JP4272466B2

JP4272466B2 - 床下の蓄熱構造

Info

Publication number: JP4272466B2
Application number: JP2003144342A
Authority: JP
Inventors: 晴男埴淵; 徹也梅野
Original assignee: Sekisui House Ltd
Current assignee: Sekisui House Ltd
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2023-05-22
Also published as: JP2004347220A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主として住宅の冷暖房に利用する温熱又は冷熱を床下空間において蓄熱するための蓄熱構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、住宅の床下空間を暖めて、室内を間接的に暖房するといった試みがなされている。この場合、空調機器によって直接室内を暖房するときのような不快なドラフトが発生せず、また燃焼系の暖房機器によって直接室内を暖房するときのような室内の空気汚染もなくすことができ、床表面温度の上昇によって床暖房の特徴に近いマイルドな温熱環境を実現できる。しかし、直接室内を暖房する場合と比較して、熱損失が多く、運転コストが高くなるいった問題があった。
【０００３】
このため、床下空間を暖めて室内を間接的に暖房するにあたっては、安価な深夜電力の有効利用が可能な蓄熱方式が望ましい。
【０００４】
この種の蓄熱方式を適用したものとしては、例えば特許文献１乃至３に開示されたものがある。これらはいずれも、床下空間における床板の裏面側に設置した専用の蓄熱材に対して、床下空間に設置したダクトから放出した温風を当てることにより、温風と蓄熱材との間で熱交換させて、温風の温熱を蓄熱材に蓄熱させるようにしており、その蓄熱材からの放熱によって室内を間接的に暖房するようになっている。従って、夜間、深夜電力を積極的に利用して床下空間に温風を放出して、蓄熱材に蓄熱させておけば、その後は間欠的に床下空間を暖めるだけで室内を所定温度に維持することができ、運転コストを抑えることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開2002-195587号公報
【特許文献２】
特開2002-115859号公報
【特許文献３】
特開2001-304594号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように床下空間に専用の蓄熱材を設ける場合には、構造が複雑で施工が煩雑となり、設備コストが高騰するといった問題があった。
【０００７】
一方、構造の簡略化及び設備コストの低減を図るために、専用の蓄熱材を用いずに、例えば既設の土間コンクリート等を蓄熱材として利用して、床下空間に導入した温風の温熱を土間コンクリートに蓄熱させるといった方法も考えられるが、単に床下空間に温風を導入するだけでは、導入した温風は上昇するので、床下空間の底部に敷かれている土間コンクリートに効率良く接触させることが困難となり、蓄熱効率が悪くなって、逆に運転コストが高騰してしまうといった問題が起こり得る。
【０００８】
そこで、この発明は、上記の不具合を解消して、構造が簡単で、しかも蓄熱効率の低下を抑えて、設備コスト及び運転コストの低減を図ることができる床下の蓄熱構造の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明の蓄熱構造は、床下空間に設けた土間コンクリートの表面に沿って、その土間コンクリートの表面に沿って拡がる扁平状のダクトを配設して、そのダクトにおける前記土間コンクリートの表面に面した下面を開放し、前記ダクト内に導入した温風又は冷風を、前記土間コンクリートの表面を這わすようにして直接接触させることで、前記土間コンクリートに温熱又は冷熱を蓄熱させるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
具体的には、前記ダクト内の通気路における前記土間コンクリートの表面からの高さを、３ｃｍ〜１０ｃｍ望ましくは３ｃｍ〜５ｃｍとしている。
【００１１】
さらに、前記ダクトのほぼ全体を、断熱材料によって形成したり、或いは、蓄熱材料によって形成している。
【００１２】
さらにまた、前記ダクトに、ダクト内に導入した温風又は冷風を前記床下空間に排出する排気口を設けている。
【００１３】
また、前記ダクトに、ダクト内に導入した温風又は冷風を蛇行させながら導く邪魔板を設けたり、前記ダクト内に導入した温風又は冷風が接触する土間コンクリートの表面に、凹凸を設ける場合もある。
【００１４】
さらに、ヒートポンプを熱源とした温風又は冷風を、前記ダクト内に導入するようにしている。また、前記ヒートポンプの室内機を前記床下空間に設置して、前記床下空間の空気を前記室内機に取り込ませるようにしている。
【００１５】
さらにまた、前記床下空間に配設した束材によって、前記ダクトを前記土間コンクリートに押さえ付けて固定している。また、前記床下空間を囲む外周基礎に沿って、前記床下空間から外部への放熱を抑えるための断熱材を設けている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。この発明の一実施形態に係る蓄熱構造においては、図１及び図２に示すように、住宅の床下空間(１)に設けた土間コンクリート(２)の表面に沿ってダクト(３)を配設して、その一端側に整流用ダクト(４)を介してヒートポンプ(５)の室内機(６)が接続されている。そして、ヒートポンプ(５)を熱源とした温風又は冷風を、整流用ダクト(４)を介してダクト(３)内に導入して、蓄熱体としての土間コンクリート(２)と熱交換させて、土間コンクリート(２)に温熱又は冷熱を蓄熱させるようになっている。なお、ヒートポンプ(５)の室外機(７)は、屋外に設置されていて、床下空間(１)を囲む外周基礎(30)を貫通した冷媒管(９)を介して室内機(６)と接続されている。
【００１７】
床下空間(１)には、外周基礎(30)に沿って断熱材(31)が設けられていて、床下空間(１)から外部への放熱を抑えている。この断熱材(31)は、外周基礎(30)の立ち上がり内面と土間コンクリート(２)の外周縁とに跨るようにして断面略Ｌ字状に配されている。
【００１８】
ダクト(３)は、図３及び図４に示すように、例えば土間コンクリート(２)の表面に互いに平行に配した一対の脚部(10)(10)と、これら脚部(10)(10)の上面間に跨るようにして設置した上面部(11)とを備え、土間コンクリート(２)の表面に面した下面は開放されている。
【００１９】
脚部(10)(10)は、例えば断熱材料である長尺の木製角材からなり、その高さが３ｃｍ〜１０ｃｍ、望ましくは３ｃｍ〜５ｃｍ、その長さが８ｍ〜１０ｍに設定され、０．８ｍ〜０．９ｍの間隔をあけて配置されている。上面部(11)は、例えば断熱材料である長尺の木製板材からなり、その幅が０．９ｍ〜１ｍ、その長さが８ｍ〜１０ｍ、厚みが約５ｃｍに設定されている。なお、脚部(10)(10)及び上面部(11)は、合成樹脂等のその他の断熱材料によって形成しても良い。また、脚部(10)(10)の間に、さらに別の脚部(10)を配置しても良い。
【００２０】
従って、このダクト(３)は、土間コンクリート(２)の表面に沿って拡がる扁平状に形成されて、一直線上に延びており、ダクト(３)内の通気路(15)は、その幅が０．８ｍ〜０．９ｍ、その長さが８ｍ〜１０ｍ、土間コンクリート(２)の表面からの高さが３ｃｍ〜１０ｃｍ、望ましくは３ｃｍ〜５ｃｍとなっている。これにより、ダクト(３)内の通気路(15)を通過する温風又は冷風は、土間コンクリート(２)の表面を這うように低く流れながら、土間コンクリート(２)に直接接触するようになっている。
【００２１】
なお、通気路(15)における土間コンクリート(２)の表面からの高さを３ｃｍ〜１０ｃｍとした理由としては、３ｃｍよりも低いと、温風又は冷風の通過に際しての圧力損失が大きくなって、送風効率が悪くなり、また１０ｃｍよりも高いと、温風又は冷風が土間コンクリート(２)の表面に効果的に接触し難くなり、蓄熱効率が悪くなるからである。
【００２２】
また、このダクト(３)においては、脚部(10)(10)の上下面に例えば厚さ３ｍｍ程度の気密材(16)(16)が取り付けられていて、土間コンクリート(２)と脚部(10)(10)との間、脚部(10)(10)と上面部(11)との間からの温風又は冷風の漏れを防止している。
【００２３】
さらに、ダクト(３)の室内機(６)側とは反対側すなわち他端側において、上面部(11)に排気口(20)が形成されており、土間コンクリート(２)と熱交換した後の通気路(15)の温風又は冷風を床下空間(１)に排出するようになっている。
【００２４】
また、ダクト(３)の上面部(11)には、通気路(15)に突出する複数の邪魔板(21)(21)…が千鳥足状に取り付けられていて、通気路(15)を通過する温風又は冷風を蛇行させながら導くようになっている。そして、ダクト(３)によって覆われた土間コンクリート(２)の表面すなわち通気路(15)の温風又は冷風が接触する土間コンクリート(２)の表面は、砂利等を敷き詰めることでに粗面化されて、凹凸(22)が設けられている。このように通気路(15)に邪魔板(21)(21)…を設けたり、土間コンクリート(２)の表面に凹凸(22)を設けることで、通気路(15)を通過する温風又は冷風の流れを乱すとともに、温風又は冷風と土間コンクリート(２)との接触面積を増大させて、熱交換効率を高めるようにしている。
【００２５】
上記のダクト(３)は、その上面部(11)と床部材(33)との間に突っ張り固定された鋼製束材(25)(25)…によって、土間コンクリート(２)に押さえ付けられた状態で固定されている。このように、床施工に一般的に用いる鋼製束材(25)(25)…によってダクト(３)を簡便に固定して、施工費を抑えている。なお、図中、(26)(26)…は、土間コンクリート(２)の表面に固定されて大引等を受ける通常の鋼製束材である。
【００２６】
ヒートポンプ(５)としては、一般に「エアコン」と称される廉価な家庭用の汎用ヒートポンプが用いられている。このヒートポンプ(５)においては、コンプレッサにより圧縮した冷媒を室内機(６)と室外機(７)との間で循環させて、室内機(６)側において冷媒と床下空間(１)の空気とを熱交換させることで、温風や冷風を作り出すようになっている。そして、室内機(６)に設けた図示しないファンによって、温風又は冷風を整流用ダクト(４)へ送り出している。なお、ヒートポンプとして、より熱効率の高い水冷ヒートポンプや炭酸ガス(ＣＯ2)ヒートポンプを用いるようにしても良い。
【００２７】
整流用ダクト(４)は、室内機(６)からダクト(３)へ向けて断面形状が変化しており、室内機(６)からダクト(３)へ温風や冷風をスムーズに流れ込ませて、送風時の圧力損失を抑えるようになっている。
【００２８】
次に、上記の蓄熱構造を用いた室内暖房について説明する。まず、ヒートポンプ(５)を作動させて暖房運転を開始すると、床下空間(１)の空気が室内機(６)内に取り込まれて加熱され、温風となってダクト(３)の通気路(15)へ送り込まれる。通気路(15)において、温風は邪魔板(21)(21)…や土間コンクリート(２)の凹凸(22)に当たりながら蛇行して流れる。これによって、温風と土間コンクリート(２)の表面との間で活発な熱交換がなされ、土間コンクリート(２)に温風の温熱が蓄熱される。熱交換後の温風は、ダクト(３)の排気口(20)から床下空間(１)へ排出されて、床下空間(１)を直接暖める。そして、床下空間(１)の空気は、再びヒートポンプ(５)の室内機(６)内に取り込まれて加熱され、温風となってダクト(３)の通気路(15)へ送り込まれるといった循環を繰り返す。
【００２９】
このような蓄熱工程は、例えば夜間の２３時頃から翌朝の７時頃までの安価な深夜電力を利用できる時間帯に行う。この間、ダクト(３)内の空気温度、土間コンクリート(２)の表面温度及び床下空間(１)の温度が上昇し、外気温度が低下しているにもかかわらず、室内温度は１８℃前後に保たれる。
【００３０】
そして、例えば７時頃から１５時頃までの間は、ヒートポンプ(５)の作動を停止して、土間コンクリート(２)に蓄熱された熱を放熱させて室内を暖房する放熱工程とする。このとき、ほぼ全体が断熱材料によって形成されているダクト(３)によって、土間コンクリート(２)の高温となった蓄熱部位が覆われているので、土間コンクリート(２)に蓄熱した熱が過度に放熱することなく、長時間に亘って徐々に放熱して室内を暖房する。この放熱工程では、ダクト(３)内の空気温度、土間コンクリート(２)の表面温度及び床下空間(１)の温度は低下するが、室内温度は上昇する。
【００３１】
１５時頃になると、外気温度の低下も相俟って、室内温度が下がり始める。すると、ヒートポンプ(５)のファンのみを作動させて送風運転を開始し、ダクト(３)の通気路(15)に床下空間(１)の空気を送り込む。この送り込まれた空気は、土間コンクリート(３)の余熱によって暖められた後、床下空間(１)に排出されて、床下空間(１)を直接暖める。このとき、ダクト(３)内の空気温度、土間コンクリート(２)の表面温度は低下するが、床下空間(１)の温度は僅かに上昇してからほぼ一定となり、室内温度は２０℃前後に維持される。このような送風工程を、例えば夜間の２３時頃まで行って、２３時頃からは再び蓄熱工程に戻って上記動作を繰り返す。従って、冬期において室内の温度を１５℃以上に保つことができ、ベース暖房として十分な能力を発揮する。なお、室内冷房に際しては、ヒートポンプ(５)の室内機(６)よりダクト(３)の通気路(15)へ冷風を送り込み、暖房時と同様の動作を繰り返す。
【００３２】
図６は、他の実施形態に係る蓄熱構造を示している。この蓄熱構造においては、ダクト(40)を同一平面上で折り返しており、ダクト(40)に導入した温風又は冷風は、逆方向に反転されて排気口(42)から室内機(６)へ向けて排出されるようになっている。このように、ダクト(40)の通気路の距離を長く確保することで、温風又は冷風と土間コンクリート(２)との熱交換領域を大きくして、蓄熱量の増大を図っている。
【００３３】
また、ダクト(40)の上面部(41)として、例えば蓄熱材料である熱容量の大きなコンクリート板を用いている。すなわち、ダクト(40)のほぼ全体を、蓄熱材料によって形成している。これにより、温風又は冷風をダクト(40)に導入したときに、土間コンクリート(２)及びダクト(40)の双方において温熱又は冷熱を蓄熱することになり、蓄熱効率を高めて蓄熱量の増大を図ることができる。しかも、このようにダクト(40)の上面部(41)に重量のあるコンクリート板を用いることで、上述したような束材を使用しなくても、コンクリート板の自重によってダクト(40)を土間コンクリート(２)上に固定することができる。
【００３４】
なお、ダクト(40)の上面部(41)は、コンクリート板以外のその他の蓄熱材料によって形成しても良い。また、上面部(41)だけでなく、脚部についても蓄熱材料によって形成しても良い。また、ダクト(40)の形状としては、上記のように同一平面上で折り返すだけでなく、同一平面上で略Ｌ形や波形に曲げて距離をかせぐようにしても良い。
【００３５】
その他にも、例えば図７に示すように、ダクト(50)を上下に重なるように折り返して、通気路の距離をかせぐようにしても良い。この場合においても、ダクト(50)の上面部(51)として蓄熱材料であるコンクリート板等を用い、脚部(52)として木製角材等を用いているが、脚部(52)についても蓄熱材料によって形成しても良い。
【００３６】
この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば図１乃至図４に示す実施形態のダクトとして、そのほぼ全体を蓄熱材料によって形成したダクトを用いるようにしても良い。また、図６及び図７に示す実施形態のダクトとして、そのほぼ全体を断熱材料によって形成したダクトを用いるようにしても良い。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明では、ダクトに導入した温風又は冷風を、土間コンクリートの表面を這わしながら直接接触させて、既存の土間コンクリートに温熱又は冷熱を効率良く蓄熱させるようにしているので、専用の蓄熱材を必要としない簡単な構造でありながら、蓄熱効率の低下を抑えて、その蓄熱した熱を室内の冷暖房に有効に利用することができる。
【００３８】
従って、設備コスト及び運転コストを低減した床下蓄熱方式の室内冷暖房を実現できる。しかも、床下空調の効果で、床下温湿環境を年間を通して良好に保つことができる。
【００３９】
また、ダクトのほぼ全体を断熱材料によって形成して、土間コンクリートに蓄熱した熱の過度の放熱を抑えることで、室内の冷暖房を安定して継続することができる。
【００４０】
さらに、ダクトのほぼ全体を蓄熱材料によって形成して、土間コンクリート及びダクトの双方において温熱又は冷熱を蓄熱することによって、蓄熱効率を高めて蓄熱量の増大を図ることができる。
【００４１】
さらにまた、土間コンクリートとの熱交換後の温風又は冷風を床下空間に排出して、床下空間を直接冷暖房することで、室内の冷暖房効率をさらに高めることができる。
【００４２】
また、ダクト内の温風又は冷風を、邪魔板によって蛇行させたり、土間コンクリートの表面の凹凸に接触させることで、温風又は冷風の流れを乱すとともに、土間コンクリートとの接触面積を増大して、土間コンクリートとの熱交換効率を高めることができる。
【００４３】
さらに、温風又は冷風の熱源として廉価なヒートポンプを使用することで、設備コストをさらに低減することができる。また、このヒートポンプの室内機を床下空間に設置して、床下空間内で空気を循環させたり、この床下空間に基礎断熱を施すことで、床下空間における冷暖房効率及び蓄熱効率を高めて、運転コストをさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る蓄熱構造を示す縦断面図である。
【図２】同じくその平面図である。
【図３】同じくその要部の斜視図である。
【図４】同じくそのダクト部分の縦断面図である。
【図５】室内暖房における温度変化を示す図である。
【図６】他の実施形態に係る蓄熱構造の平面図である。
【図７】別の実施形態に係るダクトの要部縦断面図である。
【符号の説明】
(１) 床下空間
(２) 土間コンクリート
(３)(40)(50) ダクト
(５) ヒートポンプ
(６) 室内機
(15) 通気路
(20) 排気口
(21) 邪魔板
(22) 凹凸
(25) 束材
(30) 外周基礎
(31) 断熱材

Claims

床下空間に設けた土間コンクリートの表面に沿って、その土間コンクリートの表面に沿って拡がる扁平状のダクトを配設して、そのダクトにおける前記土間コンクリートの表面に面した下面を開放し、前記ダクト内に導入した温風又は冷風を、前記土間コンクリートの表面を這わすようにして直接接触させることで、前記土間コンクリートに温熱又は冷熱を蓄熱させるようにしたことを特徴とする床下の蓄熱構造。
前記ダクト内の通気路における前記土間コンクリートの表面からの高さを、３ｃｍ〜１０ｃｍ望ましくは３ｃｍ〜５ｃｍとした請求項１記載の床下の蓄熱構造。
前記ダクトのほぼ全体を、断熱材料によって形成した請求項１または２に記載の床下の蓄熱構造。
前記ダクトのほぼ全体を、蓄熱材料によって形成した請求項１または２に記載の床下の蓄熱構造。
前記ダクトに、ダクト内に導入した温風又は冷風を前記床下空間に排出する排気口を設けた請求項１乃至４のいずれかに記載の床下の蓄熱構造。
前記ダクトに、ダクト内に導入した温風又は冷風を蛇行させながら導く邪魔板を設けた請求項１乃至５のいずれかに記載の床下の蓄熱構造。
前記ダクト内に導入した温風又は冷風が接触する土間コンクリートの表面に、凹凸を設けた請求項１乃至６のいずれかに記載の床下の蓄熱構造。
ヒートポンプを熱源とした温風又は冷風を、前記ダクト内に導入するようにした請求項１乃至７のいずれかに記載の床下の蓄熱構造。
前記ヒートポンプの室内機を前記床下空間に設置して、前記床下空間の空気を前記室内機に取り込ませるようにした請求項８記載の床下の蓄熱構造。
前記床下空間に配設した束材によって、前記ダクトを前記土間コンクリートに押さえ付けて固定した請求項１乃至９のいずれかに記載の床下の蓄熱構造。
前記床下空間を囲む外周基礎に沿って、前記床下空間から外部への放熱を抑えるための断熱材を設けた請求項１乃至１０のいずれかに記載の床下の蓄熱構造。