JP2008170068A - 建築物の温度調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の蓄熱装置の床温度の大きな変化を平準化する。
【解決手段】
建築物１の床下部３の空間に顯熱型の蓄熱装置４を配置し、この蓄熱装置４の内部を通過する空気を、前記床下部３の空間内を循環させて床下面より冷暖房する装置において、前記建築物１の床下面を流れる空気と接触して熱交換する潜熱型の蓄熱部材６を配置したことを特徴とする建築物１の温度調整装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、床下部の土間コンクリートを顯熱型の蓄熱装置に構成し、この蓄熱装置に加熱空気あるいは冷却空気を供給して床下面を冷暖房用の空間とする建築物の温度調整装置に関する。

建築物の床下部に、土間コンクリートを蓄熱体の一部とした蓄熱槽を配置し、この蓄熱槽にヒートポンプなどの熱源から得られた温熱や冷凍機を利用して得られた冷熱を供給して温熱あるいは冷熱を蓄熱しておき、暖房あるいは冷房を必要とする時間帯に前記蓄熱槽内に空気を供給し、この空気を加熱あるいは冷却して床下部の空間に排出して床下側から床面を加熱して床暖房したり、あるいは床面を冷却して冷房したりする装置は既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、前記蓄熱槽内に木炭を収容して通過する空気を浄化したり、吸湿したりする装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−１２７５３６号公報 特開平９−３２４９３３号公報

前記特許文献１に記載された発明は、床下空間に断熱層を介して土間コンクリート層を設け、この土間コンクリート層の上方に所定の間隙を形成して上面コンクリート層を形成し、これらの間の側縁部を同様なコンクリート層で閉止することによって偏平なダクト状の蓄熱槽を形成する。そして室外に配置したヒートポンプの室外機と室内に配置した室内機との間を冷媒管を利用して連結し、前記ヒートポンプで得られた温風あるいは冷風を清流ダクトを経由して前記ダクト状の蓄熱槽内に供給してこの蓄熱槽を加熱状態あるいは冷却状態に蓄熱して床下空間を暖房あるいは冷房状態に形成し、これを利用して室内を冷暖房するように構成している。

また、特許文献２においても前記特許文献１に記載されたものと同様な偏平なダクト状の蓄熱槽を床下部に配置し、これを使用して冷暖房可能に構成すると共に、この蓄熱槽内に木炭層を配置し、蓄熱槽内を通過する加熱空気あるいは冷却空気を木炭に接触させて清浄化あるいは吸湿させ、更に浄化して床下より室内に噴出して室内を快適な状態に保つように構成したものである。
（蓄熱量の問題）
ところで、前記蓄熱槽は、分厚い肉厚のコンクリート板によって床下空間に合わせて偏平なダクトを形成したものである。従って、この蓄熱はコンクリートの温度差による顯熱を利用して蓄熱するものである。

蓄熱方法としてコンクリートを加熱して蓄熱する顯熱型の蓄熱材を使用する方法と、加熱すると潜熱分の熱量を吸熱して液状となり、放熱して固体に相変化する潜熱型の蓄熱剤を使用する方法があり、何れの蓄熱材（剤）も床暖房装置として利用されている。

例えば、潜熱型蓄熱剤として硫酸ナトリウムが使用されているが、これを例にとると、融点が３７〜３９℃、昇温を許容できる温度が５０℃前後、そして凝固点が３２．４℃であるが、この蓄熱材とコンクリートを比較すると、硫酸ナトリウムは１ｋｇあたり４２キロカロリーである。そしてコンクリートと比較すると２０〜２３倍あるいはそれ以上の蓄熱能力を持っている。

従って、前記特許文献１及び２に記載された発明の蓄熱式冷暖房装置の場合は、蓄熱材としてコンクリートが使用されていることから蓄熱量が少ない。従って、深夜電力を利用して蓄熱し、これを床暖房に使用する場合の蓄熱材の最高の加熱温度は約５０℃あるいはそれ以上にもなる。そしてこの蓄熱されて高温のコンクリートを放熱させた場合、最高温度が５０℃以上のものでも、冬季には２０以下、あるいは１５℃程度に低下してしまう。従って、太陽が照って気温が上昇している時には床暖房装置を停止させても床温が異常に高温になり、暑苦しい状態となる。これとは逆に、冬季の底冷えがする時には、床暖房があったとしても暖かさを感ずることができないものとなる傾向がある。

従って、従来のコンクリートを使用した顯熱型の蓄熱材を使用した蓄熱装置を設備した床暖房装置の場合は、大型の装置を設置する必要があり、設備コスト、稼働コスト上から問題であった。

潜熱型の蓄熱剤を使用した蓄熱装置の場合は、蓄熱量が顯熱型のものに比較して２０倍以上の蓄熱能力を持っているが、この装置における蓄熱剤の取扱いに問題がある。

即ち、従来の装置においては、蓄熱剤が固体と液体の間を相変化することから、合成樹脂の筒体の中に蓄熱剤を充填して閉止したもの（特許２５７１５９５号、特開平７−４２９６０号など）や合成樹脂製の偏平な袋の中に充填して閉止したものなどがある。

前者の構造の蓄熱部材は、コンクリートや床板の下面などに配置されて熱伝導し易い状態で設けられている。後者の構造の蓄熱部材は床構造の床板の間に配置されて使用されている。

しかし、この蓄熱部材を空気と接触させて熱伝達するような状態で使用した場合は、熱伝達が気体によるものであるから、熱伝導性は極めて悪く、前記のような蓄熱部材の状態では使用しても顕著な蓄熱効果を得ることができないという問題がある。

そこで、本発明は、気体より受熱する状態で使用する蓄熱剤の新しい使用方法とその装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するための本発明に係る建造物の温度調整装置は、下記のように構成されている。

１）建築物の床下部の空間に顯熱型の蓄熱装置を配置し、この蓄熱装置の内部を通過する空気を、前記床下部の空間内を循環させて床下面より冷暖房する装置において、前記建築物の床下面を流れる空気と接触して熱交換する潜熱型の蓄熱部材を配置したことを特徴としている。

２）蓄熱部材は、板状であって表裏両面に金属板ないし熱伝導の良好な材料からなる板状の表面材で形成され、更に、前記蓄熱部材の厚さ方向に蓄熱剤を分断する区画部材が設けられていることを特徴としている。

３）蓄熱部材は、金属薄板ないし金属箔製のハニカム構造体と、その両面に配置された金属薄板で構成され、更に、前記ハニカム構造体の内部に蓄熱剤が充填されていることを特徴としている。

４）蓄熱部材は、合成樹脂製袋体の内部に金属薄板ないし金属箔製のハニカム構造体を配置し、更に、前記ハニカム構造体の内部に蓄熱剤が充填されていることを特徴としている。

５）金属薄板製ハニカム構造体の両面に金属薄板を配置して多数の小室を形成し、更に前記ハニカム構造体の内部に蓄熱剤が充填された蓄熱部材を少なくとも２枚積層し、下側の循環空気と接触する側の蓄熱部材の蓄熱剤は相変化温度が高いものを、上側の蓄熱部材の蓄熱剤は、前記下側の蓄熱剤よりも相変化温度が低いものをそれぞれ使用したことを特徴としている。

６）建築物の床下部の空間に顯熱型の蓄熱装置を配置し、この蓄熱装置を通過する空気を前記空間内を循環させて建築物の床下面より冷暖房する装置において、前記建築物の床下面に潜熱型の蓄熱部材を配置し、前記循環空気とこの蓄熱部材とを気体接触するように構成すると共に、循環空気の一部を建築物の室内に供給するように構成したことを特徴としている。

７）建築物の床下部の空間に顯熱型の蓄熱装置を配置し、この蓄熱装置の内部を通過する空気を前記空間内を循環させて建築物の床下面より冷暖房する装置において、前記建築物の床下面に、空気と接触するように潜熱型の蓄熱部材を配置し、更に前記建築物の壁面内に潜熱型の蓄熱部材を埋設したことを特徴としている。

８）建築物の床下部の空間に顯熱型の蓄熱装置を配置し、この蓄熱装置の内部を通過する空気を前記床下部の空間内を循環させて建築物を床下面より冷暖房する装置において、前記建築物の床下面の空気と接触する部分に潜熱型の蓄熱部材を配置し、更に前記建築物の壁面内に潜熱型の蓄熱部材を埋設すると共に、前記循環空気の一部を建築物の室内に供給するようにしたことを特徴としている。

９）建築物の床下部の空間に顯熱型の蓄熱装置を配置し、この蓄熱装置の内部を通過する空気を前記床下部の空間内を循環させて建築物を床下面より冷暖房する装置において、前記床構造の内部であって、前記循環空気の温度の影響を受け易い部分に、潜熱型の蓄熱部材を設けたことを特徴としている。

本発明に係る温度調整装置は、コンクリートなどの顯熱型の蓄熱材を使用した蓄熱装置と、受熱によって液状になり、放熱によって固体となる相変化を伴う潜熱型の蓄熱部材を併用した装置を良好に温調操作を行うことができる装置を提供することができる。

例えば、偏平なシート状あるいは板状のものを使用して空気との接触によって受熱と空気への放熱の操作が容易にできるものであり、また、空気からの温熱と冷熱の受熱を床構造の下面側から上面側へと容易に熱伝達することができるものである。

潜熱型の蓄熱剤を薄い偏平な袋の中に充填し、これを熱源の上方に配置した場合は、下面から来る熱と、周囲から来る熱によって加熱され、放熱に際しては上面や周囲に放熱することができる直接接触による熱伝達であるので、良好な熱伝達が可能である。

一方、加熱空気より温熱や冷却された空気から冷熱を受ける場合は、袋や筒体の内部での液状の蓄熱剤の循環流が発生しないか、あるいは極めて緩慢に発生することから、その厚さ方向での熱伝達性が悪い。

しかし、本発明においては、合成樹脂性の偏平な袋体の内部に金属製のハニカム体を配置して蓄熱剤を細かく分断する。そして熱伝導性の良好な表裏の板の間に金属板からなる壁ないし柱を配置して熱を一方の面から他方の面に積極的に移動させることから、空気より受熱した場合でも、蓄熱部材の厚さ方向の熱移動が容易であり、従って、良好に蓄熱することができる。

例えば、硫酸ナトリウム、塩化エルシウム、パラフインなどの蓄熱剤が相変化して蓄熱する際の温度差は、５℃前後である。従って、大量の熱量を蓄熱する場合は、相変化する温度差の異なる蓄熱剤を充填した蓄熱部材（前記のように内部を区画し、表裏両面への熱伝達性が優れた構造のもの）を準備し、受熱側を高温のものに、中間部を中温のものに、また、放熱側を低温のものにしてこれを床構造の下面に配置することによって、従来の顯熱型の蓄熱装置と、本発明によって付加された潜熱型の蓄熱との総合的な蓄熱効果を得ることが可能である。

また、本発明は、床裏面に潜熱型の蓄熱部材を配置することに特徴があるが、これを壁構造の中に配置して蓄熱効果を高めることも可能である。

図１は、家屋の居室部分に本発明に係る蓄熱式冷暖房装置を設置した状態の要部の正面図、図２は前記冷暖房装置と家屋の床構造との関係を示す斜視図である。

この例においては、建築物１の基礎２（この例においては布基礎）で囲まれた床下部３に蓄熱装置４を設けると共に床構造５の裏側に潜熱型の蓄熱シート６を取付けている。

地盤７の周囲にコンクリート製の基礎２が設けられ、この基礎２で囲まれた部分に例えば合成樹脂発泡体からなる断熱層９が設けられ、この上に土間コンクリート層１０が基礎２の枠の内部の床下の面積一杯に設けられている。

前記基礎２の上面に土台１２が設けられ、この土台１２の内部に格子状に大引１３が組まれ、この大引１３を介して根太１５が設けられ、この根太１５の上に床板１６が敷かれているそして前記地盤７の所定の位置に束石１１が配置され、これの上に束１７が設けられて前記大引１３を下から支持している。

前記蓄熱装置４は、建築物１の外部に設置された室外機２０と室内機２２を冷媒管２１で連結し、前記室外機２０と室内機２２などからなる「ヒートポンプ」によって加熱された（あるいは冷却された）空気を整流ダクト２３を介して偏平な中空部２４を持つ蓄熱ダクト２５（コングリート製）の一端から供給し、他端の排出口２６から床下部３内に噴出して循環することによって床構造の下面を加熱（あるいは冷却）するように構成されている。

図３は蓄熱シート６の１例を示す断面図であって、この実施例の蓄熱シート６は合成樹脂製袋体６０の内部に金属薄板（あるいは金属箔）製のハニカム構造体６１を挿入し、更に蓄熱剤６２を充填して前記袋体６０を閉止したものである。

ハニカム構造体６１は図４に示す構造を有しており、通常はアルミ箔（板厚が２００ミクロン以下、好ましくは５０ミクロン）で構成され、上下の両面が開放されたものである。このハニカム構造体６１は厚さが５〜１２ミリ程度のもので、余り厚いものは蓄熱剤への熱伝達性の点から使用上問題があるので、これは避けるのが良い。

図５は、前記ハニカム構造体６１と、これの両面に配置する金属薄板６３、６４の積層状態を示すものであり、この配置状態で図３に示すように合成樹脂製の袋体６０の内部に挿入し、更に潜熱型の蓄熱剤６２を充填した上で前記袋体６０の開口部を超音波などの接着手段によって閉止する。

前記図４に示されるハニカム構造体６１の下面に金属薄板（図５の金属薄板６４に相当する）を接着剤によって接着して上部に開口を持つ下板付構造のものとする。そしてこのハニカム構造体６１の内部に蓄熱剤６２を充填した後に、あるいは充填しながら袋体６０の内部に収容し、更に別の金属薄板（図５の金属薄板６３に相当する）を配置し、更に蓄熱剤６２を充填した後に袋体６０を封止しても良い。

図６は、袋体６０の中にハニカム構造体６１を収容し、更に蓄熱剤６２を充填して袋体６０の開口を封止したものを準備した例であり、床裏面に使用する際には、前記袋体６０の表裏両面に金属薄板６５、６６を配置したもので、前記袋体６０は断熱層として作用するが、袋体６０自体は薄いものであるので、さほど大きな熱抵抗にはならない。

前記図４〜図６に示すハニカム構造体６１を使用した蓄熱シート６は、厚さ方向の熱伝達製に優れ、このハニカム構造体６１自体がシート状物の補強材としての役目を果たすものである。この特性を利用して図７に示すように家屋の壁構造８０の中に配置することによって室温が一定に保持する機能がある。なお、８１は断熱層、８２は部屋の内部の表面板をそれぞれ示しており、ハニカム構造体６１と袋体６０と蓄熱剤６２を使用した蓄熱シート６を使用することによって夏期には外部からの熱を遮断する効果がある。

前記蓄熱シート６は、一般には１枚で使用される場合が多いが、蓄熱剤の相変化の温度の異なるものを２種類あるいは３種類準備し、受熱側から熱伝達側への温度降下を考慮して複数枚の蓄熱シートを配置することによって多くの熱量を蓄熱することも可能である。

蓄熱剤としては、従来から各種の床暖房装置に使用されている公知のものを使用することが可能であり、暖房の場合は温度範囲が５０℃以下、好ましくは４０℃以下で融解し、３２℃程度で凝固する特性を持つものが、室温を２５℃に保持する家屋の温度調整装置としては適当である。

本発明は、従来の顯熱型の蓄熱材を使用した蓄熱装置と、潜熱型蓄熱剤を使用した薄いシート状の蓄熱シートを併用することによって、従来の温度調整装置では大きな温度変化、例えば冬季には簡単に蓄熱が消費され、外部から侵入する熱量によって室内が異常に高温になるという問題も解消できるものである。

図８は、１０畳の日本間のモデル実験室に、イ）本発明に係る顯熱型蓄熱材と潜熱型の蓄熱剤からなる蓄熱装置を温度調整装置と、ロ）従来の顯熱型の蓄熱材のみの蓄熱装置を使用した例をモデル的に示した「床温度〜時間」の変化を示すグラフである。

外気温の温度変化は、「２３時に３℃、５時に２℃、７時に５℃、１０時に１０℃、１２時に１３℃、１４時に１４℃、１６時に１２℃、１８時に９℃、２０時に８℃」の時の実験室内の床温度の変化する状態を示すものである。

実線Ａは、本発明の温度調整装置のもの、点線Ｂは、従来の顯熱型の蓄熱装置を使用したものである。そして点線Ｃは、深夜に蓄熱したものを７時に放熱させ、当日は天候に恵まれた温かい日の床温の変化の状態を示すものである。

通電時間は、矢印で示した範囲の２４時〜翌日の午前７時までであり、午前７時に蓄熱装置への通電を停止して放熱のみとしたものである。床の温度は人が活動を始める午前７時前後には最高の温度となり、放熱開始の７時より１５時頃まで床の温度が次第に低下する様子を示している。

そして午後５時頃（点Ｘ）は、蓄熱シート６の潜熱型蓄熱剤が凝固を開始して蓄熱していた潜熱を放出して床の温度が一時的に３０℃程度に上昇する様子を示している。

この図８より理解できることは、潜熱型の蓄熱部材を使用することによって、蓄熱時に熱風より床の裏面に受ける熱が一端遮断ないし抵抗を受ける緩衝作用を与え、放熱時には潜熱の放熱によって床の温度を平均化する様子を示している。

建築物に本発明の温度調整装置の要部を断面して示す正面図である。 図１に示した温度調整装置の斜視図である。 蓄熱シートの断面図である。 ハニカム構造体の斜視図である。 ハニカム構造体と金属板との組合せを示す断面図である。 蓄熱シートと金属板とを組合せた蓄熱部材の断面図である。 内部に蓄熱シートを配置した壁構造の断面図である。 本発明と従来の温度調整装置の床温の変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 建築物
３ 床下部
４ 蓄熱装置
５ 床構造
６ 蓄熱シート
１０ 土間コンクリート
２０ 室外機
２２ 室内機
２４ 蓄熱ダクト

Claims (9)

1. 建築物の床下部の空間に顯熱型の蓄熱装置を配置し、この蓄熱装置の内部を通過する空気を、前記床下部の空間内を循環させて床下面より冷暖房する装置において、前記建築物の床下面を流れる空気と接触して熱交換する潜熱型の蓄熱部材を配置したことを特徴とする建築物の温度調整装置。
2. 前記蓄熱部材は、板状であって表裏両面に金属板ないし熱伝導の良好な材料からなる板状の表面材で形成され、更に、前記蓄熱部材の厚さ方向に蓄熱剤を分断する区画部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の建築物の温度調整装置。
3. 前記蓄熱部材は、金属薄板ないし金属箔製のハニカム構造体と、その両面に配置された金属薄板で構成され、更に、前記ハニカム構造体の内部に蓄熱剤が充填されていることを特徴とする請求項１記載の建築物の温度調整装置。
4. 前記蓄熱部材は、合成樹脂製袋体の内部に金属薄板ないし金属箔製のハニカム構造体を配置し、更に、前記ハニカム構造体の内部に蓄熱剤が充填されていることを特徴とする請求項１記載の建築物の温度調整装置。
5. 金属薄板製ハニカム構造体の両面に金属薄板を配置して多数の小室を形成し、更に前記ハニカム構造体の内部に蓄熱剤が充填された蓄熱部材を少なくとも２枚積層し、下側の循環空気と接触する側の蓄熱部材の蓄熱剤は相変化温度が高いものを、上側の蓄熱部材の蓄熱剤は、前記下側の蓄熱剤よりも相変化温度が低いものをそれぞれ使用したことを特徴とする請求項３記載の建築物の温度調整装置。
6. 建築物の床下部の空間に顯熱型の蓄熱装置を配置し、この蓄熱装置を通過する空気を前記空間内を循環させて建築物の床下面より冷暖房する装置において、前記建築物の床下面に潜熱型の蓄熱部材を配置し、前記循環空気とこの蓄熱部材とを気体接触するように構成すると共に、循環空気の一部を建築物の室内に供給するように構成したことを特徴とする請求項１記載の建築物の温度調整装置。
7. 建築物の床下部の空間に顯熱型の蓄熱装置を配置し、この蓄熱装置の内部を通過する空気を前記空間内を循環させて建築物の床下面より冷暖房する装置において、前記建築物の床下面に、空気と接触するように潜熱型の蓄熱部材を配置し、更に前記建築物の壁面内に潜熱型の蓄熱部材を埋設したことを特徴とする建築物の温度調整装置。
8. 建築物の床下部の空間に顯熱型の蓄熱装置を配置し、この蓄熱装置の内部を通過する空気を前記床下部の空間内を循環させて建築物を床下面より冷暖房する装置において、前記建築物の床下面の空気と接触する部分に潜熱型の蓄熱部材を配置し、更に前記建築物の壁面内に潜熱型の蓄熱部材を埋設すると共に、前記循環空気の一部を建築物の室内に供給するようにしたことを特徴とする建築物の温度調整装置。
9. 建築物の床下部の空間に顯熱型の蓄熱装置を配置し、この蓄熱装置の内部を通過する空気を前記床下部の空間内を循環させて建築物を床下面より冷暖房する装置において、
   前記床構造の内部であって、前記循環空気の温度の影響を受け易い部分に、潜熱型の蓄熱部材を設けたことを特徴とする建築物の温度調整装置。

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