JP4679105B2

JP4679105B2 - 冷暖房設備

Info

Publication number: JP4679105B2
Application number: JP2004289820A
Authority: JP
Inventors: 克実江原
Original assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Current assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2024-10-01
Also published as: JP2006105441A

Description

本発明は、ボイラーユニットを利用した暖房装置と地熱を利用した冷房機能とを組み合わせた冷暖房設備に関するものである。

従来、ボイラーを利用した暖房装置としては、ボイラーにて加熱した温水を熱輻射床パネルなどの放熱機器に循環させて暖房を行う、ボイラー付き暖房システムが知られている。この温水を利用したボイラー付き暖房システムは、例えばヒートポンプなどの熱交換器を利用した他の暖房システムに比べて、低ランニングコストでの運用が可能であり、快適性に優れた暖房システムとして全国的に多く普及している。

特開２００２−２１３７５７号公報

しかしながら、上述したボイラー付き暖房システムのみでは暖房にしか利用できないため、該ボイラー付き暖房システムを導入した住宅の多くは、暖冷房が可能なエアコンなどの空調システムを前記暖房システムとは別に設置しており、快適な環境を得るための冷暖房システムとして二重に設備投資しているのが実態である。

そこで、本発明の目的は、ボイラーユニットおよび付随する配管等を利用した暖房装置とは別に新たな冷房装置を設置して二重に設備投資することなく、該ボイラーユニットを利用した暖房装置を冷房にも利用できる通年型の冷暖房設備を提供することである。

本発明の構成は、循環用ポンプとボイラとを備えたボイラーユニットにて加熱した熱媒体を放熱機器に循環させる暖房装置における熱媒体循環経路中に、ボイラーユニットにて加熱した熱媒体又は地中での熱交換により冷却した熱媒体のいずれか一方を循環させる切替手段を設けると共に、地中での熱交換により熱媒体を冷却する地熱交換ユニットを前記切替手段に接続し、冷房時には前記地中での熱交換により冷却した熱媒体を前記切替手段を通して前記ボイラーユニットは停止状態のまま前記ボイラーユニット内のボイラを経由して前記放熱機器に循環させることを特徴とする。

本発明によれば、上記暖房装置における熱媒体循環経路中に、ボイラーユニットにて加熱した熱媒体又は地中での熱交換により冷却した熱媒体のいずれか一方を循環させる切替手段を追加し、該切替手段に地熱交換ユニットを接続するだけで、上記暖房装置に冷房機能を追加することができる。このため、ボイラーユニットを利用した暖房装置とは別に新たな冷房装置或いは冷暖房装置を設置して二重に設備投資をする必要がなくなり、シンプルな冷暖房装置が実現できる。例えば、市場に普及している既存の暖房装置を、冷房機能を追加した冷暖房設備とすることが可能である。すなわち、上記ボイラーユニットを利用した暖房装置を冷房にも利用できる通年型の冷暖房設備とすることができる。

更に、上記暖房装置に追加した冷房機能は地熱を利用したものであるため、環境に優しい冷暖房設備が実現できる。更に、既存の暖房装置を利用して冷暖房可能な通年型の冷暖房設備とすることができるため、リフォーム対応も可能である。

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。

〔第１比較例〕
第１比較例に係る冷暖房設備は、ボイラーユニットを利用した暖房装置に、冷房機能を付加したものである。以下、図１を用いて暖房装置Ｂに冷房機能を付加した冷暖房設備Ａについて詳しく説明する。

図１に示すように、暖房装置Ｂは、ボイラーユニット１０にて加熱した熱媒体を、配管によって形成される熱媒体循環経路Ｃを通して２つの放熱機器２１，２２に循環させ、暖房を行うものである。

ボイラーユニット１０は、熱媒体を循環させるための循環用ポンプＰ１と、循環される熱媒体を加熱するボイラー１１と、を有している。

なお、本比較例では、前記２つの放熱機器として、輻射タイプの放熱機器である熱輻射床パネル２１と、送風タイプの放熱機器であるファイコイルユニット２２を例示している。このファンコイルユニット２２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、該コイル部分を通してファンを回転させることで送風（冷房時は冷風、暖房時は温風）がなされるものである。また、熱輻射床パネル２１は、パネル内のコイル部（配管部）に熱媒体としての水を循環させ、該循環する水（冷房時は冷水、暖房時は温水）の熱がパネルから放射されるものである。

そして、本比較例に係る冷暖房設備Ａは、図１に示すように、前記暖房装置Ｂにおける熱媒体循環経路Ｃ中に、ボイラーユニット１０にて加熱した熱媒体又は地中での熱交換により冷却した熱媒体のいずれか一方を循環させる切替手段としての３方弁３１，３２を設けている。

本比較例では、前記切替手段として２つの３方弁３１，３２を、前記ボイラーユニット１０内のボイラー１１と循環用ポンプＰ１との間の熱媒体循環経路Ｃに設けている。なお、この２つの３方弁３１，３２は送り側の配管経路と還り側の配管経路にそれぞれ配置されている。また、２つの３方弁のうち、一方の３方弁３１は循環用ポンプＰ１とボイラー１１の間の循環経路に配置しているが、他方の３方弁３２はボイラー１１と２つの放熱機器２１，２２への分岐路との間の循環経路中であればどこに配置してもよい。

また、本比較例では、地中での熱交換により熱媒体を冷却させるための手段として、図１に示すように、地中に埋設された埋設管４１と、該埋設管４１に配置され熱媒体を循環させるための熱交換用配管４２とを有する地熱交換ユニット４０を利用し、該地熱交換ユニット４０を前記３方弁３１，３２に接続している。地熱交換ユニット４０は、地中に埋設された埋設管４１の配管４２に熱媒体を通し、該配管４２を通して地中の土壌と熱交換を行うものである。

また、埋設管４１としては、例えば、建物の基礎に用いられる、鋼管杭、コンクリートパイル、ソイルセメント柱体と鋼管杭を一体化させたソイルセメント合成杭等の既製杭が挙げられるが、前述した既製杭に限定されるものではなく、地中から熱を採取するために地中に埋設された埋設管であれば、その他の埋設管であっても構わない。また、熱媒体としては、前述した水のほかに、オイル、不凍液、空気などが挙げられる。また、埋設管に配置される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。また、埋設管と配管を組み合わせた地熱交換ユニット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て地熱交換を行う地熱交換ユニットとしてもよい。

上記暖房装置Ｂに冷房機能を付加した本比較例に係る冷暖房設備Ａは、暖房運転又は冷房運転のモードを切り替えるモード切替スイッチ、各放熱機器のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチからの信号に基づいて、制御部が前記ボイラーユニット１０内のボイラー１０、循環用ポンプＰ１の運転、３方弁３１，３２の切り替えを行い、暖房運転又は冷房運転がなされる。

すなわち、暖房モードが選択され、いずれか一方又は両方の放熱機器２１，２２から運転信号が入力されると、図１（ｂ）に示すように、２つの３方弁３１，３２がボイラー１１と放熱機器２１，２２との間の経路のみを開放（地熱交換ユニット４０と放熱機器２１，２２との間の経路は遮断）するように切り替えられる。更に、ボイラー１１及び循環用ポンプＰ１が運転を開始し、前記ボイラーユニット１０にて加熱した熱媒体が前記３方弁３１，３２を通して放熱機器２１，２２に循環される。このようにして暖房運転がなされる。

一方、冷房モードが選択され、いずれか一方又は両方の放熱機器２１，２２から運転信号が入力されると、図１（ａ）に示すように、２つの３方弁３１，３２が地熱交換ユニット４０と放熱機器２１，２２との間の経路のみを開放（ボイラー１１と放熱機器２１，２２との間の経路は遮断）するように切り替えられる。そしてボイラー１１は停止状態のまま、循環用ポンプＰ１のみが運転を開始し、前記地熱交換ユニット４０にて熱交換が行われ冷却された熱媒体が前記３方弁３１，３２を通して放熱機器２１，２２に循環される。このようにして冷房運転がなされる。

上述したように、本比較例によれば、上記暖房装置Ｂにおける熱媒体循環経路Ｃ中に、ボイラーユニット１０にて加熱した熱媒体又は地中での熱交換により冷却した熱媒体のいずれか一方を循環させる３方弁３１，３２を追加し、該３方弁３１，３２に地熱交換ユニット４０を接続するだけで、上記暖房装置Ｂに冷房機能を追加することができる。このため、ボイラーユニット１０を利用した暖房装置Ｂとは別に新たな冷房装置或いは冷暖房装置を設置して二重に設備投資をする必要がなくなり、シンプルな冷暖房装置が実現できる。例えば、市場に普及している既存の暖房装置を、冷房機能を追加した冷暖房装置とすることが可能である。すなわち、上記ボイラーユニット１０を利用した暖房装置Ｂを冷房にも利用できる通年型の冷暖房設備Ａとすることができる。

更に、上記暖房装置Ｂに追加した冷房機能は地熱を利用したものであるため、環境に優しい冷暖房設備Ａが実現できる。更に、既存の暖房装置Ｂを利用して冷暖房可能な通年型の冷暖房設備Ａとすることができるため、リフォーム対応も可能である。

また、地中での熱交換により冷却した熱媒体を循環させるための循環用ポンプとして、ボイラーユニット１０が有する既存の循環用ポンプＰ１を用いることにより、循環用ポンプとして別途ポンプを設ける必要がなく、装置構成が簡便になり、且つ低コストである。

また、放熱機器２１，２２を冷房運転する場合には、循環用ポンプＰ１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。

〔第２比較例〕
第２比較例に係る冷暖房設備について図２を用いて説明する。

前述した比較例では、切替手段としての２つの３方弁３１，３２を、前記ボイラーユニット１０内のボイラー１１と循環用ポンプＰ１との間の熱媒体循環経路Ｃに設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、切替手段としての３方弁が１つであってもよい。すなわち、本比較例に係る冷暖房設備Ａでは、図２に示すように、前記暖房装置Ｂにおける熱媒体循環経路Ｃ中に設ける切替手段としての１つの３方弁３１を、前記ボイラーユニット１０内のボイラー１１と循環用ポンプＰ１との間の熱媒体循環経路Ｃに設けている。なお、本比較例では、地熱交換ユニットＤからの一方の配管経路（本比較例では還り側の配管経路）を前記２方弁３１に接続しているが、他方の配管経路（本比較例では送り側の配管経路）は切替手段を介さず直接ボイラー１１と２つの放熱機器２１，２２との間の循環経路に配置している。

更に本比較例に係る冷暖房設備Ａでは、暖房運転又は冷房運転のモードを切り替えるモード切替スイッチ、各放熱機器のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチからの信号に基づいて、制御部が前記ボイラーユニット１０内のボイラー１０、循環用ポンプＰ１の運転、３方弁３１の切り替えを行い、暖房運転又は冷房運転がなされる。

すなわち、暖房モードが選択され、いずれか一方又は両方の放熱機器２１，２２から運転信号が入力されると、図２（ｂ）に示すように、３方弁３１がボイラー１１と放熱機器２１，２２との間の経路のみを開放（地熱交換ユニット４０と放熱機器２１，２２との間の経路は遮断）するように切り替えられる。更に、ボイラー１１及び循環用ポンプＰ１が運転を開始し、前記ボイラーユニット１０にて加熱した熱媒体が前記３方弁３１を通して放熱機器２１，２２に循環される。なおこの時、３方弁３１は地熱交換ユニット４１への経路を遮断しているので、ボイラー１１の送り側の循環経路から熱媒体が地熱交換ユニットＤへ送られてしまうことはない。このようにして暖房運転がなされる。

一方、冷房モードが選択され、いずれか一方又は両方の放熱機器２１，２２から運転信号が入力されると、図２（ａ）に示すように、３方弁３１が地熱交換ユニット４０と放熱機器２１，２２との間の経路のみを開放（ボイラー１１と放熱機器２１，２２との間の経路は遮断）するように切り替えられる。そしてボイラー１１は停止状態のまま、循環用ポンプＰ１のみが運転を開始し、前記地熱交換ユニット４０にて熱交換が行われ冷却された熱媒体が前記３方弁３１を通して放熱機器２１，２２に循環される。なおこの時、３方弁３１はボイラー１１への経路を遮断しているので、地熱交換ユニットＤの送り側の循環経路から熱媒体がボイラー１１へ送られてしまうことはない。このようにして冷房運転がなされる。

なお、本比較例に係る冷暖房設備Ａのその他の構成は、前述した第１比較例と同様であるため、同等の機能を有する部材には同一符号を付し、その説明は援用するものとする。

上述したように、本比較例においても、前述した第１比較例と同様に、上記暖房装置Ｂにおける熱媒体循環経路Ｃ中に、ボイラーユニット１０にて加熱した熱媒体又は地中での熱交換により冷却した熱媒体のいずれか一方を循環させる３方弁３１を追加し、該３方弁３１に地熱交換ユニット４０を接続するだけで、上記暖房装置Ｂに冷房機能を追加することができる。このため、ボイラーユニット１０を利用した暖房装置Ｂとは別に新たな冷房装置或いは冷暖房装置を設置して二重に設備投資をする必要がなくなり、シンプルな冷暖房装置が実現できる。例えば、市場に普及している既存の暖房装置を、冷房機能を追加した冷暖房装置とすることが可能である。すなわち、上記ボイラーユニット１０を利用した暖房装置Ｂを冷房にも利用できる通年型の冷暖房設備Ａとすることができる。

更に本比較例では、切替手段としての３方弁を暖房装置Ｂにおける熱媒体循環経路Ｃ中に１つ設ければよいため、更に低コストである。

〔第１実施形態〕
第１実施形態に係る冷暖房設備について図３を用いて説明する。

本実施形態に係る冷暖房設備Ａでは、図３に示すように、前記暖房装置Ｂにおける熱媒体循環経路Ｃ中に設ける切替手段としての３方弁３１，３２を、前記ボイラーユニット１０と放熱機器２１，２２との間の熱媒体循環経路Ｃに設けている。なお、この２つの３方弁３１，３２はともに暖房時の送り側の配管経路に配置しているが、還り側の配管経路に２つの３方弁３１，３２を配置した構成としてもよい。

更に本実施形態に係る冷暖房設備Ａでは、暖房運転又は冷房運転のモードを切り替えるための気温検知センサ、各放熱機器のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチからの信号に基づいて、制御部が前記ボイラーユニット１０内のボイラー１０、循環用ポンプＰ１の運転、３方弁３１，３２の切り替えを行い、暖房運転又は冷房運転がなされる。

すなわち、気温検知センサが１５℃未満である場合には暖房モードとなる。この暖房モード時に、いずれか一方又は両方の放熱機器２１，２２から運転信号が入力されると、図３（ｂ）に示すように、２つの３方弁３１，３２がボイラー１１と放熱機器２１，２２との間の経路のみを開放（地熱交換ユニット４０と放熱機器２１，２２との間の経路は遮断）するように切り替えられる。更に、ボイラー１１及び循環用ポンプＰ１が運転を開始し、前記ボイラーユニット１０にて加熱した熱媒体が前記３方弁３１，３２を通して放熱機器２１，２２に循環される。このようにして暖房運転がなされる。

一方、気温検知センサが１５℃以上である場合には冷房モードとなる。この冷房モード時に、いずれか一方又は両方の放熱機器２１，２２から運転信号が入力されると、図３（ａ）に示すように、２つの３方弁３１，３２が、互いの間の経路を遮断しつつ、一方の２方弁３１が地熱交換ユニット４０と放熱機器２１，２２との間の経路を開放し、他方の３方弁３２が地熱交換ユニット４０とボイラーユニット１１の経路を開放するように切り替えられる。そしてボイラー１１は停止状態のまま、循環用ポンプＰ１のみが運転を開始し、前記地熱交換ユニット４０にて熱交換が行われ冷却された熱媒体が前記３方弁３１，３２を通して放熱機器２１，２２に循環される。このようにして冷房運転がなされる。

なお、本実施形態に係る冷暖房設備Ａのその他の構成は、前述した第１比較例と同様であるため、同等の機能を有する部材には同一符号を付し、その説明は援用するものとする。

上述したように、本実施形態においても、前述した第１比較例と同様に、上記暖房装置Ｂにおける熱媒体循環経路Ｃ中に、ボイラーユニット１０にて加熱した熱媒体又は地中での熱交換により冷却した熱媒体のいずれか一方を循環させる３方弁３１，３２を追加し、該３方弁３１，３２に地熱交換ユニット４０を接続するだけで、上記暖房装置Ｂに冷房機能を追加することができる。このため、ボイラーユニット１０を利用した暖房装置Ｂとは別に新たな冷房装置或いは冷暖房装置を設置して二重に設備投資をする必要がなくなり、シンプルな冷暖房装置が実現できる。例えば、市場に普及している既存の暖房装置を、冷房機能を追加した冷暖房装置とすることが可能である。すなわち、上記ボイラーユニット１０を利用した暖房装置Ｂを冷房にも利用できる通年型の冷暖房設備Ａとすることができる。

〔第２実施形態〕
第２実施形態に係る冷暖房設備について図４を用いて説明する。

本実施形態に係る冷暖房設備Ａでは、図４に示すように、前記暖房装置Ｂにおける熱媒体循環経路Ｃ中に設ける切替手段としての３方弁３１，３２を、前記ボイラーユニット１０と放熱機器２１，２２との間の熱媒体循環経路Ｃに設けている。なお、この２つの３方弁３１，３２は送り側の配管経路と還り側の配管経路にそれぞれ配置されている。

更に本実施形態に係る冷暖房設備Ａでは、図４に示すように、ボイラーユニット１０が有する循環用ポンプＰ１とは別に、前記地中での熱交換により冷却した熱媒体を循環させるための第二の循環用ポンプＰ２を設けている。

そして、本実施形態に係る冷暖房設備Ａでは、暖房運転又は冷房運転のモードを切り替えるための気温検知センサ、各放熱機器のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチからの信号に基づいて、制御部が前記ボイラーユニット１０内のボイラー１０、循環用ポンプＰ１の運転、第二の循環用ポンプＰ２の運転、３方弁３１，３２の切り替えを行い、暖房運転又は冷房運転がなされる。

すなわち、気温検知センサが１０℃未満である場合には暖房モードとなる。この暖房モード時に、いずれか一方又は両方の放熱機器２１，２２から運転信号が入力されると、図４（ｂ）に示すように、２つの３方弁３１，３２がボイラー１１と放熱機器２１，２２との間の経路のみを開放（地熱交換ユニット４０と放熱機器２１，２２との間の経路は遮断）するように切り替えられる。更に、ボイラー１１及び循環用ポンプＰ１が運転を開始し、前記ボイラーユニット１０にて加熱した熱媒体が前記３方弁３１，３２を通して放熱機器２１，２２に循環される。このようにして暖房運転がなされる。

一方、気温検知センサが１０℃以上である場合には冷房モードとなる。この冷房モード時に、いずれか一方又は両方の放熱機器２１，２２から運転信号が入力されると、図４（ａ）に示すように、２つの３方弁３１，３２が地熱交換ユニット４０と放熱機器２１，２２との間の経路のみを開放（ボイラー１１と放熱機器２１，２２との間の経路は遮断）するように切り替えられる。そしてボイラーユニット１０は停止状態（ボイラー１１及び循環用ポンプＰ１が停止状態）のまま、第二の循環用ポンプＰ２のみが運転を開始し、前記地熱交換ユニット４０にて熱交換が行われ冷却された熱媒体が前記３方弁３１，３２を通して放熱機器２１，２２に循環される。このようにして冷房運転がなされる。

上述したように、本実施形態によれば、上記暖房装置Ｂにおける熱媒体循環経路Ｃ中に、ボイラーユニット１０にて加熱した熱媒体又は地中での熱交換により冷却した熱媒体のいずれか一方を循環させる３方弁３１，３２を追加し、該３方弁３１，３２に地熱交換ユニット４０を接続し、更に専用の循環用ポンプＰ２を追加することで、上記暖房装置Ｂに冷房機能を追加することができる。このため、ボイラーユニット１０を利用した暖房装置Ｂとは別に新たな冷房装置或いは冷暖房装置を設置して二重に設備投資をする必要がなくなり、シンプルな冷暖房装置が実現できる。例えば、市場に普及している既存の暖房装置を、冷房機能を追加した冷暖房装置とすることが可能である。すなわち、上記ボイラーユニット１０を利用した暖房装置Ｂを冷房にも利用できる通年型の冷暖房設備Ａとすることができる。

また、地中での熱交換により冷却した熱媒体を循環させるための循環用ポンプとして、ボイラーユニット１０が有する既存の循環用ポンプＰ１とは別に第二の循環用ポンプＰ２を設けているが、放熱機器２１，２２を冷房運転する場合には、前記第二の循環用ポンプＰ２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。

〔他の実施形態〕
なお、前述した実施形態では、放熱機器として、方式の異なる２種（送風タイプと輻射タイプ）の放熱機器を例示したが、同様の方式の放熱機器を複数利用するようにしても良い。また輻射タイプの放熱機器として熱輻射床パネルを例示したが、これに限定されるものではない。例えば床にかぎらず、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放熱機器など、前述した実施形態において例示した放熱機器以外のものであっても良い。

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省エネ空調に適用することができ、またボイラーユニットを利用した暖房装置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。

本発明の第１比較例に係る冷暖房設備を示す模式説明図である。本発明の第２比較例に係る冷暖房設備を示す模式説明図である。本発明の第１実施形態に係る冷暖房設備を示す模式説明図である。本発明の第２実施形態に係る冷暖房設備を示す模式説明図である。

Ａ …冷暖房設備
Ｂ …暖房装置
Ｐ１ …循環用ポンプ
Ｐ２ …第二の循環用ポンプ
１０ …ボイラーユニット
１１ …ボイラー
２１，２２ …放熱機器
３１，３２ …３方弁（切替手段）
４０ …地熱交換ユニット
４１ …埋設管
４２ …配管

Claims

循環用ポンプとボイラとを備えたボイラーユニットにて加熱した熱媒体を放熱機器に循環させる暖房装置における熱媒体循環経路中に、ボイラーユニットにて加熱した熱媒体又は地中での熱交換により冷却した熱媒体のいずれか一方を循環させる切替手段を設けると共に、地中での熱交換により熱媒体を冷却する地熱交換ユニットを前記切替手段に接続し、冷房時には前記地中での熱交換により冷却した熱媒体を前記切替手段を通して前記ボイラーユニットは停止状態のまま前記ボイラーユニット内のボイラを経由して前記放熱機器に循環させることを特徴とする冷暖房設備。