(57)【要約】【課題】従来の地熱利用の空調システムより更に効率的な地熱を利用した建物の空調システムを提供すること。【解決手段】建物１内に外気を取り入れる給気管を設けた建物の空調システムであって、給気管が、外気を直接室内に導く外気直給気管２と、外気を地中に導いて地熱と熱交換するようにした地熱交換給気管２とからなり、外気直給気管２の給気温度を温度センサ７で測定し、地熱交換給気管３の給気温度を温度センサ８で測定し、その結果を制御装置６において対比していずれか一方の給気管を開けて給気して建物１内を空調する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物内に外気を取り入れる給気管を設けた建物の空調システムであって、給気管が、外気を直接室内に導く外気直給気管と、外気を地中に導いて地熱と熱交換するようにした地熱交換給気管とからなり、外気直給気管の給気温度と地熱交換給気管の給気温度を対比していずれか一方の給気管を開けて建物内に給気するような制御装置を備えたことを特徴とする建物の空調システム。
【請求項２】
地熱交換給気管の出口部が、建物内出口部と建物周辺部出口部とに分岐されており、それぞれの出口部に開閉弁を設け、建物内出口部の開閉弁を閉鎖したときに建物周辺部出口の開閉弁を開放できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の建物の空調システム。
【請求項３】
地熱交換給気管が、中管と外管からなり、外管がスパイラル管であることを特徴とする請求項１又２記載の建物の空調システム。
【請求項４】
ヒートポンプを備えた建物の空調・給湯システムであって、外気直給気管と、外気を地中に導いて地熱と熱交換するようにした地熱交換給気管とがヒートポンプに接続され、外気直給気管の給気温度と地熱交換給気管の給気温度を対比していずれか一方の給気管を開けてヒートポンプに給気するような制御装置を備えたことを特徴とする建物の空調・給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、建物の空調システム及び建物の空調・給湯システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、管体を地中に埋設し、この管体に外気を取り入れ、地熱と交換した外気を建物内に送り込み、夏は涼しく、冬は温かく保つことができるようにした地熱利用の空調システムが種々提案されている。
【０００３】
例えば、地熱を蓄積し、戸外からの又は建物内からの空気に地熱を伝えるためのくり石層と、地中に埋設され、前記くり石層からの空気に、地中からの地熱を伝導するための地中パイプと、前記地中パイプ内に備えられ、前記地中パイプ内を移動する空気に地熱を伝導するための地熱伝導手段等と、前記地中パイプ内で温度調節等された空気を、建物の室内に供給するための調節空気供給部と、を備えた建物の自然力利用空調システムが提案されている。（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−９７５８６号公報（特許請求の範囲他）
【０００５】
また、地中領域に２重の管からなる地熱利用チューブを縦向き状態に埋設し、外気を、このチューブに通して地熱と熱交換させて、屋内に送り込むようにした地熱利用の空調システムにおいて、地熱利用チューブの外管が鋼管からなり、この鋼管が縦向きで回転圧入工法により地中に打ち込まれて設置されていることを特徴とする地熱利用の空調システムが提案されている。（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献２】
特開２００３−３５４５５号公報（特許請求の範囲他）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の建物の自然力利用空調システムと、特許文献２に記載の地熱利用の空調システムは、いずれも、地中に埋設したパイプ又はチューブにより、外気を、気温変動が少ない地熱と熱交換して建物内に供給して室内の気温を調節し、夏は涼しく、冬は温かく保とうとするものである。
【０００８】
この発明者は、従来の地熱利用の空調システムにおいて、外気温度、地中温度、地中に埋設したパイプ又はチューブにより熱交換して室内に供給される空気の温度等について、経時変化を詳細に調査した。
その結果、冬場の日が差して日中の気温が上がるような日には、日中には、外気温度の方が、地中に埋設したパイプ又はチューブで熱交換した空気の温度よりも高くなる場合があり、冬なのに外気より冷たい空気を、地中に埋設したパイプ又はチューブから室内に取り込むような場合があることを知見した。
【０００９】
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、従来の地熱利用の空調システムより更に効率的な地熱を利用した建物の空調システム及び建物の空調・給湯システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の建物の空調システムは、建物内に外気を取り入れる給気管を設けた建物の空調システムであって、給気管が、外気を直接室内に導く外気直給気管と、外気を地中に導いて地熱と熱交換するようにした地熱交換給気管とからなり、外気直給気管の給気温度と地熱交換給気管の給気温度を対比していずれか一方の給気管を開けて建物内に給気するような制御装置を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明の建物の空調システムは、請求項１記載の建物の空調システムにおいて、地熱交換給気管の出口部が、建物内出口部と建物周辺部出口部とに分岐されており、それぞれの出口部に開閉弁を設け、建物内出口部の開閉弁を閉鎖したときに建物周辺部出口の開閉弁を開放できるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明の建物の空調システムは、請求項１又は２記載の建物の空調システムにおいて、地熱交換給気管が、中管と外管からなり、外管がスパイラル管であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明の建物の空調・給湯システムは、ヒートポンプを備えた建物の空調・給湯システムであって、外気直給気管と、外気を地中に導いて地熱と熱交換するようにした地熱交換給気管とがヒートポンプに接続され、外気直給気管の給気温度と地熱交換給気管の給気温度を対比していずれか一方の給気管を開けてヒートポンプに給気するような制御装置を備えたことを特徴とする。
【００１４】
（作用）
請求項１記載の発明の建物の空調システムにあっては、外気を地中に導いて地熱と熱交換するようにした地熱交換給気管の他に、外気を直接室内に導く外気直給気管を有し、外気直給気管の給気温度と地熱交換給気管の給気温度を対比していずれか一方の給気管を開けて建物内に給気するような制御装置を備えている。
【００１５】
したがって、暖房を必要とするような冬場において、晴天であって、日中の日向の外気温度が高くなり、外気直給気管の給気温度の方が、地熱交換給気管の給気温度よりも高くなる場合には、上記制御装置によって、地熱交換給気管からの給気を停止し、外気直給気管からのより温かい空気を建物内に給気することができ、一層効率的に空調できる。
【００１６】
請求項２記載の発明の建物の空調システムにあっては、地熱交換給気管の出口部が、建物内出口部と建物周辺部出口部とに分岐されており、それぞれの出口部に開閉弁を設け、建物内出口部の開閉弁を閉鎖したときに建物周辺部出口の開閉弁を開放できるようにした。
【００１７】
したがって、暖房を必要とするような冬場において、晴天であって、日中の日向の外気温度が高くなり、外気直給気管の給気温度の方が、地熱交換給気管の給気温度よりも高くなる場合には、上記制御装置によって、地熱交換給気管からの給気を停止し、外気直給気管からのより温かい空気を建物内に給気している間、温かい外気が地熱交換給気管を循環して地熱を温めることになる。
そのため、その後、温められた地熱によって地熱交換給気管の給気温度を高める効果があり、一層効率的に空調できる。
【００１８】
請求項３記載の発明の建物の空調システムにあっては、地熱交換給気管が、中管と外管からなり、外管がスパイラル管であるので、地中で接触する面積が増大し、地熱と熱交換効率が向上する。
【００１９】
請求項４記載の発明の建物の空調・給湯システムであっては、外気直給気管と、外気を地中に導いて地熱と熱交換するようにした地熱交換給気管とがヒートポンプに接続され、外気直給気管の給気温度と地熱交換給気管の給気温度を対比していずれか一方の給気管を開けてヒートポンプに給気するような制御装置を備えているので、冬場において、晴天であって、日中の日向の外気温度が高くなり、外気直給気管の給気温度の方が、地熱交換給気管の給気温度よりも高くなる場合には、上記制御装置によって、地熱交換給気管からの給気を停止し、外気直給気管から給気することができ、ヒートポンプの高効率化が図られ、暖房や給湯を経済的に行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
この発明の実施の形態１を図１の実施例に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、この発明の建物の空調システムの実施例の説明図である。
図１において、１は建物、２は外気直給気管、３は地熱交換給気管、４は給気短管、５は切替弁、６は制御装置、７及び８は温度センサである。
【００２２】
外気直給気管２は、その一端が外気取り入れ口２１とされ、他端が切替弁５を介して建物１内に給気する給気短管４に接続され、建物１の周辺部の外気を直接建物１内に給気できるように配設されている。なお、外気は図示していない送風機により送られるようになっている。
【００２３】
地熱交換給気管３は、地中に埋設され、一端が建物１の周辺部に突出して外気取り入れ口３１とされ、他端の出口部３２が切替弁５を介して建物１内に給気する給気短管４に接続され、建物１の周辺部の外気を地中に導いて地熱と熱交換し、建物１内に給気できるように配設されている。なお、外気は図示していない送風機により送られるようになっている。
【００２４】
温度センサ７は、外気直給気管２内に設置され、外気直給気管２で送られる外気の温度を測定し、その測定信号は制御装置６に送信されるようになっている。また、温度センサ８は、地熱交換給気管３の出口部３２内に設置され、地熱と熱交換された空気の温度を測定し、その測定信号は制御装置６に送信されるようになっている。
【００２５】
制御装置６は、温度センサ７、８で測定された温度信号を受信し、両者の温度を対比し、建物１内を空調するのにより適した温度の方の給気管を選択し、その給気管が給気短管４と連通して建物１内に給気するように切替弁５を切替えるようにされている。
【００２６】
（実施の形態１の作用）
例えば、暖房を必要とするような冬場においては、図３に示すように、晴天であって、日中には、日向の外気温度が高くなり、外気直給気管２の給気温度ａの方が、地熱交換給気管３の給気温度ｂよりも高くなることがある。なお、ｃは地熱交換給気管３の埋設個所の地中温度である。
【００２７】
このとき、制御装置６は、温度センサ７、８が感知した外気直給気管２の給気温度ａと地熱交換給気管３の給気温度ｂを対比し、外気直給気管２の給気温度ａが地熱交換給気管３の給気温度ｂより高くなると、切替弁５を切替えて外気直給気管２と給気短管４を連通させる。
こうして、高い方の外気が、外気直給気管２から給気短管４に送られて建物１内に給気され、建物１内がより効果的に暖房される。
【００２８】
次いで、夕方になり、外気温度が低くなり、外気直給気管２の給気温度ａの方が、地熱交換給気管３の給気温度ｂよりも低くなる。
このとき、制御装置６は、温度センサ７、８が感知した外気直給気管２の給気温度ａと地熱交換給気管３の給気温度ｂを対比し、外気直給気管２の給気温度ａが地熱交換給気管３の給気温度ｂより低くなると、切替弁５を切替えて地熱交換給気管３と給気短管４を連通させる。
こうして、地熱交換給気管３により地熱と熱交換された空気が給気短管４に送られて建物１内に給気され、建物１内が暖房される。
【００２９】
（実施の形態２）
この発明の実施の形態２を図２の実施例に基づいて説明する。
【００３０】
図２は、この発明の建物の空調システムの他の実施例の説明図である。
図２において、１ａは建物、２ａは外気直給気管、３ａは地熱交換給気管、６ａは制御装置、７ａ及び８ａは温度センサである。
【００３１】
外気直給気管２ａは、その一端の外気取り入れ口側に開閉弁２２ａが設けられ、他端が建物１ａ内に開口するように設置され、建物１ａの周辺部の外気を直接建物１ａ内に給気できるように配設されている。
なお、開閉弁２２ａの開閉は、制御装置６ａによって制御され、また、外気は図示していない送風機により送られるようになっている。
【００３２】
地熱交換給気管３ａは、地中に埋設され、一端が建物１ａの周辺部に突出して外気取り入れ口３１ａとされ、他端の出口部は、建物内出口部３２ａと建物周辺部出口部３３ａとに分岐されており、建物内出口部３２ａの出口部には開閉弁３４ａが、建物周辺部出口部３３ａの出口部には開閉弁３５ａが、それぞれ設けられている。
なお、開閉弁３４ａと開閉弁３５ａの開閉は、制御装置６ａによって制御され、また、外気は図示していない送風機により送られるようになっている。
【００３３】
温度センサ７ａは、外気直給気管２ａ内に設置され、外気直給気管２ａで送られる外気の温度を測定し、その測定信号は制御装置６ａに送信されるようになっている。また、温度センサ８ａは、地熱交換給気管３ａの出口部内に設置され、地熱と熱交換された外気の温度を測定し、その測定信号は制御装置６ａに送信されるようになっている。
【００３４】
制御装置６ａは、温度センサ７ａ、８ａで測定された温度信号を受信し、両者の温度を対比し、建物１ａ内を空調するのにより適した温度の方の給気管を選択し、その給気管が建物１ａ内に給気するように開閉弁２２ａ、３４ａ、３５ａの開閉を制御するようにされている。
【００３５】
すなわち、外気直給気管２ａから給気する場合には、開閉弁２２ａを開ける。そして、開閉弁３４ａを閉鎖し、開閉弁３５ａを開くか、又は開閉弁３４ａを閉鎖した状態で、地熱交換給気管３ａの図示していない送風機を止める。
地熱交換給気管３ａから給気する場合には、開閉弁２２ａを閉じ、開閉弁３５ａを閉鎖し、開閉弁３４ａを開ける。
【００３６】
（実施の形態２の作用）
例えば、夏場には、地熱交換給気管３ａにて熱交換した空気の方が、外気より低いので、制御装置６ａは、温度センサ８ａで測定した温度の方が低いと判定し、図４（Ａ）に示すように、外気直給気管２ａの開閉弁２２ａを閉じ、地熱交換給気管３ａの建物内出口部３２ａの開閉弁を開け、建物周辺部出口部３３ａ開閉弁３５ａを閉じ、地熱交換給気管３ａにて熱交換した空気を建物１ａ内に給気する。地熱交換給気管３ａにて熱交換して外気より冷却された空気が建物１ａ内に送られて、建物１ａ内は冷房される。
【００３７】
また、暖房を必要とするような冬場においては、図３に示すように、晴天であって、日中には、日向の外気温度が高くなり、外気直給気管２ａの給気温度ａの方が、地熱交換給気管３ａの給気温度ｂよりも高くなることがある。このことは、実施の形態１において述べたとおりである。
【００３８】
このとき、制御装置６ａは、温度センサ７ａ、８ａが感知した外気直給気管２ａの給気温度ａと地熱交換給気管３ａの給気温度ｂを対比し、外気直給気管２ａの給気温度ａが地熱交換給気管３ａの給気温度ｂより高くなると、図４（Ｂ）に示すように、外気直給気管２ａの開閉弁を開いて外気を取り入れ、地熱交換給気管３ａの建物内出口部３２ａの開閉弁３４ａを閉じ、建物周辺部出口部３３ａの開閉弁を開き、地熱交換給気管３ａからの空気を建物１ａの周辺部に放出する。
こうして、高い方の外気が、外気直給気管２ａから給気短管４ａに送られて建物１ａ内に給気され、建物１ａ内がより効果的に暖房される。
【００３９】
なお、このとき、地中温度より高温の外気が地熱交換給気管３ａを循環して地熱を温めることになり、その後、温められた地熱によって地熱交換給気管３ａの給気温度を高める効果もある。
【００４０】
次いで、夕方になり、外気温度が低くなり、外気直給気管２ａの給気温度ａの方が、地熱交換給気管３ａの給気温度ｂよりも低くなる。
このとき、制御装置６ａは、温度センサ７ａ、８ａが感知した外気直給気管２ａの給気温度ａと地熱交換給気管３ａの給気温度ｂを対比し、外気直給気管２ａの給気温度ａが地熱交換給気管３ａの給気温度ｂより低くなると、図４（Ｃ）に示すように、外気直給気管２ａの開閉弁２２ａと、地熱交換給気管３ａの建物周辺部出口部３３ａの開閉弁３５ａとを閉じ、地熱交換給気管３ａの建物内出口部３２ａの開閉弁を開き、地熱交換給気管３ａから建物１ａ内に給気する。
こうして、地熱交換給気管３ａにより地熱と熱交換されたより温かい空気が建物１ａ内に給気され、建物１ａ内が暖房される。
【００４１】
地熱交換給気管３、３ａとしては、従来の地熱利用の空調システムにおいて、地中に埋設して用いられるパイプ又はチューブを適宜選択して用いることが可能である。
【００４２】
また、図５に示すような地熱交換給気管３０を用いることができる。（Ａ）は正面図、（Ｂ）は縦断面図、（Ｃ）は底面図であり、中管３０１と外管３０２の２重管からなり、外管３０２をスパイラル管とすることで、地中で接触する面積が増大し、地熱と熱交換効率が向上する。
そして、この地熱交換給気管３０を縦向きで回転圧入工法により地中に打ち込んで設置するようにすれば、埋設コストが低減される。なお、３０２は回転圧入工法により地中に打ち込む際に、地盤を切り開くためのフィンであり、地熱交換給気管３０の下端部に付設されている。
【００４３】
（実施の形態３）
この発明の実施の形態３を図６の実施例に基づいて説明する。
【００４４】
図６は、この発明の建物の空調・給湯システムの実施例の説明図である。
図６において、１ｂは建物、２ｂは外気直給気管、３ｂは地熱交換給気管、６ｂは制御装置、７ｂ及び８ｂは温度センサ、９はヒートポンプである。
【００４５】
この発明の実施の形態３においては、外気直給気管２ｂや地熱交換給気管３ｂの給気出口部を、建物に備えたヒートポンプ９に接続され、外気直給気管２ｂの給気温度と地熱交換給気管３ｂの給気温度を対比していずれか一方の給気管を開けてヒートポンプ９に給気するようにされ、給気管１０により建物１Ｂ内が空調されるようになっている。
【００４６】
また、図示していないが、ヒートポンプ９により給湯するようにできる。
なお、制御装置６ｂによる制御形態は、実施の形態２と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００４７】
（実施の形態３の作用）
このような建物の空調・給湯システムにおいては、冬場において、晴天であって、日中の日向の外気温度が高くなり、外気直給気管の給気温度の方が、地熱交換給気管の給気温度よりも高くなる場合には、上記制御装置によって、地熱交換給気管からの給気を停止し、外気直給気管からのより温かい空気を建物内に給気することができ、ヒートポンプの高効率化が図られ、暖房や給湯を経済的に行うことができる。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の建物の空調システムにあっては、外気を地中に導いて地熱と熱交換するようにした地熱交換給気管の他に、外気を直接室内に導く外気直給気管を有し、外気直給気管の給気温度と地熱交換給気管の給気温度を対比していずれか一方の給気管を開けて建物内に給気するような制御装置を備えている。
【００４９】
したがって、暖房を必要とするような冬場において、晴天であって、日中の日向の外気温度が高くなり、外気直給気管の給気温度の方が、地熱交換給気管の給気温度よりも高くなる場合には、上記制御装置によって、地熱交換給気管からの給気を停止し、外気直給気管からのより温かい空気を建物内に給気することができ、一層効率的に空調できる。
【００５０】
請求項２記載の発明の建物の空調システムにあっては、地熱交換給気管の出口部が、建物内出口部と建物周辺部出口部とに分岐されており、それぞれの出口部に開閉弁を設け、建物内出口部の開閉弁を閉鎖したときに建物周辺部出口の開閉弁を開放できるようにした。
【００５１】
したがって、暖房を必要とするような冬場において、晴天であって、日中の日向の外気温度が高くなり、外気直給気管の給気温度の方が、地熱交換給気管の給気温度よりも高くなる場合には、上記制御装置によって、地熱交換給気管からの給気を停止し、外気直給気管からのより温かい空気を建物内に給気している間、温かい外気が地熱交換給気管を循環して地熱を温めることになる。
そのため、その後、温められた地熱によって地熱交換給気管の給気温度を高める効果があり、一層効率的に空調できる。
【００５２】
請求項３記載の発明の建物の空調システムにあっては、地熱交換給気管が、中管と外管からなり、外管がスパイラル管であるので、地中で接触する面積が増大し、地熱と熱交換効率が向上する。
【００５３】
請求項４記載の発明の建物の空調・給湯システムであっては、外気直給気管と、外気を地中に導いて地熱と熱交換するようにした地熱交換給気管とがヒートポンプに接続され、外気直給気管の給気温度と地熱交換給気管の給気温度を対比していずれか一方の給気管を開けてヒートポンプに給気するような制御装置を備えているので、冬場において、晴天であって、日中の日向の外気温度が高くなり、外気直給気管の給気温度の方が、地熱交換給気管の給気温度よりも高くなる場合には、上記制御装置によって、地熱交換給気管からの給気を停止し、外気直給気管からのより温かい空気を建物内に給気することができ、ヒートポンプの高効率化が図られ、暖房や給湯を経済的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の建物の空調システムの実施例の説明図である。
【図２】この発明の建物の空調システムの他の実施例の説明図である。
【図３】この発明の建物の空調システムにおける外気温度、地中温度、地熱交換した空気温度の経時変化を示す説明図である。
【図４】図２に示すこの発明の建物の空調システムの他の実施例の操作例を示す説明図である。
【図５】地熱交換給気管の一例を示す図面である。
【図６】建物の空調・給湯システムの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ      建物
２、２ａ、２ｂ    外気直給気管
３、３ａ、３ｂ、３０    地熱交換給気管
４            給気短管
５            切替弁
６、６ａ、６ｂ    制御装置
７、７ａ、７ｂ、８、８ａ、８ｂ      温度センサ
２２ａ、３４ａ、３５ａ  開閉弁
９          ヒートポンプ
【図１】
2005024140.tif 000003
【図２】
2005024140.tif 000004
【図３】
2005024140.tif 000005
【図４】
2005024140.tif 000006
【図５】
2005024140.tif 000007
【図６】
2005024140.tif 000008