(57)【要約】【課題】  寒冷地における住宅の地中熱利用を困難にする、ボーリング等掘削コストの高さ、熱交換設備コストの高さ、冬期間の地中温度の低さによる熱量不足を解消するために、基礎スラブを蓄熱層とし、地中熱を直接集熱し蓄熱することに加え、温水暖房熱源機により蓄熱量の不足を補い快適な住環境温度を達成するシステムを提供する。【解決手段】基礎スラブを蓄熱層とし、蓄熱層と建物を一体的に外気および地下表層部より断熱し、大掘削することなく地中熱を効率よく集熱および蓄熱する。また、寒冷地における地中温度の低さを補うため蓄熱層に温水回路を設け熱源機により蓄熱を補助することに加え、建物内部の温度を均等化するための放熱器およびダクトを設置することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気に対して十分に断熱された住宅建物において、基礎外周水平断熱板を備え外断熱された基礎コンクリート盤を地中熱の集熱板兼地中熱および温水暖房熱の蓄熱層とし、温水暖房熱源機のポンプを用いてその蓄熱層内部の配管と建物内に設置した放熱器との間で循環水を作動させることにより冷暖房設備としたシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は地中熱を直接、十分に外断熱された土間コンクリート又は基礎スラブコンクリートに効率よく蓄熱し住宅の冷暖房に利用する技術に、寒冷地での蓄熱量不足を補うための温水暖房熱源機およびその配管と放熱器を加えることにより住宅内を快適な生活温度とする冷暖房システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来の地中熱利用住宅は地中より地熱をくみ上げるため、竪穴等の掘削または地中杭あるいは埋設管の設置等を行い、その中に熱媒体の循環管等を設置し熱交換器により採熱をはかるものである。※（たとえば、特許文献１、２参照）
同様に竪穴の掘削または地中杭あるいは埋設管を設置し、その中に通風し採熱をはかるものもある。※（たとえば、特許文献３参照）
また掘削、杭の打ち込み、埋設等を行わない場合、コンクリートスラブへの蓄熱は地中熱のみに依存している。※（たとえば、特許文献４参照）
※【０００３】
【特許文献１】特許公開２００３−３４３８８４
【特許文献２】特許公開２００５−３００１２０
【特許文献３】特許公開２００３−０３５４５６
【特許文献４】特許公開２００５−２４１０４１
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  これには次のような欠点があった。
（ア）竪穴の掘削、地中杭の打ち込み、または埋設管の設置をおこなう場合に多額の費用がかかること。
（イ）上記（ア）のうち、埋設をおこなう場合は埋め戻し土により当該地盤が軟弱になること。あるいは軟弱になることの対策として土質改良、地盤補強等をおこなうため多額の費用がかかること。
（ウ）ヒートポンプ等設備の設置に多額の費用がかかること。
（エ）地下設備の維持管理行為が困難なこと。
（オ）縦穴の掘削、地中杭の打ち込み、または埋設管の設置等をおこなわず、土間コンクリートまたは基礎スラブに地中熱を直接蓄熱した場合、地中熱の直接伝導熱だけでは地中温度が比較的低い寒冷地において熱量が不足し快適温度に達することができないこと。
（カ）従来の基礎断熱方法では基礎外周に接する地表面による熱損失が大きく、地中熱を効率よく蓄熱板に伝導させることができないこと。
（キ）補助暖房を別途独立して使用する場合は地中熱の利用効率が低下すること。
この発明は上記のような欠点をなくすために考えたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本来地中熱は、連続した地下土中では深度に関わらず平衡状態になろうとし均等に分布しようとするが、冬期にあっては、表層部温度は地下約３メートル以深と比較して急激に低下する。  これは地表面からの熱放散の結果であり、地表面に十分に外気に対して断熱された建物または断熱物があった場合、熱放散はおこらず、深い土中からくみ上げることなく地中熱を直接建物基底部で受集熱することが可能となり費用のかかる竪穴等の掘削、杭打ち、埋設、熱交換装置の必要がなくなる。  また、東北地方以北の寒冷な地域での地中熱利用暖房においては関東地方以西と比較して地中温度が低いため冬期間の熱量不足がおこる。したがって課題を解決するための技術的手段は以下のとおりである。
（ア）建物基底部に土間コンクリート盤またはコンクリートスラブを設置することにより地中熱を直接受熱し蓄熱層とする。
（イ）地中熱が蓄熱層に伝導する間の熱損失を低減するため、十分な基礎の外断熱を行い、併せて隣接する地表面への熱放散を防ぐため基礎外側への水平断熱板の設置を切れ目なくおこなう。また地中熱の受熱面積を最大とするため、蓄熱層の下面には基礎外周部を含めて断熱材を設置しない。
（ウ）蓄熱層中に温水暖房熱源機により発生させた温水を配管により循環させ、寒冷な地域での冬期間の蓄熱量不足を補うとともにその循環温水を配管により建物内の低温部へ導き放熱器により建物内温度の均等化をはかる。
（エ）蓄熱層の温度と建物内の気温が平衡状態となるよう、建物に十分な気密と断熱を行うとともに、ダクト及びダクトファンにより建物内空気の循環をはかる。
（オ）夏期間にあっては温水暖房熱源機を停止し、蓄熱層と放熱器間で循環水を作動させることにより冷房効果を得ると同時にダクト及びダクトファンにより建物内空気の循環をおこない建物内の温度均等化をはかる。
本発明は以上の手段を用いた、寒冷な地域における住宅の地中熱利用システムである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】  以下、本発明の実施の形態について説明する。
（ア）住宅基礎は外断熱とし基礎コンクリートから外気と地表に接する表層上への熱放散を最小とさせる。また基礎外側にも断熱板を水平に設置し地中熱の地表からの放散を最小とさせる。
（イ）ベタ基礎、または布基礎に連続する土間コンクリートを設置し蓄熱層とする。
（ウ）蓄熱層上部の建物についても外気に対して十分な気密と断熱をおこなう。
（エ）蓄熱層内に温水配管をおこない、温水暖房熱源機により温水を循環させ蓄熱量の不足を補う。
（オ）上記（エ）の循環温水を建物内の必要箇所へ配管により導き、放熱器を用いて建物内温度の均等化をはかる。
（カ）建物上部と蓄熱層の上との間にダクトを設け建物内の温度が均一となるようファンにより建物内空気の循環をおこなう。
本発明は以上のような構造で、これを使用するときは夏の高温期にあっては熱源機の運転を停止し、蓄熱層と建物内必要箇所の放熱器間の循環水を作動させ、また、冬の低温期にあっては熱源機を設定温度に即して運転し、蓄熱層と建物内必要箇所の放熱器間の循環温水を作動させる。また室内温度の設定に応じてダクトファンの回転を制御あるいは逆転させ建物内温度を均一なものとする。
【発明の効果】
【０００７】  （ア）地中熱の利用により蓄熱層温度の底上げをはかることができ、冷暖房設備の燃費の低減をはかることができる。
（イ）地中での集熱のための掘削、杭打ち、埋設をともなわないため工事費用を低廉化でき、地中熱利用のための構造もきわめて単純化され維持管理コストが低減する。また既存地盤の軟弱化を招かない。
（ウ）ヒートポンプ等の熱交換器を使用しないため設備費用を低廉化できる。
（エ）温水暖房熱源機の併用により寒冷な地域における地中熱による蓄熱量の不足を回避できる。またこれは単に蓄熱の補助熱としてだけではなく、夏期から冬期に向けて降下していく蓄熱層下の土中温度を維持し、コンクリート蓄熱層と一体となった大蓄熱層を形成する効果がある。
（オ）蓄熱層内の循環温水を配管により建屋内の必要部位に導き放熱器により温風を発生させることにより冬場の低温時に建屋内気温の均一化をはかることができる。
（カ）夏場の高温時に蓄熱層内部の循環水を配管により建屋内の必要部位に導き放熱器により冷風を発生させることにより地中熱を利用した冷房設備とすることができる。
（キ）基礎断熱方法の工夫により３ｍ以深の地中熱を効率よく建物基底部の蓄熱層に導くことができる。
本発明は上記の効果を生じさせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の構造断面図である。
【符号の説明】
１  ポンプを内蔵した温水暖房熱源機
２  放熱器
３  蓄熱層
４  基礎外断熱板
５  基礎外側水平断熱板
６  建物の気密・断熱層
７  ダクト
８  ダクトファン
【図１】
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