JPH0423178B2

JPH0423178B2 -

Info

Publication number: JPH0423178B2
Application number: JP57130952A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Uezaki; Sumio Ban
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1982-07-27
Filing date: 1982-07-27
Publication date: 1992-04-21
Also published as: JPS5921944A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は建物地下の土壤を蓄熱材として利用
し、又は、その蓄熱を融雪、暖房又は給湯システ
ム等に活用し、夏期に蓄熱した太陽熱を冬期に有
効に利用するようにした太陽熱交換装置に関す
る。

従来、この種の装置は各種知られている。例え
ば、建物地下に熱媒収納用のタンクを埋設し、こ
のタンクを建物屋根の熱交換パネルと連結するこ
とにより、夏期に、建物屋根に吸収される熱をそ
の熱交換パネルを介して地下に埋設したタンク内
の熱媒、例えば水に蓄熱するようにし、このタン
ク内の水の蓄熱を冬期には建物屋根の熱交換パネ
ルに逆に放出することにより、融雪に役立たせる
ようにしたものである。この場合、タンク周壁に
は断熱材を設け、建物地下の土壌は断熱材として
利用するようにしている。

一方、このタンクに室内の暖房装置を接続し、
冬期における室内暖房を夏期に蓄熱した熱を利用
して行う等のことも考えられている。

ところが、従来の装置においては次のような欠
点又は不足点がある。すなわち、蓄熱用のタンク
を建物地下に埋設する場合は、そのタンク自体の
構造が大型かつ複雑であり、その埋設作業及びパ
イプ接続作業等に多大な労力を要する。また、タ
ンク内に収容して用いる熱媒としては、水に所定
の熱交換物質例えばエチレングリコール等を添加
したものとする必要がある等の面倒がある。

さらに、夏期における蓄熱を利用する範囲とし
て、従来のものでは融雪及び室内暖房の兼用にの
みとどまり、それ以上の有効利用を同一装置で同
時利用できるようにしたものがなく、利用効率が
低い場合がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもの
で、建物地下の土壤自体を蓄熱材として利用する
ことにより構成及び埋設作業が容易で、かつ蓄熱
効率の向上が図れる太陽熱交換装置を提供するこ
とを目的とする。また、蓄熱した太陽熱は、融
雪、暖房及び給湯システムにも利用するようにし
て三位一体となつた活用度の高い熱交換装置を提
供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は建物地下に地
表部のみを覆う断熱層を有し土壌自体を蓄熱材と
するコイル状管路にして、地下深層部に埋設した
蓄熱用のものと、浅層部に埋設した複数段の放熱
のものとからなる熱交換器を埋設し、前記蓄熱用
交換器は、建物屋根に配設した太陽集熱及び融雪
兼用の熱交換パネルと共に蓄熱・融雪回路を構成
し、前記放熱用熱交換器は建物室内に配設した暖
房装置と共に暖房回路を、さらに建物に付設した
給湯装置と共に給湯余熱回路を、補助熱源装置と
共に夫々構成し、前記蓄熱・融雪回路は、非降雪
期には建物屋根が建物地下の土壌よりも高温時に
のみ当該回路に熱媒の循環を許容する差温サーモ
スタツトにより建物屋根で集熱された熱を土壌に
蓄えるように作動し、降雪期にはサーモスタツト
を停止して、必要の際に土壌に蓄えられた熱が建
物屋根の熱交換パネルに循環するように熱媒を循
環させる循環ポンプを備えていることを特徴とす
る太陽熱交換装置を備えるものである。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。図において、１は建物屋根に配設した太陽
熱集熱及び融雪兼用の熱交換パネルである。この
熱交換パネル１は、例えば平板材に蛇腹状の熱交
換管路を設けたものである。この熱交換パネル１
とほぼ同様の構成を有する熱交換器２Ａ，２Ｂ，
２Ｃを建物地下に土壌３に夫々複数段配置にして
埋設している。そして、深層部に埋設した熱交換
器２Ａを、熱交換パネル１に管路４によつて接続
し、これによつて熱交換器２Ａと熱交換パネル１
とで蓄熱・融雪回路５を構成している。なお、管
路４には差温サーモスタツト６付きの循環ポンプ
７を設け、建物屋根が建物地下の土壤３よりも高
い温時にのみ蓄熱・融雪回路５に熱媒の循環を利
用するようにしている。つまり、特に夏期におい
て建物屋根が高温となつた場合にのみ土壤に太陽
熱エネルギを蓄熱し、夜間等のように屋根が低温
となつた場合の放熱を防止するものである。

前記のように熱交換器２Ａ，２Ｂ，２Ｃを土壤
３に埋設することにより形成される土壤蓄熱槽８
において、その浅層部に埋設した２段の熱交換器
２Ｂ，２Ｃはそれぞれ放熱用として、建物に付設
する暖房回路９又は給湯余熱回路１０にそれぞれ
接続されている。すなわち、中間部の熱交換器２
Ｂは暖房用ポンプ１１を介して室内加温に用いる
補助熱源装置１２に接続され、この補助熱源装置
１２に放熱器１３がさらに接続されている。１
４，１５は暖房回路９の管路を示す。

また、最頂層部の熱交換器２Ｃは給水装置１６
及び給湯用補助ボイラ１７にそれぞれ管路１８，
１９を介して接続されている。

さらに、前述した土壤蓄熱槽８は、地表部を覆
う断熱被覆層２０を有するものとして、土壤蓄熱
層の蓄熱効率を高いものとしている。

而して、降雪期を外れた春〜秋期にかけて太陽
熱によつて建物屋根が土壤３よりも高温になつた
場合、蓄熱・融雪回路５は蓄熱回路として作動す
る。すなわち、差温サーモスタツト６が働いて循
環ポンプ７が作動し、熱交換パネル１に集められ
た太陽エネルギは土中の熱交換器２Ａを通して無
限に連らなる土壤３に蓄熱されることになる。す
なわち土壤自体を蓄熱材として利用しており、土
壤の低部に集熱された太陽熱を熱交換コイルを通
して入熱すると、熱は付近の土壤へ伝熱しゆつく
りと上部へ伝り、更に連続して入熱することによ
り上中下部と温度成層ができ上部の温度が高くな
る。この時、地表よりの放熱や外気の影響は地面
から１ｍ程度の深さ迄であり、この熱損失を軽減
する目的で断熱材を施設している。断熱材はスタ
イロフオーム（登録商標）で厚さ50ｍ／ｍ程度で
十分であり、防水シートでサンドイツチ状にして
破損や水分の浸透による劣化を防いでいる。蓄熱
されたエネルギは断熱被覆層２０によつて放熱を
防止するようにしているので蓄熱効果は良好とな
つている。そして、この蓄熱分は以下のプロセス
で冬期に引き出し、有効に消費される。

(1) 融雪用冬期には差温サーモスタツト６の作動を停止
し、手動又は降雪感知器によつて循環ポンプ７
を作動するものとする。建物屋根の熱交換パネ
ル１（屋根の他必要な壁体にも熱交換パネルを
設けてもよい）に積雪があれば、循環ポンプ７
の作用により蓄熱・融雪回路５を融雪回路とし
て用いる。積雪された屋根の熱交換パネル１
に、土壤に埋設した熱交換器２Ａを通して熱媒
例えば水を循環させると、土壤３に蓄熱された
熱が熱交換パネル１に循環することにより、例
えば約10℃程度の温水をその熱交換パネル１に
供給することができる。従つて、建物屋根が10
℃程度に維持されることにより、融雪効果が発
揮され、積雪が防止されるものとなる。従つ
て、雪国等における面倒でかつ大作業となる雪
下し作業等が省略できる。なお、融雪パネル１
へ循環して融雪効果が可能となる温水の最低は
５℃である。したがつて、融雪時に放熱回路５
を介して回収できる温度が連続して５℃以上な
らば十分作動が続行できる。土壤の深い部位程
年間の地中温度は安定しており、地下４〜６ｍ
での年間地温は13.0〜16.0℃程となつている。
したがつて融雪熱量は長期蓄熱と地温と双方か
ら確保が可能といえる。更に冬期でも融雪する
必要がなく集熱が可能な日には融雪パネル１で
集熱し、熱交換器２Ａで土壌に蓄えることがで
きる。

(2) 暖房用土壤３の深層部に配置した熱交換器２Ａの蓄
熱は、地表側に伝達され、中間部の熱交換器２
Ｂは土壤３よつて加熱された状態にある。そこ
で、春〜秋期に土中に集められた熱は熱交換器
２Ｂを通して暖房回路９への熱媒流通により暖
房作用を行うことができる。すなわち、暖房用
ポンプ１１により放熱器１３に温水が送られ、
室内加温に用いられる。この場合、土中の熱交
換器２Ｂのみで加温として十分でない場合に
は、補助熱源装置１２によつて所定温度に昇温
させてから放熱器１３に供給するものである
が、この補助熱源装置１２による加熱エネルギ
の有効利用が図れることになる。なお、暖房に
は、期間中の負荷をまかなえることが望ましい
が、その為には放熱器１３を低温で使える輻射
方式（床暖房、天井暖房）にすることが望まし
い。これによつて長期間経済的な暖房が行え
る。輻射暖房方式では30℃程度迄の温水が利用
可能であり、暖房用熱交換コイル２Ｂでの回収
が30℃以下になつた場合は、補助熱源装置１２
をヒートポンプ運転とすれば、長期間、経済的
に土壤より熱交換器２Ｂを介してヒートポンプ
低熱源を汲み上げ、効果的な暖房が維持でき
る。

(3) 給湯用年間を通しての給湯は、給水装置１６から途
中の熱交換器２Ｃに給水することにより常時余
熱されるようになる。そして、出湯時は給湯用
補助ボイラ１７を介して給湯するものである
が、出湯時の湯温が要求に満たない場合はその
給湯用補助ボイラ１７を用いてさらに加熱すれ
ばよい。

このような構成によれば、建物地下に埋設した
熱交換器２Ａ，２Ｂ，２Ｃと、建物屋根の熱交換
パネル１、建物室内の暖房装置（放熱器１３）及
び建物の給湯装置（給湯用補助ボイラ１７）等に
より、それぞれ蓄熱・融雪回路５、暖房回路９及
び給湯予熱回路１０が三位一体となつて効率のよ
い熱交換システムを提供することができ、太陽熱
を冬期における家屋に対し極めて効率よく利用す
ることができる。

なお、蓄熱・融雪回路５に建物屋根が建物地下
の土壤よりも高温時にのみ熱媒循環を許容する差
温サーモスタツト６付きの循環ポンプ７を備えた
ものとすれば、夏期における蓄熱作用が自動的に
行える。

また、建物地下に埋設した熱交換器２Ａ，２
Ｂ，２Ｃはコイル状管路からなるものであり、土
壤３を蓄熱材とする土壤蓄熱槽８を形成するもの
であるから、従来のように熱媒収納用のタンクを
設けるものと異なり、大型なタンク埋設工事等が
不用となり、埋設作業が容易に行えると共に、無
限に存在する土壤を蓄熱材として有効に利用する
ことができ、その蓄熱効果の設定は埋設深さによ
り十分なものとすることができる。

なお、前記実施例の如く、熱交換器は地下深層
部に埋設した蓄熱用のもの２Ａ、浅層部に埋設し
た複数段の放熱用のもの２Ｂ，２Ｃからなるもの
とすれば、熱の拡散方向に沿つて放熱用熱交換器
が配置されているので、熱利用が有効に図れる。
なお、前記実施例では、年間負荷である給湯を優
先し、太陽熱の利用が最も多くできるように土壤
上部に熱交換器２Ｃを施設している。この場合、
冬期に融雪を行わない地域では熱交換器２Ａにで
きるだけ近い方が集熱効率の点で優れているが、
冬期に融雪する場合、融雪パネル１で熱交換され
た低温水が熱交換器２Ａに流入するので離間配置
とするのが望ましい。

さらに、前記実施例の如く断熱被覆層２０によ
つて土壤蓄熱層８の地表部を覆うようにしておけ
ば、地面よりの熱拡散を有効に防止することがで
きる。

さらにまた、複数段の熱交換器２Ｂ，２Ｃをそ
れぞれ暖房回路９又は給湯予熱回路１０にそれぞ
れ接続しておけば、各回路毎に有効に熱利用が図
れることになる。

以上のように、本発明によれば地下深層部に蓄
熱用熱交換器、地下浅層部に複数段の放熱用熱交
換器、を夫々埋設し、蓄熱用熱交換器と共に、蓄
熱融雪回路を、放熱用熱交換器と共に、暖房回
路、給湯予熱回路を夫々形成し、差温サーモスタ
ツト付循環ポンプの設置と相俟つてそれらの相乗
効果により多目的の太陽熱交換装置を得るもので
ある。そして、土壤に蓄熱された熱が地下深層部
の蓄熱用熱交換器から熱交換パネルに循環するこ
とにより融雪効果が発揮され、浅層部の熱交換器
から暖房回路と給湯予熱回路を形成して、暖房作
用と給湯を得ることができる。即わち本願発明の
熱交換装置は、利用目的に応じて、高温の上部部
分は給湯用、中央部分が暖房用、下方部分が集
熱・融雪用として効率よくコイル方式で地中に埋
設されているものである。また補助熱源が暖房
用・給湯用に組みこまれているので、地中熱交換
器による蓄熱のみでは加温として十分でない場合
には、補助熱源装置により所定温度に昇温するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示す概略構成図であ
る。１……熱交換パネル、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ……熱
交換器、３……土壤、５……蓄熱・融雪回路、６
……サーモスタツト、７……循環ポンプ、８……
土壤蓄熱槽、９……暖房回路、１０……給湯予熱
回路、１３……暖房装置（放熱器）、１７……給
湯装置（給湯用補助ボイラ）、２０……断熱被覆
層。

Claims

【特許請求の範囲】

１建物地下に地表部のみを覆う断熱層を有し土
壌自体を蓄熱材とするコイル状管路にして、地下
深層部に埋設した蓄熱用のものと、浅層部に埋設
した複数段の放熱のものとからなる熱交換器を埋
設し、前記蓄熱用交換器は、建物屋根に配設した
太陽集熱及び融雪兼用の熱交換パネルと共に蓄
熱・融雪回路を構成し、前記放熱用熱交換器は建
物室内に配設した暖房装置と共に暖房回路を、さ
らに建物に付設した給湯装置と共に給湯余熱回路
を、補助熱源装置と共に夫々構成し、前記蓄熱・
融雪回路は、非降雪期には建物屋根が建物地下の
土壌よりも高温時にのみ当該回路に熱媒の循環を
許容する差温サーモスタツトにより建物屋根で集
熱された熱を土壌に蓄えるように作動し、降雪期
にはサーモスタツトを停止して、必要の際に土壌
に蓄えられた熱が建物屋根の熱交換パネルに循環
するように熱媒を循環させる循環ポンプを備えて
いることを特徴とする太陽熱交換装置。