JP5969851B2

JP5969851B2 - 建物の構造

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Publication number: JP5969851B2
Application number: JP2012168707A
Authority: JP
Inventors: 中川　浩; 中川　　浩; 和典西尾; 創史田所; 佐藤　寛; 佐藤　　寛; 大輔梅本
Original assignee: Panahome Corp
Current assignee: Panasonic Homes Co Ltd
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: JP2014025316A

Description

本発明は、地中の熱を有効に活用して床下空間の温度変化を小さくすることができる建物の構造に関する。

従来、床下空間を囲む基礎に、断熱材が添設された建物の構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような断熱材は、建物外部から床下空間に伝達される熱を遮断することができるため、床下空間の温度変化を小さくすることができる。従って、床下空間には、夏は外気よりも涼しく、冬は外気よりも暖かい床下空気を蓄えることができる。

また、床下空間に蓄えられた空気は、例えば、居室へと供給され、換気や初期冷暖房として使用される。このように、床下空間の空気を居室に利用するには、床下空間の温度変化をより小さくすることが望まれている。

特開２００５−４２９５８号公報

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、床下空間の基礎側に配置される外側地中熱伝導部の下端を、床下空間の中心側に配置される内側地中熱伝導部の下端よりも地中深くに位置させることを基本として、地中の熱を有効に活用して床下空間の温度変化をより一層小さくすることができる建物の構造を提供することを主たる目的としている。

本発明のうち請求項１記載の発明は、基礎と床とで囲まれる床下空間を有する建物の構造であって、前記基礎は、建物外部から前記床下空間に伝達される熱を遮断する断熱材が設けられ、前記床下空間は、熱交換部が設けられ、前記熱交換部は、上端側が前記床下空間の空気と熱交換可能に配置され、かつ、下端側が前記床下空間の下方の地中の熱と熱交換可能に配置され、しかも良熱伝導性を有する材料からなる地中熱伝導部を含み、前記地中熱伝導部は、前記床下空間の前記基礎側に配置される外側地中熱伝導部と、前記外側地中熱伝導部よりも前記床下空間の中心側に配置される内側地中熱伝導部とを含み、前記外側地中熱伝導部の前記下端は、前記内側地中熱伝導部の前記下端よりも地中深くに位置することを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、前記床下空間は、前記底面が地盤面よりも下方に位置した地下構造である請求項１に記載の建物の構造である。

また、請求項３記載の発明は、前記外側地中熱伝導部及び前記内側地中熱伝導部は、前記上端と前記下端との間をのびる棒状体である請求項１又は２に記載の建物の構造である。

また、請求項４記載の発明は、前記外側地中熱伝導部の前記下端の地中温度が、前記内側地中熱伝導部の前記下端の地中温度よりも低くなる冬季にのみ、該外側地中熱伝導部と前記床下空間の空気との熱交換を防ぐ外側遮熱手段と、前記内側地中熱伝導部の前記下端の地中温度が、前記外側地中熱伝導部の前記下端の地中温度よりも高くなる夏季にのみ、該内側地中熱伝導部と前記床下空間の空気との熱交換を防ぐ内側遮熱手段とが設けられる請求項１乃至３のいずれかに記載の建物の構造である。

本発明の建物の構造は、建物外部から床下空間に伝達される熱を遮断する基礎断熱材が設けられる。このような断熱材は、床下空間の温度変化を小さくすることができる。

さらに、床下空間は、熱交換部が設けられる。この熱交換部は、上端側が床下空間の空気と熱交換可能に配置され、かつ、下端側が床下空間の下方の地中の熱と熱交換可能に配置された地中熱伝導部を含む。しかも、地中熱伝導部は、良熱伝導性を有する材料からなる。このような地中熱伝導部は、床下空間の空気と、一年を通して温度変化が小さい地中の熱とを熱交換することができ、床下空間の温度変化をより小さくすることができる。

また、地中熱伝導部は、床下空間の基礎側に配置される外側地中熱伝導部と、外側地中熱伝導部よりも床下空間の中心側に配置される内側地中熱伝導部とを含む。地中には、外気条件や、その上の建物の温度変化の影響を受けるものの、一年を通して温度が略一定（例えば、±１．０℃程度）となる不易層が存在する。建物の下方の該不易層は、外気条件の影響を受けやすい床下空間の基礎側が、床下空間の中心側に比べて地中深くに位置する傾向がある。このため、本発明では、外側地中熱伝導部の下端を、内側地中熱伝導部の下端よりも地中深くに位置させて、不易層に接近させている。これにより、内側地中熱伝導部及び外側地中熱伝導部の双方で、床下空間の空気と不易層近傍とを効果的に熱交換することができ、床下空間の温度変化をより一層小さくすることができる。

本発明の実施形態の建物の構造を示す断面図である。図１の床下空間の部分拡大図である。床下空間の平面図である。遮熱手段を示す断面図である。（ａ）は、冬季の床下空間を示す断面図、（ｂ）は、夏季の床下空間を示す断面図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１に示されるように、本実施形態の建物の構造は、例えば、住宅やビル等の建物Ｂに適用することができる。本実施形態の建物Ｂは、土台や外壁等を支持する基礎２、該基礎２で支持される１階の床３、及び、基礎２と床３とで囲まれる床下空間５を有している。

図２及び図３に示されるように、基礎２は、建物Ｂの外周に連続して配置されている。本実施形態の基礎２は、鉄筋コンクリート製である。また、基礎２は、地中Ｇ内で水平にのびるベース部２Ａと、該ベース部２Ａの幅方向の略中央から上方へのびる立上がり部２Ｂとを含んでいる。即ち、この実施形態の基礎２は、断面Ｔ字状に形成された布基礎である。

立上がり部２Ｂは、建物Ｂの垂直高さの基準となるグランドラインである地盤面ＧＬから小高さで突出している。また、立上がり部２Ｂは、床下空間５を囲むように配置されている。立上がり部２Ｂの上面側には、土台６が固定されている。さらに、土台６には、外壁７が固定されている。

本実施形態の基礎２の立上がり部２Ｂには、断熱材８が設けられる。この断熱材８は、立上がり部２Ｂに沿って上下にのびる縦部８Ａと、立上がり部２Ｂの上面に沿って水平にのびる上側部８Ｂと、該縦部８Ａの下端側から床下空間５側に水平にのびる水平部８Ｃとを含んでいる。

縦部８Ａは、立上がり部２Ｂの床下空間５側の側面に沿ってのびている。また、縦部８Ａの上端は、上側部８Ｂの下面に当接している。一方、縦部８Ａの下端は、床下空間５の底面５ｂに当接している。このように、縦部８Ａは、立上がり部２Ｂの側面に隙間なく配置されている。

上側部８Ｂは、立上がり部２Ｂの上面に沿って、床下空間５側から屋外側Ｓｏにのびている。また、上側部８Ｂの上端は、床３の下面に当接している。このように、上側部８Ｂは、床３と立上がり部２Ｂとの間で隙間なく配置されている。

水平部８Ｃは、縦部８Ａから床下空間５側に向かって、床下空間５の底面５ｂに沿ってのびている。また、水平部８Ｃは、底面５ｂから取り外し可能に配置されている。従って、水平部８Ｃは、底面５ｂから取り外されることにより、該底面５ｂ等に防蟻剤等を散布するのに役立つ。

このような断熱材８は、基礎２を介して建物外部から床下空間５に伝達される熱を遮断することができる。これにより、断熱材８は、床下空間５の温度変化を小さくすることができる。従って、床下空間５は、夏は涼しく、冬は暖かい空気を安定的に保持することができる。なお、断熱材８には、例えば、耐熱性及び耐衝撃性に優れるポリスチレンフォーム、ウレタンフォーム、又はフェノールフォーム等の板状材が好適に採用される。また、断熱材８の厚さＴ１は、例えば、４０〜６０mm程度に設定されるのが望ましい。

本実施形態の建物の構造には、温度変化の小さい床下空間５の空気を、居室へと供給する送風手段（図示省略）が設けられている。これにより、居室のエアコン等の空調機器の負荷が効果的に低減される。なお、基礎２の立上がり部２Ｂ等には、外気が導入される換気口（図示省略）が設けられている。この換気口の開口面積は、床下空間５の温度変化を最小限に抑える程度に設定されている。

断熱材８は、床下空間５を効果的に断熱することができるため、床下空間５の下方の地中Ｇの温度変化も小さくすることができる。図１にグレーで着色されているように、地中Ｇには、外気条件や、その上の建物Ｂの温度変化の影響を受けるものの、一年を通して温度が略一定（例えば、±１．０℃程度）となる不易層２６が存在している。本実施形態では、床下空間５の高い断熱性により、従来の建物の下方の不易層２６（等温線２６ａで囲まれる領域）に比べて、不易層２６（等温線２６ｂで囲まれる領域）を、床下空間５側へ上昇させることができる。このような不易層２６の上昇は、後述する熱交換部２１において、地中Ｇの熱と効率的に熱交換するのに役立つ。

図２に示されるように、床下空間５には、その下方に、例えば、下地用の砕石９、防蟻防湿シート１０及び土間コンクリート１１が敷設されている。床下空間５の底面５ｂは、土間コンクリート１１の上面で形成されている。

また、床下空間５には、例えば、底面５ｂから上方に突出する複数の束１５と、該束１５に支持される大引１６とが設けられている。このような束１５及び大引１６により、床３が支持されている。

本実施形態の床下空間５は、地中Ｇの熱と床下空間５の空気との熱交換可能な熱交換部２１が設けられている。本実施形態の熱交換部２１は、床下空間５の底面５ｂで熱交換する底面熱交換部２２と、底面５ｂよりも下方の地中Ｇに埋設された地中熱伝導部２３とが含まれる。

底面熱交換部２２は、前記断熱材８で覆われていない床下空間５の底面５ｂ（土間コンクリート１１）で構成されている。このような底面熱交換部２２は、床下空間５の底面５ｂを介して地中Ｇの熱を広範囲に、床下空間５に伝えることができる。従って、底面熱交換部２２は、床下空間５の温度変化を小さくするのに役立つ。

図１に示したように、本実施形態では、不易層２６を床下空間５側に上昇させることができるため、底面熱交換部２２も、不易層２６の近くで熱交換することができる。従って、底面熱交換部２２は、床下空間５の温度変化をより小さくすることができる。

図２に示されるように、床下空間５は、その底面５ｂが、地盤面ＧＬよりも下方に位置した地下構造とされるのが望ましい。これにより、底面熱交換部２２は、不易層２６（図１に示す）により接近することができるため、床下空間５の温度変化をさらに小さくすることができる。なお、地盤面ＧＬと底面５ｂとの間の深さＤは、例えば、２００〜５００mmが望ましい。

地中熱伝導部２３は、本実施形態では、棒状体からなり、上端２３ａと下端２３ｂとの間を直線状にのびている。本実施形態の棒状体は、断面略円形である。また、地中熱伝導部２３の表面積を増すために、その上端２３ａ、下端２３ｂ及び側面２３ｓに、凹凸やフィン等が設けられてもよい。さらに、地中熱伝導部２３は、良熱伝導性を有する材料からなる。地中熱伝導部２３の材料としては、特に限定されないが、例えば、スチール、アルミニウム、又は銅等の金属が採用されるのが望ましい。さらに、地中熱伝導部２３の熱伝導率は、例えば、５０〜３７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度が望ましい。

本実施形態では、地中熱伝導部２３の上端２３ａは、床下空間５に位置している。一方、地中熱伝導部２３の下端２３ｂ側は、底面５ｂよりも下方の地中Ｇに埋設されている。これにより、床下空間５は、底面熱交換部２２のみならず、地中熱伝導部２３を介しても、床下空間５の下方の地中Ｇの熱と熱交換することができる。従って、地中熱伝導部２３は、床下空間５の温度変化をさらに小さくすることができる。

このような作用を効果的に発揮させるために、地中熱伝導部２３の外径Ｅ１は、５０〜３００mmが望ましい。なお、外径Ｅ１が２００mm未満であると、地中熱伝導部２３が、床下空間５の空気と地中Ｇの熱とを十分に熱交換できないおそれがある。逆に、前記外径Ｅ１が３００mmを超えても、地中熱伝導部２３の製造コストが増大するおそれがある。

また、地中熱伝導部２３の上端２３ａから底面５ｂまでの長さＬ１は、１００〜２００mmが望ましい。なお、前記長さＬ１が１００mm未満であると、地中熱伝導部２３の上端２３ａ側と床下空間５の空気とが十分に熱交換できないおそれがある。逆に、前記長さＬ１が２００mmを超えても、地中熱伝導部２３が底面５ｂから上方に大きく突出し、床下空間５のメンテナンス性が低下するおそれがある。

さらに、地中熱伝導部２３の下端２３ｂから底面５ｂまでの長さＬ２は、施工される土地の地質や、不易層２６の位置等を考慮して適宜設定されるのが望ましい。本実施形態では、不易層２６（図１に示す）を床下空間５側に上昇させることができるため、地中熱伝導部２３の長さＬ２を小さくすることができる。従って、地中熱伝導部２３の製造コストを抑えることができる。なお、本実施形態の長さＬ２は、例えば、１ｍ〜１０ｍ程度に設定されている。

図２及び図３に示されるように、平面視において、複数個の地中熱伝導部２３が、例えば、床下空間５の底面５ｂに、碁盤目状に配置されている。これにより、地中熱伝導部２３は、床下空間５の空気と、地中Ｇの熱との熱交換をバランス良く行うことができる。さらに、複数本の地中熱伝導部２３が、床下空間５の下方の地中Ｇに埋設されているため、該地中Ｇの締め固めにも役立つ。

本実施形態の地中熱伝導部２３は、床下空間５の基礎２側に配置される外側地中熱伝導部２４と、外側地中熱伝導部２４よりも床下空間５の中心側に配置される内側地中熱伝導部２５とが含まれている。図３に示される平面視において、外側地中熱伝導部２４は、内側地中熱伝導部２５の基礎２側を囲むように配置されている。

図１に示されるように、不易層２６の境界面は、外気条件の影響を受けやすい基礎２側が、断熱性の高い床下空間５の中心側に比べて、地中深くに位置する傾向がある。このため、本実施形態では、外側地中熱伝導部２４の下端２４ｂを、内側地中熱伝導部２５の下端２５ｂよりも地中深くに位置させている。これにより、外側地中熱伝導部２４は、不易層２６の近くで地中Ｇの熱と熱交換することができる。一方、図２に示されるように、内側地中熱伝導部２５の下端２５ｂと床下空間５の底面５ｂとの長さＬ２ｂは、外側地中熱伝導部２４の下端２４ｂと底面５ｂとの長さＬ２ａよりも小さい。これにより、内側地中熱伝導部２５は、その材料の使用量を少なくしつつ、不易層２６の近くで地中Ｇの熱と熱交換することができる。

なお、外側地中熱伝導部２４の長さＬ２ａについては、施工される土地の不易層２６を、シミュレーション計算等によって推定して適宜設定されるのが望ましい。本実施形態の外側地中熱伝導部２４の長さＬ２ａは、例えば、５〜１０ｍ程度に設定されている。また、内側地中熱伝導部２５の長さＬ２ｂは、例えば、１〜２ｍ程度に設定されている。

図１に示されるように、地中Ｇには、不易層２６が存在するものの、外気条件や、その上の建物Ｂの温度変化によって地中Ｇの温度が変化しやすい。このため、地中熱伝導部２３は、地中Ｇの温度に応じて、床下空間５の空気と熱交換させる状態と、床下空間５の空気と熱交換させない状態とに、切り替えて使用されるのが望ましい。図４に示されるように、本実施形態では、地中熱伝導部２３と床下空間５の空気との熱交換を防ぐ遮熱手段３０が設けられる。

遮熱手段３０は、断熱材からなる。また、地中熱伝導部２３の上端２３ａを覆う上面部３５と、側面２３ｓを覆う側面部３６とを含んでいる。このような遮熱手段３０は、床下空間５側において、地中熱伝導部２３の上端２３ａ側を完全に覆うことができる。これにより、遮熱手段３０は、地中熱伝導部２３と床下空間５の空気との熱交換を防ぐことができるため、地中熱伝導部２３を使い分けるのに役立つ。

遮熱手段３０の断熱材としては、特に限定されないが、基礎２に配置される断熱材８と同様のものが望ましい。また、遮熱手段３０の地中熱伝導部２３への着脱は、駆動手段等によって行われるのが望ましいが、手動により行われてもよい。

図５（ａ）、（ｂ）に示されるように、この実施形態の遮熱手段３０は、外側地中熱伝導部２４を覆う外側遮熱手段３１と、内側地中熱伝導部２５を覆う内側遮熱手段３２とが含まれる。このような外側遮熱手段３１及び内側遮熱手段３２は、外側地中熱伝導部２４及び内側地中熱伝導部２５を使い分けるのに役立つ。

図５（ａ）に示されるように、床暖房等が使用される冬季においては、床下空間５側の地中Ｇが暖められるため、外側地中熱伝導部２４の下端２４ｂ側の地中温度が、内側地中熱伝導部２５の下端２５ｂ側の地中温度よりも低くなる。

このため、外側遮熱手段３１は、冬季にのみ、外側地中熱伝導部２４の上端２３ａ側を覆うのが望ましい。これにより、外側遮熱手段３１は、相対的に低い地中温度が伝達される外側地中熱伝導部２４と、床下空間５の空気との熱交換を防ぐことができる。従って、外側遮熱手段３１は、冬季において、床下空間５の温度の低下を防ぐことができる。

一方、地盤面ＧＬ（図１に示す）への日射が強くなる夏季においては、内側地中熱伝導部２５の下端２５ｂ側の地中温度が、外側地中熱伝導部２４の下端２４ｂ側の地中温度よりも高くなる。

このため、内側遮熱手段３２は、夏季にのみ、内側地中熱伝導部２５の上端２５ａ側を覆うのが望ましい。これにより、内側遮熱手段３２は、相対的に高い地中温度が伝達される内側地中熱伝導部２５と、床下空間５の空気との熱交換を防ぐことができる。従って、内側遮熱手段３２は、夏季において、床下空間５の温度の上昇を防ぐことができる。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

２基礎
３床
５床下空間
８断熱材
２１熱交換部
２３地中熱伝導部
２４外側地中熱伝導部
２５内側地中熱伝導部

Claims

基礎と床とで囲まれる床下空間を有する建物の構造であって、
前記基礎は、建物外部から前記床下空間に伝達される熱を遮断する断熱材が設けられ、
前記床下空間は、熱交換部が設けられ、
前記熱交換部は、上端側が前記床下空間の空気と熱交換可能に配置され、かつ、下端側が前記床下空間の下方の地中の熱と熱交換可能に配置され、しかも良熱伝導性を有する材料からなる地中熱伝導部を含み、
前記地中熱伝導部は、前記床下空間の前記基礎側に配置される外側地中熱伝導部と、
前記外側地中熱伝導部よりも前記床下空間の中心側に配置される内側地中熱伝導部とを含み、
前記外側地中熱伝導部の前記下端は、前記内側地中熱伝導部の前記下端よりも地中深くに位置することを特徴とする建物の構造。
前記床下空間は、前記底面が地盤面よりも下方に位置した地下構造である請求項１に記載の建物の構造。
前記外側地中熱伝導部及び前記内側地中熱伝導部は、前記上端と前記下端との間をのびる棒状体である請求項１又は２に記載の建物の構造。
前記外側地中熱伝導部の前記下端の地中温度が、前記内側地中熱伝導部の前記下端の地中温度よりも低くなる冬季にのみ、該外側地中熱伝導部と前記床下空間の空気との熱交換を防ぐ外側遮熱手段と、
前記内側地中熱伝導部の前記下端の地中温度が、前記外側地中熱伝導部の前記下端の地中温度よりも高くなる夏季にのみ、該内側地中熱伝導部と前記床下空間の空気との熱交換を防ぐ内側遮熱手段とが設けられる請求項１乃至３のいずれかに記載の建物の構造。