JP4064910B2 - 温水式床暖房方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、温水式床暖房方法及び装置に関する。

床に敷設した温水管路に熱源機で生成した温水を循環させて暖房を行なう温水式床暖房装置では、所定周期（例えば２０分）における通水時間と通水停止時間との比率（通水デューティ比）を変えることで放熱量（暖房能力）を調整している。１つの熱源機から複数の暖房端末装置（床暖房装置、浴室暖房装置、温水エアコン等）に温水を供給する場合は、他の暖房端末装置からの要求で通常の温水温度（例えば６０℃）よりも高温（例えば８０℃）の高温水が供給されることがある。そこで、熱源機から供給される温水温度に応じて通水デューティ比を設定することで、放熱量（暖房能力）が過大にならないようにしている（例えば、特許文献１，２及び３）。

これら暖房端末装置に温水を供給する熱源機として、例えば、通常のガス熱源機や、循環水をガスバーナの燃焼熱によって加熱する主熱交換器と、循環水をガスバーナの燃焼後の排気ガス中の水蒸気の潜熱によって加熱する副熱交換器とを備えた潜熱回収型熱源機が知られている（例えば、特許文献４，５及び６）。

特開２００１−４１５７号公報 特開２０００−１２１０７４号公報 特開２０００−１２１０７９号公報 特開平１０−３３２２０１号公報 特開２００１−２４１６４１号公報 特開２００２−１３７５４号公報

ところが、従来の温水式床暖房装置では、６０℃〜８０℃の温水を循環させているため、潜熱回収型の熱源機を用いても潜熱回収機能を十分に発揮させることができない。潜熱回収型熱源機では、排気ガス中の水蒸気の冷却に循環水を用いるため、水蒸気を十分に冷却し凝縮を行なうためには、水蒸気を冷却する循環水（戻りの循環水）をより低温（例えば４０℃以下）にする必要がある。また、通常のガス熱源機においても、戻りの循環水をより低温にすることで、熱効率は上昇する。

本発明はこのような課題を解決するためなされたもので、低温水を循環させるモードを備えることで、潜熱回収型熱源機の潜熱回収機能を有効に発揮できるようにし、また、通常の熱源機の熱効率が高くなるようにした温水式床暖房方法及び装置を提供することを目的とする。

上記目的は、床に敷設した温水管路に潜熱回収型熱源機で生成した温水を循環させて暖房を行なう温水式床暖房方法であって、前記熱源機から基準温度の温水を供給し、基準温度用の通水時間テーブルを参照して室温と設定温度との偏差に基づいて所定時間内における通水時間を制御する通常運転状態と、前記熱源機から前記基準温度よりも低温の低温水を供給し、低温水用の通水時間テーブルを参照して室温と設定温度との偏差に基づいて所定時間内における通水時間を制御する低温水運転状態とを切り替えることを特徴とする温水式床暖房方法によって達成される。

上記本発明の温水式床暖房方法において、前記通常運転状態で前記偏差が第１の値に達したら前記低温水運転状態へ切り替え、前記偏差が前記第１の値より小さな第２の値になったら前記通常運転状態へ復帰させることを特徴とする。

上記本発明の温水式床暖房方法において、前記低温水運転状態で他の暖房端末からの要求により前記基準温度の温水が供給される場合は、前記基準温度用の通水時間テーブルを参照して所定時間内における通水時間を制御することを特徴とする。

また、上記目的は、潜熱回収型熱源機と、床に敷設され、前記熱源機で生成した温水を循環させる温水管路と、前記熱源機から基準温度の温水を供給し、基準温度用の通水時間テーブルを参照して室温と設定温度との偏差に基づいて所定時間内における通水時間を制御する通常運転状態と、前記熱源機から前記基準温度よりも低温の低温水を供給し、低温水用の通水時間テーブルを参照して室温と設定温度との偏差に基づいて所定時間内における通水時間を制御する低温水運転状態とを切り替える制御部とを有することを特徴とする温水式床暖房装置によって達成される。

上記本発明の温水式床暖房装置において、前記制御部は、前記通常運転状態で前記偏差が第１の値に達したら前記低温水運転状態へ切り替え、前記偏差が前記第１の値より小さな第２の値になったら前記通常運転状態へ復帰させることを特徴とする。

上記本発明の温水式床暖房装置において、前記制御部は、前記低温水運転状態で他の暖房端末からの要求により前記基準温度の温水が供給される場合は、前記基準温度用の通水時間テーブルを参照して所定時間内における通水時間を制御することを特徴とする。

本発明に係る温水式床暖房方法及び装置は、低温水を供給する低温水運転状態を備えているので、この低温水運転状態を用いることで潜熱回収型熱源機の潜熱回収機能が有効に発揮され、また、通常の熱源機の熱効率を高くすることができる。これにより、熱効率の高い暖房運転が可能となる。

そして、通常運転状態から低温水運転状態へ切り替えた後は、室温が所定値低下するまでは低温水運転状態を継続させることで、熱効率の高い暖房運転をより長時間に亘って継続させることができる。

なお、低温水運転状態で基準温度の温水が供給された場合は、基準温度用の通水時間テーブルを参照して所定時間内における通水時間を制御する。既存のテーブルを利用することで、低温水用の通水時間テーブル内に基準温度の温水が供給された際の通水時間データを設定する必要がなくなる。これにより、ソフトウェアのメモリ容量の削減や簡素化が可能となる。

本発明の一実施の形態による温水式床暖房方法及び装置について図１乃至図４を用いて説明する。まず、本実施の形態による温水式床暖房装置の概略構成について図１を用いて説明する。温水式床暖房装置１は、温水を生成して供給する潜熱回収型熱源機２と、潜熱回収型熱交換器２から温水の供給を受けて動作する各床暖房（床暖房端末）３，４及び浴室暖房装置（浴室暖房端末）５とからなる。各床暖房（床暖房端末）３，４には各床暖房コントローラ６，７がそれぞれ設けられており、浴室暖房装置５には浴室暖房コントローラ８が設けられている。各床暖房コントローラ６，７及び浴室暖房コントローラ８は、潜熱回収型熱源機２内の制御部２０と通信線を介してそれぞれ接続されている。そして、各コントローラ６，７，８と制御部２０との間で双方向のデータ通信を行なうことで、各コントローラ６，７，８からの運転指令等を制御部２０へ供給し、また、潜熱回収型熱交換器２側の運転状態（例えば温水の温度データ等）を各コントローラ６，７，８側へ供給している。各床暖房（床暖房端末）３，４には各温水循環管路９，１０を介して温水がそれぞれ供給され、浴室暖房装置５には温水循環管路１１を介して温水が供給される。

潜熱回収型熱源機２内には図示しない缶体が設けられ、その缶体内に、着火装置を備えるガスバーナ２１と、循環水をガスバーナの燃焼熱によって加熱する主熱交換器２２と、循環水をガスバーナの燃焼後の排気ガス中の水蒸気の潜熱によって加熱する副熱交換器２３とが設けられている。また、図示していないが、副熱交換器２３で凝縮により発生する排ガスドレインを回収して処理する機構等、及び、燃焼排ガスを外部へ排出する排気通路等が設けられている。ガスバーナ２１には、ガス比例弁２４及び図示しないガス開閉弁、ガス元締弁等を介してガス供給源から燃焼ガスが供給されるとともに、ガスバーナ２１にはファン２５から燃焼用空気が供給される。ガス比例弁２４の開度は制御部２０によって制御される。ファン２５の回転数は制御部２０によって制御される。

潜熱回収型熱源機２内には、暖房膨張タンク２６、ポンプ２７、バイパス弁２８、三方弁２９、各通水弁３０，３１、各逆止弁３２，３３、及び、各温度センサ３４，３５，３６が設けられている。暖房膨張タンク２６内の水はポンプ２７を介して主熱交換器２２及び三方弁２９へ送られる。主熱交換器２２の入水側には入水温度を検出するための入水温度センサ３４が設けられており、この入水温度センサ３４で検出された入水温度は制御部２０へ供給される。主熱交換器２２で加熱・昇温された温水は、往きの管路３７を通って浴室暖房装置５及び三方弁２９に供給される。主熱交換器２２の出湯側には出湯温度を検出するための出湯温度センサ３５が設けられており、この出湯温度センサ３５で検出された出湯温度は制御部２０へ供給される。制御部２０は、出湯温度が例えば８０℃になるようにガス比例弁２４を開度を調節してガスバーナ２１の燃焼量を制御する。

三方弁２９は、主熱交換器２２で加熱・昇温された温水が送られる高温側の往きの管路３７と主熱交換器２２を通過しない低温側の管路３８とを結ぶ位置に設けられており、それらの管路３７，３８のいずれかの温水を床暖房用温水往き管路３９に供給する。床暖房用温水往き管路３９には、床暖房用温水の温度を検出するための床暖房用温水温度センサ３６が設けられており、この床暖房用温水温度センサ３６で検出された床暖房用温水温度は制御部２０へ供給される。バイパス弁２８は、高温側の往きの管路３７と暖房膨張タンク２６への戻り管路４０とを結ぶバイパス管路４１に介設されている。制御部２０は、三方弁２９及びバイパス弁２８の開閉をそれぞれ制御することによって、床暖房用温水往き管路３９の床暖房用温水の温度を調節する。これにより、床暖房３，４側から基準温度である６０℃が要求された場合は６０℃の温水を供給し、低温が要求された場合には例えば４０℃〜４５℃の温水を供給する。また、床暖房３，４側から高速暖房運転（ホットダッシュ運転）用の高温水が要求された場合には、例えば７５〜８０℃の高温水を供給する。

所定温度の床暖房用温水は、一方の通水弁３０を介して一方の床暖房３へ供給されるとともに、他方の通水弁３１を介して他方の床暖房４へ供給される。各床暖房３，４からの戻りの温水は、各逆止弁３２，３３及び副熱交換器２３を介して暖房膨張タンク２６に戻される。浴室暖房装置５からの戻りの温水も副熱交換器２３を介して暖房膨張タンク２６に戻される。床暖房３，４で放熱し温度が低下した戻りの温水を副熱交換器２３に供給することで、燃焼ガス中の水蒸気を凝縮させて凝縮潜熱を回収することができる。これにより、戻りの温水を加熱・昇温させることができるので、熱効率が向上する。

図２は床暖房コントローラの構成を示す図である。床暖房コントローラ６，７は、暖房運転の開始・停止及び高速暖房運転（ホットダッシュ運転）の開始を設定する運転状態設定部５１と、目標とする温度（室温）を設定する温度設定部５２と、室温を検出する室温検出部５３と、床暖房運転制御部５４と、通水時間テーブル格納部５５と、運転状態等を表示する表示部５６と、データ通信部５７とを備える。

図３は通水時間テーブルの具体例を示す説明図である。通水時間テーブル格納部５５には、潜熱回収型熱源機２から供給される床暖房用温水の温度が低温（例えば４０〜４５℃）の場合の通水時間テーブル（低温用テーブル）５５Ｌと、基準温度（例えば６０℃）の場合の通水時間テーブル（通常用テーブル）５５Ｍと、高温（例えば７５〜８０℃）の場合の通水時間テーブル（高温用テーブル）５５Ｈとが設けられている。低温用テーブル５５Ｌは、床暖房側から熱源機へ低温水を要求し、熱源機から低温水が供給される場合に適用される。通常用テーブル５５Ｍは、基準温度を要求して基準温度の温水が供給される場合、及び、低温水を要求したが他の端末からの要求で基準温度の温水が供給される場合に適用される。高温用テーブル５５Ｈは、低温水または基準温度の温水を要求したが他の端末からの要求で高温水が供給される場合に適用される。各テーブル５５Ｌ，５５Ｍ，５５Ｈは、室温と設定温度との偏差Ｔ（Ｔ＝室温−設定温度）に対応して床暖房用温水の通水時間が予め設定されている。ここで、通水時間は所定周期（ここでは２０分）の中で温水を通水する時間を示している。例えば通水時間が８分であれば通水停止時間は１２分となる。

図２に示す床暖房運転制御部５４は、運転状態設定部５１によって暖房運転開始の操作がなされると、基準温度（例えば６０℃）の温水要求をデータ通信部５７を介して図１に示した潜熱回収型熱源機２側の制御部２０へ供給する。制御部２０は、複数の端末から異なる温水温度の要求があった場合は、温度の高い要求を優先する。制御部２０は、熱源機２から供給する床暖房用温水の温度情報をデータ通信によって各床暖房コントローラ６，７へ供給する。

ここでは、他の端末から異なる温水温度の要求がなく、潜熱回収型熱源機２から基準温度（例えば６０℃）の床暖房用温水が供給されるとともに、供給する温水温度が基準温度（例えば６０℃）であることを示す温度情報が床暖房コントローラ６へ供給されるものとする。床暖房運転制御部５４は、室温と設定温度との温度偏差Ｔ（Ｔ＝室温−設定温度）を求め、通常用テーブル５５Ｍを参照して床暖房用温水の通水時間を求め、求めた通水時間の情報を制御部２０へ供給する。制御部２０は、床暖房コントローラ６側から供給された通水時間の情報に基づいて通水弁３０の開閉を制御する。具体的には、制御部２０は、２０分周期の中で床暖房コントローラ６から指定された通水時間だけ通水弁３０を通水状態（開弁状態）に制御し、残りの時間は通水弁３０を通水停止状態（閉弁状態）に制御する。これにより、温度偏差Ｔに対応して所定周期内での通水時間の比率（通水デューティ比）が制御され、床暖房３の放熱量が調整される。

なお、床暖房コントローラ６内の床暖房運転制御部５４は、高速暖房運転（ホットダッシュ運転）開始の操作がなされた場合は、熱源機２に高温水を要求し、高温水を所定時間又は室温が所定値に達するまで連続して循環させた後に、熱源機２に基準温度の温水を要求し、通常用テーブル５５Ｍを用いた通常運転状態に移行する。また、床暖房コントローラ６は、通常運転状態（基準温度の温水が供給されている状態）において、他の端末からの要求で高温水が供給される場合には、高温用テーブル５５Ｈを用いて通水時間を制御する。高温用テーブル５５Ｈを用いることで通水時間が短縮され、過度の温度上昇が抑制される。

床暖房コントローラ６は、通常運転状態（基準温度の温水が供給されている状態）において、温度偏差Ｔが予め設定した値（第１の値）になった場合には、熱源機２に低温水を要求する。床暖房コントローラ６は、熱源機２から低温水が供給されている低温水運転状態では、低温用テーブル５５Ｌを用いて低温水の給水時間を制御する。床暖房コントローラ６は、低温水運転状態で室温が所定温度低下した場合には、熱源機２に基準温度の温水を要求し、通常用テーブル５５Ｍを用いた通常運転状態へ復帰する。通常運転状態から低温水運転状態へ切り替える際の温度偏差に対して低温水運転状態から通常運転状態へ復帰する際の温度偏差を所定温度低い値（第２の値）に設定し、切替にヒステリシス特性を持たせることで、運転状態が頻繁に切り替わるのを防止するとともに、低温水運転状態の継続時間を長くして熱源機２の潜熱回収機能が有効に発揮されるようにしている。

図４は通常運転状態と低温水運転状態との切替動作の一具体例を示す図である。床暖房コントローラ６は、通常運転状態（熱源機２から基準温度の温水が供給されている状態）で温度偏差が１．０℃を越えた時点で、熱源機２に低温水の供給を要求する。床暖房コントローラ６は、熱源機２から要求した低温水が供給されると、低温水に対応した制御テーブル（低温用テーブル）５５Ｌに切り替える。床暖房コントローラ６は、室温が低下し温度偏差Ｔが０℃以下になった時点で、熱源機２に基準温度の温水の供給を要求する。床暖房コントローラ６は、熱源機２から要求した基準温度の温水が供給されると、基準温度の温水に対応した制御テーブル（通常用テーブル）５５Ｍに切り替える。

なお、図４では、通常運転状態から低温水運転状態への移行条件を温度偏差が１．０℃を越えた時点とし、低温水運転状態から通常運転状態へ復帰する条件を温度偏差Ｔが０℃以下になった時点とする例を示したが、これらの条件は任意に設定することができる。例えば、温度偏差が１．５℃を越えた時点で低温水運転状態へ移行し、温度偏差が−０．５℃以下になった時点で通常運転状態へ復帰するようにしてもよい。

床暖房コントローラ６は、低温水を要求している状態で、他の端末からの要求によって基準温度の温水又は高温水が供給された場合は、通常用テーブル５５Ｍ又は高温用テーブル５５Ｈを用いて通水時間の制御を行なう。低温水を要求している際に他の温度の温水が供給された場合の通水時間制御テーブルを設けるようにしてもよいが、既存のテーブルを利用することでソフトウェアのメモリ容量の削減や簡素化が可能となる。

本発明の一実施の形態に係る温水式床暖房装置の模式図である。 本発明の一実施の形態に係る温水式床暖房装置の床暖房コントローラの構成を示す図である。 通水時間テーブルの具体例を示す説明図である。 通常運転状態と低温水運転状態との切替動作の一具体例を示す図である。

符号の説明

１ 温水式床暖房装置
２ 潜熱回収型熱源機
３，４ 床暖房（床暖房端末）
６，７ 床暖房コントローラ
２０ 制御部
２１ ガスバーナ
２２ 主熱交換器
２３ 副熱交換器
５２ 温度設定部
５３ 室温検出部
５４ 床暖房運転制御部
５５ 通水時間テーブル格納部
５５Ｌ 低温用テーブル（低温水用の通水時間テーブル ）
５５Ｍ 通常用テーブル（基準温度用の通水時間テーブル）
５５Ｈ 高温用テーブル

Claims (4)

1. 床に敷設した温水管路に潜熱回収型熱源機で生成した温水を循環させて暖房を行なう温水式床暖房方法であって、
   前記熱源機から基準温度の温水を供給し、基準温度用の通水時間テーブルを参照して室温と設定温度との偏差に基づいて所定時間内における通水時間を制御する通常運転状態と、
   前記熱源機から前記基準温度よりも低温の低温水を供給し、低温水用の通水時間テーブルを参照して室温と設定温度との偏差に基づいて所定時間内における通水時間を制御する低温水運転状態とを切り替え、
   前記低温水運転状態で他の暖房端末からの要求により前記基準温度の温水が供給される場合は、前記基準温度用の通水時間テーブルを参照して所定時間内における通水時間を制御すること
   を特徴とする温水式床暖房方法。
2. 請求項１記載の温水式床暖房方法において、
   前記通常運転状態で前記偏差が第１の値に達したら前記低温水運転状態へ切り替え、前記偏差が前記第１の値より小さな第２の値になったら前記通常運転状態へ復帰させること
   を特徴とする温水式床暖房方法。
3. 潜熱回収型熱源機と、
   床に敷設され、前記熱源機で生成した温水を循環させる温水管路と、
   前記熱源機から基準温度の温水を供給し、基準温度用の通水時間テーブルを参照して室温と設定温度との偏差に基づいて所定時間内における通水時間を制御する通常運転状態と、前記熱源機から前記基準温度よりも低温の低温水を供給し、低温水用の通水時間テーブルを参照して室温と設定温度との偏差に基づいて所定時間内における通水時間を制御する低温水運転状態とを切り替え、前記低温水運転状態で他の暖房端末からの要求により前記基準温度の温水が供給される場合は、前記基準温度用の通水時間テーブルを参照して所定時間内における通水時間を制御する制御部と
   を有することを特徴とする温水式床暖房装置。
4. 請求項３記載の温水式床暖房装置において、
   前記制御部は、前記通常運転状態で前記偏差が第１の値に達したら前記低温水運転状態へ切り替え、前記偏差が前記第１の値より小さな第２の値になったら前記通常運転状態へ復帰させること
   を特徴とする温水式床暖房装置。