WO2017195885A1 - 床空調システム - Google Patents

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矢野　昭彦
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/12—Tube and panel arrangements for ceiling, wall, or underfloor heating
    • F24D3/16—Tube and panel arrangements for ceiling, wall, or underfloor heating mounted on, or adjacent to, a ceiling, wall or floor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Definitions

  • the present invention relates to a floor air conditioning system for buildings.
  • a solid foundation is provided under the floor board 1.
  • Layer 2 and heat insulation layer 92 are arranged in this order, solar hot water collector panel 12 is installed outdoors as a heat source, and hot water is applied to the inside of solar hot water collector panel 12 and the inside of base layer 2 by pumps 20, 23, 33.
  • the solid base layer 2 functions as a heat dissipation layer by providing the circulating heat transfer path 13
  • the heat storage layer 5 is provided under the heat insulating layer 92, and the heat transfer path 13 is the solar hot water collecting panel 12.
  • the heat storage path 16 through which hot water circulates inside the heat storage layer 5 and the inside of the heat storage layer 5 and the heat dissipation path 17 through which the hot water circulates inside the solid storage layer 16 and the inside of the solid base layer 2 are proposed. To have.
  • Patent Document 2 there is a structure with low energy cost for controlling the room temperature of a house by suppressing waste of artificial energy such as oil, gas, electricity, etc., and effectively using solar heat and underground geothermal heat.
  • the challenge is to provide a simple air-conditioning system.
  • the fresh outside air taken in by the total heat exchange type ventilation fan installed in the building is sent to the lower part of the first floor of the building, and the base floor under the first floor is U.
  • Multiple underground heat recovery pipes shaped into a letter shape are embedded, and a blower is attached to one end of the underground heat recovery pipe. The air sucked into the underground heat recovery pipe is recovered by underground heat in the winter.
  • An object of the present invention is to provide a floor air-conditioning system having a low energy cost and a simple structure.
  • the invention according to claim 1 is a floor air conditioning system, a solar heat collector, a first tank that stores water heated by the solar heat collector, a heat pump device, A second tank for storing water heated by the heat pump device, a connecting pipe connecting the upper part of the first tank and the bottom part of the second tank, and a lower part of the floor, and one end part of which is connected to the first tank.
  • the second directional control valve connected to the other end of the first directional control valve is switched between the first directional control valve and the second directional control valve, whereby the water stored in the first tank is supplied to the second tank and the first directional control valve.
  • Switch to a route that goes through a pipe to supply to the first tank, or a water supply pipe The water supplied, and supplying the first tank by switching the path through the second pipe and the first pipe.
  • the first tank is filled with the water filled therein, and the hot water heated by the solar heat collecting device is in a state of staying upward. Moreover, the 2nd tank is satisfy
  • the water stored in the first tank forms a path to the first tank via the second tank and the first pipe. Is done. That is, a path for circulating water is formed.
  • the hot water stored in the second tank is supplied to the first pipe.
  • the hot water exchanges heat with the air in the internal space below the floor, and the temperature of the internal space below the floor rises, while the temperature of the hot water decreases.
  • the warm water whose temperature has been reduced returns to the first tank.
  • the water in the first tank heated by the solar heat collecting device warm water stays in the upper part and water having a relatively high specific gravity stays in the lower part.
  • the hot water remaining in the upper part of the first tank is supplied to the second tank via the connection pipe. In this way, since the operation of the heat pump device is reduced by supplying hot water having a relatively high temperature to the second tank, the energy cost in winter can be reduced.
  • a floor air conditioning system stores the solar heat collector, the 1st tank which stores the water heated with the solar heat collector, the heat pump apparatus, and the water heated with the heat pump apparatus.
  • a second tank a connecting pipe that connects the upper part of the first tank and the bottom of the second tank, a first pipe that is disposed under the floor and has one end connected to the first tank, and a water source pipe
  • a first direction control valve connected to one end of the second pipe and the first tank, a second direction connected to the second tank, the other end of the first pipe, and the other end of the second pipe.
  • a control valve is provided, and by switching between the first directional control valve and the second directional control valve, the water stored in the first tank is switched to a path passing through the second tank and the first pipe. Or the water supplied from the water source pipe to the second pipe and the second pipe. Because it is providing to the first tank by switching the path through the tube, it is possible to structure provides a simple floor air-conditioning system.
  • the invention according to claim 2 is the floor air conditioning system according to claim 1, further comprising a third direction control valve connected to one end of the first pipe, the first tank, and the second tank, in the third direction. By switching the control valve, water passing through one end of the first pipe is supplied to the first tank or supplied to the second tank.
  • the apparatus further includes the third direction control valve connected to the one end of the first pipe and the first tank and the second tank, and by switching the third direction control valve, Since the water passing through the end portion can be supplied to either the first tank or the second tank, the temperature of the water staying at the upper portion of the first tank causes one end portion of the first pipe to When the temperature is lower than the temperature of the passing water, water can be supplied to the second tank, and when it is higher, the water can be supplied to the first tank. Thereby, water with relatively high temperature can be supplied to the second tank. As a result, since the operation of the heat pump device is further reduced, the energy cost can be further reduced.
  • the invention according to claim 3 is the floor air conditioning system according to claim 1 or 2, further comprising a first control unit connected to the first directional control valve and the second directional control valve, The flow of water passing through the first tank, the second tank, the first pipe, and the second pipe is controlled.
  • the first control unit connected to the first directional control valve and the second directional control valve, the first tank, the second tank, the first pipe, and the second pipe are passed. Since the flow of water is controlled, the path used for the floor air conditioning system in winter and summer can be easily configured.
  • the temperature sensor provided at one end of the first tank, the second tank, and the first pipe, and the third direction control valve A second control unit connected to the second control unit, wherein the second control unit is configured to supply water passing through the first pipe to the first tank based on a detection value of the temperature sensor or to supply the second tank; It is characterized by doing.
  • the second control unit includes the temperature sensor provided at one end of the first tank, the second tank, and the first pipe, and the second control unit connected to the third direction control valve.
  • the unit controls the flow of supplying water passing through the first pipe to the first tank or the flow of supplying the second tank based on the detection value of the temperature sensor, so that the energy cost can be reduced.
  • the air conditioning system can operate automatically.
  • the invention according to claim 5 is the floor air-conditioning system according to any one of claims 1 to 4, wherein no air vent with outside air is installed in the lower part of the floor, and air inside the lower part of the floor is shut off from the outside.
  • the air vent is structured to be openable and closable, and the air vent is opened and closed to make a sealed state.
  • the outside air is not installed under the floor by blocking the air inside the bottom of the floor from the outside air, or by closing the air vent so that the air vent can be opened and closed. It will be in the sealing state which does not flow directly into a part, and floor air-conditioning by solar energy becomes efficient.
  • the invention according to claim 6 is characterized in that, in the floor air conditioning system according to any one of claims 1 to 5, a heat shield sheet is laid under the first pipe.
  • the floor air-conditioning system 1 includes a water source pipe 100 that supplies tap water, a solar heat collector 2, a first tank 3 that stores hot water heated by the solar heat collector 2, and a heat pump.
  • the apparatus 5 the second tank 4 that stores the hot water heated by the heat pump apparatus 5, the connection pipe p ⁇ b> 1 that supplies the hot water stored in the first tank 3 to the second tank 4, and the first provided in the lower floor 9.
  • a directional control valve 71, a second directional control valve 72, a third directional control valve 73, a first control unit 81 that controls these three valves, a second control unit 82, and temperature sensors 32 and 62 are configured. Has been. Thereby, it becomes possible to adjust the temperature inside the floor lower part 9 with warm water or water.
  • the first tank 3 is full of water supplied from the water source pipe 100.
  • the second tank 4 is water supplied from a connection pipe p ⁇ b> 1 that connects the upper part of the first tank 3 and the bottom part of the second tank 4, and is in a full state like the first tank 3.
  • the solar heat collector 2 is a closed circuit in which a solar heat collector 21, a heat exchanger 22, and a heat collection pump 24 are connected in series by pipes 26, 27, and 28.
  • the heat exchanger 22 is provided inside the first tank 3.
  • the heat collection pump 24 When the heat collection pump 24 is operated, the heat medium circulates between the solar heat collector 21 and the heat exchanger 22.
  • the heat medium flowing into the solar heat collector 21 is heated by solar heat while passing through the solar heat collector 21, and is sent to the heat exchanger 22.
  • the heat medium that has flowed into the heat exchanger 22 is heat-exchanged to lower the temperature, while the water stored in the first tank 3 in a full state is heated.
  • the heat medium whose temperature has been lowered is sent again to the solar heat collector 21 and heated.
  • the heated water rises and stays in the upper part because its specific gravity is smaller than the surrounding water.
  • the water stored in the first tank 3 is heated, and the water whose temperature has risen stays in the upper part (see FIG. 5).
  • the heat pump device 5 is an inverter motor driven compressor that compresses the refrigerant, a refrigerant-water heat exchanger that heats water by exchanging heat with the compressed high-temperature refrigerant, and a refrigerant-water heat exchanger. It comprises an evaporator that evaporates the refrigerant condensed by the heat of ambient air, a motor-driven blower fan provided in the evaporator, an expansion valve, and the like.
  • the heat pump device 5, the circulation pump 56, and the second tank 4 constitute a closed circuit connected in series by heat pump pipes 52, 53, and 54.
  • the circulation pump 56 When the circulation pump 56 is operated, the water stored in the second tank 4 is heated by the heat pump device 5 via the heat pump pipes 54 and 53, and the heated water is supplied to the second tank via the heat pump pipe 52. Come back inside 4 By this heating circulation cycle, the water stored in the second tank 4 is uniformly heated.
  • the annual energy consumption efficiency can be greatly improved by combining the heat pump device 5 with the solar heat collector 2.
  • a heating element (not shown) may be provided inside the first tank 3, and the stored water may be heated by energizing the heating element using midnight power.
  • a heating element may be provided inside the first tank 3, and the stored water may be heated by energizing the heating element using midnight power.
  • the floor lower part 9 is not illustrated, it is composed of a foundation, a floor, and an internal space, and the internal space is sealed.
  • the inner side wall is provided with a heat insulating member by urethane foam spraying work or the like.
  • the foundation of the lower floor 9 is not installed with a vent to the outside so that air outside the building does not flow in, and the air in the interior space is shut off from the outside air and sealed. Since the lower floor 9 is used as a temperature control tank, the internal space of the lower floor 9 is configured to be in a sealed state so that outside air does not directly flow into the lower floor 9.
  • the structure In a foundation part under the floor of a general house, for example, a cloth foundation, the structure has good ventilation with the outside in order to prevent moisture in the lower floor 9, the ventilation opening can be opened and closed, and the ventilation opening is closed. Similar effects can be obtained.
  • the first pipe 6 is arranged so as to meander inside the lower floor 9.
  • the water passing through the first pipe 6 is supplied to the first tank 3 or the second tank 4 via the third direction control valve 73.
  • a heat shield sheet 11 is laid under the first pipe 6.
  • the heat shield sheet 11 is a sheet having heat insulation properties, and is preferably an aluminum sheet, for example.
  • a circulation pump 64 is provided in the first pipe 6. Thereby, the hot water supplied from the second tank 4 can be circulated in a stable state to the second tank 4 via the first pipe 6.
  • the second pipe 8 has one end connected to the first directional control valve 71 and the other end connected to the second directional control valve 72.
  • the water source pipe 100 The tap water supplied from is supplied to the second directional control valve 72 via the second pipe 8.
  • the first direction control valve 71 is a three-way valve, and includes a water source pipe 100 that supplies tap water, a pipe p5 that is connected to the first tank 3, and a second end that is connected to the second direction control valve 72 at one end. Connected to tube 8.
  • the first direction control valve 71 can supply the tap water supplied from the water source pipe 100 to either the pipe p5 or the second pipe 8 by switching.
  • the pipe p5 is preferably connected to the bottom of the first tank 3 where water having a relatively low temperature stays. Thereby, mixing with the warm water staying above the inside of the first tank 3 can be avoided.
  • the second direction control valve 72 is a three-way valve, and includes a pipe p2 that supplies hot water supplied from the second tank 4, a second pipe 8 that supplies tap water supplied from the water source pipe 100, and a first pipe. 6 is connected to the other end 6b.
  • the second direction control valve 72 can supply either the hot water supplied from the pipe p ⁇ b> 2 or the tap water supplied from the second pipe 8 to the first pipe 6 by switching.
  • the third direction control valve 73 is a three-way valve, and is connected to one end 6a of the first pipe 6, a pipe p3 connected to the first tank 3, and a pipe p4 connected to the second tank 4. By switching, the third direction control valve 73 can supply tap water or hot water supplied from the first pipe 6 to either the pipe p3 or the pipe p4.
  • the pipes p3 and p4 are preferably connected to the bottoms of the first tank 3 and the second tank 4. Thereby, mixing with the warm water staying above the first tank 3 and the second tank 4 can be avoided.
  • the first control unit 81 controls switching of the first directional control valve 71 and the second directional control valve 72, and may be either electronic control or mechanical control.
  • the first control unit 81 is operated to switch the first direction control valve 71 and the second direction control valve 72 so that the water supplied from the water source pipe 100 is A path passing through the second pipe 8 and the first pipe 6 is formed.
  • the second pipe 8 and the first pipe 6 are used to supply the first water. It is supplied to the bottom of one tank 3 or the second tank 4.
  • the tap water having a low temperature supplied to the first pipe 6 is heat-exchanged with the air stored in the internal space of the lower floor 9 to lower the temperature of the lower floor 9, while the temperature of the tap water increases.
  • the first control unit 81 In winter, when it is recognized that floor heating is necessary, the first control unit 81 is operated to switch the first directional control valve 71 and the second directional control valve 72 so that the hot water supplied from the second tank 4 Then, a path that circulates to the second tank 4 via the first pipe 6 is formed. At the same time, the circulation pump 64 is started. Thereby, the hot water supplied to the 1st pipe
  • the second control unit 82 is based on the detected values of the temperature sensor 32 provided in the first tank 3 and the temperature sensor 62 provided at one end 6 a of the first pipe 6.
  • the switching is controlled, and either electronic control or mechanical control may be used.
  • the third direction control valve 73 is switched, and hot water or tap water passing through the first pipe 6 is changed.
  • the first tank 3 is supplied via the pipe p3.
  • the third direction control valve 73 is switched to supply hot water or tap water passing through the first pipe 6.
  • the second tank 4 is supplied via the pipe p4.
  • hot water or tap water having a temperature higher than the hot water staying above the first tank 3 is supplied to the second tank 4 via the pipe p4.
  • the first control unit 81 is operated to switch the first direction control valve 71 and the second direction control valve 72.
  • a path through which the water supplied from the water source pipe 100 reaches the first tank 3 via the second pipe 8 and the first pipe 6 is formed. That is, by supplying hot water stored in the second tank 4 to the bath 10, a path through which tap water having a low temperature flows is formed in the first pipe 6.
  • tap water having a low temperature is supplied to the first pipe 6.
  • the tap water having a low temperature is subjected to heat exchange with the heat stored in the internal space of the lower floor 9, and the temperature of the internal space of the lower floor 9 is lowered, while the temperature of the tap water is increased.
  • the second control unit 82 is operated to switch the third direction control valve 73.
  • the hot water or tap water passing through the first pipe 6 is switched to a path for supplying the first tank 3 via the pipe p3.
  • hot water having a higher temperature staying above the first tank 3 is supplied to the second tank 4 via the connection pipe p1.
  • the detection value of the temperature sensor 62 exceeds the detection value of the temperature sensor 32
  • the hot water or tap water passing through the first pipe 6 is switched to a path for supplying the second tank 4 via the pipe p4.
  • hot water or tap water having a temperature higher than the hot water staying above the first tank 3 is supplied to the second tank 4 via the pipe p4.
  • the hot water supply to the bath 10 can be performed efficiently.
  • the inside of the second tank 4 is filled with warm water heated to a substantially constant temperature by the heat pump device 5.
  • the first control unit 81 is operated to switch between the first direction control valve 71 and the second direction control valve 72.
  • tube 6 is formed.
  • the circulation pump 64 is operated, the hot water stored in the second tank 4 passes through the first pipe 6.
  • the air in the internal space of the lower floor 9 is subjected to heat exchange, and the temperature of the internal space of the lower floor 9 is increased, while the temperature of the hot water in the first pipe is decreased.
  • the second control unit 82 is operated to switch the third direction control valve 73.
  • the hot water passing through the first pipe 6 is switched to a path for supplying the first tank 3 via the pipe p3.
  • a circulation path is formed in which the hot water stored in the second tank 4 returns to the second tank 4 again via the first pipe 6 and the first tank 3.
  • hot water having a higher temperature staying above the first tank 3 is supplied to the second tank 4 via the connection pipe p1.
  • the hot water passing through the first pipe 6 is switched to a path for supplying the second tank 4 via the pipe p4.
  • a circulation path is formed in which the hot water stored in the second tank 4 returns to the second tank 4 again via the first pipe 6. Further, hot water having a temperature higher than that of the hot water staying above the first tank 3 is supplied to the second tank 4 via the pipe p4. Thereby, floor air conditioning in winter can be performed efficiently.
  • the floor air-conditioning system according to the present invention has been described in detail on the basis of the present embodiment, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various types can be made without departing from the spirit of the invention. Of course, even if it is modified, it belongs to the technical scope of the present invention.
  • the air conditioning of the lower floor 9 can be provided with energy saving, and its industrial utility value is great.

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Abstract

エネルギーコストが低く、構造が簡単な床空調システムを提供する。　床空調システム１は、太陽熱集熱装置２と、太陽熱集積装置２で加熱する水を貯留する第１タンク３と、ヒートポンプ装置５と、ヒートポンプ装置５で加熱する水を貯留する第２タンク４と、第１タンク３の上部と第２タンクの底部を接続する接続管ｐ１と、床下部９に配置した第１管６と、水道源管１００と第２管８と第１タンク３に接続する第１方向制御弁７１と、第２タンク４と第１管６と第２管８に接続する第２方向制御弁７２と、第１管６と配管ｐ３、４に接続する第３方向制御弁７３を備え、第１方向制御弁７１と第２方向制御弁７２と第３方向制御弁７３を切り替えることにより、第１タンク３に貯留されている水を、第１管６を経由して第１タンク３もしくは第２タンク４に供給し、または水道源管１００から供給される水を、第１管６を経由して第１タンク３もしくは第２タンク４に供給する。

Description

床空調システム
　本発明は、建築物の床空調システムに関する。
　太陽熱等の自然エネルギーを利用した床空調システムについて、様々な装置が考えられている。
　特許文献１の発明によれば、太陽光の熱エネルギーを蓄えておき、必要なときに取り出すことができ、設置空間を問題としない床暖房システムを提供するため、床板１の下に、べた基礎層２、断熱層９２を順に配置し、熱源として太陽熱温水集熱パネル１２を屋外に設置し、ポンプ２０，２３，３３で太陽熱温水集熱パネル１２の内部とべた基礎層２の内部を温水が循環する熱伝達経路１３を備えることによって、べた基礎層２を放熱層として機能させる床暖房システムにおいて、断熱層９２の下に蓄熱層５を設け、熱伝達経路１３は、太陽熱温水集熱パネル１２の内部と蓄熱層５の内部を温水が循環する蓄熱経路１６、並びに蓄熱層１６の内部とべた基礎層２の内部を温水が循環する放熱経路１７を備えることを特徴とする発明が提案されている。
　特許文献２の発明によれば、石油、ガス、電気等の人口エネルギーの浪費を抑え、太陽熱や地中の地熱を有効に活用して住宅の室温調節を行うための、エネルギーコストが低く構造が簡単な冷暖房装置を提供する事を課題として、建物の室内に取付けた全熱交換型換気扇が吸気した新鮮な外気を、建物の１階床下部に送り込むと共に、１階床下の基礎底盤にはＵ字形に成形した複数の地中熱回収パイプを埋設し、地中熱回収パイプの一端には送風機を取付け、地中熱回収パイプに吸い込まれた空気は、冬期は地中熱により地中熱回収パイプの中で暖められ、また、夏期は地中熱により地中熱回収パイプの中で冷やされ、１階床下部の空気の温度調整を行い、その温度調整された空気を、給気ダクトを経由して各階の天井内部に供給し、天井に設けたガラリより室内に供給するように構成した発明が提案されている。
特開２００９－２１６２６４号公報 特開２０１２－１７２９６６号公報
　しかしながら、特許文献１では、建築構造の複雑化により設備のコストが増加し、上記の特許文献２では、地中熱の利用に力点が置かれており、床の空調に加えて太陽エネルギーの効率的な利用が未だ十分ではなかった。本発明は、エネルギーコストが低く、構造が簡単な床空調システムを提供することを課題とする。
　上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、床空調システムであって、太陽熱集熱装置と、太陽熱集熱装置で加熱された水を貯留する第１タンクと、ヒートポンプ装置と、ヒートポンプ装置で加熱された水を貯留する第２タンクと、第１タンクの上部と第２タンクの底部を接続する接続管と、床下部に配置するとともに、一方の端部が前記第１タンクに接続する第１管と、水道源管と第２管の一方の端部と第１タンクとに接続する第１方向制御弁と、第２タンクと第１管の他端部と前記第２管の他端部とに接続する第２方向制御弁を備え、第１方向制御弁と第２方向制御弁とを切り替えることにより、第１タンクに貯留されている水を、第２タンクおよび第１管を経由する経路に切り替えて第１タンクに供給し、または水道源管から供給される水を、第２管および第１管を経由する経路に切り替えて第１タンクに供給することを特徴とする。
　夏期における床空調について説明する。夏期においては、第１方向制御弁と第２方向制御弁を切り替えることによって、水道源管から供給される水は、第２管および第１管を経由する経路に切り替えて第１タンクに至る経路が形成される。これにより、第２タンクに貯留されている温水を給湯すると、温度の低い水道水が第１管に供給される。温度の低い水道水は、床下部の内部空間の蓄熱された空気と熱交換されて、床下部の内部空間の温度が低下し、一方、水道水の温度が上昇する。この温度の上昇した水道水が第１タンクに供給される。その結果、第１タンクの上部に滞留している温水が接続管を経由して第２タンクに供給される。このように、床下部は水道源管から供給される水道水で空調ができるとともに、第２タンクには相対的に温度の高い温水が供給されるため、夏季における床空調を効率的に行うことができ、エネルギーコストを低くすることができる。
　冬期における床空調について説明する。第１タンクは、内部に充填した水で満たされており、太陽熱集熱装置で加熱された温水が上方に滞留した状態となっている。また、第２タンクは、ヒートポンプ装置で加熱されて、ほぼ一定温度となった温水で満たされている。冬期においては、第１方向制御弁と第２方向制御弁を切り替えることによって、第１タンクに貯留されている水は、第２タンク、第１管を経由して第１タンクに至る経路が形成される。すなわち水が循環する経路が形成される。床空調システムを稼働すると、第２タンクに貯留されている温水は第１管に供給される。温水は、床下部の内部空間の空気と熱交換されて、床下部の内部空間の温度が上昇し、一方、温水の温度は低下する。この温度の低下した温水が第１タンクに還流する。太陽熱集熱装置で加熱された第１タンク内の水は、上部に温水が下部に相対的に比重が大きい温度の低い水が滞留している。温度が低下した温水が第１タンクに還流すると、第１タンクの上部に滞留している温水が接続管を経由して第２タンクに供給される。このように、第２タンクには相対的に温度の高い温水が供給されることによりヒートポンプ装置の稼働を低減するので、冬期におけるエネルギーコストを低くすることができる。
　また、この構成によれば、床空調システムは、太陽熱集熱装置と、太陽熱集熱装置で加熱された水を貯留する第１タンクと、ヒートポンプ装置と、ヒートポンプ装置で加熱された水を貯留する第２タンクと、第１タンクの上部と第２タンクの底部を接続する接続管と、床下に配置するとともに、一方の端部が前記第１タンクに接続する第１管と、水道源管と第２管の一方の端部と第１タンクとに接続する第１方向制御弁と、第２タンクと第１管の他端部と前記第２管の他端部とに接続する第２方向制御弁を備え、第１方向制御弁と第２方向制御弁とを切り替えることにより、第１タンクに貯留されている水を、第２タンクおよび第１管を経由する経路に切り替えて第１タンクに供給し、または水道源管から供給される水を、第２管および第１管を経由する経路に切り替えて第１タンクに供給しているので、構造が簡単な床空調システムを提供することができる。
　請求項２に係る発明は、請求項１に記載の床空調システムにおいて、第１管の一方の端部と第１タンクと第２タンクに接続する第３方向制御弁をさらに備え、第３方向制御弁を切り替えることにより、第１管の一方の端部を通過する水を、第１タンクに供給し、または第２タンクに供給することを特徴とする
　この構成によれば、第１管の一方の端部と第１タンクと第２タンクに接続する第３方向制御弁をさらに備え、第３方向制御弁を切り替えることにより、第１管の一方の端部を通過する水を、第１タンク、または第２タンクのいずれかに供給することができるので、第１タンク上部に滞留している水の温度が、第１管の一方の端部を通過する水の温度に比べて低い場合は第２タンクに給水し、高い場合は第１タンクに供給することができる。これにより、相対的に温度が高い水を第２タンクに供給することができる。その結果、ヒートポンプ装置の稼働をより一層低減するので、より一層エネルギーコストを低減できる。
　請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の床空調システムにおいて、第１方向制御弁、および第２方向制御弁に接続された第１制御部を備え、第１制御部は、第１タンク、第２タンク、第１管、および第２管を通過する水の流れを制御することを特徴とする。
　この構成によれば、第１方向制御弁、および第２方向制御弁に接続された第１制御部を備えることにより、第１タンク、第２タンク、第１管、および第２管を通過する水の流れを制御するので、冬期および夏期における床空調システムに用いる経路を簡単に構成することができる。
　請求項４に係る発明は、請求項２に記載の床空調システムにおいて、第１タンク、第２タンク、および第１管の一方の端部に設けられた温度センサと、第３方向制御弁に接続された第２制御部を備え、第２制御部は、温度センサの検出値に基づき、第１管を通過する水を第１タンクに供給する流れ、または前記第２タンクに供給する流れにすることを特徴とする。
　この構成によれば、第１タンク、第２タンク、および第１管の一方の端部に設けられた温度センサと、第３方向制御弁に接続された第２制御部を備え、第２制御部は、温度センサの検出値に基づき、第１管を通過する水を第１タンクに供給する流れ、または前記第２タンクに供給する流れのいずれかに制御するので、エネルギーコストを低減できる床空調システムを、自動的に動作することができる。
　請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の床空調システムにおいて、床下部に外気との通気口を設置せず、床下部内部の空気を外部と遮断する、または通気口を開閉可能な構造とし通気口を開閉することにより、密閉状態にすることを特徴とする。
　この構成によれば、床下部に外部との通気口を設置せず、床下部内部の空気を外気と遮断する、または通気口を開閉可能な構造とし通気口を閉鎖することにより、外気が床下部に直接流入しないような密封状態とすることとなり、太陽エネルギーによる床空調が効率的になる。
　請求項６に係る発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の床空調システムにおいて、第１管の下に遮熱シートを敷設することを特徴とする。
　この構成によれば、第１管の下に遮熱シートが敷設されているので、第１管からの熱の逃散を防止でき、床空調を効率化できる。
本実施形態の床空調システムのブロック図である。 本実施形態の床空調システムの夏期の動作図である。 本実施形態の床空調システムの冬期の動作図である。 冬期において、風呂に給湯したときの動作図である。 第１、２タンクに貯留している水の加熱状態を表す図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。
　図１に示すように、床空調システム１は、水道水を供給する水道源管１００と、太陽熱集熱装置２と、太陽熱集熱装置２で加熱した温水を貯留する第１タンク３と、ヒートポンプ装置５と、ヒートポンプ装置５で加熱した温水を貯留する第２タンク４と、第１タンク３に貯留された温水を第２タンク４に供給する接続管ｐ１と、床下部９に設けられた第１管６と、これら第１タンク３、第２タンク４、ヒートポンプ装置５、および第１管６間に接続された配管ｐ２、ｐ３、ｐ４、ｐ５、ｐ６と、配管中の流れを切り替える第１方向制御弁７１と、第２方向制御弁７２と、第３方向制御弁７３と、これら３つの弁を制御する第１制御部８１と、第２制御部８２と温度センサ３２、６２とから構成されている。これにより、床下部９の内部の温度を温水、または水によって調温することが可能となる。
　第１タンク３は水道源管１００から供給される水で満水状態となっている。また、第２タンク４は第１タンク３の上部と第２タンク４の底部を接続する接続管ｐ１から供給される水で、第１タンク３と同様に満水状態となっている。
　太陽熱集熱装置２は、太陽熱集熱器２１と、熱交換器２２と、集熱ポンプ２４が、配管２６、２７、２８によって直列に接続された閉回路である。熱交換器２２は、第１タンク３の内部に設けられている。集熱ポンプ２４を稼働すると、太陽熱集熱器２１と熱交換器２２の間で熱媒体が循環する。太陽熱集熱器２１へ流入した熱媒体は、太陽熱集熱器２１を通過する間に太陽熱によって加熱され、熱交換器２２に送られる。熱交換器２２に流入した熱媒体は熱交換され温度が低下し、一方、第１タンク３に満水状態で貯留されている水は加熱される。温度低下した熱媒体は、再び太陽熱集熱器２１に送られて加熱される。
　加熱された水は、周囲の水に比べ比重が小さいので、上昇し上部に滞留する。その結果、第１タンク３に貯留されている水は、加熱されて温度が上昇した水が上部に滞留した状態となる（図５参照）。
　ヒートポンプ装置５は、図示していないが、冷媒を圧縮するインバータモータ駆動の圧縮機、圧縮された高温の冷媒と熱交換して水を加熱する冷媒－水熱交換器、冷媒－水熱交換器で凝縮された冷媒を周囲空気の熱により蒸発させる蒸発器、蒸発器に設けられたモータ駆動の送風ファン、膨張弁などで構成されている。ヒートポンプ装置５と、循環ポンプ５６と、第２タンク４は、ヒートポンプ管５２、５３、５４によって直列に接続された閉回路を構成している。循環ポンプ５６を稼働すると、第２タンク４に貯留されている水は、ヒートポンプ管５４、５３を経由してヒートポンプ装置５で加熱され、加熱された水はヒートポンプ管５２を経由して第２タンク４の内部に戻ってくる。この加熱循環サイクルによって、第２タンク４に貯留されている水は均一に加熱された状態となる。
　太陽熱集熱装置２にヒートポンプ装置５を組み合わせることにより年間エネルギー消費効率を大幅に向上することができる。
　また、第１タンク３の内部に発熱体（図示略）を設け、深夜電力を利用して発熱体を通電し、貯留されている水を加熱してもよい。これにより、天候不良等に起因して太陽熱集熱装置２を稼働しても、第１タンク３の内部に貯留されている水を十分に加熱できない場合でも、深夜の安い電気料金で、加熱することができる。
　床下部９は、図示していないが、基礎と、床と、内部空間で構成され、内部空間は密閉されている。内側の側壁にはウレタン発泡体の吹き付け工事等による断熱部材が設けられている。
　床下部９の基礎は、建物外部の空気が流入しないように外部との通気口を設置せず、内部空間の空気を外気と遮断し密封状態とする。床下部９を温度調整槽として利用するため、外気が床下部９に直接流入しないように床下部９の内部空間が密封状態となるように構成される。
　一般住宅の床下の基礎部、例えば、布基礎においては、床下部９の湿気を防ぐために外部と通気が良い構造とし、通気口を開閉可能な構造とし、通気口を閉鎖することで、前記と同様の効果を得られる。
　第１管６は、床下部９の内部を蛇行するように配置されている。第１管６を通過する水は第３方向制御弁７３を経由して第１タンク３、または第２タンク４に供給される。また、第１管６の下には遮熱シート１１が敷設されている。遮熱シート１１は断熱性を有するシートであり、例えば、アルミニウムシートであることが好ましい。
　また、第１管６に、循環ポンプ６４が設けられている。これにより、第２タンク４から供給される温水を、第１管６を経由して第２タンク４に安定した状態で循環することができる。
　第２管８は、一方の端部は第１方向制御弁７１に、他端部は第２方向制御弁７２に接続しており、第１方向制御弁７１を切り替えることにより、水道源管１００から供給される水道水は、第２管８を経由して第２方向制御弁７２に供給される。
　第１方向制御弁７１は三方弁であり、水道水を供給する水道源管１００と、第１タンク３に接続する配管ｐ５と、一方の端部が第２方向制御弁７２に接続する第２管８に接続している。第１方向制御弁７１は、切り替えることにより、水道源管１００から供給される水道水を、配管ｐ５、または第２管８のいずれかに供給することができる。
　配管ｐ５は、相対的に温度の低い水が滞留している第１タンク３の底部に接続することが好ましい。これにより、第１タンク３内部の上方に滞留している温水との混合を回避することができる。
　第２方向制御弁７２は三方弁であり、第２タンク４から供給される温水を供給する配管ｐ２と、水道源管１００から供給される水道水を供給する第２管８と、第１管６の他端部６ｂに接続している。第２方向制御弁７２は、切り替えることにより、配管ｐ２から供給される温水、または第２管８から供給される水道水のいずれかを第１管６に供給することができる。
　第３方向制御弁７３は三方弁であり、第１管６の一方の端部６ａと、第１タンク３に接続する配管ｐ３と、第２タンク４に接続する配管ｐ４に接続している。第３方向制御弁７３は、切り替えることにより、第１管６から供給される水道水もしくは温水を、配管ｐ３、または配管ｐ４のいずれかに供給することができる。
　配管ｐ３、ｐ４は、第１タンク３、第２タンク４の底部に接続することが好ましい。これにより、第１タンク３、第２タンク４の上方に滞留している温水との混合を回避することができる。
　第１制御部８１は、第１方向制御弁７１、および第２方向制御弁７２の切り替えを制御するものであり、電子的制御、機械的制御のいずれでもよい。
　夏期において、床の冷却が必要と認められるときは、第１制御部８１を操作して、第１方向制御弁７１、第２方向制御弁７２を切り替え、水道源管１００から供給される水が第２管８、第１管６を通過する経路を形成する。風呂１０に、第２タンク４に接続された配管ｐ６を経由して給湯した場合、水道源管１００から温度の低い水道水が供給され、第２管８、第１管６を経由して第１タンク３の底部または第２タンク４に供給される。第１管６に供給される温度の低い水道水が、床下部９の内部空間に蓄熱された空気と熱交換されて床下部９の温度が低下し、一方、水道水の温度が上昇する。
　冬期において、床の暖房が必要と認められるときは、第１制御部８１を操作して、第１方向制御弁７１、第２方向制御弁７２を切り替え、第２タンク４から供給される温水が、第１管６を経由して第２タンク４に循環する経路を形成する。同時に、循環ポンプ６４を始動させる。これにより、第１管６に供給される温水が、床下部９の内部空間の空気と熱交換されて、床下部９の内部空間の温度が上昇し、一方、温水の温度が低下する。
　第２制御部８２は、第１タンク３の内部に設けられた温度センサ３２、および第１管６の一方の端部６ａに設けられた温度センサ６２の検出値に基づき第３方向制御弁７３の切り替えを制御するものであり、電子的制御、機械的制御のいずれでもよい。
　温度センサ６２の検出値が、所定のしきい値、例えば、温度センサ３２の検出値よりも小さい場合、第３方向制御弁７３を切り替えて、第１管６を通過する温水または水道水を、配管ｐ３を経由して第１タンク３に供給する。これにより、第１タンク３の上方に滞留しているより高い温度の温水が接続管ｐ１を経由して第２タンク４に供給される。また、温度センサ６２の検出値が、所定のしきい値、例えば、温度センサ３２の検出値を上回る場合、第３方向制御弁７３を切り替えて、第１管６を通過する温水または水道水を、配管ｐ４を経由して第２タンク４に供給する。これにより、第１タンク３の上方に滞留している温水よりも高い温度の温水または水道水が配管ｐ４を経由して第２タンク４に供給される。これにより、夏期における床空調を効率的に行うことができる。
　夏期における床空調システム１の動作について、図２を参照しながら説明する。
　夏期において、床の冷却が必要と認められるときは、第１制御部８１を操作して、第１方向制御弁７１と第２方向制御弁７２を切り替える。これにより、水道源管１００から供給される水が、第２管８、第１管６を経由して、第１タンク３に至る経路が形成される。すなわち、第２タンク４に貯留されている水を風呂１０に給湯することによって、第１管６に温度の低い水道水が流れる経路が形成されている。第２タンク内の温水を風呂１０に給湯すると、温度の低い水道水が第１管６に供給される。温度の低い水道水が床下部９の内部空間の蓄熱された空気と熱交換されて、床下部９の内部空間の温度が低下し、一方、水道水の温度が上昇する。
　また、第２制御部８２を動作して、第３方向制御弁７３を切り替える。温度センサ６２の検出値が、温度センサ３２の検出値よりも小さい場合、第１管６を通過する温水または水道水を、配管ｐ３を経由して第１タンク３に供給する経路に切り替える。これにより、第１タンク３の上方に滞留しているより高い温度の温水が接続管ｐ１を経由して第２タンク４に供給される。温度センサ６２の検出値が、温度センサ３２の検出値を上回る場合、第１管６を通過する温水または水道水を、配管ｐ４を経由して第２タンク４に供給する経路に切り替える。これにより、第１タンク３の上方に滞留している温水よりも高い温度の温水または水道水が配管ｐ４を経由して第２タンク４に供給される。これにより、風呂１０への給湯を効率的に行うことができる。
　冬期における床空調システム１の動作について、図３を参照しながら説明する。
　第２タンク４の内部は、ヒートポンプ装置５で加熱されて、ほぼ一定温度となった温水で満たされている。冬期において、床の暖房が必要と認められるときは、第１制御部８１を操作して、第１方向制御弁７１と第２方向制御弁７２を切り替える。これにより、第２タンク４に貯留されている温水が、配管ｐ２、第１管６を経由する経路が形成される。循環ポンプ６４を動作すると、第２タンク４に貯留されている温水が第１管６を通過する。この過程で、床下部９の内部空間の空気が熱交換されて、床下部９の内部空間の温度が上昇し、一方、第１管内の温水の温度は低下する。
　また、第２制御部８２を動作して、第３方向制御弁７３を切り替える。温度センサ６２の検出値が、温度センサ３２の検出値よりも小さい場合、第１管６を通過する温水を、配管ｐ３を経由して第１タンク３に供給する経路に切り替える。これにより、第２タンク４の内部に貯留されている温水は、第１管６、第１タンク３を経由して再び第２タンク４に還流する循環経路が形成される。また、第１タンク３の上方に滞留しているより高い温度の温水が接続管ｐ１を経由して第２タンク４に供給される。温度センサ６２の検出値が、温度センサ３２の検出値を上回る場合、第１管６を通過する温水を、配管ｐ４を経由して第２タンク４に供給する経路に切り替える。これにより、第２タンク４の内部に貯留されている温水は、第１管６を経由して再び第２タンク４に還流する循環経路が形成される。また、第１タンク３の上方に滞留している温水よりも高い温度の温水が配管ｐ４を経由して第２タンク４に供給される。これにより、冬期における床空調を効率的に行うことができる。
　図４に示すように、風呂１０への給湯を行う場合は、水道源管１００から水道水が配管ｐ５を経由して第１タンク３に供給される。同時に、第１タンク３の上方に滞留している温水が接続管ｐ１を経由して第２タンク４の底部に供給される。これにより、水道水よりも高温の温水が、第２タンク４に供給されるので、風呂１０への給湯を効率的に行うことができる。
　以上、本実施形態に基づいて、本発明に係る床空調システムについて詳細に説明してきたが、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において各種の改変をなしても、本発明の技術的範囲に属するのはもちろんである。
　床下部９の空調を省エネルギーで提供でき、その産業上の利用価値は大である。
１　　　：床空調システム
２　　　：太陽熱集熱装置
３　　　：第１タンク
４　　　：第２タンク
５　　　：ヒートポンプ装置
６　　　：第１管
８　　　：第２管
９　　　：床下部
１１　　：遮熱シート
３２　　：温度センサ
６２　　：温度センサ
７１　　：第１方向制御弁
７２　　：第２方向制御弁
７３　　：第３方向制御弁
８１　　：第１制御部
８２　　：第２制御部
１００　：水道源管
ｐ１　　：接続管

Claims (6)

  1. 太陽熱集熱装置と、
    前記太陽熱集熱装置で加熱する水を貯留する第１タンクと、
    ヒートポンプ装置と、
    前記ヒートポンプ装置で加熱する水を貯留する第２タンクと、
    前記第１タンクの上部と前記第２タンクの底部を接続する接続管と、
    床下部に配置するとともに、一方の端部が前記第１タンクに接続する第１管と、
    水道源管と第２管の一方の端部と前記第１タンクとに接続する第１方向制御弁と、
    前記第２タンクと前記第１管の他端部と前記第２管の他端部とに接続する第２方向制御弁と、を備え、
    前記第１方向制御弁と前記第２方向制御弁とを切り替えることにより、前記第１タンクに貯留されている水を、前記第２タンクおよび前記第１管を経由する経路に切り替えて前記第１タンクに供給し、または前記水道源管から供給される水を、前記第２管および前記第１管を経由する経路に切り替えて前記第１タンクに供給することを特徴とする床空調システム。
  2. 前記第１管の一方の端部と前記第１タンクと前記第２タンクとに接続する第３方向制御弁をさらに備え、
    前記第３方向制御弁を切り替えることにより、前記第１管の一方の端部を通過する水を、前記第１タンクに供給し、または前記第２タンクに供給することを特徴とする請求項１に記載の床空調システム。
  3. 前記第１方向制御弁、および前記第２方向制御弁に接続された第１制御部を備え、
    前記第１制御部は、前記第１タンク、前記第２タンク、前記第１管、および前記第２管を通過する水の流れを制御することを特徴とする請求項１または２に記載の床空調システム。
  4. 前記第１タンク、および前記第１管の一方の端部に設けられた温度センサと、
    前記第３方向制御弁に接続する第２制御部を備え、
    前記第２制御部は、前記温度センサの検出値に基づき、前記第１管を通過する水を前記第１タンクに供給する流れ、または前記第２タンクに供給する流れのいずれかに制御することを特徴とする請求項２に記載の床空調システム。
  5. 前記床下部に外気との通気口を設置せず、前記床下部の内部の空気を外部と遮断する、または通気口を開閉可能な構造とし通気口を開閉することにより、密閉状態にすることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の床空調システム。
  6. 前記第１管の下に遮熱シートを敷設することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の床空調システム。
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