JP5221994B2

JP5221994B2 - 地中熱利用室内空調システム

Info

Publication number: JP5221994B2
Application number: JP2008086219A
Authority: JP
Inventors: 宏典田中
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: JP2009236458A

Description

本発明は、地中熱利用室内空調システムに関する。

通過する外気と地中熱とに熱交換を行わせる地中熱熱交換部が備えられ、外気を該地中熱熱交換部に通して室内に送り込むことで、地中熱を利用して、室内を、夏季は涼しくし、冬季は暖かくする、地中熱利用室内空調システムは、従来より知られている。

また、この地中熱利用室内空調システムにおいて、夏季の夜間や明け方において、外気温が室内の温度及び地中熱の温度よりも低くなった場合に、外気を直接、室内に送り込んで室内を涼しくしたり、冬季の日中において、外気温が室内の温度及び地中熱の温度よりも高くなった場合に、外気を直接、室内に送り込んで室内を暖かくすることができるようになされたシステムも知られている。
特開２００５−２４１４０号公報

しかしながら、上記の地中熱利用室内空調システムでは、夏季には、外気が地中熱熱交換部を通過することで熱交換部周囲の地熱の温度が上昇していき、そのため、地中熱による外気冷却作用、ひいては、室内冷却作用が経時的に弱いものなっていくという問題がある。

また、冬季には、外気が地中熱熱交換部を通過することで熱交換部周囲の地熱の温度が下降していき、そのため、地中熱利用による外気加温作用、ひいては、室内加温作用が経時的に弱いものなっていくという問題がある。

本発明は、上記のような問題点に鑑み、夏季において、地中熱熱交換部を通過した外気で室内を涼しくすることができ、しかも、外気を直接、室内に送り込んで室内を涼しくすることもでき、加えて、地中熱熱交換部を通過した外気による室内冷却作用を長く維持することができる地中熱利用室内空調システムを提供することを第１の課題とする。

また、冬季において、地中熱熱交換部を通過した外気で室内を暖かくすることができ、しかも、外気を直接、室内に送り込んで室内を暖かくすることもでき、加えて、地中熱熱交換部を通過した外気による室内加温作用を長く維持することができる地中熱利用室内空調システムを提供することを第２の課題とする。

上記の第１の課題は、通過する外気と地中熱とに熱交換を行わせる地中熱熱交換部と、
室内の温湿度、外気の温湿度、及び、地中熱熱交換部の空気出口の温湿度を検知する各センサーと、
夏季において、前記センサーからの検知信号に基づき、外気のエンタルピーが地中熱熱交換部の空気出口及び室内の各エンタルピーよりも高いとき、地中熱熱交換部を通過した外気を室内に送り込む地中熱利用空調モードを形成し、外気のエンタルピーが地中熱熱交換部の空気出口及び室内の各エンタルピーよりも低いとき、外気を直接に室内に送り込むと共に外気を地中蓄冷のために地中熱熱交換部に送り込む外気直接利用空調兼地中蓄冷モードを形成する切換えと制御を行う切換え制御手段と
が備えられていることを特徴とする地中熱利用室内空調システムによって解決される（第１発明）。

このシステムでは、夏季において、外気のエンタルピーが地中熱熱交換部の空気出口及び室内の各エンタルピーよりも高いとき、地中熱熱交換部を通過した外気を室内に送り込む地中熱利用の空調モードが形成されるようになされているので、地中熱熱交換部を通過した外気で室内を涼しくすることができる。

しかも、外気のエンタルピーが地中熱熱交換部の空気出口及び室内の各エンタルピーよりも低いとき、外気を直接に室内に送り込む外気直接利用空調モードが形成されるようになされているので、外気を直接、室内に送り込んで室内を涼しくすることもできる。

加えて、上記の外気直接利用空調モードは、外気を地中蓄冷のために地中熱熱交換部に送り込む地中蓄冷モードを兼ねているので、そのモードによって熱交換部周囲の地熱の温度が下降して蓄冷されていき、そのため、その後の地中熱利用空調モードにおいて、地中熱熱交換部を通過した外気による室内冷却作用を長く維持することができる。

上記の第２の課題は、通過する外気と地中熱とに熱交換を行わせる地中熱熱交換部と、
室内の温湿度、外気の温湿度、及び、地中熱熱交換部の空気出口の温湿度を検知する各センサーと、
冬季において、前記センサーからの検知信号に基づき、外気のエンタルピーが地中熱熱交換部の空気出口及び室内の各エンタルピーよりも低いとき、地中熱熱交換部を通過した外気を室内に送り込む地中熱利用空調モードを形成し、外気のエンタルピーが地中熱熱交換部の空気出口及び室内の各エンタルピーよりも高いとき、外気を直接に室内に送り込むと共に外気を地中蓄熱のために地中熱熱交換部に送り込む外気直接利用空調兼地中蓄熱モードを形成する切換えと制御を行う切換え制御手段と
が備えられていることを特徴とする地中熱利用室内空調システムによって解決される（第２発明）。

このシステムでは、冬季において、外気のエンタルピーが地中熱熱交換部の空気出口及び室内の各エンタルピーよりも低いとき、地中熱熱交換部を通過した外気が室内に送り込まれる地中熱利用の空調モードが形成されるようになされているので、地中熱熱交換部を通過した外気で室内を暖かくすることができる。

しかも、外気のエンタルピーが地中熱熱交換部の空気出口及び室内の各エンタルピーよりも高いとき、外気が直接に室内に送り込まれる外気直接利用空調モードが形成されるようになされているので、外気を直接、室内に送り込んで室内を暖かくすることもできる。

加えて、上記の外気直接利用空調モードは、外気を地中蓄熱のために地中熱熱交換部に送り込む地中蓄熱モードを兼ねているので、そのモードによって熱交換部周囲の地熱の温度が上昇して蓄熱されていき、そのため、その後の地中熱利用空調モードにおいて、地中熱熱交換部を通過した外気による室内加温作用を長く維持することができる。

本発明は、以上のとおりのものであるから、夏季において、地中熱熱交換部を通過した外気で室内を涼しくすることができ、しかも、外気を直接、室内に送り込んで室内を涼しくすることもでき、加えて、地中熱熱交換部を通過した外気による室内冷却作用を長く維持することができる。

また、冬季において、地中熱熱交換部を通過した外気で室内を暖かくすることができ、しかも、外気を直接、室内に送り込んで室内を暖かくすることもでき、加えて、地中熱熱交換部を通過した外気による室内加温作用を長く維持することができる。

次に、本発明の実施最良形態を図面に基づいて説明する。

図１に示す実施形態の地中熱利用室内空調システムにおいて、１は建物の室内、２は外気取入れ口、３は建物の地下に設けられた外気分岐室、４は建物の地下に設けられた地中熱熱交換部、５はチムニーであり、
チムニー５は、太陽熱で暖められて上昇気流を生成し、天井裏空間部６の空気を誘引して屋外に排出する作用を行うようになされており、その誘引力が、天井７に設けられた第１通気口８を通じて室内１に及ぼされ、また、床面に設けられた第２通気口９を通じて地中熱熱交換部４内の外気通路に及ぼされ、更に、床面、及び、地中熱熱交換部４と外気分岐室３とを区画する壁１０に設けられた第３，第４の通気口１１，１２を通じて外気分岐室３に及ぼされ、外気取入れ口２に及ぼされて、外気が、外気取入れ口２を通じて、外気分岐室３内へと送り込まれ、チムニー５から排出される、温度差換気（重力換気）が行われるようになされている。

また、上記の第２，第３，第４の各通気口９，１１，１２は、該通気口の開度を調節可能な開閉機構を具備しており、これらの開閉機構が切換え手段を構成している。

そして、室内１には、室内１の温湿度を検知する第１センサー１３が設けられると共に、外気取入れ口２付近には、外気の温湿度を検知する第２センサー１４が設けられ、更に、第２通気口９には、地中熱熱交換部４の空気出口の温湿度を検知する第３センサー１５が設けられ、これらセンサー１３，１４，１５からの検知信号に基づき、制御手段としての制御部１６が、各部のエンタルピーを算出し、上記の第２〜第４の通気口９，１１，１２に備えられた開閉機構を制御して、夏季と冬季においてそれぞれ、次のようなモードの切換え制御を行うようになされている。なお、このように、本実施形態では、制御部１６と、第２，第３，第４の各通気口９，１１，１２に備えられた開閉機構とが、本発明における切換え制御手段を構成している。

即ち、夏季においては、
・図２（イ）に示すように、外気のエンタルピーＡが、地中熱熱交換部４の空気出口９のエンタルピーＢや室内１のエンタルピーＣよりも高いとき（例えばＣ＜Ｂ＜Ａ）は、第３通気口１１が閉じられ、第２，第４通気口９，１２が開かれて、地中熱熱交換部４を通過した外気が必要換気量分だけ室内１に送り込まれる地中熱利用の空調モード（夏季第１モード）が形成され、
・図２（ロ）に示すように、外気のエンタルピーＡが、地中熱熱交換部４の空気出口９のエンタルピーＢや室内１のエンタルピーＣよりも低いとき（Ａ＜Ｂ，Ａ＜Ｃ）は、第３通気口１１が開かれて外気が直接に室内１に送り込まれると共に、第４通気口１２も開かれて外気が地中蓄冷のために地中熱熱交換部４に送り込まれる外気直接利用空調兼地中蓄冷モード（夏季第２モード）が形成される（なお、地中蓄冷モードにおいて、地中熱熱交換部４を通過した外気は屋外に排出されてもよいし、室内１に導入されてもよい。以下同様。）
ようになされている。

また、本実施形態では、夏季において、
・図３（ハ）に示すように、室内のエンタルピーＣが、地中熱熱交換部４の空気出口９のエンタルピーＢと外気のエンタルピーＡよりも低く、外気のエンタルピーＡが地中熱熱交換部４の空気出口９のエンタルピーＢよりも低いときは（Ｃ＜Ａ＜Ｂ）、第３通気口１１が小さい開度で開かれて換気に必要な最小限風量の外気が直接室内１に送り込まれると共に、第４通気口１２が開かれて外気が地中蓄冷のために地中熱熱交換部４に送り込まれる夏季第３のモードが形成され、
・図３（ニ）に示すように、地中熱熱交換部４の空気出口９のエンタルピーＢが、外気のエンタルピーＡや室内のエンタルピーＣよりも低いときは（Ｂ＜Ａ，Ｂ＜Ｃ）、外気のエンタルピーＡと室内のエンタルピーＣとの高低関係に基づいて、第２，第４通気口９，１２の開度と、第３通気口１１の開度とが調節され、地中熱利用の空調モード、外気直接利用空調モード、及び、地中熱利用空調兼外気直接利用空調モード（夏季第４のモード群）のいずれか一つのモードが形成されるようになされている。

また、冬季においては、
・図４（イ）に示すように、外気のエンタルピーＡが、地中熱熱交換部４の空気出口９のエンタルピーＢや室内１のエンタルピーＣよりも低いときは（Ａ＜Ｂ，Ａ＜Ｃ）、第３通気口１１が閉じられ、第２，第４通気口９，１２が開かれて、地中熱熱交換部４を通過した外気が室内１に送り込まれる地中熱利用の空調モード（冬季第１モード）が形成され、
・図４（ロ）に示すように、外気のエンタルピーＡが、地中熱熱交換部４の空気出口９のエンタルピーＢや室内１のエンタルピーＣよりも高いとき（例えばＣ＜Ｂ＜Ａ）は、第３通気口１１が開かれて外気が直接に室内１に送り込まれると共に、第４通気口１２も開かれて外気が地中蓄熱のために地中熱熱交換部４に送り込まれる外気直接利用空調兼地中蓄熱モード（冬季第２モード）が形成される（なお、地中蓄熱モードにおいて、地中熱熱交換部４を通過した外気は屋外に排出されてもよいし、室内１に導入されてもよい。以下同様）
ようになされている。

また、本実施形態では、冬季において、
・図５（ハ）に示すように、室内のエンタルピーＣが、地中熱熱交換部４の空気出口９のエンタルピーＢと外気のエンタルピーＡよりも低く、外気のエンタルピーＡが地中熱熱交換部４の空気出口９のエンタルピーＢよりも低いときは（Ｃ＜Ａ＜Ｂ）、第２，第４通気口９，１２の開度と、第３通気口１１の開度とが調節され、地中熱利用の空調モード、外気直接利用空調モード、及び、地中熱利用空調兼外気直接利用空調モード（冬季第３のモード群）のうちのいずれか一つのモードが形成され、
・図５（ニ）に示すように、地中熱熱交換部４の空気出口９のエンタルピーＢが、外気のエンタルピーＡや室内のエンタルピーＣよりも低いときは（Ｂ＜Ａ，Ｂ＜Ｃ）、外気のエンタルピーＡと室内のエンタルピーＣとの高低関係に基づいて、第２，第４通気口９，１２の開度と、第３通気口１１の開度とが調節され、外気直接利用空調モード、地中蓄熱モード、及び、外気直接利用空調モード兼地中蓄熱モード（冬季第４のモード群）のいずれか一つのモードが形成されるようになされている。

このように、上記の地中熱利用室内空調システムでは、夏季において、図２（イ）に示すように、外気のエンタルピーＡが地中熱熱交換部４の空気出口９及び室内１の各エンタルピーＢ，Ｃよりも高いとき、地中熱熱交換部４を通過した外気を室内１に送り込む地中熱利用の空調モード（夏季第１モード）が形成されるようになされているので、地中熱熱交換部４を通過した外気で室内１を涼しくすることができる。

しかも、図２（ロ）に示すように、外気のエンタルピーＡが地中熱熱交換部４の空気出口９及び室内１の各エンタルピーＢ，Ｃよりも低いとき、外気を直接に室内１に送り込む外気直接利用空調モード（夏季第２モード）が形成されるようになされているので、外気を直接、室内１に送り込んで室内１を涼しくすることもできる。

加えて、この外気直接利用空調モード（夏季第２モード）は、外気を地中蓄冷のために地中熱熱交換部４に送り込む地中蓄冷モードを兼ねているので、そのモードによって熱交換部４の周囲の地熱の温度が下降して蓄冷されていき、そのため、その後の地中熱利用空調モード（夏季第１モード等）において、地中熱熱交換部４を通過した外気による室内冷却作用を長く維持することができる。

また、冬季においては、図４（イ）に示すように、外気のエンタルピーＡが地中熱熱交換部４の空気出口９及び室内１の各エンタルピーＢ，Ｃよりも低いとき、地中熱熱交換部４を通過した外気が室内１に送り込まれる地中熱利用の空調モード（冬季第１モード）が形成されるようになされているので、地中熱熱交換部４を通過した外気で室内１を暖かくすることができる。

しかも、外気のエンタルピーＡが地中熱熱交換部４の空気出口９及び室内１の各エンタルピーＢ，Ｃよりも高いとき、外気が直接に室内１に送り込まれる外気直接利用空調モード（冬季第２モード）が形成されるようになされているので、外気を直接、室内１に送り込んで室内１を暖かくすることもできる。

加えて、外気直接利用空調モード（冬季第２モード）は、外気を地中蓄熱のために地中熱熱交換部４に送り込む地中蓄熱モードを兼ねているので、そのモードによって熱交換部４の周囲の地熱の温度が上昇して蓄熱されていき、そのため、その後の地中熱利用空調モード（冬季第１モード等）において、地中熱熱交換部４を通過した外気による室内加温作用を長く維持することができる。

以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、本発明の地中熱利用室内空調システムを、建物の温度差換気（重力換気）システムに適用した場合を示したが、種々の空調システムに適用することが可能である。

実施形態の地中熱利用室内空調システムを示す建物内部の正面図である。図（イ）及び図（ロ）はそれぞれ、同システムの運転モードを示す正面図である。図（ハ）及び図（ニ）はそれぞれ、同システムの他の運転モードを示す正面図である。図（イ）及び図（ロ）はそれぞれ、同システムの運転モードを示す正面図である。図（ハ）及び図（ニ）はそれぞれ、同システムの他の運転モードを示す正面図である。

符号の説明

１…室内
２…外気取入れ口
４…地中熱熱交換部
９…第２通気口、出口
１１…第３通気口
１２…第４通気口
１３，１４，１５…温湿度センサー
１６…制御部（制御手段）

Claims

通過する外気と地中熱とに熱交換を行わせる地中熱熱交換部と、
室内の温湿度、外気の温湿度、及び、地中熱熱交換部の空気出口の温湿度を検知する各センサーと、
夏季において、前記センサーからの検知信号に基づき、
・外気のエンタルピーが地中熱熱交換部の空気出口及び室内の各エンタルピーよりも高く、かつ、地中熱熱交換部の空気出口のエンタルピーが室内のエンタルピーよりも高いとき、地中熱熱交換部を通過した外気を換気のため室内に送り込む地中熱利用空調モードを形成し、
・地中熱熱交換部の空気出口のエンタルピーが外気及び室内の各エンタルピーよりも高く、かつ、外気のエンタルピーが室内のエンタルピーよりも高いとき、外気を、換気のため直接に室内に送り込むと共に、地中蓄冷のために地中熱熱交換部に送り込むモードを形成し、
・外気のエンタルピーが地中熱熱交換部の空気出口及び室内の各エンタルピーよりも低いとき、外気を直接に室内に送り込むと共に外気を地中蓄冷のために地中熱熱交換部に送り込む外気直接利用空調兼地中蓄冷モードを形成する
切換えと制御を行う切換え制御手段と
が備えられていることを特徴とする地中熱利用室内空調システム。