(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱集熱器と、熱媒加熱手段と、送風機と２つの熱交換器を筐体内に収納して形成されたファンコイルユニットとを備え、
前記ファンコイルユニットは、建物の床下の空間を流路とする空気流路に設けられ、前記２つの熱交換器のうち第１の熱交換器には、前記太陽熱集熱器で加熱された第１の液体熱媒が第１の熱媒管路を介して供給され、第２の熱交換器には、前記熱媒加熱手段で加熱された第２の液体熱媒が第２の熱媒管路を介して供給され、前記送風機によって前記空気流路に設けられた室内空気吸い込み口から室内の空気を前記筐体内に吸い込み、前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器とを順次通して前記空気流路内に吹出し、該空気流路に設けられた室内空気吹き出し口から室内に吹き出すように構成され、
前記室内空気吸い込み口と前記筐体の空気吸い込み口とを連通して形成される空気流路に屋外の空気が通流する外気流路が連結され、該外気流路に外気の通流及び遮断を行う扉が設けられ、
前記空気流路の底部は、地面側に配置された断熱材からなる断熱層と、該断熱層の上に打たれたコンクリートからなる蓄熱コンクリート層とで形成され、前記ファンコイルユニットの空気吹き出し口の近傍の前記蓄熱コンクリート層の表面が断熱材で覆われてなる暖房システム。
【請求項２】
前記第１の液体熱媒を前記第１の熱交換器に流通する方向と貯湯槽に流通する方向とに切り換える切換弁を前記第１の熱媒管路に設け、暖房運転時、前記第１の熱媒管路の温度を検出する熱媒管路温度センサによって検出した温度に応じて前記切換弁が前記第１の液体熱媒の通流方向を切り換えてなることを特徴とする請求項１に記載の暖房システム。
【請求項３】
前記空気流路内に、前記ファンコイルユニットの空気吹き出し口から吹き出した空気が衝突する邪魔板を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の暖房システム。
【請求項４】
前記ファンコイルユニットを複数組み有し、各ファンコイルユニットの前記第１及び第２の熱交換器がそれぞれ対応する前記第１の熱媒管路及び前記第２の熱媒管路に連結されてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、暖房システムに係り、特に、太陽熱を利用して暖房を行う暖房システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽熱を利用して暖房を行う暖房システムとして、太陽熱で熱媒となる空気を暖め、この暖まった空気を床下に通流させたり、室内に吹き出すことで床暖房や室内の暖房を行う空気式の暖房システムや、太陽熱で熱媒となる液体を暖め、この暖まった液体を床下に通流させることで床暖房を行う液体式の暖房システムがある。空気式の暖房システムとしては、特開平４−３７１７３０号公報、特開平５−２４８７１０号公報、そして特開平８−５１５９号公報などに提案されているものがある。特開平４−３７１７３０号公報などに提案されている暖房システムでは、太陽熱で太陽熱集熱器内の空気を暖め、この暖まった空気を建物の床下に設けられた蓄熱パネル内に通流させて床暖房を行っている。特開平５−２４８７１０号公報や特開平８−５１５９号公報などに提案されている暖房システムでは、屋根に空気流路を形成して太陽熱集熱器とし、この太陽熱集熱器に空気を通流させて空気を暖め、この暖まった空気を建物の床下に形成された空気流路に通流させて床暖房を行うと共に、床下に形成された空気流路から室内に暖まった空気を吹き出すことで室内暖房を行っている。
【０００３】
液体式の暖房システムとしては、特開平５−２６４６３などに提案されているものがある。特開平５−２６４６３などに提案されている暖房システムでは、太陽熱で不凍液などの液体熱媒を暖め、この暖まった液体熱媒を建物の床下に設けられた蓄熱コンクリート層内に形成された液体熱媒の流路に通流させて床暖房を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
気体熱媒は液体熱媒よりも単位体積あたりの熱交換効率が低いため、熱媒として空気を利用する空気式の暖房システムは、熱媒として液体を用いる液体式の暖房システムに比べて集熱効率が低い。このため、空気式の暖房システムでは、液体式の暖房システムに比べ同じ熱量を得るために大きな集熱面積を必要とする。このため、太陽熱集熱器を設置する場所によって集熱面積が制限されことがあり、集熱面積が制限されると、省エネルギー性が低下してしまう場合がある。
【０００５】
これに対し、液体式の暖房システムは、空気式の暖房システムに比べて太陽熱の利用効率が高く、同じ熱量を得るために必要な集熱面積が小さくて済むことにより、十分な集熱面積を確保し易いため、省エネルギー性を向上できる。しかし、液体式の暖房システムでは、床下の蓄熱コンクリート中に液体が通流する管路を暖房が必要な床の形状などに応じて配管して埋め込まれているため、床暖房を行う範囲が、液体が通流する管路が埋め込まれた位置、つまり液体が通流する管路が配管された位置近傍に限られ、また、室内の空気を暖めることはほとんどできない。したがって、液体式の暖房システムでは、暖房能力が床暖房に限られ、室内の広範囲にわたって暖房を行えない。
【０００６】
このように、従来の空気式の暖房システムでは、省エネルギー性が低下してしまう場合があり、また、従来の液体式の暖房システムでは、省エネルギー性を向上できるが、暖房能力が床暖房に限られてしまう。
【０００７】
本発明の課題は、暖房システムの暖房能力及び省エネルギー性を向上することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の暖房システムは、太陽熱集熱器と、熱媒加熱手段と、送風機と２つの熱交換器を筐体内に収納して形成されたファンコイルユニットとを備え、前記ファンコイルユニットは、建物の床下の空間を流路とする空気流路に設けられ、前記２つの熱交換器のうち第１の熱交換器には、前記太陽熱集熱器で加熱された第１の液体熱媒が第１の熱媒管路を介して供給され、第２の熱交換器には、前記熱媒加熱手段で加熱された第２の液体熱媒が第２の熱媒管路を介して供給され、前記送風機によって前記空気流路に設けられた室内空気吸い込み口から室内の空気を前記筐体内に吸い込み、前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器とを順次通して前記空気流路内に吹出し、該空気流路に設けられた室内空気吹き出し口から室内に吹き出すように構成され、前記室内空気吸い込み口と前記筐体の空気吸い込み口とを連通して形成される空気流路に屋外の空気が通流する外気流路が連結され、該外気流路に外気の通流及び遮断を行う扉が設けられ、前記空気流路の底部は、地面側に配置された断熱材からなる断熱層と、該断熱層の上に打たれたコンクリートからなる蓄熱コンクリート層とで形成され、前記ファンコイルユニットの空気吹き出し口の近傍の前記蓄熱コンクリート層の表面が断熱材で覆われてなる構成とすることにより上記課題を解決する。
【０００９】
このような構成とすれば、太陽熱集熱器において、太陽熱は、空気よりも集熱効率が高い第１の液体熱媒に集熱されるため、太陽熱の利用効率を向上できる。さらに、暖められた第１の液体熱媒が床下のファンコイルユニットの第１の熱交換器に送られ、送風機によって吸い込まれた室内の空気を暖め、第１の熱交換器で暖められた空気が床下に設けられた空気流路を通流することにより床暖房が行われる。これに加えて、空気流路を通流する空気が吹き出し口から室内に吹き出すことで室内を暖房することができるため、暖房能力を向上することができる。また、空気流路の底部を、地面に断熱層を介して蓄熱コンクリート層を設けて構成したことから、昼間、太陽熱を蓄熱コンクリート層に蓄熱することができ、気温が低下する夜間に室温が低下するのを抑えることができる。
【００１０】
加えて、要求された暖房温度に対して太陽熱から集熱した熱量が不足した場合には、熱媒加熱手段で第２の液体熱媒を加熱して第２の熱交換器に通流させる。このとき、送風機側から第１の熱交換器、第２の熱交換器の順で熱交換器が配設されているため、送風機から吹き出した空気は、まず太陽熱を集熱した第１の液体の熱で暖められ、次に熱媒加熱手段で暖められた第２の液体の熱で暖められる。したがって、太陽熱と熱媒加熱手段とを併用する場合でも、送風機からの空気の加熱に対する太陽熱の利用効率を向上できるため、省エネルギー性を向上できる。このように、液体集熱−空気暖房式の暖房システムとし、送風機側から第１の熱交換器、第２の熱交換器の順で熱交換器を配設することで、暖房システムの暖房能力及び省エネルギー性を向上できる。
【００１１】
さらに、第１の液体熱媒を第１の熱交換器に流通する方向と貯湯槽に流通する方向とに切り換える切換弁を第１の熱媒管路に設け、暖房運転時、第１の熱媒管路の温度を検出する熱媒管路温度センサによって検出した温度に応じて切換弁が第１の液体熱媒の通流方向を切り換える構成とする。このような構成とすれば、太陽熱を集熱した第１の液体熱媒の温度が予め設定した暖房が行える温度以上のときに、第１の液体熱媒を第１の熱交換器へ通流させることができるので好ましい。
【００１２】
また、室内空気吸い込み口と筐体の空気吸い込み口とを連通して形成される空気流路に、屋外の空気が通流する外気流路が連結され、この外気流路に外気の通流及び遮断を行う扉が設けられてなる構成とすれば、吸い込み口から吸い込んだ室内の空気に外気を混合して室内に吹き出すことで、室内の換気を行えるので好ましい。
【００１３】
さらに、空気流路の底部が、断熱材からなる断熱層とこの断熱層上に打たれたコンクリートからなる蓄熱コンクリート層とで形成されており、この蓄熱コンクリート層の表面で第２の熱交換器の空気吹き出し側近傍の部分が断熱材で覆われている構成とすれば、蓄熱コンクリート層の、第２の熱交換器の空気吹き出し側近傍部分の温度が他の部分よりも高くなるのを抑えるため、蓄熱コンクリート層の温度分布のばらつきを低減でき、暖房特性をより向上できるので好ましい。
【００１４】
また、空気流路内に、第２の熱交換器から吹き出した空気が衝突する邪魔板を設けた構成とすれば、邪魔板により空気の流れの方向が変わり、床下に広がる空気流路内に空気を分散させることができ、例えば平面形状がＬ字状に形成された建物などでもまんべんなく床暖房ができるため、暖房効果をさらに向上できるので好ましい。
【００１５】
さらに、第１の熱媒管路及び第２の熱媒管路を分岐し、各第１の熱媒管路及び第２の熱媒管路に連結された２つの熱交換器及び送風機を複数組み設ければ、２階建て以上の建物や、１つの階の床面積が広い建物などにおいて、床暖房や室内暖房ができるので好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用してなる暖房システムの一実施形態について図１及び図５を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる暖房システムの概略構成と設置例を示す図である。図２は、ファンコイルユニットの概略構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平面図である。図３は、建物の床下のファンコイルユニット周囲部分の概略構成を示す図である。図４は、床下の空気流路に邪魔板を設置したときの空気流路内の空気の流れを示す図である。
【００１７】
本実施形態の暖房システムは、図１に示すように、太陽熱集熱器１、液体熱媒の貯槽３、熱媒加熱手段となる補助ボイラ５、ファンコイルユニット７、第１熱媒管路９、１０、第２熱媒管路１１、１２、切換弁となる三方弁１３、熱媒ポンプ１５、そして制御盤１７などで構成されている。また、本実施形態では、太陽熱を給湯にも利用するため、給湯システムが併設されている。給湯システムは、水を加熱するための貯湯槽１９、給湯器２１、水供給管路２３、給湯管路２５、貯湯槽用熱媒管路２７、２９などで構成されている。
【００１８】
暖房システムのファンコイルユニット７は、図２に示すように、送風機３１、ファンモータ３３、第１熱交換器３５、第２熱交換器３７などを筐体３９内に納めたものである。本実施形態のファンコイルユニット７では、シロッコファンや軸流ファンなどからなる送風機３１を２基用いており、２基の送風機３１に挟まれる形でファンモータ３３が設置され、ファンモータ３３の両側から突出する回転軸４０が２基の送風機３１に各々連結されている。第１熱交換器３５と第２熱交換器３７とは、送風機３１からの空気の方向に直列に並べて配置されており、送風機３１側から第１熱交換器３５、第２熱交換器３７の順に設置されている。第１熱交換器３５と第２熱交換器３７とは、第１熱交換器３５と第２熱交換器３７の各々の上部が、第１熱交換器３５と第２熱交換器３７の各々の下部よりも送風機３１から吹き出した空気の流れの下流側に位置するように第１熱交換器３５と第２熱交換器３７の各々の空気が通流する面を傾斜させた状態で設置している。
【００１９】
筐体３９の第１熱交換器３５と第２熱交換器３７との下側部分は、受け皿４２となっており、受け皿４１の側面にはドレン口４３が設けられている。筐体３９の送風機３１側の側面には吸い込み口４５が、第２熱交換器側には吹き出し口４７が形成されている。第１熱交換器３５と第２熱交換器３７とは、各々、片側の端面に第１熱媒管路９と連結するための入口側連結部４９と、第１熱媒管路１０と連結するための出口側連結部５１とを有している。第１熱交換器３５、第２熱交換器３７共に、入口側連結部４９が下側に、出口側連結部５１が上側に設けられている。第１熱交換器３５と第２熱交換器３７の片側の端面の入口側連結部４９と出口側連結部５１との間には、第１熱交換器３５と第２熱交換器３７の熱媒の流路内の空気を抜くためのエア抜きバルブ５３が各々設けられている。
【００２０】
このようなファンコイルユニット７は、図１に示すように、建物５５の床５７の下に形成された空気流路５９内に設置されている。空気流路５９は、底部が断熱材、例えばポリスチレンフォームや発泡スチロール、ウレタンフォームなどで形成した断熱層６１と、断熱層６１上に打たれたコンクリートで形成された蓄熱コンクリート層６３とで形成されている。また、空気流路５９の側壁６５は、床５７と、断熱層６１及び蓄熱コンクリート層６３からなる底部と共に、空気流路５９内へ外気が侵入しないように形成されており、さらに外気の温度が空気流路５９内の空気に影響し難いように側壁６５は、底部の断熱層６１と同じ断熱材で形成されている。なお、空気流路５９は、床暖房を行う床５７に対応する床下全体に形成されている。
【００２１】
このような空気流路５９内の蓄熱コンクリート層６３上にファンコイルユニット７が設置されている。ファンコイルユニット７の吸い込み口４５は、空気流路５９内の建物５５の壁６７際に他の空気流路５９の部分と区画されて形成された吸い込み口チャンバ６９の側壁７１に形成された穴に連結されている。吸い込み口チャンバ６９の上部は、床５７に形成した穴にフィルター付きのがらり７３を着脱自在に填め込み、床５７に室内７５内の空気の吸い込み口７７を形成している。吸い込み口チャンバ６９の１つの側壁のうち、建物５５の壁６７側の側壁６５には、建物５５の壁６７を介して屋外に連通する外気吸い込み流路７９が形成されている。外気吸い込み流路７９の屋外側端部には内部にがらりを有するフード８１が、吸い込み口チャンバ６９側端部には、電動式で開閉可能な扉８３が設けられている。吸い込み口チャンバ６９の底面となる蓄熱コンクリート層６３の表面は、断熱層６１と同じ断熱材７３で覆われている。なお、外気吸い込み流路７９の径は、要求される換気量によって決定される。
【００２２】
また、ファンコイルユニット７が、建物の壁の近傍に設置されていない場合で、吸い込み口チャンバ６９が建物の壁際に設置されていない場合には、図４に示すように、外気吸い込み流路７９と吸い込み口チャンバ６９との間にダクト８０を連結する。一方、ファンコイルユニット７が、建物の壁の近傍に設置されていない場合で、吸い込み口チャンバ６９が建物の壁際に設置されている場合には、吸い込み口チャンバ６９の開口とファンコイルユニット７の吸い込み口４５との間にダクトを連結する。このときダクトの径は、要求される換気量によって決定される。
【００２３】
さらに、床５７の吸い込み口チャンバ６９つまり吸い込み口７７が設けられている部分、つまりファンコイルユニット７が設置されている位置に対応する床５７の部分からできるだけ離れた部分に、空気流路５９を通流した空気が室内７５に吹き出すための吹き出し口８７を設け、ファンコイルユニット７から吹き出した温風が、床暖房を行う床５７の部分の床下に形成された空気流路５９にできるだけまんべんなく通流するようにする。吹き出し口８７は、部屋の広さなどに応じて１つまたは複数設ける。例えば、図１に示すように、床５７の壁６７と対向する壁８５近傍部分に吹き出し口８７を形成する。また、空気流路５９の蓄熱コンクリート層６３の表面でファンコイルユニット７の吹き出し口４７近傍、つまり第２熱交換器３７の空気が吹き出す側の近傍部分は、断熱層６１を形成した断熱材と同じ断熱材８９によって覆われている。例えば、ファンコイルユニット７の吹き出し口４７直後の１〜２ｍ四方を覆うように、蓄熱コンクリート層６３の表面に略方形状の断熱材を貼っている。
【００２４】
空気流路５９内のファンコイルユニット７から吹き出した空気が衝突する位置には、空気の流れ方向を変えるための邪魔板９１が設けられている。邪魔板９１は、図４に示すように、例えば空気流路５９の平面形状が略Ｌ字形状で、その一端部にファンコイルユニット７が設置されている場合、空気流路５９が屈曲する部分に、金属製または木製の板などを約９０度に折り曲げ、平面形状が略Ｌ字形状に形成したものを用いる。このとき、平面形状が略Ｌ字形状の邪魔板９１の頂点がファンコイルユニット７方向に向くように、空気流路５９が屈曲する部分に邪魔板９１を設置する。これによりファンコイルユニット７から吹き出した空気の動圧は、邪魔板９１に衝突することによって分散されるため、平面形状が略Ｌ字形状の空気流路５９、つまり平面形状が略Ｌ字形状の床５７の床下に温風を分散させることができる。なお、邪魔板９１の形状は、空気流路５９の形状によって選択され、例えば空気流路に煙りを流し、床５７に複数設置された吹き出し口８７の各々からの煙の吹き出し量によって空気の流れの分散状態を確認し、邪魔板９１の形状や設置位置などを調整する。
【００２５】
暖房システムの第１熱媒管路９は、一端が太陽熱集熱器１に、他端がファンコイルユニット７の第１熱交換器３５の入口側連結部４９に連結されている。第１熱媒管路９には三方弁１３が設けられており、三方弁１３で貯湯槽用熱媒管路２７が分岐している。第１熱媒管路１０は、一端がファンコイルユニット７の第１熱交換器３５の出口側連結部５１に連結されており、他端が太陽熱集熱器１に連結されている。第１熱媒管路１０には、第１熱媒管路９、１０などを通流する液体の熱媒、例えば水や不凍液などを収容する貯槽３が設けられている。貯槽３は、貯槽３の側壁上部からファンコイルユニット７の第１熱交換器３５から流出した液体熱媒が流入し、貯槽３の底部から太陽熱集熱器１に向けて熱媒が流入する。
【００２６】
第１熱媒管路１０の貯槽３よりも熱媒の流れに対して下流側部分に、液体熱媒を循環させるための熱媒ポンプ１５が設けられている。第１熱媒管路９に設けられた三方弁１３で分岐した貯湯槽用熱媒管路２７は、貯湯槽１９内に設けられた給湯用熱交換器９３の流路の入口側に連結されている。給湯用熱交換器９３の流路の出口側には、貯湯槽用熱媒管路２９の一端が連結されており、貯湯槽用熱媒管路２９の他端は、貯槽３の側壁中央部に挿通されている。
【００２７】
暖房システムの第２熱媒管路１１は、一端が補助ボイラ５内の燃焼部に設置された加熱用流路９５の液体熱媒、例えば水や不凍液などの出口側に、他端がファンコイルユニット７の第２熱交換器３７の入口側連結部４９に連結されている。第２熱媒管路１２は、一端がファンコイルユニット７の第２熱交換器３７の出口側連結部５１に連結されており、他端が補助ボイラ５内の燃焼部に設置された加熱用流路９５の液体熱媒の入口側に連結されている。補助ボイラ５内の第２熱媒管路１１部分には、液体熱媒を循環させるためのボイラ内ポンプ９７が設けられている。なお、太陽熱集熱器１と第１熱交換器３５との間を循環する液体熱媒と、補助ボイラ５と第２熱交換器３７との間を循環する液体熱媒は、同じものを用いることもできるし、各々の使用環境に合わせて異なる液体熱媒を用いることもできる。
【００２８】
太陽熱集熱器１内には、太陽熱集熱器１内の液体熱媒の温度を検出する高温用温度センサ９９が、第１熱媒管路９の太陽熱集熱器１と三方弁１３との間の部分には、管の表面温度を検出する三方弁制御用温度センサ１０１が、ファンコイルユニット７の送風機３１の吸い込み口には、吸い込む空気の温度つまり室内の温度を検出する床暖房用温度センサ１０３と低温用温度センサ１０５が設けられている。また、貯湯槽３には、貯湯槽３内の水の温度を検出すする貯湯槽用温度センサ１０６が設けられている。建物５５の室内７５の壁６７に取り付けられた制御部１７は、補助ボイラ５、三方弁制御用温度センサ１０１、床暖用温度センサ１０３、低温用温度センサ１０５、そして貯湯槽用温度センサ１０６などと配線１０７を介して電気的に接続されており、また、高温用温度センサ９９、三方弁１３、そして熱媒ポンプ１５などとは、配線１０７、中継ボックス１０９、そして配線１１１を介して電気的に接続されている。
【００２９】
給湯システムの貯湯槽１９は、前述のように内部に給湯用熱交換器９３を備えており、貯湯槽用熱媒管路２７、２９に連結されている。水供給管路２３は、一端が図示していない水道管に、他端が貯湯槽１９の底部に連結されている。水道供給管２３には、貯湯槽１９への水の供給を制御する弁１１３、１１５が設けられている。また、貯湯槽１９の底部には、貯湯槽１９ないの水を排出するための排出弁１１７が設けられた排出管路１１９が連結されている。給湯管路２５は、一端が貯湯槽３の上部に連結されており、他端が建物５５内の、例えば風呂場や台所、洗面所などに設けられた給湯用蛇口１２１に連結されている。給湯管路２５には、給湯器２１が設けられており、給湯器２１は、太陽熱を集熱した液体熱媒の熱で加熱された貯湯槽１９内の水の温度が要求された温度になっていない場合、要求された温度になるように水を加熱し給湯を行う。給湯管路２５の貯湯槽３と給湯器２１との間の部分には、安全弁１２３が設けられており、安全弁１２３で、安全弁が作動したときに液体熱媒を排出するための排出管路１２５が分岐している。
【００３０】
このような構成の暖房システムの動作と本発明の特徴部について説明する。なお、各図において、破線の矢印や液体熱媒の流れを示し、実線の矢印は空気の流れを示す。
【００３１】
制御盤１７で、暖房運転が室内温度と共に設定され、床暖房用温度センサ１０３で検出した室内温度が設定された温度以下であると、送風機３１が駆動されて暖房運転が開始される。このとき、暖房運転のための液体熱媒の加熱に太陽熱を利用するか、補助ボイラを用いるかが判断される。すなわち、制御盤１７は、高温用温度センサ９９で太陽熱集熱器１内の液体熱媒の温度を検出し、また、低温用温度センサ１０５で室内の温度を検出する。高温用温度センサ９９と低温用温度センサ１０５とで検出された温度の差、つまり液体熱媒と室温の温度差が太陽熱を利用した運転を行うために予め設定された値以上であると、熱媒ポンプ１５を駆動して太陽熱集熱器１を通る液体熱媒の循環を開始する。
【００３２】
さらに、制御盤１７は、三方弁制御用温度センサ１０１が太陽熱集熱器１から第１熱媒管路９に流入した液体熱媒の温度を第１熱媒管路９の表面温度として検出し、第１熱媒管路９を通流する液体熱媒の温度が暖房可能な温度以上になり、これに応じて三方弁制御用温度センサ１０１で検出した第１熱媒管路９の表面温度が予め設定した温度以上であると、三方弁１３を切り換え、太陽熱集熱器１からの液体熱媒が第１熱媒管路９へ流れてファンコイルユニット７に向かうようにする。なお、第１熱媒管路９の表面温度が予め設定した温度未満の場合には、液体熱媒が貯湯槽用熱媒管路２７へ流れて貯湯槽３に向かうように三方弁１３を切り換え、給湯に太陽熱を利用するようにし、暖房運転は、補助ボイラ５による液体熱媒の加熱のみで行われる。
【００３３】
このように、液体熱媒と室温の温度差が太陽熱を利用した運転を行うために予め設定された値以上であり、第１熱媒管路９の表面温度が予め設定した温度以上であると、熱媒ポンプ１５を駆動し、液体熱媒を太陽熱集熱器１とファンコイルユニット７の第１熱交換器３５との間で循環させる。このとき、ファンコイルユニット７の送風機３１の駆動により、床５７の吸い込み口７７から吸い込み口チャンバ６９そしてファンコイルユニット７に流入した室内７５内の空気は、ファンコイルユニット７の第１熱交換器３５で暖められ、、ファンコイルユニット７から空気流路５９内に吹き出される。そして、空気流路５９内を流れる暖められた空気つまり温風の熱は、床５７を暖めて床暖房を行う共に、蓄熱コンクリート層６５に蓄熱される。
【００３４】
なお、ファンコイルユニット７から吹き出した温風の温度が最も高いファンコイルユニット７直後の蓄熱コンクリート層６５の表面には断熱材８９が設けられているため、蓄熱コンクリート層６５の蓄熱量、つまり蓄熱コンクリート層６５の温度分布のばらつきを低減できる。さらに、空気流路５９内を通流した温風は、床５７の吹き出し口８７から吹き出し、室内７５内を循環して室内７５を暖めて暖房を行い、再び床５７の吸い込み口７７から吸い込まれる。
【００３５】
一方、制御盤１７は、液体熱媒と室温の温度差が太陽熱の利用を停止するために予め設定された値以下になると、熱媒ポンプ１５を停止し、液体熱媒の太陽熱集熱器１とファンコイルユニット７の第１熱交換器３５との間での循環を止め、補助ボイラ５を駆動して補助ボイラ５とファンコイルユニット７の第２熱交換器３７との間で液体熱媒を循環させ、第２熱交換器３７のみで空気を加熱して暖房を行う。また、制御盤１７は、所定時間経過しても床暖房用温度センサ１０３で検出した室内温度が上昇しないとき、つまり太陽熱集熱器１から流出する液体熱媒の温度が暖房可能な温度として設定された温度以上になっているが、要求される室内温度や外気温度などの条件により太陽熱集熱器１で液体熱媒に集熱した熱量では十分な暖房能力を得られないとき、太陽熱の集熱と並行して補助ボイラ５を駆動し、補助ボイラ５とファンコイルユニット７の第２熱交換器３７との間で液体熱媒を循環させる。これにより、ファンコイルユニット７の送風機３１から吹き出した空気は、まず第１熱交換器３５で太陽熱を集熱した液体熱媒の熱で暖められ、次に第２熱交換器３７で補助ボイラ５で加熱された液体熱媒の熱で不足した熱量を補うように暖められ、空気流路５９に吹き出される。
【００３６】
室内７５の換気が必要な場合には、制御盤１７で換気運転を設定することなどで、外気吸い込み流路７９に設けられた扉８３を開けることにより、吸い込み口チャンバ６９で室内からの空気と外気とが混合し、ファンコイルユニット７で暖めて室内７５に循環させることができる。また、外気温が低い場合などは、外気吸い込み流路７９に設けられた扉８３を閉めれば、外気の流入を防ぐことにより、循環させる空気の温度低下を防ぎ、暖房効率を向上することができる。
【００３７】
床暖用温度センサ１０３で検出した室内温度が要求された温度以上になった場合には、制御盤１７は、ファンコイルユニット７の送風機３１を停止し、室温の上昇を抑える。さらに、三方弁１３を切り換え、太陽熱集熱器１で加熱された液体熱媒を給湯用熱交換器９３に通流させる。このため、太陽熱は、貯湯槽３内の水の加熱に用いられる。したがって、暖房運転が設定されていても、暖房の必要がない季節になり、室温が設定温度以上になれば、自動的に太陽熱が給湯に用いられることとなる。
【００３８】
また、暖房の必要がない時期になった場合には、制御盤１７で、暖房運転を解除し、換気運転のみを選択すれば、液体熱媒が貯湯槽用熱媒管路２７へ流れて貯湯槽３に向かうように三方弁１３が切り換わり、外気吸い込み流路７９に設けられた扉８３を開けた状態でファンコイルユニット７の送風機３１が駆動されることにより、外気を室内７５に循環させて、室内７５の換気のみが行える。このとき、太陽熱は専ら給湯に用いられる。なお、太陽熱を利用して給湯を行う場合には、高温用温度センサ９９と貯湯槽用温度センサ１０６とで検出された温度の差、つまり液体熱媒と貯湯槽３内の水の温度との温度差が太陽熱を利用した運転を行うために予め設定された値以上であると、太陽熱を利用した暖房運転の場合と同様に、熱媒ポンプ１５を駆動して太陽熱集熱器１を通る液体熱媒の循環を開始する。また、これらの温度差が太陽熱の利用を停止するために予め設定された値以下であると、熱媒ポンプ１５を停止する。
【００３９】
ところで、例えば暖房を利用開始するであろう時期の２週間から１ヶ月前くらいに太陽熱利用のみによる暖房運転を設定しておくと、高温用温度センサ９９で検出した太陽熱集熱器１から流出する液体熱媒の温度と、床暖用温度センサ１０３で検出した送風機３１の吸い込み口での空気の温度との温度差が予め設定した温度差の値以上になったら、暖房運転を行うようになっている。これにより、昼間、太陽熱を液体熱媒及び空気を介して蓄熱コンクリート層６５に蓄熱することができ、この蓄熱コンクリート層６５に蓄熱された熱で、気温が低下する夜間に室温が低下するのを抑えることができる。
【００４０】
このように、本実施形態の暖房システムでは、太陽熱集熱器１において、太陽熱は、空気よりも集熱効率が高い液体熱媒に集熱されるため、太陽熱の利用効率を向上できる。さらに、暖められた液体熱媒がファンコイルユニット７の第１熱交換器３５に送られて第１熱交換器３５で送風機３１が吹き出した空気を暖め、第１熱交換器３５で暖められた空気が床５７の下に設けられた空気流路５９を通流することにより床暖房が行われる。加えて、空気流路５９を通流する空気が床５７の吹き出し口８７から室内に吹き出されることで室内７５を暖房する。したがって、床暖房と室内暖房の両方が行えるので暖房能力を向上できる。加えて、要求された暖房温度に対して太陽熱から集熱した熱量が不足した場合には、補助ボイラ５で液体熱媒を加熱して第２熱交換器３７に通流させる。
【００４１】
このとき、送風機３１側から第１熱交換器３５、第２熱交換器３７の順で配設されているため、送風機３１から吹き出した空気は、まず第１熱交換器３５により、太陽熱集熱器１で太陽熱を集熱した液体熱媒の熱で暖められ、次に第２熱交換器３７により、補助ボイラ５で暖められた液体熱媒の熱で暖められる。したがって、太陽熱と補助ボイラ５による加熱とを併用する場合、送風機３１から吹き出した空気は、まず第１熱交換器３５で加熱され、その後、不足した熱量を補うように第２熱交換器３７で加熱され、送風機３１から吹き出した空気の加熱に対する太陽熱の利用効率を向上できるため、省エネルギー性を向上できる。すなわち、液体集熱−空気暖房式の暖房システムとし、送風機３１側から第１熱交換器３５、第２熱交換器３７の順で配設することにより、暖房システムの暖房能力及び省エネルギー性を向上できる。
【００４２】
さらに、本実施形態の暖房システムでは、太陽熱集熱器１からの液体熱媒の通流方向を第１熱交換器に流れる方向と第１熱交換器に流れない方向、つまり貯湯槽３方向とに切り換える切換弁である三方弁１３を第１熱媒管路９に設け、暖房運転時、第１熱媒管路９の温度を検出する熱媒管路温度センサ１０１によって検出した温度に応じて三方弁１３が液体熱媒の通流方向を切り換えている。これにより、太陽熱を集熱した液体熱媒の温度が、予め設定された温度、つまり暖房可能な温度以下のときに液体熱媒を貯湯槽３へ通流させることにより、太陽熱を有効利用し省エネルギー性をより向上できる。
【００４３】
また、床５７の吸い込み口７７と送風機３１との間の空気流路５９の部分、つまり吸い込み口チャンバ６９は、屋外の空気が通流する外気吸い込み流路７９に連結されており、この外気吸い込み流路７９には、外気の通流及び遮断を行う扉８３が設けられている構成とすれば、床５７の吸い込み口７７から吸い込んだ室内７５の空気に外気を混合させて室内７５の換気を行うことができる。
【００４４】
さらに、空気流路５９の底部が、断熱材からなる断熱層６１と断熱層６１上に打たれたコンクリートからなる蓄熱コンクリート層６５とで形成されており、この蓄熱コンクリート層６５の表面の第２熱交換器の空気吹き出し側近傍部分が断熱材８９で覆われている。このため、ファンコイルユニット７から吹き出した直後の最高温度の温風により、ファンコイルユニット７の吹き出し口近傍の蓄熱コンクリート層６５の蓄熱を抑え、空気流路５９の蓄熱コンクリート層６５の温度分布のばらつきを低減できる。
【００４５】
また、空気流路５９内に、ファンコイルユニット７から吹き出した温風が衝突する邪魔板８７を設けているため、邪魔板８７により温風の流れの方向が変わり、床下に広がる空気流路５９内に空気を分散させることができる。したがって、空気流路５９が形成された位置に対応する床５７全体をまんべんなく床暖房することができ、暖房能力をさらに向上できる。
【００４６】
加えて、本実施形態の暖房システムでは、太陽熱の集熱に単位体積あたりの熱容量が大きい液体熱媒を用いているため、空気式の暖房システムに比べ、太陽熱を集熱した熱媒を通流させるための流路は、小さな径で済み、曲げ加工などが容易に行える径の銅管などを用いることができる。これにより、配管工事が容易になり、また、配管工事のコストを削減することができる。また、空気式の暖房システムに比べ、建物の設計や配管に対する制限を低減できる。
【００４７】
さらに、本実施形態の暖房システムでは、液体熱媒を用いているため、空気式の暖房システムに比べ、熱交換効率が良く、所望の熱容量に対して設置する太陽熱集熱器１を小さくできる。太陽熱集熱器１の設置場所は、太陽光が当たる場所で有ればどのような場所に設置しても構わないが、スペースの有効利用の面では、建物の屋根や屋上などに設置するのが一般的である。このとき、建物によって屋根や屋上の広さに制限があるため、空気式の暖房システムでは、要求される暖房能力に対して十分な面積を有する太陽熱集熱器を形成または設置することができない場合があり、省エネルギー性を損なう場合がある。しかし、本実施形態の暖房システムであれば、空気式の暖房システムに比べて太陽熱集熱器１を小型化できるため、建物の屋根や屋上に設置する場合でも要求される暖房能力に対して十分な面積を有する太陽熱集熱器を形成または設置することができる。
【００４８】
また、本実施形態の暖房システムでは、複数枚の太陽熱集熱器１を設置する場合、並列及び直列に自由に複数枚の太陽熱集熱器１を連結することができる。例えば、６枚の太陽熱集熱器１を設置する必要がある場合、３枚の太陽熱集熱器１を各々の太陽熱集熱器１の長辺側の側面で、液体熱媒の流路が直列になるように連結し、この直列に連結した３枚の太陽熱集熱器１の組み２組を各々の太陽熱集熱器１の短辺側の側面で、液体熱媒の流路が並列に連結する。これにより、棟から軒までの長さに対して横幅が狭いような屋根などでも、太陽熱集熱器の設置が可能となる。このように、建物の屋根や屋上の広さや形に合わせた太陽熱集熱器１の設置ができる。なお、太陽熱集熱器１を直列に連結する枚数は、太陽熱集熱器１内の流路を通流する液体熱媒の流速が、液体熱媒への太陽熱の集熱効率つまり熱交換効率が低下しないような流速にならないように選択している。
【００４９】
さらに、空気式の暖房システムでは、太陽熱集熱器から床下に空気を搬送し、さらに床下の空気流路内にこの空気を通流させる必要があるため、比較的大型の送風機が必要であり、送風機による騒音の問題が生じる場合がある。しかし、本実施形態では、太陽熱集熱器から床下への熱の搬送は、液体熱媒を熱媒ポンプで送液することで行われ、また、送風機３１は、床下の空気流路５９内に空気を通流させることができる能力が有ればよい。したがって、送風機に比べて送液ポンプは音が小さい上、送風機も空気式の暖房システムに比べて容量の小さなものを用いることができるため、暖房システム運転時の騒音を低減することができる。
【００５０】
また、液体式の暖房システムでは、液体熱媒が通流する管路を配管し、その管路を覆うようにコンクリートを打つといった工事が必要であるが、本実施形態の暖房システムでは、床下に空気流路５９を形成し、その空気流路５９にファンコイルユニット７などを設置すればよいので、暖房システムの施工やメンテナンスが容易になる。さらに、液体式の暖房システムでは、床下の液体熱媒の流路が１つであるため、太陽熱で加熱した液体熱媒とボイラで加熱した液体熱媒とを同時に用いることはできないが、本実施形態の暖房システムでは、太陽熱集熱器１と補助ボイラ５に対応する２つの熱交換器３５、３７を備えているため、太陽熱とボイラ加熱とを併用でき、省エネルギー性を一層向上できる。
【００５１】
さらに、熱媒加熱手段として補助ボイラ５に代えて小型の冷温水発生装置を接続すれば、冬は冷温水発生装置が補助ボイラ５と同様に機能し、太陽熱と温水により暖房を行える。加えて、夏は冷水を冷温水発生装置とファンコイルユニット７の第２熱交換器３７との間で循環させ、第２熱交換器３７で空気を２０℃〜２３℃程度に冷やして床下の空気流路５９に通流させて輻射冷房を行うことができる。また、熱媒加熱手段として補助ボイラ５に代えて燃料電池を接続すれば、冬は、燃料電池で発電を行いながらこのときに発生する燃料電池の熱で液体熱媒を加熱して暖房に用いることができ、夏は燃料電池で発電を行いながらこのときに発生する燃料電池の熱で貯湯槽３内の水を加熱することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、１つのファンコイルユニット７を設置しているが、床面積や建物の階数に応じて複数のファンコイルユニット７を設置することもできる。このとき、例えば２階建ての建物５５の各階層の床５７ａ、５７ｂで床暖房を行い、室内７５ａ、７５ｂで室内暖房を行う場合には、図５に示すように、各階層の床下の空気流路５９ａ、５９ｂに各々ファンコイルユニット７ａ、７ｂを設置する。さらに、第１熱媒管路９を第１熱媒管路９ａ、９ｂに、第１熱媒管路１０を第１熱媒管路１０ａ、１０ｂに、第２熱媒管路１１を第２熱媒管路１１ａ、１１ｂに、第２熱媒管路１２を第２熱媒管路１２ａ、１２ｂに分岐し、第１熱媒管路９ａ、１０ａと第２熱媒管路１１ａ、１２ａとをファンコイルユニット７ａに、第１熱媒管路９ｂ、１０ｂと第２熱媒管路１１ｂ、１２ｂとをファンコイルユニット７ｂに各々連結する。
【００５３】
このように、第１熱媒管路９、１０及び第２の熱媒管路１１、１２を分岐し、各第１熱媒管路９ａ、１０ａ、９ｂ、１０ｂ及び第２熱媒管路１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂに連結された２つの熱交換器３５、３７及び送風機３１を複数組み、つまり複数のファンコイルユニット７ａ、７ｂ設ければ、２階建て以上の建物や、１つの階の床面積が広い建物などにおいて、床暖房や室内暖房ができる。
【００５４】
また、本実施形態では、吸い込み口７７及び吹き出し口８７は床５７の対向する壁６７、８５近傍部分に形成したが、吸い込み口と吹き出し口は、空気流路５９を空気がまんべんなく通流する位置関係で有れば、様々な床５７の位置に形成でき、床以外の場所に形成することもできる。さらに、本実施形態では、室内温度を検出するための床暖房用温度センサ１０３をファンコイルユニット７の送風機３１の吸い込み口に設けているが、室内温度を検出するための温度センサは、室内の温度を検出することができれば、制御盤１７や制御盤１７に指令信号を送信する運転制御用のリモコンなどに内蔵することもできる。
【００５５】
また、本発明は、本実施形態の構成のように給湯システムと組み合わせて用いる場合に限らず、単独で用いることもできる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、暖房システムの暖房能力及び省エネルギー性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる暖房システムの一実施形態の概略構成と設置例及び動作を示す図である。
【図２】本発明を適用してなる暖房システムの一実施形態のファンコイルユニットの概略構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は平面図である。
【図３】建物の床下のファンコイルユニット周囲部分の概略構成を示す図である。
【図４】床下の空気流路に邪魔板を設置したときの空気流路内の空気の流れを示す図である。
【図５】２階建ての建物に対する暖房システムの設置例を示す図である。
【符号の説明】
１  太陽熱集熱器
５  補助ボイラ
７  ファンコイルユニット
９、１０  第１熱媒管路
１１、１２  第２熱媒管路
３１  送風機
３５  第１熱交換器
３７  第２熱交換器
５５  建物
５７  床
５９  空気流路
７５  室内
７７  吸い込み口
８７  吹き出し口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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