JP5963790B2 - Groundwater circulation type geothermal heat collection system and geothermal use air conditioning or hot water supply system - Google Patents
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Description
本発明は、地下水循環型地中熱採熱システム及び地中熱利用冷暖房又は給湯システムに関する。 The present invention relates to a groundwater circulation type geothermal heat collection system and a geothermal utilization cooling / heating or hot water supply system.
地中熱採熱システムは、採熱装置の構造によりオープン型の地中熱採熱システムとクローズド型の地中熱採熱システムに大別される。このうち、クローズド型の地中熱採熱システムは、例えば、特許文献1及び2に記載されている。このうち、特許文献1に記載されたクローズド型の地中熱採熱システムは、垂直式の地中熱採熱システム(クローズド型垂直式の地中熱採熱システム)であり、特許文献2に記載されたクローズド型の採熱装置は、水平式の地中熱採熱システム(クローズド型水平式の地中熱採熱システム)である。 The geothermal heat collection system is roughly classified into an open type geothermal heat collection system and a closed type geothermal heat collection system according to the structure of the heat collection device. Among these, closed-type underground heat collection systems are described in Patent Documents 1 and 2, for example. Among these, the closed type geothermal heat collection system described in Patent Document 1 is a vertical type geothermal heat collection system (closed type vertical geothermal heat collection system). The described closed-type heat collecting device is a horizontal geothermal heat collection system (closed-type horizontal geothermal heat collection system).
これらの地中熱採熱システムのうち、オープン型の地中熱採熱システムは、地下水を直接採取しその熱エネルギーを交換するものであるため、クローズド型の地中熱採熱システムよりも利用可能な熱交換量が多く実用的であるが、地下水を涵養するための設備が別途必要であり、配管内にたまるスケール等のメンテナンスが必要でありメンテナンス性に劣るという問題がある。 Among these geothermal heat collection systems, the open type geothermal heat collection system is used more than the closed type geothermal heat collection system because it directly collects groundwater and exchanges its thermal energy. Although the amount of heat exchange possible is large and practical, there is a problem that a separate facility for groundwater recharge is necessary, maintenance such as a scale that accumulates in the piping is necessary, and the maintainability is poor.
クローズド型の地中熱採熱システムは、上記のような問題はないが、クローズド型の地中熱採熱システムのうち、クローズド型垂直式の地中熱採熱システムは、施工コスト(建設コスト)が高いという問題があるため、クローズド型垂直式の地中熱採熱システムよりも施工コスト(建設コスト)が安いクローズド型水平式の地中熱採熱システムの普及が期待されている。 The closed-type geothermal heat collection system does not have the above-mentioned problems, but among the closed-type geothermal heat collection systems, the closed-type vertical geothermal heat collection system has a construction cost (construction cost). ) Is high, it is expected that a closed horizontal geothermal heat collection system with a lower construction cost (construction cost) than a closed vertical geothermal heat collection system will be popularized.
しかしながら、クローズド型水平式の地中熱採熱システムにおいては、大気中の気候変動に伴う気温変化の影響を受けやすく、また、地下水が存在しないか非常に少ない地中浅層部で熱交換を行うため、利用可能な熱交換量が少なく実用的でないという問題がある。 However, closed horizontal geothermal heat collection systems are susceptible to temperature changes due to atmospheric climate change, and heat exchange is performed in shallow underground areas where there is no or very little groundwater. Therefore, there is a problem that the amount of heat exchange available is small and not practical.
そこで、本発明は、そのような問題を解決するためになされたもので、従来のクローズド型水平式の地中熱採熱システムよりも利用可能な熱交換量が多く実用的な地中熱採熱システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and has a larger amount of heat exchange available than a conventional closed-type horizontal geothermal heat collection system. It aims to provide a thermal system.
本発明者らは、上述した目的を達成すべく鋭意努力を重ねた結果、本来は、大気中の気候変動に伴う気温変化の影響を受けやすく、また、地下水が存在しないか非常に少ない地中浅層部で熱交換を行わざるを得ないクローズド型水平式の地中熱採熱システムであっても、そのような地中浅層部に十分な量の地下水を供給して熱交換を行わせるとともに、熱交換された後の熱ポテンシャルが低下した地下水を徐々に地下浸透させることこととすれば、利用可能な熱交換量を増大することが可能となり、もって、従来のクローズド型水平式の地中熱採熱システムよりも利用可能な熱交換量が多く実用的な地中熱採熱システムを提供することが可能となることに思い至り、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive efforts to achieve the above-mentioned object, the present inventors are inherently susceptible to temperature changes accompanying atmospheric climate change, and there is no or very little underground water. Even in a closed horizontal geothermal heat collection system that must perform heat exchange in shallow layers, heat is exchanged by supplying a sufficient amount of groundwater to such shallow layers. In addition, it is possible to increase the amount of heat exchange that can be used by gradually infiltrating underground water with reduced thermal potential after heat exchange. The present inventors completed the present invention by thinking that it would be possible to provide a practical geothermal heat collection system that has a larger amount of heat exchange available than the geothermal heat collection system.
[1]本発明の地中熱採熱システムは、地中浅層部に埋設した熱交換パイプに熱交換媒体を循環させることにより地中熱を採熱するクローズド型水平式の地中熱採熱システムであって、地中浅層部に設置され、水浸透性を有する熱交換層と、前記熱交換層内に埋設された前記熱交換パイプと、前記熱交換パイプの上方から前記熱交換層に地下水を供給する地下水供給装置とを備えることを特徴とする。 [1] The geothermal heat collection system of the present invention is a closed horizontal geothermal heat collection that collects geothermal heat by circulating a heat exchange medium through a heat exchange pipe embedded in a shallow underground layer. A heat system, which is installed in a shallow underground layer and has water permeability, the heat exchange pipe embedded in the heat exchange layer, and the heat exchange from above the heat exchange pipe And a groundwater supply device for supplying groundwater to the layer.
[2]本発明の地中熱採熱システムにおいては、前記熱交換層が、人工土砂層からなることが好ましい。 [2] In the underground heat collection system of the present invention, it is preferable that the heat exchange layer is an artificial soil layer.
[3]本発明の地中熱採熱システムにおいては、前記人工土砂層が、細粒土分を含まない人工土砂層(すなわち人工砂礫層)であることが好ましい。 [3] In the geothermal heat collection system of the present invention, the artificial earth and sand layer is preferably an artificial earth and sand layer that does not contain fine-grained soil (that is, an artificial gravel layer).
[4]本発明の地中熱採熱システムにおいては、前記熱交換層の底面及び/又は前記熱交換層の内部には、土木シート(土木安定シートということもある。)が配設されていることが好ましい。 [4] In the geothermal heat collection system of the present invention, a civil engineering sheet (also referred to as a civil engineering stabilization sheet) is disposed on the bottom surface of the heat exchange layer and / or inside the heat exchange layer. Preferably it is.
[5]本発明の地中熱採熱システムにおいては、前記熱交換層が、ポーラスコンクリート層及び当該ポーラスコンクリート層の上部に設けられた人工土砂層からなることが好ましい。 [5] In the geothermal heat collection system of the present invention, the heat exchange layer is preferably composed of a porous concrete layer and an artificial soil layer provided on the porous concrete layer.
[6]本発明の地中熱採熱システムにおいては、前記熱交換層の底面には、土木シートが配設されていることが好ましい。 [6] In the geothermal heat collection system of the present invention, it is preferable that a civil engineering sheet is disposed on the bottom surface of the heat exchange layer.
[7]本発明の地中熱採熱システムにおいては、前記地下水供給装置は、井戸と、当該井戸から前記熱交換層に地下水を移送するポンプ及び導管と、前記導管から前記熱交換層に地下水を供給する供給口を有することが好ましい。 [7] In the geothermal heat collection system of the present invention, the groundwater supply device includes a well, a pump and a conduit for transferring groundwater from the well to the heat exchange layer, and groundwater from the conduit to the heat exchange layer. It is preferable to have a supply port for supplying water.
[8]本発明の地中熱採熱システムにおいては、前記熱交換層には、地下水の水位をモニターするための水位計と、熱交換層の温度をモニターするための温度計とが配設されており、前記地下水供給装置は、前記水位計によりモニターされた水位情報及び前記温度計によりモニターされた温度情報に基づいて、前記地下水の供給動作を制御する機能を有することが好ましい。 [8] In the geothermal heat collection system of the present invention, the heat exchange layer is provided with a water level meter for monitoring the groundwater level and a thermometer for monitoring the temperature of the heat exchange layer. The groundwater supply device preferably has a function of controlling the groundwater supply operation based on the water level information monitored by the water level gauge and the temperature information monitored by the thermometer.
[9]本発明の地中熱採熱システムにおいて、前記熱交換層においては、地下水の地盤浸透の速度をvgとし、地下水の自然対流の速度をvfとしたとき、vg>vfなる関係を満たすことが好ましい。 [9] In the geothermal heat collection system of the present invention, the heat exchange layer satisfies the relationship of vg> vf, where vg is the ground penetration rate of groundwater and vf is the natural convection velocity of groundwater. It is preferable.
[10]本発明の地中熱冷暖房又は給湯システムは、本発明の地中熱採熱システムと、前記地中熱採熱システムの熱交換媒体を用いて熱交換するヒートポンプとを備えることを特徴とする。 [10] A geothermal cooling / heating or hot water supply system of the present invention includes the geothermal heat collection system of the present invention and a heat pump that exchanges heat using a heat exchange medium of the geothermal heat collection system. And
本発明の地中熱採熱システムによれば、上記したように、熱交換パイプの上方から熱交換層に地下水を供給する地下水供給装置を備えることから、地中浅層部に十分な量の地下水を供給して熱交換を行わせるとともに、熱交換された後の熱ポテンシャルが低下した地下水を徐々に地下浸透させることが可能となる。その結果、本発明の地中熱採熱システムは、利用可能な熱交換量を増大することが可能となり、従来のクローズド型水平式の地中熱採熱システムよりも利用可能な熱交換量が多く実用的な地中熱採熱システムとなる。また、本発明の地中熱冷暖房又は給湯システムは、本発明の地中熱採熱システムの場合と同様に、従来のクローズド型水平式の地中熱採熱システムを用いた地中熱冷暖房又は給湯システムよりも利用可能な熱交換量が多く実用的な地中熱冷暖房又は給湯システムとなる。 According to the underground heat collection system of the present invention, as described above, since the groundwater supply device that supplies groundwater to the heat exchange layer from above the heat exchange pipe is provided, a sufficient amount of the underground shallow layer portion is provided. While supplying groundwater to perform heat exchange, it becomes possible to gradually infiltrate underground water whose thermal potential has been lowered after heat exchange. As a result, the underground heat collection system of the present invention can increase the amount of heat exchange that can be used, and the amount of heat exchange that can be used is higher than that of a conventional closed horizontal geothermal heat collection system. Many practical geothermal heat collection systems. In addition, the geothermal cooling / heating or hot water supply system of the present invention is similar to the geothermal heat collection system of the present invention in that it uses a conventional closed-type horizontal geothermal heat collection system. The amount of heat exchange that can be used is larger than that of a hot water supply system, so that it becomes a practical underground heating / cooling or hot water supply system.
本発明の地中熱採熱システム100及び地中熱冷暖房又は給湯システム10を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。 The geothermal heat collection system 100 and the geothermal cooling / heating or hot water supply system 10 of the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
[実施形態1]
1.地中熱採熱システム及び地中熱冷暖房又は給湯システムの構成
図1は、実施形態1に係る地中熱採熱システム100及び地中熱冷暖房又は給湯システム10の断面図である。図1中、符号A1は熱交換パイプ120を熱交換媒体が流れる方向を示し、符号A2は熱交換層110を地下水が浸透する方向を示す。以下の図面においても同様である。
図2は、実施形態1に係る地中熱採熱システム100の要部を示す断面図である。図2(a)は熱交換層110の内部における熱交換パイプ120の敷設状態を示す縦断面図であり、図2(b)は熱交換層110の内部における水位計141,142及び温度計143の敷設状態を示す縦断面図である。なお、図2においては、土木シート112の図示を省略している。
図3は、実施形態1に係る地中熱採熱システム100の要部を示す断面図である。図3(a)は熱交換層110の内部における熱交換パイプ120の敷設状態を示す横断面図であり、図3(b)は熱交換層110の内部における導管133の敷設状態を示す横断面図である。
[Embodiment 1]
1. Diagram 1 of the underground heat Tonetsu systems and geothermal heat air conditioning or hot water system is a sectional view of the underground heat Tonetsu system 100 and ground heat air conditioning or hot water system 10 according to the first embodiment. In FIG. 1, symbol A 1 indicates the direction in which the heat exchange medium flows through the heat exchange pipe 120, and symbol A 2 indicates the direction in which groundwater penetrates the heat exchange layer 110. The same applies to the following drawings.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a main part of the underground heat collection system 100 according to the first embodiment. FIG. 2A is a longitudinal sectional view showing a state in which the heat exchange pipe 120 is laid inside the heat exchange layer 110, and FIG. 2B is a diagram showing water level meters 141 and 142 and a thermometer 143 inside the heat exchange layer 110. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the laying state. In FIG. 2, the civil engineering sheet 112 is not shown.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a main part of the underground heat collection system 100 according to the first embodiment. FIG. 3A is a cross-sectional view showing a state in which the heat exchange pipe 120 is laid inside the heat exchange layer 110, and FIG. 3B is a cross section showing a state in which the conduit 133 is laid inside the heat exchange layer 110. FIG.
実施形態1に係る地中熱冷暖房又は給湯システム10は、図1〜図3に示すように、地中熱採熱システム100(実施形態1に係る地中熱採熱システム100)と、地中熱採熱システム100の熱交換媒体を用いて熱交換するヒートポンプ21と、建物内の空調機(冷暖房機)又は給湯器22とを備える地中熱冷暖房又は給湯システムである。ヒートポンプ21は、蒸発器と凝縮器とを含む間接式のヒートポンプ式熱交換器である。 As shown in FIGS. 1 to 3, the geothermal cooling / heating or hot water supply system 10 according to the first embodiment includes a geothermal heat collection system 100 (a geothermal heat collection system 100 according to the first embodiment), and an underground It is a geothermal cooling / heating or hot water supply system including a heat pump 21 that performs heat exchange using a heat exchange medium of the heat heat collection system 100 and an air conditioner (cooling / heating machine) or a hot water heater 22 in a building. The heat pump 21 is an indirect heat pump heat exchanger including an evaporator and a condenser.
そして、実施形態1に係る地中熱採熱システム100は、図1〜図3に示すように、地中浅層部に埋設した熱交換パイプに熱交換媒体を循環させることにより地中熱を採熱するクローズド型水平式の地中熱採熱システムであって、地中浅層部G1に設置され、水浸透性を有する熱交換層110と、熱交換層110内に埋設された熱交換パイプ120と、熱交換パイプ120の上方から熱交換層110に地下水を供給する地下水供給装置130とを備える。 And as shown in FIGS. 1-3, the geothermal heat collection system 100 which concerns on Embodiment 1 circulates a heat exchange medium to the heat exchange pipe embed | buried in the underground shallow layer part, and it carries out underground heat. A closed horizontal geothermal heat collection system for collecting heat, which is installed in the shallow underground layer G1 and has a water permeability and a heat exchange layer embedded in the heat exchange layer 110. A pipe 120 and a groundwater supply device 130 that supplies groundwater to the heat exchange layer 110 from above the heat exchange pipe 120 are provided.
地中浅層部G1とは、概ね地面から10mよりも浅い部分の層又は地盤をいい、後述する地中深層部G2とは、地中浅層部よりも深い部分であって、帯水層を含む層又は地盤をいい、後述する地盤G3とは、地中浅層部G1よりも下方の地盤をいう。 The underground subsurface layer G1 refers to a layer or the ground that is generally shallower than 10 m from the ground, and the underground deep layer G2 described later is a portion deeper than the underground subsurface layer, The ground G3 to be described later refers to the ground below the underground shallow layer portion G1.
熱交換層110は、細粒土分を含まない人工土砂層(すなわち人工砂礫層)からなる。人工土砂層としては、例えば、砕石又は河川産洗い砂利を用いる。中でも砂利の角がとがっていなくて、熱交換パイプ110や土木シート112を損傷する可能性の小さい河川産洗い砂利を用いるのが好ましい。 The heat exchange layer 110 is composed of an artificial earth and sand layer that does not contain fine-grained soil (that is, an artificial gravel layer). As the artificial earth and sand layer, for example, crushed stone or river washed gravel is used. Among them, it is preferable to use river-washed gravel that has no sharp gravel and is less likely to damage the heat exchange pipe 110 or the civil engineering sheet 112.
熱交換層110の底面及び熱交換層110の内部には、図1〜図3に示すように、土木シート111,112が配設されている。土木シート111,112は、熱交換層110全体としての透水係数を所定の透水係数内に調整するために用いる。土木シート111,112としては、繊維間に適度な空隙を有する汎用の土木シート(例えば、ポリエステル繊維を用いた一般土木用織布。)を用いることができる。なかでも、厚さ0.19〜1.14mmで透水係数が5×10−3cm/s〜5×10−2cm/sの土木シートを用いることが好ましい。 As shown in FIGS. 1 to 3, civil engineering sheets 111 and 112 are disposed on the bottom surface of the heat exchange layer 110 and inside the heat exchange layer 110. The civil engineering sheets 111 and 112 are used to adjust the hydraulic conductivity of the heat exchange layer 110 as a whole within a predetermined hydraulic conductivity. As the civil engineering sheets 111 and 112, general-purpose civil engineering sheets (for example, woven fabric for general civil engineering using polyester fibers) having an appropriate gap between fibers can be used. Among them, it is preferable to use a civil engineering sheet having a thickness of 0.19 to 1.14 mm and a water permeability coefficient of 5 × 10 −3 cm / s to 5 × 10 −2 cm / s.
熱交換層110の側面には、図1及び図2に示すように、遮水シート113が配設されている。遮水シート113は、熱交換層110と周囲の地盤G1との間の水の流通を防止するために用いる。遮水シート113としては、例えば、汎用の遮水シート(例えば、塩化ビニル製の土木工事用遮水シート、加硫ゴム系の土木工事用遮水シートなど。)を用いることができる。 As shown in FIGS. 1 and 2, a water shielding sheet 113 is disposed on the side surface of the heat exchange layer 110. The water-impervious sheet 113 is used to prevent water from flowing between the heat exchange layer 110 and the surrounding ground G1. As the water-impervious sheet 113, for example, a general-purpose water-impervious sheet (for example, a vinyl chloride civil engineering water-impervious sheet, a vulcanized rubber civil engineering water-impervious sheet, etc.) can be used.
熱交換層110の上面には、図1及び図2に示すように、遮水シート及び断熱材114が配設されている。遮水シート及び断熱材114は、雨水が熱交換層110にしみ込まないように、かつ、熱交換層110の温度が地表の温度に影響されにくくするようにするために用いる。遮水シート及び断熱材114としては、上記した汎用の遮水シート及び汎用の断熱材(例えば、厚さ10cmの発泡スチロール製の板材)を用いることができる。 As shown in FIGS. 1 and 2, a water shielding sheet and a heat insulating material 114 are disposed on the upper surface of the heat exchange layer 110. The water shielding sheet and the heat insulating material 114 are used to prevent rainwater from entering the heat exchange layer 110 and to make the temperature of the heat exchange layer 110 less susceptible to the temperature of the ground surface. As the water-impervious sheet and the heat insulating material 114, the above-described general-purpose water-impervious sheet and a general-purpose heat insulating material (for example, a sheet made of polystyrene foam having a thickness of 10 cm) can be used.
熱交換層110の大きさは、ヒートポンプの出力に応じた必要採取熱エネルギー量に見合う地下水および地中の熱量を貯熱し得る大きさとする。 The size of the heat exchange layer 110 is set to a size capable of storing the groundwater and the amount of heat in the ground corresponding to the amount of heat energy required for extraction according to the output of the heat pump.
熱交換層110を設置する場所としては、ある程度、地下水が豊かな地盤で、かつ、地下水を浸透し易い地盤(例えば、砂礫層、なかでも河川の近くの砂礫地盤)がある場所を選択することが好ましい。 As a place where the heat exchange layer 110 is installed, select a place where the ground is rich in groundwater to some extent and there is a ground (for example, a gravel layer, especially a gravel ground near a river) that easily penetrates the groundwater. Is preferred.
熱交換パイプ120は、例えば、外径27mm〜50mm、内径21mm〜41mm程度の高密度ポリエチレン製のパイプである。熱交換パイプ120としては、市販の地中熱交換システム用パイプを用いることができる。熱交換パイプ120は、図3に示すように、例えば、ループ状に敷設する。また、熱交換パイプ120は、図1、図2及び図3(b)に示すように、鉛直方向に複数段になるように敷設する。また、熱交換パイプ120は、ヒートポンプの出力に応じて複数の熱交換パイプを並列に敷設したものであってもよい(図3(a)参照。)。 The heat exchange pipe 120 is, for example, a pipe made of high-density polyethylene having an outer diameter of 27 mm to 50 mm and an inner diameter of 21 mm to 41 mm. As the heat exchange pipe 120, a commercially available underground heat exchange system pipe can be used. As shown in FIG. 3, the heat exchange pipe 120 is laid in a loop shape, for example. The heat exchange pipe 120 is laid so as to have a plurality of stages in the vertical direction as shown in FIGS. 1, 2, and 3 (b). Moreover, the heat exchange pipe 120 may be constructed by laying a plurality of heat exchange pipes in parallel according to the output of the heat pump (see FIG. 3A).
地下水供給装置130は、図1に示すように、井戸131と、当該井戸131から熱交換層110に地下水137を移送するポンプ132及び導管133と、導管133(導管先端部134)から熱交換層110に地下水を供給する供給口135とを有する。なお、図1中、符号136は地下水の水位をモニターするための水位計を示す。当該水位計は投入水位計である。井戸131の深さは、地下水の賦存形態によるが、例えば10m〜50mとする。 As shown in FIG. 1, the groundwater supply device 130 includes a well 131, a pump 132 and a conduit 133 that transfer groundwater 137 from the well 131 to the heat exchange layer 110, and a heat exchange layer from the conduit 133 (conduit tip 134). 110 and a supply port 135 for supplying groundwater. In FIG. 1, reference numeral 136 denotes a water level meter for monitoring the level of groundwater. The water level gauge is an input water level gauge. The depth of the well 131 is, for example, 10 m to 50 m, although it depends on the form of groundwater.
熱交換層110には、図2(b)に示すように、地下水の水位をモニターするための水位計141,142と、熱交換層110の温度をモニターするための温度計143が配設されている。そして、地下水供給装置130は、水位計141,142によりモニターされた水位情報及び温度計143によりモニターされた温度情報に基づいて、地下水の供給動作を制御する機能を有する運転制御部140を備える。なお、水位計141は投入水位計であり、水位計142は電極水位計である。 As shown in FIG. 2B, the heat exchange layer 110 is provided with water level meters 141 and 142 for monitoring the level of groundwater and a thermometer 143 for monitoring the temperature of the heat exchange layer 110. ing. The groundwater supply device 130 includes an operation control unit 140 having a function of controlling the groundwater supply operation based on the water level information monitored by the water level meters 141 and 142 and the temperature information monitored by the thermometer 143. The water level meter 141 is an input water level meter, and the water level meter 142 is an electrode water level meter.
2.地中熱採熱システムの使用例
(1)ヒートポンプとの接続
まず、図1に示すように、実施形態1に係る地中熱採熱システム100をヒートポンプ21に接続し、ヒートポンプ21を建物内の空調機(冷暖房機)又は給湯器22に接続しておく。夏季の冷房時、冬季の暖房時、給湯時には、以下のようにして、実施形態1に係る地中熱採熱システム100及び地中熱冷暖房又は給湯システム10を使用する。
2. Example of Use of Geothermal Heat Collection System (1) Connection with Heat Pump First, as shown in FIG. 1, the geothermal heat collection system 100 according to Embodiment 1 is connected to the heat pump 21, and the heat pump 21 is connected to the inside of the building. It is connected to an air conditioner (air conditioner) or a water heater 22. At the time of cooling in the summer, at the time of heating in the winter, and at the time of hot water supply, the geothermal heat collection system 100 and the underground heat cooling / heating or hot water supply system 10 according to the first embodiment are used as follows.
(2)夏季
夜間に地下水(例えば15℃)を熱交換層110に供給して、熱交換層110の温度を下げておく。日中室内の温度が上がってきたら、熱交換媒体(例えば、水、不凍液など。)を介して、熱交換層110の冷熱と室内の温熱との熱交換を行うことにより、室内を冷房するとともに、室内の温熱を熱交換層110に排出する。すると熱交換層110が徐々に暖まってくるが、その暖まった水が当該熱交換層110の下方に位置する土砂層(地盤G3)に徐々に浸透する過程で、温熱が当該土砂層(地盤G3)に排出される。従って、熱交換層110の温度が上がり難くなり、従来のクローズド型水平式の地中熱採熱システムよりも熱交換量が多く実用的な地中熱採熱システムとなる。
(2) Summertime Groundwater (for example, 15 ° C.) is supplied to the heat exchange layer 110 at night to lower the temperature of the heat exchange layer 110. When the temperature of the room increases during the daytime, the room is cooled by exchanging heat between the cold heat of the heat exchange layer 110 and the indoor heat through a heat exchange medium (for example, water, antifreeze liquid, etc.). The indoor heat is discharged to the heat exchange layer 110. Then, the heat exchange layer 110 gradually warms up, but in the process in which the warm water gradually permeates into the earth and sand layer (ground G3) located below the heat exchange layer 110, the heat is applied to the earth and sand layer (ground G3). ). Accordingly, the temperature of the heat exchanging layer 110 is difficult to rise, and the heat exchanging amount is higher than that of the conventional closed horizontal geothermal heat collecting system, so that a practical geothermal heat collecting system is obtained.
(3)冬季
夜間に地下水(例えば15℃)を熱交換層110に供給して、熱交換層110の温度を上げておく。日中又は夜間に室内の温度が下がってきたら、熱交換媒体(例えば、水、不凍液など。)を介して、熱交換層110の温熱と室内の冷熱との熱交換を行うことにより、室内を暖房するとともに、室内の冷熱を熱交換層110に排出する。すると熱交換層110が徐々に冷えてくるが、その冷えた水が当該熱交換層110の下方に位置する土砂層に徐々に浸透する過程で、冷熱が当該土砂層(地盤G3)に排出される。従って、熱交換層110の温度が下がり難くなり、従来のクローズド型水平式の地中熱採熱システムよりも熱交換量が多く実用的な地中熱採熱システムとなる。
(3) Winter Season Groundwater (for example, 15 ° C.) is supplied to the heat exchange layer 110 at night to raise the temperature of the heat exchange layer 110. When the temperature of the room decreases during the day or at night, the room is heated by exchanging heat between the heat of the heat exchange layer 110 and the cold of the room through a heat exchange medium (for example, water, antifreeze liquid, etc.). While heating, the indoor cold heat is discharged to the heat exchange layer 110. Then, the heat exchange layer 110 gradually cools, but in the process in which the cooled water gradually permeates into the earth and sand layer located below the heat exchange layer 110, the cold heat is discharged to the earth and sand layer (ground G3). The Therefore, the temperature of the heat exchanging layer 110 is difficult to decrease, and the heat exchanging amount is higher than that of the conventional closed horizontal geothermal heat collecting system.
(4)給湯器貯湯槽昇温時
地下水(例えば15℃)を熱交換層110に供給して、熱交換層110の温度を地下水の温度に近づけておく。給湯器貯湯槽昇温時には、熱交換層110で熱交換された熱交換媒体(例えば、水、不凍液など。)の熱エネルギーをヒートポンプで昇温して貯湯槽に温水を蓄えるとともに、熱交換媒体(例えば、水、不凍液など。)の冷熱を熱交換層110に排出する。すると熱交換層110が徐々に冷えてくるが、その冷えた水が徐々に下方の熱交換層110に浸透する過程で、冷熱が熱交換層110の下方に位置する土砂層(地盤G3)に排出される。従って、熱交換層110の温度が下がり難くなり、従来のクローズド型水平式の地中熱採熱システムよりも熱交換量が多く実用的な地中熱採熱システムとなる。また、夏季においては冷房による排熱と給湯器貯湯槽昇温による吸熱が相殺され好都合である。
(4) When the water heater hot water storage tank is heated up Groundwater (for example, 15 ° C.) is supplied to the heat exchange layer 110, and the temperature of the heat exchange layer 110 is brought close to the temperature of the groundwater. When the temperature of the hot water storage tank is raised, the heat energy of the heat exchange medium (for example, water, antifreeze, etc.) exchanged in the heat exchange layer 110 is raised by a heat pump to store the hot water in the hot water tank, and the heat exchange medium Cold heat (for example, water, antifreeze, etc.) is discharged to the heat exchange layer 110. Then, the heat exchange layer 110 gradually cools, but in the process in which the cooled water gradually permeates the heat exchange layer 110 below, the cold heat is applied to the earth and sand layer (ground G3) located below the heat exchange layer 110. Discharged. Therefore, the temperature of the heat exchanging layer 110 is difficult to decrease, and the heat exchanging amount is higher than that of the conventional closed horizontal geothermal heat collecting system. In summer, the heat exhaust due to cooling and the heat absorption due to the temperature rise in the hot water storage tank are offset, which is convenient.
(5)地下水供給のタイミング
実施形態1に係る地中熱採熱システム100において、熱交換層110内の地中熱エネルギーが不足(低下)した場合は、昼間に熱交換層に地下水を供給してもよい。地下水供給装置130による地下水の供給動作の制御は、熱交換層110内に設置した水位計141,142や温度計143によりモニターされた水位情報や温度情報並びにヒートポンプの運転状況に基づいて行う。
(5) Timing of groundwater supply In the geothermal heat collection system 100 according to the first embodiment, when the ground heat energy in the heat exchange layer 110 is insufficient (decreased), groundwater is supplied to the heat exchange layer in the daytime. May be. Control of the groundwater supply operation by the groundwater supply device 130 is performed based on the water level information and temperature information monitored by the water level meters 141 and 142 and the thermometer 143 installed in the heat exchange layer 110 and the operating state of the heat pump.
3.地中熱採熱システムの作用・原理
本発明は、地下水の流れを地表面近くの地盤(地中浅層部G1)内に人為的に実現し、そこに設置費用が安価ないわゆる水平ループ型の採熱管(熱交換パイプ120)を布設し、採熱効率に優れ設置費用が廉価なシステムを実現するものである。まず、流動する地下水を地中浅層部G1に実現する方法を図1を用いて説明する。地中に設置した1本の井戸130で地中深層部G2に滞水する熱エネルギーの高い地下水を例えば水中ポンプ132により揚水する。揚水した地下水を地表面近くに構築した熱交換層110の天端部分に供給(散水、給水)する。熱交換槽110の内部には例えば透水性の高い砕石が充填されていて、かつ、底面には浸透性の高い地盤G3に直に接しているため、熱交換槽110の上部に供給された地下水は、重力の作用により熱交換層110内を流下し下方の地盤に浸透してゆく。最終的には、地下浸透が進み地中深層部G2の滞水層に還元される。このような機構により、熱交換層110の内部には、鉛直方向に下向きの地下水流れが実現されることになる。これにより高効率の地中採熱が可能となる(効果A)。
3. Action and Principle of Geothermal Heat Collection System The present invention is a so-called horizontal loop type in which groundwater flow is artificially realized in the ground (shallow ground layer G1) near the ground surface, and the installation cost is low there. The heat collecting pipe (heat exchange pipe 120) is laid to realize a system having excellent heat collecting efficiency and low installation cost. First, a method for realizing flowing groundwater in the underground shallow layer part G1 will be described with reference to FIG. Groundwater with high thermal energy stagnating in the deep underground layer G2 is pumped by, for example, a submersible pump 132 by a single well 130 installed in the ground. The pumped ground water is supplied (sprinkling, water supply) to the top end portion of the heat exchange layer 110 constructed near the ground surface. The inside of the heat exchange tank 110 is filled with, for example, crushed stone with high water permeability, and the bottom surface is in direct contact with the highly permeable ground G3, so that the groundwater supplied to the upper part of the heat exchange tank 110 Flows down through the heat exchange layer 110 by the action of gravity and penetrates into the ground below. Eventually, the underground infiltration progresses and is returned to the aquifer of deep underground part G2. With such a mechanism, a groundwater flow downward in the vertical direction is realized in the heat exchange layer 110. This enables highly efficient underground heat collection (Effect A).
本発明の地中熱採熱システム100においては、この鉛直方向の地下水流れに直交する形で例えば水平ループ状の熱交換パイプ120を配設して、地下水の熱エネルギーを採取する構造とする。このように地表面近くに水平ループ方式で熱交換パイプ120を敷設することで、施工コストの低減化を図ることができる(効果B)。 In the geothermal heat collection system 100 of the present invention, for example, a horizontal loop heat exchange pipe 120 is arranged in a form orthogonal to the vertical groundwater flow to collect heat energy of the groundwater. Thus, by laying the heat exchange pipe 120 near the ground surface in the horizontal loop method, the construction cost can be reduced (effect B).
熱交換層110の内部の地下水は自由水面を有し、基本的に水位変動を許容するものとする。この水位は、熱交換層110の内部に設置した水位計により変動が計測され、かつ、熱交換層110の内部に設置した温度計により温度変化情報が得られる仕組みとする。この水位と温度の情報にヒートポンプの運転情報を加味して、ポンプの運転が最適となるように制御を行う。制御の例として、夏季の冷房需要を想定した場合には、電力に余剰がある夜間に水中ポンプを稼動させて熱交換層110内を満水状態とし、熱交換層内の熱エネルギーを高める。冷房需要で電力が逼迫する昼間はポンプの稼動を抑制し、運転効率の高いヒートポンプの稼動で昼間帯のピーク電力の抑制を実現する。このようにして、夜間の余剰電力により地下水を揚水し、空調が必要な昼間帯のエネルギーとして供給することで、日サイクルの中にエネルギーの有効活用を実現することができる(効果C)。 The groundwater inside the heat exchange layer 110 has a free water surface and basically allows fluctuations in the water level. This water level has a mechanism in which fluctuation is measured by a water level meter installed in the heat exchange layer 110 and temperature change information is obtained by a thermometer installed in the heat exchange layer 110. Heat pump operation information is added to the water level and temperature information, and control is performed to optimize the pump operation. As an example of control, when a cooling demand in summer is assumed, the submersible pump is operated at night when there is surplus power to fill the heat exchange layer 110 with water and to increase the heat energy in the heat exchange layer. During the daytime when power is tight due to cooling demand, the pump operation is suppressed, and the peak power during the daytime is reduced by operating the heat pump with high operating efficiency. In this way, effective utilization of energy can be realized in the daily cycle by pumping up groundwater with surplus power at night and supplying it as daytime energy that requires air conditioning (effect C).
熱交換層110は、供給された地下水の熱エネルギーを蓄積し地下水ととも熱交換パイプ120に熱エネルギーを供給するばかりでなく、熱交換層110内の地下水の自由対流を抑制して、熱交換パイプ120内の熱交換媒体と交換された熱負荷(夏季冷房使用時の地下水の温度上昇)が水面上部に蓄積することを防止する機能を有する。熱交換後の地下水の温度上昇が例えば5℃〜10℃であると仮定した場合、熱交換層110の下方にある地盤G3の透水係数を1×10−4cm/s程度とすることで、地下浸透による強制対流を卓越させ、温度上昇による自然対流の発生を防ぐことができる。すなわち、熱交換後の排熱は、熱交換層110内に留まることなく、地下に浸透処理されるのである(効果D)。透水係数は、後述する式を用いて算出することが出来る。 The heat exchange layer 110 not only accumulates the heat energy of the supplied groundwater and supplies the heat energy to the heat exchange pipe 120 together with the groundwater, but also suppresses free convection of the groundwater in the heat exchange layer 110 to exchange heat. The heat load exchanged with the heat exchange medium in the pipe 120 (a rise in the temperature of groundwater when using cooling in summer) is prevented from accumulating at the upper part of the water surface. Assuming that the temperature rise of the groundwater after heat exchange is, for example, 5 ° C. to 10 ° C., by setting the hydraulic conductivity of the ground G3 below the heat exchange layer 110 to about 1 × 10 −4 cm / s, Forced convection due to underground seepage is superior and natural convection due to temperature rise can be prevented. That is, the exhaust heat after heat exchange is permeated into the basement without remaining in the heat exchange layer 110 (effect D). The water permeability coefficient can be calculated using the formula described later.
本発明の地中熱採熱システム100においては、地下水は地表には出ることなく、水循環が地下の密閉空間で完結している。つまり、地中の地下水の流れを人為的に実現したものであるから、地下水の揚水には該当しない。従って、今後予想される、地下水の取水制限や、地下水汚濁(汚染)防止の規制にも適用性の高いシステムとなる(効果E)。 In the geothermal heat collection system 100 of the present invention, the groundwater does not go out to the ground surface, and the water circulation is completed in the underground sealed space. In other words, the groundwater flow in the ground is artificially realized, so it does not fall under the groundwater pumping. Therefore, the system will be highly applicable to the restriction of groundwater intake and prevention of groundwater contamination (contamination) that are expected in the future (Effect E).
現在わが国で普及している地中熱ヒートポンプの種類には、間接方式と直膨式がある。間接方式とは、ヒートポンプと地中熱交換器の間に樹脂または金属製の熱交換器を設置し、その中を循環する水又は不凍液を介して間接的に地中から採熱する方法で、わが国ではこの方式が一般的に普及している。一方、直膨式はヒートポンプの採熱管を地中に埋設し、直接土壌と熱交換する方式で、間接方式に比べてヒートポンプの運転効率は高いといわれている。しかしながら、配管長や分配形式によっては圧力損失が大きくなることや、熱交換媒体の漏出のリスクや封入技術等に難点があり高い施工精度が必要とされ、わが国では普及していない。 There are indirect and direct expansion types of geothermal heat pumps that are currently popular in Japan. The indirect method is a method in which a heat exchanger made of resin or metal is installed between the heat pump and the underground heat exchanger, and heat is indirectly collected from the ground via water or antifreeze circulating through the heat exchanger, This method is widely used in Japan. On the other hand, the direct expansion type is a method in which the heat collecting pipe of the heat pump is buried in the ground and directly exchanges heat with the soil, and the operation efficiency of the heat pump is said to be higher than the indirect method. However, depending on the pipe length and distribution type, the pressure loss increases, the risk of leakage of the heat exchange medium, the sealing technique, etc. are difficult, and high construction accuracy is required, and it is not popular in Japan.
本発明の地中熱採熱システムは、上記効果A及び効果Bにより、長さが短くかつ圧力損失の少ないループ状の採熱管を地上の開空間で十分管理された状況で施工が可能となる。このため、従来のボアホール型に比して直膨式の熱交換媒体の封入に適していることから、直膨式の安価で熱交換効率に優れるヒートポンプシステムの実現に適している(効果F)。 The underground heat collection system according to the present invention enables the construction of a loop-shaped heat collection pipe having a short length and a small pressure loss in a situation where the loop-shaped heat collection pipe is sufficiently managed in an open space on the ground. . For this reason, since it is suitable for enclosing a directly expanded heat exchange medium as compared with the conventional borehole type, it is suitable for realizing a heat pump system that is directly expanded and inexpensive and excellent in heat exchange efficiency (effect F). .
以上により、本発明の地中熱採熱システムは、従来技術と比して高い性能を有するものとなる。 As described above, the geothermal heat collection system of the present invention has higher performance than the conventional technology.
以下、本発明で重要な、自然対流(熱対流ということもある)と強制対流との関係を説明する。
熱の移動には、空間を通して離れた物体間に熱が移動する放射、物質の移動を伴わないで熱が物体の高温部から低温部へ移動する伝導、そして流体の実質の流れによって熱が移動する対流の3形態がある。土砂のような多孔質体内が水で飽和している場合には、熱の移動は伝導と対流が主体となる。このうち対流には、飽和水内の不均質な温度分布に起因する自然対流とそれ以外の要因で起こる強制対流がある。自然対流は、水温の変化で生じた水の質量の変化(例えば温度上昇に伴う密度低下による浮力)による対流で、強制対流は密度変化に起因しない対流であり、例えば、重力作用による地盤G3への浸透により発生する対流(地下浸透流)である。水のみの場合(水槽等)は温度変化に伴い自然対流が発生し、上層部が高温、下層部が低温となる。これに対して飽和土砂中の水の移動は土砂中の空隙が僅かであることから対流が発生し難い。この度合いは土砂の透水係数と水の温度差に比例し、かつ、土砂の間隙率の逆数に比例し、自然対流の速度vfは次式で示される。
Hereinafter, the relationship between natural convection (sometimes referred to as thermal convection) and forced convection, which are important in the present invention, will be described.
Heat transfer is due to radiation that moves heat between distant objects through space, conduction that moves heat from the hot part to the cold part of the object without the movement of matter, and the substantial flow of fluid. There are three forms of convection. When the porous body such as earth and sand is saturated with water, the heat transfer is mainly conducted and convection. Of these, convection includes natural convection caused by inhomogeneous temperature distribution in saturated water and forced convection caused by other factors. Natural convection is convection due to a change in the mass of water caused by a change in water temperature (for example, buoyancy due to a decrease in density accompanying an increase in temperature), and forced convection is a convection that does not result from a change in density. It is a convection (underground seepage flow) generated by the infiltration of water. In the case of water only (water tank or the like), natural convection occurs with a change in temperature, and the upper layer part is hot and the lower layer part is cold. On the other hand, the movement of water in the saturated earth and sand hardly causes convection because there are few voids in the earth and sand. This degree is proportional to the permeability coefficient of the sediment and the temperature difference of the water, and is proportional to the reciprocal of the porosity of the sediment, and the natural convection velocity vf is expressed by the following equation.
この場合、飽和土砂内の水温の変化に伴い発生する自然対流の速度vfを上回る地下地盤浸透による強制対流があれば、飽和土砂内の自然対流の発生を抑えることができる。言い換えれば、自然対流を生じさせないためには、vg>vfとなるように地下浸透による強制対流の速度vgを自然対流の速度vfよりも卓越させれば良い。これにより、土砂層内の蓄熱(いわゆる熱枯れ)を回避することができる。 In this case, if there is forced convection due to underground ground infiltration that exceeds the natural convection velocity vf generated with the change in the water temperature in the saturated earth and sand, the occurrence of natural convection in the saturated earth and sand can be suppressed. In other words, in order not to cause natural convection, the forced convection speed vg by underground infiltration should be superior to the natural convection speed vf so that vg> vf. Thereby, heat storage (so-called heat withering) in the earth and sand layer can be avoided.
上式で明らかなように自然対流の速度vfのコントロールは土砂中の間隙率と透水係数の調整で可能となる。これは土砂材料の粒度調整または土木シート(織布)若しくは両者の組み合わせにより実現できる。強制対流の速度vgは土砂部より下の地盤の当該地固有の特性である透水係数に支配されるが、透水係数が大きく土砂内の水が大量に地盤内に浸透するような場合には、地盤と土砂との境界面に土木シートを布設し浸透速度を調整することも可能である。このような人工的な土砂層と地盤からなる装置を地下水循環型地中熱土槽と呼ぶ。この土槽内に地中熱ヒートポンプの一次側の採熱管を敷設した地中熱採熱装置を地下水循環型地中採熱システムと呼ぶ。 As apparent from the above equation, the natural convection velocity vf can be controlled by adjusting the porosity and hydraulic conductivity in the soil. This can be realized by adjusting the particle size of the earth and sand material or civil engineering sheet (woven fabric) or a combination of both. The forced convection velocity vg is governed by the permeability coefficient, which is a characteristic of the ground below the soil part, but when the permeability coefficient is large and the water in the soil penetrates into the ground in large quantities, It is also possible to adjust the infiltration rate by laying a civil engineering sheet on the boundary surface between the ground and the earth and sand. Such an apparatus consisting of an artificial earth and sand layer and ground is called a groundwater circulation type geothermal soil tank. A geothermal heat collecting device in which a primary heat collecting pipe is laid in the earth tub is called a groundwater circulation type underground heat collecting system.
ゆえに、本発明は、地下水の未利用熱エネルギーを効率的に取得することを目的とする、自然対流を発生させないように人工的に造った土槽内で常に新しい熱エネルギーを持つ地下水の連続若しくは間欠供給を受ける採熱装置を提供するものである。 Therefore, the present invention aims to efficiently acquire the unused thermal energy of groundwater, and continuously or continuously has new thermal energy in a soil tank artificially constructed so as not to generate natural convection. A heat collecting apparatus that receives intermittent supply is provided.
4.地中熱採熱システム及び地中熱冷暖房又は給湯システムの効果
実施形態1に係る地中熱採熱システム100によれば、熱交換パイプ120の上方から熱交換層110に地下水を供給する地下水供給装置130を備えることから、地中浅層部に十分な量の地下水を供給して熱交換を行わせるとともに、熱交換された後の熱ポテンシャルが低下した地下水を徐々に地下浸透させることが可能となる。その結果、実施形態1に係る地中熱採熱システム100は、利用可能な熱交換量を増大することが可能となり、従来のクローズド型水平式の地中熱採熱システムよりも利用可能な熱交換量が多く実用的な地中熱採熱システムとなる。その結果、同じ採熱量を確保するのに従来のクローズド型水平式の地中熱採熱システムの場合よりも狭い敷地面積で済むという効果もある。
4). Effects of Geothermal Heat Collection System and Geothermal Heating / Cooling or Hot Water Supply System According to the geothermal heat collection system 100 according to the first embodiment, groundwater supply for supplying groundwater to the heat exchange layer 110 from above the heat exchange pipe 120. Since the device 130 is provided, it is possible to supply a sufficient amount of groundwater to the underground underground layer to perform heat exchange, and to gradually infiltrate underground water with reduced thermal potential after heat exchange. It becomes. As a result, the geothermal heat collection system 100 according to the first embodiment can increase the amount of heat exchange that can be used, and heat that can be used more than the conventional closed horizontal geothermal heat collection system. It becomes a practical underground heat collection system with a large amount of replacement. As a result, there is also an effect that a site area smaller than that of the conventional closed horizontal geothermal heat collecting system can be secured to secure the same heat collecting amount.
特に、実施形態1に係る地中熱採熱システム100によれば、地下水供給装置130の運転を夜間に行うこととすれば、安価な深夜電力を使用できるため、エネルギー使用量を抑制することが可能となり、また、日中の電力のピークカットにも資するものとなる。 In particular, according to the geothermal heat collection system 100 according to the first embodiment, if the operation of the groundwater supply device 130 is performed at night, it is possible to use inexpensive late-night power, thereby suppressing energy consumption. It will also be possible and will contribute to the peak cut of power during the day.
また、実施形態1に係る地中熱採熱システム100は、地下水を活用するシステムであるが、元来クローズド型の地中熱採熱システムであることから、オープン型の地中採熱システムのように配管内にたまるスケール等をメンテナンスする必要がなく、メンテナンス性にも優れたものとなる。また、地下水を涵養するための設備を別途準備する必要がなく、自然への負担も小さい。 Moreover, although the geothermal heat collection system 100 which concerns on Embodiment 1 is a system using groundwater, since it is a closed-type geothermal heat collection system from the first, it is an open type underground heat collection system. Thus, it is not necessary to maintain a scale or the like that accumulates in the piping, and the maintenance is excellent. Moreover, it is not necessary to prepare a separate facility for recharging groundwater, and the burden on nature is small.
また、実施形態1に係る地中熱採熱システム100によれば、元来水平式の地中熱採熱システムであることから、高価な垂直式のボアホールが不要となるなど、垂直式の地中熱採熱システムと比較して、工事難易度が低く容易に施行でき施工コストも低いものとなる。 In addition, according to the geothermal heat collection system 100 according to the first embodiment, since it is originally a horizontal type geothermal heat collection system, an expensive vertical borehole is not required, and so on. Compared with the medium heat collection system, the construction difficulty is low and the construction cost can be reduced easily.
また、実施形態1に係る地中熱採熱システム100によれば、熱交換層110が、人工土砂層からなることから、土砂の粒度を調整することで透水係数を調整することが可能となる。これにより、自然対流(熱対流ということもある)の速さよりも、地下水が下方の土砂層に浸透する速さを速くすることが可能となり、熱交換層に排出された排熱(温熱又は冷熱)を熱交換層の下方に位置する土砂層(地盤G3)にスムーズに排出することが可能となる。 Moreover, according to the underground heat collection system 100 which concerns on Embodiment 1, since the heat exchange layer 110 consists of artificial earth and sand layers, it becomes possible to adjust a hydraulic conductivity by adjusting the particle size of earth and sand. . This makes it possible to increase the speed at which groundwater penetrates into the sediment layer below the natural convection (sometimes referred to as thermal convection), and exhaust heat (hot or cold) discharged to the heat exchange layer. ) Can be smoothly discharged to the earth and sand layer (ground G3) located below the heat exchange layer.
なお、地盤浸透が遅すぎると熱交換層110に排熱がこもり、採取できる熱エネルギーが少なくなる一方において、地盤浸透が速すぎると地下水の供給量を多くしないといけなくなる。これらの観点から言えば、熱交換層110の透水係数は5×10−2cm/s〜5×10−3cm/s程度であることが好ましい。 If the ground penetration is too slow, exhaust heat is accumulated in the heat exchange layer 110, and the heat energy that can be collected decreases. On the other hand, if the ground penetration is too fast, the amount of groundwater supplied must be increased. From these viewpoints, the water exchange coefficient of the heat exchange layer 110 is preferably about 5 × 10 −2 cm / s to about 5 × 10 −3 cm / s.
また、実施形態1に係る地中熱採熱システム100によれば、地下水供給装置130が、井戸131と、当該井戸131から熱交換層110に地下水を移送するポンプ132及び導管133と、導管133から熱交換層110に地下水を供給する供給口134を有することから、地下水が地表に出ることなく、また、地下水がそのまま下方の地盤3に浸透していくことから、別途地下水の涵養設備を準備する必要がない。 Further, according to the geothermal heat collection system 100 according to the first embodiment, the groundwater supply device 130 includes the well 131, the pump 132 and the conduit 133 that transfer the groundwater from the well 131 to the heat exchange layer 110, and the conduit 133. Since there is a supply port 134 for supplying groundwater to the heat exchange layer 110, groundwater does not go out to the ground surface, and groundwater penetrates into the lower ground 3 as it is. There is no need to do.
また、実施形態1に係る地中熱採熱システム100によれば、地下水供給装置130が、水位計141,142によりモニターされた水位情報及び温度計143によりモニターされた温度情報に基づいて、地下水の供給動作を制御する機能を有することから、常に最適なタイミングで最適な量の地下水を熱交換層に供給することが可能となり、利用可能な熱交換量を最大限に増大することが可能となる。 In addition, according to the geothermal heat collection system 100 according to the first embodiment, the groundwater supply device 130 is based on the water level information monitored by the water level meters 141 and 142 and the temperature information monitored by the thermometer 143. It is possible to supply the optimum amount of groundwater to the heat exchange layer at the optimum timing at all times, and to maximize the available heat exchange amount. Become.
以上説明したように、実施形態1に係る地中熱採熱システム100は、熱交換層110における、水の地盤浸透の速度をvgとし、水の自然対流の速度をvfとしたとき、vg>vfなる関係を満たすこと、すなわち、熱交換層110内の水温の変化に伴って発生する「水の自然対流」の速度vfよりも「水の地盤浸透」の速度vgを卓越させる条件で地中熱を採熱するようにしたことから、熱交換層110内における蓄熱(いわゆる熱枯れ)を回避することができ、従来のクローズド型水平式の地中熱採熱システムよりも利用可能な熱交換量が多く実用的な地中熱採熱システムとなる。 As described above, the geothermal heat collection system 100 according to the first embodiment has vg> when the ground permeation speed of water in the heat exchange layer 110 is vg and the natural convection speed of water is vf. Under the condition of satisfying the relationship of vf, that is, under the condition that the velocity vg of “water ground penetration” is superior to the velocity vf of “natural convection of water” generated with the change of the water temperature in the heat exchange layer 110. Since heat is collected, heat storage (so-called heat withering) in the heat exchange layer 110 can be avoided, and heat exchange that can be used more than a conventional closed horizontal geothermal heat collection system. It becomes a large quantity and a practical underground heat collection system.
[実施形態2]
図4は、実施形態2に係る地中熱採熱システム200を説明するために示す図である。図4(a)は地中熱採熱システム200の縦断面図であり、図4(b)は図4(a)とは直交する方向から見た地中熱採熱システム200の縦断面図である。なお、図4(b)においては、地下水供給装置230の図示は省略している。
図5は、実施形態2に係る地中熱採熱システム200の要部を示す斜視図である。なお、図5においては、地下水供給装置230、接続管234、土木シート211,212、遮水シート213並びに遮水シート及び断熱材214の図示は省略している。
[Embodiment 2]
FIG. 4 is a diagram for explaining the underground heat collection system 200 according to the second embodiment. 4 (a) is a longitudinal sectional view of the underground heat collection system 200, and FIG. 4 (b) is a longitudinal sectional view of the underground heat collection system 200 as viewed from a direction orthogonal to FIG. 4 (a). It is. In addition, illustration of the groundwater supply apparatus 230 is abbreviate | omitted in FIG.4 (b).
FIG. 5 is a perspective view showing a main part of the underground heat collection system 200 according to the second embodiment. In FIG. 5, the illustration of the groundwater supply device 230, the connecting pipe 234, the civil engineering sheets 211 and 212, the water shielding sheet 213, the water shielding sheet and the heat insulating material 214 is omitted.
実施形態2に係る地中熱採熱システム200は、実施形態1に係る地中熱採熱システム100と同様に、地中浅層部に埋設した熱交換パイプに熱交換媒体を循環させることにより地中熱を採熱するクローズド型水平式の地中熱採熱システムである。そして、図4に示すように、地中浅層部G1に設置され、水浸透性を有する熱交換層210と、熱交換層210内に埋設された熱交換パイプ220と、熱交換パイプ220の上方から熱交換層210に地下水を供給する地下水供給装置230とを備える。 The geothermal heat collection system 200 according to the second embodiment is similar to the geothermal heat collection system 100 according to the first embodiment by circulating a heat exchange medium through a heat exchange pipe embedded in a shallow underground layer. This is a closed horizontal geothermal heat collection system that collects geothermal heat. As shown in FIG. 4, a heat exchange layer 210 that is installed in the underground shallow layer portion G1 and has water permeability, a heat exchange pipe 220 embedded in the heat exchange layer 210, and a heat exchange pipe 220 And a groundwater supply device 230 for supplying groundwater to the heat exchange layer 210 from above.
実施形態2に係る地中熱採熱システム200が、実施形態1に係る地中熱採熱システム100と大きく異なるのは、熱交換パイプの構成である。すなわち、実施形態2に係る地中熱採熱システム200においては、熱交換パイプ220として、ポリエチレン製の細いパイプがシート状に構成されたシート状熱交換パイプ223(例えば幅900m、長さ5600mm)及び接続管224を用いる。そのようなシート状熱交換パイプとしては、市販の樹脂製シート状熱交換パイプ(例えば、G−カーペット)を用いることができる。熱交換パイプ220は、図4及び図5に示すように、鉄筋製又は樹脂製の架台250,251を用いて、シートを縦方向に折り返して、鉛直方向に3段になるように敷設する。 The geothermal heat collection system 200 according to the second embodiment is greatly different from the geothermal heat collection system 100 according to the first embodiment in the configuration of the heat exchange pipe. That is, in the geothermal heat collection system 200 according to the second embodiment, as the heat exchange pipe 220, a sheet-like heat exchange pipe 223 (for example, a width of 900 m and a length of 5600 mm) in which a thin polyethylene pipe is configured in a sheet shape. And a connecting pipe 224 is used. As such a sheet-like heat exchange pipe, a commercially available resin sheet-like heat exchange pipe (for example, G-carpet) can be used. As shown in FIGS. 4 and 5, the heat exchanging pipe 220 is laid so that the sheet is folded in the vertical direction and has three levels in the vertical direction using the reinforcing steel or resin bases 250 and 251.
熱交換層210は、実施形態1に係る地中熱採熱システム100の場合と同様に、細粒土分を含まない人工土砂層(すなわち人工砂礫層)を用いる。人工土砂層は、熱交換層210の底面及び熱交換層210の内部には、図4に示すように、土木シート211,212が配設されており、熱交換層210の側面には、遮水シート213が配設されており、熱交換層210の上面には、遮水シート及び断熱材214が配設されている。 As in the case of the underground heat collection system 100 according to the first embodiment, the heat exchange layer 210 uses an artificial earth / sand layer that does not contain fine-grained soil (that is, an artificial gravel layer). As shown in FIG. 4, the artificial earth and sand layer is provided with civil engineering sheets 211 and 212 on the bottom surface of the heat exchange layer 210 and on the inside of the heat exchange layer 210, and on the side surface of the heat exchange layer 210. A water sheet 213 is disposed, and a water shielding sheet and a heat insulating material 214 are disposed on the upper surface of the heat exchange layer 210.
熱交換層210の大きさは、ヒートポンプの出力に応じた必要採取熱エネルギー量に見合う地下水及び地中の熱量を貯熱し得る大きさとする。また、ヒートポンプの出力に応じてシート状熱交換パイプを複数枚直列もしくは並列に連結し使用することもある。 The size of the heat exchange layer 210 is set to a size capable of storing the groundwater and the amount of heat in the ground corresponding to the amount of heat energy required for extraction according to the output of the heat pump. Further, a plurality of sheet-like heat exchange pipes may be connected in series or in parallel depending on the output of the heat pump.
なお、実施形態2に係る地中熱採熱システム200において、地下水供給装置230による地下水の供給動作の制御は、実施形態1の場合と同様に、熱交換層210内に設置した水位計や温度計(ともに図示せず)によりモニターされた水位情報や温度情報並びにヒートポンプの運転状況に基づいて行う。 In the geothermal heat collection system 200 according to the second embodiment, the groundwater supply operation by the groundwater supply device 230 is controlled in the same manner as in the first embodiment, such as a water level meter and temperature installed in the heat exchange layer 210. This is based on the water level information and temperature information monitored by a meter (both not shown) and the operation status of the heat pump.
このように、実施形態2に係る地中熱採熱システム200は、熱交換パイプの構成が、実施形態1に係る地中熱採熱システム100の場合とは異なるが、地中浅層部G1に設置され、水浸透性を有する熱交換層210と、熱交換層210内に埋設された熱交換パイプ220と、熱交換パイプ220の上方から熱交換層210に地下水を供給する地下水供給装置230とを備えることから、実施形態1に係る地中熱採熱システム100の場合と同様に、従来のクローズド型水平式の地中熱採熱システムよりも利用可能な熱交換量が多く実用的な地中熱採熱システムとなる。 As described above, the underground heat collection system 200 according to the second embodiment is different from the case of the underground heat collection system 100 according to the first embodiment in the configuration of the heat exchange pipe, but the shallow underground layer G1. A heat exchange layer 210 having water permeability, a heat exchange pipe 220 embedded in the heat exchange layer 210, and a groundwater supply device 230 for supplying groundwater to the heat exchange layer 210 from above the heat exchange pipe 220. Therefore, as in the case of the underground heat collection system 100 according to the first embodiment, the amount of heat exchange that can be used is more practical than the conventional closed horizontal geothermal collection system. It becomes a geothermal heat collection system.
[実施形態3]
図6は、実施形態3に係る地中熱採熱システム300を説明するために示す図である。図6(a)は地中熱採熱システム300の縦断面図であり、図6(b)は図6(a)とは直交する方向から見た地中熱採熱システム300の縦断面図である。なお、図6(b)においては、地下水供給装置330の図示は省略している。
図7は、実施形態3に係る地中熱採熱システム300の要部を示す斜視図である。なお、図7においては、人工土砂層315、地下水供給装置330、接続管234、土木シート311、遮水シート313及び遮水シート及び断熱材314の図示は省略している。
[Embodiment 3]
FIG. 6 is a diagram for explaining the underground heat collection system 300 according to the third embodiment. 6A is a longitudinal sectional view of the underground heat collection system 300, and FIG. 6B is a longitudinal sectional view of the underground heat collection system 300 viewed from a direction orthogonal to FIG. 6A. It is. In addition, illustration of the groundwater supply apparatus 330 is abbreviate | omitted in FIG.6 (b).
FIG. 7 is a perspective view showing a main part of the underground heat collection system 300 according to the third embodiment. In FIG. 7, the artificial earth and sand layer 315, the groundwater supply device 330, the connection pipe 234, the civil engineering sheet 311, the water shielding sheet 313, the water shielding sheet, and the heat insulating material 314 are omitted.
実施形態3に係る地中熱採熱システム300は、実施形態2に係る地中熱採熱システム200と同様に、地中浅層部に埋設した熱交換パイプに熱交換媒体を循環させることにより地中熱を採熱するクローズド型水平式の地中熱採熱システムである。そして、図6に示すように、地中浅層部G1に設置され、水浸透性を有する熱交換層310と、熱交換層310内に埋設された熱交換パイプ320と、熱交換パイプ320の上方から熱交換層310に地下水を供給する地下水供給装置330とを備える。 The geothermal heat collection system 300 according to the third embodiment is similar to the geothermal heat collection system 200 according to the second embodiment by circulating a heat exchange medium through a heat exchange pipe embedded in a shallow underground layer. This is a closed horizontal geothermal heat collection system that collects geothermal heat. And as shown in FIG. 6, the heat exchange layer 310 which is installed in the underground shallow layer part G1 and has water permeability, the heat exchange pipe 320 embedded in the heat exchange layer 310, and the heat exchange pipe 320 And a groundwater supply device 330 for supplying groundwater to the heat exchange layer 310 from above.
実施形態3に係る地中熱採熱システム300が、実施形態2に係る地中熱採熱システム100と大きく異なるのは、熱交換層の構成である。すなわち、実施形態3に係る地中熱採熱システム300においては、熱交換層310として、ポーラスコンクリート層315と、当該ポーラスコンクリート層の上部に設けられた人工土砂層316からなる熱交換層を用いる。 The geothermal heat collection system 300 according to the third embodiment is greatly different from the geothermal heat collection system 100 according to the second embodiment in the configuration of the heat exchange layer. That is, in the geothermal heat collection system 300 according to the third embodiment, the heat exchange layer 310 includes a heat exchange layer including a porous concrete layer 315 and an artificial earth and sand layer 316 provided on the porous concrete layer. .
熱交換パイプ310は、実施形態2に係る地中熱採熱システム200の場合と同様に、ポリエチレン製の細いパイプがシート状に構成されたシート状熱交換パイプ323(例えば、幅900m、長さ5600mm)及び接続管324を用いる。 As in the case of the underground heat collection system 200 according to the second embodiment, the heat exchange pipe 310 is a sheet-like heat exchange pipe 323 (for example, a width of 900 m and a length) in which a thin polyethylene pipe is formed into a sheet shape. 5600 mm) and connecting pipe 324 are used.
熱交換層310のポーラスコンクリート層315の内部には、シート状熱交換パイプ323が埋設され、熱交換層310の人工土砂層316には、地下水供給装置330の導管先端部334及び供給口335が配設されている。 A sheet-like heat exchange pipe 323 is embedded inside the porous concrete layer 315 of the heat exchange layer 310, and a conduit tip 334 and a supply port 335 of the groundwater supply device 330 are provided in the artificial earth and sand layer 316 of the heat exchange layer 310. It is arranged.
熱交換層310の底面には、図6に示すように、土木シート311が配設されており、熱交換層310の側面には、遮水シート313が配設されており、熱交換層310の上面には、遮水シート及び断熱材314が配設されている。 As shown in FIG. 6, a civil engineering sheet 311 is disposed on the bottom surface of the heat exchange layer 310, and a water shielding sheet 313 is disposed on the side surface of the heat exchange layer 310. On the upper surface, a water shielding sheet and a heat insulating material 314 are disposed.
なお、実施形態3に係る地中熱採熱システム300において、地下水供給装置330による地下水の供給動作の制御は、実施形態1及び2の場合と同様に、熱交換層310内に設置した水位計や温度計(ともに図示せず)によりモニターされた水位情報や温度情報並びにヒートポンプの運転状況に基づいて行う。 In the geothermal heat collection system 300 according to the third embodiment, the groundwater supply operation by the groundwater supply device 330 is controlled by a water level meter installed in the heat exchange layer 310 as in the first and second embodiments. This is based on the water level information and temperature information monitored by a thermometer (not shown) and the operation status of the heat pump.
このように、実施形態3に係る地中熱採熱システム300は、熱交換層の構成が、実施形態2に係る地中熱採熱システム200の場合とは異なるが、地中浅層部G1に設置され、水浸透性を有する熱交換層310と、熱交換層310内に埋設された熱交換パイプ320と、熱交換パイプ320の上方から熱交換層310に地下水を供給する地下水供給装置330とを備えることから、実施形態2に係る地中熱採熱システム200の場合と同様に、従来のクローズド型水平式の地中熱採熱システムよりも利用可能な熱交換量が多く実用的な地中熱採熱システムとなる。 As described above, the geothermal heat collection system 300 according to the third embodiment is different in the configuration of the heat exchange layer from the case of the geothermal heat collection system 200 according to the second embodiment, but the shallow underground layer G1. A heat exchange layer 310 having water permeability, a heat exchange pipe 320 embedded in the heat exchange layer 310, and a groundwater supply device 330 for supplying groundwater to the heat exchange layer 310 from above the heat exchange pipe 320. Therefore, as in the case of the underground heat collection system 200 according to the second embodiment, the amount of heat exchange that can be used is larger and more practical than the conventional closed horizontal geothermal heat collection system. It becomes a geothermal heat collection system.
実施形態3に係る地中熱採熱システム300は、熱交換パイプ320が配設されたポーラスコンクリート層315を半製品として工場で製造しておき、そのようにして製造されたポーラスコンクリート層315を用いて現場で残りの施工作業をすることも可能である。このようにすることによって、現場での作業を簡略化することが可能となる。 The underground heat collection system 300 according to the third embodiment is manufactured in a factory as a semi-finished porous concrete layer 315 provided with a heat exchange pipe 320, and the porous concrete layer 315 thus manufactured is manufactured. It is also possible to use the remaining construction work on site. By doing so, it is possible to simplify the work at the site.
なお、実施形態3に係る地中熱採熱システム300においては、セメント、混和剤、細骨材、粗骨材の配合比率を調整してポーラスコンクリートのポーラス度を調整することで熱交換層310の透水係数を調整することが可能である。また、適切な透水係数を有する土木シートを用いることで熱交換層310全体としての透水係数を調整することも可能である。これにより、自然対流の速さよりも、地下水が下方の土砂層(地盤G3)に浸透する速さを速くすることで、熱交換層に排出された排熱(温熱又は冷熱)を熱交換層の下方に位置する土砂層にスムーズに排出することが可能となる。 In the geothermal heat collection system 300 according to the third embodiment, the heat exchange layer 310 is adjusted by adjusting the porosity of the porous concrete by adjusting the mixing ratio of cement, admixture, fine aggregate, and coarse aggregate. It is possible to adjust the water permeability coefficient. It is also possible to adjust the water permeability coefficient of the heat exchange layer 310 as a whole by using a civil engineering sheet having an appropriate water permeability coefficient. As a result, the exhaust heat (warm or cold) discharged to the heat exchange layer can be reduced by increasing the speed at which groundwater penetrates into the lower sediment layer (ground G3) rather than the speed of natural convection. It becomes possible to discharge smoothly into the sediment layer located below.
以上、本発明の地中熱採熱システム及び地中熱冷暖房又は給湯システムを上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 As described above, the geothermal heat collection system and the geothermal cooling / heating or hot water supply system of the present invention have been described based on the above embodiment, but the present invention is not limited to this, and the scope of the present invention is not deviated. For example, the following modifications are possible.
(1)実施形態1又は2においては、人工土砂層として、細粒土分を含まない人工土砂層(すなわち人工砂礫層)からなる人工土砂層を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。細粒土分を含む人工土砂層を用いることもできる。 (1) In Embodiment 1 or 2, an artificial earth / sand layer composed of an artificial earth / sand layer not containing fine-grained soil (that is, an artificial gravel layer) is used as the artificial earth / sand layer, but the present invention is limited to this. It is not a thing. An artificial soil layer containing fine-grained soil can also be used.
(2)実施形態1〜3においては、熱交換層の底面及び/又は熱交換層の内部に土木シートが配設された熱交換層を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。土木シートが配設されていない熱交換層を用いることもできる。粒度調整をすれば、土木シートは必ずしも必要ない。 (2) In Embodiments 1 to 3, the heat exchange layer in which the civil engineering sheet is disposed on the bottom surface of the heat exchange layer and / or the heat exchange layer is used, but the present invention is not limited to this. Absent. It is also possible to use a heat exchange layer in which no civil engineering sheet is provided. If the grain size is adjusted, the civil engineering sheet is not always necessary.
(3)実施形態1〜3においては、熱交換層の側面に遮水シートが配設された熱交換層を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。遮水シートが配設されていない熱交換層を用いることもできる。 (3) In Embodiments 1 to 3, the heat exchange layer in which the water shielding sheet is disposed on the side surface of the heat exchange layer is used, but the present invention is not limited to this. It is also possible to use a heat exchange layer without a water shielding sheet.
(4)実施形態1〜3においては、熱交換層の上面に遮水シート及び断熱材が配設された熱交換層を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。遮水シート及び断熱材が配設されていない熱交換層を用いることもできる。 (4) In Embodiments 1 to 3, the heat exchange layer in which the water shielding sheet and the heat insulating material are disposed on the upper surface of the heat exchange layer is used, but the present invention is not limited to this. A heat exchange layer in which a water shielding sheet and a heat insulating material are not provided can also be used.
(5)実施形態1に係る地中熱採熱システム100は、熱交換パイプとして、ループ状の熱交換パイプを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。スパイラル状、蛇行状、螺旋状、リング状又はバスケット状の熱交換パイプを用いることもできる。 (5) Although the underground heat collection system 100 according to Embodiment 1 uses a loop-shaped heat exchange pipe as the heat exchange pipe, the present invention is not limited to this. Spiral, serpentine, spiral, ring or basket heat exchange pipes can also be used.
(6)実施形態1に係る地中熱採熱システム100は、熱交換パイプとして、高密度ポリエチレン製の熱交換パイプを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。ポリブテン製の熱交換パイプやステンレス製の熱交換パイプを用いることもできる。 (6) Although the underground heat collection system 100 according to Embodiment 1 uses a heat exchange pipe made of high-density polyethylene as the heat exchange pipe, the present invention is not limited to this. A heat exchange pipe made of polybutene or a heat exchange pipe made of stainless steel can also be used.
(7)実施形態1〜3においては、地下水供給装置として、導管先端部に供給口が形成された地下水供給装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。導管先端部が透水性のある素材でできた地下水供給装置を用いることもできる。 (7) In Embodiments 1 to 3, the groundwater supply device in which the supply port is formed at the end of the conduit is used as the groundwater supply device, but the present invention is not limited to this. It is also possible to use a groundwater supply device in which the conduit tip is made of a material having water permeability.
(8)実施形態1に係る地中熱冷暖房又は給湯システム10は、ヒートポンプとして、間接式のヒートポンプ21を備えるものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。直膨式のヒートポンプを備えるものであってもよい。 (8) The geothermal cooling / heating or hot water supply system 10 according to the first embodiment includes the indirect heat pump 21 as a heat pump, but the present invention is not limited to this. A direct expansion heat pump may be provided.
(9)実施形態1に係る地中熱冷暖房又は給湯システム10は、ヒートポンプを備えるものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。ヒートポンプを備えないパッシブ型の地中熱冷房システムであってもよい。 (9) The geothermal cooling / heating or hot water supply system 10 according to Embodiment 1 includes a heat pump, but the present invention is not limited to this. It may be a passive type underground heat cooling system that does not include a heat pump.
(10)河川・池等の水源の近傍で水の流れがある場所でにおいて、河川水等を導水する装置が付加できる場合には、井戸水の揚水装置を用いないで本採熱装置を使用することができる。 (10) Use this heat sampling device without using a well water pumping device if a device for directing river water etc. can be added where there is a flow of water in the vicinity of a water source such as a river or pond. be able to.
10…地中熱利用冷暖房又は給湯システム、21…ヒートポンプ、22…建物内の空調機(冷暖房機)又は給湯器、100,200,300…地中熱採熱システム、110,210,310…熱交換層、111,112,211,212,311…土木シート、113,213,313…遮水シート、114,214,314…遮水シート及び断熱材、115,215,315…マンホール蓋、120,220,320…熱交換パイプ、121…導入部、122…導出部、130,230,330…地下水供給装置、131,231,331…井戸、132,232,332…ポンプ、133,233,333…導管、134,234,334……導管先端部、135,235,335…供給口、136,236,336…水位計、137,237,337…地下水、140…運転制御部、223,323…シート状熱交換パイプ、224,324…接続管、315…ポーラスコンクリート層、316…人工土砂層、B…建物、G…地面、G1…地中浅層部、G2…地中深層部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Geothermal use cooling / heating or hot-water supply system, 21 ... Heat pump, 22 ... Air conditioner (cooling / heating machine) or water heater in a building, 100, 200, 300 ... Geothermal heat collection system, 110, 210, 310 ... Heat Exchange layer, 111, 112, 211, 212, 311 ... civil engineering sheet, 113, 213, 313 ... water shielding sheet, 114, 214, 314 ... water shielding sheet and heat insulating material, 115, 215, 315 ... manhole cover, 120, 220, 320 ... heat exchange pipe, 121 ... introduction part, 122 ... lead-out part, 130, 230, 330 ... groundwater supply device, 131, 231, 331 ... well, 132, 232, 332 ... pump, 133, 233, 333 ... Conduit, 134, 234, 334 ... Conduit tip, 135, 235, 335 ... Supply port, 136, 236, 336 ... Water level gauge, 137, 37,337 ... ground water, 140 ... operation control unit, 223,323 ... sheet heat exchange pipe, 224,324 ... connection pipe, 315 ... porous concrete layer, 316 ... artificial earth and sand layer, B ... building, G ... ground, G1 ... Shallow underground part, G2 ... Deep underground part
Claims (8)
地中浅層部に設置され、「人工土砂層」又は「ポーラスコンクリート層及び当該ポーラスコンクリート層の上部に設けられた人工土砂層」からなり、水浸透性を有する熱交換層と、
前記熱交換層内に埋設された前記熱交換パイプと、
前記熱交換パイプの上方から前記熱交換層に地下水を供給することにより前記熱交換層の内部に地下浸透による鉛直方向に下向きの地下水流れを実現する地下水供給装置とを備え、
前記地中熱採熱システムが、地下水循環型の地中熱採熱システムであることを特徴とする地下水循環型地中熱採熱システム。 A closed horizontal geothermal heat collection system for collecting geothermal heat by circulating a heat exchange medium through a heat exchange pipe embedded in a shallow underground layer,
A heat exchanging layer that is installed in a shallow underground layer and consists of an `` artificial earth and sand layer '' or `` a porous concrete layer and an artificial earth and sand layer provided on top of the porous concrete layer '' and having water permeability;
The heat exchange pipe embedded in the heat exchange layer;
A groundwater supply device that realizes a downward groundwater flow in the vertical direction by underground infiltration into the heat exchange layer by supplying groundwater to the heat exchange layer from above the heat exchange pipe ;
A groundwater circulation type geothermal heat collection system, wherein the geothermal heat collection system is a groundwater circulation type geothermal heat collection system.
前記熱交換層が、人工土砂層からなり、
前記人工土砂層が、細粒土分を含まない人工土砂層であることを特徴とする地下水循環型地中熱採熱システム。 In the groundwater circulation type geothermal heat collection system according to claim 1 ,
The heat exchange layer is composed of an artificial soil layer,
A groundwater circulation type underground heat collection system, wherein the artificial earth and sand layer is an artificial earth and sand layer that does not contain fine-grained soil.
前記熱交換層の底面及び/又は前記熱交換層の内部には、土木シートが配設されていることを特徴とする地下水循環型地中熱採熱システム。 In the groundwater circulation type geothermal heat collection system according to claim 2 ,
A groundwater circulation type geothermal heat collection system, wherein a civil engineering sheet is disposed on a bottom surface of the heat exchange layer and / or inside the heat exchange layer.
前記熱交換層が、ポーラスコンクリート層及び当該ポーラスコンクリート層の上部に設けられた人工土砂層からなり、
前記熱交換層の底面には、土木シートが配設されていることを特徴とする地下水循環型地中熱採熱システム。 In the groundwater circulation type geothermal heat collection system according to claim 1 ,
The heat exchange layer is composed of a porous concrete layer and an artificial soil layer provided on the porous concrete layer,
A groundwater circulation type geothermal heat collection system, wherein a civil engineering sheet is disposed on a bottom surface of the heat exchange layer.
前記地下水供給装置は、井戸と、当該井戸から前記熱交換層に地下水を移送するポンプ及び導管と、前記導管から前記熱交換層に地下水を供給する供給口を有することを特徴とする地下水循環型地中熱採熱システム。 In the groundwater circulation type geothermal heat collection system according to any one of claims 1 to 4 ,
The groundwater supply device, wells and ground water recycling, characterized in that it comprises a pump and conduit for transferring the groundwater to the heat exchanger layer from the well, the supply port for supplying the ground water to the heat exchanger layer from said conduit Geothermal heat collection system.
前記熱交換層には、地下水の水位をモニターするための水位計と、熱交換層の温度をモニターするための温度計とが配設されており、
前記地下水供給装置は、前記水位計によりモニターされた水位情報及び前記温度計によりモニターされた温度情報に基づいて、前記地下水の供給動作を制御する機能を有することを特徴とする地下水循環型地中熱採熱システム。 In the groundwater circulation type geothermal heat collection system according to any one of claims 1 to 5 ,
The heat exchange layer is provided with a water level meter for monitoring the level of groundwater and a thermometer for monitoring the temperature of the heat exchange layer,
The groundwater supply device based on the monitored temperature information by the water level information and the thermometer is monitored by the water level gauge, groundwater recycling ground characterized by having a function of controlling supply operation of the groundwater Thermal heat collection system.
前記熱交換層においては、地下水の地盤浸透の速度をvgとし、地下水の自然対流の速度をvfとしたとき、vg>vfなる関係を満たすことを特徴とする地下水循環型地中熱採熱システム。 In the groundwater circulation type geothermal heat collection system according to any one of claims 1 to 6 ,
In the heat exchange layer, a groundwater circulation type geothermal heat collecting system satisfying a relationship of vg> vf, where vg is the ground penetration speed of groundwater and vf is the speed of natural convection of groundwater. .
前記地下水循環型地中熱採熱システムの熱交換媒体を用いて熱交換するヒートポンプとを備える地中熱利用冷暖房又は給湯システム。 A groundwater circulation type geothermal heat collection system according to any one of claims 1 to 7 ,
A geothermal heat-use cooling / heating system or a hot water supply system comprising a heat pump for exchanging heat using a heat exchange medium of the groundwater circulation type geothermal heat collection system.
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|---|---|---|---|
| JP2014026665A JP5963790B2 (en) | 2014-02-14 | 2014-02-14 | Groundwater circulation type geothermal heat collection system and geothermal use air conditioning or hot water supply system |
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