JP4359556B2 - 建物における暖、冷房装置 - Google Patents

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Description

本発明は、建物の暖、冷房装置、特に、床構造体を利用した新規な建物の暖、冷房装置に関するものである。
従来、建物において、室内の天井や床を輻射放熱部あるいは受熱部として、これらを加熱、冷却し、輻射伝熱により暖、冷房を行なうようにした暖、冷房手段や、熱源からの熱を建築材料などを通して高温部から低温部へと流して、熱伝導による暖、冷房を行なうよにした暖、冷房手段が知られている(たとえば、非特許文献1参照)。
また、床下や天井に熱媒体の流通パイプを配管し、この流通パイプにボイラなどで加熱した熱媒体を流通させ、その熱媒体からの輻射熱により居室内を暖房するようにしたものも既に知られている(たとえば、非特許文献2参照)。
図書「建築用語ポケットブック」 環境工学・設備偏 丸善株式会社発行 図書「イラストでわかる空調の技術」 学芸出版社発行
ところで、床下に熱媒体の流通パイプを配管して、該流通パイプを流れる熱媒体からの熱負荷で、床板を通して居住空間内の暖、冷房を行なうようにしたものでは、流通パイプ内の熱媒体からの熱を居住空間へ効率よく伝達させるのが難しく、また、熱媒体を流通させる流通パイプを床下に配管するための配管作業が面倒である上に、該流通パイプを変移することなく所定位置に支持するのに特別の支持手段が必要になるばかりでなくその支持構造が複雑化してコスト高を招くという問題がある。
本発明はかかる実情に鑑みてなされたもので、床板の支持部材である複数の大引ビームを利用して熱媒体の流通パイプを所定位置に確実に支持すると共に該流通パイプを流れる熱媒体からの輻射熱あるいは伝導熱により熱効率のよい暖、冷房を行なうことができるようにした、新規な建物における暖、冷房装置を提供することを目的とするものである。
前記目的達成のため、請求項1記載の発明は、建物の床支持部に、複数の大引ビームを並列支持し、それらの大引ビーム上に床板を敷設し、床下に設けられる流通パイプを流れる熱媒体からの熱負荷により床板を通して居住空間を暖、冷房するようにした、建物における暖、冷房装置であって、熱源に接続される可撓性の熱媒体の流通パイプは、前記複数の大引ビームに沿って順次にジグザグ状に配管されると共に各大引ビーム内ではその長手方向に沿ってループ状に迂回配管されており、大引ビームの、アリ溝状の上部および下部内には、前記流通パイプが大引ビームに接触された状態で着脱可能に収容され、弾性ブロックにより大引ビームの上部および下部内に弾発支持されることを特徴とする。
前記目的達成のため、請求項2記載の発明は、前記請求項1記載のものにおいて、前記各大引ビームは、金属板により断面Σ状に形成されてアリ溝状の上部および下部を有し、その上部および下部内には、前記流通パイプが大引ビームに接触された状態で着脱可能に収容され、弾性ブロックにより大引ビームの上部および下部内に弾発支持されることを特徴としている。
前記目的達成のため、請求項3記載の発明は、前記請求項1または2記載のものにおいて、前記熱媒体の流通パイプは、大引ビームの一端部より該大引ビーム内に装入されて大引ビームの断面アリ溝状の下部内を往行して大引ビームの他端部に至り、ここで反転して大引ビームの断面アリ溝状の上部内を復行して大引ビームの一端部より外部に延出されることを特徴としている。
前記目的達成のため、請求項4記載の発明は、前記請求項1記載のものにおいて、前記各大引ビームは、木材により形成され、その側面に、止具をもって前記流通パイプが支持されることを特徴としている。
前記目的達成のため、請求項5記載の発明は、前記請求項1,2また3記載のものにおいて、前記建物は、コンクリート躯体を骨格とする集合住宅であることを特徴としている。
前記目的達成のため、請求項6記載の発明は、前記請求項1または4記載のものにおいて、前記建物は、木造の戸建住宅であることを特徴としている。
請求項1記載の発明によれば、流通パイプを流れる熱媒体より放散される熱は、床下空間から床板を介して居住区間に伝達することができ、熱効率を高めて冷、暖房能率を大幅に向上させることができる。また、熱媒体の流通パイプは、大引ビームを利用して支持することができるため、流通パイプの支持手段が大幅に簡素化される。
請求項2記載の発明によれば、熱媒体の流通パイプは、別個に支持部材や止具を必要とすることなく、大引ビームに支持することができるため、流通パイプの支持手段が大幅に簡素化される。また、流通パイプの大引ビームへの組付けおよび取外し操作を何らの道具を必要とせずに行なうことができるため、それらの操作をきわめて容易に短時間で行なうことができる。全体として暖、冷房装置の施行コストおよびその後のメンテナンスコストの大幅なコストダウンを図ることができ、さらに、熱媒体の流通パイプは、複数の大引ビームの任意の個所に選択的に配管範囲を決めて装着することができることから、居住空間の暖、冷房個所の選択自由度が高められ、床面積の大小に応じて流通パイプの配管範囲を自由に選択することができる。
請求項3記載の発明によれば、熱媒体の流通パイプを、大引ビームの下部および上部に往復行して迂回配置することができ、大引ビームへの流通パイプの配管密度が高められ、一層能率のよい暖、冷房を行なうことができる。
請求項4記載の発明によれば、流通パイプを、木材よりなる大引ビームの側面の適宜箇所に止具により簡単容易に支持することができる。
請求項5記載の発明によれば、冷、暖房装置をコンクリート躯体を骨格とする集合住宅に有効に適用することができる。
請求項6記載の発明によれば、冷、暖房装置を、戸建の木造住宅に有効に適用することができる。
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に例示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。
まず、図1〜9を参照して、本発明の第1実施例について説明するに、この第1実施例は、本発明の暖、冷房装置を正梁構造を備えた、コンクリート躯体を有する集合住宅に実施した場合である。
図1は、本発明暖、冷房装置を備えた集合住宅の一部の縦断面図、図2は、図1の2−2線に沿う一部破断平面図、図3は、大引ビームに設けられる暖、冷房装置の一部の斜視図、図4は、図2の4−4線に沿う拡大断面図、図5は、図4の5−5線に沿う断面図、図6は、図4の6−6線に沿う断面図、図7は、図2の7−7線に沿う拡大断面図、図8は、図7の8−8線に沿う拡大断面図、図9は、熱媒体の流通パイプの配管系統図である。
図1,2において、集合住宅の骨格を構成する、正梁構造のコンクリート躯体Fは、水平方向に延びて、建物を複数の階層に区画する水平躯体部分Fhと、鉛直方向に延びて上下の水平躯体部分Fhを相互に連結する鉛直躯体部分Fvを備えている。
水平躯体部分Fhは、居住空間Dwを上下に仕切る床スラブSfを備え、この床スラブSfの左右両側には正大梁Bbが下向きに一体に突設されて、所謂「正梁構造」に構成されている。また、鉛直躯体部分Fvは、居住空間Dwの四隅に立設される躯体柱1と、並列する躯体柱1間を連結する鉛直躯体壁2,3とを備える。
各階層の居住空間Dwの床スラブSf上には、床構造体Frが配設される。床構造体Frは各階層とも同じ構造を備えており、床スラブSfとの直接接触が回避されて、鉛直躯体壁2,2に支持される。コンクリート躯体Fの床スラブSf上には、その全域にわたり鉛直方向の間隙D1を存して複数本の大引ビーム5…が一平面上で平行に並列される。それらの大引ビーム5…の両端部は、それらの大引ビーム5…と直交して鉛直躯体壁2,2に固定支持される左右ビーム受8,8により一体に連結支持される。そして、複数本の大引ビーム5…と、左右ビーム受8,8とは閉鎖枠状をなして、床構造体Frが補強される。
図3,5に明瞭に示すように、各大引ビーム5は、亜鉛鋼板などの耐錆性の金属板を屈曲形成して横断面Σ状に構成され、鉛直部5vと、その上下に傾斜面を介して接続される断面アリ溝状の上、下部5u,5dとよりなり、充分な剛性を確保しながら軽量に形成される。
図4,5,7に示すように、ビーム受8は、横断面アングル状の等辺山形鋼により形成されていて、水平半部8hと、その一端部より下方に垂下する鉛直半部8vとより構成され、その水平半部8hには、大引ビーム5の上端部5uがボルト・ナット10により防振ゴム14を介して固定、支持されており、また、その鉛直半部8vは、複数本の大引ビーム5…の端面を横切るように下向きに延びていて、相隣り合う大引ビーム5,5の間で、複数のアンカーボルト12を以て鉛直躯体壁2,2にそれぞれ固定される。
かくして、床スラブSf上に鉛直方向の間隙D1を存して配設される複数本の大引ビーム5…は、それらの大引ビーム5…の両端部が水平方向の比較的小さい隙間D2を存して鉛直躯体壁2の側面に対向配置されると共に、弾性体としての防振ゴム14およびビーム受8を介して鉛直躯体壁2にそれぞれ支持され、床スラブSfおよび鉛直躯体壁2,2に直接接触することがない。複数本の大引ビーム5…上には、フローリング材などよりなる床板7が敷設される。
図1,4および7に示すように、床スラブSfには、断熱材16が敷設される。この断熱材16は、熱の床スラブSへの伝達による熱損失の低減と、居住空間Dwへの供給熱量の増加に寄与して、後述する暖、冷房装置による居住空間Dwの暖、冷房効率を向上させる。
つぎに、本発明にかかる暖、冷房装置の構成について説明する。
図1,9に示すように、一階層の床スラブSf上には、ボイラーなどの熱源20が設置され、この熱源20の出口には、開閉弁21および循環ポンプ23を介して熱媒体すなわち温、冷水の供給ヘッダ24が接続されており、また、熱源20の入口には、開閉弁22を介して熱媒体の還流ヘッダ25が接続されている。供給ヘッダ24には、複数の供給分配ポート24p…が設けられ、これらの供給分配ポート24p…には、分配弁27…を介して熱媒体すなわち温水または冷水の流通パイプ30の上流端がそれぞれ接続されており、また複数の還流分配ポート25p…には、複数の還流弁28…を介して流通パイプ30の下流端がそれぞれ接続される。複数の熱媒体の流通パイプ30は、建物の各階層へと導かれ、各居住空間Dwの床下空間に配管される。
熱媒体、すなわち温水あるいは冷水の流通パイプ30は、ポリスチレンなどの伝熱性がよい可撓性合成樹脂パイプにより自在に屈曲できるように構成されており、コンクリート躯体Fの支持部に平行に支持される複数の大引ビーム5…に沿ってジグザグ状に配管されて、該大引ビーム5…により支持される。
図3に示すように、供給ヘッダ24より延びる流通パイプ50は、複数の大引ビーム…の内の一番目の大引ビーム5(以下、第1の大引ビーム5(1)という)の一端部より、断面アリ溝状の下部5d内に装入され、該下部5内を、その一端部より他端部に向けてその長手方向に往行配置され、第1の大引ビーム5(1)の他端部に達したところで、上向きに反転されたのち、第1の大引ビーム5(1)の断面アリ溝状の上部5u内を折り返して逆向きに復行配置されて、再び第1大引ビーム5の一端部に戻り、そこから外部に延出されて二番目の大引ビーム5(以下、第2の大引ビーム5(2)という)へと向かっており、該第2の大引ビーム5(2)内に装入される。第2の大引ビーム5(2)内では、流通パイプ30は、前記第1の大引ビーム5(1)内と同じようにその一端部から他端部へと往復行されて迂回配置され、その一端部から外部に延出されて第3の大引ビーム5へと向かう。このようにして流通パイプ30は、3番目、4番目…N番目の大引ビーム5内を順に往復行しながら図3に示すように複数の大引ビーム5…を順次にてジグザグ状に配管される。そして、N番目の大引ビーム5の他端部から外部に延長された流通パイプ30は、前記還流ヘッダ25に向かい、還流弁28…を介してその下流端が、還流ヘッダ25の還流分配ポート25p…に接続される。
ところで、熱媒体の流通パイプ30は、図6,8に示すように、各大引ビーム5内において変移しないように支持される。すなわち、各大引ビーム5の上部5uおよび下部5d内には、それらの長手方向に間隔をあけてゴムなどの弾性体よりなる複数の弾性ブロック32…が収容され、これらの弾性ブロック32…の弾性力により、各大引ビーム5の上部5uと下部5dの内面との間で、流通パイプ50は変移しないように着脱可能に弾発支持される。そして、その流通パイプ30は、各大引ビーム5の内面に密に接触されていて、該流通パイプ30を流れる温水または冷水からの熱は熱伝導により床板7に伝達されるようになっている。
つぎに、上記のように構成される暖、冷房装置の作用について説明するに、暖房、冷房のいずれの場合もその作用は同じであるので、以下に暖房、すなわち熱媒体として30°〜80°Cに加熱された温水が流通パイプ30を流れる場合について説明する。
いま、熱源20を稼働し、循環ポンプ23を運転すると共に開閉弁21を開弁すれば、熱源20により加熱された温水は、循環ポンプ23により供給ヘッダ24に圧送される。ここで、分配弁27および還流弁28を開弁すれば、温水は、流通パイプ30へと流れる。そして、流通パイプ30は、複数の大引ビーム5…に沿ってジグザグ状に配管されていることにより、図6,8実線矢印にて示すように、流通パイプ30を流れる温水より放散される輻射熱は、床下空間から床板7を万遍なく加熱し、さらに床板7に形成される隙間を経て居住空間Dwへと伝達されると同時に、流通パイプ30は、熱の伝導体である大引ビーム5に接触しているので、流通パイプ30を流れる温水から放散する熱は、図6,8点線矢印にて示すように、熱伝導によっても床板7を加熱することができ、全体として熱輻射および熱伝導により温水から発散する熱を居住空間Dwに伝達することができ、その結果、暖房能率が大幅に向上する。
また、冷房の場合には、熱源により20°C以下に冷却された、熱媒体としての冷水が、前記暖房の場合と同じく熱輻射および熱伝導により、床板7を冷して居住空間Dwの熱効率のよい冷房を行なうことができる。
また、この第1実施例では、前述のように流通パイプ30は、別個に支持部材や止具を必要とすることなく、大引ビーム5を利用して着脱可能に支持することができるため、熱媒体の流通パイプ30の支持手段が大幅に簡素化される。また、その流通パイプ30の大引ビーム5への組付けおよび取外し操作を何らの道具を必要とせずに行なうことができるため、それらの操作をきわめて容易に、短時間で行なうことができる。
さらに、熱媒体の流通パイプ30は、大引ビーム5の任意の個所に選択的に配管範囲を決めて配置することができることから、居住空間Dwの暖、冷房個所の選択自由度が高められ、床面積の大小に応じて流通パイプ30の配管範囲を自由に選択することができる。
つぎに、図10〜13を参照して本発明の第2実施例について説明する。
この第2実施例は、本発明暖、冷房装置を木造二階建ての戸建住宅に実施した場合であり、図中、前記第1実施例の要素と同じ要素には同じ符号が付される。
図10は、本発明冷、暖房装置を備えた二階建て木造戸建住宅の一部の断面図、図11は、大引ビームに設けられる冷、暖房装置の一部の斜視図、図12は、図10の12−12線に沿う拡大断面図、図13は、図11の13矢視仮想線囲い部分の拡大図である。
図1において、地盤Gr上に布基礎Cfが構築され、この布基礎Cf上にアンカーボルトをもって土台104が固定され、この土台104上に柱101が立設される。また、土台104には、相互に平行に配列される、複数の大引ビーム105が橋架支持され、各大引ビーム105の中間部は、地盤Gr上に束石108を介して立設され複数の床束109により支持される。複数の大引ビーム105上には、床板107が敷設され、前記複数の大引ビーム105および床板107により、一階層の床構造体が構成される。
一階層の柱101上には、横架材110が固定され、左右の横架材110間には、二階層の複数の大引ビーム105が橋架支持され、これらの大引ビーム105上には、床板107が敷設され、複数の大引ビーム105および床板107により、二階層の床構造体が構成される。二階層の大引ビーム105には、吊り部材113を介して一階層の天井114が吊り下げられる。
各階層の大引ビーム105は、図12,13に示すように、木材(たとえば、北海道産のトドマツ)により作られており、断面四角な、上部105uおよび下部105dと、それらを一体に結合する板状の中間部105nとより、横断面I字状に構成されている。上部105uの下面および下部105dの上面には、それぞれそれらの全長にわたり楔溝gが形成され、それらの楔溝gに、中間部105n上端および下端をそれぞれ一体に楔合されることにより、大引ビーム105が構成される。
図11〜13に示すように、複数の大引ビーム105には、温水などの熱媒体の流れる流通パイプ30(第1実施例と同じ)が支持される。流通パイプ30の、複数の大引ビーム105に対する配管態様は、前記第1実施例と同じであり、流通パイプ30は、各大引ビーム105の一端部から他端部へと順次に往復行されながら複数の大引ビーム105にジグザグ状に配管される。図12,13に明瞭に示すように、流通パイプ30は、大引ビーム105の中間部105nの側面上下に沿うように配管され、流体パイプ30を抱持するように設けた複数のU字状の止具120を、大引ビームの中間部に釘121などの固定具により固定して、流体パイプ30を大引ビーム105に一体に支持する。また、図10に示すように、戸建住宅の外の地盤Gr上に熱源20が配置されており、この熱源20には、前記第1実施例(図9参照)と同じく循環ポンプと供給ヘッダおよび還流ヘッダを介して流通パイプ30の供給側と戻り側とが接続される。
循環ポンプの運転により、熱媒体、たとえば温水は流体パイプ30内を流れ、この温水から放散される輻射熱は、図12、矢印に示すように、床下空間から床板107を万遍なく加熱し、さらに、床板107に形成される隙間を経て居住空間Dwへと伝達される。したがって、この第2実施例によれば、主に輻射熱により、温水から発散する熱を居住空間Dwに伝達することができる。
また、冷房の場合には、熱源20より20℃以下に冷却された、熱媒体としての冷水が、前記暖房の場合と同じく主として輻射熱により、床板107を冷やして居住空間Dwの冷房を行うことができる。
しかして、この第2実施例によれば、流通パイプ30を木製の大引ビーム105の側面に、該大引ビーム105に何らの加工を施すことなく、止具120を用いて釘121などにより簡単に取り付けることができ、その流通パイプ30の組付けおよび取り外し操作が容易である。また、流通パイプ30は、大引ビーム107の任意の箇所に選択的に配管範囲を決めて配置することができ、居住空間Dwの暖、冷房箇所の選択自由度が高められ、床面積の大小に応じて流通パイプ30の配管範囲を自由に選択することができる。
つぎに、図14を参照して本発明の第2実施例の第1の変形例について説明する。
図14は、大引ビームに流通パイプ30を支持した状態を示す斜視図である。
この第1の変形例は、止具220の構造が、前記第2実施例のものと異なっており、この止具220は、釘などの固定具を用いることなく、流通パイプ30を大引ビーム105に支持させることができるものであり、金属板のプレス加工などににより形成される止具220は、その上、下にかぎ状のフック部220fと、半円状の抱持部220eとが一体に形成される。フック部220fは大引ビーム105の上部の任意の箇所に着脱可能に弾発係止することができ、また、抱持部220eは流通パイプ30の任意の箇所を弾発抱持することができ、これにより、大引ビーム105の中間部105nの側面に複数の止具220により、釘などの固定具を用いることなく流通パイプ30を支持することができる。
つぎに、図15を参照して本発明の第2実施例の第2の変形例について説明する。
図15は、大引ビームに流通パイプを支持した状態を示す斜視図である。
この第2の変形例は、木製の大引ビーム105′の構造が、前記第2実施例のものと異なっており、その大引ビーム105′は横断面が細長い長方形の単体により形成され、その大引ビーム105′の側面の上、下に、前記第2実施例のものと同じ複数の止具120を用いて流通パイプ30が釘121で固定される。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。
たとえば、前記実施例では、本発明暖、冷房装置を正梁構造のコンクリート躯体を有する集合住宅および戸建住宅に実施した場合について説明したが、これを他の建物にも実施できることは勿論であり、また温、冷水に代えて他の同効の熱媒体を使用してもよい。
本発明暖、冷房装置を備えた集合住宅の一部の縦断面図(第1実施例) 図1の2−2線に沿う一部破断平面図 大引ビームに設けられる暖、冷房装置の一部の斜視図(第1実施例) 図2の4−4線に沿う拡大断面図(第1実施例) 図4の5−5線に沿う断面図(第1実施例) 図4の6−6線に沿う断面図(第1実施例) 図2の7−7線に沿う拡大断面図(第1実施例) 図7の8−8線に沿う拡大断面図(第1実施例) 熱媒体の流通パイプの配管系統図(第1実施例) 本発明冷、暖房装置を備えた二階建て木造戸建住宅の一部の断面図(第2実施例) 大引ビームに設けられる冷、暖房装置の一部の斜視図(第2実施例) 図10の12−12線に沿う拡大断面図(第2実施例) 図11の13矢視仮想線囲い部分の拡大図(第2実施例) 大引ビームに流通パイプを支持した状態を示す斜視図(第2実施例の第1変形例) 大引ビームに流通パイプを支持した状態を示す斜視図(第2実施例の第2変形例)
符号の説明
5・・・・・・・・・・・大引ビーム
5u・・・・・・・・・・上部(大引ビームの)
5d・・・・・・・・・・下部(大引ビームの)
7・・・・・・・・・・・床板
20・・・・・・・・・・熱源
30・・・・・・・・・・熱媒体の流通パイプ
32・・・・・・・・・・弾性ブロック
150・・・・・・・・・大引ビーム
150′・・・・・・・・大引ビーム
120・・・・・・・・・止具
121・・・・・・・・・止具
Dw・・・・・・・・・・・居住空間

Claims (6)

  1. 建物の床支持部に、複数の大引ビーム(5,105,105′)を並列支持し、それらの大引ビーム(5,105,105′)上に床板(7,107)を敷設し、床下に設けられる流通パイプ(30)を流れる熱媒体からの熱負荷により床板(7,107)を通して居住空間(Dw)を暖、冷房するようにした、建物における暖、冷房装置であって、
    熱源(20)に接続される可撓性の熱媒体の流通パイプ(30)は、前記複数の大引ビーム(5,105,105′)に沿って順次にジグザグ状に配管されると共に各大引ビーム(5,105,105′)内ではその長手方向に沿ってループ状に迂回配管されて、大引ビーム(5,105,105′)の側面に支持されていることを特徴とする、建物における冷、暖房装置。
  2. 前記各大引ビーム(5)は、金属板により断面Σ状に形成されてアリ溝状の上部(5U)および下部(5D)を有し、その上部(5u)および下部(5d)内には、前記流通パイプ(30)が大引ビーム(5)に接触された状態で着脱可能に収容され、弾性ブロック(32)により大引ビーム(5)の上部(5u)および下部(5d)内に弾発支持されることを特徴とする、前記請求項1記載の建物における暖、冷房装置。
  3. 前記熱媒体の流通パイプ(30)は、大引ビーム(5)の一端部より該大引ビーム(5)内に装入されて大引ビーム(5)の断面アリ溝状の下部(5d)内を往行して大引ビーム(5)の他端部に至り、ここで反転して大引ビーム(5)の断面アリ溝状の上部(5u)内を復行して大引ビーム(5)の一端部より外部に延出されることを特徴とする、前記請求項1または2記載の建物における冷、暖房装置。
  4. 前記各大引ビーム(105,105′)は、木材により形成され、その側面に、止具(120,220)をもって前記流通パイプ(30)が支持されることを特徴とする、前記請求項1記載の建物における冷、暖房装置。
  5. 前記建物は、コンクリート躯体(F)を骨格とする集合住宅であることを特徴とする、前記請求項1,2また3記載の建物における冷、暖房装置。
  6. 前記建物は、木造の戸建住宅であることを特徴とする、前記請求項1または4記載の建物における冷、暖房装置。
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