(57)【要約】【課題】  地熱を利用して建物内部の居住空間を効率よく冷暖房すると共に、メンテナンスが行い易く、しかも比較的安価に構築できる地熱利用型冷暖房システムを提供する。【解決手段】  建物１０の下方に地下空間８を形成し、該地下空間の少なくとも一部に地下空間８の壁面若しくは床面に面する非居住空間８ａを設ける一方、建物内部を含むその他の空間を居住空間７，８ｂとし、非居住空間８ａと居住空間７，８ｂとの間を断熱材１２で仕切り、地熱が非居住空間８ａに蓄熱される構造とする。そして非居住空間８ａに蓄熱された熱と居住空間７，８ｂに蓄熱された熱との熱交換を行うことにより、居住空間７を冷房又は暖房する構成である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物下方に地下空間を形成し、該地下空間の少なくとも一部に地下空間の壁面若しくは床面に面する非居住空間を設ける一方、建物内部を含むその他の空間を居住空間とし、
前記非居住空間と前記居住空間との間を断熱材で仕切り、地熱が前記非居住空間に蓄熱される構造とし、
前記非居住空間に蓄熱された熱と前記居住空間に蓄熱された熱との熱交換を行う熱交換手段を設けたことを特徴とする地熱利用型冷暖房システム。
【請求項２】
建物下方に地下空間を形成し、該地下空間の少なくとも一部に地下空間の壁面若しくは床面に面する非居住空間を設ける一方、建物内部を含むその他の空間を居住空間とし、前記非居住空間と前記居住空間との間を断熱材で仕切り、
前記居住空間には室内熱交換機を設けると共に、前記非居住空間には前記室内熱交換機との間で冷媒が循環する室外熱交換機を設け、前記室外熱交換機は地熱の蓄積された前記非居住空間で熱交換を行う構成としたことを特徴とする利熱利用型冷暖房システム。
【請求項３】
前記非居住空間には外気を導入する外気導入手段が設けられており、冷房運転時において前記非居住空間が外気よりも高温となった場合、若しくは暖房運転時において前記非居住空間が外気よりも低温となった場合に、前記外気導入手段を駆動して、前記非居住空間に外気を導入することを特徴とする請求項２記載の地熱利用型冷暖房システム。
【請求項４】
前記地下空間の壁面若しくは床面と接触しない状態で前記地下空間内に断熱材による仕切板を設け、前記地下空間に前記非居住空間とは断熱された地下居住空間を設けたことを特徴とする請求項２又は３記載の地熱利用型冷暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物内の居住空間を冷暖房するシステムに関し、特に地熱を利用した冷暖房システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
建物内部の居住空間を冷暖房するヒートポンプ式冷暖房システムは、建物内部の居住空間に室内機を設置し、建物外部で外気に晒した状態で室外機を設置して、室内機と室外機を冷媒循環回路で接続した構成である。この種のシステムは、室内機と室外機を循環する冷媒が、冷房運転時には室内機で居住空間から吸熱した熱を室外機で外気に放熱する一方、暖房運転時には室外機で外気から吸熱した熱を室内機で居住空間に放熱するように構成される。
【０００３】
ところで、一般に地下数メートルから十数メートルの地点の温度は年間を通して十数℃〜二十数℃程度で安定しており、夏季はこの地下温度が地上の外気よりも低くなる一方、冬季は逆に地下温度が外気よりも高くなることが知られている。そのため、近年では建物内の居住空間を冷暖房するために、年間を通して安定した地下温度、即ち地熱を利用することにより、従来のヒートポンプ式冷暖房システムよりも高効率で冷暖房を行うようにしたシステムが提案されている。
【０００４】
例えば、この種の地熱を利用した空調システムの一つとして特許文献１に開示された技術が公知である。特許文献１では、建物の下方に地中パイプを埋設し、その地中パイプに風を送り込み、地中パイプの内部で地下温度とほぼ同等の温度になった空気を室内に導くことにより、室内空間の冷暖房を行うことが示されている。また特許文献１には、地中パイプに送り込まれて地下温度とほぼ同等の温度に加熱又は冷却された空気をヒートポンプ室外機に向けて吹き付けることにより、室外機の熱効率を向上させることも開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示される従来技術の場合、地熱を利用するために地中パイプを埋設するといった専用の設備が必要となっている。そして建物下方の地下に地中パイプを埋設してしまうため、地中パイプに不具合が発生した場合には地中パイプを地下から掘り出してメンテナンスを行う必要があり、作業が複雑であると共に、その作業に長時間を要することとなる。
【０００７】
また地中パイプに送り込まれて地下温度とほぼ同等の温度に加熱又は冷却された空気をヒートポンプ室外機に向けて吹き付ける構成とする場合には、従来のヒートポンプ式冷暖房システムにおける室内機と室外機とを備えた構成に加えて、更に、建物下方の地下に地中パイプを埋設して、その地中パイプに空気を送り込むと共に、地中パイプから室外機に向けて空気を導く構成を設けることが必要不可欠となり、冷暖房システムとしては極めて高価なものとなる。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点を解決することを目的としてなされたものであり、地熱を利用して建物内部の居住空間を効率よく冷暖房すると共に、メンテナンスが行い易く、しかも比較的安価に構築できる地熱利用型冷暖房システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る地熱利用型冷暖房システムが第一の解決手段として採用したところは、建物下方に地下空間を形成し、該地下空間の少なくとも一部に地下空間の壁面若しくは床面に面する非居住空間を設ける一方、建物内部を含むその他の空間を居住空間とし、前記非居住空間と前記居住空間との間を断熱材で仕切り、地熱が前記非居住空間に蓄熱される構造とし、前記非居住空間に蓄熱された熱と前記居住空間に蓄熱された熱との熱交換を行う熱交換手段を設けた点にある。これにより、地下の非居住空間に蓄熱された地熱を利用して居住空間の冷暖房が行えるようになる。
【００１０】
また本発明に係る地熱利用型冷暖房システムが上記とは異なる第二の解決手段として採用したところは、建物下方に地下空間を形成し、該地下空間の少なくとも一部に地下空間の壁面若しくは床面に面する非居住空間を設ける一方、建物内部を含むその他の空間を居住空間とし、前記非居住空間と前記居住空間との間を断熱材で仕切り、前記居住空間には室内熱交換機を設けると共に、前記非居住空間には前記室内熱交換機との間で冷媒が循環する室外熱交換機を設け、前記室外熱交換機は地熱の蓄積された前記非居住空間で熱交換を行う構成とした点にある。これにより、地下空間の少なくとも一部に形成される非居住空間において室外熱交換機が地熱を利用した効率の高い熱交換を行えるようになる。
【００１１】
また上記第二の解決手段を採用した地熱利用型冷暖房システムが更なる付加的解決手段として採用したところは、前記非居住空間には外気を導入する外気導入手段が設けられており、冷房運転時に前記非居住空間が外気よりも高温となった場合、若しくは暖房運転時に前記非居住空間が外気よりも低温となった場合に、前記外気導入手段を駆動して、前記非居住空間に外気を導入する点にある。これにより、外気が有する熱エネルギーを非居住空間に導入でき、冷房運転時には非居住空間の温度を下げることができると共に、暖房運転時には非居住空間の温度を上げることができる。
【００１２】
また上記地熱利用型冷暖房システムが更なる付加的解決手段として採用したところは、前記地下空間の壁面若しくは床面と接触しない状態で前記地下空間内に断熱材による仕切板を設け、前記地下空間に前記非居住空間とは断熱された居住空間を設けた点にある。これにより、建物の地下空間を居住者が地下室として利用できると共に、非居住空間は十分に地熱を吸収することができ、しかも空気の通路が確保された構造となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る地熱利用型冷暖房システムが第一の解決手段として採用したところによれば、地下空間の壁面若しくは床面に面し、かつ居住空間とは断熱材で仕切られた非居住空間に地熱が蓄積される構造とされており、その非居住空間に蓄熱された熱と居住空間に蓄熱された熱との熱交換を行うことによって居住空間の冷暖房が行われるので、地熱を有効に利用した冷暖房システムが実現される。そして地中パイプを地中に埋設する必要がないので、メンテナンスが行い易く、しかも比較的安価にシステム構築ができるという利点がある。
【００１４】
また本発明に係る地熱利用型冷暖房システムが第二の解決手段として採用したところによれば、地下空間の壁面若しくは床面に面し、かつ居住空間とは断熱材で仕切られた非居住空間に室外熱交換機が設置され、その室外熱交換機が地熱の蓄積された非居住空間で熱交換を行うように構成されるので、室外熱交換機が地熱を利用した効率の高い熱交換を行うことができ、しかも断熱材の一部を取り外すだけで簡単に室外熱交換機等のメンテナンス作業を行えるようになる。そしてこの場合も、地中パイプを地中に埋設する必要はない。したがって、地熱を利用して建物内部の居住空間を効率よく冷暖房すると共に、メンテナンスが行い易く、しかも比較的安価にシステム構築ができるという利点がある。
【００１５】
また非居住空間には外気を導入する外気導入手段を設け、冷房運転時に非居住空間が外気よりも高温となった場合、若しくは暖房運転時に非居住空間が外気よりも低温となった場合に、外気導入手段を駆動して非居住空間に外気を導入する構成を採用することにより、冷房運転若しくは暖房運転の継続時における室外熱交換機の熱効率の低下を防止できる。また非居住空間に外気の熱エネルギーを導入することにより、非居住空間で再び地熱を利用できるようになるまでの時間が短縮される。
【００１６】
更に地下空間の壁面若しくは床面と接触しない状態で地下空間内に断熱材による仕切板を設け、地下空間に非居住空間とは断熱された居住空間を設ける構成を採用することにより、建物の地下空間を地下室として利用可能としつつも、非居住空間に設置される室外熱交換機が地熱を十分に利用した効率の高い放熱又は吸熱を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下図面に基づいて本発明の好ましい一実施形態を詳述する。図１は本実施形態に係る地熱利用型冷暖房システムの構成例を示す図である。建物１０は一戸若しくは複数戸の住宅等として地面１に定着して建造された構造物であり、床板１１よりも上側は居住者が利用する居住空間７となっている。この建物１０の下方には、地面１を下方に数メートル〜十数メートル程度開削して地下空間８が形成されており、該地下空間８を構成する壁面及び床面には断熱作用を示す材料は使用せず、地熱が地下空間８内の空気に伝わる構造となっている。
【００１８】
この地下空間８には、地下空間を構成する土地１の壁面及び床面に面する状態で非居住空間８ａが形成されると共に、必要に応じて居住者が地下室として利用する地下居住空間８ｂが形成される。建物１０の地下に形成される非居住空間８ａは、居住空間７，８ｂとは断熱材で構成される仕切壁１２によって仕切られており、地上の外気９及び居住空間７，８ｂとは断熱された構造を有している。そのため非居住空間８ａには地熱が伝わり、その地熱が蓄熱される構造となっている。
【００１９】
本実施形態の冷暖房システムは、非居住空間８ａに蓄熱された地熱を利用して建物内部の居住空間７，８ｂを冷暖房するものである。例えば、夏季は居住空間７，８ｂよりも地下の非居住空間８ａの方が地熱の影響で低温となるので、非居住空間８ａに蓄熱された冷気と、居住空間７，８ａに蓄熱された暖気との熱交換を行うことにより居住空間７，８ｂを冷房する。逆に冬季は居住空間７，８ｂよりも非居住空間８ａの方が地熱の影響で高温となるので、非居住空間８ａに蓄熱された暖気と、居住空間７，８ａに蓄熱された冷気との熱交換を行うことにより居住空間７，８ｂを暖房する。このような熱交換手段は、特に限定されるものではなく、非居住空間８ａと居住空間７，８ｂとの間で熱交換を直接行うものであってもよい。しかし、熱交換を直接行う場合には、非居住空間８ａと居住空間７，８ｂとが熱平衡状態（等温状態）となった場合には、それ以上の冷房効果又は暖房効果が得られなくなる。そこで冷房効果又は暖房効果をより高めるためには、所謂ヒートポンプ式の冷暖房システムを構築し、非居住空間８ａと居住空間７，８ｂとを循環する冷媒を介在させた熱交換とすることが好ましい。
【００２０】
図１は地熱利用型冷暖房システムが所謂ヒートポンプ式冷暖房システムとして構築される場合を例示しており、その室内機２を居住空間７に設けると共に、室外機３を地下の非居住空間８ａに設け、室内機２と室外機３の間を冷媒が循環する循環回路４で配管接続した構成を有している。この冷暖房システムにおいて室内機２と室外機３に冷媒を循環させることによる冷房運転及び暖房運転の各動作は従来と同様である。尚、図例では室内機２を居住空間７に設ける場合を例示しているが、地下の居住空間８ｂに設けてもよい。
【００２１】
この冷暖房システムは、地下の非居住空間８ａと地上の外気９とを連通するように配置された通気パイプ６１と、該通気パイプ６１を介して地上の外気９を地下の非居住空間８ａに強制的に送り込む導入ファン６２とからなる外気導入手段６を備えており、地上の外気９を地下の非居住空間８ｂに強制導入することが可能な構成である。
【００２２】
室内機２は、冷媒と居住空間７の空気との熱交換を行う室内熱交換機２１と、該冷暖房システムによる冷房運転及び暖房運転を制御するコントローラ２２とを備えて構成される。夏季の冷房運転時には室内熱交換機２１において冷媒が居住空間７の空気から吸熱することにより、居住空間７を冷房し、冬季の暖房運転時には室内熱交換機２１において冷媒が居住空間７の空気に対して放熱することにより、居住空間７を暖房する。またコントローラ２２には、地下の非居住空間８ａに設置された温度センサ５ａと、建物１０の外部に設置された温度センサ５ｂが接続されており、コントローラ２２はこれら温度センサ５ａ，５ｂが検知する非居住空間８ａの温度及び外気温度に基づいて外気導入手段６を駆動する。
【００２３】
一方、室外機３は冷媒と非居住空間８ａの地熱が蓄熱された空気との熱交換を行う室外熱交換機３１を備えている。夏季の冷房運転時には室外熱交換機３１において冷媒が地熱の影響により外気よりも低温である非居住空間８ａの空気に対して放熱し、冬季の暖房運転時には外気よりも高温である非居住空間８ａの空気から吸熱する。
【００２４】
このような冷暖房システムは、室外熱交換機３１が地熱により年間を通して十数℃〜二十数℃程度の安定した温度となる地下の非居住空間８ａに設けられており、夏季の冷房運転及び冬季の暖房運転のいずれにおいても室外熱交換機３１の熱効率が極めて高くなるという利点がある。即ち、夏季で外気温度が３０℃を超えるような高温となる場合であっても、非居住空間８ａは地熱の影響でそれよりも低温状態となっており、室外熱交換機３１がその低温状態の非居住空間８ａに放熱することで冷房運転時における室外機３の放熱効率が極めて高くなる。また冬季で外気温度が数℃程度以下の低温となる場合であっても、非居住空間８ａは地熱の影響でそれよりも高温状態となっており、室外熱交換機３１がその高温状態の非居住空間８ａから吸熱することで暖房運転時における室外機３の吸熱効率が極めて高くなる。
【００２５】
ところで、上述のようなヒートポンプ式冷暖房システムを利用した地熱利用型冷暖房システムを構築する場合、夏季の冷房運転において室外機３による非居住空間８ａへの放熱が長時間継続的に行われると、非居住空間８ａの温度は次第に上昇していき、ある時点において非居住空間８ａの温度が外気９の温度よりも高くなることが想定される。この場合、室外機３が外気９よりも高温となった非居住空間８ａに対して放熱を行うと、従来のように建物１０の外部に設置した室外機と比較すると、放熱効率が低下してしまう。またこの場合には、非居住空間８ｂの温度と地熱による地中温度との温度差が大きくなるので、地熱が非居住空間８ｂの空気に伝搬して非居住空間８ａの温度が地中温度とほぼ同程度の温度となるには長時間を要することとなり、その間は地熱の有効な利用が図れない。
【００２６】
また逆に、冬季の暖房運転において室外機３による非居住空間８ａでの吸熱が長時間継続的に行われると、非居住空間８ａの温度は次第に低下していき、ある時点において非居住空間８ａの温度が外気９の温度よりも低くなることが想定される。この場合、室外機３が外気９よりも低温となった非居住空間８ａで吸熱を行うと、従来のように建物１０の外部に設置した室外機と比較すると、吸熱効率が低下してしまう。またこの場合にも、非居住空間８ｂの温度と地熱による地中温度との温度差が大きくなるので、地熱が非居住空間８ｂの空気に伝搬して非居住空間８ａの温度が地中温度とほぼ同程度の温度となるには長時間を要することとなり、その間は地熱の有効な利用が図れない。
【００２７】
そこで本実施形態では、コントローラ２２が、温度センサ５ａ，５ｂが検知する温度に基づいて外気導入手段６を駆動し、地下の非居住空間８ａに対して強制的に外気を導入して熱効率が低下しないように構成される。
【００２８】
例えば夏季の冷房運転時には、非居住空間８ａの温度が外気温度よりも高くなった場合、コントローラ２２が導入ファン６２を駆動して強制的に非居住空間８ａに外気を送り込み、非居住空間８ａの温度を下げることによって、従来よりも放熱効率が悪化しないように制御される。またこの外気導入により、非居住空間８ｂの温度と地熱による地中温度との温度差が小さくなり、地熱が非居住空間８ｂの空気に伝搬して非居住空間８ａの温度が地中温度とほぼ同程度の温度となるのに要する時間を短縮でき、比較的迅速に地熱の有効利用を再開できるという利点がある。
【００２９】
一方、冬季の暖房運転時には、非居住空間８ａの温度が外気温度よりも低くなった場合、コントローラ２２が導入ファン６２を駆動して強制的に非居住空間８ａに外気を送り込み、非居住空間８ａの温度を上げることによって、従来よりも放熱効率が悪化しないように制御される。またこの場合も、外気導入によって、非居住空間８ｂの温度と地熱による地中温度との温度差が小さくなり、地熱が非居住空間８ｂの空気に伝搬して非居住空間８ａの温度が地中温度とほぼ同程度の温度となるのに要する時間を短縮でき、比較的迅速に地熱の有効利用を再開できることになる。
【００３０】
このように本実施形態における地熱利用型冷暖房システムは、建物１０の下方に設けられた地下空間８の少なくとも一部に、地熱の影響により年間を通して十数℃〜二十数℃程度の安定した温度となる非居住空間８ａを形成し、この非居住空間８ａと、建物内部を含むその他の空間で構成される居住空間７，８ｂとの間を断熱材で仕切った構造とし、その非居住空間８ａに室外機３を設けた構成であるので、建物外部で外気９に晒した状態で室外機を設置する場合と比較して熱効率が高くなるという利点があり、特に冷暖房運転の初期段階において優れた熱効率を発揮する。そして地熱を利用した省エネルギー型の冷暖房システムが実現される。
【００３１】
また本実施形態は、ヒートポンプ式冷暖房システムにおいて、従来、建物１０の室外に設置していた室外機３を、地下に形成した非居住空間８ａに設置することとしたので、例えば建物１０の地下に地下室を設ける際、地面１を開削して形成した地下空間の一部に上述のような非居住空間８ａを設けて、そこに室外機３を設置するだけで上述の冷暖房システムが実現される。そのため、地熱を利用するために地中パイプ等を別途埋設する必要がなく、極めて簡単な構成であり、比較的安価に地熱を利用した冷暖房システムを実現できる。
【００３２】
また冷媒の循環回路４や室外機３に不具合が発生した場合には、仕切壁１２の一部を取り外せば、非居住空間８ａに入り込んでメンテナンス作業を行うことができ、循環回路４や室外機３を非居住空間８ａに設置した状態のままで作業を進めることができる。そのため、上述の冷暖房システムは比較的短時間で効率的にメンテナンスを行うことができる構造となっている。
【００３３】
また建物１０の下方に形成される地下空間８の一部を非居住空間８ａとし、残部を居住空間８ｂとする場合には、図１に示す如く、非居住空間８ａと居住空間８ｂとを断熱した状態で仕切る仕切板１２を、地下空間８を構成する壁面若しくは床面と接触しない状態で設け、居住空間８ｂが地下空間８において壁面若しくは床面から浮いた状態とすることが好ましい。これにより、非居住空間８ａが地熱の影響を最大限に受けることができるようになり、しかも空気の通路を確保できるという利点がある。
【００３４】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の内容に限定されるものではなく、種々の変形例を適用し得るものである。例えば、上記においては主としてヒートポンプ式冷暖房システムの構成を採用する場合を例示したが、本発明に係る冷暖房システムはヒートポンプ式に限定されるものではない。また上記においては建物１０の下方に形成される地下空間８の一部を室外機設置用の非居住空間８ａとした場合を例示したが、地下空間８の全部を室外機設置用の非居住空間８ａとしてもよい。また上記においては建物１０の直下に地下空間８が形成される場合を例示したが、建物近辺の地面を開削して地下空間８を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る地熱利用型冷暖房システムの一構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  地面
２  室内機
３  室外機
６  外気導入手段
７  居住空間
８  地下空間
８ａ  非居住空間
８ｂ  居住空間
９  外気
１０  建物
１２  断熱材
２１  室内熱交換機
３１  室外熱交換機
【図１】
2006349265.tif 000003