JP2006322688A - 床暖房基礎構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 寒冷地において地層を蓄熱層として利用する建物の床暖房効率を高めると共に布基礎施工のコスト上昇を回避できる床暖房基礎構造を提供する。
【解決手段】 地中に下部を埋設したコンクリート製の基礎部３とその上に形成した床部４により建物１の布基礎２が構成され、前記床部４に電熱ヒータからなる発熱部６が面状に配置された寒冷地における床暖房基礎構造において、前記基礎部３の下部は冬季における地層凍結深さ１１より浅い位置まで地中に埋設され、前記基礎部３の内側における床下の地層８は前記床部４の下面に接しており、前記床部４と前記地層８の間は熱移動可能とされ、建物１の外側境界部分を構成する外側基礎部３aの外側を囲むように断熱壁１６が配置され、その断熱壁１６の下部は冬季における地層凍結深さ１１又はそれより深い位置まで地中に埋設されると共に、その内側に沿って電熱ヒータからなる発熱部２０が面状に配置されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は寒冷地に建設される建物の床暖房基礎構造に関し、詳しくは床下の盛土により形成した蓄熱層を利用した前記床暖房基礎構造に関する。

従来から建物の暖房方法には種々のものが存在するが、その中でも暖房効果に優れた床暖房方式が急速に普及している。基礎部とその上に配置した床部により構成した布基礎を採用した建物における床暖房では、その床部内に配置した電熱ヒータや温水管等の発熱部による熱エネルギーで室内を暖めるようになっている。

上記床部は例えばコンクリート層と、その上側に配置した床表装材と、その下側に配置した断熱層により構成され、コンクリート中に埋設された発熱部からの熱エネルギーが室内側に効率よく伝達できるようになっている。そして通常は床部と床下の基盤との間には空間が形成される。

一方、床下の基盤から床部まで蓄熱層となる土層を形成し、床部に配置した発熱部により室内を暖めると共にその土層を暖める床暖房方式が特許文献１に記載されている。図５は特許文献１における床暖房方式を説明する断面図である。

図５において、建物１の布基礎２は基礎部３とその上に形成した床部４により構成される。床部４はコンクリート系または木質系の材料で形成され、その下側に砂層５が配置され、砂層５の内部に電熱ヒータからなる発熱部６が埋設される。さらに砂層５の下側は防湿シート７を介して地層８に接している。一方、布基礎１を構成する基礎部３はコンクリート製とされ、その内側に断熱層９が配置されている。

発熱部６の熱エネルギーは砂層５中を上方に移動して床部４を暖め、それによって室内が暖房される。また発熱部６の熱エネルギーは下方の地層８にも移動してその温度を上昇させる。地層８が暖められると図示のような逆ドーム状の蓄熱層１０が形成される。例えば冬期における土層１０の温度が１３℃である場合に、深夜電力を利用して発熱部５に通電し、床部４に埋め込んだ温度センサーで検出される温度が１６℃になるように温度制御器で温度コントロールすると、蓄熱層１０の温度分布は図示のように内側から外側に向けて１６℃〜１３℃まで緩やかに下降する状態になる。

蓄熱層１０の熱容量は通常の床部の熱容量より著しく大きいので、発熱部５の通電を停止した後でもその温度効果は極めて緩やかである。そのため深夜通電による床暖房効果は昼間から夜間の非通電期間も実用レベルで持続する。

特許第３０４９５３６号公報

一方、寒冷地では外気温冷却時間帯に地表からある程度の深さまで地層が凍結することが多い。地層が凍結するとその膨張作用により布基礎を構成する基礎部が浮き上がるという現象を起こす。そこで寒冷地において施工される布基礎構造では、このような浮き上がり現象を回避するために基礎部の下部を地層凍結深さより深い位置まで地中に埋設している。

上記のように基礎部の下部を地層凍結深さより深い位置まで地中に埋設することにより、基礎部の浮き上がり現象は抑制されるが、布基礎施工のコストが大幅に上昇するという問題がある。また前記のように床下の地層を蓄熱層として利用する床暖房構造を採用する場合、寒冷地では地層の温度低下が著しいので、地層による蓄熱効果が不十分になるおそれがある。

そこで本発明は寒冷地における地層を蓄熱層として利用する建物の床暖房効率を高めると共に、布基礎施工のコスト上昇を回避できる床暖房基礎構造を提供することを課題とする。

前記課題を解決する本発明の床暖房基礎構造は、地中に下部を埋設した基礎部とその上に形成した床部により建物の布基礎を構成し、前記床部に発熱部を配置した寒冷地における床暖房基礎構造である。そして本構造では、前記基礎部の下部は冬季における地層凍結深さより浅い位置まで地中に埋設され、前記基礎部の内側における床下の地層は前記床部の下面に接しており、前記床部と前記地層の間は熱移動可能とされ、建物の外側境界部分を構成する外側基礎部の外側を囲むように断熱壁が配置され、その断熱壁の下部は冬季における地層凍結深さ又はそれより深い位置まで地中に埋設されると共に、その内側に沿って発熱部が配置されていることを特徴とする（請求項１）。

上記床暖房基礎構造において、前記断熱壁は発泡プラスチック板により構成することができる（請求項２）。

上記いずれかの床暖房基礎構造において、前記床部に配置される発熱部および前記断熱壁の内側に配置される発熱部は深夜電力を利用する電熱ヒータにより構成することができる（請求項３）。

上記床暖房基礎構造において、前記電熱ヒータは前記床部の内部に配設したワイヤメッシュまたは断熱壁の内側に固定具で固定したワイヤメッシュに組み込むことにより配置することができる（請求項４）。

本発明の床暖房基礎構造は、前記のように建物の外側境界部分を構成する外側基礎部の外側を囲むように断熱壁が配置され、その断熱壁の下部は冬季における地層凍結深さ又はそれより深い位置まで地中に埋設されると共に、その内側に沿って発熱部が配置される。そのため断熱壁の内側に配置した発熱部、および床部に配置した発熱部の両方向から伝達される熱により、外側基礎部周囲を含めた床下の地層が効率よく温められる。

そして、冬季の外気温冷却時間帯においても外側基礎部周囲および内側基礎部周囲の地層凍結を防止できるので、本発明のようにこれら基礎部の下部を冬季における地層凍結深さより浅い位置まで地中に埋設した状態であっても、その浮き上がり現象を確実に回避でき、布基礎の施工コストを大幅に低減できる。

さらに床下の地層から周囲に逃げる熱エネルギーが断熱壁の内側に配置した発熱部の熱エネルギーにより補償されるので、冬季においても有効な暖房効果を持続できる温度の蓄熱層を地層に効率よく形成できる。このように本発明の床暖房基礎構造は、寒冷地における効率のよい床暖房を実現する床暖房部分と、地層を蓄熱層として効率的に利用するための基礎部分を組み合わせることにより、上記の効果を達成したものである。

上記床暖房基礎構造において、前記断熱壁を発泡プラスチック板により構成した場合には、断熱壁の施工が容易になると共にその施工コストを低減することができる。

上記いずれかの床暖房基礎構造において、前記床部に配置される発熱部および前記断熱壁の内側に配置される発熱部が深夜電力を利用する電熱ヒータにより構成される場合は、該深夜電力利用による暖房費用の低減を図ることができる。

上記床暖房基礎構造において、前記電熱ヒータを前記床部の内部に配置したワイヤメッシュまたは断熱壁の内側に固定金具で固定したワイヤメッシュに組み込むことにより配置した場合は、電熱ヒータの配置の自由度が容易に上がると共に、配置施工が極めて容易になる。

次に図面により本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は本発明の床暖房基礎構造の断面図であり、前述した図５と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は可能な限り省略する。

図１において、例えば北海道のような寒冷地に建設される建物１の布基礎２は、地層８に下部を埋設したコンクリート製の基礎部３とその上に形成した床部４により構成される。なお本発明を適用できる建物１としては、戸建て住宅、集合住宅、ビルなどがある。

基礎部３は建物１の外側境界部分を構成する外側基礎部３aと、その外側基礎部３aどうしを内側から連結する内側基礎部３ｂを含み、それら外側基礎部３a、内側基礎部３ｂの下部は点線で示す冬季における地層凍結深さ（地層の凍結ライン）１１より上方であって、建物１の荷重を十分に支持できる位置（すなわち寒冷地以外に建設される建物の場合と同様な位置）まで埋設される。そして外側基礎部３aの内面に沿って発泡ポリスチレン板やグラスウール板などで作られた断熱層１２が配置される。なお外側基礎部３aおよび内側基礎部３ｂの上面には土台１aが配置され、その土台１aの上に壁１ｂが構築される。

床部４はコンクリート製の基板１３と、基板１３の上側に配置された木製またはプラスチック製の床表装材１４を有し、基板１３は前記基礎部３の上部に一体的に連結される。そして基板１３の内部に電熱ヒータからなる発熱部６が埋設施工されて配置される。なお線状の電熱ヒータは格子状に形成された金属製のワイヤメッシュ１５に組み込まれて全体が二次元状（若しくは面状）とされる。

また電熱ヒータの代わりに温水を流通させる温水管を同様な形状に配置することもできる。さらに基板１３の下面には比較的薄いプラスチック製の防湿シート７が配置される。床部４の内部、例えば床表装材１４の下側または基板１３の内部には温度センサー（図示せず）が配置され、その温度センサーと室内に設置した温度制御器（図示せず）が接続される。

床部４の下面は防湿シート７を介して床下の地層８と接している。そして床部４を構成する基板１３、防湿シート７は伝熱を阻害しないので、床部４と該地層８の間は熱移動が可能になっている。

建物１の外側境界部分を構成する基礎部３aの外側を囲むように断熱壁１６が配置される。断熱壁１６は地表面より下方における基礎部３aの外側から下方に傾斜して配置されるスカート断熱壁１７と、そのスカート断熱壁１７の下面から垂直下方に延長する垂直断熱壁１８により構成され、これらスカート断熱壁１７と垂直断熱壁１８は発泡ポリスチレン板等の発泡プラスチック板で作ることができる。

垂直断熱壁１８の下部（底部）は前記冬季における地層凍結深さ１１の位置まで地層８に埋設されている。しかしこの下部の埋設位置を地層凍結深さ１１より若干深い位置とすることもできる。

図２は断熱壁１６の施工過程を説明する断面図である。すなわち両側面を埋め戻さない前の基礎部３aの外側に沿って地層８に掘削溝１９を形成し、その掘削溝１９に断熱壁１６を配置した後、掘削溝１９および基礎部３aの両側面を埋め戻す。
垂直断熱壁１８の内側に沿って電熱ヒータからなる発熱部２０が配置される。しかし発熱部２０は電熱ヒータに限らず温水管を用いることもできる。

図３は垂直断熱壁１８の内側に沿って二次元状（もしくは面状）に電熱ヒータからなる発熱部２０を配置した状態の一部を示す斜視図である。垂直断熱壁１８の内側に金属製のワイヤメッシュ２１が複数の固定具２２で固定され、そのワイヤメッシュ２１に電熱ヒータを二次元状に延長しながら組み込んで支持している。なお図１に示す基板１３に配置するワイヤメッシュ１５も図３のワイヤメッシュ２１と同様な構造とすることができる。

垂直断熱壁１８の内側またはその近傍の地層８に温度センサー（図示せず）を配置し、その温度センサーと室内に設置した温度制御器（図示せず）を接続して、断熱壁１６による地層８の周囲からの加熱状態をコントロールすることもできる。

図４は固定具２２の１例を示す斜視図である。固定具２２はボルト孔を有する裏板２３と支持板２４、ボルト２５およびナット２６により構成される。垂直断熱壁１８の内側に電熱ヒータからなる発熱部２０を配置するには、先ず垂直断熱壁１８に所定間隔で複数の貫通孔を形成しておき、次に電熱ヒータを二次元状に組み込んだワイヤメッシュ２１を垂直断熱壁１８の内側に配置する。

次に支持板２４に挿通したボルト２５をワイヤメッシュ２１の表面側から貫通孔に貫通し、その先端部に裏板を挿通してナットで固定する。なおボルト２５を貫通孔に挿通する際には、支持板２４でワイヤメッシュ２１の線体を表面側から押さえて支持する。

（作用）
次に図１を参照して本発明の床暖房基礎構造の作用を説明する。冬季において例えば深夜電力を利用し床部4に配置した発熱部６および断熱壁１６の内側に配置した発熱部２０に通電する。発熱部６の通電により床部４の温度が上昇するので、床部４から上方に移動する熱エネルギーにより室内が暖められ、下方に移動する熱エネルギーにより床下の地層８が暖められる。

一方、発熱部２０の通電により断熱壁１６の内側で囲まれた地層８が周囲から暖められ、その熱エネルギーと前記床部４から移動する熱エネルギーとの相乗効果により、点線で境界を示す蓄熱層１０が効率よく形成される。

深夜電力による通電を停止してから朝方にかけての外気温冷却時間帯においても、基礎部３の周囲を含む地層８に蓄熱層１０が形成されているので、該部分の地層凍結は起こらず、基礎部３の浮き上がり現象も回避される。また蓄熱層１０の熱容量は大きいので、昼間から夜間にかけても上記温まった状態が持続し、床暖房効果および凍結防止効果は実用レベルで持続できる。

上記実施形態では床部４を構成する基板１３をコンクリート製としたが、木質系の材料で形成することもできる。また断熱壁１６は発泡プラスチック以外にグラスウール板やセラミック系などの断熱性を有する板材を用いることもできる。

本発明の床暖房基礎構造は、寒冷地に建設される建物の床暖房に利用できる。

本発明の床暖房基礎構造の断面図。 図１における断熱壁１６の施工過程を説明する断面図。 垂直断熱壁１８の内側に沿って発熱部２０を配置した状態の一部を示す斜視図。 固定具２２の１例を示す斜視図。 従来の床暖房方式を説明する断面図

符号の説明

１ 建物
１a 土台
１ｂ 壁
２ 布基礎
３、３a、３ｂ 基礎部

４ 床部
５ 砂層
６ 発熱部
７ 防湿シート
８ 地層

９ 断熱層
１０ 蓄熱層
１１ 地層凍結深さ
１２ 断熱層
１３ 基板
１４ 床表装材

１５ ワイヤメッシュ
１６ 断熱壁
１７ スカート断熱壁
１８ 垂直断熱壁
１９ 掘削溝
２０ 発熱部

２１ ワイヤメッシュ
２２ 固定具
２３ 裏板
２４ 支持板
２５ ボルト
２６ ナット

Claims (4)

1. 地中に下部を埋設した基礎部３とその上に形成した床部４により建物１の布基礎２が構成され、前記床部４に発熱部６が配置された寒冷地における床暖房基礎構造において、前記基礎部３の下部は冬季における地層凍結深さ１１より浅い位置まで地中に埋設され、前記基礎部３の内側における床下の地層８は前記床部４の下面に接しており、前記床部４と前記地層８の間は熱移動可能とされ、建物１の外側境界部分を構成する外側基礎部３aの外側を囲むように断熱壁１６が配置され、その断熱壁１６の下部は冬季における地層凍結深さ１１又はそれより深い位置まで地中に埋設されると共に、その内側に沿って発熱部２０が配置されていることを特徴とする床暖房基礎構造。
2. 請求項１において、前記断熱壁１６は発泡プラスチック板により構成されることを特徴とする床暖房基礎構造。
3. 請求項１または請求項２において、前記床部４に配置される発熱部６および前記断熱壁１６の内側に配置される発熱部２０は深夜電力を利用する電熱ヒータにより構成されることを特徴とする床暖房基礎構造。
4. 請求項３において、前記電熱ヒータは前記床部４の内部に配設したワイヤメッシュ１５または断熱壁１６の内側に固定具２２で固定したワイヤメッシュ２１に組み込むことにより配置されることを特徴とする床暖房基礎構造。

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