特許 6095606 室内冷暖房方法、室内冷暖房装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6095606

(24)【登録日】2017年2月24日

(45)【発行日】2017年3月15日

(54)【発明の名称】室内冷暖房方法、室内冷暖房装置

(51)【国際特許分類】

   F24F 5/00 20060101AFI20170306BHJP

   F24F 11/02 20060101ALI20170306BHJP

   F24D 3/00 20060101ALI20170306BHJP

   F24D 3/14 20060101ALI20170306BHJP

   E04B 1/76 20060101ALI20170306BHJP

【ＦＩ】

   F24F5/00 101B

   F24F11/02 102U

   F24D3/00 Q

   F24D3/00 S

   F24D3/14

   E04B1/76 200Z

【請求項の数】7

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-92920(P2014-92920)

(22)【出願日】2014年4月28日

(65)【公開番号】特開2015-210045(P2015-210045A)

(43)【公開日】2015年11月24日

【審査請求日】2016年1月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】394005649

【氏名又は名称】小松原 進

(74)【代理人】

【識別番号】110000121

【氏名又は名称】アイアット国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】小松原 進

【審査官】 岡澤 洋

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−１５２３２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１３０６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第２７７１９５５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１０−０２４７８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｆ ５／００

Ｆ２４Ｆ １１／０２

Ｅ０４Ｂ １／７６

Ｆ２４Ｄ ３／００

Ｆ２４Ｄ ３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

周囲を断熱材で囲まれた室内の床下に、断熱材であるシンダーコンクリートを配置し、そのシンダーコンクリート中に埋設された管体を流通する水を、０．２ｍ／秒〜０．８ｍ／秒の流速で通流させ、
前記水の前記管体に対する入り口部と戻り口部の温度差が０．５℃以内となるように前記流速を制御し、
所望の床表面温度に対し温度差が暖房時に１０℃以内となるように、冷房時にはマイナス７℃以内となるように前記水の温度を制御し、
前記水を前記管体内に常時循環させて室内温度を制御し、
前記戻り口部で前記水の温度を検出し、その検出温度を利用して熱交換器を間欠運転させ、その水の温度と前記床表面温度との差が５℃以内になるように前記水の温度を制御する、
ことを特徴とする室内冷暖房方法。

【請求項2】

請求項１に記載の室内冷暖房方法において、
前記流速を０．４ｍ／秒〜０．６ｍ／秒とし、かつ前記管体中を流れる水の流量を１５リットル／分〜２０リットル／分とする、
ことを特徴とする室内冷暖房方法。

【請求項3】

室内の床下に、水を通流する管体を断熱材であるシンダーコンクリート中に埋設し、前記室内の周囲を断熱材で囲む建物構造に設置される室内冷暖房装置であって、
前記水の温度を制御する熱交換器と、
前記水を前記管体に送流するポンプと、を有し、
前記水を、０．２ｍ／秒〜０．８ｍ／秒の流速で前記管体を通流し、
前記水の前記管体に対する入り口部と戻り口部の温度差が０．５℃以内となるように、前記流速を制御し、
所望の床表面温度に対し温度差が暖房時に１０℃以内となるように、冷房時にはマイナス７℃以内となるように前記水の温度を制御し、
前記水を前記管体内に常時循環させて室内温度を制御し、
前記戻り口部で前記水の温度を検出し、その検出温度を利用して熱交換器を間欠運転させ、その水の温度と前記床表面温度との差が５℃以内になるように前記水の温度を制御する、
ことを特徴とする室内冷暖房装置。

【請求項4】

請求項３に記載の室内冷暖房装置において、
前記建物構造は、前記床下の断熱材と、屋根部および外壁部に断熱施工が施されている、
ことを特徴とする室内冷暖房装置。

【請求項5】

請求項３に記載の室内冷暖房装置において、
前記建物構造は、前記床下の断熱材と、屋根部、外壁部および天井部に断熱施工が施され、
前記天井部には、天井地板の下側に断熱材が設置され、前記断熱材の下側に天井仕上げ材が設置されている、
ことを特徴とする室内冷暖房装置。

【請求項6】

請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の室内冷暖房装置において、
前記水の温度を制御する熱交換器と、
前記水を前記管体に送流するポンプと、を有し、
前記水を、０．２ｍ／秒〜０．８ｍ／秒の流速で前記管体を通流し、
前記水の前記管体に対する入り口部と戻り口部の温度差が０．５℃以内となるように前記流速を制御し、
所望の床表面温度に対し温度差が暖房時に１０℃以内となるように、冷房時にはマイナス７℃以内となるように前記水の温度を制御し、
前記水を前記管体内に常時循環させて室内温度を制御する、
ことを特徴とする室内冷暖房装置。

【請求項7】

請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の室内冷暖房装置において、
前記流速を０．４ｍ／秒〜０．６ｍ／秒とし、かつ前記管体中を流れる水の流量を１５リットル／分〜２０リットル／分とする、
ことを特徴とする室内冷暖房装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、室内冷暖房方法、およびこの室内冷暖房方法を用いた室内冷暖房装置に関する。

【背景技術】

【0002】

室内空間のどの場所においても温度差が少なく、心地よい温度環境を保つための室内冷暖房装置として、特許文献１に開示された本発明者による床下に熱媒体としての温水を循環させる冷暖房装置がある。特許文献１による室内冷暖房装置は、床下に配設される加温された温水または冷却された水を通流する銅管をシンダーコンクリート中に埋設し、温水と室内温度の平衡を保つことで、室内の暖房または冷房を行うものである。そして、この室内冷暖房装置は、１分間に５０リットルの流量の水を、１．５ｍ／秒の流速で銅管内に通流させるように制御している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第２７７１９５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されている室内冷暖房装置によれば、それより以前の室内冷暖房装置を用いたときよりも室内温度の制御が改善されている。しかし、１分間に５０リットルという大量の温水を毎秒１．５ｍの高速で銅管内を循環させているため、銅管内壁や他の配管内壁の摩耗などにより劣化（たとえば銅管に穴が開きやすいなど）が進むことが予測される。また、床下以外の室内周囲の断熱が十分でない場合に、室内と室外の間の温度移動により、室内温度が変動しやすく、適切な温度制御が困難となりやすい。

【0005】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、室内を効率よく冷暖房することが可能で、温度制御が容易となり、しかも高い耐久性を備える室内冷暖房方法および室内冷暖房装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明の室内冷暖房方法は、周囲を断熱材で囲まれた室内の床下に、断熱材であるシンダーコンクリートを配置し、そのシンダーコンクリート中に埋設された管体を流通する水を、０．２ｍ／秒〜０．８ｍ／秒の流速で通流させ、水の管体に対する入り口部と戻り口部の温度差が０．５℃以内となるように流速を制御し、所望の床表面温度に対し温度差が暖房時に１０℃以内となるように、冷房時にはマイナス７℃以内となるように水の温度を制御し、水を管体内に常時循環させて室内温度を制御し、戻り口部で水の温度を検出し、その検出温度を利用して熱交換器を間欠運転させ、その水の温度と床表面温度との差が５℃以内になるように水の温度を制御する、こととする。

【0007】

また、上記発明に加えて、流速を０．４ｍ／秒〜０．６ｍ／秒とし、かつ管体中を流れる水の流量を１５リットル／分〜２０リットル／分とする、ことが好ましい。

【0009】

また、本発明の室内冷暖房装置は、室内の床下に、水を通流する管体を断熱材であるシンダーコンクリート中に埋設し、室内の周囲を断熱材で囲む建物構造に設置される室内冷暖房装置であって、水の温度を制御する熱交換器と、水を管体に送流するポンプと、を有し、水を、０．２ｍ／秒〜０．８ｍ／秒の流速で管体を通流し、水の管体に対する入り口部と戻り口部の温度差が０．５℃以内となるように、流速を制御し、所望の床表面温度に対し温度差が暖房時に１０℃以内となるように、冷房時にはマイナス７℃以内となるように水の温度を制御し、水を管体内に常時循環させて室内温度を制御し、戻り口部で水の温度を検出し、その検出温度を利用して熱交換器を間欠運転させ、その水の温度と床表面温度との差が５℃以内になるように水の温度を制御する、こととする。

【0010】

また、上記発明に加えて、建物構造は、床下の断熱材と、屋根部および外壁部に断熱施工が施されている、ことが好ましい。

【0011】

また、上記発明に加えて、建物構造は、床下の断熱材と、屋根部、外壁部および天井部に断熱施工が施され、天井部には、天井地板の下側に断熱材が設置され、断熱材の下側に天井仕上げ材が設置されている、ことが好ましい。

【0012】

また、上記発明に加えて、水の温度を制御する熱交換器と、水を管体に送流するポンプと、を有し、水を、０．２ｍ／秒〜０．８ｍ／秒の流速で管体を通流し、水の管体に対する入り口部と戻り口部の温度差が０．５℃以内となるように流速を制御し、所望の床表面温度に対し温度差が暖房時に１０℃以内となるように、冷房時にはマイナス７℃以内となるように水の温度を制御し、水を管体内に常時循環させて室内温度を制御する、ことが好ましい。

【0013】

また、上記発明に加えて、流速を０．４ｍ／秒〜０．６ｍ／秒とし、かつ管体中を流れる水の流量を１５リットル／分〜２０リットル／分とする、ことが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施の形態に係る室内冷暖房装置の全体構成を示す説明図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る銅管の形態の一部を示す斜視図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る床下構造部を示す正面断面図である。

【図4】図３に対して側面方向から視認した断面図である。

【図5】本発明の実施の形態に係る一般住宅（平屋）における断熱構造を模式的に示す構造説明図である。

【図6】本発明の実施の形態に係る建物の断熱構造の一部を模式的に示す構造説明図である。

【図7】本発明の実施の形態による２階フロアの床下構造を示す断面図である。

【図8】外気温、室内温度、温水温度を連続的に測定した測定記録（冬季早朝）である。

【図9】外気温、室内温度、温水温度を連続的に測定した測定記録（冬季昼前後）である。

【図10】外気温、室内温度、温水温度を連続的に測定した測定記録（夏季昼前後）である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態に係る室内冷暖房方法、および室内冷暖房装置について図面を参照しながら説明する。なお、「冷暖房」とは、冷房と暖房の両方を行う場合、冷房のみを行う場合および暖房のみを行う場合の３種類を含むものとする。

【0017】

（室内冷暖房装置１の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る室内冷暖房装置１の全体構成を示す説明図である。室内冷暖房装置１は、床下に熱媒体としての水を通流させて、床材を介して室内の冷房および暖房を可能にした床冷暖房装置である。まず、室内冷暖房装置１を暖房装置として使用する場合の構成について、熱媒体としての水（温水）の通流経路に従って説明する。図１に示すように、室内冷暖房装置１は、建物外から水を取り入れて貯留する補給水装置２と、暖房系の熱交換器としてのボイラー３を有している。補給水装置２とボイラー３の間には、ポンプ４が備えられており、ポンプ４によって補給水装置２に取り込まれた水がボイラー３に送り込まれる。補給水装置２からの水供給は、循環される水が減少した場合にその減少を検知して行われる。

【0018】

さらに、室内冷暖房装置１は、ボイラー３より下流側に往管ヘッダー５と、ボイラー３によって所定の温度に加温された温水を床下に通流させる管体としての銅管６を備えている。なお、ボイラー３で加温されて、ボイラー３から銅管６、銅管６からボイラー３というように還流される水を温水と呼ぶ。本実施の形態では、銅管６は、銅管７および銅管８の二系列で構成され、往管ヘッダー５によって温水を銅管７、銅管８各々に分岐して通流させている。銅管６を床下に敷設する場合は、暖房しようとする室内の床下全面にわたってほぼ等間隔に蛇行させて配置される。銅管６は、建物（部屋）の広さ、暖房対象の部屋の間仕切り構成、または床下構造によって一系列または三系列以上の分割構成とすることができる。銅管７，８の下流側には、環管ヘッダー９が備えられ、環管ヘッダー９は銅管７，８を通流する温水を1本の通流路にまとめてボイラー３に送流する。これらポンプ４、ボイラー３、往管ヘッダー５、銅管６、および環管ヘッダー９などで、温水を回路内で循環させる暖房系の循環機構を構成している。図１では、この循環路を太い実線の矢印で示している。

【0019】

ボイラー３から銅管６を経てポンプ４に戻るように循環する回路は閉回路である。往管ヘッダー５によって温水の流れを切り換えることによって部屋ごとに暖房の切り換えをするといった制御が可能である。ただし、銅管７と銅管８の両方に温水を常時通流させておく方が、暖房効果（後述する冷房効果も含む）が高められる。なお、工場等の広い室内を暖房する場合は、面積に応じたボイラー３およびポンプ４の能力によるが１０００ｍ^２〜１５００ｍ^２の暖房が可能である。その場合はリバースリターン方式の配管を用い、往管ヘッダーおよび還管ヘッダーを増設する。

【0020】

ボイラー３には、密閉膨張タンク１０が接続されている。密閉膨張タンク１０は、ボイラー３内の膨張水を吸収する機能を備える。密閉膨張タンク１０は、ボイラー３の膨張水を空気に触れさせずに吸収し、空気との接触による銅管６内の酸化腐食を抑制する。また、ボイラー３には、不図示の燃料タンクが接続され、ボイラー３に燃料を供給する。ボイラー３の燃料としては、灯油が一般的であるが、プロパンガス（石油ガス）や都市ガス（液化天然ガス）を用いるボイラーも使用可能である。あるいは、熱交換器として電熱を用いることや、温泉熱等を用いることも可能である。

【0021】

本実施の形態において、管体として銅管６を使用した理由は、温水の流動性を高めることと、管体の耐久性を考慮したことによる。もちろん、銅以外の材質の管体を使用することも可能である。

【0022】

なお、熱媒体としての水は、地下水や自然流水なども使用可能であるが、ある程度気泡が除去され、しかも水質が管理された上水道水を用いることが好ましい。水質が管理されている上水道水を用いることで、銅管６の腐食などを抑制して耐久性を向上させることが期待できる。なお、熱媒体として不凍液があるが、水道水よりも熱伝導率が高く（比熱が小さい）、流動性が悪いので、本実施の形態の室内冷暖房装置１には適さない。しかし、別荘など常時居住しない建物の場合は、その限りでない。

【0023】

続いて、室内冷暖房装置１を冷房装置として使用する場合の構成について、図１を参照しながら熱媒体としての水の通流経路に従って説明する。なお、室内冷暖房装置１は、既述した暖房装置の構成に加えて、補給水装置２と往管ヘッダー５との間に冷房系の熱交換器としてのクーリングタワー１１、およびポンプ１２が配置されている。補給水装置２に貯留された水は、クーリングタワー１１に送り込まれる（図１では、この循環路を一点鎖線の矢印で示している）。クーリングタワー１１で冷却された水は、ポンプ１２によって往管ヘッダー５で分岐されて銅管７と銅管８に通流される。これらクーリングタワー１１、ポンプ１２、往管ヘッダー５、銅管６、および環管ヘッダー９などで、温水を回路内に循環させる冷房系の循環機構を構成している。クーリングタワー１１からポンプ１２へ、ポンプ１２から銅管６へ、銅管６からクーリングタワー１１に戻るように循環路が形成されている。この循環路を図１では点線の矢印で示している。なお、以下の説明では暖房用に加温された水と、冷房用に冷却された水の両者について温水と記載することとする。

【0024】

冷却用の熱交換器としては、自然エネルギーを用いることが可能である。自然エネルギーを用いる方法としては、たとえば、建物の近くに水温が室温より低く（たとえば、２５℃以下）、ほぼ一定の流量がある小河川や、井戸水などを用いることが可能である。このような場合、小河川の流水や井戸水の中に冷却用管体を敷設して管体内の水を冷却するので、クーリングタワー１１よりも設備投資を抑えることが可能となる。また、冷房用の熱交換器として小型のチラーを用いることができ、クーリングタワー１１よりも設備投資を抑えることが可能となる。

【0025】

なお、以上説明したポンプ４およびポンプ１２は、温水の所定流量に合わせて選択される。たとえば、回路中に通流させる温水の流量を毎分２０リットルとする場合には、送流能力が毎分２０リットルのポンプを選択することが好ましい。言い換えれば、そのポンプ能力に見合った流量および流速を所定範囲内の適切な値に制御する。

【0026】

なお、補給水装置２には、ポンプ１３が配置されている。温水が循環する暖房系の回路、および冷房系の回路は共に閉回路となっており、通常、これらの回路が完全に密閉されていれば水の補給は必要ない。しかし実際には、循環中にわずかずつ水が減少してしまう。そこで、回路中の温水の減少を検知した場合にはポンプ１３を運転して、補給水装置２から暖房系回路または冷房系回路に水を補給する。

【0027】

また、水の通流回路には、三方弁１４，１５が設置されている。三方弁１４は、補給水装置２からボイラー３の間の通流、補給水装置２からクーリングタワー１１の間の通流を切り換え制御する。三方弁１５は、ボイラー３から銅管６の間の通流、クーリングタワー１１から銅管３０の間の通流を切り換え制御する。補給水装置２からボイラー３に給水されることで、ボイラー３は運転可能な状態となり、クーリングタワー１１に給水されることで、クーリングタワー１１は運転可能となる。このように、三方弁１４および三方弁１５によって、冬季と夏季とで暖房と冷房の切り換えを行えばよい。

【0028】

なお、水の通流回路のうち、銅管６に水を送り込む入り口部の管体を往管部１６、銅管６から水が還流する戻り口部の管体を還管部１７とする。なお、往管部１６は、往管ヘッダー５と、この往管ヘッダー５の前後の流路を含む概念であり、還管部１７は、還管ヘッダー９と、この還管ヘッダー９前後の流路を含む概念である。還管部１７には、還流してきた温水の温度を検知するセンサ（図示省略）が、内部またはその近傍に設置されている。このセンサは、主として冷房時の温度検知に用いられ、暖房時の温度検知は、ボイラー３に設置されている温度センサによって行われる。

【0029】

図２は、本実施の形態に係る銅管６の形態の一部を示す斜視図である。図２に示すように、本実施の形態の床下部は、大引材２０と根太材２１が井桁のように組み合わされた構造体を備え、隣接する根太材２１の中間に銅管６が配置される。銅管６のうち、銅管７と銅管８は、同じ構成をしているので、図２では銅管７を例示している。

【0030】

銅管７は、直管部７ａと湾曲部７ｂとで構成されている。湾曲部７ｂは、蛇行する銅管７の折り返し部分であり、図２に示すように半円形に湾曲されている。配管施工の際には温水をスムーズに流すことができるように直管部７ａと湾曲部７ｂの接続部分で管体の内径寸法の変化を小さくする必要がある。温水の流速が大きい場合、直管部７ａと湾曲部７ｂの接続部分で径寸法が変わると、この接続部分で水の流れが妨げられ、うず流や気泡が発生してスムーズな水の流通が妨げられると共に、水が流れる音が発生して不快感を与えることがある。また、気泡の発生は銅管６（銅管７および銅管８）の耐久性を損なう。このため、直管部７ａと湾曲部７ｂを接続する場合は、図２に示すように受け側の直管部７ａの接続端部７ｃをやや拡径し、直管部７ａに湾曲部７ｂを挿入し、接続した際に内径寸法が変わらないようにする。なお、同径の管体の接続端を突き合わせて外周にソケットを嵌めて接続するようにしてもよい。

【0031】

なお、温水通流回路において、管体にバルブを取り付ける場合も管体の内径寸法が等しいバルブを選ぶのがよい。大量の水を循環させる場合、バルブを閉鎖した際にウォーターハンマー（ショック）が生じ、管体に衝撃を与えて管体を劣化させる原因になることがある。したがって、バルブ閉鎖時にこのようなウォーターハンマーが生じない内径を備えたバルブを使用することが好ましい。銅管７の湾曲部７ｂの曲率半径は、たとえば１００ｍｍまたは１５０ｍｍのものを用意し、根太材２１間のピッチ（根太材２１を用いない構造では、大引材２０間のピッチ）に合わせて選択する。また、曲率半径１００ｍｍのものと、曲率半径１５０ｍｍのものを任意に組み合わせることも可能である。このように、湾曲部７ａの半径を大きくすることと、温水の流速を０．８ｍ以下に制御することで、温水を層流状態で通流することができる。

【0032】

また、本実施の形態では、銅管６の内径寸法を２２ｍｍ〜２８ｍｍの範囲に設定している。旧来より一般的に用いられる銅管の内径寸法は８ｍｍ〜１６ｍｍである。本実施の形態において、このように太径の銅管６を使用する理由は、水の流速を抑えながら、管体に通流させる水の流量と管内の総容量をできるだけ大きくするためである。続いて、床下構造部の断熱構造について説明する。

【0033】

図３は、本実施の形態における床下構造部を示す正面断面図であり、図４は、図３に対して側面方向から見た断面図である。図３、図４に示すように、本実施の形態の床下構造部は、通常用いられるコンクリートが打設された基礎コンクリート２２の上面に断熱構造体が構成されていることに特徴を有する。基礎コンクリート２２の上面には、大引材２０と根太材２１を一定の間隔で直交するように組みたてられた構造体に銅管６が配置され、その銅管６を設置した後、銅管６をシンダーコンクリート２３によって埋設している。銅管６は、大引材２０の上面に架橋されるように配置された状態で、シンダーコンクリート２３で埋設される。そして、シンダーコンクリート２３の上面に密着するように床仕上げ材２４が組み立てられている。床仕上げ材２４は、根太材２１に架橋するように組み立てられている。なお、シンダーコンクリート２３と床仕上げ材２４の間に、床下地材を配置する構造にしてもよい。図３、図４に示す構造は、床仕上げ材２４を用いる構造を示しているが、床仕上げ材に畳、絨毯またはカーペットを用いる場合は、大引材２０および根太材２１を省略し、これら床仕上げ材をシンダーコンクリート２３の上面に直接敷設する構造とすることが可能である。また、上記床下構造部は、建物（部屋）の使用目的によって変更されることがあるので、その際には狙いの断熱効果を発揮できるように施工者との間で構造を調整する。

【0034】

また、シンダーコンクリート２３と基礎コンクリート２２の間の床下空間には、押出法ポリスチレンフォーム２５（たとえば、スタイロホーム：登録商標）などの断熱材が隙間なく敷設されている。

【0035】

シンダーコンクリート２３は特殊な熱伝導体としてセラミック粒状体を混入して練り合わせたものである。本実施の形態ではセラミック粒状体として黒曜石パーライトを用いている。そして、シンダーコンクリート２３の好適な混合比として以下の組成のものを使用している。この混合比は、セメント：４８０ｇ、川砂：１６５ｋｇ（０．１ｍ^３)、黒曜石パーライト１０００リットル、添加剤として防水剤１８リットル、水セメント比６０％とした。このような混合比のシンダーコンクリート２３の強度は概ね８０ｋｇ／ｃｍ^２〜１００ｋｇ／ｃｍ^２となる。ただし、施工場所によって、川砂の使用が制限される場合がある。熱伝導体として使用した黒曜石パーライトは、直径２ｍｍ程度の粒状体に形成されたものを用いている。本実施の形態のシンダーコンクリート２３と一般に使用されるコンクリート（たとえば基礎コンクリート２２）の熱伝導率を比較してみると、基礎コンクリート２２の熱伝導率が０．８ｗ／ｍ・ｋ〜１．４ｗ／ｍ・ｋであるのに対して、本実施の形態のシンダーコンクリートの熱伝導率が０．２ｗ／ｍ・ｋ〜０．４ｗ／ｍ・ｋである。したがって、本実施の形態のシンダーコンクリート２３の熱伝導率は、基礎コンクリート２２の約１／３程度であり、高い断熱性を備えている。

【0036】

また、旧来の一般的な床暖房装置では管体に放熱板を取り付けて熱放散させやすくしていることが多いが、本実施の形態では放熱板を設けずに銅管６をシンダーコンクリート２３中に埋設している。シンダーコンクリート２３は高い断熱作用を備えることから、シンダーコンクリート２３によって銅管６内の温水の温度を保持することが可能である。

【0037】

また、基礎コンクリート２２の比重は１．８〜２．２程度であり、一般的なシンダーコンクリート（いわゆる軽量コンクリート）の比重は１．２程度である。一方、本実施の形態のシンダーコンクリート２３は比重０．８〜１．０である。よって、シンダーコンクリート２３の比重は、一般のコンクリートの１／２以下、一般の軽量コンクリートの３／４以下であり、建物の重量負荷を抑えることが可能となっている。このため、家屋の下が駐車場となっている場合や２階に設置するような場合に有利となる。

【0038】

床下構造部の施工は、銅管６の上（周囲）にシンダーコンクリート２３を流して固めた後、床仕上げ材２４を取り付けて施工を完了する。床仕上げ材２４の替りにカーペット、じゅうたん、畳、タイル等を敷設するといった方法も可能である。なお、硬化後のシンダーコンクリート２３は乾燥して湿気を吸収しやすく、またひび割れが起きやすいといわれている。しかし、本実施の形態では、建物の強度は他の構造で補完されている。また、シンダーコンクリート２３を打設しているときに、セメントの灰汁が流れ出ることを極力防止するためと、乾燥すると湿気を吸収してしまうことを防止するために、押出法ポリスチレンフォーム２５とシンダーコンクリート２３の間にプラスチックシート２６を敷設しておく。このプラスチックシート２６の替りに防湿シートなどを敷設したりしてもよい。

【0039】

シンダーコンクリート２３中には銅管６のみを埋設し、放熱板といった銅以外の異種金属を埋設しないようにする。シンダーコンクリート２３中に異種金属が混在すると、異種金属間で電蝕作用が生じて金属が侵されるからである。銅管６のみをシンダーコンクリート２３中に埋設した場合、基材としてのセメントが弱アルカリ性であるため、銅管６を保護することとなり、銅管６が腐蝕されにくく耐久性を高めている。

【0040】

既述したように、シンダーコンクリート２３は、断熱性に優れることから銅管６から床面への熱伝導を抑え、銅管６から熱を逃がさないように作用する。シンダーコンクリート２３は、このように断熱作用および蓄熱作用を機能として有するものである。したがって、施工にあたってはシンダーコンクリート２３の打設厚と構成材料の混合比を適切に管理しなければならない。

【0041】

本実施の形態では、床下構造のシンダーコンクリート２３の全体厚さを９０ｍｍとした。そして、シンダーコンクリート２３の下面から２０ｍｍの高さ位置（つまり、大引材２０の上面）に銅管６を敷設して、銅管６の周囲を覆うようにシンダーコックリート２３を打設している。たとえば銅管６の外径寸法を３０ｍｍとすれば、銅管６の上面からシンダーコンクリート２３上面までの厚さは４０ｍｍである。なお、この例では、大引材２０の厚さを１２０ｍｍ、根太材２１の厚さを７０ｍｍとした。また、後述する室内の各部の温度を測定した測定記録はこのように設計した場合のものである。なお、銅管６を埋設するコンクリートとして通常のモルタルコンクリートや生コンクリートを使用すると、これらのコンクリートは、熱伝導率が高いため熱放散が大きくなってしまい、暖房効果を損ない、維持費用が増加してしまう。上記のようにシンダーコンクリート２３に銅管６を埋設し、床仕上げ下材２４をシンダーコンクリート２３に密着させることで、温水温度と床表面温度の平衡が保たれる。

【0042】

なお、本実施の形態の室内冷暖房装置１を効果的に作用させるためには、冷暖房対象の建物自体（つまり、冷房および暖房対象の室内）からの放熱を抑えるために、建物自体の断熱性を高めておく必要がある。続いて、建物自体の断熱構造について説明する。

【0043】

（建物の断熱構造）
図５は、本実施の形態に係る一般住宅（平屋）における断熱構造を模式的に示す構造説明図である。図５に示す構造では、屋根部３０の小屋裏側には断熱層３１が設けられ、外壁部３２には断熱層３３が配設されている。さらに、天井部３４の小屋裏側には断熱層３５が設けられ、間仕切壁３６には断熱層３７が配設されている。床下構造部は、図３、図４で説明した断熱構造を採用している。なお、基礎コンクリート２２の側壁２２ａの内側には押出法ポリスチレンフォーム２７が配設され、外壁部３２の断熱層３３と交差させている。側壁２２ａに囲まれた領域内において、押出法ポリスチレンフォーム２７を介してシンダーコンクリート２３が充填打設されている。さらに、側壁２２ａの外側側面に押出法ポリスチレンフォームを配設し、その外側側面をモルタルなどで保護する構造とすればなおよい。図３から図５に示すように本実施の形態の床下構造部は、基礎コンクリート２２から床仕上げ材２４までの間に空間がないように上記各種の断熱材で充填されている。また、間仕切壁３６で仕切られた二つの室内および小屋裏側（屋根部３０および天井部３４）の断熱層は、それぞれに対応する適切な断熱材が用いられる。このことによって、室内が外部から受ける影響を抑えることで、室内冷暖房装置１の冷房効果および暖房効果を高めることが可能となる。

【0044】

次に、図５に示した建物の屋根部３０、外壁部３２、天井部３４および間仕切壁３６の構造について図６を参照しながら説明する。なお、図６に示す構造は１例であって、建物の構造や施工方法によって変更可能である。

【0045】

図６は、本実施の形態に係る建物の断熱構造の一部を模式的に示す構造説明図である。まず、屋根部３０の断熱構造について説明する。屋根部３０は、棟木４０と軒桁４１の間を渡すように組み立てられた通気垂木４２の上面側に野地板４３、その上層に屋根葺材４４が取り付けられている。野地板４３と屋根葺材４４の間には防湿シート４５が敷設される。通気垂木４２の下面側には地板４６が組み立てられていて、野地板４３と地板４６の間には通気路４７が形成される。この通気路４７は、屋根頂部の換気棟４８の開口部に連通されている。図６には、この通気路４７を通流する空気の流れを矢印で示しているが、夏季と冬季とでは、逆方向に流れることもあり、空気の膨張、収縮に伴う空気の自然通流を促すものである。このような屋根構造は一般的な建物構造に用いられるものであって、寄棟構造または切妻構造などに適用可能である。屋根部３０の断熱層３１は、地板４６に小屋裏側から発泡ウレタン４９を１００ｍｍ程度の厚さで隙間なく吹き付けて形成される。

【0046】

次に、外壁部３２の断熱構造について説明する。図６に示すように、外壁部３２は、外気に接触する外壁５５と室内側の内壁５６の間に、断熱層３３が設けられている。断熱層３３は、内壁５５側に厚さ１００ｍｍのグラスウール５７を配置し、ガラスウール５７と外壁５５の間には、吹付施工法によって発泡ウレタン５８が充填される。このことによって、外壁５５と内壁５６の間は、ガラスウール５７と発泡ウレタン５８によって隙間がないように断熱層３３が形成される。

【0047】

次に、天井部３４の断熱構造について説明する。図６に示すように、天井部３４は、つり木６０に天井地板６１が取り付けられており、この天井地板６１に室内側から断熱材としての押出法ポリスチレンフォーム６２が取り付けられることで断熱層３５が構成されている。そして、この押出法ポリスチレンフォーム６２の室内側から天井仕上げ材６３が取り付けられている。押出法ポリスチレンフォーム６２は、少なくとも５０ｍｍの厚さを備える。押出法ポリスチレンフォーム６２は、小屋裏と室内との間に隙間ができないように施工される。なお、断熱材としては、押出法ポリスチレンフォーム６２以外に、グラスウールや発泡ウレタンまたは硬質発泡ウレタンフォームなどとしてもよい。また、軒桁４１の内側には、発泡ウレタン４９が吹付施工される。このように天井部３４に断熱材を配設することにより、室内と小屋裏との間の温度移動を抑制することと同時に、床表面からの輻射熱を反射する構造体が形成される。

【0048】

続いて、間仕切壁３６の断熱構造ついて説明する。図６に示すように、間仕切壁３６には、一方の室内壁６５と他方の室内壁６６の間に、断熱層３７としてグラスウール５７が隙間なく配設されている。このように間仕切壁３６にも断熱材を配設することで、間仕切りされた室内間の温度移動を抑制することと同時に、床表面からの輻射熱を反射する構造体が形成される。

【0049】

屋根部３０と外壁部３２との間、外壁部３２と天井部３４との間、および外壁部３２と床下構造との間それぞれの取り合い部には、図示は省略するが、発泡ウレタンの吹付け施工などで隙間を排除する。

【0050】

以上説明した建物の構造は、図３、図４に示す床下構造部、図５、図６に示した屋根部３０、外壁部３２、天井部３４、および間仕切壁３６など、室内を囲むように断熱施工がなされている。所望の室内の冷暖房効果を得るためには、床下構造部の他に、少なくとも屋根部３０および外壁部３２に断熱構造を用いることが好ましい。天井部３４や間仕切壁３６に断熱構造を採用すればさらに好ましい。なお、断熱構造は、上記したもの以外を作用してもよいが、上記のものが好ましい。本実施の形態の各部の断熱構造は、Ｓ構造（鉄骨構造）、ＲＣ構造（鉄筋コンクリート構造）およびＳＲＣ構造（鉄骨鉄筋コンクリート構造）の建物にも適応可能である。

【0051】

なお、建物に窓がある構造の場合には、たとえば、窓構造として複層ガラスや二重サッシなどを用いることが好ましい。このような場合、樹脂製や木製の枠などの断熱性の優れた材質のものを用いることが好ましく、これら高い断熱性を有する枠を内壁５６に密着させるように施工することが断熱効果を高めることになる。なお、これらサッシは重量が重いため、外付け、反外付け構造は避け、内付け構造とすることが好ましい。

【0052】

また、以上説明した建物は、一般の平屋住宅を例示したが、２階建て、３階建て等の建物にも適用可能である。そのような多層建物構造の場合には、各フロア間（一方が床、他方が天井となる）に、既述した床下断熱構造および天井断熱構造を採用することで、２階以上の室内を所望の温度で制御することが可能となる。その構造について図７を参照して説明する。

【0053】

図７は、本実施の形態による２階フロアの床下構造を示す断面図である。図７に示すように、２階床下は、桁７０と胴差（不図示）で囲まれた領域に２８ｍｍ厚みの合板７１が張られている。合板７１の上面には、押出法ポリスチレンフォーム７３が敷設され、この押出法ポリスチレンフォーム７３の上部にシンダーコンクリート７４が打設されている。銅管６は、シンダーコンクリート７４内に埋設されるが、銅管６からシンダーコンクリート７４の上面までの厚さが少なくとも２０ｍｍとなる位置に配置される。シンダーコンクリート７４は、セメント、黒曜石パーライト、添加剤として防水剤および水セメントとから構成されている。この組成は、１階床下構造で用いたシンダーコンクリート２３から川砂を除いたものである。川砂を除くことでシンダーコンクリート７４の熱伝導率を下げている。本実施の形態では、押出法ポリスチレンフォーム７３の厚さを５０ｍｍとし、シンダーコンクリート７４の厚さを７０ｍｍとした。なお、押出法ポリスチレンフォーム７３とシンダーコンクリート７４の間には、不図示のプラスチックシートを敷設することが好ましい。床仕上げ材７５は、シンダーコンクリート７４の外周部よりも２ｍｍ〜３ｍｍ下げた位置に敷設する。

【0054】

図３、図５に示した１階床下構造部のシンダーコンクリート２３の厚さは９０ｍｍであったが、２階フロアのシンダーコンクリート７４の厚さを７０ｍｍにすることで軽量化を実現し、建物の重量負荷を減少させている。一般木造建物の耐荷重は１８０kg/m²とされているが、シンダーコンクリート７４の重量は７０kg/m²以下であり、耐荷重には十分な余裕がある。合板７１は、シンダーコンクリート７４の重量に十分耐え得る強度を備えた厚さ２８ｍｍのものを使用する。なお、シンダーコンクリート７４は、２階フロアの平面全体にわたって充填打設されていることから、水平方向の力を面全体で受ける構造となっているため、水平方向の耐荷重が大きく、高い耐震性を備えることになる。

【0055】

図７に示すような２階構造の建物には、１階室内側の天井部８０に断熱構造を設ける。天井部８０は、桁７０の下面に野縁７２を取り付けた後、野縁７２から下方に向かって取り付けられたつり木８１に天井地板８２を取付け、１階室内側から押出法ポリスチレンフォーム８３を天井地板８２に密着するように下面側全面に取り付けた後、天井仕上げ材８４を室内側から取り付けて構成される。天井仕上げ材８４は、天井仕上げ材８４、押出法ポリスチレンフォーム８３、および天井地板８２を貫通する不図示の取付け金具を用いて野縁７２に取付けられる。天井地板８２と押出法ポリスチレンフォーム８３、押出法ポリスチレンフォーム８３と天井仕上げ材８４は、相互に隙間がないように施工される。なお、外壁部３２側の桁７０の内側には、発泡ウレタン４９が吹付施工される。

【0056】

なお、２階構造の建物においても、前述した平屋の場合と同様に、外壁部３２には、外壁５５と内壁５６の間に図６に示すようなグラスウール５７（厚さ１００ｍｍ）と発泡ウレタン５８（厚さ２０ｍｍ〜３０ｍｍ）を用いた断熱構造を採用することが好ましい。不図示の２階フロアの天井部も図６に示す断熱構造を採用することが好ましい。施工するにあたって、取り合部に隙間ができてしまう場合には、発泡ウレタン吹付施工により、これら取り合い部の隙間を塞ぐことが好ましい。

【0057】

２階建て、３階建てのような多層構造の建物の室内暖房用には、ポンプ４の揚程に適合した位置にボイラー３およびポンプ４を配設する。たとえば、２階位置にポンプ４を配置し、各階フロアの銅管６に通流することが可能である。このような場合には、前述したようなリバースリターン方式の配管を用いる。この際、ボイラー３もポンプ４と同じ位置に配置することが可能である。

【0058】

（室内冷暖房装置１を用いた室内冷暖房方法）
はじめに、室内冷暖房装置１を用いた暖房方法について図１を参照しながら説明する。暖房の場合には、まず、三方弁１４によってクーリングタワー１１行きの流路を閉鎖し、補給水装置２とボイラー３の間を連通させる。さらに三方弁１５によってクーリングタワー１１からの流路を閉鎖してボイラー３０と銅管６の間を連通させる。このように温水の循環路を形成してポンプ４を運転する。

【0059】

ポンプ運転後、送流されている水をボイラー３で床表面温度に対して温度差を１０℃以内、好ましくは７℃以内、さらに好ましくは５℃以内になるように加温し、往管ヘッダー５を介して銅管６内に温水を通流させる。

【0060】

本実施の形態では、銅管６（銅管７および銅管８）の内径寸法を２２ｍｍ〜２８ｍｍとし、１分間に１５リットル〜２０リットルの流水量とする。さらに、温水の流速を０．４ｍ／秒〜０．６ｍ／秒とする。一般住宅の水道の蛇口を全開したときの出水量は、１分間に１３リットル〜２０リットル程度であるから、本実施の形態において銅管６内を通流させる水の流量は、水道の出水量にほぼ匹敵する。なお、流量は、１０リットル／分〜３０リットル／分の範囲内としてもよい。また、流速は０．２ｍ／秒〜０．８ｍ／秒の範囲としたり、１．５分〜３．５分で１００ｍ長を還流するようにしたりしてもよい。

【0061】

暖房効果を高めるためには、熱媒体としての水を、大量に、しかもゆっくり通流させること、暖房系の通流回路に温水が大量に存在すること、さらに、この領域の水温がほぼ一定であることが重要である。この温水温度は、温水が回路内を循環する時間に左右される。本実施の形態による床下断熱構造を用いていることを前提に、たとえば、温水の通流回路の配管長が１００ｍの場合に、１．５分〜３．５分程度で循環すれば、銅管６の往管部１６と還管部１７の温度差を０．２℃〜０．３℃以内（大きくても０．５℃以内）に抑えることが可能である。

【0062】

温水の１サイクルの循環に要する時間は配管長にもよるから、施工にあたっては上記流量と流速を配慮して暖房系の回路の配管径と配管長を設定する。そして、往管部１６と還管部１７の温度差が０．５℃以内、好ましくは、０．３℃以内になるように、上記流量と流速を制御する。つまり、銅管６の内径寸法を２２ｍｍ〜２８ｍｍにし、１分間に１５リットル〜２０リットルの流量の温水を、流速０．２ｍ／秒〜０．８ｍ／秒、好ましくは０．４ｍ／秒〜０．６ｍ／秒で通流させ、往管部１６と還管部１７の温度差を０．５℃以内となるように、暖房系回路の配管径、配管長、およびポンプ４の能力で調整する。

【0063】

銅管６から還流される温水は、環管ヘッダー９を介してポンプ４へ通流される。ポンプ４による送流において所定流量が確保されない場合には、ポンプ１３によって補給水装置２から水を補給することで、常に所定の流量が確保される。続いて、室内冷暖房装置１を暖房装置として運転したときの測定記録について説明する。

【0064】

（暖房の測定記録の説明）
図８および図９は、暖房時の外気温、室内温度、および温水温度を連続的に測定したときの測定記録であり、図８は、冬季（２月）の早朝３時から８時までの時間、図９は、翌日の昼前後の９時から１５時までの測定記録を表している。測定記録としては、その時間帯の外気温、往管部１６の温水温度、還管部１７の温水温度（図８，９における往管部１６の温水温度の下側の測定記録）および床表面温度ならびに床上５０ｃｍ位置、床上１２０ｃｍ位置、および床上２４０ｃｍ（天井付近）の室内温度を表している。このときの条件としては、銅管６の内径寸法が２８ｍｍであって、１分間に１５リットル〜２０リットルの流量範囲、０．４ｍ／秒〜０．６ｍ／秒の流速範囲になるように、暖房系回路の配管径、配管長、およびボイラー３の能力で調整してある。暖房系設備としては、ボイラー能力３２００kcal/H、ポンプ４の送流能力を２０リットル／分、揚程５ｍとした。図８、図９で示す測定記録は、ボイラー３およびポンプ４を１日２４時間、常時運転したときの実測記録である。建物構造としては、図６に示すような断熱構造を採用している。常時運転とは、ボイラー３は着火温度および消火温度の設定により間欠燃焼とし、ポンプ４は連続運転させることをさす。

【0065】

ボイラー３は、たとえば着火時と消火時の温度差を５℃としたとき、還管部１７の温水温度が２６℃になる時点で燃焼を開始し、３１℃になった時点で消火する、というサイクルを繰り返すように運転条件を設定してある。ボイラー３には温度センサが設置されており、ボイラー３に流入する温水温度を測定し、着火および消火のタイミングを制御する。図８に示すように、外気温は、３時前から６時４５分頃にかけて徐々に低下し、５時でマイナス１０℃となり、以降若干低下した後、徐々に外気温は上昇していていく。外気温は、建物北側および建物南側の２か所を測定している。３時から６時までの間では、北側と南側の外気温差はほとんどない。６時４５分以降では、日照が始まったことの影響により南側外気温の方が北側外気温より高く、南風の影響により測定値のばらつきが大きくなる。

【0066】

６時前後の午前２時半から８時半までの各部の温度に着目して説明する。この時間帯の測定記録では、往管部１６と還管部１７の温水温度の差は０．３℃程度（ただし、ボイラー燃焼直後には２℃程度ある）である。還管部１７の温水温度が２６℃から３１℃に達するまでの時間（図８において、還管部温度の最低温度からその左に位置する最高温度までの時間）は約５分であり、着火から消火までの１サイクルがほぼ６０分であることから、ボイラー３の燃焼時間は、１日２４時間のうち、１２０分程度で済んでいることが分かる。暖房系の設備は常時運転をしていることから、午前２時半から日照の影響を受ける８時頃までの間は、床表面温度は、外気温の影響で若干低下するもののほぼ２３℃に保たれている。各床上高さ位置の温度は、５０ｃｍ位置と１２０ｃｍ位置の温度差が１℃程度で、床表面温度にほぼ平行に推移しながらもほぼ１６℃に保たれている。床上２４０ｃｍ位置では、床表面温度にほぼ平行に推移しながらもほぼ１８℃程度に保たれている。また、床表面温度２３℃に対して、温水温度を３１℃にした場合、床表面温度と温水温度の差は約８℃となっている。したがって、暖房系の循環機構を常時運転していれば、ボイラー３によって温水温度を２６℃〜３１℃に変動させても、床表面温度や、室内の各床からの高さ位置の温度の変動がほとんどないといえる。以上のことから、ボイラー３における着火時の温水温度と消火時の温水温度の差は、５℃〜８℃に設定するのが適当である。

【0067】

続いて、図９を参照して１２時前後の各部の温度関係について説明する。ボイラー３の燃焼設定条件は変わらない。なお、図９の測定記録は、図８の測定記録に時間経過が連続している。図９に示すように、外気温は、９時から１４時にかけて徐々に上昇し、１２時から１４時の間に気温のピークが存在する。この時間帯の外気温は、建物北側と建物南側とでは差が大きくなる。南側外気温は日照の影響を強く受けるため＋６℃前後まで上昇し、午前８時半から午後３時の間では、北側外気温は日照の影響が少なく＋３℃前後までしか上昇しない。床表面温度は、外気温の上昇に伴い上昇するが、暖房系の循環機構を常時運転していることから２３℃〜２４．５℃の範囲に保たれている。そして、各床上高さ位置の温度は、この時間帯のうちの大部分で、５０ｃｍ位置と１２０ｃｍ位置、床上２４０ｃｍ位置の温度差は１℃以下程度で、床表面温度の推移に沿って変化しながらも１７．５℃から２２℃に保たれ、１３時頃には２１℃〜２２℃２０℃に保たれている。なお、１５時以降、徐々に外気温が低下するのに従い、床表面温度、および各床上高さ位置の温度は徐々に低下し始めるが、図８に示した早朝時間帯とほぼ同じ傾向を示すことが確認されている。

【0068】

以上説明したボイラー３の燃焼設定条件で運転し、ポンプ４を連続運転した場合、外気温がマイナス１０℃から＋３℃（南側は＋６℃）の範囲で、床表面温度の変化量はほぼ２℃であり、大きな変動はないといえる。図８、図９に示した例では、温水温度が２６℃のときボイラー３を燃焼し、温水温度が３１℃のとき消火するように運転条件を設定している。つまり、所望の室内温度の基準を床表面温度としたとき、温水温度を床表面温度に対して１．５℃〜８℃高くなるようにボイラー３を燃焼するように運転すればよい。また、床表面温度は、温水温度（還管部１７の温度）の最低値に対して１．５℃〜３℃の範囲で低くなっていることから、還管部１７の温水温度を検出して差分を補正し、床表面温度に置換えて制御する。なお、ボイラー３の着火、消火を制御する温度設定は、所望の室内温度に応じて自在に設定可能である。

【0069】

次に、室内冷暖房装置１を用いた冷房方法について図１を参照しながら説明する。冷房の場合は、まず、三方弁１４によってボイラー３行きの流路を閉鎖し、補給水装置２とクーリングタワー１１の間を連通させる。さらに三方弁１５によってボイラー３からの流路を閉鎖し、一方、クーリングタワー１１からの流路を解放してクーリングタワー１１と銅管６の間を連通させる。このような温水の循環路を形成してポンプ１２およびクーリングタワー１１を運転する。クーリングタワー１１に送流された水を床表面温度に対して温度差を７℃以内、好ましくは５℃以内になるように冷却する。そして、往管ヘッダー５を介して銅管６内に冷却された水を通流させる。

【0070】

本実施の形態では、銅管６（銅管７および銅管８）の内径寸法、流水量、および流速は、前述した暖房時の条件と同じである。冷房効果を高めるためには熱媒体としての温水を大量に、しかもゆっくり通流させる。したがって、冷房系の回路の配管長が１００ｍの場合に、１．５分〜３．５分程度で循環すれば、往管部１６と還管部１７の温度差を０．５℃以内に抑えることが可能である。

【0071】

温水の循環１サイクルに要する時間は、配管長にもよるから施工にあたっては上記流量と流速を配慮して冷却系の回路の配管径と配管長、ポンプ１２の能力を設定する。つまり、往管部１６と還管部１７の温度差が０．５℃以内（好ましくは、０．３℃以内）になるように、上記流量と流速を制御する。本実施の形態では暖房系と同様に、銅管６の内径寸法を２２ｍｍ〜２８ｍｍにし、１分間に１５リットル〜２０リットルの流量の温水を、流速０．４ｍ／秒〜０．６ｍ／秒で通流させ、銅管６の往管部１６と還管部１７の温度差を０．５℃以内となるように、冷房系回路の配管径、配管長を調整する。

【0072】

銅管６から還流される温水は、環管ヘッダー９を介してクーリングタワー１１へ通流される。ポンプ１２による送流において所定流量が確保されない場合には、ポンプ１３によって補給水装置２から水を補給し、常に所定の流量が確保される。続いて、室内冷暖房装置１を冷房装置として運転したときの測定記録について説明する。

【0073】

図１に示すように本実施の形態では、冷却用熱交換器としてクーリングタワー１１を用いており、冷房系循環機構（クーリングタワー１１とポンプ１２）を常時運転しつつ、クーリングタワー１１の運転制御によって室内温度を制御する。冷房系回路は閉回路であって、温水がポンプ１２によって常に一定の流速、一定の流量で回路内に循環されている。本実施の形態では、暖房系と同様に室内温度は、床表面温度を基準にすることで管理される。床表面温度に対して冷却された温水の温度（還管部１７の温度）の差を７℃以内とする。ただし、この温度差を１０℃以内としてもよいが、床表面温度よりも温水温度が７℃以上低くなると床表面が結露するので、この温度差を７℃以内にする。床表面温度が所望の床表面温度よりも高くなったときに、クーリングタワー１１で冷却された温水を銅管６に送流する。そして、床表面温度が所定の床表面温度よりも低くなったときに、クーリングタワー１１による冷却を停止する。ただし、温水の通流は継続する。このサイクルを繰り返すことで、床表面温度（室内温度）を所望の温度に制御可能となる。続いて、室内冷暖房装置１を運転したときの冷房の測定記録について説明する。

【0074】

（冷房の測定記録の説明）
図１０は、冷房時の外気温、室内温度、および温水温度を連続的に測定した測定記録であり、夏季（７月）の７時から１４時までの測定記録を表している。測定記録には、その時間帯の外気温、温水温度、床表面温度、床上１２０ｃｍ位置の室内温度を含む。また、この測定記録は、冷却用の熱交換器としてクーリングタワー１１ではなく、平均水温１８度〜２０℃の小河川の自然流水を用いている。このときの運転条件は、銅管６の内径寸法が２８ｍｍであって、１分間に１５リットル〜２０リットルの流量、流速０．４ｍ／秒〜０．６ｍ／秒になるように、冷房系回路の配管径、配管長を調整し、ポンプ１２の送流能力を２０リットル／分とした。図１０で示す測定記録は、冷暖房装置１の冷房系を１日２４時間、常時運転したときの実測記録である。建物構造としては、図６に示すような断熱構造を採用している。

【0075】

なお、冷却用熱交換器として自然流水を用いる場合には、熱媒体としての水の流速を０．４ｍ／秒〜０．６ｍ／秒としたときに、環管部１７の温度が所望温度まで冷却が可能な長さと内径を備えた配管を流水中に埋設する。

【0076】

図１０は、１日のうちの７時から１４時までの７時間の測定記録である。外気温は、８時頃から１１時過ぎまでの間では２７℃前後であって、床上１２０ｃｍ位置の室内温度とほぼ同じになっている。１３時頃には、外気温は３０℃〜３２℃になっている。この時間帯の床表面温度は、７時頃が２４℃、８時３０分頃に２４．５℃、１２時頃に２３℃、そして１４時頃に２４℃というように、２３℃〜２４．５℃の範囲の中で変動している。床上１２０ｃｍ位置の室内温度は、外気温の高低に影響されずに２６℃〜２７℃の範囲でほぼ一定に保たれている。つまり、床表面温度と床上１２０ｃｍの室内の温度差は、外気温の高低に関わらず概ね４℃以内に制御可能であることを示している。また、床上１２０ｃｍの室内の温度と自然流水の温度の差は、外気温の変動に限らず、ほぼ７℃〜８℃に保たれている。また、図１０に示すように、床表面温度の変化のタイミングは、温水温度（環管部１７の温度）が変化するタイミングである。

【0077】

つまり、所望の室内温度に対応する床表面温度（環管部１７の温度と同じ温度）が２４℃の場合、床表面温度が２４℃を超えたときに冷却された温水を通流させる。環管部１７の温度が２１℃のときに冷却された温水の流通を停止し、銅管６から還流された温水をそのまま再循環させているためである。したがって、ポンプ１２は、冷房設定期間中も常時運転されている。

【0078】

なお、本実施の形態で冷却用媒体として用いた小河川の自然流水は、ほぼ一定の流量があり、水温は７時から１５時の時間帯では１８℃〜２０℃の範囲にある。図示は省略しているが、この自然流水の温度は１日２４時間を通して１５℃〜２３℃である。また、往管部１６と還管部１７の温度差は、０．５℃以内であり、還管部１７の温度は、銅管６内の温水温度といえる。なお、自然流水の温度が、図１０の実施例よりも高い場合（所望の室内温度に対応する床表面温度に近い場合）には、冷却された温水は配管内のみに常時循環させる。

【0079】

なお、図８〜図１０は、紙面の都合上、冬季（２月）と夏季（７月）の１日の特定時間のみをあげ説明したが、冬季、春季と秋期、または夏季における平均外気温に対応した室内温度制御の考え方について表１を参照しながら説明する。銅管６に通流する温水温度は、冷房開始のときに適宜設定する。たとえば、表１のような各温度設定で好適な室内冷暖房が可能であり、各シーズン中は表１を参考にして温度設定をすることが可能である。当然、地域によって季節ごとの平均外気温が異なることや、居住者によって快適な室内温度が異なるので、所望の室温に対応して床表面温度を設定して室内冷暖房装置１の温度設定を調整すればよい。

【0080】

【表1】

【0081】

たとえば、表１において、暖房時（冬季、春季および秋季）の温水温度として設定する２５℃〜３３℃は、床表面温度に対して３〜５℃の温度移動ロスを見込むと、暖房しようとする室内温度とほぼ同じ温度である。本実施の形態は、従来の床暖房方法のように設定しようとする室温よりもはるかに高温（５０℃〜６０℃）の温水を通流させる方法と異なっている。また、夏季の冷房時の温水温度として設定する２２℃〜２５℃という温度は、床表面温度とほぼ同じであって、床表面温度に対して５℃以内の温度移動ロスを見込んで冷房しようとする室内温度にほぼ同じ温度である。

【0082】

以上説明した室内冷暖房方法は、周囲を断熱材で囲まれた室内の床下に、断熱材であるシンダーコンクリート２３を配置し、そのシンダーコンクリート２３中に埋設された銅管６を流通する温水を、０．２ｍ／秒〜０．８ｍ／秒の流速で通流させる。そして、温水の銅管６に対する往管部１６（入り口部）と還管部１７（戻り口部）の温度差が０．５℃以内となるように流速を制御し、所望の床表面温度に対し温度差が暖房時に１０℃以内となるように、冷房時にはマイナス７℃以内となるように温水の温度を制御し、温水を銅管６内に常時循環させて室内温度を制御する。

【0083】

暖房の場合には、ボイラー３およびポンプ４を常時運転し、温水を常時循環すれば、ボイラー３によって温水温度を２６℃〜３１℃に変動させても、床表面温度や、室内の各床面からの高さ位置の温度の変動がほとんどない。外気温がマイナス１０℃のときでも、床表面温度は、ほぼ２３℃に保たれ、各床上高さ位置の温度は、５０ｃｍ位置と１２０ｃｍ位置の温度差が１℃程度で、ほぼ１６℃に保つことが可能となる。また、冷房の場合には、所望の床表面温度に対し温度差がマイナス７℃以内となるように温水の温度を制御し、温水を銅管６内に常時循環すれば、外気温が２７℃〜３２℃に変動しても、床表面温度は２３℃〜２４．５℃の範囲の変動であり、このときの室内温度は、２６℃〜２７℃の範囲でほぼ一定に保つことが可能となる。

【0084】

以上説明した室内冷暖房方法および室内冷暖房装置１によれば、往管部１６と還管部１７の温度差が０．５℃以内になるように制御しているため、温水の温度制御（つまり室内の温度制御）が容易となる。また、床表面温度と温水温度の差の変動が小さいことから効率よく室内の冷房および暖房を行うことが可能となる。また、温水温度を２６℃〜３１℃の場合に、床表面温度は２３℃程度に保たれており、直接床表面に座しても低温火傷の心配がなく、足元だけ暖かく、上方は寒いというようなことはない。さらに、観葉植物などの鉢を床表面に直接置くことが可能で、室温も場所（高さ、平面位置）による温度差が小さいので厳冬期でも植生を楽しむことができる。

【0085】

また、水の流速を０．２ｍ／秒〜０．８ｍ／秒とし、かつ銅管６内を流れる水の流量を１５リットル／分〜２０リットル／分としている。また、暖房時の温水温度は３０℃前後である。つまり、暖房用の熱媒体としては低温の温水をゆっくり通流させていることになる。これは、５０℃〜６０℃の高温で、毎分５０リットルという大量の温水を毎秒１．５ｍの高速で銅管内を循環させる従来技術にくらべ、銅管６の内壁や他の配管内壁の摩耗などにより劣化（たとえば銅管に穴が開きやすいなど）することを抑制し、高い耐久性を実現することが可能となる。なお、一般に用いられてきた暖房機の温源の温度は、ＦＦ式の石油温風暖房機の吹出し温度が１００℃〜１２０℃であり、温水温風暖房器の吹出し温度が６０℃〜８０℃、あるいは従来の床暖房装置の温水温度は５０℃〜６０℃である。これらが室内空気の対流を利用することに対して、断熱性（蓄熱性）が高いシンダーコンクリート２３を用いて、温水温度を３０℃前後に低くすることで熱の対流を抑え床表面からの輻射熱を引き出し、温水温度を低くしても十分な暖房効果を得ることができる。

【0086】

また、還管部１７で温水温度を検出し、その検出温度を利用してボイラー３またはクーリングタワー１１を間欠運転させ、その温水温度と床表面温度との差が５℃以内になるように温水温度を制御する。既述したように床表面温度と室内温度の差が小さいので、温水温度と床表面温度の差を５℃以内に制御する。このことにより、所望の温水温度に加温するボイラー３の間欠燃焼、クーリングタワー１１の間欠運転により、ランニングコストの低減が可能となる。

【0087】

また、以上説明したボイラー３の燃焼条件（間欠燃焼）における１月〜３月の厳冬期の平均燃料消費量から算出した消費カロリーは、２０kcal/m²Hであった。これは、日本ガス石油工業会の暖房機器適室基準値の必要消費カロリー数値の寒冷地平均は１６９kcal/m²H（高断熱仕様２００９年度）に対して約１２％の消費カロリーとなっている。従来から存在する床暖房機の消費カロリー１００kcal/m²Hに対しても２０％に消費カロリーが抑えられている。このことからも、ランニングコストの低減を実現できている。

【0088】

また、建物構造は、床下に断熱材を設置することに加え、屋根部３０および外壁部３２に断熱施工が施されている。このように室内を取り囲むように断熱材を設けることで、室内が外部から受ける影響を抑えることで、冷房効果および暖房効果を高めることが可能となる。さらに、床表面からの輻射熱と、高断熱性を備えた外壁部３２および天井部３４からの輻射熱（再輻射熱）によって、室内温度の平衡が保たれ、室内の場所（高低位置および壁からの位置）による温度差を小さくすることができる。なお、建物構造としては、前述したような断熱構造が必要であるが、高気密性は必ずしも必要としない。

【0089】

また、建物構造は、床下の断熱材と、屋根部３０、外壁部３２に加え、さらに天井部３４に断熱施工を施す構造を採用している。天井部３４には、天井地板６１の下側に押出法ポリスチレンフォーム断熱材６２が設置され、押出法ポリスチレンフォーム断熱材６２の下側に天井仕上げ材６３が設置されている。このような断熱構造をとれば、室内が小屋裏から受ける影響を抑えることで、冷房効果および暖房効果をさらに高めることが可能となる。

【0090】

また、室内冷暖房装置１は、水の温度を制御する熱交換器と、温水を銅管６に送流するポンプ４，１２と、を有し、水を、０．２ｍ／秒〜０．８ｍ／秒の流速で管体を通流し、水の管体に対する入り口部と戻り口部の温度差が０．５℃以内となるように、流速を制御し、所望の床表面温度に対し温度差が暖房時に１０℃以内となるように、冷房時にはマイナス７℃以内となるように水の温度を制御し、水を管体内に常時循環させて室内温度を制御する。

【0091】

このようにすることで、温水の温度制御（つまり室内の温度制御）が容易となる。また、床表面温度と温水温度の差の変動が小さいことから効率よく室内の冷房および暖房を行うことが可能となる。

【0092】

なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。たとえば、前述した実施の形態では、還管部１７の温度に基づいて熱媒体としての水を加温または冷却しているが、往管部１６の温度を測定してもよいし、床表面温度を直接測定してもよく、床上高さを規定して室内温度を測定するようにしてもよい。

【0093】

また、本実施の形態の室内冷暖房装置１と他の冷房装置や暖房装置とを併用してもよい。たとえば、サーキュレーターを併用すれば、暖房時に室内空気の循環を促進することが可能となり、エアコンまたはチラーを天井付近に配置すれば、室内の空気対流を促進して、冷房時に床表面が結露することを防止できる。これら、サーキュレーターまたはエアコンは、補助的なものであり、ごく小型の物でよい。また、冷房系の装置を設けずに暖房系のみに用いたり、逆に暖房系の装置を設けずに冷房のみに用いたりしてもよい。

【0094】

また、室内周囲に設けられる断熱構造および断熱材は、図６に示す構造に限らず、建物の大きさや構造によって適宜選択、または様々な断熱材の組み合わせとすることが可能である。

【0095】

また、本実施の形態では、一般木造住宅の室内冷暖房にについて説明したが、一般住宅に限らず、温泉プールなどの歩行用タイルデッキ、ペットルームおよび畜舎などの床暖房、または岩盤浴などに用いることができる。

【符号の説明】

【0096】

１…室内冷暖房装置
３…ボイラー（暖房系熱交換器）
４，１２…ポンプ
６，７，８…銅管（管体）
７ａ…直管部
７ｂ…湾曲部
１１…クーリングタワー（冷房系熱交換器）
１４，１５…三方弁
１６…往管部（入り口部）
１７…還管部（戻り口部）
２２…基礎コンクリート
２３，７４…シンダーコンクリート
２４，７５…床仕上げ材
２５…押出法ポリスチレンフォーム
３０…屋根部
３２…外壁部
３４…天井部
３６…間仕切壁
４９，５８…発泡ウレタン
５５…外壁
５６…内壁
５７…グラスウール
６３，８４…天井仕上げ材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】