(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷房時は、地層内の空気を吸引して屋内に送り込み、前記屋内の空気を屋外に排出し、
暖房時は、地層内の空気を吸引して屋内に送り込み、前記屋内の空気に大気を加え、これらの空気を前記地層内に圧入することを特徴とする冷暖房方法。
【請求項２】
冷房時は、地層内の空気を吸引し、吸引した空気を屋内に送り込む一方で、前記吸引により前記地層内の気圧を負圧に保つことにより、比較的高圧の空気を、空気の膨張による温度の低下が得られるように前記地層内へ移動せしめ、
暖房時は、地層内の空気を吸引し、吸引した空気を屋内に送り込み、前記屋内の空気に大気を加え、これらの空気を、空気の圧縮による温度の上昇が得られるように前記地層内へ圧入することを特徴とする冷暖房方法。
【請求項３】
地下水を地上に排出することにより地下水位を低下させた状態で、前記吸引又は前記圧入を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷暖房方法。
【請求項４】
地層の一部を入れ替えて、比較的透水性の低い地層を比較的透水性の高い地層に改良し、それにより改良された地層について前記吸引又は前記圧入を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷暖房方法。
【請求項５】
請求項３記載の発明において排出した地下水を、冷房時、地面に散水して気化させることを特徴とする冷暖房方法。
【請求項６】
請求項３記載の発明において排出した地下水を、暖房時、地面で循環させることを特徴とする冷暖房方法。
【請求項７】
一端が屋内に接続され、他端が地盤に埋設される管であって地層内の空気を該管内に取り入れることが可能な吸気管と、
前記地層内の空気を前記吸気管を介して吸引し前記屋内に送り込む吸引力を与える第一の送風装置と、
一端が屋内に接続され、他端が地盤に埋設される管であって、大気の取り入れ口を有し、該管内の空気を前記地層内に放出することが可能な圧入管と、
前記屋内の空気と大気とを前記圧入管を介して前記地層内に圧入する圧入力を与える第二の送風装置とを備える冷暖房システム。
【請求項８】
前記吸気管の周囲の地面に多数の小孔を有した有孔舗装を備えることを特徴とする請求項７に記載の冷暖房システム。
【請求項９】
地盤に埋設された管の内側に流入した地下水を地上に排出することにより地下水位を、前記吸気管の周囲の地層から前記吸気管への通気、及び前記圧入管から前記圧入管の周囲の地層への通気を阻害しない位置まで低下させる地下水位低下装置と、
前記吸気管、前記圧入管及び地下水位低下装置を含めた一定の範囲の地層を取り囲む遮水壁とを備えることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の冷暖房システム。
【請求項１０】
前記地下水位低下装置により汲み上げた地下水と前記吸気管を介して吸引した空気との熱交換を行う熱交換器を備えることを特徴とする請求項９に記載の冷暖房システム。
【請求項１１】
前記地下水位低下装置により汲み上げた地下水を地面に散水する散水設備を備えることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の冷暖房システム。
【請求項１２】
前記地下水位低下装置により汲み上げた地下水を地面で循環させるパイプヒーティング設備を備えることを特徴とする請求項９、請求項１０又は請求項１１に記載の冷暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地熱を利用する冷暖房方法及び冷暖房システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地熱を利用する冷暖房システムとして、地下水を循環させる地下水循環装置があった。
図３は、従来の一例の地下水循環システムを示す地盤断面図である。
図３における地下水循環システムは、地盤に所定の間隔で埋設された２以上の地下水低下装置８１…と、建物７０内に設けられ、地下水と建物７０内の空気との間で熱交換が可能な熱交換器７１と、地下水の水質を管理する水質管理装置７２と、を備えている。地下水低下装置８１…にはストレーナ部８２が設けられる。
【０００３】
前記地下水低下装置８１は、前記建物７０を挟んで左右に各々少なくとも一つ以上は設けられている。そして、前記左右の地下水位低下装置８１…は、互いに揚水井戸或いはリチャージ井戸への切換が可能とされ、地下水の流れを逆転させることが出来るようになっている。
前記熱交換器７１は、例えば、フィンチューブ型の熱交換器を用い、前記地下水位低下装置８１によって地上に排出された地下水と前記建物７０内の空気との間で熱交換することが出来るようになっている。
前記水質管理装置７２は、地下水中に含まれるゴミ等の不純物や汚染物を管理し、必要に応じてこれらの不純物、汚染物を除去するためのものである。
【０００４】
次に、前記地下水循環システムを使用した地下水循環方法について説明する。まず、所定の間隔で地盤に地下水位低下装置８１を埋設し、次いで、揚水井戸側の地下水位低下装置８１内に流入した地下水が水中ポンプ（図示省略）によって地上に排出され、次いで、排出された地下水が前記熱交換器７１を通過する際に、地下水と空気との間で熱交換が行われ、次いで、熱交換された地下水は、前記水質管理装置７２を通過する際に不純物が除去され、その後、リチャージ井戸側の地下水位低下装置８１を介して再び地中に戻される。
【０００５】
従って、季節に影響されない地熱を有する地下水と空気との間で、熱交換を行うことにより、そのエネルギーを夏は冷房、冬は暖房用のエネルギーの一部として利用することが出来る。
【０００６】
また、揚水側の地下水位低下装置８１とリチャージ側の地下水位低下装置８１を適宜交替させる（即ち、地下水の流れを逆にする）ことにより、ストレーナ管３の目詰まりを防止させることが出来るとともに、地下水位低下装置８１内の洗浄も行うことが出来る。
また、熱交換された地下水は浄化された後、他の地下水位低下装置８１を介して再び地中に戻されるので、地下水の汚染を防止することが出来る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、以上の地下水循環方法においては、特に地下水が乏しいと、冷暖房のエネルギーを十分に得ることができない。
【０００８】
本発明は、地下の空気を媒体とした冷暖房方法及び冷暖房システムにより冷暖房効果を得ることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、
冷房時は、地層内の空気を吸引して屋内に送り込み、前記屋内の空気を屋外に排出し、
暖房時は、地層内の空気を吸引して屋内に送り込み、前記屋内の空気に大気を加え、これらの空気を前記地層内に圧入することを特徴とする冷暖房方法である。
【００１０】
例えば夏季において、屋外の空気の温度（外の気温）に比較して低い温度となっている地層内の冷たい空気を、建物等の冷房しようとする屋内に送り込めば、冷房することができる。また冬季において、屋外の空気の温度（外の気温）に比較して高い温度となっている地層内の暖かい空気を、建物等の暖房しようとする屋内に送り込めば、暖房することができる。このように一年を通して外気温の変化に対して変化の少ない地下の空気を室内に送り込むことにより夏は冷房、冬は暖房を行うことができる。
【００１１】
冷房時は、地層内の空気を吸引して屋内に送り込み、屋内の空気を屋外に排出する。そのため、地層内の空気を吸引するため地層内が負圧となる。地上の大気圧下の空気等の比較的高圧の空気が負圧となった地層内に移動する。高圧側から低圧側に空気が移動する際に、空気は断熱的に膨張する。この膨張により地中の空気の温度は低下する。そのようにして冷却された空気はさらに屋内に送り込まれる。したがって地熱に加え、空気膨張による冷却効果が得られる。
暖房時は、地層内の空気を吸引して屋内に送り込み、屋内の空気と大気とを前記地層内に圧入する。そのため、冷房時のような空気の膨張は起こらず、地熱による暖房効果が得られる。また、屋内の空気に加え、大気を取り入れて地層内に圧入するので、地中の空気が加圧されて温度が上昇する。そのようにして加熱された空気はさらに屋内に送り込まれる。したがって地熱に加え、空気圧縮による加熱効果が得られる。
【００１２】
以上のように請求項１記載の発明によれば、冷房時、地層内の空気を吸引して屋内に送り込み、屋内の空気を屋外に排出するので、地熱による冷却効果、及び、空気膨張による冷却効果を得て冷房することができ、暖房時、地層内の空気を吸引して屋内に送り込み、屋内の空気と大気とを前記地層内に圧入するので、地熱による加熱効果、及び、空気圧縮による加熱効果を得て暖房することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、冷房時は、地層内の空気を吸引し、吸引した空気を屋内に送り込む一方で、前記吸引により前記地層内の気圧を負圧に保つことにより、比較的高圧の空気を、空気の膨張による温度の低下が得られるように前記地層内へ移動せしめ、
暖房時は、地層内の空気を吸引し、吸引した空気を屋内に送り込み、前記屋内の空気に大気を加え、これらの空気を、空気の圧縮による温度の上昇が得られるように前記地層内へ圧入することを特徴とする冷暖房方法である。
【００１４】
したがって請求項２記載の発明によれば、冷房時は、地層内の空気を吸引し地層内の気圧を負圧に保つことにより、地上の大気圧下の空気等の比較的高圧の空気を、空気の膨張による温度の低下が得られるように前記地層内へ移動せしめ、膨張により温度が低下した地層内の空気を吸引し屋内に送り込むという循環が成立するので、地熱による冷却効果のみならず、空気膨張による冷却効果を得て冷房することができる。
一方、暖房時は、屋内の空気に大気を加え、これらの空気を空気の圧縮による温度の上昇が得られるように前記地層内へ圧入し、圧縮により温度が上昇した地層内の空気を吸引し屋内に送り込むという循環が成立するので、地熱による気温上昇のみならず、空気圧縮による気温上昇の効果を得て暖房することができる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、において、地下水を地上に排出することにより地下水位を低下させた状態で、前記吸引又は前記圧入を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷暖房方法である。
【００１６】
したがって請求項３記載の発明によれば、自然の地下水位が比較的高い土地においても、地下水を地上に排出することにより地下水位を低下させた状態で前記吸引又は前記圧入（暖房時であれば前記吸引及び前記圧入）を行うので、地層内の空気の循環が地下水によって阻害されないという利点がある。
また、地下水が引いた後に空気を循環させるために好適な地下領域を得ることができる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、地層の一部を入れ替えて、比較的透水性の低い地層を比較的透水性の高い地層に改良し、それにより改良された地層について前記吸引又は前記圧入を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷暖房方法である。
【００１８】
したがって請求項４記載の発明によれば、地層の一部を入れ替えて、比較的透水性の低い地層を比較的透水性の高い地層に改良し、それにより改良された地層について請求項１又は２に記載の吸引又は圧入、すなわち、「地層内の空気を吸引すること」、又は、暖房の季節であれば、「地層内の空気を吸引すること」に加え「屋内の空気に大気を加えこれらの空気を前記地層内に圧入すること」を行うので、粘性土層等の透水係数の低い層が存在し、冷暖房の効果が十分に得られない初期の状況があっても、比較的透水性の高い地層に改良されて冷暖房の効果を得ることができる。すなわち、地層入れ替えにより、入替え前よりも入替え後の方が冷暖房効果が向上する。
【００１９】
請求項５記載の発明は、請求項３記載の発明において排出した地下水を、冷房時、地面に散水して気化させることを特徴とする。
【００２０】
したがって請求項５記載の発明によれば、夏季等において、地下水位低下装置によって汲み上げた冷たい地下水を地面に散水して気化させるので、気化熱を消費することによる建物周囲の空気を冷却することができる。
また気化熱の消費により温度が低下した空気が地面から地層に吸収されて、空気膨張による冷却と地熱による冷却を経た後、吸気管を介して屋内に送り込まれるので、地熱による冷却効果と空気膨張による冷却効果に加えて、気化熱消費による冷却効果を得て冷房することができる。
【００２１】
請求項６記載の発明は、請求項３記載の発明において排出した地下水を、暖房時、地面で循環させることを特徴とする。
【００２２】
したがって請求項６記載の発明によれば、地下から汲み上げた暖かい地下水を地面で循環させるので、地下水の熱を利用して建物周囲の積雪等を融かすなどの暖房効果を得ることができるほか、地層内の空気を暖めることに寄与する。
【００２３】
請求項７記載の発明は、例えば図１に示すように、一端が屋内に接続され、他端が地盤に埋設される管であって地層内の空気を該管内に取り入れることが可能な吸気管１と、
前記地層内の空気を前記吸気管を介して吸引し前記屋内に送り込む吸引力を与える第一の送風装置２と、
一端が屋内に接続され、他端が地盤に埋設される管であって、大気の取り入れ口を有し、該管内の空気を前記地層内に放出することが可能な圧入管５と、
前記屋内の空気と大気とを前記圧入管を介して前記地層内に圧入する圧入力を与える第二の送風装置６とを備える冷暖房システムである。
【００２４】
したがって請求項７記載の発明によれば、夏季等において、第一の送風装置を稼動させると、地層内の冷たい空気が吸気管を介して屋内に送り込まれる。また、その吸引により地層内及び吸気管内の気圧が負圧となり、例えば地上の大気圧下の空気等の比較的高圧の空気が前記地層を介して吸気管内に移動する。高圧側から低圧側に空気が移動する際に、空気は断熱的に膨張し、この膨張により地中の空気の温度は低下する。温度が低下した地中の空気はさらに吸気管を介して屋内に送り込むまれる。したがって、地熱による冷却効果のみならず、空気膨張による冷却効果を得て冷房することができる。
吸気管には、地盤に埋没される位置の側部に管外から管内への通気を可能にする孔又は隙間を設けることが好ましい。広い面積で管内への吸気を可能にするためである。
【００２５】
また請求項７記載の発明によれば、冬季等において、第一の送風装置及び第二の送風装置を稼動させると、地層内の暖かい空気が吸気管を介して屋内に送り込まれる。また第二の送風装置により圧入管を介して、屋内の空気に大気を加えてこれらの空気を前記地層内に圧入し、その圧入により地層内の気圧が上昇する。この空気の圧縮により地中の空気の温度は上昇する。温度が上昇した地中の空気はさらに吸気管を介して屋内に送り込むまれる。したがって、地熱による気温上昇のみならず、空気圧縮による気温上昇の効果を得て暖房することができる。
圧入管には、地盤に埋没される位置の側部に管内から管外への通気を可能にする孔又は隙間を設けることが好ましい。広い面積で管内への圧入を可能にするためである。
【００２６】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、例えば図１に示すように、
前記吸気管の周囲の地面に多数の小孔を有した有孔舗装１７を備えることを特徴とする。
【００２７】
したがって請求項８記載の発明によれば、有孔舗装に設けられた多数の小孔を介して大気が地層内に侵入することができ、上述した空気膨張による冷却効果を得ることができる。
【００２８】
請求項９記載の発明は、請求項７又は請求項８記載の発明において、例えば図１に示すように、
地盤に埋設された管の内側に流入した地下水を地上に排出することにより地下水位を、前記吸気管の周囲の地層から前記吸気管への通気、及び前記圧入管から前記圧入管の周囲の地層への通気を阻害しない位置まで低下させる地下水位低下装置８ａ，８ｂと、
前記吸気管、前記圧入管及び地下水位低下装置を含めた一定の範囲の地層を取り囲む遮水壁１２とを備えることを特徴とする。
【００２９】
したがって請求項９記載の発明によれば、地下水位低下装置により遮水壁で囲まれた範囲の地下水を汲み上げて低下させることにより、自然の地下水位が比較的高い土地においても、本冷暖房システムを稼動することができる。そのため、吸気管の周囲の地層から吸気管への通気を阻害しない位置まで低下させること、及び圧入管から圧入管の周囲の地層への通気を阻害しない位置まで低下させるが必要である。例えば、吸気管や圧入管には地中での通気用に孔又は隙間が設けられるから、この孔又は隙間より低い位置まで地下水位を低下させる。この孔又は隙間が地下水に沈んでしまうと、通気が行われないからである。しかし、吸気管の異なる高さに多数の通気用の孔又は隙間が設けられる場合には、すべての通気用の孔又は隙間より低い位置まで地下水位を低下させた状態を常に維持しなければならないわけではない。
【００３０】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、例えば図１に示すように、
前記地下水位低下装置により汲み上げた地下水と前記吸気管を介して吸引した空気との熱交換を行う熱交換器１８ａを備えることを特徴とする。
【００３１】
請求項１０記載の発明によれば、夏季等において、地下水上にある冷たい地下の空気を吸気管を介して吸引し、地下水位低下装置によって汲み上げた冷たい地下水と、熱交換器により熱交換するので、さらに地下からの空気が冷やされ、この冷気を屋内に送り込むことができる。
また請求項１０記載の発明によれば、冬季等において、地下水上にある暖かい地下の空気を吸気管を介して吸引し、地下水位低下装置によって汲み上げた暖かい地下水と、熱交換器により熱交換するので、さらに地下からの空気が暖められ、この暖気を屋内に送り込むことができる。
したがって請求項１０記載の発明によれば、地下の空気及び地下水による冷却効果を得て冷房することができ、地下の空気及び地下水による加熱効果を得て暖房することができる。
【００３２】
請求項１１記載の発明は、請求項９又は請求項１０記載の発明において、例えば図１、図２に示すように、
前記地下水位低下装置により汲み上げた地下水を地面に散水する散水設備１９を備えることを特徴とする。
【００３３】
したがって請求項１１記載の発明によれば、夏季等において、地下水位低下装置によって汲み上げた冷たい地下水を散水することができるので、気化熱を消費することによる建物周囲の空気を冷却することができる。そのためには、地下水位低下装置により汲み上げた地下水を地面に散水して効率良く気化させやすい散水設備が好ましい。例えば、霧状に噴出するノズルを使用したり、そのノズルを遮水壁内側の領域に均等に配置する等して水を広範囲に満遍無く散水する設備が有効である。
また気化熱の消費により温度が低下した空気が地面から地層に吸収されて、空気膨張による冷却と地熱による冷却を経た後、吸気管を介して屋内に送り込まれるので、地熱による冷却効果と空気膨張による冷却効果に加えて、気化熱消費による冷却効果を得て冷房することができる。
【００３４】
請求項１２記載の発明は、請求項９、請求項１０又は請求項１１記載の発明において、例えば図１、図２に示すように、
前記地下水位低下装置により汲み上げた地下水を地面で循環させるパイプヒーティング設備２１を備えることを特徴とする。
【００３５】
したがって請求項１２記載の発明によれば、パイプヒーティング設備が冬季等において、地下水位低下装置によって汲み上げた暖かい地下水を地面で循環させることで、地下水の熱を利用して建物周囲の積雪等を融かすなどの暖房効果を得ることができるほか、パイプヒーティング設備は地層内の空気を暖めることに寄与する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００３７】
図１及び図２は、本実施形態の冷暖房システムを示す地盤断面図である。図１は冷房時、図２は暖房時を説明するためのものである。
本実施形態の冷房システムは、吸気管１と、第一の送風装置２と、建物３と、排気口４と、圧入管５と、第二の送風装置６と、バルブ７と、２つの地下水位低下装置（揚水井戸）８ａ，８ｂと、遮水壁１２と、有孔舗装１７と、熱交換器１８ａと、補助空調設備１８ｂと、散水設備１９と、リチャージ井戸２０と、パイプヒーティング設備２１とを備える。図１及び図２において、１３は自然水位、１４は遮水壁１２の内側の低下した地下水位、は、１６は砂礫層である。
【００３８】
図１及び図２に示すように、この土地においては、砂礫層１６の上に砂層１５が地表まで形成されている。自然水位１３は比較的高いため、遮水壁１２を形成し、その内部の地下水を地下水位低下装置８ａ，８ｂにより汲み上げて地下水位１４の低下を図っている。
【００３９】
本システムを施工するに当たって、はじめから地盤表層に砂層や砂礫層等の透水係数の高い層が本システムを実効あらしめるために十分な範囲・深さに亘って存在すればよいが、粘性土層等の透水係数の低い層が存在し、本システムを実効あらしめることができない場合は、粘性土等を砂や礫等に入れ替える工事を行う。すなわち、地層の一部を入れ替えることにより、比較的透水性の低い地層を比較的透水性の高い地層に改良し、改良された地層を利用して本システムを効果的に稼動させるためである。
入れ替え工事は、例えば遮水壁１２を形成した後、その遮水壁１２内を掘削して粘性土等を除去し、できた穴に砂や礫等を埋設し透水性の高い層を形成することにより行うと良い。
【００４０】
吸気管１は砂層１５に埋設される。吸気管１の上端は地上に配置される。さらに吸気管１は建物３に接続され、砂層１５から建物３までの管路を形成する。吸気管１の地盤に埋没される位置の側部には、吸気管１内への通気を可能にする孔又は隙間１ａが設けられる。孔又は隙間１ａは吸気管１の下端に近い低い位置から、一定の高さ範囲に多数設けられる。孔又は隙間１ａは自然水位１３より低い位置に設けられる。
【００４１】
第一の送風装置２は、吸気管１が形成する砂層１５から建物３の室内までの管路の途中に設けられるコントラファン等の送風機である。第一の送風装置２として真空ポンプを用いても良い。第一の送風装置２を地上に設けるのが通常であろう。しかし、地下に設けても良い。また第一の送風装置２を建物３内に設けても良い。第一の送風装置２は、ファンを回転させて砂層１５内の空気を吸気管１を介して吸引し建物３内に送り込む吸引力を与える。
【００４２】
熱交換器１８ａは、吸気管１が形成する砂層１５から建物３の室内までの管路の途中に設けられる。熱交換器１８ａは、地下水位低下装置８ａ，８ｂにより汲み上げた地下水と、吸気管１を介して吸引した空気との熱交換を行うものである。
補助空調設備１８ｂは、吸気管１が形成する砂層１５から建物３の室内までの管路の途中に設けられる。補助空調設備１８ｂは、砂層１５から吸引した空気の清浄や除湿を行ったり、砂層１５から吸引し熱交換器１８ａを通った空気の温度が不十分な場合に、さらにその空気を冷却・加熱するものである。また、砂層１５から建物３の室内までの管路外にも、補助空調設備を設けても良い。建物３の室内の気温が要求される温度にまで低下しない場合に、かかる補助空調設備を稼働させる。補助空調設備としては既存の空調装置を用いればよい。
【００４３】
排気口４は建物３に設けられ、建物３内を循環した空気を屋外へ排出するものである。排気口４としては、既設の換気扇やダクト等の換気設備を利用することができる。
【００４４】
圧入管５は砂層１５に埋設される。圧入管５の上端は地上に配置される。さらに図２に示すように少なくとも暖房時には、圧入管５は建物３に接続され、建物３から砂層１５までの管路を形成する。建物３から砂層１５までの管路に沿って順に、大気取り入れ口２２、バルブ７、第二の送風装置６が設けられる。吸気管１の地盤に埋没される位置の側部には、圧入管５内から圧入管５外への通気を可能にする孔又は隙間５ａが設けられる。孔又は隙間５ａは圧入管５の下端に近い低い位置から、一定の高さ範囲に多数設けられる。孔又は隙間５ａは自然水位１３より低い位置に設けられる。
【００４５】
第二の送風装置６は、圧入管５が形成する砂層１５から建物３の室内までの管路の途中に設けられるコントラファン等の送風機である。第二の送風装置６として真空ポンプを用いても良い。第二の送風装置６もまた地上に設けるのが通常であろう。しかし、地下に設けても良い。また第二の送風装置６を建物３内に設けても良い。第二の送風装置６は、ファンを回転させて建物３内の空気と大気とを吸引し圧入管５を介して砂層１５内に圧入する圧入力を与える。大気は大気取り入れ口２２から取り入れられる。
【００４６】
バルブ７は、圧入管５が形成する砂層１５から建物３の室内までの管路の途中に設けられる。バルブ７を操作することにより、空気の圧入量を調節することができる。またバルブ７を閉めることにより圧入管５を通って地上の空気が砂層１５を出入りすることは断たれる。
【００４７】
地下水位低下装置８ａ，８ｂは、砂層１５に埋設されるケーシング管９及びストレーナ管１０を備える。ケーシング管９及びストレーナ管１０の外周に砂利などが充填されたフィルタ層１１が形成される。
ストレーナ管１０はケーシング管９の下端に接続されており、地下水を内部に流入させるための隙間又は孔を有している。管内に流入した地下水は図示しない水中ポンプ等の揚水手段により地上に排出される。
【００４８】
地下水位低下装置８ａ，８ｂとしては、特許公開２０００−０２７１７０に記載の地下水位低下装置又は特許公開２００１−０１１８４６に記載の地下水位低下装置を推奨する。かかる地下水位低下装置の実施者によれば、深度３００ｍまでの揚水に成功しているからである。
【００４９】
遮水壁１２は、吸気管１、圧入管５及び地下水位低下装置８ａ，８ｂを含めた一定の範囲の地層を取り囲む。遮水壁１２の下端はその全周に亘って砂礫層１６まで達しているので、砂層１５内での地下水の流入は阻止される。また、遮水壁１２の下端は砂礫層１６の途中に位置するので、遮水壁１２の下端側からの地下水の回り込みが生じる。本システムは地下水を利用するので、遮水壁１２内の地下水が底を尽きる前に、遮水壁１２の外側から地下水が補充されるような構造とするためである。遮水壁１２は、ソイルセメント連続壁（ＳＭＷ）により造成することができる。
【００５０】
多数の小孔を有した有孔舗装１７は、遮水壁１２に囲まれる範囲の地面を舗装する。地面から砂層１５へ大気の吸収を円滑にするためである。
【００５１】
散水設備１９は、散水用パイプと所定間隔に配置された吹き出し口とを有し、地下水位低下装置８ａ，８ｂにより汲み上げた地下水を地面に散水するものである。
【００５２】
パイプヒーティング設備２１は、地面に埋め込まれて引き回されたヒーティングパイプを有し、地下水位低下装置８ａ，８ｂにより汲み上げた地下水を地面で循環させるものである。
【００５３】
リチャージ井戸２０は、遮水壁１２の外側の地盤に埋設されている。リチャージ井戸２０は、地下水位低下装置８ａ，８ｂから汲み上げられ熱交換器１８ａを通過した地下水、及びパイプヒーティング設備２１を循環した地下水を、遮水壁１２の外側の地下水に戻すためのものである。
【００５４】
次ぎに、本システムによる冷暖房方法につき説明する。
本システムの稼働前に、降雨などにより増水し地下水位が上がっている場合には、地下水位低下装置８ａ，８ｂにより地下水を汲み上げて遮水壁１２内の地下水位１４を所定の位置以下に低下させる。また、本システムの稼働中に降水がある場合にも、地下水位低下装置８ａ，８ｂにより地下水を汲み上げて遮水壁１２内の地下水位１４を所定の位置以下に維持する。
その所定の位置としては、吸気管１の周囲の砂層１５から吸気管１内への通気、及び、圧入管５から砂層１５への通気を阻害しない位置である。本実施形態においては、吸気管１の側部に吸気用の孔又は隙間１ａが設けられ、圧入管５の側部に圧入用の孔又は隙間５ａが設けられるから、これらの孔又は隙間１ａ，５ａより低い位置に地下水位１４を維持する。
地下水位低下装置８ａ，８ｂにより汲み上げた地下水の一部は、熱交換器１８ａに導く。
【００５５】
（冷房時）
次ぎに図１を参照して冷房時につき説明する。
冷房を行う場合には、第一の送風装置２を稼働させ、バルブ７は閉めておく。すると、遮水壁１２の内側の砂層１５中の地上の空気に比較して冷たい空気は、吸気管１へ引き寄せられて、孔又は隙間１ａを通って吸気管１内へ集められる。さらに、吸気管１内に集められた空気は吸気管１内を上昇して第一の送風装置２を通過する。
第一の送風装置２を通過した空気は熱交換器１８ａに導入され、地下水位低下装置８ａ，８ｂにより汲み上げた地下水の一部と熱交換されさらに冷やされる。熱交換器１８ａを通過した空気は補助空調設備１８ｂを通過し、建物３内へ送り込まれる。その際、空気は補助空調設備１８ｂにより清浄（除塵等）される。また必要に応じて除湿、冷却が行われる。
以上のような過程を経て地下から運ばれた空気は、建物３内の冷房を必要とする廊下やロビーなどの共有空間や、各部屋内へ送られる。冷房の必要な空間を循環した後、空気は排気口４から屋外へと排出され、さらに新しい空気が吸気管１から供給される。
熱交換器１８ａを通過した地下水はリチャージ井戸２０へ導入され、遮水壁１２の外側の地中に戻される。
遮水壁１２の外側の地下水の一部は、遮水壁１２内側の水圧と平衡するため、遮水壁１２の下端側からの地下水の回り込む。
【００５６】
一方、遮水壁１２の内側の砂層１５中の空気の一部は、吸気管１内に集められ、吸い取られてしまったため、遮水壁１２の内側の砂層１５内の気圧が負圧となる。
バルブ７は閉まっているので、圧入管５から空気が補給されることはない。
したがって砂層１５内の気圧が負圧となると、地上の大気圧下の空気が有孔塗装１７を介して遮水壁１２の内側の砂層１５へ吸収される。地上から砂層１５へ吸収された空気は、上述したように吸気管１へ引き寄せられて、孔又は隙間１ａを通って吸気管１内へ集められ、さらに、吸気管１内を上昇して第一の送風装置２と補助空調設備１８ｂを通過し、建物３内へ送り込まれる。
高圧側の地上から低圧側の吸気管１内へ移動する際に、空気は断熱的に膨張し、この膨張により地中の空気の温度は低下する。この空気膨張による冷却効果を得るために、大気圧に対し遮水壁１２の内側の砂層１５内の気圧を−０．０４（ＭＰａ）以下に維持することが好ましい。
【００５７】
さらに、地下水位低下装置８ａ，８ｂにより汲み上げた地下水の一部を、散水設備１９により、有孔舗装１７上に散水する。散水された水の全部又は一部は蒸発する。この蒸発のために気化熱を消費し、有孔舗装１７とその下の地層や、有孔舗装１７付近の空気が冷やされる。上述したように地上の大気圧下の空気が有孔塗装１７を介して遮水壁１２の内側の砂層１５へ移動する。この移動の際に気化熱の消費により冷やされた有孔舗装１７を含めた領域を通過するので、大気は気化熱の作用により幾分か冷やされて砂層１５内へ侵入する。
【００５８】
夏季を中心とした季節は、地中の温度が地上の気温より低いから、以上のシステムにより地中の冷気を屋内へ送り込み冷房することができる。
また以上の空気循環により、空気膨張による冷却効果が得られ、それにより温度が低下した地中の空気を、さらに屋内へ送り込み冷房することができる。
また以上の地下水の循環により、地下水との熱交換による冷却効果、気化熱消費による冷却効果が得られ、冷房することができる。
【００５９】
（暖房時）
次ぎに図２を参照して暖房時につき説明する。
暖房を行う場合、圧入管５と建物の排気口４とはパイプで接続する。排気口４とバルブ７との間には大気取り入れ口２２が設けられる。バルブ７を開状態にし、第一の送風装置２及び第二の送風装置６を稼働させる。
すると、遮水壁１２の内側の砂層１５中の地上の空気に比較して暖かい空気は、吸気管１へ引き寄せられて、孔又は隙間１ａを通って吸気管１内へ集められる。さらに、吸気管１内に集められた空気は吸気管１内を上昇して第一の送風装置２を通過する。
第一の送風装置２を通過した空気は熱交換器１８ａに導入され、地下水位低下装置８ａ，８ｂにより汲み上げた地下水の一部と熱交換されさらに暖められる。熱交換器１８ａを通過した空気は補助空調設備１８ｂを通過し、建物３内へ送り込まれる。その際、空気は補助空調設備１８ｂにより清浄（除塵等）される。また必要に応じて加湿、加熱が行われる。
以上のような過程を経て地下から運ばれた空気は、建物３内の暖房を必要とする廊下やロビーなどの共有空間や、各部屋内へ送られる。
【００６０】
暖房の必要な空間を循環した後、空気は排気口４、バルブ７へと進む。第二の送風装置６は、建物３からの排気と大気取り入れ口２２からの大気を引き寄せ、圧入管５を介して砂層１５へ圧入する。この圧入により砂層１５内の気圧が上昇する。この空気の圧縮により遮水壁１２の内側の砂層１５中の空気の温度は上昇する。温度が上昇した空気はさらに吸気管１を介して建物３へと上述した過程で送り込むまれる。
【００６１】
地下水位低下装置８ａ，８ｂにより汲み上げた地下水の一部を、パイプヒーティング設備２１に供給し、暖かいに地下水を地面上の配管内を巡らせて融雪を行う。
熱交換器１８ａを通過した地下水、及びパイプヒーティング設備２１を通過した地下水はリチャージ井戸２０へ導入され、遮水壁１２の外側の地中に戻される。
遮水壁１２の外側の地下水の一部は、遮水壁１２内側の水圧と平衡するため、遮水壁１２の下端側からの地下水の回り込む。
【００６２】
冬季を中心とした季節は、地中の温度が地上の気温より低いから、以上のシステムにより地中の暖気を屋内へ送り込み暖房することができる。
また以上の空気循環により、空気圧縮による温度上昇の効果が得られ、それにより温度が上昇した地中の空気を、さらに屋内へ送り込み暖房することができる。
また以上の地下水の循環により、地下水との熱交換による暖房効果、融雪による暖房効果が得られる。
【００６３】
以上の実施形態においては、地下水位低下装置８ａ，８ｂ及び遮水壁１２を設けたが、自然水位１３が十分に低い土地においては、地下水位低下装置８ａ，８ｂ及び遮水壁１２を設けなくても実施可能である。
また地下水位低下装置を２つとしたが、１つでも、３つ以上でも実施可能である。
【００６４】
【発明の効果】
上述したように請求項１記載の発明によれば、冷房時、地層内の空気を吸引して屋内に送り込み、屋内の空気を屋外に排出するので、地熱による冷却効果、及び、空気膨張による冷却効果を得て冷房することができ、暖房時、地層内の空気を吸引して屋内に送り込み、屋内の空気と大気とを前記地層内に圧入するので、地熱による加熱効果、及び、空気圧縮による加熱効果を得て暖房することができるという効果がある。
【００６５】
上述したように請求項２記載の発明によれば、冷房時は、地層内の空気を吸引し地層内の気圧を負圧に保つことにより、地上の大気圧下の空気等の比較的高圧の空気を、空気の膨張による温度の低下が得られるように前記地層内へ移動せしめ、膨張により温度が低下した地層内の空気を吸引し屋内に送り込むという循環が成立するので、地熱による冷却効果のみならず、空気膨張による冷却効果を得て冷房することができることができるという効果がある。
一方、暖房時は、屋内の空気に大気を加え、これらの空気を空気の圧縮による温度の上昇が得られるように前記地層内へ圧入し、圧縮により温度が上昇した地層内の空気を吸引し屋内に送り込むという循環が成立するので、地熱による気温上昇のみならず、空気圧縮による気温上昇の効果を得て暖房することができるという効果がある。
【００６６】
上述したように請求項３記載の発明によれば、自然の地下水位が比較的高い土地においても、地下水を地上に排出することにより地下水位を低下させた状態で前記吸引又は前記圧入（暖房時であれば前記吸引及び前記圧入）を行うので、地層内の空気の循環が地下水によって阻害されないという効果がある。
また、地下水が引いた後に空気を循環させるために好適な地下領域を得ることができるという効果がある。
【００６７】
上述したように請求項４記載の発明によれば、地層の一部を入れ替えて、比較的透水性の低い地層を比較的透水性の高い地層に改良し、それにより改良された地層について請求項１又は２に記載の吸引又は圧入、すなわち、「地層内の空気を吸引すること」、又は、暖房の季節であれば、「地層内の空気を吸引すること」に加え「屋内の空気に大気を加えこれらの空気を前記地層内に圧入すること」を行うので、粘性土層等の透水係数の低い層が存在し、冷暖房の効果が十分に得られない初期の状況があっても、比較的透水性の高い地層に改良されて冷暖房の効果を得ることができる。すなわち、地層入れ替えにより、入替え前よりも入替え後の方が冷暖房効果が向上するという効果がある。
【００６８】
上述したように請求項５記載の発明によれば、夏季等において、地下水位低下装置によって汲み上げた冷たい地下水を地面に散水して気化させるので、気化熱を消費することによる建物周囲の空気を冷却することができるという効果がある。
また気化熱の消費により温度が低下した空気が地面から地層に吸収されて、空気膨張による冷却と地熱による冷却を経た後、吸気管を介して屋内に送り込まれるので、地熱による冷却効果と空気膨張による冷却効果に加えて、気化熱消費による冷却効果を得て冷房することができるという効果がある。
【００６９】
上述したように請求項６記載の発明によれば、地下から汲み上げた暖かい地下水を地面で循環させるので、地下水の熱を利用して建物周囲の積雪等を融かすなどの暖房効果を得ることができるほか、地層内の空気を暖めることに寄与するという効果がある。
【００７０】
上述したように請求項７記載の発明によれば、夏季等において、第一の送風装置を稼動させると、地層内の冷たい空気が吸気管を介して屋内に送り込まれ、また、その吸引により地層内及び吸気管内の気圧が負圧となり、例えば地上の大気圧下の空気等の比較的高圧の空気が前記地層を介して吸気管内に移動する。高圧側から低圧側に空気が移動する際に、空気は断熱的に膨張し、この膨張により地中の空気の温度は低下し、温度が低下した地中の空気はさらに吸気管を介して屋内に送り込むまれる。したがって、地熱による冷却効果のみならず、空気膨張による冷却効果を得て冷房することができるという効果がある。
また、冬季等において、第一の送風装置及び第二の送風装置を稼動させると、地層内の暖かい空気が吸気管を介して屋内に送り込まれ、また第二の送風装置により圧入管を介して、屋内の空気に大気を加えてこれらの空気を前記地層内に圧入し、その圧入により地層内の気圧が上昇する。この空気の圧縮により地中の空気の温度は上昇し、温度が上昇した地中の空気はさらに吸気管を介して屋内に送り込むまれる。したがって、地熱による気温上昇のみならず、空気圧縮による気温上昇の効果を得て暖房することができるという効果がある。
【００７１】
上述したように請求項８記載の発明によれば、有孔舗装に設けられた多数の小孔を介して大気が地層内に侵入することができ、上述した空気膨張による冷却効果を得ることができるという効果がある。
【００７２】
上述したように請求項９記載の発明によれば、地下水位低下装置により遮水壁で囲まれた範囲の地下水を汲み上げて低下させることにより、自然の地下水位が比較的高い土地においても、本冷暖房システムを稼動することができるという効果がある。
【００７３】
上述したように請求項１０記載の発明によれば、地下の空気及び地下水による冷却効果を得て冷房することができ、地下の空気及び地下水による加熱効果を得て暖房することができるという効果がある。
【００７４】
上述したように請求項１１記載の発明によれば、夏季等において、地下水位低下装置によって汲み上げた冷たい地下水を散水することができるので、気化熱を消費することによる建物周囲の空気を冷却することができるという効果がある。また、気化熱の消費により温度が低下した空気が地面から地層に吸収されて、空気膨張による冷却と地熱による冷却を経た後、吸気管を介して屋内に送り込まれるので、地熱による冷却効果と空気膨張による冷却効果に加えて、気化熱消費による冷却効果を得て冷房することができるという効果がある。
【００７５】
上述したように請求項１２記載の発明によれば、パイプヒーティング設備が冬季等において、地下水位低下装置によって汲み上げた暖かい地下水を地面で循環させることで、地下水の熱を利用して建物周囲の積雪等融かすなどの暖房効果を得ることができるほか、パイプヒーティング設備は地層内の空気を暖めることに寄与するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の冷暖房システムを示す地盤断面図（冷房時）である。
【図２】本発明の一実施形態の冷暖房システムを示す地盤断面図（暖房時）である。
【図３】従来の一例の地下水循環システムを示す地盤断面図である。
【符号の説明】
１…吸気管
２…第一の送風装置
３…建物
４…排気口
５…圧入管
６…第二の送風装置
７…バルブ
８ａ，８ｂ…地下水位低下装置（揚水井戸）
１２…遮水壁１２
１３…自然水位
１４…遮水壁１２の内側の地下水位
１５…砂層
１６…砂礫層
１７…有孔舗装
１８ａ…熱交換器
１８ｂ…補助空調設備
１９…散水設備
２０…リチャージ井戸
２１…パイプヒーティング設備
【図１】
0003561505.tif 000002
【図２】
0003561505.tif 000003
【図３】
0003561505.tif 000004