JPH0215779B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 家屋（住居、事務所又は工場など）の暖冷房に
ヒートポンプを使うことが近年盛んに行なわれて
いる。従来使われているヒートポンプの装置では
ヒートポンプの熱交換器（暖房の場合は冷媒の凝
縮器、冷房の場合は冷媒の蒸発器）を室内に置
き、フアンで室内の空気を熱交換器を通して循環
させる方法を取つているものが多い。これで一応
目的を達することはできるが次の欠点はまぬがれ
ない。

(1) フアンの音がする。

(2) 室内空気温度が不均一になることが多い。

(3) 室内に熱交換器があるため、部屋の有効面積
を減らし、配置場所に苦労し、又見映が良くな
いなど、とかく邪魔になる。

(4) 冷房の場合、冷たい空気が直接身体に当たり
健康に良くないことが間々ある。

本発明はヒートポンプの熱交換器を家屋の床下
に配置し、暖房の場合は温風を（冷房の場合は冷
風を）床下空間を循環させ、床下地表面から地中
に蓄熱（冷房の場合は蓄冷）し、その後天井裏に
導き、天井裏の空間を循環させて床及び天井を熱
貫流面として働かせ熱交換により温度が下がり
（冷房の場合は温度が上がり）室温に近ずいてマ
イルドになつた空気を室内に入れ、又暖冷房装置
を停止した後、床下地中の該蓄熱又は蓄冷がゆつ
くり上に出て家屋を暖冷房するようにした暖冷房
装置である。

これを実施例について説明すると次の通りであ
る。第１図は一実施例としての２階建て家屋の上
部構造を取り除き基礎配置を見せた斜視図であ
り、右部に空気を床下から天井裏に導くダクトが
画いてある。第２図は空気の流れを従断面的に説
明するために画いた断面図であるが説明を容易に
するために第１図の基礎に相当する縦断面図でな
く、右に廊下、階段室、左に縦ダクトを配置した
模式図として示してある。第３図は第２図にＡで
示した円内の部分を拡大して示したもので建物の
床下地面の構造の一例を示している。

先ず暖房運転をする場合について説明する。１
は暖房用放熱器である。これはヒートポンプの凝
縮器でフインチユーブとフアンが組合わせてあ
る。そのフアン１′により温風を床下で矢印２の
様に循環させる。３は基礎の仕切壁の孔に設けた
ダンパーで温風を床下だけに循環させる時は開
き、温風を１階、２階の天井裏にも矢印４，３
１，３２，３３に示す様に循環させ度い時は閉じ
る。基礎構造の周囲部分５は空気が内外流通しな
い様密閉して全面に築造し、内部の基礎６は家の
内部の柱、壁の下に夫々図に示す通り床下空間を
幾つかに仕切る様に作るが仕切りの一部に隙間又
は孔を作り温風が矢印２に示す様に床下全面を循
環する様に作る。７はヒートポンプのセツトであ
り中にコンプレツサー、膨張弁、蒸発器、フア
ン、コントロール装置などを収納している。ヒー
トポンプの構成要素である凝縮器１は図に示す様
に床下にあり、本体との間を管８が結んでいる。
ヒートポンプセツト７の中のフアンにより空気は
セツトの外から吸い込まれて蒸発器のフインコイ
ルに当たり、冷媒に熱を与えた後外に排出され
る。

このヒートポンプの働きで凝縮器１は暖房用放
熱器となる。

第２図は家の縦断面図を模式的に示している。
温風は床下を循環するが断面図ではそれは画けな
いから矢印２を１つだけ画いてある。又この図で
は第１図に示したダンパー３を閉じて温風を１
階、２階の天井裏にも矢印４，３１，３２，３３
に示す様に循環させた状況で画いてある。ダンパ
ー３を閉じ、１階天井裏に設置したフアン９と２
階天井裏に設置したフアン１０を運転すると温風
はダクト１１を通つて矢印４，３１，３２に示す
様に１階、２階の天井裏に上る。各部屋の天井に
は適当な処に格子を設けた孔を設け天井裏を通つ
た温風が矢印１２，１３に示す様に部屋の中に入
り、更に壁やドアーに設けた孔とかドアーの隙間
などを通つて矢印１２′，１３′に示す様に右側の
廊下１４，１５に出る。２階の廊下１５と１階の
廊下１４とは階段１６で結ばれているから空気は
自由に流通する。廊下に出た空気は１階廊下の適
当な処に設けた格子床の孔を通つて床下へ矢印３
３に示す様に入り床下放熱器１に組み込まれたフ
アン１′に吸い込まれこれで温風の循環が完結す
る。第２図では１階、２階共それぞれ部屋が１つ
として画いてあるが、これは部屋を幾つかに仕切
ると空気の流れが図示し難い処ができて不都合で
あるから１部屋として図示したものである。仕切
られて部屋数が複雑になつても、各部屋が廊下に
面しておれば各部屋についてこの説明と同じ様に
なるわけである。

家屋の外壁１７は最近の建築が殆んどする様に
断熱工事を充分に施工する必要がある。又２階の
天井裏に空気が水平に流れる隙間を残して２重天
井１８を作り、且つ２重天井１８に充分断熱工事
を施工する方が暖冷房効果が大きい。

若し２重天井１８を設けない時は屋根１９裏に
充分な断熱工事を施工する必要がある。１階床２
０・天井２１、２階床２２・天井２３は一般工法
で差支えない。

床下の地表面は従来工法の様に在来地面そのま
までも良いが、そうすると湿気のコントロールが
充分でないから第３図に示す様に施工する方が良
い。

土の上にコンクリート層２４を適当厚さに打
ち、その上に防水層２５を例えばビニールシート
などで作り、更にその上に押さえモルタル層２６
を置く。押さえモルタル層の表面は平らにするよ
りも、例えば図の様に凹凸を作り、表面積を大き
くして熱伝達率が大きくなる様にすることが望ま
しい。この様にすると床下空間が防水層２５で地
中湿分と遮断され、しかも地中との熱交換率が大
きくなる。

外周基礎５には内外を熱遮断する様に充分な断
熱工事を施工する。

以上の構造で暖房効果を説明すると次の通りで
ある。ヒートポンプを運転しその凝縮器即ち床下
放熱器１が暖められ附属するフアン１′が回ると
温風が循環し始める。１階、２階天井裏のフアン
９，１０も運転し、ダンパー３を閉じると、温風
は床下から矢印２，４と回わつてダクト１１を上
り、半分は矢印３１，１２，１２′と回つて廊下
へ、又残り半分は矢印３２，１３，１３′と回つ
て廊下へ、そして廊下、階段室で両者合流して一
階廊下の床格子を通つて矢印３３に示す様に床下
に入りフアン１′に吸われて放熱器１に戻る。か
くして温風は家屋内を全面的に循環する。この場
合１階床は普通工法のものであるとすると「下地
板＋クツシヨンシート＋ジユータン」、又は「下
地板＋畳」、その他である。床下から温められた
場合は床の熱貫流率は1.2〜1.5Kcal／m²・hr・℃
程度であり、割合に熱貫流が大きい。床下温風で
温められるわけであるから熱が矢印２７に示す様
につたわり床暖房としての効果が大きい。

床暖房として熱を下から加えると身体に感ずる
暖房効果が大きく、室内空気温が他の暖房法によ
るより３℃程度低くても充分温かく感ずることが
経験的に知られている。室温が低くて済むと云う
ことは暖房熱量の節約になる。即ち、省エネにつ
ながる。

温風ダクト１１を通つて上がり矢印３１，３２
に示す様に天井裏に入る。１階天井裏では温風の
熱は矢印２８に示す様に１階天井２１を通つて下
に伝わり、同時に２階床２２を通つて矢印２９に
示す様に２階の部屋に伝わる。１階天井２１の構
造は普通工法とすれば「石膏ボード＋クロス貼
り」、「和風天井板一枚」その他である。その下向
きの熱貫流率は2.0Kcal／m²・hr・℃程度である。
一方、外壁は断熱工事が充分に行われておれば熱
貫流率は0.5Kcal／cm²・hr・℃前後である。ガラ
ス窓の熱貫流率は5.5Kcal／m²・hr・℃（ペアガ
ラスを使えば3Kcal／m²・hr・℃）程度である
が、ガラス窓面積が外壁面積の15〜20％程度であ
れば外壁全体の平均熱貫流率は1.2Kcal／m²・
hr・℃前後であると見ることができる。一般住居
を例に取り、１階床面積を50m²とし、１階外壁面
積を90m²とする。屋内温度20℃、屋外温度を５℃
とすれば温度差は15℃、この温度差で外壁から逃
げる熱量は 1.2Kcal／m²・hr・℃×15℃×90m²＝1
.620Kcal／hr、 温風の床下全体での平均温度を31℃、１階床の
熱貫流率を1.5Kcal／m²・hr・℃とすると床を通
つて伝わる熱量は 1.5Kcal／m²・hr・℃×（31−20）℃
×50m²＝830Kcal／hr 床下の温度から地表面を通つて地中に入る熱量
は、地面の下向き熱伝達率を1.5Kcal／m²・hr・
℃、地中温度を15℃とすると 1.5Kcal／m²・hr・℃×（31−15）×5
0＝1.200Kcal／hr 風量を20m³／分、放熱器１を出る温風の温度を
34℃とすると、床下を循環し１階床２０と地面２
６に熱を与えた後ダクト１１に入る空気の温度は 34℃−（830＋1.200）Kcal／hr÷（20m³／分×60分×1.
2Kg／m³×0.24Kcal／Kg・℃）＝34−5.9＝28.1℃ 床下の平均温度は（34＋28.1）÷２＝31.05℃、
即ち先きに仮定した平均温度31℃はほぼ正しい。

ダクト１１を上つた28.1℃の温風の1/2が１階
天井に入り、１階天井２１を貫流して矢印２８に
示す様に下向きに１階部屋に熱を与え、同時に２
階床２２を貫流して矢印２９に示す様に上向きに
２階部屋に熱を与える。

１階天井２１を貫流する熱量は熱貫流率を
2.0Kcal／m²・hr・℃、１階天井裏空気の平均温
度を25℃と仮定すると 2.0Kcal／m²・hr・℃×（25−20）℃
×50m²＝500Kcal／hr 又２階床２２の構造は１階床とほぼ同じ構造と
してその熱貫流率を1.5Kcal／m²・hr・℃とし、
床面積は１階と同じく50m²、又２階部屋の温度も
１階部屋と同じく20℃とすれば、１階天井裏空気
の平均温度は25℃であるとしているから、２階床
２２を通つて２階部屋に入る熱量は 1.5Kcal／m²・hr・℃×（25−20）
×50＝380Kcal／hr １階天井裏空気が熱貫流で熱を奪われ、何度に
なるか計算して見ると、 28.1℃−（500＋380）Kcal／hr÷（10m³／分×60
分×1.2Kg／m³ ×0.24Kcal／Kg・℃）＝28.1−5.1＝23.0℃ １階天井裏空気の平均温度は （28.1＋23.0）÷２＝25.5℃ 即ち、先きに仮定した平気温度25℃はほぼ正し
い。１階天井裏で23.0℃になつた空気が１階天井
２１に設けられた格子孔を通つて矢印１２に示す
様に１階部屋に入り、熱量の不足分を供給する。
１階部屋の温度を20℃としているから１階天井裏
から１階部屋に入つた空気の供給する熱量は （23.0−20）℃×10m³／分×1.2Kg／m
³×0.24Kcal／Kg・℃＝520Kcal／hr 従つてこれに１階床２０を貫流して伝えられる
熱量830Kcal／hrと、１階天井２１を貫流して伝
えられる熱量500Kcal／hrとを加えると１階部屋
に供給される全熱量になり、それは 520＋830＋500＝1.850Kcal／hr となる。先きに１階外壁や窓を通つて外に逃げる
熱量を計算して1.620Kcal／hrを得た。従つて暖
房熱量は充分間に合うことになり、なお８％程度
の余裕がある。１階部屋の温度を20℃と仮定した
が20.5℃程度になるであろう。

次に２階を計算して見る。２階も１階と同じく
床面積50m²、外壁面積90m²とする。２階床２２を
貫流して２階部屋に入る熱量は先きに380Kcal／
hrと計算した。ダクト１７を通つて矢印３２に示
す様に２階天井裏に入る風量は10m³／分であり、
その温度は28.1℃である。２階天井２３を貫流し
て矢印３０に示す様に下向きに２階部屋に入る熱
量を計算すると次の通りである。２階天井構造は
１階と同じくその下向熱貫流率を2.0Kcal／m²・
hr・℃、２階部屋も20℃に保つとすると 2.0Kcal／m²・hr・℃×（26−20）
×50＝600Kcal／hr 次に２階２重天井１８を貫流して屋根裏に逃げ
る熱量を計算する。２重天井１８は充分な断熱工
事が施工してあるとしてその熱貫流率を
0.3Kcal／m²・hr・℃とする。又屋根裏は外気と
の流通が少ないとして、外気が５℃の時屋根裏は
10℃であるとする。そうすると２重天井１８を貫
流して屋根裏に逃げる熱は 0.3Kcal／m²・hr・℃×（26−10）℃
×50m²＝240Kcal／hr ２階天井裏から天井格子を通つて矢印１３に従
つて２階部屋に入る空気温度は 28.1℃−（600＋240）Kcal／hr÷（10m³／分×
60分 ×1.2Kg／m³×0.24Kcal／Kg・℃）＝28.1℃
−4.9℃＝23.2℃ ２階天井裏空気の平均温度は （28.1×23.2）÷２＝257℃ 即ち、先きに仮定した26℃はほぼ正しい。

23.2℃になつた空気は２階天井２３に設けられ
た格子孔を通つて矢印１３に示す様に２階部屋に
入つて熱量の不足分を供給する。２階部屋の温度
は20℃だからその供給する熱量は （23.2−20）℃×10m³／分×60分×1.2Kg／m³×0.24Kca
l／Kg＝550Kcal／hr この熱量に、２階床２２を貫流して伝えられる
熱量380Kcal／hrと、２階天井２３を貫流して伝
えられる熱量600Kcal／hrとを加えると２階部屋
に供給される全熱量になり、それは 550＋380＋600＝1.530Kcal／hr ２階外壁や窓を通つて外に逃げる熱量は１階の
場合と同じく1.620Kcal／hrと見倣すとすると部
屋の出熱に対し入熱が６％少ない。部屋の温度を
20℃と仮定したから熱が不足するのであつて室温
を19.5℃とすれば殆んどバランスする。

１階が20.5℃、２階が19.5℃であるから特に支
障がないが、強いて１階、２階共20℃にし様と思
えば１階天井裏に送る温風の量を少し減らし、２
階天井裏に送る温風の量を増せば良い。それはダ
ンパーその他で簡単にできる。

この様にして見ると、部屋内を20℃に保つ時、
１階は23.0℃の空気が天井格子孔から、又２階は
23.2℃の空気が天井格子孔から吹き込まれること
になる。それぞれ室温と大差ないマイルドな空気
が吹き込まれるのであるから室内に温度不均一が
少なくしかも床暖房があるから快適な環境にな
る。又長い曲がりくねつた通路を通つた後で室内
に入るのであるからフアンの音も殆んど聞えなく
なる。

次に床下の地中に伝わつた熱について述べる。
熱は地表面２６から地中に伝導し、蓄熱される。
長時間例えば12時間程度運転すれば地表面は殆ん
ど床下空気温度に近くなる。先きの例で床下空気
温度31℃の温合地表面は27℃程度になり、地中に
一定の熱勾配で地下１ｍ位迄に蓄熱される。深
夜、ヒートポンプ及びフアンの運転を止めると床
下や各部屋は温度が下がり始めるがそうすると床
下地表面から対流や放射で熱が１階床２０に伝わ
り、長時間の余熱床暖房効果を得ることができ
る。ヒートポンプを止めたままフアン１′，９，
１０を運転して空気を天井裏迄循環すれば地中蓄
熱を使つて２階迄暖房することもできる。２階の
暖房が必要ない時に、１階フアン９、２階フアン
１０を止め、ダンパー３を開き、空気を床下だけ
循環させながらヒートポンプで床下暖房をすれ
ば、１階は床暖房だけで相当温かく、且つ地中蓄
熱がでできる。一定時間ヒートポンプを運転した
後でヒートポンプを止めると、地中に蓄熱された
熱がゆつくり出て来て１階床を長時間床暖房し快
適な環境を得ることができる。

先きに示した数値例でヒートポンプの動力を計
算して見ると次の通りである。床下放熱器１を出
た空気の温度は34℃であり、各部屋から廊下を通
つて矢印３３の様に戻る空気温は室温と同じく20
℃である。循環する空気は20m³／分であるから放
熱器１の出す熱量は （34−20）℃×20m³／分×60分×1.2Kg／m³×0.24Kcal
／Kg＝4.840Kcal／hr 外気温５℃、放熱器を通つた空気温が34℃の場
合ヒートポンプは1KWにつき約3.000Kcal／hrを
出すからヒートポンプの動力は4.840÷3.000＝
1.6KW即ち約2KWの動力を必要とすることにな
る。

以上は暖房の場合の説明であつたが、この装置
はそのまま冷房に使うことができる。冷房の場合
はヒートポンプセツト７に中の四方弁を切替えて
暖房の時凝縮器であつた１を蒸発器に、又セツト
７の中にあつて暖房の時蒸発器であつた熱交換器
を凝縮器にする。冷媒の凝縮熱は附属するフアン
で外気中に放出する。蒸発器１はフアン１′によ
り通過する空気から熱を奪う。蒸発器１で冷却さ
れた空気は暖房の時に説明したと同じ径路で循環
する。１階床２０・天井２１、２階床２２・天井
２３での熱の流れは暖房の時と全く逆になり、１
階天井格子から入る矢印１２の空気、２階天井格
子から入る矢印１３の空気は室温より低温ではあ
るがそれぞれ床、天井から熱を貰つているから室
温に近いマイルドなものが入る。従つて室内の空
気温に不均一が少なく、又その吹き込む空気が直
接身体に当たつても健康を害する様なことはな
い。床下の地面から地中に蓄熱することも、今度
は逆に冷熱を蓄えるわけで作用は暖房の場合と全
く逆と考えれば良い。只冷房の場合は１階床２
０、２階床２２の熱貫流は上から下に向い、その
熱貫流率は暖房の場合に比べて少さくなる。即
ち、熱が伝わり難い。しかし、これと逆に１階天
井２１、２階天井２３の熱貫流は下から上に向
い、その熱貫流率は暖房の場合に比べて大きくな
り、即ち熱が伝わり易い。又、床下地面の熱貫流
も暖房の場合に比べて大きい。冷房の場合は除湿
する必要がある。即ち、冷却器１で空気中の水分
を水滴として除き、その水を外部に排出する。こ
の様に冷却・除湿した空気を床、天井の熱交換で
温度を上げ、除湿され且つマイルドな温度になつ
た空気を室内に導入するから室内は快適に保たれ
る。冷房の場合は上から冷やされる率が大きいか
ら、この場合も俗に云う「頭寒足熱」となり、健
康に良い環境となる。熱量計算は暖房の場合に準
じ、熱の流れだけを逆にして行なえば良い。これ
迄の計算に適用した数値はこれに限るわけではな
く、説明を解り易くするための一例を示したもの
である。

今迄の説明で明らかな様に本発明による暖冷房
装置を適用すれば快適に空調された環境を得るこ
とができ、且つ地中に蓄熱又は蓄冷して動力の節
約を計ることができて斯界に大きな貢献をもたら
すものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例としての住居家屋
の上部構造を取除きその基礎部分と空気を上部に
導くダクトを示す斜視図である。第２図は第１図
による家屋の縦断面図であるが分かり易くするた
めに第１図に対応せず模式図にして示してある。
第３図は第２図のＡで示した円内の部分の拡大詳
細図である。 １……暖房の放熱器（冷房の場合は空気冷却
器）、３……空気通路ダンパー、５……建物の外
壁基礎、６……建物の内部基礎、７……ヒートポ
ンプセツト、８……ヒートポンプと熱交換器１と
を結ぶ配管、９，１０……フアン、１１……ダク
ト、１４，１５……廊下、１６……階段、１７…
…外壁、１８……２重天井、１９……屋根、２０
……１階床、２１……１階天井、２２……２階
床、２３……２階天井、２４……床下地上コンク
リート層、２５……防水層、２６……押さえモル
タル層、２，４，１２，１２′，１３，１３′，３
１，３２，３３……空気の進路を示す矢印、２
７，２８，２９，３０……熱の伝わりを示す矢
印。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 建物の床下に、暖房の場合は空気加熱器、冷
   房の場合は空気冷却器となる暖冷房装置の熱交換
   器を置き、暖房の場合は該熱交換器で暖められた
   空気を、又冷房の場合は該熱交換器で冷やされた
   空気を、フアンで床下空間の全部又は一部を循環
   させ、床下の地表面から地中に熱又は冷熱を伝導
   させて蓄熱又は蓄冷し、そして該空気をダクトを
   通して天井裏に導いて天井裏の全部又は一部を循
   環させた後天井に設けた開孔を通して各部屋の中
   に導き、次に各部仕切壁の開孔や扉の開孔、隙間
   などを通して廊下に導き、合流して一階廊下の床
   に設けた開孔を通して床下に導き、先の熱交換器
   に戻すよう循環させて暖冷房し、暖冷房装置を停
   止した後、床下地中の該蓄熱又は蓄冷がゆつくり
   上に出て家屋を暖冷房するようにしたことを特徴
   とする暖冷房装置。