JP4404731B2

JP4404731B2 - 地中熱利用冷暖房システム

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Publication number: JP4404731B2
Application number: JP2004270961A
Authority: JP
Inventors: 克実江原
Original assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Current assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2024-09-17
Also published as: JP2006084149A

Description

本発明は、複数種の冷暖房機器に地中熱を用いる地中熱利用冷暖房システムに関するものである。

住宅、事務所ビル、公共建物等において、最近、ＣＯ_２排出量の抑制、ヒートアイランド現象の抑制を目的に、低温かつ恒温の地熱資源を利用した地中熱利用冷暖房システムの導入が増えつつある。このような地中熱利用冷暖房システムにおいては、暖房又は冷房に必要な温度に対する地熱採取温度のギャップ分を補うためにヒートポンプを利用し、該ヒートポンプを介することにより、低温かつ恒温の地中熱を高温化または低温化し、暖房又は冷房時に必要な温度を確保する方式が一般的である。

また現在の市場には、地中熱利用冷暖房システムで、ヒートポンプを介さず、水等の熱媒体を直接屋内の冷暖房機器に利用するものはないが、道路面の雪を溶かす融雪装置としては特開２００２−１７３９０５号公報（以下、特許文献１）に記載された技術がある。特許文献１の記載の技術は、道路面の直下に埋設された放熱管に対して湧水及び地中から採取した熱とヒートポンプ及び温水タンクを利用して得た熱の流量を調整して放出する技術であって、通常時においては、湧水採取器で採取した湧水熱と杭型採取器で採取した地熱を、直結管部を通して道路面の直下に埋設した放熱管から放出させることによって融雪し、道路面の温度が低下した場合は、前記湧水熱と地熱をヒートポンプの熱源として利用し、得た高熱で温水タンク内の不凍液を加温して高温化し、その高温不凍液を前記放熱管に送って融雪する技術である。

特開２００２−１７３９０５号公報

しかしながら、仮に複数の冷暖房機器を利用する冷暖房システムに上記特許文献１に記載の技術を適用したとしても、複数の冷暖房機器はいずれもヒートポンプを通して得た熱か、又は地中から採取した熱か、いずれか一方の熱でしか利用できず、それぞれの機器で前述の異なる熱を同時に利用することはできない。上記構成の組み合わせによってヒートポンプを通して得た熱と地中から採取した熱とを各冷暖房機器でぞれぞれ利用するには、各冷暖房機器ごとに上記特許文献１に記載の装置が必要となる。しかしながら、この構成では、各冷暖房機器ごとに上記特許文献１に記載のヒートポンプなどからなる装置がそれぞれ必要となるため、前述の異なる熱を同時に利用できたとしても、装置構成が複雑になり、且つコスト高になるという問題がある。

またヒートポンプを利用した冷暖房システムで、例えば一日中冷房の連続運転を行った場合、特に真夏日のような猛暑の中では、ヒートポンプで温度が上昇した熱媒体を、地中に埋設された配管内を循環させ続けることとなり、これによって前記配管周囲の地中温度が徐々に上昇してしまう。このような状況下において、ヒートポンプで温度が上昇した熱媒体を地中に埋設された配管内を循環させても、再びヒートポンプに戻ってくる熱媒体の温度は地中の温度よりも相当高く、該ヒートポンプを用いた熱交換に利用することは困難である。この問題を解決するために、地中に埋設する配管本数を増やすことが考えられるが、配管の埋設に利用可能な場所やその広さ、また配管の埋設に要する費用などの観点から、地中に埋設する配管の本数は限りがあるので、現実的には上記問題を避けられない。また、冷房時に、地中から採取した熱を直接冷暖房機器の冷媒として利用しようとした場合、前述の如くして熱媒体が高温になってしまうと、この熱媒体を直接冷暖房機器の冷媒として利用することは困難である。

そこで、本発明の目的は、装置構成が複雑になることなく、且つコスト高になることなく、特に冷房時に、複数種の冷暖房機器に対して充分実用可能な、ヒートポンプを通して得た熱とヒートポンプを通さずに地中から採取した熱を同時に供給することができる快適な地中熱利用冷暖房システムを提供することである。

上記目的を達成するための本発明の代表的な構成は、複数種の冷暖房機器に地中熱を用いる地中熱利用冷暖房システムであって、地中熱を利用した熱交換によって冷暖房機器が要求する温度を確保する熱交換ユニットと、地中に埋設し熱媒体を循環させる多数の配管を複数の群に分けてなる複数の配管群と、前記複数の配管群から前記熱交換ユニットを介して冷暖房機器につながる第一熱交換経路と、前記複数の配管群から前記熱交換ユニットを迂回して冷暖房機器につながる第二熱交換経路と、を有し、複数種の冷暖房機器の冷房運転時に、複数種ある冷暖房機器のうち、送風タイプの冷暖房機器に対しては、前記複数の配管群のうちの一部の配管群及び前記第一熱交換経路を用いて前記熱交換ユニットを利用して得た熱を供給すると同時に、輻射タイプの冷暖房機器に対しては、前記熱交換ユニットが利用している一部の配管群以外の他の配管群及び前記第二熱交換経路を用いて前記熱交換ユニットを利用せずに地中から採取した熱を直接供給することが可能であることを特徴とする。

また上記構成の地中熱利用冷暖房システムにおいて、前記熱交換ユニットは、冷房又は暖房の運転モードを切り替える信号を入力する入力端子と、冷房モード時に熱交換ユニットを利用して得た熱を利用する冷暖房機器と地中から採取した熱を直接利用する冷暖房機器とを識別するための２系統の制御入力端子と、を有する端子台を有することを特徴とする。

また上記構成の地中熱利用冷暖房システムにおいて、前記熱交換ユニットに用いる配管群は複数であって、該複数の配管群は冷暖房機器が受ける熱媒体の温度状況によって選択的に利用可能であることを特徴とする。

本発明によれば、冷房運転時においては、複数種の冷暖房機器のうち、送風タイプの冷暖房機器に対しては、前記複数の配管群のうちの一部の配管群及び前記第一熱交換経路を用いて前記熱交換ユニットを利用して得た熱を供給すると同時に、輻射タイプの冷暖房機器に対しては、前記配管群以外の他の配管群を用いて地中から採取した熱を直接供給することにより、好適な２温度の熱媒体を冷暖房機器の種類に応じてそれぞれ同時に供給することが可能となる。これにより、装置構成が複雑になることなく、且つコスト高になることなく、複数種の冷暖房機器に対して充分実用可能な、熱交換ユニットを通して得た熱と熱交換ユニットを通さずに地中から採取した熱を同時に利用することができ、複数種の冷暖房機器を快適に利用することができる。

また、冷房運転時において、上記複数種の冷暖房機器のうち、地中から採取した熱を直接利用する冷暖房機器のみを使用する場合には、熱交換ユニットを停止し、第二熱交換経路を用いて配管群から直接冷暖房機器に熱媒体を循環させる消費電力のみにて実現できる運転のため、低ランニングコストによる運転を実現できる。

また、地中に埋設し熱媒体を循環させる多数の配管を複数の群に分けて複数の配管群としているため、複数種の冷暖房機器の冷房運転時には、熱交換ユニットを利用した熱交換に用いる配管群と、熱交換ユニットを利用しない直接利用のための配管群とに分けて利用することが可能である。このため、ある種の冷暖房機器に対しては前記複数の配管群のうちの一部の配管群を利用し、また異なる種の冷暖房機器に対しては前記熱交換ユニットが利用している一部の配管群以外の他の配管群を利用することが可能となる。これにより、熱交換ユニットで温度が上昇してしまった熱媒体を、冷暖房機器の直接利用のための冷媒として用いることを回避でき、複数種の冷暖房機器を快適に利用することができる。要は、地中熱の利用に際し、熱媒体を循環させる配管を複数の群に分けたことで、複数種の冷暖房機器が、冷暖房機器の要求する温度に応じて、使用に最適な配管の群を使用可能になり、これにより全体としてバランスのとれたシステムにすることができたのである。なお、このとき冷暖房機器の種類の組み合わせをも切り替えることで、より適切な配管群の使用が可能になる。

また、通常（現在の市販汎用）の熱交換ユニットに使用される電気系統は、本発明のように熱交換経路を２つ有することは想定されていないので、汎用の熱交換ユニットをそのまま使用できない。そこで、本発明では、前記熱交換ユニットが、冷房又は暖房の運転モードを切り替える信号を入力する入力端子と、冷房モード時に熱交換ユニットを利用して得た熱を利用する冷暖房機器と地中から採取した熱を直接利用する冷暖房機器とを識別するための２系統の制御入力端子と、を有する端子台を有する。このように、汎用の熱交換ユニットの電気系統を予め準備しておくことで、本発明システムの実施が容易になる。

更に前記熱交換ユニットに用いる配管群を複数とし、該複数の配管群を冷暖房機器が受ける熱媒体の温度状況によって選択的に利用可能とすることにより、例えば熱交換ユニットで温度が上昇した熱媒体を循環させ続けることで配管周囲の地中温度が上昇してしまうような状況下において、熱交換ユニットで温度が上昇した熱媒体を循環させる配管群を、今まで利用していた配管群からそれ以外の他の配管群に切り替えることで、再び熱交換ユニットに戻す熱媒体の温度を、該熱交換ユニットを用いた熱交換に利用可能な状態にすることができ、且つ温度上昇してしまった配管群を次の利用に備えて休ませることができる。これにより、常に地熱を実用可能な状態で冷暖房機器に利用することができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。

本実施形態に係る地中熱利用冷暖房システムＳは、複数種の冷暖房機器に地中熱を用いるシステムであって、図１及び図２に示すように、熱交換ユニットＡ、複数の配管群Ｂ、第一熱交換経路Ｃ、第二熱交換経路Ｄを有している。そして、冷房時には２温度（例えば７℃と１５℃）の熱媒体の選択的な供給及び同時供給が可能であり、暖房時には１温度（例えば５５℃）の熱媒体の供給が可能である。以下、上記システムの各部の構成及びシステムの動作について順に説明する。

［地中熱利用冷暖房システムの構成］
本実施形態では、複数種の冷暖房機器として、暖気又は冷気を送風する送風タイプの冷暖房機器１と、暖気又は冷気を放射する輻射タイプの冷暖房機器２の２種を例示しており、送風タイプの冷暖房機器１としてファンコイルユニット１ａを例示し、輻射タイプの冷暖房機器２として床暖房パネル２ａ、床冷暖房ユニット２ｂを例示している。

なお、送風タイプの冷暖房機器１としてのファンコイルユニット１ａはユニット内のコイル部（配管部）に熱媒体としての水を循環させ、該コイル部分に結露を生じさせることで室内を除湿する機能を有している。なお、ここで用いる熱媒体としての水は、室内環境において露点以下になる温度の水である。このファンコイルユニットＣ１の除湿機能は、通常のエアコンの除湿機能と同等の能力を発揮する。またユニット内のコイル部に水を循環させ、該コイル部分を通してファンを回転させることで送風（冷風による冷房、温風による暖房）も可能である。

また、輻射タイプの冷暖房機器２としての床暖房パネル２ａ、床冷暖房ユニット２ｂは、熱媒体を循環させることによって床面を適度に暖め又は冷やしている。後で詳しく説明するが、本実施形態では冷房時に、床冷暖房ユニット２ｂに地中から採取した熱（熱媒体）を直接循環させることによって、床面を適度に冷やして、床表面に結露を発生させることなく、涼感を得ることが可能である。

熱交換ユニットＡは、地中熱を利用した熱交換によって冷暖房機器１，２が要求する温度を確保するものである。この熱交換ユニットＡは、熱交換を行うヒートポンプユニット１１と、該ヒートポンプユニット１１の一次側熱交換部１１ａにて熱媒体を循環させる一次側循環用ポンプＰ１と、該ヒートポンプユニット１１の二次側熱交換部１１ｂにて熱媒体を循環させる二次側循環用ポンプＰ２を有している。更に熱交換ユニットＡは、端子台１３を有している。なお、この端子台１３については後で詳しく説明する。

前記熱交換ユニットＡが有するヒートポンプユニット１１は、地中から採取した熱よりも高い温度を得たい場合（暖房時）には、入力側となる一次側熱交換部１１ａにおいて物質を気化する際の吸熱作用を、出力側となる二次側熱交換部１１ｂにおいて物質を液化する際の放熱作用を利用して、暖房に必要な熱（温度）を確保する。一方、地中から採取した熱よりも低い温度を得たい場合（冷房時）には、入力側となる一次側熱交換部１１ａにおいて物質を液化する際の放熱作用を、出力側となる二次側熱交換部１１ｂにおいて物質を気化する際の吸熱作用を利用して、冷房に必要な熱（温度）を確保する。このようにヒートポンプユニット１１は、一次側熱交換部１１ａ又は二次側熱交換部１１ｂにおいて物質を気化する際の吸熱作用又は物質を液化する際の放熱作用を相互に利用して熱交換を行う。

複数の配管群Ｂは、地中に埋設して熱媒体を循環させるための多数の配管を複数の群に分けてなるものである。地中の温度は、一年間を通じて温度変化が少なく、比較的安定しており、且つ夏季は外気温に対して低く、冬季は外気温に対して高い。このような地中に熱媒体を循環させる配管を埋設し、該配管を通して地中の土壌と熱交換を行う。本実施形態では、複数の配管群Ｂとして、地中に埋設した埋設管２１に配管２２を配し、この配管２２が配された埋設管２１を複数の群に分けたものを例示している。本実施形態では、配管２２が配された埋設管２１の２つを１群とした、２つ配管群Ｂ１，Ｂ２を有する構成を例示している。

なお、複数の配管群Ｂは、図１及び図２に示す埋設管２１と配管２２とを組み合わせたものに限定されるものではなく、例えば配管を直接地中に埋設したものなど、地中に埋設して熱媒体を循環させて熱交換を行い得る構成であれば、その他の構成であっても良い。また、本実施形態では、複数の配管群Ｂとして、２つの配管群Ｂ１，Ｂ２を有する構成を例示しているが、１群が有する配管（或いは配管が配された埋設管）の数や、配管群の数は、状況あるいは必要に応じて適宜設定されるものであって、上記例示に限定されるものではない。

また、配管内を循環させる熱媒体としては、水、オイル、不凍液、空気などが挙げられる。また、熱交換用の配管と埋設管本体の空間に充填材を充填する場合には、該充填材として、水、オイル、不凍液、砂、砂利、軽量気泡コンクリートの粉砕物、コンクリート、金属片、鋼球、ステンレス製の球体などが挙げられる。

第一熱交換経路Ｃは、前記複数の配管群Ｂから前記熱交換ユニットＡを介して冷暖房機器１，２につながる熱交換経路である。熱交換ユニットＡの一次側と複数の配管群Ｂ１，Ｂ２との間には、一次側経路３１及び該一次側経路３１から分岐した一次側分岐経路３２が設けられている。また、熱交換ユニットＡの二次側と冷暖房機器１，２との間には、二次側経路３３及び二次側経路３３から分岐した二次側分岐経路３４が設けられている。更に二次側分岐経路３４にはヘッダーボックス３５が設けられており、該ヘッダーボックス３５に複数ある輻射タイプの冷暖房機器２ａ，２ｂが接続されている。ヘッダーボックス３５は、母管に対し多数の分岐管を有するものであって、各分岐管に接続された、複数ある輻射タイプの各冷暖房機器２ａ，２ｂに対して、それぞれ熱の供給（熱媒体の循環）又は熱の供給を遮断することが可能な構成となっている。このようにして熱交換ユニットＡを利用して得た熱の利用が可能な第一熱交換経路Ｃが構成される。

第二熱交換経路Ｄは、前記複数の配管群Ｂから前記熱交換ユニットＡを迂回して輻射タイプの冷暖房機器２につながる熱交換経路である。一次側分岐経路３２と二次側分岐経路３３との間にはバイパス経路３６が設けられている。本実施形態では、前記バイパス経路３６により熱交換ユニットＡを迂回して、複数の配管群Ｂのうちの配管群Ｂ２から、前記輻射タイプの冷暖房機器２ａ，２ｂが接続されたヘッダーボックス３５への循環経路、すなわち地中から採取した熱の直接利用が可能な第二熱交換経路Ｄが構成される。

更に前記第一熱交換経路Ｃと前記第二熱交換経路Ｄを暖房時及び冷房時に適宜用いるために以下の切替手段ＭＶ１〜ＭＶ４及び循環用ポンプＰ３を有する。前記一次側分岐経路３２とバイパス経路３６との接続部には第一切替手段としての３方弁ＭＶ３，ＭＶ４が設けられている。また前記二次側分岐経路３４とバイパス経路３６との間には第二切替手段としての２方弁ＭＶ１，ＭＶ２が設けられている。更に前記バイパス経路３６には熱媒体循環用のポンプＰ３が設けられている。

また前記熱交換ユニットＡが端子台１３を有することは前述したが、この端子台１３は、冷房又は暖房の運転モードを切り替える冷暖房切替スイッチ４１からの信号を入力する入力端子１３ａと、冷房モード時に熱交換ユニットＡを利用して得た熱を利用する冷暖房機器１と地中から採取した熱を直接利用する冷暖房機器２とを識別するための２系統の制御入力端子１３ｂ，１３ｃを有している。更に端子台１３は、熱交換ユニットＡ外の各部材に対する出力端子、すなわち各切替手段ＭＶ１〜ＭＶ４に対して切替信号を出力する出力端子や、ポンプＰ３の駆動のＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する出力端子を有している。

［地中熱利用冷暖房システムの動作］
上述の如き構成を有する地中熱利用冷暖房システムＳの動作について説明する。本実施形態に係る地中熱利用冷暖房システムＳは、前記端子台１３の入力端子１３ａ及び制御入力端子１３ｂ，１３ｃに入力された信号に基づいて、不図示の制御部により、前記端子台１３の各出力端子に接続された各切替手段ＭＶ１〜ＭＶ４の切替やポンプＰ３の駆動ＯＮ／ＯＦＦ、更には熱交換ユニットＡの駆動ＯＮ／ＯＦＦを制御する。以下、冷房モード時の動作、暖房モード時の動作について順に説明する。

＜冷房モード＞
冷房モード時には、前記２系統の制御入力端子１３ｂ，１３ｃに入力される信号の組み合わせに基づいて、不図示の制御部により、各切替手段ＭＶ１〜ＭＶ４、ポンプＰ３、熱交換ユニットＡが以下に説明するように制御される。

冷房モード時に、２種の冷暖房機器１，２を運転する場合、前記２系統の制御入力端子１３ｂ，１３ｃに運転信号が入力される。この信号が入力されると、熱交換ユニットＡの各部（ヒートポンプユニット１１、ポンプＰ１，Ｐ２）に駆動ＯＮの信号が出力され、ポンプＰ３に駆動ＯＮの信号が出力される。同時に２方弁ＭＶ１，ＭＶ２が閉に切り替えられ、３方弁ＭＶ３，ＭＶ４が配管群Ｂ２からバイパス経路３６への経路のみを開くように（一次側分岐経路３２側は閉じる）に切り替えられる。

これにより、図１に示すように、上記２種ある冷暖房機器１，２のうち、送風タイプの冷暖房機器１であるファンコイルユニット１ａに対しては、複数の配管群Ｂのうちの配管群Ｂ１及び第一熱交換経路Ｃを用いて熱交換ユニットＡを利用して得た熱（例えば７℃）が供給される。ファンコイルユニット１ａは、前記熱交換ユニットＡを利用して得た熱による冷房運転がなされ、コイル部分に結露を生じさせることで室内を除湿及び冷房する。同時に、輻射タイプの冷暖房機器２である床冷暖房ユニット２ｂに対しては、熱交換ユニットＡが利用している配管群Ｂ１以外の他の配管群Ｂ２及び第二熱交換経路Ｄを用いて熱交換ユニットＡを利用せずに地中から採取した熱（例えば１５℃）が直接供給される。床冷暖房ユニット２ｂは、前記地中から採取した熱による冷房運転がなされ、地中で冷やされた熱媒体を直接循環させて、床面を結露させることなく冷やす。よって、装置構成が複雑になることなく、且つコスト高になることなく、複数種の冷暖房機器１，２に対して充分実用可能な、熱交換ユニットＡを通して得た熱と熱交換ユニットＡを通さずに地中から採取した熱を同時に利用することができ、複数種の冷暖房機器１，２を快適に利用することができる。

一般に、冷気の送風又は除湿目的の冷暖房機器１については７℃〜１０℃の低温の冷水（熱媒体）を必要とし、冷輻射を利用した冷暖房機器２に関しては１５℃〜２０℃程度の冷水（熱媒体）で充分効果が得られる。よって、冷気の送風又は除湿を目的とした冷暖房機器１に対しては熱交換ユニットＡによって冷やされた熱を、冷輻射利用の冷暖房機器２に対しては地中から採取した熱をそれぞれに供給することによって、エネルギー消費量を少なくしながら複数種の冷暖房機器を快適に利用することができる。

上記両冷暖房機器１，２の運転を停止する場合（両冷暖房機器を運転しない場合も同様）、前記２系統の制御入力端子１３ｂ，１３ｃに停止信号が入力される。この信号が入力されると、熱交換ユニットＡの各部に駆動ＯＦＦの信号が出力され、ポンプＰ３に駆動ＯＦＦの信号が出力される。なお、各切替手段ＭＶ１〜ＭＶ４の状態は上述した２温度同時供給時の状態と同様である。

また、上記２種の冷暖房機器１，２のうち、いずれか１種の冷暖房機器を運転する場合において、送風タイプの冷暖房機器１のみを運転する場合は、制御入力端子１３ｂにのみ運転信号が入力される。この信号が入力されると、熱交換ユニットＡの各部にのみ駆動ＯＮの信号が出力される。なお、各切替手段ＭＶ１〜ＭＶ４の状態は上述した２温度同時供給時の状態と同様であり、ポンプＰ３は停止状態（駆動ＯＦＦ）のままである。

これにより、熱交換ユニットＡを利用して得た熱を利用した、送風タイプの冷暖房機器１であるファンコイルユニット１ａのみの冷房運転をすることができる。

一方、輻射タイプの冷暖房機器２のみを運転する場合は、制御入力端子１３ｃにのみ運転信号が入力される。この信号が入力されると、ポンプＰ３にのみ駆動ＯＮの信号が出力される。なお、各切替手段ＭＶ１〜ＭＶ４の状態は上述した２温度同時供給時の状態と同様であり、熱交換ユニットＡの各部は停止状態（駆動ＯＦＦ）のままである。

これにより、熱交換ユニットＡを利用せずに地中から採取した熱を直接利用した、輻射タイプの冷暖房機器２のみの冷房運転をすることができる。よって、冷房運転時において、上記複数種の冷暖房機器１，２のうち、地中から採取した熱を直接利用する冷暖房機器２のみを使用する場合には、熱交換ユニットＡを停止し、バイパス経路３６中に配置された循環用ポンプＰ３の消費電力のみにて実現できる運転のため、低ランニングコストによる運転を実現できる。また、冷やされた熱媒体の温度が低くなり過ぎない為、過冷却による床表面及び床内部の結露を発生させることなく、涼感を得られるメリットがある。

なお、本実施形態では、ヘッダーボックス３５の切り替えにより、複数ある輻射タイプの冷暖房機器２ａ，２ｂのうち、床冷暖房ユニット２ｂのみ冷房運転をする場合を例示しているが、該ヘッダーボックス３５の切り替えにより、床暖房パネル２ａを同時に冷房運転することも可能であり、また床暖房パネル２ａのみを冷房運転することも可能である。

＜暖房モード＞
一方、暖房モード時は、各冷暖房機器１，２を運転するにあたって、地中から採取した熱は一般的に１５℃〜２０℃程度のため直接利用はせず、熱交換ユニットＡを利用して得た熱（例えば５５℃）を両冷暖房機器１，２に利用する。このため、前記２系統の制御入力端子１３ｂ，１３ｃのいずれか一方又は両方に運転信号が入力されても、第一熱交換経路Ｃ中の熱交換ユニットＡのみを運転状態（駆動ＯＮ）し、第二熱交換経路ＤのポンプＰ３は停止状態（駆動ＯＦＦ）のままである。

また各切替手段ＭＶ１〜ＭＶ４の状態は以下のようになる。

２種の冷暖房機器１，２を運転する場合、両機器１，２とも熱交換ユニットＡを利用して得た熱を利用するため、冷暖房機器が配置された側である二次側の２方弁ＭＶ１，ＭＶ２は開に切り替えられる。更に輻射タイプの冷暖房機器２側に配置されているヘッダーボックス３５の切り替えにより床暖房パネル２ａ、床冷暖房ユニット２ｂに前記熱が供給される。これにより両冷暖房機器１，２に熱交換ユニットＡを利用して得た熱が供給される。

２種の冷暖房機器１，２のうち一方のみを運転する場合も、前記二次側の２方弁ＭＶ１，ＭＶ２は開に切り替えられる。しかしながら、送風タイプの冷暖房機器１であるファンコイルユニット１ａのみを運転する場合には、前記ヘッダーボックス３５の切り替えにより輻射タイプの冷暖房機器２である床暖房パネル２ａ、床冷暖房ユニット２ｂへの前記熱の供給が遮断される。これにより、送風タイプの冷暖房機器Ａのみを暖房運転する場合には、該冷暖房機器Ａのみに熱交換ユニットＡを利用して得た熱が供給される。

また暖房モード時は、前述したように熱交換ユニットＡを利用して得た熱のみを利用するため、複数の配管群Ｂが利用できるように、熱交換ユニットＡの一次側の３方弁ＭＶ３，ＭＶ４は、配管群Ｂ２から一次側分岐経路３２への経路のみを開くように（バイパス経路３６側は閉じる）に切り替えられる。

送風タイプの冷暖房機器１としてのファンコイルユニット１ａは、暖房運転時、熱交換ユニットＡを利用して得た熱による温風を吹き出し暖房する。同様に、輻射タイプの冷暖房機器２としての床暖房パネル２ａ、床冷暖房ユニット２ｂも、暖房時は熱交換ユニットＡを介して高温の熱媒体を循環させて床面を暖める。

上述したように、本実施形態によれば、冷房運転時においては、複数種の冷暖房機器１，２のうち、送風タイプの冷暖房機器１に対しては熱交換ユニットＡを利用して得た熱を供給し、輻射タイプの冷暖房機器２に対しては地中から採取した熱を直接供給するため、好適な２温度の熱媒体を冷暖房機器の種類に応じてそれぞれ同時に利用することが可能となる。これにより、装置構成が複雑になることなく、且つコスト高になることなく、複数種の冷暖房機器１，２に対して充分実用可能な、熱交換ユニットＡを通して得た熱と熱交換ユニットＡを通さずに地中から採取した熱を同時に利用することができ、複数種の冷暖房機器１，２を快適に利用することができる。

また、冷房運転時において、上記複数種の冷暖房機器１，２のうち、地中から採取した熱を直接利用する輻射タイプの冷暖房機器２のみを使用する場合には、熱交換ユニットＡを停止し、熱交換ユニットＡを迂回するバイパス経路３６中に配置された循環用ポンプＰ３の消費電力のみにて実現できる運転のため、低ランニングコストによる運転を実現できる。

また、地中に埋設し熱媒体を循環させる多数の配管を複数の群に分けて複数の配管群Ｂとしているため、複数種の冷暖房機器１，２の冷房運転時には、熱交換ユニットＡを利用した熱交換に用いる配管群Ｂ１と、熱交換ユニットＡを利用しない直接利用のための配管群Ｂ２とに分けて利用することが可能である。これにより、冷房時に、熱交換ユニットで温度が上昇してしまった熱媒体を、直接利用のための冷媒として輻射タイプの冷暖房機器２に用いることを回避でき、複数種の冷暖房機器を快適に利用することができる。要は、地中熱の利用に際し、熱媒体を循環させる配管を複数の群に分けたことで、複数種の冷暖房機器が、冷暖房機器の要求する温度に応じて、使用に最適な配管の群を使用可能になり、これにより全体としてバランスのとれたシステムにすることができたのである。なお、このとき冷暖房機器の種類の組み合わせをも切り替えることで、より適切な配管群の使用が可能になる。

また、通常（現在の市販汎用）の熱交換ユニットに使用される電気系統は、本実施形態のように熱交換経路を２つ有することは想定されていないので、汎用の熱交換ユニットをそのまま使用できない。そこで、本実施形態では、前述したように、熱交換ユニットＡが、冷房又は暖房の運転モードを切り替える信号を入力する入力端子１３ａと、冷房モード時に熱交換ユニットＡを利用して得た熱を利用する送風タイプの冷暖房機器１と地中から採取した熱を直接利用する輻射タイプの冷暖房機器２とを識別するための２系統の制御入力端子１３ｂ，１３ｃと、を有する端子台１３を予め有している。このように、汎用の熱交換ユニットの電気系統を予め準備しておくことで、本実施形態のシステムの実施が容易になる。

なお、前述した実施形態では、冷暖房機器が配置された側である二次側の第二切替手段として、二次側分岐経路３４とバイパス経路４１との間に２方弁ＭＶ１，ＭＶ２を設けた構成を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば二次側分岐経路３４とバイパス経路２１との接続部に３方弁ＭＶ１，ＭＶ２を設けた構成としても良い。この場合、前記３方弁ＭＶ１，ＭＶ２は、冷房時はバイパス経路３６から輻射タイプの冷暖房機器２への経路のみを開く（二次側分岐経路３４側は閉じる）ように切り替えられ、暖房時は二次側分岐経路３４から輻射タイプの冷暖房機器２への経路のみを開く（バイパス経路３６側は閉じる）ように切り替えられる。その他の構成及び動作は前述した実施形態と同様である。この構成によっても前述した実施形態と同様の効果が得られる。

また前述した実施形態では、冷房時に熱交換ユニットに用いる配管群が単数である場合を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、前記熱交換ユニットに用いる配管群を複数とし、該複数の配管群を送風タイプの冷暖房機器が受ける熱媒体の温度状況によって選択的に利用可能としても良い。この構成により、例えば熱交換ユニットで温度が上昇した熱媒体を循環させ続けることで配管周囲の地中温度が上昇してしまうような状況下において、熱交換ユニットで温度が上昇した熱媒体を循環させる配管群を前記複数の配管群のうちの他の配管群に切り替えることで、再び熱交換ユニットに戻す熱媒体の温度を、該熱交換ユニットを用いた熱交換に利用可能な状態にすることができ、更に温度上昇してしまった配管群を次の利用に備えて休ませることができる。よって、冷暖房機器を快適に利用することができる。

また前述した実施形態では、送風タイプの冷暖房機器１としてファンコイルユニット１ａを、輻射タイプの冷暖房機器２として床暖房パネル２ａ、床暖房ユニット２ｂを例示したが、これに限定されるものではない。例えば送風タイプの冷暖房機器としてはエアコン、輻射タイプの冷暖房機器としては床にかぎらず、壁、天井、屋根などに配管し該配管に前述の熱媒体を循環させる冷暖房機器など、前述した実施形態において例示した冷暖房機器以外のものであっても良い。これらの冷暖房機器を適宜組み合わせて利用する冷暖房システムにおいても前述した本発明は有効である。

本発明の活用例として、住宅以外にも、事務所ビル、公共建物等でのオープンスペースでの床冷却による省エネ空調に適用することができ、また暖房システムしかない事務所ビル、公共建物等でのリフォームの展開も可能である。

本発明の実施の形態に係る地中熱利用冷暖房システムの模式説明図である。本発明の実施の形態に係る地中熱利用冷暖房システムの模式説明図である。

Ａ …熱交換ユニット
Ｂ …複数の配管群
Ｂ１，Ｂ２ …配管群
Ｃ …第一熱交換経路
Ｄ …第二熱交換経路
ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３，ＭＶ４ …切替手段
Ｐ１ …一次側循環用ポンプ
Ｐ２ …二次側循環用ポンプ
Ｐ３ …循環用ポンプ
Ｓ …地中熱利用冷暖房システム
１ …送風タイプの冷暖房機器
１ａ …ファンコイルユニット
２ …輻射タイプの冷暖房機器
２ａ …床暖房パネル
２ｂ …床冷暖房ユニット
１１ …ヒートポンプユニット
１１ａ …一次側熱交換部
１１ｂ …二次側熱交換部
１３ …端子台
１３ａ …入力端子
１３ｂ，１３ｃ …制御入力端子
２１ …埋設管
２２ …配管
３１ …一次側経路
３２ …一次側分岐経路
３３ …二次側経路
３４ …二次側分岐経路
３５ …ヘッダーボックス
３６ …バイパス経路
４１ …冷暖房切替スイッチ

Claims

複数種の冷暖房機器に地中熱を用いる地中熱利用冷暖房システムであって、
地中熱を利用した熱交換によって冷暖房機器が要求する温度を確保する熱交換ユニットと、
地中に埋設し熱媒体を循環させる多数の配管を複数の群に分けてなる複数の配管群と、
前記複数の配管群から前記熱交換ユニットを介して冷暖房機器につながる第一熱交換経路と、
前記複数の配管群から前記熱交換ユニットを迂回して冷暖房機器に直接つながる第二熱交換経路と、
を有し、
複数種の冷暖房機器の冷房運転時に、複数種ある冷暖房機器のうち、送風タイプの冷暖房機器に対しては、前記複数の配管群のうちの一部の配管群及び前記第一熱交換経路を用いて前記熱交換ユニットを利用して得た熱を供給すると同時に、輻射タイプの冷暖房機器に対しては、前記熱交換ユニットが利用している一部の配管群以外の他の配管群及び前記第二熱交換経路を用いて前記熱交換ユニットを利用せずに地中から採取した熱を直接供給することが可能であることを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。
前記熱交換ユニットは、冷房又は暖房の運転モードを切り替える信号を入力する入力端子と、冷房モード時に熱交換ユニットを利用して得た熱を利用する冷暖房機器と地中から採取した熱を直接利用する冷暖房機器とを識別するための２系統の制御入力端子と、を有する端子台を有することを特徴とする請求項１に記載の地中熱利用冷暖房システム。
前記熱交換ユニットに用いる配管群は複数であって、該複数の配管群は冷暖房機器が受ける熱媒体の温度状況によって選択的に利用可能であることを特徴とする請求項１に記載の地中熱利用冷暖房システム。