JP3195933U - 温水循環式床暖房構造 - Google Patents

Abstract

【課題】床下方向への熱ロスを効果的に低減するとともに断熱構造部の厚みを抑えた薄型の温水循環式床暖房構造を提供する。【解決手段】従来の繊維系や発泡プラスチック系の断熱材に代え、薄型の熱遮断構造４を備えた床暖房構造とした。熱遮断構造４は、内部に空気を分割して貯留可能な構造を設けた空気式断熱材の両面をアルミニウム箔により被覆した空気式熱遮断材一層と、断熱材の両面をアルミニウム箔により被覆した熱遮断材二層が重ねられて構成される。床下地１０と、床仕上材１１を支える支持部材３との間に、温水管１を内包した蓄熱部２と熱遮断構造４を備えた床暖房構造を構築することにより、床下方向へ伝導・放射される熱エネルギー損失が抑制される。【選択図】図１

Description

本考案は、建築分野における温水循環式床暖房設備の構造に関するものである。

床暖房設備は、熱エネルギーの伝達媒体や供給方法の違いなどにより、電気ヒーター式、温水循環式、温風循環式の各方式が知られている。
各方式がそれぞれに異なる性質を有するが、電気ヒーター式は電気エネルギーを熱エネルギーに変換して利用するもので、一般的に初期設備費が比較的安価にでき、狭い範囲での施工に適した小規模向きの方式であるとされている。
一方、温水循環式（以下、「温水式」という。）は、灯油・ガス・電気など熱エネルギーの発生源の違いにより初期設置費や運転経費は異なるが、家屋床下に配管設備を広く敷設する場合が多く比較的大規模向きの方式であるとされ、熱エネルギーの伝達媒体である温水自体が蓄熱効果を有する点からも継続運転時の経済性において優れているという特徴がある。

また、床暖房設備の施工方法には、埋込式及びパネル式がある。
前者の埋込式は、床下地の上に断熱材を設置し、その上に温水管等を敷設し、それを蓄熱効果のあるモルタル等で被覆して、更にその上に床仕上材を施工する方式である。
後者のパネル式は、床下地の上に断熱材を設置し、その上に温水管等が内蔵された複数の温水循環式床暖房パネル（以下、「温水パネル」という。）を敷き詰めて、温水パネル内の温水管等を接続したうえで、温水パネル上面に床仕上材を施工する方法である。
埋込式とパネル式のいずれにおいても、温水管等から伝導・放射される熱エネルギーを床暖房設備として最大限に有効利用するためには、居住空間と反対側の床下方向へ逃げようとする熱エネルギーを遮断し、如何にして熱エネルギー損失（以下、「熱ロス」という。）を抑制するかが大きな課題となる。

この場合、床下方向への熱ロスを抑制する方法として一般的に採用されているのが、床下方向への断熱材の設置である。そして、この断熱材としては、グラスウールやロックウールなどの繊維系断熱材、ウレタンフォームやポリスチレンフォームなどの発泡プラスチック系断熱材が多く用いられている。
これらの繊維系素材や発泡プラスチック系素材は、床暖房設備のみならず建築素材として社会に広く普及しているが、床暖房設備に使用する場合は、求める断熱効果の水準に対応したある程度の厚みと体積を持った断熱材が必要となってくる。

実登第３１４３３３７号公報 特開昭６１−２７６６３１号公報 特開平８−２０９８１５号公報 特開２００２−２０６７５９号公報

従来の床暖房設備のように、グラスウールなどの繊維系素材やウレタンフォームなどの発泡プラスチック系素材からなる断熱材を利用して床下方面への熱ロスを抑制しようとする場合、遮熱・断熱の性能を向上させるためには、その求める性能の高さに応じて、断熱材の厚さ・体積を増加させて対応することが一般的であった。

これにより増大する断熱材のボリュームに関しては、床暖房設備を施工した床面が通常よりも高くなるなど、効率的な空間利用が要請される一般住宅などにおいて床暖房設備を導入しようとする場合の制約条件となり、床暖房設備の普及を妨げる一因ともなり得るものであった。
また、将来的に家屋を解体処分する際には大容量の建設廃棄物が発生することとなり、環境保全の側面や、製品が生産されてから廃棄されるまでの製品ライフサイクル全体を通じての経済性という側面において、従来の断熱材を多量に用いる床暖房構造に対する人々の満足度は必ずしも十分なものとは言えなかった。

本考案により解決しようとする課題は、工事施工時の制約条件や手間ともなり、温水式床暖房設備の一般家庭用設備としての普及を阻害する一因でもあった床暖房構造の厚みを抑え、薄型の床暖房構造を提供することである。
これは同時に、将来的な家屋解体時の建設廃棄物を減少させて環境負荷を低減し、製品ライフサイクル全体における経費削減にも貢献し得るものでもある。

従来の繊維系断熱材や発泡プラスチック系断熱材による熱ロスの抑制に代えて、以下の熱遮断構造による熱ロスの抑制を行う。
始めに、繊維系素材又は発泡プラスチック系素材からなる薄い断熱材の両面をアルミニウム箔により被覆した熱遮断材を用意する。ここで、熱遮断材の厚さは、アルミニウム箔の厚さを含め、１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下とする。
次に、内部に空気を分割して貯留可能な構造を設けた薄い空気式断熱材の両面をアルミニウム箔により被覆した空気式熱遮断材を用意する。ここで、空気式熱遮断材の厚さは、アルミニウム箔の厚さを含め、６ｍｍ以上かつ１５ｍｍ以下とする。
そして、前者の熱遮断材を２層重ねとした上に、後者の空気式熱遮断材を１層重ねることにより、２種・３層の熱遮断材からなる、厚さ８ｍｍ以上かつ２５ｍｍ以下の熱遮断構造を形成する。
また、熱ロス低減と熱遮断構造の薄型化とを両立する観点から、前記のアルミニウム箔の厚さは１０μｍ以上かつ１００μｍ以下、アルミニウム純度は９９．０％以上として遮熱効果を高めることも考えられる。

そして、この熱遮断構造を備えた温水式床暖房構造は、次により完成させる。
熱遮断構造の上に、配管計画に基づき室内床下に敷設される温水管を内包し、蓄熱性素材からなる蓄熱部を形成する。この蓄熱部の厚さは、求める暖房性能に合わせ２０ｍｍから３５ｍｍまでの範囲で適宜変更するものとし、本考案に係る温水式床暖房構造の厚みは、熱遮断構造を含めても２８ｍｍから６０ｍｍまでの薄型構造となる。

温水管から周囲に伝導・放射される熱エネルギーは、蓄熱部から床仕上材を経由して室内空間を温める。
一方で、室内方向ではなく、床下方向へ伝導・放射される熱エネルギーについては、適切な対策を施さない限り、熱エネルギーが床暖房機能として有効利用されないままの熱ロスとなってしまう。
本考案の床暖房構造の場合、温水管を内包する蓄熱部の下に、２種・３層の熱遮断材からなる熱遮断構造を形成する。熱遮断構造中の計６枚に及ぶアルミニウム箔は、蓄熱部から熱遮断構造を経て床下方面へ透過する熱放射を遮断する。
また、アルミニウム箔に挟まれた断熱材及び空気式断熱材も計３枚に及び、アルミニウム箔から下方に伝わろうとする熱伝導を遮断する。
そして、空気を内包する空気式熱遮断材は、空気の蓄熱性のため、それに接する部位から伝導・放射されてきた熱エネルギーを単なる熱ロスとはせずに、予備的な蓄熱部及び緩衝部として機能する。

このように、複層に及ぶアルミニウム箔及び２種の断熱材からなる熱遮断構造により、温水管から蓄熱部を通り、床下方向に伝導・放射され、熱ロスとなる熱エネルギー総量は低く抑えられることになる。
本考案の床暖房構造は、このようにして床下方向への熱ロスを効果的に低減するとともに断熱構造部の厚みを抑え、これにより床暖房工事を施工する場合の制約条件が緩和されるとともに、将来的には建設廃棄物の減少に寄与できるという効果も期待される。

本考案に係る床暖房構造の断面図である。支持部材を床下地の上に設置した状況である。 床暖房構造の一部である熱遮断構造の拡大図である。 本考案に係る床暖房構造の断面図である。支持部材を熱遮断材の上に設置した状況である。 支持部材の側面を熱遮断材で被覆した床暖房構造の断面図である。 温水管を適正位置に保持するための温水管支持具を備えた床暖房構造の断面図である。 本考案に係る床暖房構造を備えた温水パネルの断面図である。

熱供給源であるボイラー等で温められた不凍液等の熱媒体、いわゆる温水は、建物の床下に配置された温水管に供給され、この配管内を循環しながら、室内に熱エネルギーを伝達する。
本考案においては、床下方向への熱ロスの減少と薄型構造化を兼ね備えた温水式床暖房構造を実現した。
以下、図に基づき、考案を実施するための形態について説明する。

図１において、床下地１０は本考案の床暖房構造をその上に構成する基盤・土台となるものである。そして、この床下地１０は、建物の種類や工法に応じて、木材合板、その他の素材のパネルやボードであったり、コンクリート床となることもある。
まず本考案を実施するためには、この床下地１０の上に熱遮断構造４を形成する必要がある。

図２は、熱遮断構造４の拡大図であり、図１の一部分を拡大したものである。
図２のように、熱遮断構造４は、２枚の熱遮断材５と、１枚の空気式熱遮断材６とからなる。
ここで、この熱遮断材５は、繊維系又は発泡プラスチック系の素材からなる薄い断熱材７の両面をアルミニウム箔９で被覆したものである。
また、空気式熱遮断材６は、内部に空気を分割して貯留可能な構造が設けられた薄い空気式断熱材８の両面をアルミニウム箔９により被覆したものである。
熱遮断構造４は、より効果的に熱エネルギーの伝導・放射を遮断し、床下方向への熱ロスを低減するために、熱遮断材５を２層重ねとし、その上に更に空気式熱遮断材６を重ねた熱遮断材の３層重ね構造からなるものである。
そして、熱ロス低減と薄型化とをバランス良く両立させるため、アルミニウム箔を１０μｍ以上かつ１００μｍ以下の厚さとし、純度９９．０％以上の高純度アルミニウム箔とすることで、蓄熱部・空気式断熱材・断熱材を通過する放射熱を有効に遮断するとともに、アルミニウム箔の厚さを含め、空気式熱遮断材６の厚さを６ｍｍ以上かつ１５ｍｍ以下、熱遮断材５の厚さを１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下とすることで、熱遮断構造４の厚さを８ｍｍから２５ｍｍまでの範囲に抑える。

そして次に、このようにして形成した熱遮断層４の上に、図１のように、温水を循環させるための温水管１を内包するようにして蓄熱部２を形成する。
温水管１としては、外径１７ｍｍ、内径１３ｍｍのポリエチレンパイプを用いることが多いが、蓄熱部２の厚みとしては２０ｍｍ以上かつ３５ｍｍ以下とすることが可能である。
そのため、熱遮断構造４と蓄熱部２を合わせた本考案に係る床暖房構造全体の厚みは２８ｍｍから６０ｍｍまでの範囲に抑えることができる。
なお、図においては、温水管１は１本だが、これはあくまで簡易化した例であり、当然ながらこれに限られるものではない。

そして最終的には、蓄熱部２の上面に床仕上材１１が密着するように施工して室内空間を完成させることとなるため、床下地１０の上面と床仕上材１１の下面との間に床暖房構造を収納可能な空間を確保するとともに、室内での居住者等の生活に支障がないように床仕上材１１を均等かつ平坦に保持するための支えとなる支持部材３が必要となる。
この支持部材３の設置は、図１のように床下地１０へ直接設置とすることも、図３のように熱遮断材５の上への設置とすることも、いずれも可能である。
また、床仕上材１１を平坦に載置し、熱エネルギーを蓄熱部２の上面全体を通して効率的に室内に伝えるためには、蓄熱部２及び支持部材３と、床仕上材１１との間に隙間が生じないように密着させて施工することから、蓄熱部２と支持部材３の上面は同じ高さに揃えられる。
支持部材３の平面的な配置に関しては、床構造の強度維持のため、大凡等間隔に設置されることが多い。また、温水管１の敷設状況に応じて、支持部材３には温水管１の貫通部が適宜設けられることもある。

一般住宅等において床暖房設備を施工するには、建築現場において支持部材３となる小根太の間に温水管１を這わせ、それを蓄熱部２となるモルタル等で被覆する埋込式と、温水管１を予め内蔵する既成の温水パネルを建築現場において組み合わせ施工するパネル式とが考えられる。本考案の床暖房構造は、このいずれにも対応が可能である。
以下において、本考案に係る埋込式床暖房構造及びパネル式床暖房構造について順次、一例をとって説明する。

まず始めに、埋込式床暖房構造である。
一般的な木造住宅の床構造においては、大引きの上に、それと交差するように根太を渡して、根太の上面に床下地１０となる床板を張ることが多い。そして、この床下地１０の上に畳やフローリング材等の床仕上材１１を張り、人が生活・居住する室内空間が完成する。
本考案の床暖房構造を、床下地１０と床仕上材１１との間に構築するには、まず始めに、その設置空間を確保する必要がある。そのため、床仕上材１１を施工した場合の強度や、効率的な熱エネルギーの運搬及び伝達のための温水管１の敷設計画を考慮しながら、角材などの小根太を支持部材３として床下地１０の上に適切な間隔で設置する。

次に、支持部材３を設置した後、露出している床下地１０の表面上に、繊維系又は発泡プラスチック系の薄い断熱材７の両面を、例えば純度９９．５％、厚さ２０μｍの高純度アルミニウム箔９により被覆した、厚さ１ｍｍの熱遮断材５を敷き詰める。この場合、遮熱及び断熱の効果を向上させるため、この熱遮断材５を２層重ね構造とする。
そして、その２層重ね構造の上に、内部に空気を分割して貯留可能な気泡構造や空気部屋等の構造を有する薄い空気式断熱材８の両面を、例えば純度９９.５％、厚さ２０μｍの高純度アルミニウム箔９により被覆した、厚さ８ｍｍの空気式熱遮断材６を重ねて敷き詰める。空気式断熱材８の例としては、２枚の気泡緩衝材の平面部を貼り合わせ、両外面に表れる突出部全面に薄い断熱シートを貼り付けたものや、２枚の発泡プラスチック系の断熱シートの片面に空気部屋となる空間を多数ディンプル加工し、加工面同士を貼り合わせたものなどが考えられる。
このようにして、熱遮断材５と空気式熱遮断材６の２種類の熱遮断材を計３層重ねた熱遮断構造４の厚さは、前記の例の場合１０ｍｍになる。ここで、床下方向のみならず、横方向への熱エネルギーの伝導・放射による熱ロスも考えられるから、図４のように、支持部材３の周囲や末端壁面を前記の熱遮断材５及び空気式熱遮断材６により被覆することも、熱ロス抑制に大きな効果が期待できる。なお、図４は一例として、熱遮断材５のみにより支持部材３を被覆した状況の断面図となっている。

次に、蓄熱部２の素材となるモルタル等を、熱遮断構造４の上面及び支持部材３の側面により形成される空間に充填する。この時、敷設された温水管１が蓄熱部２に内包されるように充填し、その上面を支持部材３の上面の高さと同じ高さに平坦化して、例えば厚さ２０ｍｍの蓄熱部２が形成される。そして、蓄熱部２及び支持部材３の上面に、床仕上材１１を張ることで、床暖房設備が完成となる。この例の場合、前記の熱遮断構造４を含め、床暖房構造全体の厚みは３０ｍｍとなる。
なお、温水管１の敷設時及び蓄熱部２の充填形成時に、温水管１が敷設予定位置を離れて上下左右に移動しないように、図５のように温水管支持具１２により温水管１を熱遮断構造４の上方定位置に保持して作業を行っても良い。この温水管支持具１２の固定は、空気式熱遮断材６上にテープ等で固定して行う方法や、ねじ・ボルトを用いて床下地１０に固定して行う方法などが可能である。

埋込式床暖房構造の場合、温水管１の配管計画を施工現場の状況に応じて自在に立案することができ、居住空間の床面端部近くまで温水管１を行き渡らせ、熱エネルギーを室内空間全体に隈無く伝達しやすくできるというメリットがある。
熱供給源で温められた温水は、床下配管内を循環しながら周囲に熱エネルギーを伝導・放射する。その熱エネルギーは、蓄熱部２に吸収されて、上部の床仕上材１１を暖める。一方、床下方向に伝達される熱エネルギーは、３重に配置された熱遮断材５及び空気式熱遮断材６の両面の計６枚の高純度アルミニウム箔６により、その都度反射され、熱放射による熱ロスは大幅に抑制される。同様に、２枚の断熱材７及び１枚の空気式断熱材８によって、熱伝導による熱ロスも抑えられる。加えて、空気式熱遮断材６に貯留される空気には蓄熱効果もあることから、この熱遮断層４は熱エネルギーを遮断しつつも蓄えることにより、これを完全に通過して床下に逃げる熱エネルギーは極めて少なくなる。

本考案の床暖房構造の場合、熱遮断構造４の厚さは８ｍｍから２５ｍｍであり、温水管１を内包する蓄熱部２の厚さを最小に抑えた場合の厚さ２０ｍｍと合わせても、構造全体の厚みは２８ｍｍから４５ｍｍの薄型構造となる。より熱ロスを抑えて熱効率を高めるために、蓄熱部２の厚みを３５ｍｍに増した場合でも構造全体の厚みを４３ｍｍから６０ｍｍに抑えることが可能である。従来のように、温水管及び蓄熱材の下方に断熱材を設置した場合、一般的に、その厚みは２００ｍｍから３００ｍｍ程度必要と考えられるから、それと比較して極めて薄型の構造となる。
このことによって、建物の床構造全体の厚みも抑えられ、施工上の制約条件が多い小規模建築工事、特に一般家庭向けの木造住宅などにおける、温水式床暖房設備の選択可能性が高まると思われる。また、将来的に家屋を解体して処分する場合、建築廃棄物の処分等に大きな経費が必要となるが、本構造の床暖房設備の場合、構成部材が少量で済み、その処分も容易なため、製品ライフサイクル全体を通じての経費削減が見込まれ、環境負荷の低減にも大きく寄与するものと考えられる

また、参考のため、本考案に係る床暖房構造に関し、床暖房構造全体の厚みを３０ｍｍ（熱遮断構造４の厚さ１０ｍｍ、蓄熱部２の厚さ２０ｍｍ）として、３５坪及び１６坪の木造住宅において行った実験結果（表１）がある。
いずれも冬期に１０回程度の実験を行い、グラフの数値はその平均値である。
ボイラー運転開始後、約２時間で室内の床面温度は適温の２５℃前後に達して安定した。その後１時間経過し、室内温度も安定した運転開始から３時間経過時にボイラーを運転停止し、運転開始後７時間（運転停止後４時間）経過時の床面温度を再度計測した。
また、同じ時点での外気温（床下温度に相当）を計測し、床面温度の推移と対比させた。
これによると、ボイラー運転を停止して４時間経過した時点においても、３５坪の場合の床面温度は、２４．９５℃から２１．７３℃へと３．２２℃の低下にとどまり、１６坪の場合は、２５．６０℃から２３．６０℃へと２．００℃の低下にとどまり、いずれの場合においても、床面温度の低下は僅かであり、従来の床暖房構造に引けをとらないものであることが確認できた。

次に、パネル式床暖房構造であるが、図６が本考案に係る床暖房構造を備えた温水パネルの断面図である。パネル式の場合、工場等において、本構造を備えた温水パネルを大量生産することが可能になる。なお、図６では温水パイプの数を３本としているが、必ずしもこれに限定されるものではない。
この温水パネルは、図６のように、温水管１、蓄熱部２及び熱遮断構造４からなる床暖房構造と、必要に応じて支持部材の機能も兼ね備えたパネル筐体１３から構成される。パネル筐体１３の材質は様々なものが考えられるが、熱の遮断性や環境負荷の観点からは自然素材である木製等が望ましい。パネル筐体１３の製法については、筐体側部１３ａと底部１３ｂとを一体成形する場合、それらを個別に作り組み合わせて作成する場合など、製法は様々に考えられる。図６の場合、パネル筐体の側部１３ａと底部１３ｂとを組み合わせたものとなっている。

このパネル筐体１３の底部１３ｂの上面に、前記の熱遮断材５を二層重ねにして敷き詰め、その上に更に、前記の空気式熱遮断材６を重ねて敷き詰めて熱遮断構造４を形成する。その後、温水管１を内蔵した蓄熱部２を、容易に抜け落ちたり適正位置から外れて移動しないように、パネル筐体１３に嵌め込む。蓋部１３ｃは、床仕上材１１に効率的に熱エネルギーを伝えられるように、熱伝導性の良いアルミニウム板などを使用することも考えられる。また、蓋部１３ｃは必ずしも不可欠なものではなく、蓄熱部２とパネル筐体側部１３ａの上面を同じ高さに揃えた蓋部１３ｃがない温水パネルも実施可能である。

このパネル式の場合も、埋込式と同様に、床暖房構造の厚さを抑えつつ、床下方向への熱ロスが大幅に抑制される。工事現場の状況に応じて工程を順次施工する埋込式に比べ、大量生産が可能な既成の温水パネルを組み合わせ、パネル内蔵の温水管を相互に接続して設置するものであるから、作業を迅速簡易に行うことができ、工期短縮及び経費節減が期待できるというメリットがある。
そして、パネル内部に厚みのある断熱材を用いず、パネルを敷き詰めた下にも断熱材を設置する必要がないため、薄型の床暖房構造が実現可能となり、床暖房設備を施工する場合の自由度が増す。
また、製品ライフサイクル全体を通じての経費と環境負荷の低減は、埋込式と同様に有利な点となる。

本考案に係る床暖房構造は、従来のものより薄型であるから、床面端部から壁面下部に至る壁面立ち上がり部分まで、又は、更に壁の全面に対しても、本考案を実施した温水式暖房設備を施工することも可能である。この場合の施工方式としては、埋込式、パネル式のいずれによっても可能である。
埋込式の場合、壁面構造内の石膏ボード等の表面に、熱遮断材５及び空気式熱遮断材６を用いた熱遮断構造４を形成し、その上に温水管１を内包するように蓄熱部２を形作るためのモルタル等を充填する。そして、その上に壁面仕上げを施工することで、温水式壁暖房設備が実現できる。
パネル式の場合、本考案に係る温水パネルを壁内に設置し、その上に壁仕上材を施工する。
床暖房の場合、床下方向への熱ロスはもとより、水平方向への熱ロスに対する対策も重要である。したがって、本構造を壁面の立ち上がり部分まで施工することにより、水平方向への熱ロスが抑えられ、より効率的な床暖房設備が実現できる。また、寒冷地においては、壁面暖房による居住空間の十分な保温が可能となり、より快適な生活の実現に繋げることができる。

１ 温水管
２ 蓄熱部
３ 支持部材
４ 熱遮断構造
５ 熱遮断材
６ 空気式熱遮断材
７ 断熱材
８ 空気式断熱材
９ アルミニウム箔
１０ 床下地
１１ 床仕上材
１２ 温水管支持具
１３ パネル筐体
１３ａ パネル筐体側部
１３ｂ パネル筐体底部
１３ｃ パネル筐体蓋部

Claims (5)

1. 繊維系又は発泡プラスチック系の素材からなる断熱材の両面をアルミニウム箔により被覆した厚さ１ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下の熱遮断材と、内部に空気を分割貯留可能な構造を設けた断熱材の両面をアルミニウム箔により被覆した厚さ６ｍｍ以上かつ１５ｍｍ以下の空気式熱遮断材とを有し、前記熱遮断材を二層に重ねた上に、前記空気式熱遮断材を一層重ねてなる温水循環式床暖房の熱遮断構造。
2. アルミニウム箔の厚さが１０μｍ以上かつ１００μｍ以下で、アルミニウム純度が９９．０％以上であることを特徴とする請求項１記載の温水循環式床暖房の熱遮断構造。
3. 蓄熱性素材からなり、温水管を内包した厚さ２０ｍｍ以上かつ３５ｍｍ以下の蓄熱部と、請求項１又は請求項２に記載の熱遮断構造とを有し、前記熱遮断構造の上に、蓄熱部を重ねてなる温水循環式床暖房構造。
4. 請求項３記載の温水循環式床暖房構造と、支持部材とを有し、それらを交互に配して、前記支持部材を介し、床仕上げ材を蓄熱部の上に密着載置可能な温水循環式床暖房構造。
5. 請求項３記載の温水循環式床暖房構造と、パネル筐体とを有し、前記パネル筐体の内部に前記温水循環式床暖房構造を格納した温水循環式床暖房パネル。