JPH04292719A - 蓄熱型床暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、安価な夜間電力を利用
して躯体に蓄熱し、その放熱により昼間の暖房を行う躯
体蓄熱型床暖房装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力会社では、蓄熱槽等の利用を促進す
るとともに、夜間における電力料金を安くする料金体系
をとり、昼間と夜間における使用電力の不均衡を是正す
ることを図っている。ところで、電力の消費による建物
の暖房には、ヒートポンプ等の空調機を用いる場合等種
々のものがあるが、特に大空間の暖房においては、温風
を吹く暖房方式と比較して、室内の上下温度差を少なく
できること、また、輻射により直接的な暖房効果が期待
できることから快適性及び暖房効率からもすぐれた暖房
方式とされている。

【０００３】このような電力供給事情や、暖房方式の特
性を背景に、維持コストが安く、しかも、快適な暖房空
間が得られる躯体蓄熱型床暖房が確立されつつある。躯
体蓄熱型床暖房は、安価な夜間電力を利用し、躯体に埋
設した発熱体から発生する熱を躯体そのものに蓄熱し、
その放熱により昼間の床暖房を行うものである。従って
、安価な電力により蓄熱した熱を、最も、好ましい条件
で放熱できることにより、安価な維持コストで最適な暖
房環境を実現させることが可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、躯体蓄
熱型床暖房装置では、その蓄熱、及び放熱に関する制御
が困難であり、以下の不具合の解決が課題とされていた
。即ち、夜間における蓄熱量の設定基準が定めにくいと
ともに、昼間は夜間における蓄熱を放熱するだけとなり
、昼間の暖房負荷変動への追従が困難であるため、特に
日射がある場合には放熱が必要以上に暖房に寄与して暑
くなりすぎ、制御不能状態となる虞れがある。また、建
物ごとに躯体蓄熱量、放熱量、伝導による伝熱損失、及
び気象等による種々の条件が異なり、最適な設備容量の
設定、及び適切な運転を行うことが困難であった。

【０００５】本発明は上記状況に鑑みてなされたもので
、放熱量の予測により蓄熱量の設定ができるとともに、
日射の有無判断により蓄熱量を制御して過剰暖房が防止
できる躯体蓄熱型床暖房装置を提供し、もって、安価な
維持コストで、且つ、快適な暖房環境を得ることを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る躯体蓄熱型床暖房装置の構成は、躯体の
床部に発熱体を埋設するとともに、該床部の内部、及び
表面に測温サーミスタを取り付け、下階または外部への
熱伝達を遮断することにより前記発熱体からの熱を前記
床部に蓄熱する断熱材を前記床部の下面に被覆し、気象
予測信号、前記測温サーミスタからの温度信号、及び過
去の運転実績記憶データにより前記発熱体への通電開始
時間を決定するとともに、該通電開始時間に基づいて前
記発熱体への通電制御を行う蓄熱制御装置を前記発熱体
に接続したことを特徴とする。

【０００７】

【作用】測温サーミスタからの温度信号、気象予測信号
、及び前日の運転実績記憶データを基に、蓄熱制御装置
により発熱体への通電開始時間、即ち、通電時間が決定
される。蓄熱制御装置は通電開始時間に発熱体への通電
を開始させ、発熱体が発熱状態となる。発熱体からの熱
は断熱材により下階または外部と遮断され、躯体の床部
に蓄熱される。蓄熱制御装置により所定時刻に発熱体へ
の通電が遮断され、床表面温度は暖房当日の気象が考慮
された所望の設定温度となる。床部に蓄熱された熱は床
部上面より室内へ序々に放熱され、室内は床部からの放
熱により室温が上昇する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明に係る躯体蓄熱型床暖房装置の
好適な実施例を図面を参照して詳細に説明する。

【０００９】図２は躯体蓄熱部を表す床の断面図を示す
。床部である躯体コンクリート下層１の上面には通電に
より発熱される発熱体３が一定間隔で複数枚敷設され、
発熱体３同士の間と、発熱体３の上面には複数の測温サ
ーミスタ５ａが適宜に取り付けられている。測温サーミ
スタ５ａは、発熱体３同士間の温度、及び発熱体３の表
面温度を測温できるようになっている。躯体コンクリー
ト下層１の上面には床部である躯体コンクリート上層７
が築造されている。つまり、発熱体３、及び測温サーミ
スタ５ａは躯体コンクリート下層１の上面側に敷設され
た状態で躯体コンクリート上層７に埋設されているので
ある。躯体コンクリート上層７の上面には床表面温度を
測温するための測温サーミスタ５ｂが複数個取り付けら
れ、更にその上にはジュータン等の床仕上げ材９が敷設
されている。一方、躯体コンクリート下層１の下面には
発熱体３からの発熱を断熱する断熱材１１が被覆され、
躯体コンクリート下層１の下面と、断熱材１１の下面に
は複数の測温サーミスタ５ｃ、５ｄが適宜に取り付けら
れている。測温サーミスタ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは適
宜のポイントにおける床表面温度、床内部温度が測温比
較できるように、鉛直線上に取り付けられている。 また、室内外にも室内温度、外気温度測定用として測温
サーミスタ５ｅ、５ｆが取り付けられている。従って、
床部がこのように躯体蓄熱部として構成されることによ
り、発熱帯３から発熱した熱は断熱材１１により下階も
しくは外部に漏れることなく床内部に蓄熱され、床上面
からのみ効率的に室内へ放熱されるのである。また、こ
の状態における室内温度、蓄熱温度、放熱温度、及び外
気温度は測温サーミスタ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ
、５ｆを介して逐一把握され、床内部の温度勾配から床
蓄熱量も演算できるようになっている。

【００１０】このように構成される床部における蓄熱は
図１に示す蓄熱制御装置２１により制御される。図１は
躯体蓄熱型床暖房装置の構成を表す概略図を示す。表示
装置（ＣＲＴ）、入力装置（キーボード）を備えたパー
ソナルコンピュータ２３には測温サーミスタ５ａ、５ｂ
、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ気象予測ユニット２５がＡ／
Ｄ変換器２７を介してそれぞれ接続されている。また、
パーソナルコンピュータ２３は発熱体３が接続された通
電制御器（遮断器等）２８に接続され、パーソナルコン
ピュータ２３からの制御信号により発熱体３は通電制御
されるようになっている。測温サーミスタ５ａ、５ｂ、
５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆからは上述したように、室内温
度、床表面温度、床内部温度、及び外気温度がＡ／Ｄ変
換器２７を介してパーソナルコンピュータ２３に入力さ
れるようになっている。また、気象予測ユニット２５は
気圧の変化を高精度に測定することにより八時間後の気
象を予測し、晴れ、曇り後晴れ、曇り後雨、雨の四通り
の気象予測信号をパーソナルコンピュータ２３に入力で
きるようになっている。

【００１１】次に、上述の蓄熱制御装置２１による蓄熱
制御方法を図３を参照しながら説明する。図３は過去の
運転実績である床表面温度の変化を表すグラフを示す。 蓄熱制御は、基本的には、発熱帯３への通電時間をパー
ソナルコンピュータ２３によりプログラム制御すること
で行われる。業務用蓄熱契約の場合、電力料金が安価な
時間帯は２２：００時〜８：００時の十時間である。従
って、安価な電力を放熱直前まで蓄熱するために、通電
終了時刻は８：００時に定める。暖房の対象となる部屋
の床表面温度を測定し、８：００時に所望床表面温度に
なるように予測制御を行う。具体的には、過去の運転実
績（床表面温度の変化）を基に、図３に示すように、予
測時点（第一回の予測は２２：００時に行う）３１での
測定床表面温度３３、３５により、通電開始時刻を予測
推定する。即ち、予測時点３１での測定床表面温度３３
が過去の運転実績取得日の同時刻の床表面温度３７より
も高い場合には、予測通電開始時刻Ｔ１を昨日より遅ら
せ、また、予測時点３１での測定床表面温度３５が過去
の運転実績取得日の同時刻の床表面温度３７よりも低い
場合には、予測通電開始時刻Ｔ２を昨日より早める。以
下、推定された予測通電開始時刻Ｔ１、又はＴ２までの
間、適宜の時間間隔で予測作業を繰り返す。また、通電
開始時刻予測時には同時に、気象予測ユニット２５によ
り、八時間後の天候予測を行う。天候予測を行った結果
、前日が雨で八時間後が晴れ、又は曇り後晴れの場合に
限り、強制的に通電開始時刻を予測通電開始時刻Ｔ１、
又はＴ２よりも更に遅らせる補正を行う。これにより翌
日日射がある場合の過剰蓄熱を防止し、必要以上の放熱
により室内が暑くなるのを防ぐのである。

【００１２】このようにして決定された予測通電開始時
刻Ｔ１又はＴ２から８：００時迄の間に発熱帯３に通電
がなされ、発熱帯３から発熱した熱は床内部に蓄熱され
、蓄熱終了時刻である８：００時には床表面温度が所望
の温度となるのである。また蓄熱と同時にすすむ室内へ
の伝導・対流・輻射による熱伝達の結果、蓄熱終了時に
は所望の室内温も得られ、快適な輻射暖房空間が実現さ
れる。

【００１３】続いて、上述の躯体蓄熱型床暖房を行うに
際しての関連技術を以下に説明する。先ず、第一の関連
技術としては建物の暖房負荷予測の方法についてである
。床部に蓄熱すべき熱量は、翌日の予測負荷から躯体内
残留蓄熱量を差し引いたものである（翌日の予測負荷−
躯体内残留蓄熱量＝必要蓄熱量）。そして、この予測方
法には以下の四つの方法がある。第一の方法は、天気予
報（最高気温、最低気温、日射量等の予測値）からの諸
条件により、建物の所要暖房負荷を直接計算して予測す
る方法、第二の方法は、過去の気象条件を学習（記憶判
断）させ、負荷変動をパターン別に分類して該当する気
象条件に対する類似パターンから予測する方法、第三の
方法は、前日の床表面温度を記憶し、予測時点（例えば
、図３中、３１）での床表面温度による補正と、天候予
測による補正とを共に考慮して予測する方法、第四の方
法は、第三の方法に第二の方法のパターン分類をも考慮
して予測する方法である。

【００１４】第二の関連技術としては、負荷予測が現実
と一致しなかった場合の対処方法である。負荷予測が現
実と一致しなかった結果、蓄熱量が不足した場合には、
発熱帯３に通電し、床暖房を追い焚きする（但し、この
場合には安価な夜間電力は利用できないが、暖房環境は
支障なく維持することができる）。また、これとは逆に
蓄熱量が過剰となった場合には、日射遮蔽装置（ブライ
ンド、カーテン等）の開閉、換気（窓の開閉による自然
換気やファンによる機械換気）による放熱、他の冷房装
置による熱負荷の吸収等の方法がある。

【００１５】第三の関連技術としては、夜間の放熱ロス
を少なくする方法である。具体的には、時刻、外気温度
等によりブラインド、カーテン等を閉じ、断熱効果を高
めることにより、室温低下による蓄熱ロスを低減させる
方法がある。夜間における放熱は、蓄熱開始前と蓄熱時
とに分けられるが、蓄熱開始前における放熱ロスの低減
は躯体内残留蓄熱量を増加させ、必要蓄熱量を減少させ
ることができる。また、蓄熱時における放熱ロスの低減
は蓄熱ロスを低減させ、蓄熱効率を向上させることがで
きる。

【００１６】第四の関連技術としては、冷暖房を同時に
行う際の（例えば、雨季等の除湿時）冷房機との相互制
御である。この場合には、図４に示すように、ヒートポ
ンプパッケージ４１等からの冷気吹き出し口（アネモ）
４３は天井に設ける。そして、除湿運転等により増大す
る暖房負荷（室温の低下）を考慮し、ヒートポンプパッ
ケージ４１、及び床暖房の運転を制御する。この冷暖房
と床暖房は表１に示す運転パターンで行なわれるが、そ
れ以外の場合、ヒートポンプパッケージ４１と床暖房の
相互制御により年間を通して幅広い運転が可能となる。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係る躯体蓄熱型床暖房装置によれば、躯体の床部に発熱
体を埋設し、気象予測信号による翌日の気象状態等に基
づき発熱体への通電開始時刻を決定して、この通電開始
時間に基づき発熱体への通電制御を行う蓄熱制御装置を
発熱体に接続したので、蓄熱制御装置が発熱体への通電
を開始させることにより、暖房当日の気象が考慮された
所望の蓄熱量が安価な夜間電力を利用して床部に蓄熱で
き、安価な維持コストで快適な暖房環境を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る躯体蓄熱型床暖房装置の構成を表
す概略図である。

【図２】躯体蓄熱部を表す床の断面図である。

【図３】過去の運転実績である床表面温度の変化を表す
グラフである。

【図４】本発明に係る躯体蓄熱型床暖房装置とヒートポ
ンプパッケージとが併用された状態を表す概略図である
。

【符号の説明】

１　　躯体コンクリート下層（床部） ３　　発熱体 ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ　　測温サーミス
タ７　　躯体コンクリート上層（床部） １１　　断熱材 ２１　　蓄熱制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　躯体の床部に発熱体を埋設するととも
   に、該床部の内部、及び表面に測温サーミスタを取り付
   け、下階または外部への熱伝達を遮断することにより前
   記発熱体からの熱を前記床部に蓄熱する断熱材を前記床
   部の下面に被覆し、気象予測信号、前記測温サーミスタ
   からの温度信号、及び過去の運転実績記憶データにより
   前記発熱体への通電開始時間を決定するとともに、該通
   電開始時間に基づいて前記発熱体への通電制御を行う蓄
   熱制御装置を前記発熱体に接続したことを特徴とする躯
   体蓄熱型床暖房装置。