JP5415584B2 - 暖房システム - Google Patents

Description

本発明は、暖房システムおよび暖房方法に関する。

屋内を全体的に暖房し、屋内における各部屋や廊下などの寒暖の差を少なくして快適な環境を実現する全館暖房システムがある。このような全館暖房システムとして、たとえばセントラルヒーティングや床暖房などがある。しかし、その一方で、このような全館暖房システムは、誰も居ない部屋や廊下までも暖房するため、エネルギの消費量も多く、昨今のように、灯油の値段が高騰する状況下には適さない側面もある。

このような状況下において、灯油を用いない暖房システムが提案されている。たとえば特許文献１では、地中熱を、ヒートポンプを介して利用する地中熱ヒートポンプ装置が提案されている。

特開２０１１−２２６６６０

特許文献１のような地中熱を利用する地中熱ヒートポンプ装置は、年間を通じて比較的温度が安定している地中熱を利用する優れた方法である。しかしながら、地中熱のみによって屋内の広い空間を暖めるために必要な熱量を得ようとすると、地中に埋設する熱交換器の部分を大きなものにする必要があり、膨大な初期費用を要する。

本発明は、このような背景の下に行われたものであって、比較的安価に、地中熱を利用して屋内の広い空間を暖房することができる暖房システムを提供することを目的とする。

本発明の暖房システムは、家屋内に備えられる暖房システムにおいて、地中熱ヒートポンプ装置と、空気熱ヒートポンプ装置と、地中熱ヒートポンプ装置および空気熱ヒートポンプ装置によって昇温する暖房用の熱源となる液体が流通することで、家屋内の空気との間で熱交換し家屋内の空気を昇温する空気昇温用熱交換器と、この空気昇温用熱交換器と、地中熱ヒートポンプ装置および空気熱ヒートポンプ装置との間で液体を循環させる配管、を有し、地中熱ヒートポンプ装置は、第１熱媒を圧縮して吐出する第１圧縮機と、第１圧縮機から吐出された第１熱媒と液体との間で熱交換を行う液体昇温用第１熱交換器および第１放熱側熱交換器と、第１放熱側熱交換器から流出した第１熱媒を減圧させる第１膨張弁と、第１膨張弁にて減圧された第１熱媒と地中の熱との間で熱交換を行い、第１熱媒を昇温および蒸発させる第１蒸発器および第１の熱交換器と、を有し、空気熱ヒートポンプ装置は、第２熱媒を圧縮して吐出する第２圧縮機と、第２圧縮機から吐出された第２熱媒と液体との間で熱交換を行う液体昇温用第２熱交換器および第２放熱側熱交換器と、第２放熱側熱交換器から流出した第２熱媒を減圧させる第２膨張弁と、第２膨張弁にて減圧された第２熱媒を外気中の熱との間で熱交換を行い、第２熱媒を昇温および蒸発させる第２の熱交換器と、を有し、配管は、空気昇温用熱交換器と液体昇温用第１熱交換器との間であって、液体昇温用第１熱交換器よりも下流の位置で分岐し、液体を液体昇温用第２熱交換器を経由させ、液体昇温用第２熱交換器を経由した液体を分岐した位置よりも下流の位置に合流させる配管を有し、配管には、分岐した位置から液体昇温用第２熱交換器を経由し合流する位置までの間に、熱動弁が備えられ、地中熱ヒートポンプ装置および空気熱ヒートポンプ装置の稼動と熱動弁の開閉を制御する制御手段を有するものである。また、上述した暖房システムは、地中熱ヒートポンプ装置が、空気昇温用熱交換器と液体昇温用第１熱交換器との間で液体を循環させる第１ポンプを有し、空気熱ヒートポンプ装置が、熱交換機と第３熱交換機との間で液体を循環させる第２ポンプとを有し、この第２ポンプの送出流量が、第１ポンプの送出流量よりも小さい、こととする。

上述した本発明の暖房システムは、空気昇温用熱交換器と、空気昇温用熱交換器で昇温された空気を家屋内に送風する送風機とを有する温風機が、家屋内に配置され、温風機から送出される空気は、家屋内の外側に配置される空気の流路を循環させられる、こととする。

このときに、家屋が複数階を有するときは、最上階を除く階については、流路は各階の室内の床下、内壁および天井の外側に配置され、最上階については、流路は室内の床下のみに配置されているようにすることができる。

さらに、本発明の暖房システムは、第１の熱交換器および第２の熱交換器を協働させる制御手段を有し、制御手段は、第１の熱交換器による能力が所定の能力を満たさないときに第１の熱交換器と第２の熱交換器とを協働させることができる。

本発明を暖房方法としての観点から観ると、本発明の暖房方法は、暖房用の熱源となる液体をヒートポンプ装置で発生する熱によって温める家屋の暖房方法において、ヒートポンプ装置の制御部は、熱媒の温度を屋外熱源としての地中の熱により昇温する第１の熱交換ステップと、熱媒の温度を屋外熱源としての外気中の熱により昇温する第２の熱交換ステップと、を有し、第１の熱交換ステップの処理によって所望する昇温が達成できない場合に第１の熱交換ステップの処理と第２の熱交換ステップの処理とを併用するものである。

本発明によれば、比較的安価に、地中熱を利用して屋内の広い空間を暖房することができる。

本発明の実施の形態に係る暖房システムの全体構成図である。 図１の暖房システムの暖房用の熱源となる液体を昇温する構成を説明するための図である。 図２の制御部の動作を示すフローチャートである。 図３のフローチャートの動作を説明するための戻り温水温度、室温、および外気温と、空気熱または地中熱による暖房の稼動状況との関係を示す図である。 図２の制御部のその他の動作を示すフローチャートである。

本発明の実施の形態に係る暖房システム１は、図１に示すように、たとえば家屋２の１階の部屋３（室内）と２階の部屋４（室内）とを暖房することができる。１階の部屋３は、床面、壁面、および天井の多数面を暖めることによって暖房する。２階の部屋４は、１階の部屋３の天井裏が暖められることにより、２階の部屋４の床面が暖められることによって暖房する。暖かい空気は、上に昇るため、２階の部屋４については、床面のみが暖められる場合であっても暖房される。これにより２階の部屋４については内側面の全面を暖める場合に比べてエネルギの消費を低減させることができる。

本実施の形態おいては、１階の部屋３を居間等の生活の中心に供される部分とし、２階の部屋４を寝室等、居間等に比べて室温が低くても構わない部分とすることが好ましい。

このようにした場合には、生活の中心に供される１階の部屋３については暖房温度を高くすることができる。一方、居間等に比べて室温が低くてもよい２階の部屋４については、暖房温度を低く抑えることができる。これにより、生活への支障を少なくしながら家屋２の暖房に要するエネルギの消費を効率的に抑えることができる。

家屋２を暖房するための熱源は床下に備えられる温風機５である。温風機５に接続される配管Ｐ内には、地中熱ヒートポンプ装置６および空気熱ヒートポンプ装置７によって昇温される暖房用の熱源となる液体Ｌ（たとえば不凍液）が循環する。地中熱ヒートポンプ装置６は、図２の説明で後述する第１の熱交換器２０ａの地中用熱交換部８を有して地中熱を集熱源とし、空気熱ヒートポンプ装置７は、図２の説明で後述する第２の熱交換器２０ｂの空中用熱交換部９を有して空気熱を集熱源とする。

家屋２には、温風機５に吸入されて送出される温風が循環するための流路１０，１１，１２が設けられている。すなわち温風機５の吸入側（図１の右側）から温風機５に吸い込まれた空気は、温風機５の送出側（図１の左側）から送出されて流路１０，１１，１２を通って循環する。流路１０，１１，１２は部屋３（室内）の外側に配置されている。具体的には、流路１０は、１階の部屋３の床面の下に配置され、流路１１は、１階の部屋３の内壁と外壁との間に配置されている。流路１２は、１階の部屋３の天井と２階の部屋４の床面との間に配置されている。これらの空間が相互に連通するようにして流路１０，１１，１２が形成される。一方、２階の部屋４の内壁と外壁との間の空間および天井裏の空間と、流路１０，１１，１２とは連通しないように、２階の部屋４の内壁と外壁との間の空間と、１階の部屋３の天井の上の空間（すなわち２階の部屋４の床下の空間）とは、仕切部１３によって仕切られている。仕切部１３は、家屋２の構造体である梁等を用いることができる。また、板体により仕切部１３を構成することができる。これにより１階の部屋３は、床面、壁面、および天井の多数の面からの熱によって暖められ、２階の部屋４は、床面からの熱によって暖められる。

なお、流路１０，１１，１２は、空気の流れる方向を一方向に限定するようなダクト構造としてもよいし、単に、部屋３の周囲に空洞を設けるような構造としてもよい。後者の構造の場合には、温風機５から送出された空気が最短経路を通ってそのまま温風機５に吸入される場合もあるが、温風機５により暖められた空気は自然に上方に移動する性質を有するので、ほとんどの空気は流路１０，１１を通り、上方にある流路１２まで達する。そして、流路１２で冷やされた空気は、流路１０，１１を通って自然に下方（温風機５の設置位置）に移動する性質を有する。このように、流路１０，１１，１２を厳密なダクト構造としなくても空気は流路１０，１１，１２を通って適切に循環する。

図２に示すように、温風機５は、地中熱ヒートポンプ装置６および空気熱ヒートポンプ装置７によって昇温される液体Ｌが流通する空気昇温用熱交換器としての熱交換器１４と、温風機５に空気を吸い込ませると共に熱交換器１４を通って昇温された空気を送出する送風機１５とを有する。なお、図示は省略するが、暖房効率が低下しない範囲で若干の空気が外気と入れ替わるように、家屋２には換気口が設けられている。送風機１５は、熱交換器１４により空気を昇温していないときでも動作させ、流路１０，１１，１２に空気を送出することで、床下、壁内、および天井裏の換気を行ってもよい。

また、図２に示すように、地中熱ヒートポンプ装置６は、ヒートポンプを構成する部材として、第１熱媒としての熱媒（たとえばアンモニア）を圧縮して吐出する第１圧縮機としての圧縮機１６と、圧縮機１６から吐出された熱媒と暖房用の熱源となる液体Ｌとの間で熱交換して熱媒を凝縮する凝縮器として動作する第１放熱側熱交換器としての熱交換器１７と、熱交換器１７から流出した熱媒を減圧させる第１膨張弁としての膨張弁１８と、第１蒸発器としての蒸発器１９および地中用熱交換部８を備えることで膨張弁１８にて減圧された熱媒と地中の熱（屋外熱源）との間で熱交換を行う集熱側熱交換器としての第１の熱交換器２０ａを有する。地中用熱交換部８には熱媒（たとえば不凍液）が通され、ポンプ２２により循環される熱媒に地中の熱が吸収される。

さらに、地中熱ヒートポンプ装置６は、熱交換器１７の熱によって液体Ｌを昇温する液体昇温用第１熱交換器としての熱交換器２１、熱交換機１４と熱交換機２１との間で液体Ｌを循環させるポンプ２２ａ、戻り温水温度を測定する水温センサ２３ａを有する。

また、図２に示すように、空気熱ヒートポンプ装置７は、ヒートポンプを構成する部材として、第２熱媒としての熱媒（たとえばアンモニア）を圧縮して吐出する第２圧縮機としての圧縮機２４と、圧縮機２４から吐出された熱媒と暖房用の熱源となる液体Ｌとの間で熱交換して熱媒を凝縮する凝縮器として動作する第２放熱側熱交換器としての熱交換器２５と、熱交換器２５から流出した熱媒を減圧させる第２膨張弁としての膨張弁２６と、集熱側熱交換器としての第２の熱交換器２０ｂを有する。第２の熱交換器２０ｂは空中用熱交換部９を有し、蒸発器として動作し膨張弁２６にて減圧された熱媒と外気の熱（屋外熱源）との間で熱交換を行う。これにより第２の熱交換器２０ｂを通る熱媒は外気の熱を吸収する。さらに、空気熱ヒートポンプ装置７は、熱交換器２５の熱によって液体Ｌを昇温する液体昇温用第２熱交換器としての熱交換器２７、および熱交換機１４と熱交換機２７との間で液体Ｌを循環させるポンプ２２ｂを有する。

さらに、暖房システム１は、熱交換器１４への液体Ｌの流量を調整する熱動弁２８、空気熱ヒートポンプ装置７から熱交換器１４側に流れる流体Ｌの流量を制御する熱動弁２９、定流量弁３０、逆止弁３１、およびバイパス流量調整弁３２を有する。

定流量弁３０を備えることで、一次側（流体Ｌの流れ方向上流）および二次側（流体Ｌの流れ方向下流）に圧力の変動が発生した場合にも、一次側から二次側への流量を一定にすることができる。

また、逆止弁３１を備えることで、空気熱ヒートポンプ装置７から送出された液体Ｌが合流点Ｂから地中熱ヒートポンプ装置６側に流れ込むことを防止できる。

また、バイパス流量調整弁３２を備えることで、熱交換器２１に流れ込む液体Ｌの一部をポンプ２２ａの吐出口の側にバイパスすることができる。バイパス流量調整弁３２を調整することにより熱交換器２１に流れ込む液体Ｌの流量を増減させることができる。なお、バイパス流量調整弁３２の調整は、一般的には暖房システム１の設置時に業者によって調整されるものであり、暖房システム１の設置後にユーザなどによって調整されたり後述する制御部３３によって自動的に調整されるものではない。

また、暖房システム１は、制御部３３を有する。制御部３３には、不図示の操作パネルからの操作によりユーザが所望する温度が設定されているものとする。また、制御部３３には、水温センサ２３ａからの戻り温水温度の測定結果および部屋３，４などの暖房対象となる位置に備えられている室温センサ２３ｂからの測定結果が入力されている。制御部３３は、水温センサ２３ａの戻り温水温度の測定結果および室温センサ２３ｂの測定結果に基づいて、地中熱ヒートポンプ装置６、空気熱ヒートポンプ装置７、熱動弁２８、および熱動弁２９を制御する。

制御部３３は、たとえば地中熱ヒートポンプ装置６のみによって液体Ｌを昇温させるときは、熱動弁２８を開放状態とすると共に熱動弁２９を閉塞状態に制御する。熱動弁２９が閉塞状態であり熱動弁２８が開放状態であるときには、地中熱ヒートポンプ装置６から送出された液体Ｌは空気熱ヒートポンプ装置７には流れない。つまり、液体Ｌは、温風機５と地中熱ヒートポンプ装置６との間にのみに流れ、地中熱ヒートポンプ装置６のみによって昇温される。

また、制御部３３は、地中熱ヒートポンプ装置６に加え、空気熱ヒートポンプ装置７によっても液体Ｌを昇温させるときは、熱動弁２８および熱動弁２９を共に開放状態に制御すると共に空気熱ヒートポンプ装置７を駆動する。これにより地中熱ヒートポンプ装置６から送出された液体Ｌは、分岐点Ａにおいて、空気熱ヒートポンプ装置７を経由して熱交換器１４に流れる液体Ｌ２と、空気熱ヒートポンプ装置７を経由せずに熱交換器１４に流れる液体Ｌ１とに分かれる。液体Ｌ１と液体Ｌ２は、合流点Ｂで合流して熱交換器１４に流れる。

本実施の形態では、たとえば、地中熱ヒートポンプ装置６のポンプ２２ａの送出可能流量に比べて空気熱ヒートポンプ装置７のポンプ２２ｂの送出可能流量を小さくしている。そのため、熱動弁２９を開放状態にした場合、地中熱ヒートポンプ装置６から送出される液体Ｌのうち一部の液体が空気熱ヒートポンプ装置７に流れる。したがって、地中熱ヒートポンプ装置６のポンプ２２ａから送出される液体Ｌ１の流量は、空気熱ヒートポンプ装置７のポンプ２２ｂから送出される液体Ｌ２の流量よりも大きい。たとえば、ポンプ２２ａとポンプ２２ｂの送出可能流量を、ポンプ２２ａについては１５リットル／分とし、ポンプ２２ｂについては５リットル／分などとすることができる。

次に、制御部３３の動作の実施例について図３のフローチャートを参照しながら説明する。制御部３３には、不図示の操作パネルからの操作によりユーザが所望する温度が設定されているものとする。設定温度の一例として、ここではユーザが室温を２０℃に設定しているものとする。また、このとき、制御部３３は、室温の設定温度に対する適切な戻り温水温度の情報を予め不図示のメモリに記憶していて、自動的に、戻り温水温度を３６℃に設定するものとする。なお、前述のメモリに記憶されている情報は、暖房システム１の製造メーカが実験やシミュレーションなどによって取得したものである。あるいは、ユーザが室温および戻り温水温度の双方を任意に設定可能としてもよい。

また、制御部３３には、温水センサ２３ａからの戻り温水温度の測定結果と、室温センサ２３ｂからの１階の部屋３または２階の部屋４もしくはその両者などの暖房対象となる室内温度の測定結果が伝達されているものとする。ここで「ＳＴＡＲＴ」の条件は、温風機５、地中熱ヒートポンプ装置６、および空気熱ヒートポンプ装置７にそれぞれ電源が供給されていると共に、設定温度と室内温度とに差が生じている状態とする。なお、温風機５は、電源が供給された時点で送風を行っているものとする。

ステップＳ１において、制御部３３は、室温センサ２３ｂの測定結果が所定の温度Ｔ１以下か否かを判定する。所定の温度Ｔ１とは、たとえば１９℃であり、設定されている室温（２０℃）を１℃下回る室温である。ステップＳ１において、所定の温度Ｔ１以下であると判定されると、フローは、第１の熱交換ステップとしてのステップＳ２に進む。一方、ステップＳ１において、所定の温度Ｔ１を超えていると判定されると、フローは、ステップＳ８に進む。

ステップＳ２において、制御部３３は、地中熱ヒートポンプ装置６をＯＮ状態としてフローはステップＳ３に進む。地中熱ヒートポンプ装置６のＯＮ状態で第１の熱交換器２０ａが駆動され、第１の熱交換器２０ａ内の熱媒が地中の熱により昇温される。

ステップＳ３において、制御部３３は、水温センサ２３ａの測定結果が所定の温度Ｗ１以下か否かを判定する。所定の温度Ｗ１とは、たとえば３５℃であり、設定されている戻り温水温度（３６℃）を１℃下回る戻り温水温度である。ステップＳ３において、所定の温度Ｗ１以下であると判定されると、フローは、第２の熱交換ステップとしてのステップＳ４に進む。一方、ステップＳ３において、所定の温度Ｗ１を超えていると判定されると、フローは、ステップＳ６に進む。

ステップＳ４において、制御部３３は、空気熱ヒートポンプ装置７をＯＮ状態としてフローはステップＳ５に進む。空気熱ヒートポンプ装置７のＯＮ状態で第２の熱交換器２０ｂが駆動され、第２の熱交換器２０ｂ内の熱媒が外気中の熱により昇温される。ステップＳ４では、制御部３３が地中熱ヒートポンプ装置６と共に空気熱ヒートポンプ装置７を稼動させる。つまり、ステップ３において、地中熱ヒートポンプ装置６の駆動のみでは所望の昇温が達成できない場合（ステップＳ３においてＹｅｓ）に空気熱ヒートポンプ装置７も駆動され、第１の熱交換器２０ａと第２の熱交換器２０ｂとが協働状態となる。すなわち、地中熱により熱媒を昇温することができる第１の熱交換器２０ａを備える地中熱ヒートポンプ装置６と外気熱により熱媒を昇温することができる第２の熱交換器２０ｂを備える空気熱ヒートポンプ装置７が協働される。この場合、制御部３３は、熱動弁２８および熱動弁２９を共に開放状態とする。また、地中熱ヒートポンプ装置６の稼働時にはポンプ２２，２２ａが駆動され、また、空気熱ヒートポンプ装置７の稼働時にはポンプ２２ｂが駆動される。熱動弁２９が開放状態とされると共にポンプ２２ｂが駆動されることで、ポンプ２２ａにより送出された液体Ｌの一部が分岐部Ａで液体Ｌ２として空気熱ヒートポンプ装置７に流れる。液体Ｌ２は空気熱ヒートポンプ装置７により昇温される。さらに、分岐部Ａで空気熱ヒートポンプ装置７側に流れることなく熱交換器１４側に流れた液体Ｌ１と空気熱ヒートポンプ装置７側に流れた液体Ｌ２は、合流部Ｂで交流し、熱動弁２８を通って熱交換器１４に流れる。

上述のように、地中熱ヒートポンプ装置６と共に空気熱ヒートポンプ装置７を稼動させることで、地中熱ヒートポンプ装置６のみの稼働の場合に比べて、液体Ｌに大きな熱量を与えることができる。すなわち液体Ｌの水温を高くすることができる。

ステップＳ５において、制御部３３は、水温センサ２３ａの測定結果が所定の温度Ｗ２以上か否かを判定する。所定の温度Ｗ２とは、たとえば３７℃であり、設定されている戻り温水温度（３６℃）を１℃上回る戻り温水温度である。ステップＳ５において、所定の温度Ｗ２以上であると判定されると、フローは、ステップＳ６に進む。一方、ステップＳ５において、所定の温度Ｗ２未満であると判定されると、フローは、ステップＳ４に戻る。

ステップＳ６において、制御部３３は、空気熱ヒートポンプ装置７をＯＦＦ状態としてフローは、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、制御部３３は、室温センサ２３ｂの測定結果が所定の温度Ｔ２以上か否かを判定する。所定の温度Ｔ２とは、たとえば２１℃であり、設定されている室温（２０℃）を１℃上回る室温である。ステップＳ７において、所定の温度Ｔ２以上であると判定されると、フローは、ステップＳ８に進む。一方、ステップＳ７において、所定の温度Ｔ２未満であると判定されると、フローは、ステップＳ２に戻る。

ステップＳ８において、制御部３３は、地中熱ヒートポンプ装置６および空気熱ヒートポンプ装置７を双方共にＯＦＦ状態として１周期分の処理を終了する（ＥＮＤ）。

図４は、図３に示す動作を行った場合の戻り温水温度、室温、および外気温と、地中熱による暖房の稼動状況および空気熱による暖房の稼動状況との関係を示している。制御部３３の制御によれば、図４に示すように、時刻ｔ１で、暖房が開始された直後は、地中熱と空気熱との双方によって暖房を行っているが、時刻ｔ２で、戻り温水温度が所定温度Ｗ２（設定温度以上）に上昇すると直ちに空気熱による暖房は停止させる。さらに、時刻ｔ３で、室温が所定温度Ｔ２（設定温度以上）に上昇すると、いったん暖房を停止させる。なお、地中熱ヒートポンプ装置６による暖房の程度（熱交換器１４において空気を暖める熱量）は、時刻ｔ２からｔ３の間で徐々に低下させている。具体的には、制御部３３により、熱動弁２８の開度を制御し、熱交換器１４に流れる液体Ｌの流量を増減させることで、送風機１５から流路１０，１１，１２に送出される空気の温度の上昇の程度（暖房の程度）を調整することができる。

時刻ｔ４で、再び室温が所定温度Ｔ１に低下すると共に戻り温水温度が所定温度Ｗ１に低下すると、地中熱と空気熱との双方によって暖房を行う。時刻ｔ５で、戻り温水温度が所定温度Ｗ２（設定温度以上）に上昇すると直ちに空気熱による暖房は停止させる。時刻ｔ４では外気温が大きく低下したため、時刻ｔ４〜ｔ５の間は、地中熱ヒートポンプ装置６および空気熱ヒートポンプ装置７の双方が共にフル稼働となっている。さらに、時刻ｔ６で、室温がさらに上昇して設定温度以上（温度Ｔ２）になると、いったん暖房を停止させる。なお、地中熱ヒートポンプ装置６による暖房の程度（熱交換器１４において空気を暖める熱量）は、時刻ｔ５からｔ６の間で室温の上昇につれて徐々に低下させている。

このように、制御部３３の動作によれば、水温センサ２３ａの測定結果による戻り温水温度および室温センサ２３ｂの測定結果による室温の双方に基づき、きめ細かい制御を行うことができる。これによれば、たとえば室温が設定温度以下であり戻り温水温度も設定温度以下であるような場合には、液体Ｌの昇温が急務であるとして、地中熱と空気熱の双方を利用して急速に液体Ｌの温度を昇温させることができる。一方、室温が設定温度以下であっても戻り温水温度が設定温度を超えているような場合には、地中熱のみによって液体Ｌの温度を昇温させるようにして省エネルギを図ることができる。

以上説明したように、暖房システム１は、地中熱ヒートポンプ装置６と、空気熱ヒートポンプ装置７と、を有するので、地中熱のみを利用する暖房システムと比べて暖房能力を向上させることができる。これによれば、第１の熱交換器２０ａの地中用熱交換部８をさほど大きなものとしなくても十分に地中熱を利用した暖房を実現することができる。したがって、暖房システム１の導入時に要する初期費用を低く抑えることができるので、一般家庭においても地中熱を利用する暖房を普及させることができる。

さらに、暖房システム１は、家屋２内に配置され、吸入した空気の温度を液体Ｌの熱により昇温して送出する温風機５を有し、温風機５から送出される空気は、家屋２の部屋３の室内の外側に配置される空気の流路を循環させられる。これによれば、温風機５が送出する気流が部屋３の床面、内壁および天井を沿って流通するための空気の流路１０，１１，１２が設けられるので、液体Ｌの配管Ｐを屋内の広い面積に引き回すのに比べると、設備の設置コストを低く抑え、設備の設置工期を短くすることができる。また、地中熱ヒートポンプ装置６および空気熱ヒートポンプ装置７と温風機５との間のみに液体Ｌの配管Ｐを配設すればよく、液体Ｌの配管Ｐは短くて済むので、これによっても設備の設置コストを低く抑え、設備の設置工期を短くすることができる。

また、１階の部屋３は、空気の流路１０，１１，１２により床面、壁面、および天井の多数面を暖めることによって暖房するのに対し、２階の部屋４は、１階の部屋３の天井裏が空気の流路１２により暖められることにより、２階の部屋４の床面が暖められることによって暖房する。これにより２階の部屋４については内側面の全面を暖める場合に比べてエネルギの消費を低減させることができる。すなわち、家屋が複数階を有するときは、最上階を除く階については、前述の空気の流路は各階の室内の床下、内壁および天井の外側に配置され、最上階については、空気の流路は室内の床下のみに配置されている。

さらに、地中熱ヒートポンプ装置６および空気熱ヒートポンプ装置７と温風機５との間の配管Ｐは、短く直線的に配設できるため、太い径での配管Ｐとすることができる。これによれば、配管Ｐ内の液体Ｌの流れを大量かつスムーズにすることができる。たとえば地中熱ヒートポンプ装置６と空気熱ヒートポンプ装置７とが協働している際には、２台のヒートポンプ装置に液体Ｌが流れ込むので、その流量は、１台のヒートポンプ装置のみが稼動している場合に比べて多くなる。このように配管Ｐ内の液体Ｌの流れを大量かつスムーズにすることができるので、地中熱ヒートポンプ装置６と空気熱ヒートポンプ装置７とが協働する暖房が可能になる。

さらに、暖房システム１は、図４に示すように、地中熱ヒートポンプ装置６による能力が所定の能力を満たさないときに限定して地中熱ヒートポンプ装置６と空気熱ヒートポンプ装置７とを協働させる。これによれば主に稼動するのは地中熱ヒートポンプ装置６であり、空気熱ヒートポンプ装置７は補助的に稼動する。このように、年間を通じて比較的温度が安定している地中熱を利用する暖房を優先的に利用できるので、大きな省エネルギ効果を得ることができる。

上述した実施の形態は、その要旨を逸脱しない限り様々に変更が可能である。

たとえば、図２において、熱交換器２１と熱交換器２７とは別々に設けられているが、両者を共通にした形態、具体的には、１つの熱交換器２１に対して２つの熱交換器１７と熱交換器２５とを設ける構成としてもよい。つまり、熱交換器２１を熱交換器１７と熱交換器２５との間で熱交換可能な構成としてもよい。係る構成とした場合には、分岐部Ａ、熱交換器２７および合流部Ｂを通る液体Ｌ２の流路（配管Ｐ）を設ける必要がなくなり、また、ポンプ２２ｂ、熱動弁２９、定流量弁３０も設ける必要がなくなるため、システムの構成を簡略化することができる。

また、たとえば、制御部３３は、室温センサ２３ｂの測定結果のみに基づいて制御を行ってもよい。このような制御部３３の他の動作を図５のフローチャートを参照しながら説明する。なお、既に説明した図３のフローチャートの動作を行う制御部３３に対し、説明の便宜上、図５のフローチャートの動作を行うものを制御部３３Ａとして説明する。図５のフローチャートの処理における「ＳＴＡＲＴ」の条件は、図３のフローチャートの処理におけるものと同じである。

ステップＳ１０において、制御部３３Ａは、設定温度と室内温度との差を判定する。ステップＳ１０において、設定温度と室内温度との差が大きいと判定されると、フローは、ステップＳ１１に進む。一方、ステップＳ１０において、設定温度と室内温度との差が大きくないと判定されると、フローは、ステップＳ１２に進む。なお、ここで「設定温度と室内温度との差が大きい」とは、地中熱ヒートポンプ装置６の熱量だけでは室内温度を設定温度に上げることができないほどの温度差であり、たとえば室内温度が設定温度よりも５℃を超えてさらに下回っているような場合である。

ステップＳ１１において、制御部３３Ａは、地中熱ヒートポンプ装置６と共に空気熱ヒートポンプ装置７を稼動させ、フローは、ステップＳ１２に進む。

上述のように、「設定温度と室内温度との差が大きい」場合に地中熱ヒートポンプ装置６と共に空気熱ヒートポンプ装置７を稼動させることで、地中熱ヒートポンプ装置６のみの稼働の場合に比べて、液体Ｌに大きな熱量を与えることができ（液体Ｌの水温を高くすることができ）、室内温度を設定温度により近づけ易くなる。

ステップＳ１２において、制御部３３Ａは、設定温度と室内温度との差を判定する。ステップＳ１２において、設定温度と室内温度との差が中程度であると判定されると、フローは、ステップＳ１３に進む。一方、ステップＳ１２において、設定温度と室内温度との差が中程度ではないと判定されると、フローは、ステップＳ１４に進む。なお、ここで「設定温度と室内温度との差が中程度」とは、地中熱ヒートポンプ装置６の熱量だけで室内温度を設定温度に上げることができる温度差であり、たとえば設定温度と室内温度との差が５℃以内であるような場合である。

ステップＳ１３において、制御部３３Ａは、地中熱ヒートポンプ装置６のみを稼動させ、フローは、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４において、制御部３３Ａは、設定温度と室内温度との差を判定する。ステップＳ１４において、設定温度と室内温度との差が無いと判定されると、フローは、ステップＳ１５に進む。一方、ステップＳ１４において、設定温度と室内温度との差が有ると判定されると、フローは、ステップＳ１０に戻る。なお、ここで「設定温度と室内温度との差が無い」とは、たとえば設定温度と室内温度との差が１℃以内であるような場合を想定している。

ステップＳ１５において、制御部３３Ａは、地中熱ヒートポンプ装置６、および空気熱ヒートポンプ装置７を停止させる（ＥＮＤ）。

なお、図５のフローチャートの処理は、いったん終了（ＥＮＤ）しても再び「ＳＴＡＲＴ」の条件が整えば開始される。すなわち、設定温度と室内温度との差が無くなり、図５のフローチャートの処理が終了した後に、室内温度が下がって設定温度との差が生じると、図５のフローチャートの処理は再び開始される。

このように図５のフローチャートの処理によれば、室温センサ２３ｂからの測定結果だけに基づいて制御を行うことができるので、処理を簡便に行うことができる。

また、上述の実施の形態では、２階建ての家屋２を説明したが、３階建て以上であっても暖房システム１を適用することができる。すなわち３階建ての家屋であれば、１階と２階の部屋までは、床面、壁面、および天井を暖房する。これにより、３階の部屋については床面のみの暖房になる。

また、上述した実施の形態では、地中熱ヒートポンプ装置６の能力が空気熱ヒートポンプ装置７の能力よりも高く、空気熱ヒートポンプ装置７が地中熱ヒートポンプ装置６の能力を補う暖房システム１を説明したが、地中熱ヒートポンプ装置６の能力と空気熱ヒートポンプ装置７の能力とが同等であってもよい。この場合には、地中熱ヒートポンプ装置６の能力と空気熱ヒートポンプ装置７の能力とが同等であっても通常時には空気熱ヒートポンプ装置７の能力を絞って使用するようにし、非常時（異常低温時など）には、空気熱ヒートポンプ装置７の能力をフルに活用するとよい。

１…暖房システム、２…家屋、３，４…部屋、５…温風機、６…地中熱ヒートポンプ装置、７…空気熱ヒートポンプ装置、８…地中用熱交換部（集熱側熱交換器の第１の熱交換器の一部）、９…空中用熱交換部（集熱側熱交換器の第２の熱交換器の一部）、１０，１１，１２…流路、１６，２４…圧縮機、１７，２５…熱交換器（放熱側熱交換器）、１８，２６…膨張弁、２０ａ…第１の熱交換器、２０ｂ…第２の熱交換器、２３ａ…水温センサ、２３ｂ…室温センサ、３３，３３Ａ…制御部

Claims (4)

1. 家屋内に備えられる暖房システムにおいて、
   地中熱ヒートポンプ装置と、
   空気熱ヒートポンプ装置と、
   前記地中熱ヒートポンプ装置および前記空気熱ヒートポンプ装置によって昇温する暖房用の熱源となる液体が流通することで、前記家屋内の空気との間で熱交換し前記家屋内の空気を昇温する空気昇温用熱交換器と、
   前記空気昇温用熱交換器と、前記地中熱ヒートポンプ装置および前記空気熱ヒートポンプ装置との間で前記液体を循環させる配管、
   を有し、
   前記地中熱ヒートポンプ装置は、
   第１熱媒を圧縮して吐出する第１圧縮機と、
   前記第１圧縮機から吐出された前記第１熱媒と前記液体との間で熱交換を行う液体昇温用第１熱交換器および第１放熱側熱交換器と、
   前記第１放熱側熱交換器から流出した前記第１熱媒を減圧させる第１膨張弁と、
   前記第１膨張弁にて減圧された前記第１熱媒と地中の熱との間で熱交換を行い、前記第１熱媒を昇温および蒸発させる第１蒸発器および第１の熱交換器と、
   を有し、
   前記空気熱ヒートポンプ装置は、
   第２熱媒を圧縮して吐出する第２圧縮機と、
   前記第２圧縮機から吐出された前記第２熱媒と前記液体との間で熱交換を行う液体昇温用第２熱交換器および第２放熱側熱交換器と、
   前記第２放熱側熱交換器から流出した前記第２熱媒を減圧させる第２膨張弁と、
   前記第２膨張弁にて減圧された前記第２熱媒を外気中の熱との間で熱交換を行い、前記第２熱媒を昇温および蒸発させる第２の熱交換器と、
   を有し、
   前記配管は、前記空気昇温用熱交換器と前記液体昇温用第１熱交換器との間であって、前記液体昇温用第１熱交換器よりも下流の位置で分岐し、前記液体を前記液体昇温用第２熱交換器を経由させ、前記液体昇温用第２熱交換器を経由した前記液体を前記分岐した位置よりも下流の位置に合流させる配管を有し、
   前記配管には、前記分岐した位置から前記液体昇温用第２熱交換器を経由し前記合流する位置までの間に、熱動弁が備えられ、
   前記地中熱ヒートポンプ装置および前記空気熱ヒートポンプ装置の稼動と前記熱動弁の開閉を制御する制御手段を有する、
   ことを特徴とする暖房システム。
2. 請求項１に記載の暖房システムにおいて、
   前記地中熱ヒートポンプ装置は、前記空気昇温用熱交換器と前記液体昇温用第１熱交換器との間で前記液体を循環させる第１ポンプを有し、
   前記空気熱ヒートポンプ装置は、前記空気昇温用熱交換器と前記液体昇温用第２熱交換器との間で前記液体を循環させる第２ポンプとを有し、
   前記第２ポンプの送出流量は、前記第１ポンプの送出流量よりも小さい、
   ことを特徴とする暖房システム。
3. 請求項１または２に記載の暖房システムにおいて、
   前記空気昇温用熱交換器と、前記空気昇温用熱交換器で昇温された前記空気を前記家屋内に送風する送風機とを有する温風機が、前記家屋内に配置され、
   前記温風機から送出される空気は、前記家屋内の外側に配置される空気の流路を循環させられる、
   ことを特徴とする暖房システム。
4. 請求項３に記載の暖房システムにおいて、
   前記家屋が複数階を有するときは、最上階を除く階については、前記流路は各階の室内の床下、内壁および天井の外側に配置され、最上階については、前記流路は室内の床下のみに配置されている、
   ことを特徴とする暖房システム。

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