JP5932551B2

JP5932551B2 - 建物の設計方法

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Publication number: JP5932551B2
Application number: JP2012169654A
Authority: JP
Inventors: 中川　浩; 中川　　浩; 和典西尾; 創史田所; 佐藤　寛; 佐藤　　寛; 大輔梅本
Original assignee: Panahome Corp
Current assignee: Panasonic Homes Co Ltd
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2032-07-31
Also published as: JP2014029598A

Description

本発明は、床下空間の温度変化を小さくすることができる建物の設計方法に関する。

従来、床下空間を囲む基礎に、基礎断熱材が添設された建物の構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような基礎断熱材は、建物外部から床下空間に伝達される熱を遮断することができるため、床下空間の温度変化を小さくすることができる。

また、床下空間に蓄えられた空気は、例えば、居室へと供給され、換気や初期冷暖房として使用される。このように、床下空間の空気を居室に利用するには、床下空間の温度変化をより小さくすることが望まれている。

特開２００５−４２９５８号公報

ところで、建物が施工される地盤の地中温度は、地域や外気条件、さらには施工される環境条件によって異なる傾向がある。この地中温度は、床下空間の温度にも大きな影響を及ぼす。従って、床下空間の温度変化を小さくするために、床下空間に関する仕様は、地盤の地中温度に応じた設計がなされる必要がある。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、地盤モデルの各位置での地中温度を計算した結果に基づいて、床下空間に関する仕様を設計することを基本として、床下空間の温度変化を小さくすることができる建物を効率良く設計しうる設計方法を提供することを主たる目的としている。

本発明のうち請求項１記載の発明は、基礎と床とで囲まれる床下空間、及び、前記基礎に配されかつ前記床下空間を建物外部の空気の熱から遮断する基礎断熱材を具えた基礎断熱構造の建物を、コンピュータを用いて設計する方法であって、前記コンピュータに、前記床下空間を含む前記建物をモデル化した建物モデルを入力する工程、前記コンピュータに、前記建物が施工される地盤をモデル化した地盤モデルを入力する工程、前記コンピュータに、前記建物内部の温度条件、外気温度条件、及び、境界条件を含む計算条件を入力する工程、前記コンピュータが、前記計算条件に基づいて、前記地盤モデルの各位置での地中温度を計算するシミュレーション工程、並びに、前記シミュレーション工程の結果に基づいて、前記床下空間に関する仕様を設計する床下空間設計工程を含むことを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、前記建物は、上端側が前記床下空間の空気と熱交換可能に配置され、かつ、下端側が前記床下空間の下方の地中の熱と熱交換可能に地中に埋設された地中熱伝導部を具え、前記シミュレーション工程は、前記地盤モデルにおいて、一年を通して温度変化の小さい不易層を特定する工程を含み、前記床下空間設計工程は、前記不易層の深さに基づいて、前記地中熱伝導部の前記下端の位置を決定する下端位置決定工程を含む請求項１に記載の建物の設計方法である。

また、請求項３記載の発明は、前記地中熱伝導部は、前記床下空間の前記基礎側に配置される外側地中熱伝導部と、前記外側地中熱伝導部よりも前記床下空間の中心側に配置される内側地中熱伝導部とを含み、前記下端位置決定工程は、前記外側地中熱伝導部の前記下端を、前記内側地中熱伝導部の前記下端よりも地中深くに位置させる請求項２記載の建物の設計方法である。

また、請求項４記載の発明は、前記床下空間設計工程は、前記基礎断熱材の厚さを変更する工程を含む請求項１乃至３のいずれかに記載の建物の設計方法である。

また、請求項５記載の発明は、前記床下空間設計工程は、前記基礎断熱材の形状を変更する工程を含む請求項１乃至４のいずれかに記載の建物の設計方法である。

本発明の建物の設計方法は、コンピュータに、床下空間を含む建物をモデル化した建物モデルを入力する建物モデル設定工程、建物が施工される地盤をモデル化した地盤モデルを入力する工程、並びに、建物内部の温度条件、外気温度条件、及び、境界条件を含む計算条件を入力する工程を含んでいる。

また、本発明の設計方法は、コンピュータが、計算条件に基づいて、地盤モデルの各位置での地中温度を計算するシミュレーション工程を含んでいる。このようなシミュレーション工程では、地域や外気条件、さらには、建物が施工される環境条件によって異なる地中温度の分布を、正確に計算することができる。

さらに、建物の設計方法は、シミュレーション工程の結果に基づいて、床下空間に関する仕様を設計する床下空間設計工程を含んでいる。このような床下空間設計工程では、床下空間に関する仕様を、施工される地盤毎に設計することができる。従って、本発明の建物の設計方法では、床下空間の温度変化を小さくすることができる建物を効率良く設計することができる。

本実施形態の設計方法を実行するコンピュータ装置の斜視図である。本実施形態の建物の構造を示す断面図である。図２の床下空間の部分拡大図である。床下空間の平面図である。本実施形態の設計方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。建物モデル及び地中モデルを視覚化して示す断面図である。図６の床下空間の部分拡大図である。建物モデル設定工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。計算条件を入力する工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。シミュレーション工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。地中温度の年間平均分布図である。床下空間設計工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。図１１の床下空間の部分拡大図である。下端位置決定工程を説明する地中温度の分布図である。冬季（１月１日）の地中温度の分布図である。夏季（８月１日）の地中温度の分布図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本実施形態の建物の設計方法（以下、単に「設計方法」ということがある）は、例えば、一般的な住宅やビル等の建物Ｂを、コンピュータを用いて設計するための方法である。

図１に示されるように、コンピュータ１は、本体１ａ、キーボード１ｂ、マウス１ｃ及びディスプレイ装置１ｄを含んでいる。この本体１ａには、演算処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭ、作業用メモリー、磁気ディスクなどの記憶装置及びディスクドライブ装置１ａ１、１ａ２などが設けられている。なお、記憶装置には、本実施形態の設計方法を実行するための処理手順（プログラム）が予め記憶されている。

図２に示されるように、本実施形態で設計される建物Ｂは、土台や外壁等を支持する基礎２、該基礎２で支持される１階の床３、及び、基礎２と床３とで囲まれる床下空間５が設けられている。さらに、基礎２には、床下空間５を建物外部の空気の熱から遮断する基礎断熱材６が設けられている。このように、本実施形態の建物Ｂは、基礎断熱構造を有している。

本実施形態の基礎２は、鉄筋コンクリート製である。図３に示されるように、基礎２は、地盤Ｇ内で水平にのびるベース部２Ａと、該ベース部２Ａの幅方向の略中央から上方へのびる立上がり部２Ｂとを含んでいる。即ち、本実施形態の基礎２は、断面Ｔ字状に形成された布基礎である。

また、図３及び図４に示されるように、立上がり部２Ｂは、建物Ｂの垂直高さの基準となるグランドラインである地盤面ＧＬから小高さで突出し、かつ、床下空間５を囲むように配置されている。この立上がり部２Ｂの上面側には、土台７が固定されている。さらに、土台７には、外壁８が固定されている。

床下空間５の下方は、例えば、下地用の砕石９、防蟻防湿シート１０及び土間コンクリート１１が敷設されている。この土間コンクリート１１の上面が、床下空間５の底面５ｂを構成している。

本実施形態の床下空間５の底面５ｂは、実質的に全域が断熱材で覆われていない。これにより、床下空間５の空気は、土間コンクリート１１を介して、一年を通じて温度変化の少ない地中の熱と熱交換される。即ち、土間コンクリート１１は、床下空間５の熱交換部１２を構成している。このような床下空間５は、温度変化を効果的に小さくすることができる。なお、上記熱交換を妨げない範囲において、底面５ｂの一部が、断熱材で覆われることは差し支えない。

また、本実施形態の床下空間５は、その底面５ｂが、地盤面ＧＬよりも下方に位置した地下構造とされている。図２に示されるように、地盤Ｇには、一年を通して温度が略一定（±１．０℃程度）となる不易層１３が存在している。従って、床下空間５が地下構造とされることにより、熱交換部１２は、不易層１３に接近することができ、地中の熱を効率的に得ることができる。

このような床下空間５の空気は、例えば、送風手段（図示省略）等によって居室へと供給される。これにより、居室のエアコン等の空調機器の負荷が効果的に低減される。なお、基礎２の立ち上がり部２Ｂ等には、床下空間５の温度変化を最小限に抑える程度に設定された開口面積の換気口が設けられている（図示省略）。

図３に示されるように、基礎断熱材６は、基礎２の立上がり部２Ｂに設けられている。本実施形態の基礎断熱材６は、地盤面ＧＬよりも下方に配される第１断熱部６Ａと、該第１断熱部６Ａの上側に配される第２断熱部６Ｂとを含んでいる。このような基礎断熱材６は、床下空間５の温度変化を小さくすることができる。

本実施形態の建物Ｂは、床下空間５の空気と、地中の熱と熱交換できる地中熱伝導部１５が設けられている。地中熱伝導部１５は、棒状体からなり、上端１５ａと下端１５ｂとの間を直線状にのびている。さらに、地中熱伝導部１５は、良熱伝導性を有する材料からなる。

地中熱伝導部１５の上端１５ａは、床下空間５に位置している。一方、地中熱伝導部１５の下端１５ｂ側は、底面５ｂよりも下方の地中に埋設されている。これにより、床下空間５は、地中熱伝導部１５を介して、床下空間５の下方の地中の熱と熱交換することができる。従って、地中熱伝導部１５は、床下空間５の温度変化を小さくするのに役立つ。

図４に示されるように、本実施形態では、平面視において、複数個の地中熱伝導部１５が、例えば、床下空間５の底面５ｂに、碁盤目状に配置されている。これにより、地中熱伝導部１５は、床下空間５の空気と、地中の熱との熱交換をバランス良く行うことができる。

図３に示されるように、地中熱伝導部１５は、床下空間５の基礎２側に配置される外側地中熱伝導部１５Ａと、外側地中熱伝導部１５Ａよりも床下空間５の中心側に配置される内側地中熱伝導部１５Ｂとが含まれている。図４に示される平面視において、外側地中熱伝導部１５Ａは、内側地中熱伝導部１５Ｂの基礎２側を囲むように配置されている。

ところで、図２に示されるように、床下空間５の温度変化を効果的に小さくするには、地中熱伝導部１５の下端１５ｂが、不易層１３の近傍に位置させるのが望ましい。地盤Ｇの地中温度は、地域や外気条件、さらには施工される環境条件によって異なる傾向がある。従って、不易層１３の位置も、環境条件等によって異なる。このため、建物Ｂが施工される地盤Ｇの地中温度に応じて、地中熱伝導部１５の下端１５ｂの位置を決定する必要がある。

また、不易層１３の境界は、基礎断熱材６の断熱性能を高める（例えば、厚さＴ（図３に示す）を太くする）ことにより、従来の不易層１３（等温線１３ｆで囲まれる領域）に比べて、上昇させることができる（等温線１３ｅで囲まれる領域）。従って、床下空間５の温度変化を小さくするには、床下空間５からの不易層１３の深さＤに応じて、基礎断熱材６の厚さＴを調節する必要がある。

本実施形態の設計方法では、コンピュータ１を用いて計算された地中温度の分布に基づいて、床下空間５に関する仕様、即ち、地中熱伝導部１５の下端１５ｂの位置、及び、基礎断熱材６の厚さＴ等を設計する。図５には、本実施形態の設計方法の具体的な処理手順が示されている。

本実施形態では、先ず、コンピュータ１に、図２に示した建物Ｂをモデル化した建物モデル２１が入力される（建物モデル設定工程Ｓ１）。図６に示されるように、本実施形態の建物モデル２１は、図２に示した地中熱伝導部１５及び床３よりも上方の構造を除いた各構造がモデル化されている。

また、建物モデル２１は、後述するシミュレーション工程Ｓ５で行われる２次元非定常計算において、取り扱い可能な熱・湿気同時移動モデルである。図７に拡大して示されるように、この建物モデル２１は、矩形に形成された二次元の要素Ｆａでモデル化されている。また、各要素Ｆａには、２次元非定常計算で使用される数値データ（例えば、絶乾密度、比熱、又は熱伝導率等が含まれる）が入力される。これらの数値データは、コンピュータ１に記憶される。図８には、建物モデル設定工程Ｓ１の具体的な処理手順が示されている。

図６及び図７に示されるように、建物モデル設定工程Ｓ１では、先ず、基礎２（図３に示す）を複数の要素Ｆａでモデル化した基礎モデル２２が入力される（工程Ｓ１１）。本実施形態の基礎モデル２２は、図３に示した基礎２のベース部２Ａと立上がり部２Ｂとが一体にモデル化されている。また、基礎モデル２２の各要素Ｆａには、基礎２に用いられるコンクリートに基づいて、例えば、絶乾密度：２２００kg／m³、比熱：８７９Ｊ／kg・k、及び、熱伝導率：１．６Ｗ／m・kが入力されている。

次に、床３（図３に示す）を複数の要素Ｆａでモデル化した床モデル２３が入力される（工程Ｓ１２）。この床モデル２３は、後述する基礎断熱材モデル２５の上面側で、水平にのびている。床モデル２３の各要素Ｆａには、床３に用いられる合板等に基づいて、例えば、絶乾密度：５００kg／m³、比熱：１８８４Ｊ／kg・k、及び、熱伝導率：０．１６Ｗ／m・kが入力されている。

次に、土台７（図３に示す）を複数の要素Ｆａでモデル化した土台モデル２４が入力される（工程Ｓ１３）。この土台モデル２４は、基礎モデル２２の上面側に配置されている。また、本実施形態の土台モデル２４は、土台７よりも大に形成されている。これは、土台モデル２４が、土台７と外壁８の一部とを一体にモデル化して、その構造を簡略化しているためである。また、土台７は、基礎断熱材６に比べて、床下空間５の断熱にはほとんど寄与しない。このため、後述するシミュレーション工程Ｓ５において、土台モデル２４を外気とみなして計算することができる。本実施形態では、土台モデル２４と当接する床モデル２３の外側面２３ｓ、土台モデル２４と当接する後述する基礎断熱材モデル２５の外側面２５ｓ、及び、土台モデル２４と当接する基礎モデル２２の上面２２ｕに、表面熱伝達率９．３Ｗ／m²・kが設定される。これにより、建物モデル２１の計算領域を限定することができるため、計算時間を短縮することができる。

次に、基礎断熱材６（図３に示す）を複数の要素Ｆａでモデル化した基礎断熱材モデル２５が入力される（工程Ｓ１４）。この基礎断熱材モデル２５は、第１断熱部６Ａをモデル化した第１断熱モデル２５ａと、第２断熱部６Ｂをモデル化した第２断熱モデル２５ｂとを含んでいる。また、基礎断熱材モデル２５の各要素Ｆａには、基礎断熱材６を構成する断熱材に基づいて、例えば、絶乾密度：３０kg／m³、比熱：１３８１Ｊ／kg・k、及び、熱伝導率：０．０２８Ｗ／m・kが入力されている。

次に、防蟻防湿シート１０（図３に示す）を複数の要素Ｆａでモデル化した防蟻防湿シートモデル２６が入力される（工程Ｓ１５）。この防蟻防湿シートモデル２６は、後述する地盤モデル３０の上を水平にのびている。また、防蟻防湿シート１０は、他の部材に比べて、熱的に無視することができる。このため、本実施形態では、後述するシミュレーション工程Ｓ５において、防蟻防湿シートモデル２６を計算対象から除外している。従って、計算時間を短縮することができる。

次に、土間コンクリート１１（図３に示す）を複数の要素Ｆａでモデル化した土間コンクリートモデル２７が入力される（工程Ｓ１６）。この土間コンクリートモデル２７は、防蟻防湿シートモデル２６の上面に沿って水平にのびている。また、土間コンクリートモデル２７の各要素Ｆａには、土間コンクリート１１に用いられるコンクリートに基づいて、前記基礎モデル２２の各要素Ｆａと同一の絶乾密度、比熱、及び、熱伝導率が入力されている。

次に、コンピュータ１に、地盤Ｇ（図２に示す）を、複数の要素Ｆｂでモデル化した地盤モデル３０が入力される（工程Ｓ２）。図６に示されるように、本実施形態の地盤モデル３０は、地盤面３０ｕから深さ１０ｍまでの地盤Ｇがモデル化されている。

地盤モデル３０は、建物モデル２１と同様に、２次元非定常計算において、取り扱い可能な熱・湿気同時移動モデルである。また、図７に示されるように、地盤モデル３０の各要素Ｆｂには、図２に示した建物Ｂが施工される地盤Ｇに基づいて、例えば、絶乾密度：１８９０kg／m³、比熱：８７９Ｊ／kg・k、及び、熱伝導率：１．０Ｗ／m・kが入力されている。これらの数値は、コンピュータ１に記憶される。

次に、コンピュータ１に、床下空間５の空気を、複数の要素Ｆｃでモデル化した床下空間モデル３１が入力される（工程Ｓ３）。床下空間モデル３１は、建物モデル２１や、地盤モデル３０と同様に、２次元非定常計算において、取り扱い可能な熱・湿気同時移動モデルである。床下空間モデル３１の各要素Ｆｃには、図２に示した建物Ｂに形成される床下空間５の構造等に基づいて、例えば、表面熱伝達率：９．３０Ｗ／m²・k（対流熱伝達率：４．６５Ｗ／m²・k、輻射熱伝達率：４．６５Ｗ／m²・k）、換気回数：３．８回／ｈが定義されている。これらの数値は、コンピュータ１に記憶される。

次に、後述するシミュレーション工程Ｓ５に先立ち、コンピュータ１に、計算条件が入力される（工程Ｓ４）。図９には、本工程Ｓ４の具体的な処理手順が示されている。

本工程Ｓ４では、先ず、建物内部の温度条件Ｒｔが入力される（工程Ｓ４１）。本実施形態では、図６に示されるように、床モデル２３の上面２３ｕに、下記式（１）で定義される建物内部の温度条件Ｒｔが入力されている。
Ｒｔ＝２２．５×４．５×ｃｏｓ（４８×π×（Ｄ−２１２）／８７６０）…（１）
ここで、符号は次の通りである。
Ｄ：１月１日を１として起算した延べ日数（１〜３６５）

上記式（１）で示される温度条件Ｒｔは、次世代省エネ基準の防露判定の際に用いられる室内条件（年間の温度変動）である。従って、温度条件Ｒｔは、一般的な建物Ｂの室温を日毎に定義することができる。このように、温度条件Ｒｔが定義されることにより、床モデル２３よりも上部の構造のモデル化を不要にすることができる。しかも、後述するシミュレーション工程Ｓ５において、建物モデル２１の計算領域を限定することができる。従って、温度条件Ｒｔの定義は、計算時間を短縮するのに役立つ。

次に、外気温度条件Ａｔが入力される（工程Ｓ４２）。本実施形態では、地盤モデル３０の地盤面３０ｕ、基礎モデル２２の屋外側の側面及び上面２２ｕ（図７に示す）、床モデル２３の外側面２３ｓ（図７に示す）、並びに、基礎断熱材モデル２５の外側面２５ｓ（図７に示す）に、外気温度条件Ａｔが定義される。この外気温度条件Ａｔは、建物Ｂが施工される地域での一年間の気象データが入力される。この気象データには、１時間毎の気温、湿度、及び、日射量が含まれる。

次に、不易層１３の初期条件（地中温度）Ｇｔが入力される（工程Ｓ４３）。一般に、不易層１３（図２に示す）は、地盤Ｇの地表の温度変動に関係なく、地表から深さ１０ｍ付近に存在している。従って、本実施形態では、地盤モデル３０のうち、地表から深さ１０ｍをなす下面３０ｄに、不易層１３の地中温度が入力される。この不易層１３の地中温度は、建物Ｂが施工される地盤Ｇにおいて、地表から深さ１０ｍで測定された温度が設定される。本実施形態の不易層１３の地中温度Ｇｔは、例えば、１６．２°である。

次に、建物モデル２１及び地盤モデル３０に、境界条件Ｂｃが入力される（工程Ｓ４４）。本実施形態では、地盤モデル３０の側面３０ｓにおいて、熱及び湿気の移動を不能にする境界条件Ｂｃが定義される。これにより、後述するシミュレーション工程Ｓ５において、計算領域を限定することができ、計算時間を短縮することができる。

次に、コンピュータ１が、計算条件に基づいて、地盤モデル３０の各位置での地中温度を計算する（シミュレーション工程Ｓ５）。図１０には、シミュレーション工程Ｓ５の具体的な処理手順が示されている。

シミュレーション工程Ｓ５では、先ず、コンピュータ１が、建物モデル２１、地盤モデル３０、及び、床下空間モデル３１からなる熱・湿気同時移動モデルに基づいて、２次元非定常計算を行う（Ｓ５１）。ここで、２次元非定常計算とは、２次元のモデルに対して、時々刻々と変化する建物内部の温度条件、外気温度条件、及び、境界条件に対応して、熱流及び湿流の変化を計算することである。本実施形態では、建物モデル２１、地盤モデル３０、及び、床下空間モデル３１の各要素Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃにおいて、単位時間毎の温度が計算される。このような２次元非定常計算は、例えば、株式会社建築環境ソリューションズ製の「非定常熱・湿気計算システムＨ＆ＭＶｅｒ．２．３．１」等の市販のアプリケーションソフトを用いて計算することができる。

このように、本実施形態のシミュレーション工程では、建物Ｂの構造、及び、建物Ｂが施工される環境に基づいて、地中温度の分布が計算される。従って、シミュレーション工程では、建物Ｂが施工される地盤Ｇ毎に、地中温度の分布を正確に計算することができる。

次に、２次元非定常計算の結果に基づいて、地盤モデル３０の各位置での地中温度の分布図（コンター図）を出力する（工程Ｓ５２）。図１１に示されるように、分布図は、複数の等温線によって一定の温度間隔で区切られている。従って、このような分布図は、地盤モデル３０の各位置での地中温度を、容易に把握するのに役立つ。また、分布図は、図１１で示したように、年間の地中温度の平均値から求められた年間平均分布図の他、所定の日時毎に出力される分布図（図１５、１６に示す）が出力される。

次に、地盤モデル３０において、不易層１３が特定される（工程Ｓ５３）。この工程Ｓ５３では、図１１に示した年間平均分布図を用いて、不易層１３が特定される。本実施形態の不易層１３は、等温線１３ｅで囲まれる領域である。このように、地中温度の分布図を用いることにより、不易層１３を容易に特定することができる。

次に、シミュレーション工程Ｓ５の結果に基づいて、床下空間５に関する仕様を設計する（床下空間設計工程Ｓ６）。図１２には、床下空間設計工程Ｓ６の具体的な処理手順が示されている。

床下空間設計工程Ｓ６では、先ず、図１１に示した地盤モデル３０の地中温度の分布に基づいて、基礎断熱材モデル２５の形状が変更される（工程Ｓ６１）。図１３に拡大して示されるように、基礎モデル２２は、地盤Ｇに埋設される下部分２２ａは、地盤Ｇから露出する上部分２２ｂに比べて温度変化が小さい。従って、下部分２２ａに配される第１断熱モデル２５ａ（図７に示す）の断熱性能を、上部分２２ｂに配される第２断熱モデル２５ｂ（図７に示す）の断熱性能に比べて小さくすることができる。

本実施形態では、第１断熱モデル２５ａの平均厚さａ１を、第２断熱モデル２５ｂの平均厚さａ２よりも小さくしている。これにより、基礎断熱材６の断熱性能を維持しつつ、断熱材の使用量を少なくすることができる。

ここで、第１断熱モデル２５ａの平均厚さａ１は、第１断熱モデル２５ａの上端から下端までの範囲の厚さｔ１の平均値である。また、第２断熱モデル２５ｂの平均厚さａ２は、第２断熱モデル２５ｂの上端から下端までの範囲の厚さｔ２の平均値である。

さらに、基礎モデル２２の下部分２２ａの温度変化は、下方に向かって小さくなっている。これに従って、本実施形態では、第１断熱モデル２５ａの厚さｔ１を、下部分２２ａの温度変化に応じて漸減させている。これにより、第１断熱モデル２５ａは、断熱性能を確実に維持しつつ、断熱材の使用量を少なくすることができる。

次に、不易層１３の深さに基づいて、基礎断熱材６（図３に示す）の断熱性能が、十分か否かが判断される（工程Ｓ６２）。この工程Ｓ６２では、図１１に示されるように、床下空間モデル３１からの不易層１３までの最小深さｄ１が、１．５ｍ以下の場合に、基礎断熱材６の断熱性能が十分であると判断している。

最小深さｄ１が１．５ｍ以下の場合、不易層１３は、初期条件よりも床下空間モデル３１側に大きく上昇している。これは、基礎断熱材６の高い断熱性能によるものである。従って、本実施形態では、地表からの不易層１３の最小深さｄ１が、１．５ｍ以下の場合に、基礎断熱材６の断熱性能が十分であると判断している。

なお、本工程Ｓ６２において、基礎断熱材６の断熱性能が十分であると判断された場合、次の下端位置決定工程Ｓ６４が行われる。一方、基礎断熱材６の断熱性能が十分でないと判断された場合は、基礎断熱材モデル２５の各厚さｔ１、ｔ２（図７に示す）を変更する（太くする）工程Ｓ６３が行われ、再度シミュレーションが行われる（工程Ｓ１〜Ｓ５）。

このように、本実施形態の床下空間設計工程Ｓ６では、不易層１３の最小深さｄ１に基づいて、基礎断熱材６の厚さＴ（図３に示す）を、施工される地盤Ｇ毎に決定することができるため、不易層１３を確実に上昇させることができる。従って、床下空間５は、地中の熱を効率的に得ることができ、床下空間５の温度変化を小さくすることができる。

次に、不易層１３の深さｄに基づいて、地中熱伝導部１５の下端１５ｂの位置が決定される（下端位置決定工程Ｓ６４）。本実施形態では、図１４に示されるように、地中温度の分布図に基づいて、不易層１３（等温線１３ｅで囲まれる領域）内に、地中熱伝導部１５の下端１５ｂを配置する位置を特定している。

このように、床下空間設計工程では、地中熱伝導部１５の下端１５ｂの位置が、施工される地盤Ｇ毎の不易層１３の分布に基づいて決定されるため、該下端１５ｂを不易層１３に確実に接近させることができる。これにより、地中熱伝導部１５は、床下空間５の空気と、不易層１３とを熱交換させることができ、床下空間５の温度変化を小さくすることができる。

また、不易層１３は、床下空間モデル３１の中心側に比べて、基礎モデル２２側が地中深くに位置する傾向がある。従って、本実施形態では、外側地中熱伝導部１５Ａの下端１５ｂを、内側地中熱伝導部１５Ｂの下端１５ｂよりも地中深くに位置させている。

これにより、外側地中熱伝導部１５Ａ及び内側地中熱伝導部１５Ｂは、床下空間５の空気と、不易層１３とを熱交換させることができる。しかも、本実施形態では、内側地中熱伝導部１５Ｂを、外側地中熱伝導部１５Ａよりも短くすることができるため、その材料の使用量を確実に少なくすることができる。

次に、季節毎のシミュレーションの結果に基づいて、外側地中熱伝導部１５Ａ及び内側地中熱伝導部１５Ｂの使い分けを決定する（工程Ｓ６５）。図１５に示されるように、冬季（例えば、１月１日）においては、暖房等が使用されるため、床下空間モデル３１側の地中の温度（等温線３２で囲まれる領域）が相対的に高くなっている。この等温線３２で囲まれる領域には、内側地中熱伝導部１５Ｂの下端１５ｂが隣接している。従って、冬季においては、内側地中熱伝導部１５Ｂのみで、熱交換させるのが有効である。

一方、図１６に示されるように、夏季（例えば、８月１日）においては、高温の外気や、日射の影響により、床下空間モデル３１側の地中の温度が相対的に高くなっている。外側地中熱伝導部１５Ａの下端１５ｂは、内側地中熱伝導部１５Ｂの下端１５ｂよりも、地中深くに位置している。従って、夏季においては、外側地中熱伝導部１５Ａのみで熱交換させるのが有効である。

このように、本工程Ｓ６５では、季節毎に変化する地中温度に基づいて、外側地中熱伝導部１５Ａ及び内側地中熱伝導部１５Ｂの使い分けを決定することができる。これにより、床下空間５の温度変化を、より確実に小さくすることができる。

なお、外側地中熱伝導部１５Ａ及び内側地中熱伝導部１５Ｂの使い分けは、例えば、各地中熱伝導部１５Ａ、１５Ｂと床下空間５の空気との熱交換を防ぐ遮熱手段（図示省略）を着脱することにより、容易に行うことができる。この遮熱手段としては、特に限定されないが、例えば、各地中熱伝導部１５Ａ、１５Ｂの上端１５ａ側を覆う断熱材等が望ましい。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

Ｂ建物
Ｇ地盤
５床下空間
６基礎断熱材
２１建物モデル
３０地盤モデル

Claims

基礎と床とで囲まれる床下空間、及び、前記基礎に配されかつ前記床下空間を建物外部の空気の熱から遮断する基礎断熱材を具えた基礎断熱構造の建物を、コンピュータを用いて設計する方法であって、
前記コンピュータに、前記床下空間を含む前記建物をモデル化した建物モデルを入力する工程、
前記コンピュータに、前記建物が施工される地盤をモデル化した地盤モデルを入力する工程、
前記コンピュータに、前記建物内部の温度条件、外気温度条件、及び、境界条件を含む計算条件を入力する工程、
前記コンピュータが、前記計算条件に基づいて、前記地盤モデルの各位置での地中温度を計算するシミュレーション工程、並びに、
前記シミュレーション工程の結果に基づいて、前記床下空間に関する仕様を設計する床下空間設計工程を含むことを特徴とする建物の設計方法。
前記建物は、上端側が前記床下空間の空気と熱交換可能に配置され、かつ、下端側が前記床下空間の下方の地中の熱と熱交換可能に地中に埋設された地中熱伝導部を具え、
前記シミュレーション工程は、前記地盤モデルにおいて、一年を通して温度変化の小さい不易層を特定する工程を含み、
前記床下空間設計工程は、前記不易層の深さに基づいて、前記地中熱伝導部の前記下端の位置を決定する下端位置決定工程を含む請求項１に記載の建物の設計方法。
前記地中熱伝導部は、前記床下空間の前記基礎側に配置される外側地中熱伝導部と、
前記外側地中熱伝導部よりも前記床下空間の中心側に配置される内側地中熱伝導部とを含み、
前記下端位置決定工程は、前記外側地中熱伝導部の前記下端を、前記内側地中熱伝導部の前記下端よりも地中深くに位置させる請求項２記載の建物の設計方法。
前記床下空間設計工程は、前記基礎断熱材の厚さを変更する工程を含む請求項１乃至３のいずれかに記載の建物の設計方法。
前記床下空間設計工程は、前記基礎断熱材の形状を変更する工程を含む請求項１乃至４のいずれかに記載の建物の設計方法。