暖房装置は２
４時間連続運転とし、銅管１０に流す水温は２１〜２２
℃程度に設定した。これらの観測結果で特徴的な点は、
管温が一般の床暖房装置で用いられる熱媒体の温度より
もはるかに低温であるにもかかわらず、室内温度が管温
と略等しい温度になっていることである。従来の床暖房
装置では５０℃〜６０℃程度の温水を循環させることと
比較して本実施例の暖房装置はきわめて特徴的である。

【００３０】また、本実施例の床暖房装置による場合
は、床面の温度と床面から離れた室内の温度が略均一に
なっていることが特徴的である。すなわち、本実施例の
暖房方法の場合は床面とともに室内全体が暖まる。これ
は、管温と室内温度がほぼ同じくなることからもわかる
ように、配管部分、シンダーコンクリート（蓄熱体）、
床面、室内空間が温度平衡の状態にあって、これら各部
が互いに温度を均一化する作用を有し、全体の温度差を
なくし、これによって暖房作用をなしていると考えられ
る。

【００３１】なお、室内温度は外気温が変動したり、外
光が室内に差し込む等の原因によって若干変動する。上
記測定結果でも日中の外気温が上昇する時間帯で室内温
度が上昇し、朝晩の外気温が低下する時間帯で室内温度
が低下するといった傾向が見られる。本実施例の装置で
は前述したように配管部分や室内の全体を均一温度にす
る温度平衡の作用が働くから、室内温度が高まると配管
部側も温度が高まるという相補的な作用が働くと考えら
れる。

【００３２】図５は従来の床暖房装置および温風暖房装
置と上記実施例の暖房装置について、床面からの高さに
対する室内温度を示したグラフである。グラフＰは従来
の床暖房装置を使用した場合で、この場合は、床面での
温度が高いのに対して、床面から離れると急激に温度が
下がり室内の高さ方向に対してはほぼ一定温度になるこ
とを示す。グラフでは床面が３０℃程度で室内温度は１
６℃程度である。

【００３３】グラフＱは上記実施例の暖房装置で前掲の
測定結果の傾向を定性的に示したものである。実施例の
場合は床面の温度も床面から離れた位置での温度もほぼ
同じになり、グラフＰのように床面の温度と室内温度に
大きな差が生じないことが特徴である。グラフＲは従来
の温風暖房装置による場合で、この場合は床面から高く
なるにしたがって温度が高くなり、室内の天井付近に温
度が高い領域がある。

【００３４】図６〜８は上記実施例の床暖房装置で、水
温、外気温、室内温度を連続的に測定した測定記録を示
す。実験条件は延面積５４坪、ボイラー能力３２００kc
al/H、灯油消費量４．３リットル／Ｈ、ポンプ能力２５０リッ
トル／分で、２Ｆ、３Ｆ、４Ｆに敷設したうちの３Ｆのデ
ータである。水温は銅管１０への送出部分での温度Ａ１
および銅管１０を通流して戻ってきたときの温度Ａ２を
測定し、室内温度としては天井付近（床面から２．４ｍ
の高さ）の温度Ｂ１、床面から１ｍの高さの温度Ｂ２、
床面の温度Ｂ３を測定し、併せてそのときの外気温Ｃを
測定した。横軸に時間、縦軸にそのときの各部の温度を
示す。

【００３５】外気温Ｃは日中が比較的高く朝夕が低くな
っている。測定時期が冬期であるため外気温は日中でも
１０℃以下であり、朝夕は−１０℃程度まで降下してい
る。水温Ａ１、Ａ２が所々で上昇しているのはこの時に
ボイラーが点火して加温している状態を示す。グラフか
らわかるようにボイラーの点火間隔は外気温が下がると
短くなり外気温が上がると広くなる。水温が２６℃程度
以下になるとボイラーが点火している。ボイラー点火時
以外の銅管１０へ送出するときの水温と戻りの水温の差
は１℃以下であるが、ボイラー点火時には２°程度開
く。水温Ａ１と水温Ａ２でピーク位置がわずかにずれる
のは水が循環して戻ってくるまでの時間差に対応してい
る。

【００３６】室内温度Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３について見る
と、Ｂ１（天井近傍）が最も高く、次いでＢ２、Ｂ３の
順に低くなる。ただし、これらの温度差は最大で３℃程
度である。また、室内温度と水温との差は外気温が低い
ときに大きくなり、外気温が上昇してくると室内温度Ｂ
１、Ｂ２、Ｂ３と水温Ａ１、Ａ２とがきわめて接近して
くることがわかる。また、水温Ａ１、Ａ２はボイラー点
火時を除いてほぼ一定温度を維持しているのに対して、
室内温度は外気温が上昇するとそれにともなって上昇し
外気温が下降するとともなって下降することがわかる。
このように室内温度が変動するのはボイラーの温度設定
を一定にしたためで、外気温の変動を検知し室内温度が
一定になるように逆にボイラー温度を制御することも可
能である。

【００３７】上記グラフでは各時間領域（Ｔ１〜Ｔ６）
ごとの燃料消費量も併せて示している。Ｔ１では１時間
あたり０．４３リットル、Ｔ２では０．２７リットル、Ｔ３では
１．５２リットル、Ｔ４では０．５４リットル、Ｔ５では０．２
９リットル、Ｔ６では０．１７リットルである。燃料消費量はボ
イラーの点火時間に依存するから、外気温が低下してボ
イラーの点火間隔が短くなる夜間の消費量が多くなる。
実施例で使用したボイラーの灯油消費量は燃焼を継続し
た場合は１時間あたり４．３リットルである。これと比較し
て本実施例の装置は灯油消費量を有効に減らすことがで
きることがわかる。

【００３８】上記測定結果からもわかるように、本実施
例の床暖房装置の場合は従来例と比較して燃料消費量は
少なくとも１／５程度に減らすことができる。これは本
実施例の床暖房装置では水を加温する場合であっても３
０℃程度以下の低温であり、水の加熱に要する熱量がき
わめて少なくて済ますことができるからである。ボイラ
ーで水を加熱する場合、室温と水温との差が５℃〜７℃
程度の場合には燃料消費量の差はそれほど大きくあらわ
れないが、一定温度以上の温度差になった場合には燃料
消費量は急激に２倍、３倍と増大する。

【００３９】本実施例の装置では従来の床暖房装置にく
らべて大量に水を通流させるから、使用時には２４時間
連続運転して水温が１日中変わらないようにするのがよ
い。このように連続運転してもボイラーは間欠的にしか
燃焼しないから燃料を無駄に消費することはない。ま
た、水を循環させるためのポンプ電力もいったん循環開
始した後はわずかであり従来の床暖房装置にくらべてラ
ンニングコストははるかに安くなる。

【００４０】本実施例の床暖房装置は上述したように床
温と室内温度との温度差をきわめて小さく設定して暖房
することが特徴である。すなわち、従来の床暖房装置で
は熱媒体の温度が５０℃〜６０℃、床温が３０℃で室温
が１８℃程度であるのに対して、本実施例の場合は熱媒
体の温度が２５℃程度で床温および室温が２０℃〜２５
℃になる。このように、温水温度を室内の暖房温度に近
い温度まで下げて暖房するようにした結果、暖房時にお
ける室内空間をきわめて快適な環境にすることができ
た。すなわち、従来の床暖房装置では外気温が低いとき
は温水温度を上げて暖房するようにする結果、室内にお
いてほてり感を受けることがあるが、本実施例の床暖房
装置ではこのようなほてり感がなく常にさわやかな環境
が得られる。

【００４１】暖房は伝導、対流、輻射の三種の熱伝達形
態によってなされるもので、対流暖房は室内温度差が大
きいときに生じ、輻射暖房は室内温度差が小さいときに
強くあらわれる。対流暖房では対流によって皮膚の表面
から体熱が奪われるため室温を高くしないと寒く感じ、
温められた空気は上昇して天井付近ばかりを温めるよう
になる。その結果、比較的大きな熱エネルギーを与えて
いるにもかかわらず効率的な暖房にならない。

【００４２】床暖房は床を加熱することによって対流と
輻射の双方の作用によって暖房するものである。通常の
床暖房では対流による寄与が４０％、輻射による寄与が
６０％程度といわれている。対流による放熱量ｑ_c [W/m
²]、輻射による放熱量ｑ_r [W/m²]を式であらわすと次の
ようになる。 ｑ_c ＝2.17(t_f − t_r )^1.31 : t _f( ℃) 、t _r ( ℃) ｑ_r ＝5.0 ｛(t_f /100)⁴−(UMRT/100)⁴ ｝ : t _f( Ｋ) 、t _r ( Ｋ) ここで、t _f は床温度、t _r は室温、UMRTは被加熱面平
均輻射温度である。上式は、床温度と室温とが相違して
いる場合には対流による放熱の寄与が大きくなり、床温
度と室温とが接近している場合には輻射による寄与が大
きくなることを示す。

【００４３】上記ｑ_c の式から対流による放熱量が t_f
と t_r との温度差によってどの程度になるかを比較する
と、 t_f と t_r との温度差が２０℃の場合を１とすると
t_fと t_r の温度差が１０℃の場合は０．４、 t_f と t
_r の温度差が５℃の場合は０．１６、 t_f と t_r の温度
差が２℃の場合は０．０５となる。すなわち、床温度と
室温との温度差が２℃程度になると対流による放熱量は
２０℃程度の温度差があった場合の１／２０程度にまで
減少する。

【００４４】本実施例の床暖房方法の場合は上述したよ
うに床温と室内温度との差が２℃〜３℃程度以内である
ことから考え合わせると、本実施例の床暖房方法の場合
は室内暖房の作用として輻射暖房による寄与が従来の床
暖房方法にくらべてはるかに大きく作用しているものと
考えられる。管体に流す熱媒体として室内の暖房温度と
さほど差のない水を流して効率的な暖房を可能にしてい
る理由はこの輻射暖房が効率的になされているためであ
ろう。また、室内空間がきわめて快適環境として得られ
るのもこの輻射暖房（遠赤外線）の作用によって暖房さ
れているためと考えられる。また、蓄熱材として黒曜石
パーライトといったセラミック粒状体を使用したことで
遠赤外線の放射効率を高める作用を奏していることも考
えられる。

【００４５】上記実施例においては水を連続的に循環さ
せて使用するから冬期間であっても水のみで凍結を防止
して好適な床暖房が可能である。もちろん水以外の熱媒
体や水と不凍液等の他の液体とを混合して使用してもよ
い。また、熱媒体も液体のみに限られるものではなく、
場合によっては空気等の気体を利用することも可能であ
る。また、上記実施例では銅管１０の上にシンダーコン
クリートを所要の厚さに打設して蓄熱体としたが、シン
ダーコンクリートと同様な熱伝導率等を有する材料であ
ればシンダーコンクリートに限らず適宜材料を使用する
ことができる。また、実施例で使用した黒曜石パーライ
トは球状であり蓄熱体の内部に気泡を含有しやすく蓄熱
体の断熱性に好適に寄与するものと考えられるが、黒曜
石パーライト以外のセラミック粒状体を使用することも
可能である。また、実際の施工においてはあらかじめ管
体を蓄熱体中に敷設した一定大きさのユニットを形成し
ておき、施工現場においてこのユニットを連結すること
によって床暖房装置を組み立てるようにすることも可能
である。

【００４６】なお、上記実施例では室内冷暖房装置の実
施例として床暖房装置について説明したが、銅管１０と
蓄熱体の作用に着目すれば、上記実施例の構成はそのま
ま室内冷房用としても適用することが可能である。すな
わち、銅管１０に冷水を通流させることによって室内冷
房に利用することが可能である。図９は室内冷暖房装置
の他の構成例を示す。銅管１０、ボイラー１２、ポンプ
１４等の配置は図１に示す例と同様である。３０および
３２は流路の分岐を制御するための往管ヘッダおよび還
管ヘッダである。３４は補給水装置、３６は密閉膨張タ
ンクである。３８は水を冷却するためのクーリングタワ
ー、４０はポンプである。

【００４７】これら装置におけるクーリングタワー等の
設計としては、敷設面積３３０ｍ²、熱媒体の流量５０リ
ットル／分、１２回路を設定し、室温と熱媒体の温度差を
５℃とすると、 ５０(l/min) ×12回路×60分×5 ℃/3900 ＲＴ≒４６．１５ より、約４６冷凍トンの能力を有するクーリングタワー
を使用すればよい。ポンプは最大流量６００l/min のも
のを使用する。

【００４８】このようにクーリングタワー３８で冷却し
た水を循環させることによって効果的に室内を冷房する
ことができる。室内冷房の場合も、上記実施例と同様に
室内冷房温度よりも５℃程度低温の水を循環させる。こ
の場合、蓄熱体が断熱材としても作用するから外気温と
水温との温度差が７℃以上あっても結露せず好適であ
る。なお、冷房のときには管体への送入口の温度と戻り
の温度差を１℃以内程度のできるだけ小さくするのがよ
い。このように温度差を小さくすることによって結露を
防止することができる。

【００４９】上記各実施例は室内冷暖房方法の適用例で
あるが、本出願に係る冷暖房方法は室内等を冷暖房する
際に所望の室内温度に対し加温側あるいは冷却側の熱源
の温度をできるだけその室内温度に近く設定して冷暖房
するという考え方に基づいている。そして、この考え方
の冷暖房方法は熱エネルギー的にも最も効率的な冷暖房
であるという特徴がある。このような冷暖房方法につい
ての考え方は上記のような室内の冷暖房に限らず、道路
や建物の屋根の融雪といった熱エネルギーを利用する他
の分野にも同様に適用することが可能であり、それによ
って従来方法よりも一層効率的な熱利用を可能にするも
のである。

【００５０】

【発明の効果】本発明に係る室内冷暖房方法および室内
冷暖房装置によれば、上述した構成としたことによっ
て、熱エネルギーの効率的な利用を可能とし、冷暖房装
置のランニングコストをきわめて効果的に引き下げるこ
とができる。また、輻射作用による冷暖房を利用するこ
とによって、快適な室内環境を得ることを可能にする。
また、複雑な構成を採用せずに冷暖房装置を構成したこ
とによって、施工を容易にし故障の発生を抑えることが
可能にする等の著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】室内冷暖房装置の実施例として床暖房装置の全
体構成を示す説明図である。

【図２】銅管の施工方法を示す説明図である。

【図３】シンダーコンクリートを打設した状態を示す断
面図である。

【図４】蓄熱材として使用する黒曜石パーライトの微細
構造を示す説明図である。

【図５】暖房時における室内の温度分布を示すグラフで
ある。

【図６】実施例の床暖房装置を使用した場合の水温、室
温等の測定結果を示すグラフである。

【図７】実施例の床暖房装置を使用した場合の水温、室
温等の測定結果を示すグラフである。

【図８】実施例の床暖房装置を使用した場合の水温、室
温等の測定結果を示すグラフである。

【図９】室内冷暖房装置の概略構成を示す説明図であ
る。

【図１０】従来の床暖房装置の床部での配管の構成を示
す説明図である。

【符号の説明】

５ 銅管 ６ 放熱板 １０ 銅管 １２ ボイラー １４ ポンプ １６ 燃料タンク ２０ 大引材 ２２ 根太材 ２６ シンダーコンクリート ２８ 床材 ２９ プラスチックフィルム ３４ 補給水装置 ３８ クーリングタワー

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 室内の床に熱媒体を循環させて通流させ
   る管体を設置し、前記管体内を通流させる熱媒体の温度
   を熱源機構により制御して室内を所望の温度に冷暖房す
   る室内冷暖房方法において、前記管体を、管体からの熱の放散を抑制する熱伝導率が
   ０．２〜０．３kcal／m ℃のコンクリート中に 埋設して
   敷設し、前記熱媒体として水を使用し、前記管体を通流させる水
   温を所望の室内温度に対し±５℃以内に温度制御し、 前記管体を床面で均等間隔に配置するとともに、前記管
   体の敷設密度、前記管体径および管体中の水の流速を管
   体の入口側と出口側での温度差が２〜３℃以内となるよ
   うに制御することにより、前記管体、前記コンクリー
   ト、床面、室内空間を略温度平衡となる状態に保持して
   室内温度を制御する ことを特徴とする室内冷暖房方法。
2. 【請求項２】 前記コンクリートが、蓄熱材としてセラ
   ミック粒状体を混入させたシンダーコンクリートである
   ことを特徴とする請求項１記載の室内冷暖房方法。
3. 【請求項３】 前記セラミック粒状体として、黒曜石パ
   ーライト材を用いることを特徴とする請求項２記載の室
   内冷暖房方法。
4. 【請求項４】 室内の床に熱媒体を循環させて通流させ
   る管体を設置し、前記管体内を通流させる熱媒体の温度
   を熱源機構により制御して室内を所望の温度に冷暖房す
   る室内冷暖房装置において、前記管体を、管体からの熱の放散を抑制する熱伝導率が
   ０．２〜０．３kcal／m ℃のコンクリート中に 埋設して
   敷設し、前記熱媒体として水を使用し、前記管体を通流させる水
   温を所望の室内温度に対し±５℃以内に温度制御する熱
   源機構を設け、 前記管体を床面で均等間隔に配置するとともに、 前記管体の敷設密度および前記管体径にしたがって、管
   体の入口側と出口側での温度差が２〜３℃以内となるよ
   うに流速を制御して前記温度制御された水を循環させる
   循環機構を設けたことを特徴とする室内冷暖房装置。
5. 【請求項５】 前記熱源機構が冷却機構であることを特
   徴とする請求項４記載の室内冷暖房装置。
6. 【請求項６】 前記水に不凍液を添加した混合液を使用
   することを特徴とする請求項４記載の室内冷暖房装置。