JP6190145B2 - プラス熱量・マイナス熱量を蓄熱する地下蓄熱層を有する冷暖房システム - Google Patents

Description

本発明は家屋等の構造物下部の地中に配設された蓄熱層を用いた冷暖房システムに係り
、特に太陽光等の自然エネルギーを熱源とした地中蓄熱システムであって、より詳細には
蓄熱と熱源利用の効率化を図るよう構成した地中蓄熱による冷暖房システムおよび同シス
テムに好適な地下蓄熱層の構造に関する。

昨今の省エネルギー指向に対応して、家屋をはじめとする各種建築物おいても自然エネ
ルギーを有効利用した暖房システムが色々と提案されている。暖房に関しては熱源として
太陽エネルギー等の自然エネルギーが直接利用できることから下記特許文献に示されるよ
うに各種の蓄熱システム、暖房システムが提案されている。

特開平１１−２１１５９ 実公昭６１−１２５３５ 特開２００４−１７７０２５ 特開２００７−１７８０７１ 特開２００３−３３６９１０ 然し、自然エネルギーを有効利用した冷房システムについては、夏場まで確保された雪や氷の如く、自然の冷却媒体は乏しく然も雪や氷の確保は夏場において余り冷房の必要の無い寒冷地帯以外では困難であるという矛盾がある。従って自然エネルギーを用いた冷房システムは、実際には実用的なシステムとしては殆ど提案されていない。

先ず最初に自然エネルギー用いた暖房システムである前記特許文献について考察する。
上記特許文献のうち１乃至３は蓄熱媒体として水を利用したシステムである。蓄熱媒体と
して水を用いたシステムは、比熱が最大の水を利用するため蓄熱効率が高いこと、また配
管、ポンプ等を利用して水を所望の場所にまで供給可能であること等から暖房も効率的に
行えるという利点がある。

一方、水を供給する配管系は複雑になり、かつ弁、ポンプ、放熱用のファン等の補機類
を多数使用する必要があるため、熱源として自然エネルギーを利用しているにも関わらず
、電力等の人工エネルギーを相当量使用する必要が生じ、システム全体では必ずしも十分
な省エネルギー化を達成しているとは言い難い状態となっている。

このような観点から、特許文献３では地下の水槽である蓄熱槽と建物の床面との間に伝
熱手段としてヒートパイプを配置し、このヒートパイプに対して蓄熱槽の熱を直接床面に
伝達する構成を採用している。このように構成すれば上記の複雑な配管系、補機類等は基
本的に不要となり、システムを単純に構成することが可能となる。

しかしながら、ヒートパイプは高温側から低温側に常時伝熱する機能を有しているため
、伝熱に関しては非常に効果的であるが暖房を不要とする夏場において、室内に蓄熱槽内
の熱を不要に伝達してしまうことになる。この問題を解決するには、ヒートパイプの放熱
部を断熱するか、最も蓄熱が効果的な夏場の蓄熱を中止する等、本来の目的とは相反する
不合理な対策を実施せざるを得なくなる。

特許文献４及び５は地下の蓄熱材としてぐり石や礫を用いたものであり、基本的には水
を用いた場合と同様の利点及び欠点がある。

上記各特許文献記載の自然エネルギーを用いた暖房システムに対して発明者等は下記特
許文献記載の自然エネルギーを用いた実用的な冷暖房システム及び同システムに用いる地
下構造に関する発明を提案している。
特開２０１２−６３０６２／名称「地下蓄熱層を有する冷暖房システム及び同冷暖房シ
ステムに用いる地下蓄熱層の構造」
本願発明は、上記特許文献記載の技術（以下「直近先行技術」とする）をより発展させ
た技術であり、更にこの直近先行技術を効率化させ、実用性をより一層高めた技術である
。

上記直近先行技術は、家屋等の構造物下部の地下空間に対して太陽光により自然加熱し
た温水、或いは地下水タンクからの冷水を流出させてこの地下空間をプラスの熱量或いは
マイナスの熱量を蓄積するため、特別な地下空間構造を構成する必要はなく、自然エネル
ギーを有効利用することが可能となる。

上記直近先行技術は比較的簡単な構成により自然由来のプラスの熱量又はマイナスの熱
量を効果的に蓄積することが可能である。しかし、当該直近先行技術はその発明の目的が
自然エネルギーの地下蓄熱にあるため、この蓄熱したプラスの熱量或いはマイナスの熱量
の取り出し方法は家屋の床面の伝熱以外に具体的に示されてはいない

本発明は上記直近先行技術の主題であるプラス又はマイナスの熱量を地下空間部に蓄熱
する技術を前提とし、かつこれらの熱量を更に効果的に蓄積する蓄熱層構造を提案し、更
に蓄熱したプラスの熱量又はマイナスの熱量のより効果的な取り出し手段を提供するもの
である。

より具体的には、構造物の地下に地下蓄熱層を有し、この地下蓄熱層に蓄熱されたプラ
スの熱量或いはマイナスの熱量を構造物の空間に伝達して当該空間を冷暖房するシステム
であって、地下蓄熱層はプラスの熱量を蓄熱するプラス蓄熱層とマイナスの熱量を蓄熱す
るマイナス蓄熱層に区画され、プラス蓄熱層に対してはプラスの熱量を伝熱するプラスの
熱媒体が供給され、マイナス蓄熱層に対してはマイナスの熱量を伝熱するマイナス熱媒体
が供給されるよう構成したことを特徴とするプラス熱量・マイナス熱量を蓄熱する地下蓄
熱層を有する冷暖房システムである。

プラスの熱量を蓄熱するプラス蓄熱層と、マイナスの熱量を蓄熱するマイナス蓄熱層を
構造物の地下空間に形成してあるので、夏期や冬季にマイナスの熱量やプラス熱量を有効
に取り出すことができる。

秋期や春季の季節の変り目等、電気等の人工エネルギーを用いた冷暖房システムでは冷
房或いは暖房の選択が容易に可能であるが、自然エネルギーによる蓄熱ではプラスの熱量
またはマイナスの熱量の何れか一方を蓄熱せざるを得ず、冷暖房の切り換えは事実上不可
能であったが、本発明によればプラス蓄熱層またはマイナス蓄熱層においてプラスの熱量
またはマイナスの熱量を蓄熱しているため、自然エネルギーによる蓄熱方式において冷暖
房の切り換えを容易に行うことが可能である。

本発明に係る第１の実施例である冷暖房システムを実施した家屋及び地下蓄熱層の断面図である。 本発明に係る第２の実施例である冷暖房システムを実施した家屋及び地下蓄熱層の断面図である。 本発明に係る第３の実施例である冷暖房システムを実施した家屋及び地下蓄熱層の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて具体的に説明する。

図１において、符号Ｈは家屋等の構造物（以下「家屋」で説明する）である。家屋Ｈの
床面１の下部には水平断熱層２ａを介して蓄熱層が形成されている。
この蓄熱層は、鉛直方向に配設されかつ仕切壁としても機能する垂直断熱層２ｂにより
左右に二つの蓄熱層が区画形成される。図示の構成では図の左側がプラスの熱量を蓄熱す
るプラス蓄熱層３Ａ、右側がマイナス熱量を蓄熱するマイナス蓄熱層３Ｂとして構成され
ている。

各蓄熱層３Ａ、３Ｂに充填されている蓄熱媒体は、家屋Ｈが立設する土壌の土、砂、礫
の他、砕石、煉瓦等これら従来の土壌を排除して別途充填したものであってもよく、更に
はより蓄熱効率の高い水ボール（熱容量が最大である水が入った球状体或いは袋状体）等
、その種類を問わない。「蓄熱媒体」の語はこれらの各種の媒体を含むものとして以下説
明する。

蓄熱層の構成はプラス蓄熱層３Ａとマイナス蓄熱層３Ｂ共に基本的には同じである。従
ってこれら蓄熱層の構成をプラス蓄熱層３Ａを中心として説明する。前記の蓄熱媒体を充
填したプラス蓄熱層３Ａには当該プラス蓄熱層３Ａの高さ方向において上部から順に拡散
層４ａ、４ｂ、４ｃが配設され、これら各拡散層４ａ〜４ｃにより前記蓄熱媒体の層は上
部から順に第１の蓄熱層３Ａａ、第２の蓄熱層３Ａｂ、第３の蓄熱層３Ａｃ、第４の蓄熱
層３Ａｄに区画される。

図示の構成では第４の蓄熱層３Ａｄは家屋Ｈの基礎構造の下部に位置し、従って家屋下
部の地盤に対して当該第４の蓄熱層３Ａｄは開放されている。なお前記拡散層は後述する
パイプにより供給される水を一旦水平方向に拡散し、かつ下段の蓄熱媒体層に浸潤供給す
るためのものであるから、この機能を有するものであればその構成の如何を問わない。例
えば、多数の小孔を形成した合成樹脂製シートや所定のメッシュ値を有する網状物等が適
当である。

次に、符号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は伝熱媒体たる水を供給するパイプである。符号Ｐ１は蓄
熱層３Ａａに開口するパイプ（以下「上段パイプ」とする）、符号Ｐ２は蓄熱層３Ａｂに
開口するパイプ（以下「中段パイプ」とする）、符号Ｐ３は蓄熱層３Ａｃに開口するパイ
プ（以下「下段パイプ」とする）である。符号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３はこれら各パイプＰ１、
Ｐ２、Ｐ３に設けられバルブである。

符号５は熱媒体たる水を加熱或いは冷却する手段であって、図示の構成は太陽熱温水機
である。なお、この太陽熱温水機５は夏期の昼間では当然のことながら水を加熱するが、
夏期の夜間や冬季の夜間及び曇天時には低温の外気によって冷却された冷水を供給する手
段となる。

一方、垂直断熱層２ｂを介して隣接するマイナス蓄熱層３Ｂは当該マイナス蓄熱層３Ｂ
の高さ方向において上部から順に前記拡散層４ａ、４ｂ、４ｃと同様に拡散層４ｄ、４ｅ
、４ｆが配設され、これにより前記蓄熱媒体の層は上部から順に第１の蓄熱層３Ｂａ、第
２の蓄熱層３Ｂｂ、第３の蓄熱層３Ｂｃ、第４の蓄熱層３Ｂｄに区画される。

符号Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６はマイナス蓄熱層３Ｂに水を供給するパイプである。符号Ｐ４は
蓄熱層３Ｂａに開口する上段パイプ、符号Ｐ５は蓄熱層３Ｂｂに開口する中段パイプ、符
号Ｐ６は蓄熱層３Ｂｃに開口する下段パイプである。符号Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６はこれら各パ
イプＰ４、Ｐ５、Ｐ６に設けられバルブである。

また、符号Ｄ１はプラス蓄熱層３Ａに熱交換部を配設した温風ダクト、符号Ｄ２はマイ
ナス蓄熱層３Ｂに熱交換部を配設した冷風ダクトである。

次にこの構成のシステムの実施方法の一例を説明する。
夏期及び晴天の冬季における蓄熱方法は、太陽熱温水機５において加熱された温水をプ
ラス蓄熱層３Ａに対して供給する。具体的には先ずバルブＶ１を開として、この温水を上
段パイプＰ１を介して上段の蓄熱層３Ａａに供給する。供給された温水は拡散層４ａに沿
って拡散しながら徐々に当該上段の蓄熱層３Ａａに充満する。またその間、温水の一部は
前記拡散層４ａを透過し、下段の蓄熱層３Ａｂに徐々に浸潤する。この状態でバルブＶ１
を閉、バルブＶ２を開としてパイプＰ２により蓄熱層３Ａｂに温水を供給する。この方法
を順次繰り返すことにより蓄熱層３Ａｂから３Ａｄに温水を供給し、これらの各蓄熱層の
蓄熱媒体と熱交換して、プラス蓄熱層３全体にプラスの熱量を蓄熱する、なお、冬季の晴
天時でも水の温度が所定の値となったならば、蓄熱用にプラス蓄熱層３Ａに温水を供給す
る。

主として夏期に蓄えられたプラスの熱量は、必要に応じて取り出される。図示の構成で
説明すると、空気ダクトＤ１を用いて空気を吸引し、吸引された空気はプラス蓄熱層３Ａ
において熱交換し、当該ダクトＤ１の排出口から温風として排気される。この場合、加熱
された空気は軽くなるのでダクトＤ１の排出口に向かって自然に上昇流出し、同時に流出
分の空気がダクトＤ１の流入口から流入する。このため温風用ダクトＤ１には空気流動用
のファンの設置は基本的に不要である。なお、プラスの熱量の蓄積は夏期以外でも前述の
如く晴天時等の昼間等で追加補充が可能であるから、本格的にプラスの熱量が必要な冬季
においても十分な熱量を確保できる。

次に、マイナスの熱量の蓄積方法の一例を示す。季節を問わず夜間或いは曇天において
外気により水が所定温度以下に冷却された場合、この冷水を例えばパイプＰ４、Ｐ５、Ｐ
６を順次用いてマイナス蓄熱層３Ｂの各段の蓄熱層３Ｂａ、３Ｂｂ、３Ｂｃ、３Ｂｄに蓄
熱する。このマイナス熱量の取り出しもダクトＤ２を用いるが、冷却された空気（冷風）
は室内の空気よりも重いため、冷風の自然流出は望めない。このため、図示しないが、冷
風排出用の小型ファンを当該ダクトＤ２の空気流動経路のいずれかに配置しておくことが
望ましい。

図２は本発明の第２の実施例を示す。
この実施例では、前記実施例１で示したプラス・マイナスの二つの蓄熱層を水平方向に
隣接配置した構成に対して鉛直方向に配置した構成、即ち縦方向に重ねるように配設した
構成を有する。
上段の蓄熱層３Ｃはマイナス蓄熱層であるが、冬季はプラスの蓄熱層として用いる蓄熱
層である。従ってこの蓄熱層３Ｃを以下変化型マイナス蓄熱層とする。

この変化型マイナス蓄熱層３Ｃの下部には水平断熱層２ｃを介して他の蓄熱層３Ｄが配
置されている。この蓄熱層３Ｄは後述のように季節を問わず周年プラスの熱量を蓄熱する
ためのものであるから恒常プラス蓄熱層と称する。

変化型マイナス蓄熱層３Ｃにおいて、符号４ｇ、４ｈ、４ｉは当該変化型マイナス蓄熱
層３Ｃにおいて上部から順に配置された拡散層であり、これら各拡散層４ｇ、４ｈ、４ｉ
により当該変化型マイナス蓄熱層３Ｃは上段から順に上段の蓄熱層３Ｃａ、中段の蓄熱層
３Ｃｂ、下段の蓄熱層３Ｃｃ、最下段の蓄熱層３Ｃｄに区画される。

次に、恒常プラス蓄熱層３Ｄは前記変化型マイナス蓄熱層３Ｃと同様の構成となってい
る。即ち符号４ｊ、４ｋ、４ｌは当該恒常プラス蓄熱層３Ｄにおいて上部から順に配置さ
れた拡散層であり、これら各拡散層４ｊ、４ｋ、４ｌにより当該恒常型プラス蓄熱層３Ｄ
は上段から順に上段の蓄熱層３Ｄａ、中段の蓄熱層３Ｄｂ、下段の蓄熱層３Ｄｃに区画さ
れる。

この実施例の構成におけるシステムの実施方法の一例を説明する。
先ず、下部の恒温プラス蓄熱層３Ｄに対しては、夏期において、太陽熱温水機５におい
て加熱された温水はパイプＰ１０、Ｐ１１、Ｐ１２の順にこれらパイプを介して上段の蓄
熱層３Ｄａ、中段の蓄熱層３Ｄｂ、下段の蓄熱層３Ｄｃの順に供給され、蓄熱される。ま
た夏期以外の季節でも水の温度が所定の値以上に上昇した場合では、同様に、温水が供給
され蓄熱される。つまり、所定の温度以上の温水を供給して夏期、冬季に関わらず周年プ
ラスの熱量をこの恒常プラス蓄熱層３Ｄに蓄熱する。なお蓄熱された熱量の取り出しは、
後述する変化型マイナス蓄熱層３Ｃの使用状態と共に説明する。

次に変化型マイナス蓄熱層３Ｃの使用方法の一例を説明する。
先ず冬季を中心として、太陽熱温水機５内の水が外気により所定温度以下の値になった
ならば、この冷水をパイプＰ７、Ｐ８、Ｐ９の順に各パイプを介して供給し、当該変化型
マイナス蓄熱層３Ｃをマイナス蓄熱層として用いる。冷房が必要な夏期（例えば日本国内
の関東地方であれば、概ね５月から９月まで）にはマイナス蓄熱層として用いる。この変
化型マイナス蓄熱層３Ｃにおけるマイナスの熱量は空気ダクトＤ２を通過する空気と熱交
換し、冷風として室内に排気され屋内を冷房する。

次に冷房が必要な夏期以外（例えば日本国内の関東地方であれば、概ね１０月から４月
まで）において、例えば秋期や冬季の晴天時等において太陽熱温水機５内の水が所定温度
以上の値になったならば、この温水をパイプＰ７、Ｐ８、Ｐ９の順に各パイプを介して供
給し、当該変化型マイナス蓄熱層３Ｃをプラス蓄熱層として用いる。おな、前述の如く恒
常プラス蓄熱層３Ｄに対しても同様に温水を供給する。

冬季を中心として暖房が必要な季節には、前記恒常プラス蓄熱層３Ｄを通過するダクト
Ｄ１において熱交換した温風及び、変化型マイナス蓄熱層３Ｃを通過するダクトＤ２にお
いて、プラス蓄熱層として機能している変化型マイナス蓄熱層３Ｃ内のプラスの熱量と熱
交換した温風が当該ダクトＤ２から排出され、前記ダクトＤ１からの温風と相まって、室
内を強力に暖房する。

なお、実施例１及び実施例２の加熱・冷却手段５は太陽熱温水機であるが、冷却手段は
井戸水とし、加熱手段は太陽光パネルから発電時に発生する熱量（廃熱）を利用したもの
等、冷却手段、加熱手段共にその種類を問わない。

図３は第３の実施例を示す。
この実施例ではプラス蓄熱層３Ａおよびマイナス蓄熱層３Ｂに蓄熱されているプラスの
熱量及びマイナスの熱量を前記空気ダクトＤ１、Ｄ２よりも効率的に取り出すこと、およ
びエアーコンディショナーによる冷暖房の廃熱、例えば夏期の冷房時のプラスの廃熱、冬
季の暖房時のマイナスの廃熱を蓄熱してこの熱を利用するよう構成したシステムである。

図中符号ＡＣ１はエアーコンディショナー（以下「エアコンＡＣ」とする）の屋外機で
あり、ＡＣ２は当該エアコンＡＣの室内機である。また符号ＨＰ１は屋外機ＡＣ１のヒー
トポンプの熱交換部であって、プラス蓄熱層３Ａに配置されたもの、同様にＨＰ２はマイ
ナス蓄熱層３Ｂに配置された熱交換部である。

先ず、このシステムにおける第１の利用モードは、温水のプラス熱量を蓄熱したプラス
蓄熱層３Ａ内のプラスの熱量を熱交換部ＨＰ１を介して熱交換し、プラスの熱量を室内機
ＡＣ２に送り、室内を暖房する。また逆に、冷水のマイナスの熱量を蓄熱したマイナス蓄
熱層３Ｂ内のマイナスの熱量を熱交換部ＨＰ２を介して熱交換し、マイナスの熱量を室内
機ＡＣ２に送り、室内を冷房する。このモードはプラス蓄熱層３Ａまたはマイナス蓄熱層
３Ｂに対してプラスの熱量或いはマイナスの熱量を供給する媒体が前記実施例１及び２と
同様温水・冷水であり、エアコンＡＣは伝熱媒体である水により蓄熱されたプラスの熱量
またはマイナスの熱量を単に汲み出す手段として利用されている。

次に、従来のエアコンの冷暖房方式の場合を説明する。
元来エアコンの作動の内容は、暖房時にヒートポンプにより外気中のプラスの熱量を汲
み出し、廃熱としてマイナスの熱である冷気を大気中に放出し、反対に冷房時は室内のプ
ラスの熱量を汲み出し、廃熱としてプラスの熱である暖気を大気中に放出することである
。つまり熱（廃熱）の流れに注目すると、エアコンは室内の冷房時は暑い外気を暖房し、
室内の暖房時は寒い外気を冷房する動作をすることになる。この動作は外気が低温のとき
はこの外気をより低温とし、かつ高温の時はこの外気をより高温とすることを意味し、エ
アコンの作動は環境に対して少なからず負荷をかけることになり、必ずしも好ましいこと
ではない。

上記前提に基づいて以下説明すると、冷房状態のエアコンＡＣの屋外機が作動すると、
冷房時の、室内から汲み上げたプラスの熱量（廃熱）は熱交換部ＨＰ１を介してプラス蓄
熱層３Ａ内に廃棄される。つまり上記説明に対応して説明すると室内の冷房に対応してプ
ラス蓄熱層３Ａを暖房し、従って当該プラス蓄熱層３Ａ内にはプラスの熱量が蓄熱される
。反対に暖房時の廃熱であるマイナスの熱量は熱交換部ＨＰ２を介してマイナス蓄熱層３
Ｂ内に廃棄され、当該マイナス蓄熱層３Ｂ内にはマイナスの熱量が蓄熱される。

これら蓄熱されたプラス或いはマイナスの熱量は、前記熱量の汲みだしモードで必要な
季節にエアコンＡＣにより室内に供給される他、前記実施例１、２と同様に空気ダクトＤ
１、Ｄ２（図３には図示せず）により温風、冷風として直接室内に供給することもできる
。またパイプＰ１〜Ｐ３により供給される温水はプラス蓄熱層３Ａの熱量不足の場合に、
不足熱量を補充するために利用される。同様にパイプＰ４〜Ｐ６により供給される冷水は
マイナス蓄熱層３Ｂのマイナス熱量不足の場合に利用される。
因にヒートポンプの作動には人工的エネルギーである電力を使用するが、熱効率（投入
されたネルギーに対する取り出せるエネルギーの比率）は極めて高いことが知られている
。

上記エアコン以外でもヒートポンプを用いた装置として給湯装置、冷蔵庫（電気冷蔵庫
）等があるが、これらの装置のプラス又はマイナスの廃熱も前記と同様な構成のプラス蓄
熱層３Ａまたはマイナス蓄熱層３Ｂに対して蓄熱し、適宜利用することができる。

本実施例では蓄熱層の蓄熱効率をより一層高めるよう構成されている。
上記実施例１及び２においては各蓄熱層の下方は基本的に地中空間に対して開放されて
おり、これら蓄熱層に対する熱媒体たる温水或いは冷水はこれら各蓄熱層と熱交換した後
に地中空間に流出浸透することになる。
本実施例ではこれら各蓄熱層の各々の下面に、或いは最下段の蓄熱層の下面に水の浸透
を阻止する素材からなるシート或いは板材を各蓄熱層とほぼ平行に配置して浸透阻止層と
し、この浸透阻止層において前記温水或いは冷水を一時滞留させて蓄熱層とこれら温水或
いは冷水との熱交換の効率を高めるようにする。

またこの浸透阻止層の周縁を上方に立ち上がらせて堰として構成して浸透阻止層を滞留
容器として構成し、滞留した温水或いは冷水を順次この堰を溢流させるようにして浸透阻
止層における水の滞留量を増加させ、熱交換効率をより一層高めるように構成する。

更に、土や礫等自然由来の蓄熱材料に替えて或いは一部を代替して、蓄熱層を液体（好
適には比熱が最大の水）を充填した複数の密閉水容器（水ボールとして実施例１において
も説明）を配置する。密閉水容器は前述した水ボール以外にも各種の構成が考えられるが
、例えば水を注入した筒状の容器を密閉し、これら筒状の容器を礫或いは土中に複数本配
置したもの、或いは水を密閉した袋状の多数の容器を礫或いは土中に重層的に配置したも
の等が考えられる。これら密閉水容器内の水は物質中比熱が最大なので、結果的に蓄熱層
全体の熱容量を高めることができる。

以上本発明を、主として一戸建ての家屋を例に説明したが、ビル等の大型の構造物でも
実施可能である。また温蔵備蓄庫、冷温備蓄庫等のプラスまたはマイナスの主たる熱量供
給システムや補助的熱量供給システムとして利用可能である。

１ （家屋Ｈの）床面
２ 断熱層
２ａ 水平断熱層
２ｂ 垂直断熱層（仕切壁）
３ 地下蓄熱層
３Ａ プラス蓄熱層
３Ａａ 蓄熱層
３Ａｂ 蓄熱層
３Ａｃ 蓄熱層
３Ｂ マイナス蓄熱層
３Ｂａ 蓄熱層
３Ｂｂ 蓄熱層
３Ｂｃ 蓄熱層
３Ｃ 変化型マイナス蓄熱層
３Ｄ 恒常プラス蓄熱層
４ａ、４ｂ、４ｃ （プラス蓄熱層３Ａの）拡散層
４ｄ、４ｅ、４ｆ （マイナス蓄熱層Ｂの）拡散層
４ｇ、４ｈ、４ｉ （変化型マイナス蓄熱層Ｃの）拡散層
４ｊ、４ｋ、４ｌ （恒常プラス蓄熱層の）拡散層
５ 加熱・冷却手段（太陽熱温水機）
ＡＣ エアコン
ＡＣ１ （エアコンの）屋外機
ＡＣ２ （エアコンの）室内機
Ｈ 家屋
ＨＰ１、ＨＰ２ （ヒートポンプ）の熱交換部
Ｄ１、Ｄ２ 空気ダクト
Ｐ１ 上段パイプ
Ｐ２ 中段パイプ
Ｐ３ 下段パイプ
Ｐ４ 上段パイプ
Ｐ５ 中段パイプ
Ｐ６ 下段パイプ
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６ バルブ

Claims (13)

1. 構造物の地下に地下蓄熱層を有しこの地下蓄熱層に蓄熱されたプラスの熱量或いはマイナスの熱量を構造物の空間に伝達して当該空間を冷暖房するシステムであって、かつ地下蓄熱層は断熱機能有する断熱層によりプラスの熱量を蓄熱するプラス蓄熱層とマイナスの熱量を蓄熱するマイナス蓄熱層に区画され、プラス蓄熱層に対してはプラスの熱量を伝熱するプラスの熱媒体が供給され、マイナス蓄熱層に対してはマイナスの熱量を伝熱するマイナス熱媒体が供給されるよう構成されたプラス熱量・マイナス熱量を蓄熱する地下蓄熱層を有する冷暖房システムにおいて、前記断熱層は水平方向に配置され、この断熱層により蓄熱層は上下２段に区画され、上下の蓄熱層のうち一方の蓄熱槽はマイナスの熱媒体の外にプラスの熱媒体も供給される可変型マイナス蓄熱層として構成され、他方の蓄熱層は周年プラスの熱媒体が供給される恒常プラス蓄熱層として構成されていることを特徴とするプラス熱量・マイナス熱量を蓄熱する地下蓄熱層を有する冷暖房システム。
2. 前記上下の蓄熱層のうち、上段の蓄熱層は可変型マイナス蓄熱層として構成され、下段の蓄熱層は恒常プラス蓄熱層として構成されていることを特徴とする請求項１記載のプラス熱量・マイナス熱量を蓄熱する地下蓄熱層を有する冷暖房システム。
3. 前記プラス蓄熱層及びマイナス蓄熱層には供給されたプラスの熱量またはマイナスの熱量を蓄熱する蓄熱材が充填されていることを特徴とする請求項１又は２記載のプラス熱量・マイナス熱量を蓄熱する地下蓄熱層を有する冷暖房システム。
4. 前記プラスの蓄熱層及びマイナス蓄熱層に供給する熱媒体は水であり、プラス蓄熱層に供給する熱媒体は温水であって、マイナスの蓄熱層に供給する熱媒体は冷水であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のプラス熱量・マイナス熱量を蓄熱する地下蓄熱層を有する冷暖房システム。
5. 前記プラス蓄熱層及びマイナス蓄熱層の少なくとも一方の蓄熱層には、鉛直方向に対して複数層の水の拡散層が形成され、これら拡散層により蓄熱材は鉛直方向に複数段に仕切られることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のプラス熱量・マイナス熱量を蓄熱する地下蓄熱層を有する冷暖房システム。
6. 水の拡散層により複数段に仕切られた各段の蓄熱材層に対してそれぞれ水を供給する手段が設けられていることを特徴とする請求項５記載のプラス熱量・マイナス熱量を蓄熱する地下蓄熱層を有する冷暖房システム。
7. 前記水の供給手段は、各段の蓄熱材層に対してそれぞれ開口している水供給用のパイプであることをと特徴とする請求項６記載のプラス熱量・マイナス熱量を蓄熱する地下蓄熱層を有する冷暖房システム。
8. 前記水の供給手段は、各段の蓄熱材層に挿通しているパイプであり、当該パイプには各蓄熱材層に対して開閉可能な開口が形成されていることをと特徴とする請求項６記載のプラス熱量・マイナス熱量を蓄熱する地下蓄熱層を有する冷暖房システム。
9. 各段の蓄熱材層に対してそれぞれ開口している水供給用のパイプには水の流量を調節する手段が設けられていることを特徴とする請求項７記載のプラス熱量・マイナス熱量を蓄熱する地下蓄熱層を有する冷暖房システム。
10. プラス蓄熱層及びマイナス蓄熱層には各蓄熱層の熱量を取り出すための空気配管が、当該プラス蓄熱層及びマイナス蓄熱層を通過するよう設けられ、当該空気配管は構造物の内部空間に開口し、前記プラスの蓄熱層及びマイナスの蓄熱層において熱交換した温風又は冷風により前記内部空間を暖房または冷房すること特徴とする請求項１記載のプラス熱量・マイナス熱量を蓄熱する地下蓄熱層を有する冷暖房システム。
11. プラス蓄熱層に供給する水は太陽熱により加熱された温水であり、マイナス蓄熱層に供給するは放射冷却により冷却された冷水であることを特徴とする請求項１載のプラス熱量・マイナス熱量を蓄熱する地下蓄熱層を有する冷暖房システム。
12. 前記構造物に対してはエアーコンディショナー等のヒートポンプを用いた装置が設置され、当該ヒートポンプの熱交換部はプラス蓄熱層またはマイナス蓄熱層に配置され、プラス蓄熱層は熱交換部を介してヒートポンプのプラスの廃熱を伝熱し、マイナス蓄熱層は熱交換部を介してヒートポンプのマイナスの廃熱を伝熱するよう構成したことを特徴とする請求項１載のプラス熱量・マイナス熱量を蓄熱する地下蓄熱層を有する冷暖房システム。
13. 前記プラス蓄熱層内のプラスの熱量又はマイナス蓄熱層内のマイナス熱量の取り出し手段はヒートポンプであることを特徴とする請求項１２記載のプラス熱量・マイナス熱量を蓄熱する地下蓄熱層を有する冷暖房システム。

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