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JP5029943B2 - 蓄熱槽及びその施工法 - Google Patents

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Description

本発明は、蓄熱槽及びその施工法に関し、更に具体的には、蓄熱槽の断熱防水材及びその施工法に関する。
最近、エネルギーの有効利用の観点から、ビルの空調設備に蓄熱システムを導入する例が増えている。例えば、図1Aは、ビル1の空きスペース(二重スラブ)2を水蓄熱槽4として利用した水蓄熱式空調システムの一例である。図1Bに示すように、最下階の床スラブ5と基礎スラブ6の間の空間2を利用して蓄熱槽4を形成する。
水蓄熱式空調システムでは、夜間の割安な電力を利用して、蓄熱槽4に熱エネルギとして蓄える。即ち、夜間の電力で熱源機3を運転して、夏の冷房時は冷水を、冬の暖房時には温水を蓄熱槽4に蓄える。昼間は、冷房時には蓄熱槽4に蓄えられた冷水を利用して冷房を行い、暖房時には温水を利用して暖房を行う。
蓄熱をしないシステムでは、昼間(空調時間帯)の空調負荷に合わせて、熱源機を運転する。これに対して、蓄熱システムを採用すると、夜間(空調時間帯以外の時間帯)に蓄熱運転により熱エネルギを蓄え、このエネルギを昼間の空調に利用する(放熱)。空調負荷の多い日は、熱源機3により、追いかけ運転を行う。蓄熱システムは、必要な設備容量を小さくすることができ、経済性に優れている。
コンクリート躯体5,6,7を利用する水槽は、止水性に乏しく、熱損失が大きい。このため、図1Bに示すように、蓄熱槽4は、熱エネルギのロスを減少すると共に、コンクリート躯体5,6,7外面の結露を防止するため、コンクリート躯体内面に断熱材8と漏水を防ぐ防水材9とを用いて形成される。
従来、蓄熱槽の断熱・防水工法の代表的なものとして、(1)シート防水工法(DN工法),(2)エバーライト工法(塗布防水工法),(3)サーモストック工法(吹付け防水工法)、が知られている。なお、これら工法の詳細については、本願発明の実施形態の構成・効果等を説明する際に、その比較対象として後ほど説明する。
特開平5-157294「断熱蓄熱槽」(公開日:1993年6月22日) 特開平11-350614「蓄熱槽などの断熱防水施工法」(公開日:1999年12月21日) 特開平11-350615「蓄熱槽などの断熱防水施工法」(公開日:1999年12月21日) 特許文献1は、要約の記載によると、「断熱材層1の上に、2層の防湿層S1,S2間に介在させた金属箔層S2からなるサンドイッチ層Sを少なくとも有し、」とされ、後で説明する本発明に係る蓄熱槽とその構成が相違する。
特許文献2及び特許文献3は、いずれも後で説明するサーモストック工法による断熱蓄熱槽である。
従来のこれら代表的な工法において、蓄熱槽の断熱性能、防水性能又はこれらの経時劣化に関して、問題があることが判明した。
そこで、本発明は、新規な蓄熱槽を提供することを目的とする。
更に、本発明は、新規な蓄熱槽の施工法を提供することを目的とする。
発明に係る蓄熱槽は、コンクリート躯体の内面に断熱防水層を備え、該断熱防水層は、前記コンクリート躯体の上に吹き付けにより施工され形成された、ウレア−ウレタン樹脂から成る躯体側防水材層と、前記躯体側防水材層の上に吹き付けにより施工され形成された、ウレタン樹脂発泡材から成る断熱材層と、前記断熱材層の上に吹き付けにより施工され形成された、ウレア−ウレタン樹脂から成る防水材層とを有し、各層間が継ぎ目のないシームレス構造である。
更に、上記蓄熱槽では、前記断熱防水層は、更に、前記防水材層の上に形成されたトップコートを有してもよい。
更に、上記蓄熱槽では、前記断熱材層は、硬質ウレタンフォームから成ることができる。
更に、上記蓄熱槽では、前記躯体側防水材層は、厚さ0.5〜5mmであり、前記断熱材層は、厚さ20〜100mmであり、前記防水材層は、厚さ1〜5mmであってよい。
更に、上記蓄熱槽では、前記躯体側防水材層及び前記防水材層を夫々形成するウレア−ウレタン樹脂は、10%以上のウレア結合を含むウレタン樹脂であってよい。
更に、本発明に係る蓄熱槽の施工法は、蓄熱槽の施工法において、断熱防水層を形成するため、躯体側防水材層として、コンクリート躯体に対してウレア−ウレタン樹脂から成る躯体側防水材を吹付け、断熱材層として、前記躯体側防水材層に対してウレタン樹脂発泡材を吹付けて硬質ウレタンフォームを形成し、防水材層として、前記断熱材層に対してウレア−ウレタン樹脂から成る防水材を吹付け、これにより、各層間を継ぎ目のないシームレス構造とする、施工法である。
更に、上記蓄熱槽の施工法では、前記防水材層の上に、更に、トップコートを塗布してもよい。
更に、上記蓄熱槽の施工法では、更に、コンクリート躯体にプライマーを塗布してもよい。
更に、上記蓄熱槽の施工法では、前記ウレア−ウレタン樹脂は、10%以上のウレア結合を含むウレタン樹脂であってよい。
本発明によれば、新規な蓄熱槽を提供することが出来る。
更に、本発明によれば、新規な蓄熱槽の施工法を提供することが出来る。
以下、本発明に係る蓄熱槽及びその施工法の実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図中、同じ要素に対しては、同じ符号を付して、重複した説明を省略する。
[蓄熱槽の構造]
図2A〜図2Cは、本実施形態に係る蓄熱槽の基本的な構造を説明する図である。図2Aは、蓄熱槽の層構成が明らかになるように各層の切断位置を変えて示した、蓄熱槽10の縦方向断面図である。図2Aに示すように、この蓄熱槽10は、コンクリート躯体11の内側に、断熱・防水材層として、コンクリート躯体11からの漏水防止するウレア−ウレタン樹脂から成る躯体側防水材層12と、硬質ウレタンフォーム(発泡材)から成る断熱材層13と、ウレア−ウレタン樹脂から成る防水材層14とを備えている。更に、この蓄熱槽10は、必要に応じて、防水材層の上にトップコート層(図示せず。)を形成してもよい。
躯体側防水材層12は、超速硬化ウレア−ウレタン樹脂からなる。この躯体側防水材層の厚さは、好ましくは、厚さ約0.5〜5mm、目標値は約1mmである。例えば、躯体側防水材は、市場において、「防水材ウレタンリムSR」として入手可能である。躯体側防水材層12は、コンクリート躯体11に対して吹付けることにより形成される。
断熱材層13は、現場で発泡させるウレタン樹脂発泡材からなる。この防水材層13の厚さは、好ましくは、厚さ約20〜100mm、目標値は約30mmである。断熱材は、例えば、市場において、「断熱エアライトフォームSH−402」として入手可能である。
一般に、断熱材に水が侵入すると断熱材はこの水を含んで、断熱性能は一気に失われる。そこで、断熱材層に水が侵入しないようにするため、防水材層が必要になる。
防水材層14は、躯体防水材層12と同じ超速硬化ウレア−ウレタン樹脂からなる。防水材層14の厚さは、好ましくは、厚さ約1〜5mm、目標値は約3mmである。防水材は、例えば、市場において、「防水材ウレタンリムSR」として入手可能である。
トップコート材は、フッ素樹脂,アクリルウレタン樹脂等から成る。トップコートは、透湿係数を更に抑えるために用いられる。
ここで、躯体側防水材層12及び防水材層14に使用される超速硬化ウレア−ウレタン樹脂について説明する。ウレア−ウレタン樹脂は、イソシアネート化合物とポリオール化合物、ポリアミンとが反応して得られる。
(1)イソシアネート+ポリオール→ポリウレタン樹脂
(2)イソシアネート+ポリアミン→ポリウレア樹脂
ここで、イソシアネートとポリアミンが反応してウレア結合(尿素結合)を生成するため、生成した樹脂は特にポリウレア樹脂と呼称し、ポリウレタン樹脂と区別している。
ウレア−ウレタン樹脂は、ウレタン系樹脂であり、具体的にはウレア結合を含んだウレタン樹脂である。ウレア樹脂は、引張強度、引裂き強さ、伸び率、耐熱性、耐薬品性に優れた特性を持っている。従って、ウレア−ウレタン樹脂においてウレア結合の比率を高めた方が上記特性をより良く発揮する。しかし、現場の作業性において、ウレア樹脂は超速乾性であるため、吹付けると瞬時に硬化する。結果として、ピンホールが出来やすい欠点を有する。このウレア樹脂の超速乾性を緩和して欠点を無くすため、ウレタン樹脂が用いられる。
ウレア−ウレタン樹脂の各樹脂の比率(%)は、ウレア結合:ウレタン結合の比が公称値15:85を品番SR、ウレア結合:ウレタン結合の比が公称値50:50を品番SVと呼んでいる。本実施形態で躯体側防水材層12及び防水材層14に使用される超速硬化ウレア−ウレタン樹脂は、好ましくは少なくとも10%以上のウレア結合を含むウレタン樹脂である。
本実施形態に係る蓄熱槽10は、次のような特徴を有する。
防水断熱材層16として、基本的に躯体側防水材層12、断熱材層13及び防水材層14から成る3層構造である。即ち、断熱材層13を真ん中にして両側を防水材層12,14で挟んだサンドイッチ構造となっている。
この3層は、いずれもウレタン樹脂又はウレタン系樹脂から成る。そのため、各層間の密着性が良好である。その結果、各層間の界面剥離、界面破断のおそれが少ない。
この3層は、いずれもウレタン樹脂又はウレタン系樹脂から成る。そのため、堅牢且つ伸縮に富み、破断のおそれが少ない。
3層の各層がウレタン樹脂又はウレタン系樹脂から成るため、各層が極めて近似した線膨張係数を有する。その結果、各層間の界面剥離、界面破断のおそれが少ない。
3層の各層がスプレー方式による吹付けにより施工される。このため、各層共に、継ぎ目のない(シームレス)断熱防水層を形成する。この結果、全体として漏水のおそれが無い防水層が形成される。また、蓄放熱サイクルによって生じる応力も、面全体で支えることとなり、特定箇所への応力集中が無い。
3層の各層がスプレー方式による吹付けにより施工される。このため、小規模蓄熱槽、形状の複雑な蓄熱槽に対しても容易に対応できる。
3層とも速乾性樹脂を採用するため養生期間が短くて済む。更に、各層がウレタン樹脂又はウレタン系樹脂から成るため、下地層が半硬化状態で、次の層の施工が可能である。
3層の各層がスプレー方式による吹付けにより施工される。このため、材料としては、液状の樹脂を搬入するだけで済む。シート防水材、ボード状断熱材を使用する他の工法に比較して、現場の資材占有領域が極端に小さくて済む。
躯体側防水材12としてウレタン系樹脂(ウレア−ウレタン樹脂)を使用しているため、躯体コンクリート11の表面が湧水で湿潤状態になった場合、躯体側防水材層12はコンクリート躯体11から剥離し、湧水の逃げ道を作る。本実施形態に係る蓄熱槽10の工法は密着工法でありながら、絶縁工法の特徴をも併せ持っている。
図2Bは、蓄熱槽水17を蓄えた蓄熱槽10の状態を示す図である。
[蓄熱槽の施工法]
図3は、図2に示した本実施形態に係る蓄熱槽の施工法を説明する図である。
ステップS01で、密着工法を採用した場合には、コンクリート躯体にプライマーを塗布し、密着性を高める。コンクリート躯体11とその上に形成される躯体側防水材層12との密着性を向上させるためである。図2Cに示すように、プライマー18によって、天井11aと壁11bの取り合い部のような要部を固定する。なお、絶縁工法を採用した場合には、プライマー塗布は行わない。
ステップS02で、躯体側防水材層12を形成のため、コンクリート躯体11に対してウレア−ウレタン樹脂から成る躯体側防水材を吹付ける。
ステップS03で、断熱材層13を形成のため、躯体側防水材層12に対して現場発泡ウレタン樹脂を吹付け発泡させ、硬質ウレタンフォームを形成する。
ステップS04で、防水材層14を形成のため、断熱材層13に対してウレア−ウレタン樹脂から成る防水材を吹付ける。
ステップS05で、必要に応じてトップコート(図示せず。)を塗布する。
[実施形態の利点・効果]
本実施形態に係る蓄熱槽の利点・効果を、従来の代表的な工法であるシート防水工法による蓄熱槽(図4)、エバーライト防水工法による蓄熱槽(図5)及びサーモストック防水工法による蓄熱槽(図6)と比較しながら、説明する。図では、蓄えられた蓄熱槽水のある側を、「(蓄熱用水)」として表示する。
図4Aは、従来のシート防水工法(DN工法)による蓄熱槽40を示す図である。シート防水工法は、乾式工法の代表的なものである。シート防水工法は、断熱材層41として、コンクリート躯体11に対してボード状発泡体である抽出法ポリスチレンフォームを敷き詰め、断熱材固定ピン42によって機械的に固定する(図4A、4B参照)。防水材層43として、断熱材層41に対して軟質塩化ビニールシート(「DNシート」ともいう。)を防水材固定ピン44によって機械的に固定する(図4C参照)。
抽出法ポリスチレンフォームとして代表的なものに、ダウ加工(株)から入手可能な「スタイロフォーム」(登録商標)がある。軟質塩化ビニールシートは、定尺シートをカット若しくは貼り合わせて使用する。
シート防水工法による蓄熱槽40を本実施形態に係る蓄熱槽10と比較すると、次の相違がある。
(1)基本的に、断熱材層41と防水材層43の2層構造である。本実施形態に係る蓄熱槽10は、基本的に3層構造である。
(2)図4Aに示すように、コンクリート躯体11に対する断熱材層41及び防水材層43を固定するため固定ピン42,44を使用している。蓄熱槽40には温水、冷水(氷を含む場合がある。)が繰り返し流入・流出するため、この蓄放熱サイクルにより、断熱材層41及び防水材層43のピン孔径が拡大し、漏水、破損の原因になるおそれがある。本実施形態に係る蓄熱槽10は、固定ピンを使用していない。
(3)断熱材層41として、ボード状発泡体を敷き詰めるため、小型蓄熱槽、形状の複雑な蓄熱槽に対しては不向きである。本実施形態に係る蓄熱槽10は、3層のいずれの層も吹付けにより施工される。
(4)図4Bに示すように、軟質塩化ビニールシートをカット若しくは貼り合わせて使用するため、継ぎ目部分46の防水性能が劣化するおそれがある。また、このため、小型蓄熱槽、形状の複雑な蓄熱槽に対しては不向きである。更に、図4Dに示すように、形状の複雑な箇所(例えば、入隅部、出隅部等)においても軟質塩化ビニールシートを重ねて貼り合わせねばならず、作業性が悪く、コストアップにつながる。本実施形態に係る蓄熱槽10は、3層のいずれの層も吹付けにより施工され、シームレス構造となっている。
図5は、従来のエバーライト防水工法による蓄熱槽50を示す図である。エバーライト防水工法は、躯体側防水材層51として、湿潤硬化型エポキシ樹脂を鏝塗りで塗布する。断熱材層52として、躯体側防水材層51に対して硬質ポリウレタンフォームを現場発泡スプレー方式により吹付ける。防水材層53として、断熱材層52に対してエポキシ樹脂防水材を鏝塗りで塗布する。このエポキシ樹脂防水材層53は、下塗り、中塗り、仕上げ塗りとする場合が多い。
エバーライト防水工法による蓄熱槽50を本実施形態に係る蓄熱槽10と比較すると、次の相違がある。
(1)躯体側防水材51としての湿潤硬化型エポキシ樹脂はコンクリート躯体11に完全密着し、断熱材52と別個に膨張収縮する。このため躯体側防水材層51と断熱材層52との界面で界面剥離のおそれがある。本実施形態に係る蓄熱槽10は、躯体側防水材層12としてウレタン系樹脂(ウレア−ウレタン樹脂)を使用しているため、コンクリート表面が湧水で湿潤状態になった場合、躯体側防水材層12はコンクリート躯体11から剥離して絶縁工法の特徴も有する。
(2)躯体側防水材層(湿潤硬化型エポキシ樹脂)51と断熱材層(硬質ポリウレタンフォーム)52との線膨張係数の差、及び断熱材層(硬質ポリウレタンフォーム)52と防水材層(エポキシ樹脂)53との線膨張係数の差により、夫々の界面で界面剥離のおそれがある。本実施形態に係る蓄熱槽10は、各層がウレタン樹脂又はウレタン系樹脂から成るため、各層が極めて近似した線膨張係数を有する。
(3)エポキシ樹脂防水材53は、剪断力に対して脆弱であり、水抜き・乾燥させると乾燥クラックが入るおそれがある。本実施形態に係る蓄熱槽10は、3層のいずれもウレタン樹脂又はウレタン系樹脂から成る。そのため、堅牢且つ伸縮に富み、破断のおそれが少ない。
(4)エポキシ樹脂53は、樹脂硬化まで養生期間が長い。本実施形態に係る蓄熱槽10は、3層とも速乾性樹脂を採用するため養生期間が短い。
図6は、従来のサーモストック防水工法による蓄熱槽60を示す図である。サーモストック防水工法は、断熱材層61として、コンクリート躯体11に対してボード状発泡体の抽出法ポリスチレンフォームを敷き詰め、断熱材固定ピン62によって機械的に固定する。防水材層63として、超速硬化ウレタン樹脂防水材を吹付ける。
抽出法ポリスチレンフォームとして代表的なものに、ダウ加工(株)から入手可能な「スタイロフォーム」(登録商標)がある。ウレタン樹脂防水材として代表的なものに、(株)ダイフレックスCSから入手可能な「レジマックス」がある。
サーモストック防水工法による蓄熱槽60を本実施形態に係る蓄熱槽10と比較すると、次の相違がある。
(1)基本的に、断熱材層61と防水材層63の2層構造である。本実施形態に係る蓄熱槽は、基本的に3層構造である。
(2)コンクリート躯体11に対する断熱材層61を固定するため固定ピン62を使用している。蓄熱槽60には温水、冷水(氷を含む場合がある。)が繰り返し流入・流出するため、この蓄放熱サイクルにより、断熱材層61のピン孔径が拡大し、漏水、破損の原因になるおそれがある。本実施形態に係る蓄熱槽10は、固定ピンを使用していない。
(3)断熱材層61として、ボード状発泡体を敷き詰めるため、小型蓄熱槽、形状の複雑な蓄熱槽に対しては不向きである。本実施形態に係る蓄熱槽10は、3層のいずれの層も吹付けにより施工される。
(4)ボード状発泡体の断熱材の継ぎ目を補強するためガラスクロスを装填して防水材を吹付けるため、蓄放熱サイクルによりこの部分が脆弱化する。本実施形態に係る蓄熱槽は、3層のいずれの層も吹付けにより施工されるシームレス構造である。
(5)ポリスチレンフォーム断熱材層と超速硬化ウレタン樹脂防水材層との線膨張係数の差が大きく、界面において界面剥離のおそれがある。本実施形態に係る蓄熱槽10は、各層がウレタン樹脂又はウレタン系樹脂から成るため、各層が極めて近似した線膨張係数を有する。
以上説明したように、本実施形態に係る蓄熱槽10及びその施工法は、上述した従来の代表的な工法と相違し、これらにない利点・効果を有している。
[その他]
以上、本発明に係る蓄熱槽及びその施工法の実施形態に関して説明したが、これらは例示であって、本発明はこれらに限定されない。当業者が、これら実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明に含まれる。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。
図1Aは、ビルの空きスペース(二重スラブ)を水蓄熱槽として利用した水蓄熱式空調システムの一例を示す図である。 図1Bは、図1Aの水蓄熱式空調システムにおいて、最下階の床スラブと基礎スラブの間の空間を利用して蓄熱槽を形成している様子を説明する図である。 図2Aは、本実施形態に係る蓄熱槽の縦方向断面図であり、層構成が明らかになるように各層の切断位置を変えて示している。 図2Bは、図2Aの蓄熱槽に蓄熱槽水が蓄えられた状態を示す図である。 図2Bは、図2Aの蓄熱槽の施工時に、コンクリート躯体に対して躯体側防水材層をプライマーで固定する様子を説明する図である。 図3は、図2の蓄熱槽の施工法を説明する図である。 図4Aは、従来のシート防水工法(DN工法)による蓄熱槽を示す図である。 図4Bは、図4Aのシート防水工法において、軟質塩化ビニールシートを貼り合わせて防水材層を形成する様子を説明する図である。 図4Cは、図4Aのシート防水工法において、防水材層である軟質塩化ビニールシートを防水材固定ピンによって機械的に固定する様子を説明する図である。 図4Dは、図4Aのシート防水工法において、入隅部、出隅部等の特殊な形状の箇所において軟質塩化ビニールシートを貼り合わせて防水材層を形成する様子を説明する図である。 図5は、従来のエバーライト防水工法による蓄熱槽を示す図である。 図6は、従来のサーモストック防水工法による蓄熱槽を示す図である。
符号の説明
蓄熱槽1:ビル、 2:空きスペース、 3:熱源機、 4:水蓄熱槽,蓄熱槽、 5:床スラブ,コンクリート躯体、 6:基礎スラブ,コンクリート躯体、 7:コンクリート躯体、 10:蓄熱槽、 11:コンクリート躯体、 12:躯体側防水材層、 13:断熱材層、 14:防水材層、 17:蓄熱槽水、 18:プライマー、 40:蓄熱槽、 41:断熱材層、 42:固定ピン、 43:防水材層、 44:固定ピン、 50:蓄熱槽、 51:躯体側防水材層、 52:断熱材層、 53::防水材層、 60:蓄熱槽、 61:断熱材層、 62::固定ピン、 63:防水材層、

Claims (9)

  1. コンクリート躯体の内面に断熱防水層を備え、該断熱防水層は、
    前記コンクリート躯体の上に吹き付けにより施工され形成された、ウレア−ウレタン樹脂から成る躯体側防水材層と、
    前記躯体側防水材層の上に吹き付けにより施工され形成された、ウレタン樹脂発泡材から成る断熱材層と、
    前記断熱材層の上に吹き付けにより施工され形成された、ウレア−ウレタン樹脂から成る防水材層とを有し、各層間が継ぎ目のないシームレス構造である、蓄熱槽。
  2. 請求項1に記載の蓄熱槽において、前記断熱防水層は、更に、
    前記防水材層の上に形成されたトップコートを有する、蓄熱槽。
  3. 請求項1に記載の蓄熱槽において、
    前記断熱材層は、硬質ウレタンフォームから成る、蓄熱槽。
  4. 請求項1に記載の蓄熱槽において、
    前記躯体側防水材層は、厚さ0.5〜5mmであり、
    前記断熱材層は、厚さ20〜100mmであり、
    前記防水材層は、厚さ1〜5mmである、蓄熱槽。
  5. 請求項1に記載の蓄熱槽において、
    前記躯体側防水材層及び前記防水材層を夫々形成するウレア−ウレタン樹脂は、10%以上のウレア結合を含むウレタン樹脂である、蓄熱槽。
  6. 蓄熱槽の施工法において、断熱防水層を形成するため、
    躯体側防水材層として、コンクリート躯体に対してウレア−ウレタン樹脂から成る躯体側防水材を吹付け、
    断熱材層として、前記躯体側防水材層に対してウレタン樹脂発泡材を吹付けて硬質ウレタンフォームを形成し、
    防水材層として、前記断熱材層に対してウレア−ウレタン樹脂から成る防水材を吹付け、これにより、各層間を継ぎ目のないシームレス構造とする、蓄熱槽の施工法。
  7. 請求項6に記載の蓄熱槽の施工法において、前記防水材層の上に、更に、
    トップコートを塗布する、蓄熱槽の施工法。
  8. 請求項6に記載の蓄熱槽の施工法において、更に、
    コンクリート躯体にプライマーを塗布する、蓄熱槽の施工法。
  9. 請求項6に記載の蓄熱槽の施工法において、
    前記ウレア−ウレタン樹脂は、10%以上のウレア結合を含むウレタン樹脂である、蓄熱槽の施工法。
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