JP3148898U - 地熱利用建物 - Google Patents

Abstract

【課題】地中熱を利用して建物外部の空気を効率的に熱交換可能とするとともに、低コストで空調性能を高める地熱利用建物を提供する。【解決手段】空調に地熱を利用した地熱利用住宅１は、地面Ｇから突出する基礎梁２の内側に土間コンクリート３が打設され、土間コンクリート３の上方に設けた床５によって居室１４および床下６が区画される。土間コンクリート３の下方にアルミ製の熱交換パイプ２１を略水平に埋設し、その一端側を立上げ管２２によって床下６に連通させ、その他端を連通管２３によって居室１４に連通させる。連通管２３には空調ファン２６を設け、基礎梁２に設けた取込孔７ｎを介して床下６に取り込んだ空気を熱交換パイプ２１に流通させて居室１４へ供給し、屋根裏１５には換気ファン１７を設け、居室１４の空気を外部に排出させる。壁１０の内部には空気通路１６を形成して、床下６と屋根裏１５とを連通させる。【選択図】図１

Description

本考案は、空調に地熱を利用した地熱利用建物に関し、一戸建て住宅や、集合住宅、オフィスビル、倉庫などに適用することができる。

地中の温度は年間を通して外気温に比べてその温度変化が少ないため、地中熱を空調に利用した発明がこれまで数多く提案されている。例えば、熱交換パイプを土間コンクリートの下方の比較的浅い位置に略水平に埋設し、土間コンクリートの厚さを厚くしたことにより、熱交換パイプを容易に地中に埋設可能とし、効率の良い熱交換を行わせるようにした地熱利用空調装置（特許文献１）や、床下を断熱基礎で囲んで蓄熱空間とし、地中に略水平に埋設した熱交換パイプの一端を床下に開口させるとともに、他端を断熱基礎の外側に開口させ、２４時間換気の換気装置により、外気を熱交換パイプを介して床下に引き込み、床下の暖気または冷気を床下と床上とを連通する連通口から床上に取り込むようにした地熱利用住宅（特許文献２）が提案されている。
特開２００３−３５４５６号公報 特開２００６−２６６５７５号公報

しかしながら、上記特許文献１の発明では、熱交換パイプを埋設するための掘削および埋め戻しの手間は省けるが、コストの高いコンクリートを大量に使用するため、装置全体としてのコストが高くなり、経済的でなかった。また、上記特許文献２の発明では、熱交換パイプとして塩化ビニル製の中空パイプを用いるため、熱交換の効率が低く、蓄熱空間内の空気を床上に流通させても床上の空調が不十分なことがあり得た。

本考案は、このような背景に鑑みなされたもので、地中熱を利用して建物外部の空気を効率的に熱交換するとともに、空調性能を高めることができ、且つ低コストで実現できる地熱利用建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、第１の考案は、地面（Ｇ）から突出する基礎梁（２）の内側に土間コンクリート（３）を打設し、基礎梁（２）の上端から壁（１０）を立上げ、土間コンクリート（３）の上方に床（５）および屋根（１１）を設けることによって床上（居室１４）および床下（６）を画成し、空調に地熱を利用した地熱利用建物（１）であって、土間コンクリート（３）の下方に略水平に埋設されたアルミ製の熱交換パイプ（２１）と、熱交換パイプ（２１）の一端（２１ａ）側を床下（６）に連通させる立上げ管（２２）と、熱交換パイプ（２１）の他端（２１ｂ）側を床上（１４）に連通させる連通管（２３）と、基礎梁（２）に設けられ、床下（６）と外部とを連通させる取込孔（７）と、取込孔（７）を介して床下（６）に取り込んだ空気を熱交換パイプ（２１）に流通させて床上（１４）へ供給する給気手段（空調ファン２６）と、建物上部（屋根裏１５）に設けられ、床上（１４）の空気を外部に排出する排気手段（１７）と、壁（１０）の内部に形成され、床下（６）と建物上部（１５）とを連通する空気通路（１６）とを備えるように構成する。

この考案によれば、熱交換パイプがアルミ製であるため、地中熱を効率良く利用することができる。また、熱交換パイプは適宜な深さに埋設されれば良く、土間コンクリートの厚さも限定されないため、低コストで空調性能の高い地熱利用建物が実現される。また、熱交換された暖気または冷気を連通管によって床上空間に取り込むため、床上空間を直接空調することができ、床下の空気を壁内に形成された空気通路に取り込むことにより、床上の温度変化の原因となる壁の温度が調整され、床上の空調性能を更に高めることができる。

また、第２の考案は、第１の考案に係る地熱利用住宅（１）において、熱交換パイプ（２１）は、両端面に貫通孔（２３）を設けた飲料用アルミ缶（３１）が連結されてなるように構成する。

この考案によれば、飲料用アルミ缶を再利用することで材料コストを低廉にすることができる。また、アルミ缶の両端面に形成する貫通孔を適宜の大きさまたは形状に設定することにより、熱交換パイプ内を流通する空気の流速が調整可能になるとともに、流通する空気が不整流となるため熱交換パイプに対し効率的に接触する。また、アルミ管の両端面がパイプ内でひだ状に突出して熱交換パイプの露出面積が増大する。そのため、熱交換率を更に向上させることができる。

また、第３の考案は、第１の考案に係る地熱利用住宅（１）において、取込孔（７）は、北側と南側とに設けられ、時期に応じてどちらか一方が閉塞されるように構成する。
ようにする。

この考案によれば、夏は南側の取込孔を閉塞して建物北側の冷たい空気を取り込み、冬は北側の取込孔を閉塞して建物南側の暖かい空気を取り込むことができる。そのため、空調温度をより快適なものにすることができる。

また、第４の考案は、第１の考案に係る地熱利用住宅（１）において、壁（１０）の外側および屋根（１１）の裏側に断熱材（１２）が設けられるように構成する。

この考案によれば、建物外部の熱が建物内部に伝わり難くなるため、より効果的に床上の空調を行うことができる。

本考案によれば、地中熱を利用して建物外部の空気を効率的に熱交換するとともに、空調性能を高めることができ、且つ低コストで実現できる地熱利用建物が提供される。

以下、本考案の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明に係る地熱利用住宅１の断面図である。地熱利用住宅１は、平面視で略矩形となるように形成された基礎梁２の内側全面に土間コンクリート３が略水平に打設された基礎４を備えている。基礎梁２の上面には、壁１０が立設され、更に壁１０の上端には、への字状の屋根１１が図示しない柱によって支持されている。また、土間コンクリート３の上方には床５が設けられて床下５および床上が区画され、壁１０の上端近傍には連通孔１３ａが形成された天井１３が設けられ、床上が居室１４と屋根裏１５とに区画されている。

基礎梁２は、地面Ｇよりも上方に突出しており、北側および南側に、床下６に外気を取り込むための取込孔７ｎ、７ｓが形成されている。取込孔７ｎ，７ｓの建物内側には、逆支弁８がそれぞれ設けられ、床下６が負圧となることにより、外気が床下６に流入できるようになっている。また、取込孔７ｎ、７ｓの一方（ここでは南側）は、蓋９よって閉塞されている。なお、蓋９は、夏は南側に取り付けられ、冬は北側に取り付けられる。

壁１０は外壁１０ａと内壁１０ｂとを備えており、外壁１０ａと内壁１０ｂとの間には、床下６と屋根裏１５とを連通する空気通路１６が形成されている。屋根裏１５の最上部の壁面には、換気ファン１７（排気手段）が設置されている。換気ファン１７が作動すると、居室１４の空気が連通孔１３ａおよび屋根裏１５を通って外部に排出されるとともに、床下６の空気が空気通路１６を通って外部に排出される。屋根１１、外壁１０ａおよび基礎梁２には、断熱材１２が全面にわたって設けられ、外部の熱が建物内部に伝わらないようになっている。

また、地熱利用住宅１は空調装置２０を備えている。空調装置２０は、以下のような構成となっている。すなわち、土間コンクリート３の下方にアルミ製の熱交換パイプ２１が略水平に埋設され、熱交換パイプ２１の一端２１ａ近傍には、床下６に連通する立上げ管２２が連結され、熱交換パイプ２１の他端２１ｂには居室１４に連通する連通管２３がエルボ２４を介して連結されている。

熱交換パイプ２１の周りには、圧潰を防止するために保護モルタル２５が巻立てられている。熱交換パイプ２１は、一端２１ａへ向かって下り勾配に配置され、一端２１ａが保護モルタル２５から延出して地中に開口している。これにより、熱交換パイプ２１内で結露した水が一端２１ａから地中へ流出する。

立上げ管２２は、床下６に結露水が溜まっても立上げ管２２に流入しないように、その上端が土間コンクリート３の上面よりも高い位置まで延出している。一方、連通管２３の上端には空調ファン２６（給気手段）が設けられている。空調ファン２６が作動すると、床下６の空気が熱交換パイプ２１を流通して居室１４へ供給される。

次に熱交換パイプ２１について説明する。図２は熱交換パイプ２１の縦断面図であり、図３は図２中のIII−III断面図である。図示するように、熱交換パイプ２１は、複数の円筒状の飲料用アルミ缶３１が直列に並べられ、各端部がアルミテープ３３によって互いに連結されたことにより構成される。飲料用アルミ缶３１は、プルタブが設けられた上壁が全て切り貫かれ（貫通孔とされ）、下壁３１ａの外周寄りの一部が円形に切り貫かれて貫通孔３２とされている。

各飲料用アルミ缶３１は貫通孔３２の位置が整合する状態で連結され、熱交換パイプ２１は、内部に結露水が溜まり難くなるように、貫通孔３２が最も低い位置となる配置とされる。また、下壁３１ａが熱交換パイプ２１内にひだ状に突出するため、熱交換パイプ２１の接触面積が大きくなるとともに、流通する空気が負整流となって飲料用アルミ缶３１の表面に接触し易くなっている。そのため、地熱による熱交換が効率良く行われる。

このような地熱利用住宅１によれば、次のように作用させることができる。例えば、夏期において、日差しが強く、壁１０が暑くなり易い場合、換気ファン１７と空調ファン２６とを同時に作動させる。すると、まず北側の取込孔７ｎから比較的冷たい外気が床下６に流入する。そして、床下６の空気の一部は、立上げ管２２から熱交換パイプ２１へ流入し、地熱によって冷却された後、居室１４へ供給される。その後、居室１４の空気は連通孔１３ａから屋根裏１５に流入し、換気ファン１７により外部へ排出される。また、床下６の他の空気は、空気通路１６を通って壁１０を冷却し、屋根裏１５に流入した後、換気ファン１７により外部へ排出される。このように、空気通路１６を流通する空気により、日差しによって熱せられた壁１０の熱が居室１４に伝わるのが防止されるとともに、熱交換パイプ２１によって冷却された空気によって居室１４が直接冷却されるため、快適な居室温度が確保される。

一方、夏期において日差しが弱い場合、換気ファン１７を停止させて屋根裏１５と外部との連通を遮断し、空調ファン２６のみを作動させてもよい。すると、床下６の空気は、立上げ管２２から熱交換パイプ２１へ流入して冷却された後、居室１４へ供給され、その後、連通孔１３ａを通って屋根裏１５に流入する。そして、屋根裏１５の空気は空気通路１６を通って床下６へと吸引される。このように、床下６の空気を地熱利用住宅１内で循環させることにより、熱交換パイプ２１に流入する床下６の空気は、既にその温度が低くなっているため、熱交換パイプ２１により確実に冷却される。したがって、より確実に快適な居室温度を確保することができる。

また、冬には比較的暖かい南側の空気を床下６に取り込み、熱交換パイプ２１に流通させて地熱により熱交換された暖かい空気を居室１４に直接供給することにより、快適な居室温度を確保することができる。

次に、本発明に係る地熱利用住宅１の効果について説明する。図４は、本実施形態に係る地熱利用住宅１において、夏期に換気ファン１７と空調ファン２６とを作動させずに測定した各種温度の経時変化を示すグラフである。同図に示すように、外気温は日中に高くなり、夜間に低くなるが、床下６の温度は昼夜に関わらず略一定となっている。そして居室１４の温度は外気温ほどではないが、外気温の変化につられるように上下動している。

一方、図５に示すグラフは、夏期に換気ファン１７と空調ファン２６とを作動させて測定した各種温度の経時変化を表している。同図に示すように、外気温は図４と同様に大きく上下動しているが、地中温度は昼夜に関わらず略一定であり、空調ファン２６の吹き出し口の気温は日中であっても上昇せずに地中温度と略同一の値を示しており、居室１４が快適な温度に保たれている。

以上で具体的実施形態についての説明を終えるが、本考案はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、地熱利用建物として一戸建て住宅を例に挙げているが、集合住宅やオフィスビル、倉庫などにも当然に適用可能である。また、上記実施形態では、平屋の一戸建て住宅を例に挙げているが、２階建てや３階建ての住宅などにも当然に適用可能である。また、熱交換パイプ２１の配置や本数についても適宜変更可能である。さらに、連通管２３を熱交換パイプ２１に複数設けて１つの居室１４に連通させたり、異なる居室１４に連通させたりする形態も可能である。これら変更の他、本考案の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

地熱利用住宅の断面図 熱交換パイプ２１の縦断面図 図２中のIII−III断面図 換気ファンと空調ファンとを作動させずに測定した各種温度の経時変化を示すグラフ 換気ファンと空調ファンとを作動させて測定した各種温度の経時変化を示すグラフ

符号の説明

１ 地熱利用住宅
２ 基礎梁
３ 土間コンクリート
５ 床
６ 床下
７ 取込孔
１０ 壁
１２ 断熱材
１４ 居室（床上）
１５ 屋根裏（建物上部）
１６ 空気通路
１７ 換気ファン（排気手段）
２０ 空調装置
２１ 熱交換パイプ
２１ａ 一端
２１ｂ 他端
２２ 立上げ管
２３ 連通管
２６ 空調ファン（給気手段）
３１ 飲料用アルミ缶
３２ 貫通孔
Ｇ 地面

Claims (4)

1. 地面から突出する基礎梁の内側に土間コンクリートを打設し、前記基礎梁の上端から壁を立上げ、前記土間コンクリートの上方に床および屋根を設けることによって床上および床下を画成し、空調に地熱を利用した地熱利用建物であって、
   前記土間コンクリートの下方に略水平に埋設されたアルミ製の熱交換パイプと、
   前記熱交換パイプの一端側を前記床下に連通させる立上げ管と、
   前記熱交換パイプの他端側を前記床上に連通させる連通管と、
   前記基礎梁に設けられ、前記床下と外部とを連通させる取込孔と、
   前記取込孔を介して前記床下に取り込んだ空気を前記熱交換パイプに流通させて前記床上へ供給する給気手段と、
   建物上部に設けられ、前記床上の空気を外部に排出する排気手段と、
   前記壁の内部に形成され、前記床下と前記建物上部とを連通する空気通路と
   を備えたことを特徴とする地熱利用建物。
2. 前記熱交換パイプは、両端面に貫通孔を設けた飲料用アルミ缶が連結されてなることを特徴とする、請求項１に記載の地熱利用建物。
3. 前記取込孔は、北側と南側とに設けられ、時期に応じてどちらか一方が閉塞されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の地熱利用建物。
4. 前記壁の外側および屋根の裏側に断熱材が設けられたことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の地熱利用建物。

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