JP4882021B1 - 熱交換システム - Google Patents
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Abstract
【課題】人工地盤の利用価値を高める。
【解決手段】熱交換システム１０は、建築物１１の基礎となる人工地盤１２と、太陽熱温水器１３と、上水道管１４と、給湯器１５と、を備えている。人工地盤１２は、建築物１１の下方に埋設された雨水槽１６と、この雨水槽１６の内部に隙間を形成するように敷設された複数の樹脂製のブロック１７と、等を備えている。上水道管１４は、雨水槽１６の外部から内部に引き込まれ、ブロック１７の隙間を縫うように雨水槽１６の内部に張り巡らされると共に、雨水槽１６の内部から外部に引き出される。上水道管１４は、雨水槽１６の内部において、蓄えられた雨水に浸される。雨水槽１６に蓄えられた雨水の熱は、上水道管１４を介して、上水道管１４を流れる上水道水に移動する。雨水槽１６の外部に引き出された上水道管１４は、給湯器１５につながれており、給湯器１５に上水道水を供給する。
【選択図】図１
【解決手段】熱交換システム１０は、建築物１１の基礎となる人工地盤１２と、太陽熱温水器１３と、上水道管１４と、給湯器１５と、を備えている。人工地盤１２は、建築物１１の下方に埋設された雨水槽１６と、この雨水槽１６の内部に隙間を形成するように敷設された複数の樹脂製のブロック１７と、等を備えている。上水道管１４は、雨水槽１６の外部から内部に引き込まれ、ブロック１７の隙間を縫うように雨水槽１６の内部に張り巡らされると共に、雨水槽１６の内部から外部に引き出される。上水道管１４は、雨水槽１６の内部において、蓄えられた雨水に浸される。雨水槽１６に蓄えられた雨水の熱は、上水道管１４を介して、上水道管１４を流れる上水道水に移動する。雨水槽１６の外部に引き出された上水道管１４は、給湯器１５につながれており、給湯器１５に上水道水を供給する。
【選択図】図１
Description
本発明は、建築物の人工地盤を利用した熱交換システムに関する。
従来、建築物の下方に埋設された雨水槽と、この雨水槽の内部に隙間を形成するように埋設されて建築物の重力を支持する複数の樹脂製のブロックと、を備える人工地盤が提案されている（特許文献１参照）。
この人工地盤は、周囲の地盤と比較して軽量であるから、人工地盤の下方に掛かる荷重が低減され、建築物の荷重が地耐力を超えることによる地盤沈下が防止される。また、軽量化された人工地盤は、周囲の地盤からの作用、すなわち先行上載圧との荷重置換による作用が働くから、建築物の荷重のバランスを保ちやすい。このため、人工地盤の不均一な沈下（不同沈下）が防止される。仮に、不同沈下が生じたとしても、人工地盤が地中の比較的浅い箇所に埋設されているから、改修工事は容易である。なお、上記の先行上載圧とは、地面を掘り下げることによって形成された穴において、取り出した土砂が元々その穴に作用させていた単位面積当たりの重力（圧力）のことをいう。
また、上記の人工地盤は、表層地盤改良やフローティング基礎を基に、経済性や施工性、あるいは環境性を考慮して改良されたものであり、一般的な工法との共通点も多いから、他の人工地盤の工法との併用が容易である。さらに、近年多発するゲリラ豪雨の時には、雨水槽に大量の雨水が蓄えられ、河川や用水路、あるいは下水道管等の氾濫を防止できる。雨水槽に蓄えられた雨水は、渇水の時に利用できる。
このように独特で優れた人工地盤であっても、他の工法との差別化を推し進め、利用価値をさらに高めることが要求されている。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、上記の人工地盤の利用価値を高めることを目的とする。
（１）本発明は、建築物の下方に埋設された雨水槽と、前記雨水槽の内部に隙間を形成するように敷設されて前記建築物の少なくとも一部の重力を支持する複数のブロックと、を備え、前記複数のブロックは、それぞれ、板状を有するベース部と、前記ベース部から垂直に延びる脚部と、から構成される人工地盤を利用する熱交換システムであって、太陽熱を利用して温かい液体を生成する太陽熱温水器と、前記太陽熱温水器から引き出されてから前記雨水槽の内部に引き込まれ、前記脚部同士の間を通されると共に、前記雨水槽の内部から外部に引き出されてから前記太陽熱温水器に引き込まれ、前記太陽熱温水器に蓄えられた液体を循環させる循環管と、前記雨水槽の外部から内部に引き込まれ、前記脚部同士の間を通されると共に、前記雨水槽の内部から外部に引き出される送液管と、を備え、前記循環管を流れる液体の熱を、前記雨水槽に蓄えられた雨水に移動させると共に、前記雨水槽に蓄えられた雨水の熱を、前記送液管を流れる液体に移動させることを特徴とする、熱交換システムである。
本発明によれば、人工地盤を構成する雨水槽に蓄えられた雨水の熱を、雨水槽の内部に引き込まれた送液管を流れる水に移動させられる。雨水の熱は、空気の熱や地熱等が移動したものであるから、雨水の熱が移動された送液管を流れる液体を利用する場合、空気の熱や地熱等を有効活用できる。ひいては、省エネおよびランニングコストの低減が実現される。これにより、人工地盤の利用価値が高まる。
また、本発明によれば、太陽熱を雨水に移動させられる。雨水に移動させた太陽熱は、送液管を流れる液体に移動されるから、送液管を流れる液体を利用する場合、太陽熱を有効活用できる。ひいては、さらなる省エネおよびランニングコストの低減が実現される。これにより、人工地盤の利用価値がさらに高まる。
（２）本発明はまた、前記送液管は、地中に向けて穿たれた穴の内部に引き込まれる採熱管に接続されており、前記採熱管を利用して、地熱を、前記送液管を流れる液体に移動させることを特徴とする、上記（１）に記載の熱交換システム。
上記発明によれば、地熱を、採熱管を流れる液体に直接移動させることで、地熱を、送液管を流れる液体に移動させられる。このため、送液管を流れる液体を利用する場合、地熱を大いに有効活用できる。ひいては、さらなる省エネおよびランニングコストの低減が実現される。これにより、人工地盤の利用価値がさらに高まる。
（３）本発明はまた、上水道水を蓄える受水槽と、前記送液管を流れる液体の熱を、前記受水槽に蓄えられる上水道水に移動させるヒートポンプと、を備えることを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の熱交換システムである。
上記発明によれば、送液管を流れる液体の熱、すなわち、雨水の熱をヒートポンプの熱源にできる。これにより、人工地盤の利用価値がさらに高まる。
（４）本発明はまた、前記受水槽から供給される温水を沸かして熱湯にする給湯器を備えることを特徴とする、上記（３）に記載の熱交換システムである。
上記発明によれば、送液管を流れる液体の熱、すなわち、雨水の熱を給湯器の熱源にできる。これにより、人工地盤の利用価値がさらに高まる。
（５）本発明はまた、前記受水槽から供給される温水を利用して前記建築物の内部を暖める暖房器具を備えることを特徴とする、上記（３）または（４）に記載の熱交換システムである。
上記発明によれば、送液管を流れる液体の熱、すなわち、雨水の熱を暖房器具の熱源にできる。これにより、人工地盤の利用価値がさらに高まる。
（６）本発明はまた、給湯器を備え、前記送液管は、前記給湯器に上水道水を供給する上水道管であることを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の熱交換システムである。
上記発明によれば、雨水の熱を給湯器の熱源にできる。これにより、人工地盤の利用価値がさらに高まる。
（７）本発明はまた、前記給湯器から供給される温水を利用して前記建築物の内部を暖める暖房器具を備えることを特徴とする、上記（６）に記載の熱交換システムである。
上記発明によれば、雨水の熱を暖房器具の熱源にできる。これにより、人工地盤の利用価値がさらに高まる。
（８）本発明はまた、前記建築物の内部の空気を前記雨水槽に循環させて前記建築物の内部を除湿する除湿手段を備えることを特徴とする、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の熱交換システムである。
上記発明によれば、建築物の内部の空気の熱を、人工地盤を構成する雨水槽に蓄えられた雨水に奪わせられる。ひいては、建築物の内部が除湿される。建築物の内部における体感温度は下がり、夏季の快適な空間が実現される。これにより、人工地盤の利用価値がさらに高まる。
（９）本発明はまた、前記雨水槽を循環する空気の熱を、前記雨水槽に蓄えられた雨水に移動させる金属製の熱交換プレートを備えることを特徴とする、上記（８）に記載の熱交換システムである。
上記発明によれば、熱交換プレートによって、建築物の内部の空気の熱を雨水に効率良く奪わせられる。ひいては、建築物の内部が効率良く除湿される。これにより、人工地盤の利用価値がさらに高まる。
本発明によれば、人工地盤を構成する雨水槽に蓄えられた雨水の熱を、雨水槽の内部に引き込まれた送液管を流れる水に移動させられる。雨水の熱は、空気の熱や地熱等が移動したものであるから、雨水の熱が移動された送液管を流れる液体を利用する場合、空気の熱や地熱等を有効活用できる。ひいては、省エネおよびランニングコストの低減が実現される。これにより、人工地盤の利用価値が高まる。
以下、図面を参照して、本発明の第１〜第５実施形態に係る熱交換システムについて詳細に説明する。
［第１実施形態］
まず、図１〜図３を用いて、第１実施形態に係る熱交換システム１０の構成について説明する。図１は、熱交換システム１０の概略図である。また、図２は、人工地盤１２を側方から視た断面図であり、図３は、人工地盤１２を上方から視た断面図である。なお、図２では、図面の簡略化のために、上水道管１４の図示を省略する。
まず、図１〜図３を用いて、第１実施形態に係る熱交換システム１０の構成について説明する。図１は、熱交換システム１０の概略図である。また、図２は、人工地盤１２を側方から視た断面図であり、図３は、人工地盤１２を上方から視た断面図である。なお、図２では、図面の簡略化のために、上水道管１４の図示を省略する。
図１に示すように、熱交換システム１０は、建築物１１の基礎となる人工地盤１２を利用するものである。この熱交換システム１０は、人工地盤１２の他に、太陽熱温水器１３と、上水道管１４と、給湯器１５と、を備えている。以下、上記各構成要素を説明する。
（建築物）
建築物１１は、後述する雨水槽１６に蓄えられた雨水を、外気から断熱する断熱体として機能する。この建築物１１は、戸建て住宅、集合住宅、洋蘭やパプリカ等を栽培する農業用ハウス、納骨堂、立て看板、倉庫、工場、駅舎、公衆便所、寺院、神社、宮殿、競技場、野球場、体育館等、あらゆる構造物のうちのいずれであってもよい。
建築物１１は、後述する雨水槽１６に蓄えられた雨水を、外気から断熱する断熱体として機能する。この建築物１１は、戸建て住宅、集合住宅、洋蘭やパプリカ等を栽培する農業用ハウス、納骨堂、立て看板、倉庫、工場、駅舎、公衆便所、寺院、神社、宮殿、競技場、野球場、体育館等、あらゆる構造物のうちのいずれであってもよい。
（人工地盤）
図２に示すように、人工地盤１２は、建築物１１の下方に埋設された雨水槽１６と、この雨水槽１６の内部に隙間を形成するように敷設されて建築物１１の重力を支持する複数の樹脂製のブロック１７と、等を備えている。
図２に示すように、人工地盤１２は、建築物１１の下方に埋設された雨水槽１６と、この雨水槽１６の内部に隙間を形成するように敷設されて建築物１１の重力を支持する複数の樹脂製のブロック１７と、等を備えている。
雨水槽１６は、深さが一定となるように地面に形成された穴（符号省略）の側面や底面を覆う透水シート１８と、この透水シート１８を覆う砕石１９と、この砕石１９の側方を覆う擁壁層２０と、この擁壁層２０の下から５分の４程度の部分と砕石１９の上方とを覆う防水層２１と、上記穴の内部に敷設された複数のブロック１７の上方を覆うカバー層２２と、このカバー層２２の上方を覆う捨てコンクリート層２３と、を備えている。
擁壁層２０は、通水用の溝および孔を有する有孔発泡樹脂製のブロックを積み上げて構成される。有孔発泡樹脂製のブロックは、直方体状で、細長い溝や貫通孔が形成されている。防水層２１は、例えば防水シートを敷設したり、多数の防水プレートを並べて防水性の接着剤で接着したりすることで構成される。
カバー層２２は、発泡樹脂製のプレートを敷き詰めて構成される。発泡樹脂製のプレートは、１８２０ｍｍ×９１０ｍｍ程度の大きさの方形であり、厚さは３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度である。発泡樹脂製のプレートは、孔開けされたものであっても、孔開けされていないものであってもよい。捨てコンクリート層２３は、厚さが５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度で、ベタ打ちとなっている。カバー層２２と捨てコンクリート層２３とは、建築物１１を構築する際の基準となる水平面を構成する。
以上の雨水槽１６によれば、地面に浸み込んだ雨水の水位が防水層２１の高さを超えると、防水層２１の内部に雨水が浸入する。これにより、雨水槽１６に雨水が蓄えられる。雨水槽１６に蓄えられた雨水には、空気の熱や地熱が移動されていると共に、後述するように、太陽熱が移動されている。なお、雨水槽１６は、上水道水を蓄えるための注水口を備えるようにしてもよい。また、雨水層１６は、建築物１１の屋根から雨水が供給される構成にしてもよい。この場合、地面に浸み込んだ雨水を利用する場合と比較して、きれいな雨水を利用できる。
樹脂製のブロック１７は、正方形の板状を有するベース部と、このベース部の四隅から内側寄りの箇所から垂直に延びる４本の脚部と、から構成される。ベース部と４本の脚部とには、多くの孔が形成され、通水性の向上および軽量化が図られている。さらに、４本の脚部は、内部が空洞となっている。ブロック１７は、複数の段に積み重ねられる。複数の段に積み重ねられたブロック１７は、ベース部とベース部の間に脚部が位置する。脚部は、ベース部とベース部との間に隙間を形成する。
ブロック１７の大きさは、例えば、ベース部の一辺が５００ｍｍ〜６００ｍｍ程度であり、脚部の長さが２００ｍｍ〜５００ｍｍ程度である。ブロック１７の重量は、１個当たり６ｋｇ〜８ｋｇ程度である。ブロック１７は、材質がポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、あるいはＡＢＳ樹脂等であり、射出成型により製作される。このようなブロック１７には、株式会社林物産（茨城県日立市）が市販するカンカンブロック（商品名）を応用できる。なお、ブロック１７を含めた人工地盤１２の具体的な構成は、特許第４２１０３１２号公報を参照されたい。
以上の人工地盤１２によれば、周囲の地盤と比較して軽量であるから、人工地盤１２の下方に掛かる荷重が低減され、建築物１１の荷重が地耐力を超えることによる地盤沈下が防止される。また、軽量化された人工地盤１２は、周囲の地盤からの浮力が働くから、建築物１１の荷重のバランスを保ちやすい。このため、人工地盤１２の不均一な沈下（不同沈下）が防止される。仮に、不同沈下が生じたとしても、人工地盤が地中の比較的浅い箇所に埋設されているから、改修工事は容易である。
また、人工地盤１２は、表層地盤改良やフローティング基礎を基に、経済性や施工性、あるいは環境性を考慮して改良されたものであり、一般的な工法との共通点も多いから、他の人工地盤の工法との併用が容易である。さらに、近年多発するゲリラ豪雨の時には、雨水槽１６に大量の雨水が蓄えられ、河川や用水路、あるいは下水道管等の氾濫を防止できる。雨水槽１６に蓄えられた雨水は、渇水の時に利用できる。
（太陽熱温水器）
図１に示す太陽熱温水器１３は、太陽熱を利用して温水を生成する装置である。この太陽熱温水器１３は、建築物１１の屋根等、太陽光の当たる傾斜面に設置された温水器本体２４と、雨水槽１６に蓄えられた雨水を温水器本体２４に供給する一対の供給管２５と、ポンプ２６と、を備えている。
図１に示す太陽熱温水器１３は、太陽熱を利用して温水を生成する装置である。この太陽熱温水器１３は、建築物１１の屋根等、太陽光の当たる傾斜面に設置された温水器本体２４と、雨水槽１６に蓄えられた雨水を温水器本体２４に供給する一対の供給管２５と、ポンプ２６と、を備えている。
温水器本体２４は、筏状に並べられた複数のガラス管と、各ガラス管の内部に個別に配設された複数のヒートパイプと、各ガラス管の一端側（図面における下側）を個別に塞ぐ複数のキャップと、各ガラス管の他端側（図面における上側）を束ね、各ガラス管と共に貯水槽を構成する角管と、を備えている。
ガラス管は、二重構造の真空ガラス管であり、内部に蓄えた雨水が外気温の影響を受けることを防止する。ヒートパイプは、雨水と比較して伝導率が高い素材でできており、高い集熱性能を有する。角管は、両端に供給管２５が繋がれており、一端から他端に向けて雨水が流れる。
以上の太陽熱温水器１３によれば、ガラス管の内部に蓄えられた雨水は太陽熱で熱されて水蒸気となり、角管まで上昇する。水蒸気の熱は、供給管２５から角管の内部に流れ込んだ雨水に移動する。水蒸気は雨水に戻り、ガラス管を下降する。水蒸気の熱が移動された雨水は、供給管２５に流れ出し、雨水槽１６に戻る。これにより、太陽熱が、雨水槽１６に蓄えられた雨水に移動される。このような太陽熱温水器１３には、株式会社アグリクラスター（埼玉県さいたま市）が市販するハイブリッドソーラーシステム（商品名）を応用できる。
（上水道管）
図１および図３に示すように、上水道管１４は、雨水槽１６の外部から内部に引き込まれ、ブロック１７の隙間を縫うように雨水槽１６の内部に張り巡らされると共に、雨水槽１６の内部から外部に引き出される。上水道管１４は、雨水槽１６の内部において、蓄えられた雨水に浸される。上水道管１４を流れる上水道水は、雨水槽１６に蓄えられた雨水と比較して、低温である。このため、雨水槽１６に蓄えられた雨水の熱が、上水道管１４を介して、上水道管１４を流れる上水道水に移動する。雨水槽１６の外部に引き出された上水道管１４は、給湯器１５に繋がれており、給湯器１５に上水道水を供給する。
図１および図３に示すように、上水道管１４は、雨水槽１６の外部から内部に引き込まれ、ブロック１７の隙間を縫うように雨水槽１６の内部に張り巡らされると共に、雨水槽１６の内部から外部に引き出される。上水道管１４は、雨水槽１６の内部において、蓄えられた雨水に浸される。上水道管１４を流れる上水道水は、雨水槽１６に蓄えられた雨水と比較して、低温である。このため、雨水槽１６に蓄えられた雨水の熱が、上水道管１４を介して、上水道管１４を流れる上水道水に移動する。雨水槽１６の外部に引き出された上水道管１４は、給湯器１５に繋がれており、給湯器１５に上水道水を供給する。
（給湯器）
図１に示す給湯器１５は、上水道管１４から供給される上水道水を沸かして熱湯にする。具体的に、給湯器１５は、電気、ガス、あるいは石油等の燃料を燃焼させて得た熱を、上水道管１４から供給された上水道水に移動させて熱湯にする。給湯器１５には、蛇口２７が繋がれている。蛇口２７は、栓が捻られることで、給湯器１５で沸かされた熱湯を排出する。これにより、給湯器１５で沸かされた熱湯が利用される。
図１に示す給湯器１５は、上水道管１４から供給される上水道水を沸かして熱湯にする。具体的に、給湯器１５は、電気、ガス、あるいは石油等の燃料を燃焼させて得た熱を、上水道管１４から供給された上水道水に移動させて熱湯にする。給湯器１５には、蛇口２７が繋がれている。蛇口２７は、栓が捻られることで、給湯器１５で沸かされた熱湯を排出する。これにより、給湯器１５で沸かされた熱湯が利用される。
次に、熱交換システム１０における熱の流れを図１に基づいて説明する。
太陽熱温水器１３では、太陽熱が、温水器本体２４の内部を流れる雨水に移動する。その熱量は、例えば、２０［ＭＪ／日］である。太陽熱を得た雨水は、雨水槽１６に流れ込む。これにより、雨水槽１６に蓄えられた雨水に、太陽熱が移動する。その熱量は、例えば、２０［ＭＪ／日］である。雨水槽１６に蓄えられた雨水には、太陽熱の他に、空気の熱や地熱が移動する。
雨水槽１６では、雨水槽１６に蓄えられた雨水の熱が、上水道管１４を流れる上水道水に移動すると共に、地面や外気に放出され、あるいはオーバーフローに伴い放出される。上水道管１４を流れる上水道水に移動する熱量は、例えば、１０［ＭＪ／日］である。雨水槽１６に蓄えられる熱量は、例えば、５［ＭＪ／日］である。雨水の熱を得た上水道管１４を流れる上水道水は、給湯器１５に流れ込む。
給湯器１５では、燃料を燃焼させて得た熱が、上水道管１４から供給された上水道水に移動する。燃料を燃焼させて得る熱量は、４５℃の湯を３００［Ｌ／日］沸かす場合、例えば、３７.８［ＭＪ／日］である。
このように、熱交換システム１０によれば、人工地盤１２を構成する雨水槽１６に蓄えられた雨水の熱を、雨水槽１６の内部に張り巡らされる上水道管１４を流れる上水道水に移動させられる。雨水の熱は、空気の熱や地熱等が移動したものであるから、雨水の熱が移動された上水道管１４を流れる上水道水を利用する場合、空気の熱や地熱等を有効活用できる。ひいては、省エネおよびランニングコストの低減が実現される。これにより、人工地盤１２の利用価値が高まる。
また、太陽熱温水器１３を備えることで、太陽熱を雨水に移動させられる。雨水に移動された太陽熱は、上水道管１４を流れる上水道水に移動されるから、上水道管１４を流れる上水道水を利用する場合、太陽熱を有効活用できる。ひいては、さらなる省エネおよびランニングコストの低減が実現される。これにより、人工地盤１２の利用価値がさらに高まる。
さらに、給湯器１５を備えることで、雨水の熱を給湯器１５の熱源にできる。これにより、人工地盤１２の利用価値がさらに高まる。具体的には、熱交換システム１０を利用しない場合と比較して、給湯に掛かるコストを、例えば、約２６％削減できる。
［第２実施形態］
次に、図４を用いて、第２実施形態に係る熱交換システム３０の構成について説明する。図４は、熱交換システム３０の概略図である。
次に、図４を用いて、第２実施形態に係る熱交換システム３０の構成について説明する。図４は、熱交換システム３０の概略図である。
なお、第２実施形態に係る熱交換システム３０の特徴部分のみを説明し、第１実施形態に係る熱交換システム１０と同様の構成要素、作用および効果についての説明は省略する。後述する第３〜第６実施形態についても、特徴部分のみを説明し、他の実施形態に係る熱交換システムと同様の構成要素、作用および効果についての説明は省略する。
図４に示すように、熱交換システム３０は、人工地盤１２と、太陽熱温水器３１と、上水道管１４と、給湯器１５と、温水式床暖房３２と、を備えている。
（太陽熱温水器）
太陽熱温水器３１は、２台の温水器本体２４と、一対の供給管２５と、ポンプ２６と、を備えている。一方の温水器本体２４を構成する角管は、一端に供給管２５が繋がれると共に、他端に、他方の温水器本体２４を構成する角管の一端が繋がれる。他方の温水器本体２４を構成する角管は、他端に供給管２５が繋がれる。これにより、各角管には、一端から他端に向けて雨水が流れる。
太陽熱温水器３１は、２台の温水器本体２４と、一対の供給管２５と、ポンプ２６と、を備えている。一方の温水器本体２４を構成する角管は、一端に供給管２５が繋がれると共に、他端に、他方の温水器本体２４を構成する角管の一端が繋がれる。他方の温水器本体２４を構成する角管は、他端に供給管２５が繋がれる。これにより、各角管には、一端から他端に向けて雨水が流れる。
（温水式床暖房）
温水式床暖房３２は、建築物１１の内部の床下に敷設された暖房機器本体３３と、給湯器１５で沸かされた熱湯を暖房機器本体３３に循環させる一対の管３４と、ポンプ３５と、を備えている。
温水式床暖房３２は、建築物１１の内部の床下に敷設された暖房機器本体３３と、給湯器１５で沸かされた熱湯を暖房機器本体３３に循環させる一対の管３４と、ポンプ３５と、を備えている。
暖房機器本体３３には、給湯器１５で沸かされた熱湯が流れ込む。暖房機器本体３３は、流れ込んだ熱湯の熱を、建築物１１の内部の空気に移動させる。放熱後の熱湯は、暖房機器本体３３から給湯器１５に循環する。
次に、熱交換システム３０における熱の流れを図４に基づいて説明する。
太陽熱温水器３１では、太陽熱が、２台の温水器本体２４の内部を流れる雨水に移動する。その熱量は、例えば、１台につき２０［ＭＪ／日］であり、２台で４０［ＭＪ／日］である。太陽熱を得た雨水が雨水槽１６に流れ込んで雨水槽１６に移動する熱量は、例えば、４０［ＭＪ／日］である。
雨水槽１６において、上水道管１４を流れる水に移動する熱量は、例えば、２０［ＭＪ／日］である。雨水槽１６に蓄えられる熱量は、例えば、１０［ＭＪ／日］である。
給湯器１５において、燃料を燃焼させて得る熱量は、４５℃の湯を３００［Ｌ／日］沸かすと共に、温水式床暖房３２を利用する場合、例えば、６２．８［ＭＪ／日］である。給湯器１５で沸かされた熱湯は、温水式床暖房３２を循環する。
温水式床暖房３２では、暖房機器本体３３の内部を流れる熱湯の熱が、建築物１１の内部の空気に移動する。その熱量は、床暖房機器本体３３の大きさが畳６畳相当で、８［時間／日］利用する場合、例えば、２５［ＭＪ／日］である。
このように、熱交換システム３０によれば、温水式床暖房３２を備えることで、雨水の熱を温水式床暖房３２の熱源にできる。これにより、人工地盤１２の利用価値がさらに高まる。具体的には、熱交換システム３０を利用しない場合と比較して、給湯および暖房に掛かるコストを、例えば、約３２％削減できる。
［第３実施形態］
次に、図５を用いて、第３実施形態に係る熱交換システム４０の構成について説明する。図５は、熱交換システム４０の概略図である。
次に、図５を用いて、第３実施形態に係る熱交換システム４０の構成について説明する。図５は、熱交換システム４０の概略図である。
図５に示すように、熱交換システム４０は、人工地盤１２と、太陽熱温水器１３と、上水道管４１と、受水槽４２と、ガスヒートポンプ装置４３と、給湯器１５と、温水式床暖房４４と、を備えている。
（受水槽）
受水槽４２は、上水道管４１の途中に設けられ、上水道水を蓄える。
受水槽４２は、上水道管４１の途中に設けられ、上水道水を蓄える。
（ガスヒートポンプ装置）
ガスヒートポンプ装置４３は、ガスを燃焼させて得た熱を媒体として、雨水槽１６に蓄えられた雨水の熱を、受水槽４２に蓄えられた上水道水に移動させ、温水を生成する。このガスヒートポンプ装置４３は、建築物１１の外部に設置された装置本体４５と、この装置本体４５から雨水槽１６に水等の液体を循環させる送液管４６と、ポンプ４７と、受水槽４２に蓄えられた上水道水を装置本体４５に循環させる一対の管４８と、ポンプ４９と、を備えている。
ガスヒートポンプ装置４３は、ガスを燃焼させて得た熱を媒体として、雨水槽１６に蓄えられた雨水の熱を、受水槽４２に蓄えられた上水道水に移動させ、温水を生成する。このガスヒートポンプ装置４３は、建築物１１の外部に設置された装置本体４５と、この装置本体４５から雨水槽１６に水等の液体を循環させる送液管４６と、ポンプ４７と、受水槽４２に蓄えられた上水道水を装置本体４５に循環させる一対の管４８と、ポンプ４９と、を備えている。
装置本体４５は、ガスを燃焼させて得た熱を媒体として、送液管４６を流れる液体の熱を、管４８を流れる水に移動させる。
送液管４６は、装置本体４５から引き出されてから雨水槽１６の内部に引き込まれ、ブロック１７の隙間を縫うように雨水槽１６の内部に張り巡らされると共に、雨水槽１６の内部から外部に引き出されてから装置本体４５に引き込まれ、液体を循環させる。送液管４６を流れる液体は、雨水槽１６に蓄えられた雨水と比較して、低温である。このため、雨水槽１６に蓄えられた雨水の熱が、送液管４６を介して、送液管４６を流れる液体に移動する。
以上のガスヒートポンプ装置４３によれば、雨水槽１６に蓄えられた雨水の熱が、送液管４６を流れる液体に移動すると共に、送液管４６を流れる液体の熱が、管４８を流れる水に移動し、温水が生成される。ガスヒートポンプ装置４３で生成された温水は、管４８を流れ、受水槽４２に蓄えられる。また、ガスヒートポンプ装置４３は、雨水槽１６内の雨水の熱とガスの燃焼熱との二熱源を併用する装置であるので、雨水槽１６内の雨水の熱が枯れた場合であっても、システムに支障はない。
（温水式床暖房）
温水式床暖房４４は、暖房機器本体３３と、受水槽４２に蓄えられた温水を暖房機器本体３３に循環させる一対の管５０と、ポンプ３５と、を備えている。
温水式床暖房４４は、暖房機器本体３３と、受水槽４２に蓄えられた温水を暖房機器本体３３に循環させる一対の管５０と、ポンプ３５と、を備えている。
次に、熱交換システム４０における熱の流れを図５に基づいて説明する。
雨水槽１６では、雨水槽１６に蓄えられた雨水の熱が、送液管４６を流れる液体に移動する。送液管４６を流れる液体に移動する熱量は、例えば、１８［ＭＪ／日］である。雨水槽１６に蓄えられる熱量は、例えば、２［ＭＪ／日］である。雨水の熱を得た送液管４６を流れる液体は、ガスヒートポンプ装置４３の装置本体４５に流れ込む。
ガスヒートポンプ装置４３の装置本体４５では、ガスを燃焼させて得た熱を媒体として、送液管４６を流れる液体の熱が、管４８を流れる上水道水に移動する。その熱量は、ガスヒートポンプ装置４１の成績係数（ＣＯＰ）が３．５の場合、例えば、２５［ＭＪ／日］である。
このように、熱交換システム４０によれば、送液管４６を流れる液体の熱、すなわち、雨水の熱をヒートポンプ装置４１の熱源にできる。これにより、人工地盤１２の利用価値がさらに高まる。具体的には、熱交換システム４０を利用しない場合と比較して、給湯および暖房に掛かるコストを、例えば、約４０％削減できる。
［第４実施形態］
次に、図６を用いて、第４実施形態に係る熱交換システム６０の構成について説明する。図６は、熱交換システム６０の概略図である。
次に、図６を用いて、第４実施形態に係る熱交換システム６０の構成について説明する。図６は、熱交換システム６０の概略図である。
図６に示すように、熱交換システム６０は、人工地盤１２と、太陽熱温水器１３と、上水道管４１と、受水槽４２と、ガスヒートポンプ装置６１と、給湯器１５と、温水式床暖房４４と、を備えている。
（ガスヒートポンプ装置）
ガスヒートポンプ装置６１は、ガスを燃焼させて得た熱を媒体として、雨水槽１６に蓄えられた雨水の熱、および地熱を、受水槽４２に蓄えられた上水道水に移動させ、温水を生成する。このガスヒートポンプ装置６１は、装置本体４５と、この装置本体４５からボーリング穴６２および雨水槽１６に水を循環させる採熱管６３および送液管６４と、ポンプ４７と、管４８と、ポンプ４９と、を備えている。
ガスヒートポンプ装置６１は、ガスを燃焼させて得た熱を媒体として、雨水槽１６に蓄えられた雨水の熱、および地熱を、受水槽４２に蓄えられた上水道水に移動させ、温水を生成する。このガスヒートポンプ装置６１は、装置本体４５と、この装置本体４５からボーリング穴６２および雨水槽１６に水を循環させる採熱管６３および送液管６４と、ポンプ４７と、管４８と、ポンプ４９と、を備えている。
ボーリング穴６２は、地中に向けて穿たれた穴で、３０ｍ程度の深さを有する。ボーリング穴６２の内部には、地熱がこもっている。
採熱管６３は、装置本体４５から引き出されてボーリング穴６２の内部に引き込まれてから、送液管６４に接続されている。送液管６４は、採熱管６３に接続されており、雨水槽１６の内部に引き込まれ、ブロック１７の隙間を縫うように雨水槽１６の内部に張り巡らされると共に、雨水槽１６の内部から外部に引き出されてから装置本体４５に引き込まれ、水等の液体を循環させる。採熱管６３を流れる液体は、ボーリング穴６２の内部の地熱と比較して、低温である。このため、ボーリング穴６２の内部の地熱が、採熱管６３を介して、採熱管６３を流れる水に移動する。
以上のガスヒートポンプ装置６１によれば、ボーリング穴６２の内部の地熱、および雨水槽１６に蓄えられた雨水の熱が、採熱管６３および送液管６４を流れる液体に移動すると共に、採熱管６３および送液管６４を流れる液体の熱が、管４８を流れる水に移動し、温水が生成される。
次に、熱交換システム６０における熱の流れを図６に基づいて説明する。
ボーリング穴６２では、内部の地熱が、採熱管６３を流れる液体に移動する。その熱量は、例えば、１５［ＭＪ／日］である。地熱等を得た採熱管６３および送液管６４を流れる液体は、ガスヒートポンプ装置６１の装置本体４５に流れ込む。
このように、熱交換システム６０によれば、地熱を、採熱管６３を流れる液体に直接移動させられる。このため、採熱管６３および送液管６４を流れる液体を利用する場合、地熱を大いに有効活用できる。ひいては、さらなる省エネおよびランニングコストの低減が実現される。これにより、人工地盤１２の利用価値がさらに高まる。具体的には、熱交換システム６０を利用しない場合と比較して、給湯および暖房に掛かるコストを、例えば、約４０％低減できる。
［第５実施形態］
次に、図７および図８を用いて、第５実施形態に係る熱交換システム７０の構成について説明する。図７は、熱交換システム７０の概略図である。また、図８は、人工地盤１２を上方から視た模式的な断面図である。なお、図８では、図面の簡略化のために、ブロック１７、送液管４６および循環管７３の図示を省略する。
次に、図７および図８を用いて、第５実施形態に係る熱交換システム７０の構成について説明する。図７は、熱交換システム７０の概略図である。また、図８は、人工地盤１２を上方から視た模式的な断面図である。なお、図８では、図面の簡略化のために、ブロック１７、送液管４６および循環管７３の図示を省略する。
図７に示すように、熱交換システム７０は、人工地盤１２と、太陽熱温水器７１と、上水道管４１と、受水槽４２と、ガスヒートポンプ装置４３と、給湯器１５と、温水式床暖房４４と、除湿手段７２と、を備えている。
太陽熱温水器７１は、温水器本体２４と、この温水器本体２４から雨水槽１６に水等の液体を循環させる循環管７３と、ポンプ２６と、を備えている。
以上の太陽熱温水器７１によれば、温水器本体２４で得られた太陽熱が、循環管７３を流れる液体に移動する。循環管７３を流れる液体の熱は、雨水槽１６に蓄えられた雨水に移動する。
（除湿手段）
除湿手段７２は、建築物１１の内部の空気を雨水槽１６に循環させて建築物１１の内部を除湿するものであり、主に夏季に利用される。この除湿手段７２は、図７および図８に示すように、建築物１１の内部と雨水槽１６とを繋ぐ２つの通気孔７４，７５と、一方の通気孔７４に設けられた換気扇７６と、雨水槽１６の内部に設けられた複数の熱交換プレート７７と、を備えている。
除湿手段７２は、建築物１１の内部の空気を雨水槽１６に循環させて建築物１１の内部を除湿するものであり、主に夏季に利用される。この除湿手段７２は、図７および図８に示すように、建築物１１の内部と雨水槽１６とを繋ぐ２つの通気孔７４，７５と、一方の通気孔７４に設けられた換気扇７６と、雨水槽１６の内部に設けられた複数の熱交換プレート７７と、を備えている。
換気扇７６は、建築物１１の内部の空気を通気孔７４から雨水槽１６に送る。熱交換プレート７７は、金属製であり、空気の流れに沿う方向にギザギザに並ぶように配置されている。この熱交換プレート７７は、雨水槽１６の内部の空気の熱を、雨水槽１６に蓄えられた雨水に移動させる。なお、雨水槽１６に蓄えられた雨水の夏季の平均温度は、１５℃以下、ガスヒートポンプ装置４３を利用しない場合であっても２３℃以下であり、建築物１１の内部の気温（例えば、３０℃）と比較して十分に低い。
次に、熱交換システム７０における除湿手段７２の作用を説明する。
建築物１１の内部の空気は、換気扇７６によって、通気孔７４から雨水槽１６に送られる。雨水槽１６では、空気の熱が、雨水槽１６に蓄えられた雨水に移動し、除湿される。雨水槽１６で除湿された空気は、通気孔７５から建築物１１の内部に戻る。
このように、熱交換システム７０によれば、建築物１１の内部の空気の熱を、人工地盤１２を構成する雨水槽１６に蓄えられた雨水に奪わせられる。ひいては、建築物１１の内部が除湿される。建築物１１の内部における体感温度は下がり、夏季の快適な空間が実現される。これにより、人工地盤１２の利用価値がさらに高まる。
また、熱交換プレート７７を備えることで、熱交換プレート７７によって、建築物１１の内部の空気の熱を雨水に効率良く奪わせられる。ひいては、建築物１１の内部が効率良く除湿される。これにより、人工地盤１２の利用価値がさらに高まる。
本発明は、上記第１〜第５実施形態に限られるものではなく、その趣旨および技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
すなわち、上記各実施形態において、温水器本体２４として、最新型の真空ガラス管式のものを利用したが、従来型の落水式のものや改良型の平板式のものを利用してもよい。
すなわち、上記各実施形態において、ブロック１７として、樹脂製のものを備えているが、ステンレス製、鋼製、鋳鉄製、木製、アルミ製等のものを備えるようにしてもよい。
すなわち、上記各実施形態において、空気の熱で湯を沸かすエコキュート（登録商標）、あるいは、都市ガス等に含まれる水素と空気中の酸素との反応による発電時に発生する熱で湯を沸かすエネファーム（登録商標）等と連携する熱交換システムを構築してもよい。さらには、暖炉・ペレットボイラー等の暖房器具の排熱を回収して再利用するようにしてもよい。
すなわち、上記各実施形態において、建築物１１の基礎となる人工地盤１２を備え、人工地盤１２が建築物１１の全ての重力を支持しているが、建築物１１の基礎として支持杭を併用し、支持杭と共に人工地盤１２が建築物１１の重力を支持するようにしてもよい。これにより、人工地盤１２の設置態様に幅が出る。ひいては、ニーズに合致する熱交換システムを実現できる。
図９を用いて、建築物１１の支持方法について説明する。図９（Ａ）は、上記各実施形態における支持方法を説明する概略図であり、図９（Ｂ）は、変形例における支持方法を説明する。
図９（Ａ）に示すように、上記各実施形態における人工地盤１２は、建築物１１全体の下方に埋設されている。この人工地盤１２は、建築物１１の全ての重力を支持する。
一方、図９（Ｂ）に示す変形例となる熱交換システム９０は、建築物１１の基礎となる人工地盤１２および支持杭９１、等を備えている。人工地盤１２は、建築物１１中央の下方に埋設されている。支持杭９１は、人工地盤１２の周囲において、建築物１１の下部から地中に延び、支持層に達している。
あるいは、上記第２〜第５実施形態において、建築物１１の内部を暖める暖房器具として、温水式床暖房３２を備えているが、温水式壁暖房や温水式天井暖房を備えるようにしてもよい。
あるいは、上記第３〜第６実施形態において、ヒートポンプとして、ガスヒートポンプ装置４３を備えているが、電気ヒートポンプや石油ヒートポンプを備えるようにしてもよい。
あるいは、上記各実施形態の構成要素を、可能な範囲で他の実施形態に適用してもよい。
１０，３０，４０，６０，７０，８０，９０ 熱交換システム
１１ 建築物
１２ 人工地盤
１３，３１，７１ 太陽熱温水器
１４，４１ 上水道管
１５ 給湯器
１６ 雨水槽
１７ ブロック
１８ 透水シート
１９ 砕石
２０ 擁壁層
２１ 防水層
２２ カバー層
２３ コンクリート層
２４ 温水器本体
２５ 供給管
２６ ポンプ
２７ 蛇口
３２ 温水式床暖房
３３ 暖房機器本体
３４ 管
３５ ポンプ
４２ 受水槽
４３，６１ ガスヒートポンプ装置
４４ 温水式床暖房
４５ 装置本体
４６，６４ 送液管
４７ ポンプ
４８ 管
４９ ポンプ
５０ 管
６２ ボーリング穴
６３ 採熱管
７２ 除湿手段
７３ 循環管
７４，７５ 通気孔
７６ 換気扇
７７ 熱交換プレート
９１ 支持杭
１１ 建築物
１２ 人工地盤
１３，３１，７１ 太陽熱温水器
１４，４１ 上水道管
１５ 給湯器
１６ 雨水槽
１７ ブロック
１８ 透水シート
１９ 砕石
２０ 擁壁層
２１ 防水層
２２ カバー層
２３ コンクリート層
２４ 温水器本体
２５ 供給管
２６ ポンプ
２７ 蛇口
３２ 温水式床暖房
３３ 暖房機器本体
３４ 管
３５ ポンプ
４２ 受水槽
４３，６１ ガスヒートポンプ装置
４４ 温水式床暖房
４５ 装置本体
４６，６４ 送液管
４７ ポンプ
４８ 管
４９ ポンプ
５０ 管
６２ ボーリング穴
６３ 採熱管
７２ 除湿手段
７３ 循環管
７４，７５ 通気孔
７６ 換気扇
７７ 熱交換プレート
９１ 支持杭
Claims (9)
- 建築物の下方に埋設された雨水槽と、
前記雨水槽の内部に隙間を形成するように敷設されて前記建築物の少なくとも一部の重力を支持する複数のブロックと、を備え、
前記複数のブロックは、それぞれ、板状を有するベース部と、前記ベース部から垂直に延びる脚部と、から構成される人工地盤を利用する熱交換システムであって、
太陽熱を利用して温かい液体を生成する太陽熱温水器と、
前記太陽熱温水器から引き出されてから前記雨水槽の内部に引き込まれ、前記脚部同士の間を通されると共に、前記雨水槽の内部から外部に引き出されてから前記太陽熱温水器に引き込まれ、前記太陽熱温水器に蓄えられた液体を循環させる循環管と、
前記雨水槽の外部から内部に引き込まれ、前記脚部同士の間を通されると共に、前記雨水槽の内部から外部に引き出される送液管と、を備え、
前記循環管を流れる液体の熱を、前記雨水槽に蓄えられた雨水に移動させると同時に、前記雨水槽に蓄えられた雨水の熱を、前記送液管を流れる液体に移動させることを特徴とする、
熱交換システム。 - 前記送液管は、地中に向けて穿たれた穴の内部に引き込まれる採熱管に接続されており、
前記採熱管を利用して、地熱を、前記送液管を流れる液体に移動させることを特徴とする、
請求項１に記載の熱交換システム。 - 上水道水を蓄える受水槽と、
前記送液管を流れる液体の熱を、前記受水槽に蓄えられる上水道水に移動させるヒートポンプと、を備えることを特徴とする、
請求項１または２に記載の熱交換システム。 - 前記受水槽から供給される温水を沸かして熱湯にする給湯器を備えることを特徴とする、
請求項３に記載の熱交換システム。 - 前記受水槽から供給される温水を利用して前記建築物の内部を暖める暖房器具を備えることを特徴とする、
請求項３または４に記載の熱交換システム。 - 給湯器を備え、
前記送液管は、前記給湯器に上水道水を供給する上水道管であることを特徴とする、
請求項１または２に記載の熱交換システム。 - 前記給湯器から供給される温水を利用して前記建築物の内部を暖める暖房器具を備えることを特徴とする、
請求項６に記載の熱交換システム。 - 前記建築物の内部の空気を前記雨水槽に循環させて前記建築物の内部を除湿する除湿手段を備えることを特徴とする、
請求項１〜７のいずれかに記載の熱交換システム。 - 前記雨水槽を循環する空気の熱を、前記雨水槽に蓄えられた雨水に移動させる金属製の熱交換プレートを備えることを特徴とする、
請求項８に記載の熱交換システム。
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