JP6400055B2 - 温水暖房システム - Google Patents

Description

本発明は、高温流体から室内空気に熱エネルギーを伝える熱交換器を備える温水暖房システムに関する。

屋外から室内に外気を取り込む換気システムは一般に知られる。例えば寒冷地では冬場に室内空間全体が暖められる。その一方で、外気は摂氏０度以下に下がることも珍しくない。こうした低温の外気が室内の吹出口から流れ込むと、室内に局所的に低温空間が発生し、居住者は不快感を覚えてしまう。

特開平１１−２６４５６０号公報 特開平８−５４１３３号公報

特許文献１は暖房装置を開示する。換気にあたって屋外から取り込まれた外気は暖房装置で暖められ室内に導入される。外気の取り込みにあたって断熱層と内壁との間に壁内空間が区画される。大がかりな構造変更が必要であって、簡単に住宅に適用することができない。特許文献２は暖房換気装置を開示する。同様に外気は床や壁、天井などの中空部材内に導入されることから、大がかりな構造変更が必要であって、簡単に住宅に適用することができない。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、大がかりな構造変更を必要とせずに、換気にあたって冷気の導入の回避を実現することができる温水暖房システムを提供することを目的とする。

本発明の第１側面によれば、流体に熱エネルギーを加えて高温流体を生成するボイラーと、前記ボイラーに接続されて、前記高温流体から室内空気に熱エネルギーを伝える第１熱交換器と、屋外から取り込む外気を室内に向けて案内する配管に組み入れられて、前後の前記配管との間で直線性を維持しながら前記外気の通路を形成する筒部材と、前記第１熱交換器に並列に前記ボイラーに接続されて、前記筒部材内に配置され前記外気に前記高温流体から熱エネルギーを伝える第２熱交換器とを備える温水暖房システムが提供される。

第２側面によれば、第１側面の構成に加えて、前記第１熱交換器は、床に埋め込まれる温水管を含む。

第３側面によれば、第１または第２側面の構成に加えて、前記第１熱交換器は、床上に設置されるパネルヒーターを含む。第１熱交換器は、ヒーターパネルと、床に埋め込まれる温水管とを並列に含んでもよく、ヒーターパネルを利用せずに温水管を利用してもよく、温水管を利用せずにヒーターパネルを利用してもよい。ヒーターパネルおよび温水管は部屋ごとに使い分けられてもよい。

第４側面によれば、第１〜第３側面のいずれかの構成に加えて、前記筒部材は断熱材から形成される。

第５側面によれば、第１〜第４側面のいずれかの構成に加えて、前記第２熱交換器は、前記筒部材の軸方向に内周面に沿って螺旋形状で延びる第１流通路と、前記第１流通路から連続し、前記第１流通路の内側で前記軸方向に逆向きに螺旋形状で延びる第２流通路とを有する。

第６側面によれば、住宅は、第１〜第５側面に係る構成を有する温水暖房システムを備える。

第１側面によれば、第１熱交換器はいわゆる暖房装置として機能し室内空気を暖める。暖められた室内空気を暖めるので、最小限の熱エネルギーで室内空気の温度は維持されることができる。換気で屋外から取り込まれる外気は第２熱交換器で暖められて室内に導入される。したがって、暖房時に、室内に冷気が導入されることは回避される。良好な室内環境が維持されたまま換気は実現されることができる。こうした換気の実現にあたって、第２熱交換器は予め筒部材内に組み込まれることができ、筒部材は既存の配管構造に簡単に組み入れられることができる。住宅の建築にあたって大がかりな構造変更は要求されない。特に、筒部材では前後の配管との間で直線性が維持されることから、外気の流通抵抗の増大は発生せずに、筒部材内で外気の滞留は回避される。したがって、外気の温度分布は均一化されることができる。外気の流速に応じて外気の温度は的確に制御されることができるので、外気に対して過度の加熱や加熱不足は阻止されることができる。換気される室内では良好な温度環境は確保される。一般に、熱交換器では、放出される熱エネルギーと気体の流速とに基づき気体の温度は調整される。したがって、気体の流速が安定しなければ、気体の温度を調整することは難しい。その結果、気体の温度制御は複雑化する。

しかも、第２熱交換器は第１熱交換器に並列にボイラーに接続されるので、ボイラーから第１熱交換器に流入する高温流体から分岐して第２熱交換器にも高温流体が流入するので、換気で室内に流入する空気の温度は室内の暖房能力に連動することができる。例えば外気温が低下して室内の暖房能力が高まると、換気に利用される第２熱交換器の加温能力も高まる。こうして換気で室内に流入する空気の温度は室内の空気の温度に追従することができる。在室者は換気で外気から室内に流入する空気に違和感を感ぜずに済む。

第２側面によれば、第１熱交換器は床暖房を提供する。床暖房は、床からの輻射熱を利用して室内空間を温める。

第３側面によれば、第１熱交換器は床上暖房を提供する。床上暖房は、パネルヒーターからの輻射熱を利用して室内空間を温める。

第４側面によれば、第２熱交換器に導入される熱エネルギーが筒部材の外側に逃げることが防止され、熱エネルギーは効率的に外気に伝達されることができる。

第５側面によれば、限られたスペースで効率的に第２熱交換器は外気に熱エネルギーを伝達することができる。

第６側面によれば、暖房時に、室内に向かって冷気の導入を回避することができる住宅は提供される。この住宅では、良好な室内環境が維持されたまま換気は実現される。こうした換気の実現にあたって住宅では大がかりな構造変更は要求されない。

換気システムを備えた住宅の構造を概略的に示す垂直断面図である。 熱交換ユニットの構造を概略的に示す拡大垂直断面図である。 温水暖房システムの全体構成を概略的に示す概念図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

図１は住宅の全体像を概略的に示す。住宅１１は地面１２に設置される基礎１３を備える。基礎１３はコンクリートから形成される。ここでは、基礎１３にはベタ基礎が用いられる。ベタ基礎は地面１２から垂直方向に立ち上がる立ち上がり１３ａを備える。立ち上がり１３ａの内側は基礎スラブ１３ｂが連続する。基礎スラブ１３ｂ上には立ち上がり１３ａに囲まれた床下空間１４が区画される。外周に沿って立ち上がり１３ａの内側には配管１５が敷設される。基礎１３の外周は断熱材１６で覆われる。

基礎１３の立ち上がり１３ａ上に床および壁の構造体１７が設置される。構造体１７は、相互に向き合う立ち上がり１３ａに橋渡されて水平方向に延びる複数の角材１８を備える。角材１８上に複数層の床材１９が支持される。こうして床２１は形成される。床材１９は上方から床下空間１４を塞ぐ。

基礎１３の立ち上がり１３ａ上には壁材２２が支持される。壁材２２は立ち上がり１３ａ上で鉛直方向に広がる。壁材２２は、板面で室内空間に面する内板２２ａと、内板２２ａに平行に広がって内板２２ａとの間に断熱材を挟み込む外板２２ｂとを備える。外板２２ｂの外側は例えばサイディングといった外壁２３で覆われる。壁材２２は例えば２Ｘ４（ツーバイフォー）や２Ｘ６（ツーバイシックス）と称されるものであればよい。

壁材２２の上端には天井材２５が結合される。天井材２５は床２１に平行に水平に広がる。天井材２５は、例えば下階の天井を形成する天井板２５ａと、上階の床を形成する床板２５ｂとを備えればよい。天井板２５ａと床板２５ｂとの間には天井裏空間２６が区画される。床材１９、壁材２２および天井材２５は室内空間２７を区画する。

住宅１１には本発明の一実施形態に係る換気システム３１が組み込まれる。換気システム３１は、例えばユニットバス３２の天井面に埋め込まれるバス換気ユニット３３を備える。バス換気ユニット３３は第１吸込口３３ａおよび第２吸込口３３ｂを備える。第１吸込口３３ａはバスルーム３４内に面してバスルーム３４内の空気を吸い込む。第２吸込口３３ｂにはトイレ３５や洗面所の天井面に開口する吸込グリル３６が接続される。吸込グリル３６と第２吸込口３３ｂとはダクト３７で接続される。ダクト３７は天井裏空間２６に配置される。

バス換気ユニット３３は排気ポート３８を備える。排気ポート３８は住宅１１の外壁２３で開口する。第１吸込口３３ａおよび第２吸込口３３ｂから吸い込まれた空気は排気ポート３８から屋外に逃される。こうした空気の流れは、バス換気ユニット３３内に組み込まれる送風機（図示されず）によって生成される。送風機は、電力の供給を受けてファンブレードを回転駆動するファンユニットで構成されればよい。送風機の働きで室内空気は第１吸込口３３ａや吸込グリル３６から強制的に吸引され屋外に開放される。

換気システム３１は、住宅１１の外壁２３に開口する取込口４１と、室内空間２７の壁面に開口する吹出口４２とを備える。吹出口４２はバスルーム３４やトイレ３５、洗面所以外で例えばリビングルームに配置される。取込口４１および吹出口４２は配管４３で相互に接続される。配管４３は、例えば床下空間１４に配置されるアルミニウム製のフレキシブルダクト４４を備える。送風機の送風機能に応じて室内に負圧が生じると、屋外の外気は取込口４１から配管４４内に取り込まれる。取り込まれた外気は室内の負圧の働きで取込口４１から吹出口４２まで案内され、吹出口４２から室内に向けて吹き出される。

換気システム３１には、温水暖房システムの熱交換ユニット４５が組み込まれる。熱交換ユニット４５は床下空間１４に配置される。熱交換ユニット４５は、換気システム３１の配管４３に組み入れられて、外気の通路を形成する筒部材４６を備える。筒部材４６は配管４３の一部を構成する。筒部材４６は例えば金属に比べて低い熱伝導率を有する断熱材から成形される。熱交換ユニット４５は、例示のようにフレキシブルダクト４４と吹出口４２との間に配置されてもよく、取込口４１とフレキシブルダクト４４との間に配置されてもよい。

図２に示されるように、熱交換ユニット４５は、高温流体の供給源に接続され筒部材４６内に配置されて、外気に高温流体から熱エネルギーを伝える熱交換器４７を備える。熱交換器４７は、筒部材４６の軸方向に内周面に沿って螺旋形状で延びる第１流通路４８と、第１流通路４８から連続し、第１流通路４８の内側で軸方向に逆向きに螺旋形状で延びる第２流通路４９とを有する。第１流通路４８および第２流通路４９は例えば銅管から成形される。第１流通路４８は一端に筒部材４６の外側に配置される第１接続端５１を有する。同様に、第２流通路４９は一端に筒部材４６の外側に配置される第２接続端５２を有する。第１接続端５１および第２接続端５２の位置は筒部材４６の軸方向に揃えられるとよい。熱交換器４７は、筒部材４６内を流通する外気に高温流体から熱エネルギーを伝える。

図３に示されるように、住宅１１には本発明の一実施形態に係る温水暖房システム５４が組み込まれる。温水暖房システム５４は、例えば主成分としてプロピレングリコールを含有する不凍液といった液体に熱エネルギーを加えて高温流体を生成するボイラー５５と、ボイラー５５に接続されて、ボイラー５５から出てボイラー５５に入る循環経路５６とを備える。ボイラー５５は灯油や電気、ガスなどを高温流体の熱エネルギー源として利用する。ボイラー５５は高温流体の供給源として機能する。

循環経路５６は、高温流体から室内空間２７の空気に熱エネルギーを伝える暖房用の熱交換器（以下「第１熱交換器」という）５７と、換気システム３１に利用される前述の熱交換器（以下「第２熱交換器」という）４７とを備える。第１熱交換器５７は、循環経路５６に並列に挿入されて、床２１に埋め込まれる温水管５８と、同様に循環経路５６に並列に挿入されて、床２１上に設置されるパネルヒーター５９とを含む。温水管５８およびパネルヒーター５９には個々に温水（＝温められた不凍液）が流通する。温水管５８は、玄関土間やリビングルーム、ダイニングルーム、キッチン、ホール、廊下といった仕切られた空間ごとに設置されればよい。温水管５８は、床材１９の間に挟まれて温水に基づき床材１９を温める。温められた床材１９は輻射熱で室内空気を暖める。パネルヒーター５９は、温水に基づき輻射熱で室内空気を暖める。パネルヒーター５９と温水管５８とは、住宅１１内で仕切られた空間ごとに使い分けられればよい。

第２熱交換器４７は第１熱交換器５７に並列に循環経路５６に挿入される。第２熱交換器４７の第１接続端５１はボイラー５５から延びる供給用の配管６１ａに接続される。第２熱交換器４７の第２接続端５２はボイラー５５に向かって延びる帰還用の配管６１ｂに接続される。第１接続端５１および対応の配管６１ａ、並びに、第２接続端５２および対応の配管６１ｂは相互に分離可能に結合されてもよい。

循環経路５６には配管１５がさらに接続される。配管１５にはボイラー５５からの高温流体が流通する。配管１５の輻射熱は床下空間１４の空気を暖める。

温水暖房システム５４が作動すると、ボイラー５５で高温水（＝高温の不凍液）が生成される。循環経路５６から温水管５８やパネルヒーター５９、熱交換ユニット４５に高温水は供給される。温水管５８は、玄関土間やリビングルーム、ダイニングルーム、キッチン、ホール、廊下といった仕切られた空間ごとに床暖房を構成する。こうして温水暖房システム５４は床２１からの輻射熱で室内空間を温める。同様に、パネルヒーター５９は、トイレや物干しスペース、和室、２階の部屋に設置されて、仕切られた部屋ごとに床上暖房を構成する。こうして温水暖房システム５４はパネルヒーター５９からの輻射熱で室内空間を温める。第１熱交換器５７はいわゆる暖房装置として機能し室内空気を暖める。暖められた室内空気を暖めるので、最小限の熱エネルギーで室内空気の温度は維持されることができる。

換気システム３１でバス換気ユニット３３が動作すると、第１吸込口３３ａおよび吸込グリル３６から室内空気はバス換気ユニット３３に吸い込まれる。室内空間２７に負圧が生成され、屋外の外気は取込口４１から配管４４内に取り込まれる。取り込まれた外気は室内の負圧の働きで取込口４１から吹出口４２まで案内され、吹出口４２から室内に向けて吹き出される。こうして室内空間２７に外気は導入される。換気は実現される。

換気で屋外から取り込まれる外気は第２熱交換器４７で暖められて室内に導入される。したがって、暖房時に、室内に冷気が導入されることは回避される。良好な室内環境が維持されたまま換気は実現されることができる。こうした換気の実現にあたって、第２熱交換器４７は予め筒部材４６内に組み込まれて熱交換ユニット４５に組み立てられることができ、筒部材４６は既存の配管構造に簡単に組み入れられる。住宅１１の建築にあたって大がかりな構造変更は要求されない。

熱交換ユニット４５の筒部材４６は断熱材から形成される。第２熱交換器４７に導入される熱エネルギーが筒部材４６の外側に逃げることが防止され、熱エネルギーは効率的に外気に伝達されることができる。

第２熱交換器４７は、筒部材４６の軸方向に第１方向に内周面に沿って螺旋形状で延びる第１流通路４８と、第１流通路４８から連続し、第１流通路４８の内側で第１方向に逆向きの第２方向に螺旋形状で延びる第２流通路４９とを有する。限られたスペースで効率的に第２熱交換器４７は外気に熱エネルギーを伝達することができる。

なお、住宅１１では、第１熱交換器５７は、床２１に埋め込まれる温水管５８を含まずにパネルヒーター５９を含んでもよく、逆にパネルヒーター５９を含まずに床暖房用の温水管５８を含んでもよい。

１１…住宅、２１…床、２３…外壁、３１…換気システム、４１…取込口、４２…吹出口、４３…配管、４６…筒部材、４７…第２熱交換器（熱交換器）、４８…第１流通路、４９…第２流通路、５１…接続端（第１接続端）、５２…接続端（第２接続端）、５４…温水暖房システム、５５…高温流体の供給源としてのボイラー、５７…第１熱交換器（暖房用の熱交換器）、５８…温水管、５９…パネルヒーター。

Claims (6)

1. 流体に熱エネルギーを加えて高温流体を生成するボイラー（５５）と、
   前記ボイラー（５５）に接続されて、前記高温流体から室内空気に熱エネルギーを伝える第１熱交換器（５７）と、
   屋外から取り込む外気を室内に向けて案内する配管（４３）に組み入れられて、前後の前記配管（４３）との間で直線性を維持しながら前記外気の通路を形成する筒部材（４６）と、
   前記第１熱交換器（５７）に並列に前記ボイラー（５５）に接続されて、前記筒部材（４６）内に配置され前記外気に前記高温流体から熱エネルギーを伝える第２熱交換器（４７）と
   を備えることを特徴とする温水暖房システム。
2. 請求項１に記載の温水暖房システムにおいて、前記第１熱交換器（５７）は、床（２１）に埋め込まれる温水管（５８）を含むことを特徴とする温水暖房システム。
3. 請求項１または２に記載の温水暖房システムにおいて、前記第１熱交換器（５７）は、床上に設置されるパネルヒーター（５９）を含むことを特徴とする温水暖房システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の温水暖房システムにおいて、前記筒部材（４６）は断熱材から形成されることを特徴とする温水暖房システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の温水暖房システムにおいて、
   前記第２熱交換器（４７）は、
   前記筒部材（４６）の軸方向に内周面に沿って螺旋形状で延びる第１流通路（４８）と、
   前記第１流通路（４８）から連続し、前記第１流通路（４８）の内側で前記軸方向に逆向きに螺旋形状で延びる第２流通路（４９）と、
   を有することを特徴とする温水暖房システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の温水暖房システム（５４）を備えることを特徴とする住宅。

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