(57)【要約】【課題】地下建造物の外壁側に地中熱空間を設け熱交換を行なえる構成にした地中熱利用冷暖房システムの提供。【解決手段】本発明の地中熱利用冷暖房システムは、地上建造物１の下部に位置する地下建造物２の外壁に第１鋼材３を取り付け、この第１鋼材３の地盤壁側に土留めのため第１鋼材間に跨って設けられる鉄板１５を設けている。第１鋼材３の内側に設けられる内壁部材６，７，８と、鉄板１５との間の第１鋼材３の空間を地中熱を有する空気を滞留させる地中熱空間１０とする。又、鉄板１５と結合する第２鋼材４を地下建造物２周囲に埋設する。これら鋼材で吸熱した地中熱を含む空気を地中熱空間１０を介して地上建造物１との間を循環させ、冷暖房を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上に建造される地上建造物（１）と、前記地上建造物の真下又はその近傍の地下壕に設置される地下建造物（２）とからなる建造物において、
前記地下建造物（２）の壁の骨組体をなし、熱伝導率の高い材料で構成される中間壁部材（３）と、
この中間壁部材（３）の地盤側に設けられ、前記地盤の土留めするとともに前記地盤側からの熱が伝導可能な外壁部材（１５）と、
前記中間壁部材（３）の前記地盤の反対側に設けられ、前記地下建造物の壁面を構成する内壁部材（６，７，８）と、
前記中間壁部材（３）を挟み、前記外壁部材と前記内壁部材との間に形成され、前記外壁部材近傍の地中の温度とほぼ同一な温度の空気を滞留させる地中熱空間（１０）と、
この地中熱空間（１０）の空気の温度と外気の温度との差を利用して、前記建造物内の冷房又は暖房を行うための空気熱交換装置（１１，２０，２１）と
からなる地中熱利用冷暖房システム。
【請求項２】
請求項１に記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、
前記外壁部材（１５）の前記地盤側周囲には、前記外壁部材と当接可能であるとともに、前記地下建造物より下方の位置まで延在され、熱伝導率の高い材料で形成されている地中熱交換部材（４）が埋設されている
ことを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、
前記空気熱交換装置（１１）は、前記地中熱空間（１０）を地中熱交換井として、前記建造物の室内の冷房又は暖房を行う地中熱利用ヒートポンプ装置である
ことを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、
前記空気熱交換装置（２０，２１）は、前記地中熱空間（１０）の空気と地上建造物（１）の室内空気を相互に移動させる送風装置である
ことを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、
前記外壁部材（１５）は、鉄板である
ことを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、
前記中間壁部材（３）は、形鋼材で構成されている
ことを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。
【請求項７】
請求項１から３のいずれか１項に記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、
前記地上建造物は、床下に空気の通過可能な空気通路（３０）を有している
ことを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。
【請求項８】
請求項２に記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、
前記地中熱交換部材（４）は、前記外壁部材（１５）に対し鋼製の熱伝達部材（１６）を介して当接している
ことを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。
【請求項９】
請求項２に記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、
前記地中熱交換部材（４）は、山留め部材の機能を備えているものである
ことを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。
【請求項１０】
請求項４に記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、
前記地中熱空間（１０）に、ヒートポンプに接続され熱媒体が循環する熱媒体パイプ（１２）を配設した
ことを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。
【請求項１１】
請求項６に記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、
前記形鋼材は、対向する形鋼材相互に空気が前記地中熱空間（１０）内を蛇行循環するための貫通穴（４０）が設けられた構成になっている
ことを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載された地中熱利用冷暖房システムにおいて、
前記地中熱空間（１０）は、分割され順次切り換えて利用可能な複数の区画地中熱空間（５１，５２，５３，５４）で構成されている
ことを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。
【請求項１３】
地上に建造される地上建造物（１Ａ）と、前記地上建造物の真下又はその近傍の地下壕に設置される地下建造物（２Ａ）とからなる建造物において、
前記地下建造物（２Ａ）の壁の骨組体をなし、熱伝導率の高い材料で構成される中間壁部材と、
この中間壁部材の地盤側に設けられ、前記地盤の土留めする外壁部材（１５）と、
前記中間壁部材の前記地盤の反対側に設けられ、前記地下建造物の壁面を構成する内壁部材と、
前記外壁部材（１５）の前記地盤側周囲に埋設され、前記地下建造物より下方の位置まで延在され、山留め機能を備えている杭（１０２）と、
前記杭（１０２）の近傍に埋設され地中と熱交換を行うための地中熱交換チューブ（１０６）を有し、第１循環流体が循環する第1循環管路体（１３０）と、
前記地上建造物及び／または地下建造物内の冷房又は暖房を行うための建造物側熱交換部を有し、第２循環流体が循環する第２循環管路体（１１１ａ，１１２ａ，１１３ａ）と、
前記第１循環管路体と、前記第２循環管路体との間に設けられ、前記第１循環流体より高温又は低温の前記第２循環流体を造成するヒートポンプ（１０１）と
からなる地中熱利用冷暖房システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載された地中熱利用冷暖房システムにおいて、
前記地中熱交換チューブは、Ｕ状のチューブであり、かつ、前記杭と一体に構成されている
ことを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載された地中熱利用冷暖房システムにおいて、
前記杭の前記地盤側には、熱交換チューブ保護部材（１０３）が設けられ、
前記杭と前記熱交換チューブ保護部材で構成される空間内に、前記地中熱交換チューブ（１０６）が設けられ、
前記空間と前記地中熱交換チューブ（１０６）との間には充填材（１０７）が充填され、前記杭と前記地中熱交換チューブとが一体に構成されている
ことを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。
【請求項１６】
請求項１３から１５のいずれか１項に記載された地中熱利用冷暖房システムにおいて、
前記地下建造物（２Ａ）には、前記地中熱利用ヒートポンプで造成された温水が貯留される蓄熱槽が設けられている
ことを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中熱利用による冷暖房システムに関する。更に詳しくは、地下建造物内の地中熱空間、地下建造物外の山留め用の杭等を活用し、新たな地中熱交換井を掘削等することなく、外気温度と地中温度の温度差を利用して、建造物等の冷暖房を行うことができる地中熱利用冷暖房システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地中熱を利用して冷暖房を行うことは従来から行われ、そのこと自体は公知である。地中熱を利用する理由は、地中の温度が年間を通してその温度変化の少ないことにあり、その特徴を生かすことにより建造物等の冷暖房の効率向上が図れる。一般に、夏期は外気温度に比し地中の温度は低く、冬期は逆に外気温度に比し、地中の温度は高い。このため、この温度差を利用し、地中熱を夏期は冷房に、冬期は暖房に利用することができる。
【０００３】
従来から一般的に行われているのは、地上建造物近傍の地中に鋼管を打ち込みこの鋼管内に空気、不凍液等液体を熱媒体として強制循環させて熱交換し、鋼管に伝わる地中熱を熱媒体で採熱、又は、放熱し、建造物内の空気と熱交換を行ない効率的に地中熱を利用するものである（例えば、特許文献１，２，３参照）。又、この地中に打ち込まれた鋼管内に蛇腹状あるいは螺旋状の熱交換用配管を配置し、効率よく熱交換を行なわせる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。一方、地中熱交換器の周囲地盤を断熱壁で囲繞する地中断熱壁構造を複数設け、それぞれ期間蓄熱する地中熱利用システムに関する技術も知られている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００４−１７７０１３号公報
【特許文献２】特開２００６−０１００９８号公報
【特許文献３】特開２００６−２０７９１９号公報
【特許文献４】特開２００５−３３７５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の地中熱利用装置は、地中に設置された鋼管等を介しての熱交換方法によるもの、あるいはヒートパイプによる熱移動を利用して熱交換を行なうものであった。従来は、鋼管等を地中に垂直方向に打ち込んで地中熱交換井等を設けている。地中熱専用の利用のための設置であると、通常の建造物に付加した施工が必要となり面倒である上、高コストの施工要因となっている。更に、住宅等での地中熱利用には、狭い敷地で地中熱利用のための地中熱交換井等を設けるための新たな施工工事を伴なうので、例えば、鋼管打ち込み工事に伴なう振動、騒音等環境面での問題を生じていた。
【０００５】
鋼管打ち込みは深い地中ほど地中熱利用の面では、効果があるので、どうしても深い打ち込みとなり施工時間、施工コストも多く要することになる。又、鋼管設置による熱交換については、従来の鋼管構成であると、直径に応じた熱交換面積はそれほど大きくなく、熱効率の面では、問題があった。そのため、できるだけ多くの地中熱を畜熱するため、地中に打ち込む鋼管の数を多く要していた。地中熱利用とは別に、地中に地下室を設ける場合が最近多くなっている。
【０００６】
この場合、従来は殆ど地中熱利用の設備を併用したものではなく、例えば側壁に結露を防止する目的で断熱材を付加する程度であり、むしろ地中熱の影響を避ける施工のものが大半であった。又、地中熱を利用する場合は、地下室があっても必要に応じ専用の地中熱利用装置を地上建造物近傍に別に設置していた。地下室を設ける建造物において、特に鋼板を適用する地下施工では、必ず何らかの形で外壁は土留め、山留め等のために鋼材を使用している。
【０００７】
鋼材は熱伝導率の高い部材であり、加熱し易く、冷却し易い特徴がある。これを地中熱に利用したのが従来からの前述による鋼管の地中熱利用の形態であるが、これは公知である。この性質を有効に利用し、従来の鋼管構成だけではなく、地中に埋設されるものも含めて全ての鋼材を対象にして地中熱利用に使用することが最も適しており、そのことが求められていた。
【０００８】
本発明は、以上のような従来技術の問題点を解決するために創案されたもので、次の目的を達成する。
【０００９】
本発明の目的は、地下建造物の外壁に地中空間を設け、この地中空間に地中熱を有する空気を滞留させ熱交換を行なえる地中熱空間を備えた構成の地中熱利用冷暖房システムを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、地下建造物構築のための山留め用の杭を有効に利用し、山留め用の杭に熱交換用チューブを一体に設けた構成にして新たな施工をすることなくコスト低減を図ることができる地中熱利用冷暖房システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。
本発明１の地中熱利用冷暖房システムは、
地上に建造される地上建造物と、前記地上建造物の真下又はその近傍の地下壕に設置される地下建造物とからなる建造物において、前記地下建造物の壁の骨組体をなし、熱伝導率の高い材料で構成される中間壁部材と、この中間壁部材の地盤側に設けられ、前記地盤の土留めするとともに前記地盤側からの熱が伝導可能な外壁部材と、前記中間壁部材の前記地盤の反対側に設けられ、前記地下建造物の壁面を構成する内壁部材と、前記中間壁部材を挟み、前記外壁部材と前記内壁部材との間に形成され、前記外壁部材近傍の地中の温度とほぼ同一な温度の空気を滞留させる地中熱空間と、この地中熱空間の空気の温度と外気の温度との差を利用して、前記建造物内の冷房又は暖房を行うための空気熱交換装置とからなっている。
【００１２】
本発明２の地中熱利用冷暖房システムは、本発明１において、
前記外壁部材の前記地盤側周囲には、前記外壁部材と当接可能であるとともに、前記地下建造物より下方の位置まで延在され、熱伝導率の高い材料で形成されている地中熱交換部材が埋設されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明３の地中熱利用冷暖房システムは、本発明１又は２において、
前記空気熱交換装置は、前記地中熱空間を地中熱交換井として、前記建造物の室内の冷房又は暖房を行う地中熱利用ヒートポンプ装置であることを特徴とする。
【００１４】
本発明４の地中熱利用冷暖房システムは、本発明１又は２において、
前記空気熱交換装置は、前記地中熱空間の空気と前記地上建造物の室内空気を相互に移動させる送風装置であることを特徴とする。
【００１５】
本発明５の地中熱利用冷暖房システムは、本発明１から４において、
前記外壁部材は、鉄板であることを特徴とする。
【００１６】
本発明６の地中熱利用冷暖房システムは、本発明１から４において、
前記中間壁部材は、形鋼材で構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明７の地中熱利用冷暖房システムは、本発明１から３において、
前記地上建造物は、床下に空気の通過可能な空気通路を有していることを特徴とする。
【００１８】
本発明８の地中熱利用冷暖房システムは、本発明２において、
前記地中熱交換部材は、前記外壁部材と鋼製の熱伝達部材を介して当接されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明９の地中熱利用冷暖房システムは、本発明２において、前記地中熱交換部材は、山留め部材の機能を備えているものであることを特徴とする。
【００２０】
本発明１０の地中熱利用冷暖房システムは、本発明４において、
前記地中熱空間に、ヒートポンプに接続され熱媒体が循環する熱媒体パイプを配設したことを特徴とする。
【００２１】
本発明１１の地中熱利用冷暖房システムは、本発明６において、
前記形鋼材は、対向する鋼材相互に空気が前記地中熱空間内を蛇行循環するための貫通穴が設けられた構成になっていることを特徴とする。
【００２２】
本発明１２の地中熱利用冷暖房システムは、本発明１から１１において、
前記地中熱空間は、分割され順次切り換えて利用可能な複数の区画地中熱空間で構成されていることを特徴とする。
【００２３】
本発明１３の地中熱利用冷暖房システムは、
地上に建造される地上建造物と、前記地上建造物の真下又はその近傍の地下壕に設置される地下建造物とからなる建造物において、前記地下建造物の壁の骨組体をなし、熱伝導率の高い材料で構成される中間壁部材と、この中間壁部材の地盤側に設けられ、前記地盤の土留めする外壁部材と、前記中間壁部材の前記地盤の反対側に設けられ、前記地下建造物の壁面を構成する内壁部材と、前記外壁部材の前記地盤側周囲に埋設され、前記地下建造物より下方の位置まで延在され、山留め機能を備えている杭と、前記杭の近傍に埋設され地中と熱交換を行うための地中熱交換チューブを有し、第１循環流体が循環する第1循環管路体と、前記地上建造物及び／または地下建造物内の冷房又は暖房を行うための建造物側熱交換部を有し、第２循環流体が循環する第２循環管路体と、前記第１循環管路体と、前記第２循環管路体との間に設けられ、前記第１循環流体より高温又は低温の前記第２循環流体を造成するヒートポンプとからなっている。
【００２４】
本発明１４の地中熱利用冷暖房システムは、本発明１３において、
前記地中熱交換チューブは、Ｕ状のチューブであり、かつ、前記杭と一体に構成されていることを特徴とする。
【００２５】
本発明１５の地中熱利用冷暖房システムは、本発明１３または１４において、
前記杭の前記地盤側には、熱交換チューブ保護部材が設けられ、前記杭と前記熱交換チューブ保護部材で構成される空間内に、前記地中熱交換チューブが設けられ、前記空間と前記地中熱交換チューブとの間には充填材が充填され、前記杭と前記地中熱交換チューブとが一体に構成されていることを特徴とする。
【００２６】
本発明１６の地中熱利用冷暖房システムは、本発明１３から１５において、
前記地下建造物には、前記地中熱利用ヒートポンプで造成された温水が貯留される蓄熱槽が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
以上、説明したように、本発明は、従来工法にもとづく地下建造物に地中熱利用冷暖房装置を付随して設けるようにしたシステムである。鋼材の地下建造物の外壁側に設けた地中の空間を地中熱空間として有効利用することで、地中熱利用の冷暖房システムの簡素化とコスト低減化を図った。また自然エネルギーを有効に活用することになり、通常に使用する冷暖房エネルギーの一部をまかなうことになり、消費エネルギーの節減に寄与できることとなった。
【００２８】
また、地中熱交換チューブ付山留め用の杭を活用する構成のものは、地下建造物構築のための杭に地中熱交換チューブを一体に設けたものを打ち込むことで、地中熱交換井の施工を不要にしている。すなわち、山留め用の杭と地中熱交換チューブとを一体に埋設するので、地中熱交換チューブ等埋設するための穴を別途に掘削する必要がなく、安価に、地中熱利用冷暖房システムを施工することができる。このため、地中熱利用ヒートポンプシステムの普及拡大の阻害要因となっている地中熱交換井設置費用を大幅に低減させることができ、一般の住宅建造物（例えば、一戸建て住宅）にも地中熱利用ヒートポンプシステムを普及させることができる。
【００２９】
さらに、地下建造物内に蓄熱槽を設置する構成にすると、小型のヒートポンプでも、地上建造物、地下建造物の冷暖房を行うことができ経済的効果が大きい。この構成では、夜間電力を活用してヒートポンプを稼働させることもでき、省エネルギー効果をより一層促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明に関する地中熱利用冷暖房システムの実施の形態を、図をもとに説明する。図１〜４は、一般の住宅（建造物）に適用し、その地中に本発明に関するシステムを設置した構成図で模式的に示している。図５〜７は、その構成を詳細図として部分的に示す断面図である。図５は、平面断面図であり、図６は、図５をＸ−Ｘ線で切断して示した断面図、図７は、図５をＹ−Ｙ線で切断して示した断面図である。図８は、地中熱空間の分割構成例を示した説明図である。
【００３１】
この実施の形態で示す住宅は２階建てとしているが、通常地盤にコンクリート基礎をなしてその上に地上建造物１として構築される。その基礎の下は例えば地盤が弱い土地であれば杭打ち等を行って地盤強化を図っている。又、最近は一般の住宅でも地下室を設ける例が多くなっていて、例えば地上建造物１の真下に地下建造物２を設けている。本発明は、このような地下建造物２を有する住宅に好適な地中熱を利用した冷暖房システムである。
【００３２】
この地下建造物２の構築は、外壁を全てコンクリート壁とする施工方法、あるいは外壁に鋼材を設け、側壁を鉄板あるいはコンクリート等で囲う施工方法で行われている。本発明に関する地中熱利用の形態は、地上建造物１の地下室の有無に関わらずどのような建造物であっても適用可能であるが、特に、地上建造物１の真下に地下室を有する地下建造物２に適用するものとして説明する。本実施の形態は、地下室を有し、外壁は鋼材により仕切られる形態の地下建造物２における地中熱利用による地中熱冷暖房システムである。一般に地下建造物２は、地上建造物１である住宅の直下に設けられる。この施工は地上部分と同時に行われる。なお、地上建造物は、平屋の住宅、複数階建ての建造物等であってもよい
【００３３】
〔実施の形態１〕
実施の形態１の地下建造物２は、周囲を鋼材パネルによって囲繞される構成のものである。鋼材パネルは、外壁部材である鉄板１５と中間壁部材である第１鋼材３とから形成されている。地下建造物２は、床、壁、天井が鋼材パネルであり、この鋼材パネルを組み立てて構成されている。なお、地下建造物は、ユニット状のものを連結して構成してもよい。この第１鋼材３は、地下建造物２の鋼材パネルに縦横に配置された形鋼材からなる骨組体である。この形鋼材は、Ｈ形鋼、Ｌ形鋼、溝形鋼等の構造用鋼材であるとよい。本実施の形態１においては、この第１鋼材３に部分的に貫通穴４０を設けている。地下建造物２はボックス形状をなし、周囲の外壁等は、前述のように、第１鋼材３により骨組みされている。
【００３４】
この地下建造物２の鉄板（外壁部材）１５、第１鋼材３からなる鋼材パネルの地盤側には、地中熱交換部材である第２鋼材４（例えば、Ｈ形鋼）が打ち込まれている。第２鋼材４は、山留め部材、土留め部材としての機能も備え、地下建造物２の安定化、地盤補強、掘削した地盤の崩れ防止の機能を果たしている。この杭状の第２鋼材４を地下建造物２に近接して設けたことは、地盤の崩れを防止する土留めのためであり、合わせて地下建造物２を安定化させる機能と本発明に関する地中熱交換の機能を備えさせるためでもある。すなわち、第２鋼材４は、地中と熱交換（採熱、放熱）するための地中熱交換部材の機能を有している。地下建造物２は前述のように第１鋼材３の骨組により囲繞構成されており、例えば地下３ｍに設置されている。
【００３５】
地下建造物２は、前述のように外壁に第１鋼材３を配したもので、この第１鋼材３の内側は、図５，図６，図７に示すように、この第１鋼材３に木下地材６を介してウレタン７、石膏ボード８等が取り付けられた内壁を構成し、地下室の地下室空間９を構成している。なお、この内壁を構成する部材は、これに限定されるものではなく、例えば木下地材６は軽鉄下地材等でもよい。又、ウレタン７は他の断熱材でもよく、石膏ボード８はベニヤ板等でもよい。又、この第１鋼材３の地盤側には鉄板１５が取り付けられている。即ち、第１鋼材３は、鉄板１５と木下地材６間に骨組状に設置されており、第１鋼材３に空間部分が形成される。これは木下地材６との間に地中空間として地中熱を取り込み滞留保持させる地中熱空間１０として確保される。空気は地下室空間９を介して地中熱空間１０に導かれる。
【００３６】
この地中熱空間１０には、開口部にグラスウール等の遮蔽部材５が設けられ、空気が地中熱空間の外部に逃げないようにしており、一定で安定した温度の空気空間となっている。一方、地上側には、この地下建造物２の上部に地上建造物１が構築されており、冷暖房の対象は、例えば、地上建造物１の室内の空気である。なお、この実施の形態１を示す図１では、地上建造物を２階建ての住宅としているが、平屋の住宅であってもよく、複数階建てのビルディング等であってもよいことはいうまでもない。
【００３７】
地下建造物２の外壁周囲には複数の第２鋼材４が打ち込まれており、この打ち込まれた第２鋼材４の先端の深さは地面から６〜１０ｍである。従って、この杭である第２鋼材４は、地下建造物２の高さ３ｍに加えその地下３〜７ｍの地中深さに打ち込まれ埋設されていることになる。この第２鋼材は、本実施の形態においてはＨ形鋼として図示説明しているが、鋼管であってもよく、他の形鋼材であってもよいことはいうまでもない。このような構成の地下建造物２の上に地上建造物１が設置されるが、主な地中熱利用の対象は地上建造物１の冷暖房用として使用されるものである。
【００３８】
この鉄板１５、第１鋼材３からなる鋼材パネルは、熱交換において極めて有効である。次にその特徴を説明する。その１つは、熱交換面積を従来に比し大きくすることができることである。地中熱利用においては、従来からヒートポンプ式、直接熱交換式等何れの場合も鋼管を地中に埋設して行うものであった。これは、その鋼管の内面に水や空気等の熱媒体を接触させて熱交換を行なうものである。鉄の熱伝導率は約８４Ｗ／（ｍ・Ｋ）で、地層の熱伝導率は約０．５〜１（Ｗ／ｍ・Ｋ）であることから、その比は１００倍にもなる。このことから、鉄の熱伝導率を有効に活用するには鉄の表面積を大きくし、地中熱を伝導させ、畜熱を図ることである。
【００３９】
従来との比較のため、具体的な数字で説明すると、従来例えばヒートポンプ式で、直径１５０ｍｍ、長さ１０ｍの鋼管を１０本使用していたとすると、地中熱取り込みに有効な表面積は約４７ｍ２である。これに対し、本実施の形態においては、従来同様の規模として比較する。地下室外壁の鋼材パネル、床の鋼材パネルを５ｍ＊６ｍ、深さ３ｍ、第２鋼材４を１５０＊１５０ｍｍ、長さ１０ｍ、本数２４本とすると、その表面積は約２０４ｍ２である。この比較でいうと、約４倍の表面積の差が生じている。表面積が大きいことは、前述したように地中熱の採熱、放熱等に極めて有効である。
【００４０】
第２の特徴は、除湿能力が大きいことである。夏期は、地下室の外壁及び地下室底部を介して熱交換されるが、この熱交換と同時に第１鋼材３等に結露を生じさせる。すなわち、夏期の湿った空気が、冷たい地中熱空間１０内に入ると過飽和状態となり結露するのである。このことにより地中熱空間１０を通過する空気の除湿を行う。この空気は地上建造物１を循環するので、結果的に住宅全体の空気の除湿が行われることになり、快適で、さわやかな住環境を作ることができる。一方、冬期においては、地中熱空間１０の底部に水を溜めておき、この溜めた水の上方を水より冷たい空気を通過させ水が蒸発することを利用し、夏期とは逆に通過する空気の湿度を高める。
【００４１】
このように空気を加湿することにより、空気の乾燥を防ぐことになる。このように地中熱空間の空気を冷暖房に循環させ利用することにより、本来の冷暖房機能の向上に加え、除湿あるいは乾燥防止（加湿）等の機能を有するシステムとなっている。従って、このために従来施工されていた断熱材を取り付ける等の工事が不要となり、建造物の施工工事のコスト面でも大きな効果を有する。
【００４２】
次にその冷暖房の各形態について説明する。実施の形態１は、図１に示すように、ヒートポンプ装置を利用した場合で、地上建造物１には、ヒートポンプ１１、室内用熱交換器１４等からなるヒートポンプ装置が設けられている。そして、地中熱空間１０、第２鋼材（地中熱交換部材）４が、いわゆる地中熱交換井の役割を果たす地中熱利用ヒートポンプ装置を構成している。言い換えると、地中熱交換井を施工するための特別な工事な不要となっている。ヒートポンプは一般的に使用される公知のものである。このヒートポンプ１１は、例えば圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、及び、これらを接続する配管とから構成されている。この配管は、主に熱交換を行なう中間熱媒体を循環させるための配管である。ヒートポンプ装置は、熱媒体を介して、地上建造物１の冷房用又は暖房用の装置として使用される。
【００４３】
このヒートポンプ１１と、地下建造物２の外壁に沿って設けられた地中熱空間１０との間には、第１熱媒体を循環させるための地中側熱媒体パイプ１２が設けられている。地中側熱媒体パイプ１２には、地中熱空間１０内に、蛇行状態で配置された蛇行管、あるいはコイル状、フィン付き等配管などからなる地中熱側熱交換部が接続されている。この地中側熱媒体パイプ１２内を第１熱媒体が循環し、地中熱側熱交換部で熱交換し、地中側から採熱、又は地中側に放熱している。
ヒートポンプ１１は、第１熱媒体と中間熱媒体、中間熱媒体と第２熱媒体との間で熱交換を行うとともに、第２熱媒体を所望の温度に冷却又は加熱するものである。
【００４４】
又、ヒートポンプ１１と地上建造物１の室内に設けられた室内用熱交換器１４，１４ａとの間には、ヒートポンプ１１で、冷却又は加熱された第２熱媒体を循環させるための第１冷暖房側熱媒体パイプ１３、第２冷暖房側熱媒体パイプ１３ａが設けられている。室内用熱交換器１４，１４ａには、室内側熱交換部が設けられ、第２熱媒体と室内の空気との間で熱交換し、室内を冷房又は暖房している。この室内用熱交換器１４，１４ａは、家庭用として市販されているエア・コンディショナー（いわゆるエアコン）等の室内機に相当する機器である。
【００４５】
この室内用熱交換器１４は、必要とする場所に設けられており、地上建造物１の側壁に配される第１冷暖房側媒体パイプ１３、第２冷暖房側媒体パイプ１３ａによりヒートポンプ１１で冷却又は加熱された第２熱媒体の熱を受けて室内の空気と熱交換を行なう。熱交換された第２熱媒体は第１冷暖房側媒体パイプ１３、第２冷暖房側媒体パイプ１３ａ１３ａ等の配管を通して再びヒートポンプ１１に戻り、再び所定温度になって室内用熱交換器１４，１４ａに導かれ、循環して室内の空気を所定温度にするための熱交換を行なう。
【００４６】
又、この地下建造物２は前述のように、地下約３ｍの位置に設置されているが、その地下建造物２の外壁周囲の地中側には、第２鋼材４が打ち込まれている。第２鋼材４は、杭としての機能も備えている。この第２鋼材４は３ｍの地下建造物２の高さに加え、その地下３〜７ｍに亘って打ち込まれている。この第２鋼材４は、地下建造物２の第１鋼材３と結合している。その結合形態は、土留め用壁、山留め用壁を構成する鉄板１５と、鋼材である熱伝達部材１６とを介して鋼材同士が当接している。このため熱伝導はスムースに行われる。
【００４７】
第２鋼材４と鉄板１５との間には隙間が生じており、通常は、コンクリート１７を打設している。なお、この隙間には、埋め戻しコンクリート、土等を埋め戻してもよい。この実施の形態１では、前述したように、第２鋼材４と地下建造物２の第１鋼材３とは、熱伝達部材１６、鉄板１５のいずれとも鋼材を介して結合している。熱伝達部材の周辺は空間になっている場合もある。鋼材は、熱伝導率の高い金属である。従って、地中熱は、第２鋼材４、熱伝達部材１６、鉄板１５を介して地下建造物２の第１鋼材３に伝達する。地中熱空間１０の空気の温度は地中熱温度として、本実施の形態では例えば１５℃として説明している。地下３ｍにおいて通常地中温度はほぼ１５〜２０℃で安定しており、実績に基づいている。
【００４８】
この地中熱空間１０は、閉ざされた空間になっているので、一定の空気温度を保持する空間となり常に１５℃を安定的に保持しているものとして説明する。この１５℃は、前述のとおり、地下の温度として地上の温度変化に影響されない定常温度とされているものである。即ち、夏期の場合、地上側から１５℃以上の温度の第１熱媒体が循環されてこの地中熱空間１０内の地中側熱媒体パイプ１２の地中熱側熱交換部に導かれる。この場合は、前述の鉄板１５、熱伝達部材１６、第２鋼材４を介して地中に１５℃を越えた熱が図の矢印で示すように夏期排熱として地中側に放熱され、第１熱媒体は１５℃を維持する。地中は、熱容量が非常に大きく、この放熱のために地中温度が変化することはほとんど生じない。
【００４９】
逆に冬期の場合は、地上側から１５℃以下の温度の第１熱媒体が循環されてこの地中熱空間１０内の地中側熱媒体パイプ１２の地中熱側熱交換部に導かれる。この場合は第２鋼材４、熱伝達部材１６、鉄板１５を介して逆に地中熱を図の矢印で示すように冬期集熱として地中側から採熱し、第１熱媒体は１５℃を維持する。特に第２鋼材４は複数本埋設されており、その表面積は大きく、地中側との熱伝導が容易である。このため、地中熱空間１０の地中熱温度は、ほぼ、地中の温度と同一であり、第１熱媒体からの放熱、第１熱媒体への採熱が行われても短時間で維持可能である。
【００５０】
例えば、夏期の冷房の場合に、室内の空気温度を３０℃とし、地中温度を１５℃と想定すると、地中空間に配置された地中熱側媒体パイプ１２の第１熱媒体は１５℃になってヒートポンプ１１に取り込まれる。又、冷房に要するヒートポンプ１１側の設定温度を例えば７℃とする。第１熱媒体と第２熱媒体とが熱交換し、第２熱媒体は１５℃に近づき、第１熱媒体は所定の温度上昇する。温度上昇した第１熱媒体は、地中熱空間１０側に戻って放熱し、地中温度とほぼ同等となる。
【００５１】
この温度設定によると、ヒートポンプ１１では、冷房用に第２熱媒体を循環させて作動し、１５℃の第２熱媒体を冷却し７℃の第２熱媒体を室内用熱交換器１４，１４ａ側に循環させて室内の空気と熱交換する。室内の空気の温度は低下し、第２熱媒体の温度は上昇する。このとき１５℃の第２熱媒体を７℃にするために、１５−７＝８℃分の冷却エネルギーを使用することになる。この７℃の第２熱媒体は冷暖房側媒体パイプ１３を介して室内熱交換器１４に導かれ、室内空気と熱交換を行ない、室内空気の温度を所定の冷房温度にする。温度上昇した第２熱媒体は、ヒートポンプ１１側に循環し、中間熱媒体を介して第１熱媒体と温度交換する。
【００５２】
一般の住宅であれば、室内の温度が３０℃から所定の冷房温度に冷却され、快適な室温に調整され温度変換される。冷蔵を要する冷蔵倉庫であれば、更に低い温度に設定されることになる。室内の空気は、この冷房用の熱交換を受けて室内を循環し、室内全体を徐々に冷房する。従ってこの場合は、夏期の地上温度３０℃をヒートポンプ１１で７℃に冷却させるために３０−７＝２３℃分の冷却エネルギーを要するところを８℃分の冷却エネルギーでよいことになり、その差１５℃分のエネルギーが節減できたことになる。
【００５３】
冬期の暖房用には、同装置を夏期と逆のことを行って扱えばよい。地中温度１５℃の第１熱媒体を前述同様にヒートポンプ１１に取り込んだ後、中間熱媒体を介して第２熱媒体と熱交換する。暖房に要するヒートポンプ１１の設定温度を例えば５５℃とする。第１熱媒体と第２熱媒体とが熱交換し、第２熱媒体は１５℃に近づき、第１熱媒体は所定の温度下降する。温度下降した第１熱媒体は、地中熱空間１０側に戻って採熱し、地中温度とほぼ同等となる。ヒートポンプ１１は第２熱媒体を５５℃に加熱し、加熱された第２熱媒体を冷暖房側媒体パイプ１３，１３ａを通して室内熱交換器１４，１４ａに導き、室内の空気と熱交換し、冷たい室内の空気を快適な室温に調整させ温度変換する。
この温度設定によると、ヒートポンプ１１では、暖房用に第２熱媒体を循環させて作動し、１５℃の熱媒体を加熱し５５℃の第２熱媒体を室内用熱交換器１４，１４ａ側に循環させて室内の空気と熱交換する。
【００５４】
この場合、ヒートポンプ１１においては、５５−１５＝４０℃分の暖房エネルギーを要することになる。従って、夏期の例に準じて計算すると、冬期の外気温度が５℃とすると、従来５５−５＝５０℃分の暖房エネルギーを要するところを４０℃分の暖房エネルギーでよいことになり、その差１０℃分のエネルギーが節減されたことになる。図において、二点鎖線で囲われた部分は、後述する地中熱空間を分割して構成される区画地中熱空間を示している。
【００５５】
〔実施の形態２〕
図２は、地上建造物１、地下建造物２からなる建造物の基本構成は、図１と変わらないが、冷暖房システムに送風装置を適用した実施の形態２を示す構成図である。この実施の形態２は、簡易な冷暖房構成を示すもので、住宅の室内の空気と地中の空気の入れ替えを行うもので、送風装置即ち、ファン２０，２１を使用した例である。この場合は空気を循環させるのみであるので、この循環経路の途中にファン２０，２１を設ける。このシステム自体は強制的に所定温度にコントロールする冷暖房制御機能は有していない。図２に示す実施の形態２の構成では、地上側と地下側の間の空気通路にファン２０，２１を設けている。
【００５６】
空気はこのファン２０，２１を介して地上側と地下側とを循環して送風されている。地上側の空気は矢印のように地下室空間９を介して地中熱空間１０にファン２０を通して導かれ、空気温度が１５℃となって再度地上側に導かれる。逆に地下側の空気は、矢印のようにファン２１を介して地中熱空間１０から地上側に導かれる。例えば、夏期の場合、３０℃の空気をファン２０により地上側から地中熱空間１０を通すことで３０℃以下に冷却され、理想的には１５℃の温度の空気としてファン２１を通して地上へ排出され、室内に放出される。３０℃の空気が１５℃の温度の空気となって冷房機能を果たすことになる。
【００５７】
同様に、冬期の場合は、５℃の外気をファン２０によりこの地中熱空間１０に導き５℃以上の温度の空気にして、理想的には１５℃の温度の空気としてファン２１により地上の室内に放出する。このことにより暖房機能を果たすことになる。この実施の形態２の場合は、空気の循環のみである。１５℃前後の温度範囲に限定されるが、地中熱利用の設備としては、地中熱空間１０に対しファン２０，２１と配管のみであり、極めて簡素な構成である。この実施の形態２では２つのファン２０，２１により、矢印で示す空気の循環を行わせている。簡易構成としているものの、この地中の温度以上又は以下の温度を必要とする場合は、市販のエア・コンデショナー等の装置を補助的に後付けの形で設け冷暖房を施すようにしてもよい。
【００５８】
〔実施の形態３〕
図３は、実施の形態３を示す構成図である。実施の形態３は、実施の形態１（図１参照）と実施の形態２（図２参照）を合体させた変形例である。実施の形態３の建造物の基本構成は実施の形態１，２と変わらない。即ち、実施の形態１（図１）の構成に地中熱空間１０の空気と地上の空気をファン２０，２１を介して循環させた構成を付加したシステムである。この場合は、図２で示す簡易システムに対し、強制的に所定温度の冷暖房を施せるようにしたものである。地上建造物１の各階の床下に冷暖房側熱媒体パイプ１３を配し、ヒートポンプ１１の反対側に室内用熱交換器１４，１４ａを設けている。この図の構成であると、冷暖房側熱媒体パイプがいわゆる床暖房のような効果を生じさせるとともに、所定の冷暖房温度にするための冷暖房の立ち上がり時間を早くできる効果がある。
【００５９】
〔実施の形態４〕
実施の形態４は、地上建造物１、地下建造物２からなる建造物の基本構成は変わらないが、地上建造物１の床下に空気循環用の空気通路３０を設けた変形例である（図４参照）。又、室内用熱交換器１８をヒートポンプ１１の近傍に設け、地上側建造物１の各階毎に室内用熱交換器を設けていない。室内用熱交換器で第２熱媒体と空気との熱交換している。所定温度に制御された空気をファン２１により地上建造物１の床下の空気通路３０に導き放出するようにしたシステムである。
【００６０】
この床下の空気通路３０を通った空気は室内に吹き出され、各室内を冷房又は暖房する。各室内から排出された空気はファン２０により地下室空間９を介して再び地中熱空間１０に導かれるようにしたシステムである。また、地下室空間９は、室内用熱交換器１４ａからも所定の温度に制御された空気が吹き出されている。このシステムは、室内のみを単に冷暖房するのではなく、床冷房又は床暖房を加味して有効に地中熱を利用し、快適な室内環境を可能とするとともに、１台の室内用熱交換器１８で地上側建造物１の冷暖房を可能としたシステムである。
【００６１】
夏期の場合は、地中に地上側の熱を放熱（排熱）し、更にヒートポンプ１１及び室内用熱交換器１８で、所定の温度に冷却制御された空気を床下の空気通路３０と室内に導き冷房機能を果たす。冬期の場合は、地中側の熱を採熱（集熱）し、更にヒートポンプ装置１１及び室内用熱交換器１８で、所定の温度に加熱制御された空気を床下の空気通路３０と室内に導き暖房機能を果たす。
【００６２】
以上、種々の形態について説明したが、何れの実施の形態も、実施の形態１で説明した理論計算にもとづく地中熱利用の冷暖房システムとしている。
【００６３】
図５〜８に基づいて、地中熱空間１０について、さらに説明を行う。
図７は、図５をＹ−Ｙ線で切断した断面図である。即ち、図７は、地下建造物２の外壁に形成された地中熱空間１０の部分断面図を示すものである。第１鋼材３のＨ形鋼には、部分的に貫通穴４０を設け、空気が自由に移動できる構成としている。この貫通穴４０は、丸穴で図示しているがこの形状に限定はされず、例えば四角形状であってもよい。又隙間状のもので空気が自由に移動できる構成も含むものとする。この場合、木下地材６部分に隙間がなく板状の材料でべた張り状に取り付けられているものとする。
【００６４】
従って、空気は木下地材６部分では移動が不可で、貫通穴４０を介してのみ第１鋼材３のＨ形鋼間では移動可能である。第１鋼材３のＨ形鋼の上下に交互に貫通穴４０を設けるようにしており、この地中熱空間１０の空気は、矢印で示すように、入口側の貫通穴４０を通してＨ形鋼で囲われた空間を蛇行して通過し出口側貫通穴４０に導かれ、次々と区分けされた地中熱空間１０を移動する。この例の場合の空気は、地盤側壁面の鉄板１５全面に満遍なく触れながら移動する。従って、地中熱の取り込みは効率的であり、短時間で地中熱の畜熱を可能としその状態を維持できる。
【００６５】
図８は、地中熱空間を４分割にして区画地中熱空間５１，５２，５３，５４とした実施の形態の変形例である。地上側の温度によっては、稼動時間によって空気の循環中に地中熱を維持できない場合がある。この場合を考慮して、地中熱空間１０を４つに分割し、順次この４つの区画された区画地中熱空間５１，５２，５３，５４を切り換えて利用するものである。実施の形態においては、地中熱空間１０を４分割としたが、その分割数に限定されないことはいうまでもない。
【００６６】
最初の区画地中熱空間５１で熱交換して時間の経過とともに熱交換のための温度が限界に達したとき、切り換えて次の区画熱空間５２で熱交換を行う。即ち、夏期の場合は、利用している区画地中熱空間５１の温度が１５℃以上に上昇して限界に達したときに、又冬期の場合は、１５℃以下に低下して限界に達したときに、１５℃を維持している次の区画地中熱空間５２に切り替え熱交換を行なうものである。
【００６７】
このようにすることで、熱交換を区画地中熱空間５２，５３，５４に対し順次切り換えて行う。最初の区画地中熱空間５１に戻ったときには、４区画の場合１区画での地中熱利用時間の３倍の未利用時間が各区画地中熱空間に生じ、この未利用時間中に地中熱空間の温度は１５℃に戻り維持されることになる。これは、本実施の形態において、地中熱取り込みに有効な鋼材の表面積が大きく、熱蓄積が大きいことによる対応例の１つである。これを実施することで一層有効に地中熱を利用することができる。
【００６８】
〔実施の形態５〕
実施の形態５は、地上建造物１Ａ、地下建造物２Ａからなる建造物の基本構成は変わらないが、第２鋼材（山留め用の杭）１０２に、地中との間で熱交換（採熱、放熱）を行う地中側熱交換部である地中熱交換チューブ（Ｕチューブ）１０６を一体に設けた変形例である。図９は、本発明の地中熱利用冷暖房システムの実施の形態５の構成を模式的に示した構成図、図１０は、実施の形態５におけるヒートポンプ装置の構成を模式的に示した構成図である。図１１は、図９をＺ−Ｚ線で切断して示した断面図、図１２は、地中熱交換チューブ付第２鋼材（Ｕチューブ付第２鋼材）を部分的に示す外観図である。図１３は、実施の形態５の変形例におけるヒートポンプ装置の構成を模式的に示した構成図である。
なお、鉄板（外壁部材）１５、第１鋼材（中間壁部材）３、木下地材６、ウレタン７、石膏ボード８等からなる内壁部材などで構成される地下建造物２Ａの壁構成は、前述した実施の形態１〜４のものと同じであり詳細な説明を省略する。
【００６９】
図９〜１１に従って、実施の形態５の説明を行う。
第２鋼材（山留め用の杭）１０２は、前述した実施の形態と同様にＨ形鋼である。この第２鋼材１０２の地盤側には、等辺山形鋼からなるチューブ保護部材１０３が溶接等で固着されている。第２鋼材１０２とチューブ保護部材１０３との間の空間が形成され、この空間には、ポリプロピレンからなる地中熱交換チューブ（以下、Ｕチューブと記載する）１０６が設けられている。Ｕチューブ１０６は、下端側が略Ｕ字状の折り曲げ部が形成されたものであり、Ｕチューブ１０６の第２鋼材１０２の長さに相当する部位が地中熱側交換部となる。また、Ｕチューブ１０６は、第２鋼材１０２に沿って一体に設けられ、第２鋼材１０２から所定の長さ短くなるように構成されている。
【００７０】
Ｕチューブ１０６は、外周部が、第２鋼材１０２及び／またはチューブ保護部材１０３に接するように設けられているとよい。第２鋼材１０２、チューブ保護部材１０３、及び、Ｕチューブ１０６の間の空間には、充填材（例えば、モルタル）１０７が充填されている。第２鋼材（山留め用の杭）１０２、Ｕチューブ１０６、チューブ保護部材１０３、充填材（モルタル）１０７等で一体化したものが、地中熱交換チューブ付第２鋼材（Ｕチューブ付山留め用の杭）１００を構成する。この地中熱交換チューブ付第２鋼材（Ｕチューブ付山留め用の杭）１００は、あらかじめ、工場等で製造し、一体にしたものを地盤に打ち込めるようになっているとよい。
【００７１】
このように構成することで、第２鋼材１０２を打ち込む工程で、Ｕチューブ１０６を同時に埋設することができる。すなわち、交換井掘削費用、Ｕチューブ埋設費用等施工費用、施工期間を削減することができて好ましい。また、第２鋼材１０２は、熱伝導率の高い金属である。従って、地中の熱を、第２鋼材１０２等を介してＵチューブ１０６内の第１循環流体１３２に容易に伝達することができる。
【００７２】
なお、Ｕチューブ１０６は、全部の第２鋼材１０２、又は、複数の第２鋼材１０２に設けられていればよい。このＵチューブ１０６の設置数は、地上建造物１Ａ、地下建造物２Ａにおける冷暖房の仕様等に基づいて、適宜決定されるとよい。例えば、地下建造物２Ａ構築の際、穴を掘り、その穴に土留めのために、長さ６ｍの第２鋼材１０２を標準で約２６本打ち込んでいる。この第２鋼材１０２に沿わせて、Ｕチューブ１０６を設けると、地中熱を採熱等するのに十分な長さを得ることができる。
また、Ｕチューブは、ポリエチレン、塩化ビニル等の合成樹脂など他の材質のチューブであってもよい。さらに、チューブ保護部材は、溝形鋼、角パイプ、丸パイプ等の鋼材で形成されたものであってもよい。
【００７３】
Ｕチューブ１０６、ヒートポンプ１０１等を有する地中熱利用のヒートポンプ装置は公知の装置であるが、理解を容易にするため図１０を基に説明を行う。
図１０に示すように、Ｕチューブ１０６は、地中熱側熱交換部とヒートポンプ１０１間を、第１循環流体１３２が循環する第１循環路体１３０の一部を構成するためのものである。第１循環路体１３０には、第１循環ポンプ１３１が設けられており、第１循環流体１３２が第１循環路体１３０内を循環する。このように、Ｕチューブ１０６を連続的に接続することにより、従来の地中熱交換井のように、深さ１００〜１５０ｍの穴を掘削してＵチューブを埋設することを不要としている。第１循環流体１３２は、不凍液、水等であるとよい。
【００７４】
ヒートポンプ１０１は、前述したように、圧縮機１２１、蒸発器１２２、膨張弁１２３、凝縮器１２４、及び、これらを接続する配管とから構成されている。圧縮機１２１、蒸発器（第１熱交換部）１２２、膨張弁１２３、凝縮器（第２熱交換部）１２４、配管等からなる熱媒体循環路１２５には、中間熱媒体が循環する。蒸発器１２２は、第１循環流体１３２と中間熱媒体との間で熱交換を行う部位である。凝縮器１２４は、中間熱媒体と第２循環流体１１７との間で熱交換を行う部位である。
【００７５】
熱媒体循環路１２５内には、冬期（冬季）における暖房用の熱源とする場合、中間熱媒体が実線の矢印で示した方向に循環している。蒸発器１２２は、第１循環流体１３２と中間熱媒体との間で熱交換を行う部位である。即ち、Ｕチューブ１０６を循環する第１循環流体１３２の熱量を中間熱媒体に熱移動させる。凝縮器１２４は、中間熱媒体と第２循環流体１１７との間で熱交換を行なう部位である。即ち、中間熱媒体の熱量を第２循環流体１１７に熱移動させる。熱移動された第２循環流体１１７は、第２循環路１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、床放射冷暖房方式の建造物側熱交換部１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂを含む第２循環管路体内を循環し、建造物側熱交換部１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂで熱源として利用される。なお、第２循環流体１１７は、不凍液、水等であるとよい。
【００７６】
第２鋼材１０２に一体に設けられたＵチューブ１０６内等を循環する第１循環流体１３２は、第１循環ポンプ１３１によって循環する。第１循環流体１３２は、Ｕチューブ１０６、及び、第２鋼材１０２を介して、地中との間で熱交換〔採熱（集熱）〕を行う。熱交換によって熱を得た第１循環流体１３２は中温水となり、ヒートポンプ１０１の蒸発器１２２を通過する。
【００７７】
第１循環流体１３２は、蒸発器１２２において中間熱媒体との間で熱交換を行なって低温水となってＵチューブ１０６側に戻り、第２鋼材１０２等を介して、地中と熱交換を行なう。蒸発器１２２において、第１循環流体１３２との間で熱交換した中間熱媒体は、圧縮機１２１において圧縮されることによってさらに高温となり、凝縮器１２４に送られる。
【００７８】
凝縮器１２４で、中間熱媒体は、第２循環流体１１７との間で熱交換を行う。中間熱媒体との間で熱交換を行ない、熱を得た第２循環流体１１７は温水となって、建造物側熱交換部１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂに循環し暖房用の熱源として利用される。第２循環ポンプ１１６は、第２循環流体１１７を循環させるためのものである。
【００７９】
一方、夏期における冷房の熱源とする場合には、図１０に破線で示した矢印の方向に中間熱媒体は循環する。第１循環流体１３２は、Ｕチューブ１０６を通過する際、外気温度より低い温度の地中と熱交換〔放熱（排熱）〕し、低い温度の第１循環流体１３２となる。第１循環流体１３２と熱交換した中間熱媒体は冷却され、膨張弁１２３で減圧されることによって、さらに低温となって凝縮器１２４に送られる。ここで、低温の中間熱媒体は、凝縮器１２４で第２循環流体１１７と熱交換する。低温になった第２循環流体１１７は、建造物側熱交換部１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂに循環し冷房用の熱源として利用される。
【００８０】
地上建造物１Ａ、地下建造物２Ａには、床放射冷暖房方式のために、各階の床に第２循環流体１１７を流すための循環路（建造物側熱交換部）が形成された第１床パネル１１１、第２床パネル１１２、第３床パネル１１３が設けられている。この第１床パネル１１１、第２床パネル１１２、第３床パネル１１３は、冬期に、暖房用の熱を放熱し、いわゆる床暖房として室内の温度を所望の温度とする。また、第１床パネル１１１、第２床パネル１１２、第３床パネル１１３は、夏期に、室内の熱を吸熱し、室内の温度を所望の温度にする。
【００８１】
なお、建造物側熱交換部は、床放射冷暖房式のものでなく前述したような室内用熱交換器であってもよいことはいうまでもない。また、第２鋼材（山留め用の杭）と鉄板（外壁部材）との間に、実施の形態１等で前述したような鋼材である熱伝達部材を設けても良い。鉄板１５、熱伝達部材、第２鋼材（山留め用の杭）１０２との間の熱伝導が容易となる。すなわち、地中とＵチューブ１０６内の第１循環流体１３２との熱交換が容易となる。
【００８２】
この実施の形態５の変形例を図１３に基づいて説明を行う。この形態は、地下建造物２Ａの一角に、蓄熱槽１０８を設けたものである。すなわち、地下建造物２Ａの一角にパネル等を設置して区切り、その内部に蓄熱槽１０８を入れるとよい（図９参照）。この蓄熱槽１０８には、夏期は冷水、冬期は温水を貯留する。蓄熱槽１０８としては、例えば、風船状の水タンクなどが使用できる。そして、その冷水、又は、温水を第３循環ポンプ１１９によって循環させることで地上建造物１Ａ、地下建造物２Ａの冷暖房を行う。
【００８３】
このような蓄熱槽１０８を有する地中熱利用冷暖房システムは、冷水、又は、温水を時間をかけて貯留するため、ヒートポンプ１０１の能力を、非蓄熱式の地中熱利用冷暖房システムのものに比べ小さくすることができる。言い換えると、小型のヒートポンプで従来と同様の冷暖房能力を発揮することができる。
また、ヒートポンプ１１の稼働を夜間電力（深夜電力）を使用して行うと、電力代の削減等ができて好ましい。
【００８４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されることはない。本発明の趣旨、目的を逸脱しない範囲内での変更が可能なことはいうまでもない。例えば、地中熱空間を地下建造物外壁の第１鋼材で構成される空間としたが、この地中熱空間は、第１鋼材の鉄板の地盤側に設けられる第２鋼材付近の地盤との空間も含めた空間であってもよい。例えば、鉄板に部分的に穴を設け、地盤側の空間の空気を鋼材パネル側に取り込む構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】図１は、本発明の地中熱利用冷暖房システムの実施の形態１の構成を模式的に示した構成図である。
【図２】図２は、本発明の地中熱利用冷暖房システムの実施の形態２の構成を模式的に示した構成図である。
【図３】図３は、本発明の地中熱利用冷暖房システムの実施の形態３の構成を模式的に示した構成図である。
【図４】図４は、本発明の地中熱利用冷暖房システムの実施の形態４の構成を模式的に示した構成図である。
【図５】図５は、地中熱利用冷暖房システムの詳細を部分的に示す平面断面図である。
【図６】図６は、図５をＸ−Ｘ線で切断した断面図である。
【図７】図７は、図５をＹ−Ｙ線で切断した断面図である。
【図８】図８は、地中熱取り込みの地中熱空間を分割した構成の説明図である。
【図９】図９は、本発明の地中熱利用冷暖房システムの実施の形態５の構成を模式的に示した構成図である。
【図１０】図１０は、実施の形態５におけるヒートポンプ装置の構成を模式的に示した構成図である。
【図１１】図１１は、図９をＺ−Ｚ線で切断して示した断面図である。
【図１２】図１２は、地中熱交換チューブ付第２鋼材（Ｕチューブ付き山留め用の杭）を部分的に示す外観図である。
【図１３】図１３は、実施の形態５の変形例におけるヒートポンプ装置の構成を模式的に示した構成図である。
【符号の説明】
【００８６】
１…地上建造物
２…地下建造物
３…第１鋼材（中間壁部材）
４…第２鋼材（地中熱交換部材）
５…遮蔽部材
６…木下地材
７…ウレタン
８…石膏ボード
９…地下室空間
１０…地中熱空間
１１，１０１…ヒートポンプ
１２…地中熱側媒体パイプ
１３，１３ａ…冷暖房側媒体パイプ
１４，１４ａ…室内用熱交換器
１５…鉄板（外壁部材）
１６…熱伝達部材
１７…コンクリート
１８…室内用熱交換器
２０…ファン
２１…ファン
３０…空気通路
４０…貫通穴
５１，５２，５３，５４…区画地中熱空間
１０４…第２鋼材（杭）
１０６…地中熱交換チューブ（Ｕチューブ）
１１１，１１２，１１３…床パネル
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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