JP4499900B2 - 伝熱性床構造材及びこの床構造材を用いた床構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は床構造材及び同床構造材を用いた床構造に係り、特に床冷暖房構造に好適な床構造材及び床構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
家屋の床面下部に熱源を配置して、この熱源により暖房を行う床暖房、或いは床面下部に蓄熱媒体を配置することにより、冷暖房を行う構造が提案され、かつそのうちの幾つかは実用されている。
【０００３】
図７及び図８は発明者等が提案している床冷暖房構造を示す（特願平１１−３６７８９号、特願平１１−２９５６９９号、特願平１１−２９６６７９号等）。この構造の概略を示せば以下のとおりである。
【０００４】
図７及び図８において、根太と称される仕切材５２により構造物（家屋）の床面の下部に形成された空間内に袋状の水容器５０がそれぞれ配置されている。これらの水容器５０には例えば電気ヒータＥＨ等の熱源が配置されている。暖房時には電気ヒータＥＨ等の熱源からの熱は水容器５０に伝達され、水容器５０内の水Ｗはこの熱により循環流動して水容器５０全体が均一に加熱され、この熱が床面５１を介して室内に放熱される。
【０００５】
また、昼間に床面５１に照射する太陽光により、この床面５１を介して水容器５０内の水Ｗを昇温させ、夜間に放熱することにより電器ヒータＥＨの電力消費量を節減或いは不要にすることも可能である。なお加熱用の熱源の外に例えば冷水の通過するパイプ等を配置することによりこの構造を用いて夏期には冷房を行うことも可能である。
【０００６】
上記構成の床冷暖房構造では、充填された水Ｗの循環流動により水容器５０全体が均一に加熱或いは冷却されるため、加熱用熱源或いは冷却用熱源の何れも、水容器５０に対して小型に形成することができる。また媒体が比熱の大きい水であるため、熱源の温度調整を頻繁に行うことなく室内を安定して冷暖房することが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上の構成において、水容器５０内の水Ｗからの放熱、或いは床面に照射された太陽光の熱をこの水Ｗに対して蓄熱することの何れもが床面５１を介して行われる。このため床面５１自体は熱伝導性が高い方が蓄熱、放熱ともに効果的である。しかし、床面５１は通常木材（板材）により構成されている。
【０００８】
木材は多数の空隙を有する多孔質な材料であり、かつ空隙に対しては簡単に空気が通過できないため、独立した空隙を有する樹脂発泡体或いはこれに近いコルク等には及ばないものの、保温性、断熱性がかなり高い材料であるといえる。換言すれば木材は熱伝導性の低い材料である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の問題点に鑑み構成した床構造材及び同床構造材を用いた床構造であって、床構造材は熱伝導性の高い材料から構成され、かつ床面の全面、或いはほぼ全面を構成する床材（以下実施例を含めて「床表面材」とする）を配置する床表面材配置部と、この床面に露出しかつ床面の一部となる直接伝熱部とを有し、この床構造材を用いた床構造は、床構造材を例えば相互に連接配置し、かつ各床構造材の床表面材配置部に対して床表面材を配置することにより一体的な床面を形成するよう構成したことを特徴とする床構造材およびこの床構造材を用いた床構造である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
床構造材は例えばアルミニウム等の伝熱性の高い材料により構成されている。また床構造材は床面全体を支持する構造材であって、床構造材により床面支持構造が構成され、床表面材は基本的にはこの床構造材により構成された床面支持構造に対して配置されるだけであり、直接的には床面の支持構造の一部とはならい構造となっている。
【００１１】
床構造材の下部には熱源、或いは蓄熱材が配置され、床暖房時にはこれら熱源或いは蓄熱材からの熱は先ず床構造材の直接伝熱部から放熱され、続いて床構造材を介して昇温した床表面材からも放熱されることにより、床面全体として、熱源や蓄熱材の発熱に対する床面の熱応答性（発熱）を向上させる。また同様に床面を介して床面下部の蓄熱材に伝熱する場合も、先ずこの直接伝熱部を介して蓄熱材に伝熱する。
【００１２】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参考に説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示す。図中符号１は後述するように熱伝達性の高い材料から形成された伝熱性床構造材（以下単に「床構造材」とする）を示し、この床構造材１は図１の奥行き方向に対して長尺に形成された部材である。即ち、前述の図６を用いて説明すると、当該床構造材１は、各仕切材５２に差し渡されるようにして配置され、各床構造材１の長手方向側縁部が相互に密着するようにして水容器５０の上部空間に配置されることにより床面の支持構造が構成される。図１の構成は仕切り材５２に対してこのように配置された床構造材１の断面を示すものであり、図６の配置状態において、例えばＢ−Ｂ線による断面図として表現されるべき構成である。
【００１３】
上記床構造材１は熱伝達性の良好な材料、例えばアルミニウムにより形成され、かつ図示の断面形状のものは引抜き加工により比較的容易に形成することが可能である。
【００１４】
各床構造材１は同一の形状に構成されている。符号１ａは平板状の床構造材１の本体部、１ｂはこの本体部１ａの一側において本体長手方向に対して、当該本体部１ａに直交するよう鉛直方向に立設構成された第１直接伝熱部、１ｃは本体部１ａの他の一側において本体長手方向に形成された第２直接伝熱部である。この第１直接伝熱部１ｂと第２直接伝熱部１ｃとの間に床表面材を収納する床表面材配置部１ｄが形成される。
【００１５】
このように形成された床構造材１を、図示の如く相互に密着して配置することにより図６に示す水容器配置空間部の全てを覆い、全体として床面の支持構造を形成する。なお、図示の床構造材１では第１直接伝熱部１ｂの下部に切り欠き１ｂ´が形成され、かつ隣接する床構造材１の第２直接伝熱部１ｃに連続する凸部１ｃ´と相互に係合することにより、各床構造材１の係合を強固にしている。但し、このような切り欠き及び凸部の形成は本発明に必須の構成ではない。
【００１６】
２は各床構造材１の床表面材配置部１ｄに収納配置される床表面材である。図示の構成に於ける床構造材１を配置することにより床面の支持構造が形成されるため、この床表面材２自体は床構造材１により構成された床面の支持構造に対して単に配置されるだけであり、床構造を物理的に支持するものではない。このため従来では強度上使用不可能であった材料を床表面材２として利用することが可能となる。
【００１７】
各床構造材１に対して床表面材２を配置することにより床面が形成される。即ち、床面は第１直接伝熱部１ｂと隣接する床構造材１の第２直接伝熱部１ｃとからなる直接伝熱部、これに隣接する床表面材２、この床表面材２に隣接する他の直接伝熱部、この直接伝熱部に隣接する次の床表面材２というように、直接伝熱部と床表面材２が交互に配置されるようにして床表面が形成される。
【００１８】
なお、図示の床表面材２は木材であるが、前述の理由により木材に代えて各種の素材を床表面材２として利用することができ、これにより単に機能的な面のみならず床面に対して従来では考えられなかった装飾的効果を与えることも可能となる。例えば、床表面材２としてガラス、陶製品、煉瓦等等、従来では木造構造の床材としては殆ど対象とならなかった素材を使用することもできる。
【００１９】
一方、各床構造材１により構成された床支持構造の下部には水Ｗが充填された水容器５０が配置されている。
【００２０】
この構成において、例えば床暖房時には、温水となっている水Ｗの熱は熱伝導性の高い床構造材１の直接伝熱部（図示の構成では相互に隣接する第１直接伝熱部１ｂと第２直接伝熱部１ｃとにより構成）を経て床面から直ちに放熱される。一方、床表面材２は通常床構造材１よりも熱伝導性の低い材料から構成されているため、直接伝熱部よりも遅れて温度が上昇する。即ち、従来では全てこの床表面材２を介して放熱が行われていたため、水Ｗの加熱に対して床面温度上昇の応答性が悪かったが、この構成では早期に直接伝熱部から放熱されるため、床面温度上昇の応答性が大幅に向上する。電機ヒータやパイプ内を通過させる温水等の熱源により床面を直接暖房する形式の床暖房装置では、特に高い熱応答性を得ることができる。
【００２１】
一方図示のように床構造下部に水容器５０が配置されている構成では、この床構造を用いて蓄熱材である水Ｗに対して効果的な蓄熱が可能となる。即ち、床面に対して太陽光が照射している場合においては、冬季であっても室内温度が不必要に上昇する場合がある。例えば、床面下部空間に図１に示すような水Ｗが充填された水容器５０が配置されているにも係わらず、室内温度が不必要に上昇する事態が生じるとすれば、これは床面に照射した太陽光の熱が水容器５０内の水Ｗに十分伝達されず、室内に直接放熱されていることを意味する。これに対して図示の構成では、床面の一部が床構造材１の直接伝熱部となっているため、床表面材２の熱伝導性が悪くとも、この直接伝熱部および水容器５０に密着している本体部１ａを介して太陽光の熱は水容器５０内の水Ｗに効果的伝熱され、太陽光の熱は高効率で水Ｗに蓄熱し、例えば夜間等の室内暖房に有効に利用することが可能となる。
【００２２】
図２及び図３は第２の実施例を示す。
図中符号３は本実施例における床構造材を示し、３ａは床表面材配置部である。３ｂはこの床表面材配置部３ａの一側においてその長手方向に立設された直接伝熱部である。なおこの実施例においては直接伝熱部は床構造材３の一側についてのみ形成されている。
【００２３】
この実施例における直接伝熱部３ｂには、各床構造材３相互の膨張収縮、或いは床構造材３と床表面材２との膨張収縮を吸収する手段が設けられている。符号３ｂａはこの直接伝熱部３ａの長手方向に形成された溝部、３ｂｂは直接伝熱部３ａの下部において形成された溝部である。
【００２４】
一方符号３ｂｃは直接伝熱部３ａの床表面材配置部３ａ側の側縁に形成された床表面材係合用溝を示し、符号３ｂｄは隣接する床構造材（図３において符号３Ａで示す）が位置する側の側縁に形成された床表面材係合用突条である。
【００２５】
この構成において、各床構造材３は直接伝熱部３ａを形成していない側縁が隣接する床構造材３の直接伝熱部３ａと接触するようにしてそれぞれ構造材に配置される。この場合、図３に示すビス穴３ｃを介して、ビスにより各床構造材３を構造材に固定する。床表面材２に対してはこれら床表面材係合用溝３ｂｃ及び床表面材係合用突条３ｂｄと係合する係合溝２ａ、係合突条２ｂがそれぞれ形成されている。即ち床支持構造を形成している各床構造材３に対して係合突条２ｂが直接伝熱部３ａの床表面材係合溝３ｂｃに、また係合溝２ａはこの床構造材３に隣接する他の床構造材の直接伝熱部３ａに形成された床表面材係合用突条３ｂｄと係合する。
【００２６】
上記の構成において、床構造材３相互の膨張、収縮は主として溝部３ｂｂの変形により吸収される。即ち、図３の構成では床構造材３は隣接する床構造材３Ａの近傍においてビス止めされるため、図示の溝部３ｂｂはこの隣接する床構造材３Ａの膨張、収縮を吸収するために主として作用し、床構造材３自身の膨張収縮は、他方の隣接床構造材３Ｂ側の溝部３ｂｂの変形により吸収される（図２参照）。
【００２７】
これに対して、床構造材３と床表面材２との膨張、収縮は主として溝部３ｂａの変形により吸収される。但し、床表面材２が木材である場合には、床面が加熱されるに対応して、床構造材３は膨張するのに対して、木材である床表面材２は逆に収縮するため、床面全体としては膨張、収縮の収支が余り変化しないという利点がある。
【００２８】
図４は第３の実施例を示す。
符号５は直接伝熱部３ｂと床表面材２との間に配置されたスペーサであって、ゴム或いはこれと同効の変形可能な材料から形成されている。このスペーサ５を配置することにより床表面材２と床構造材３と伸縮をより効果的に吸収する。また図示の構成では図３に示す溝部３ｂａを廃止しているが、この溝部３ｂａとスペーサ５とを併用することももとより可能である。
【００２９】
図５は第４の実施例を示す。
符号６は本実施例に於ける床構造材である。この床構造材６は特に床構造材相互の伸縮を効果的に吸収するよう構成されており、かつ直接伝熱部は図１に示す構成と同様に、本体長手方向の両側にそれぞれ第１直接伝熱部６ｂ、及び第２直接伝熱部６ｃが形成され、かつ各床構造材６を配置した場合に、隣接する各床構造材６の第１直接伝熱部６ｂと第２直接伝熱部６ｃとが一体となって一つの直接伝熱部を形成するよう構成されている。６ａは前記各実施例の場合と同様、床表面材２を配置するための床表面材配置部である。
【００３０】
第１直接伝熱部６ｂには溝６ｂａが形成されている。一方この第１直接伝熱部６ｂに接触する他の床構造材６の第２直接伝熱部６ｃに対しては突部６ｄが形成され、この突部６ｄの上部端縁部は前記第１直接伝熱部６ｂ下部のテーバー面６ｂｂと接触係合するテーバー面６ｄａとなっている。６ｄｂは突部６ｄに対して水平方向に形成された溝部である。また、符号７ａ及び７ｂは各溝部６ｂａ及び６ｄｂに嵌挿されたゴム等の弾性体である。なお、図示の構成では床構造材６とこの床構造材６に配置された床表面材２との間に生じる伸縮を吸収する手段が示されていないが、前記各実施例の手段を用いることは当然可能である。
【００３１】
上記の構成において、各床構造材６が膨張した場合には、第１直接伝熱部６ｂの溝部６ｂａが変形し、かつ隣接する床構造材６Ａ側の突部６ｄのテーパー面６ｄａが第１直接伝熱部６ｂのテーバー面６ｂｂに沿って下降変位することにより溝部６ｄｂが変形する。即ち両溝部６ｂａ、６ｄｂの変形により各床構造材６の膨張は効果的に吸収される。また各溝部６ｂａ、６ｄｂにはそれぞれ弾性体７ａ、７ｂが嵌挿されているため、各床構造材６が収縮する場合にはその弾性により各溝部６ｂａ、６ｄｂの変形は容易に元に戻る。
【００３２】
図６は第５の実施例を示す。前記各実施例では床構造材の直接伝熱部と床表面材配置部とは一体とし構成されているが、本実施例では直接伝熱部と床表面材配置部とを分離した構成としてしている。
【００３３】
先ず図６（Ａ）において、符号８は直接伝熱部を、符号９は床表面材配置部として機能しかつ床全体の支持構造を成す支持板であって、根太等の支持部材に固定されている。これら直接伝熱部８及び支持板９は前記各実施例と同様、アルミニウム等の熱伝導特性の良好な材料により形成されている。
【００３４】
この支持板９に対して直接伝熱部８及び床表面材２がビス（図示せず）等の固定手段により配置され床面が形成される。この実施例では直接伝熱部８が、床表面材配置部として機能する支持板９とは別個に形成されているため、例えば図（Ｂ）に示すように一つの床表面材２に対して直接伝熱部８を複数（図示の場合は２個）を配置する等、床面全体に対する直接伝熱部の形成面積が調整でき、従って各家屋の状況に対応して床面の熱伝導性を調節することが可能となる。
【００３５】
また同図（Ｂ）に示すように、支持板９を廃して床表面材を従来の床材と同じ強度の床材２´とすることにより、直接伝熱部８及び床材２´を根太等の構造材に対して直接配置することも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上各実施例により本発明を具体的に説明したように、本発明によれば床支持構造が熱伝達性の良好な材料からなる床構造材により形成されるため、床面下部との熱伝達効率が高くなり、床面を介した冷暖房効率を従来よりも大幅に向上させることができる。特に床下部に水等の蓄熱材が配置された冷暖房構造の場合には床面に照射された太陽光の熱も有効に蓄熱することが可能となる。
【００３７】
また、各床構造材に対して配置される床表面材は、基本的には床構造を物理的に支持する必要がないので、木造建築の床部を形成する材料としては従来殆ど用いられなかった材料、例えばガラスや煉瓦等を用いることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す床構造の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す床構造の断面図である。
【図３】図２に示す床構造材の一部破断斜視図である。
【図４】本発明の第３の実施例を示す床構造材の断面部分図である。
【図５】本発明の第４の実施例を示す床構造の断面部分図である。
【図６】本発明の第４の実施例を示し、（Ａ）は支持板の上に直接伝熱部と床表面材を交互に配置した床構造の断面図を、（Ｂ）は支持板を廃止し、かつ床材に対して二つの直接伝熱部をそれぞれ配置した構造の断面図を示す。
【図７】水容器を用いた床冷暖房構造の平面図である。
【図８】図６のＡ−Ａ線による断面図である。
【符号の説明】
１ 伝熱性床構造材
１ａ 本体部
１ｂ 第１直接伝熱部
１ｃ 第２直接伝熱部
１ｄ 床表面材配置部
２ 床表面材
３、３Ａ、３Ｂ 床構造材
３ａ 床表面材配置部
３ｂ 直接伝熱部
３ｂａ 溝部
３ｂｂ 溝部
５ スペーサ
６ 床構造材
６ｂ 第１直接伝熱部
６ｃ 第２直接伝熱部
６ｂａ 溝部
６ｄｂ 溝部
７ａ、７ｂ 弾性材

Claims (11)

1. 根太等の構造部材に対して複数配置されることにより床支持構造を形成する部材であって、当該部材は熱伝達率の高い材料により形成され、かつ床表面材を配置する床表面材配置部が形成され、この床表面材配置部の長手方向両側のうち少なくとも一側に対しては直接伝熱部が形成され、この直接伝熱部は上端面が床面の一部となるよう当該床表面材配置部側部に立設するよう構成されていることを特徴とする伝熱性床構造材。
2. 直接伝熱部には溝部が形成され、この溝部の変形により床構造材相互の、或いは床構造材と床表面材との間の膨張、収縮を吸収するよう構成したことを特徴とする請求項１記載の伝熱性床構造材。
3. 前記溝部にはゴム等の弾性体が嵌挿配置され、この弾性体の弾性により溝部の変形を戻すよう構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の伝熱性床構造材。
4. 床構造材の床表面材配置部に配置された床表面材と、当該床構造材の直接伝熱部との間に弾性材からなるスペーサが配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の伝熱性床構造材。
5. 床構造材の形成材料はアルミニウム又はこれと同効の材料であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の伝熱性床構造材。
6. 床表面材配置部は支持板として直接伝熱部と別個に形成され、当該支持板は根太等の構造部材に対して直接配置され、かつこの支持板に対して直接伝熱部と床表面材とが配置されることにより床面を形成するよう構成したことを特徴とする請求項１記載の伝熱性床構造材。
7. 伝熱性床構造材は床全体を支持する構造部材に対して複数配置されることにより床支持構造を構成し、各伝熱性床構造材の床表面材配置部に対してはそれぞれ床表面材が配置されることにより、床表面材と床構造材の直接伝熱部上端面とにより床表面が形成されることを特徴とする伝熱性床構造材を用いた床構造
8. 前記床構造下部には熱源が配置されていることを特徴とする請求項７記載の伝熱性床構造材を用いた床構造。
9. 前記床構造下部には水或いはこれと同効の液体からなる蓄熱材が充填された容器が配置され、かつ当該床面を介して蓄熱材からの放熱或いは蓄熱材に対する伝熱が行われることを特徴とする請求項７又は８記載の伝熱性床構造材を用いた床構造。
10. 伝熱性床構造材は、床表面材配置部が支持板として直接伝熱部とは別個に形成され、直接伝熱部と床表面材は、両部材により形成される床面が必要としている伝熱性に対応して決定される両部材の表面積の比率に対応してその配置個数をそれぞれ調整できるよう構成したことを特徴とする請求項７記載の伝熱性床構造材を用いた床構造。
11. 前記床表面材及び直接伝熱部は床材としての強度を有し、これら床構造材と床表面材は根太等の構造部材に対して直接取り付けられるよう構成したことを特徴とする請求項１０記載の伝熱性床構造材を用いた床構造。

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