(57)【要約】【課題】冷暖房用機器のエネルギー消費量を実用的に低減することが継続してできる地熱採熱冷暖房システムを提供すること。【解決手段】地熱採熱冷暖房システム１は、地盤面ＧＬ下に埋設され、内部に空気ａを流す風導１１と、風導１１内を流れた空気ａを導入し、空気ａを熱源として熱媒体ｗｍの冷却及び加熱の少なくとも一方を行う冷暖房用機器２０と、風導１１の外側の表面に、移動する地下水ｇの熱を伝達させる地下水熱伝達手段５０とを備える。地熱採熱冷暖房システム１は、風導１１内の空気ａと地中Ｇｂとの温度差が、熱交換ができなくなる程度まで小さくなることを防ぐことができ、継続して冷暖房用機器のエネルギー消費量を実用的に低減することができる。【選択図】図１
2008095991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤面下に埋設され、内部に空気を流す風導と；
前記風導内を流れた空気を導入し、該空気を熱源として熱媒体の冷却及び加熱の少なくとも一方を行う冷暖房用機器と；
前記風導の外側の表面に、移動する地下水の熱を伝達させる地下水熱伝達手段とを備える；
地熱採熱冷暖房システム。
【請求項２】
前記風導の表面に凹凸が形成された；
請求項１に記載の地熱採熱冷暖房システム。
【請求項３】
前記風導内を流れる空気を旋回流とする旋回流惹起手段を備える；
請求項１又は請求項２に記載の地熱採熱冷暖房システム。
【請求項４】
前記冷暖房用機器を構成する、前記熱源としての空気を取り込む空気導入部が、機器設置室内に配設された；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の地熱採熱冷暖房システム。
【請求項５】
前記熱媒体が水であり、前記冷暖房用機器で温度が調節された水を蓄える蓄熱槽を備える；
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の地熱採熱冷暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷暖房システムに関し、特に地中の熱を採熱して冷暖房の熱源とする地熱採熱冷暖房システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境保全意識の高まりを背景に、二酸化炭素を始めとする温室効果ガスの排出を抑制すべく、省エネルギー対策のさらなる促進が求められている。このような状況の下、冷暖房において、冷房あるいは暖房に利用される冷暖房機器のエネルギー消費量を削減することは省エネルギーに資することとなる。
【０００３】
冷暖房機器のエネルギー消費量を削減するために用いられる技術の１つに、アースチューブと呼ばれるものがある（クールチューブと呼ばれる場合もある）。アースチューブは、内部に空気を流すチューブを地中に埋設し、チューブ内を流れる空気と地中との間で熱交換させて、熱交換後の空気を冷暖房に利用するものである（例えば、特許文献１参照。）。地中内の温度は、四季を通じてほぼ一定を保っており、夏は大気の温度よりも低く、冬は大気の温度よりも高いことから、熱交換後の空気の熱負荷（処理熱量）を低減することができ、ひいては冷暖房機器のエネルギー消費量を削減することができるものである。
【特許文献１】特開平９−７２０１１号公報（段落００１７等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、チューブ内の空気の熱と地中の熱との熱交換が進行するにつれ、チューブ周辺の地中の温度がチューブ内に取り込まれる空気の温度に近づいてきて、チューブ内の空気の熱と地中の熱との交換熱量が減少し、冷暖房機器のエネルギー消費量の低減幅が小さくなってしまっていた。
【０００５】
本発明は上述の課題に鑑み、冷房あるいは暖房に利用される冷暖房機器のエネルギー消費量を実用的に低減することが継続してできる地熱採熱冷暖房システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る地熱採熱冷暖房システムは、例えば図１（図４）に示すように、地盤面ＧＬ下に埋設され、内部に空気ａを流す風導１１と；風導１１内を流れた空気ａを導入し、空気ａを熱源として熱媒体ｗｍ（ａｒ）の冷却及び加熱の少なくとも一方を行う冷暖房用機器２０（４０）と；風導１１の外側の表面に、移動する地下水ｇの熱を伝達させる地下水熱伝達手段５０とを備える。ここで、地熱採熱冷暖房システムは、地中の熱をとり出して冷暖房に利用するシステムである。また、移動する地下水の熱を伝達させるとは、風導の周囲がいわゆる熱飽和することなく、風導内を流れる空気との熱交換可能な状態が持続できるように風導の外側の表面に地下水の熱を伝達させることである。また、地下水熱伝達手段により伝達される熱は、温熱のみならず冷熱をも含む。
【０００７】
このように構成すると、風導の外側の表面に移動する地下水の熱を伝達させるので、風導内の空気と地中との温度差が、熱交換ができなくなる程度まで小さくなることを防ぐことができ、継続して冷暖房用機器のエネルギー消費量を実用的に低減することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明に係る地熱採熱冷暖房システムは、請求項１に記載の地熱採熱冷暖房システムにおいて、風導１１（例えば図１参照）の表面に凹凸が形成されている。
【０００９】
このように構成すると、風導の表面積を増大させることができ、地中と風導内を流れる空気との間の交換熱量を増大させることができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明に係る地熱採熱冷暖房システムは、例えば図６（図７）に示すように、請求項１又は請求項２に記載の地熱採熱冷暖房システムにおいて、風導１１内を流れる空気ａを旋回流とする旋回流惹起手段６０（６８）を備える。
【００１１】
このように構成すると、風導内を流れる空気が風導に接触する距離が長くなり、地中と風導内を流れる空気との間の交換熱量を増大させることができる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明に係る地熱採熱冷暖房システムは、例えば図１（図４）に示すように、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の地熱採熱冷暖房システム１（２）において、冷暖房用機器２０（４０）を構成する、熱源としての空気ａを取り込む空気導入部２２（４２）が、機器設置室９１内に配設されている。
【００１３】
このように構成すると、冷暖房用機器に外気が直接導入されることを防ぐことができ、空気導入部に取り込まれる空気の湿度の上昇を抑制することができる。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明に係る地熱採熱冷暖房システムは、例えば図１に示すように請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の地熱採熱冷暖房システム１において、熱媒体ｗｍが水であり、冷暖房用機器２０で温度が調節された水ｗｍを蓄える蓄熱槽９２を備える。
【００１５】
このように構成すると、温度を調節した水を蓄えて任意の時間に利用することが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、風導の外側の表面に移動する地下水の熱を伝達させるので、風導内の空気と地中との温度差が、熱交換ができなくなる程度まで小さくなることを防ぐことができ、継続して冷暖房用機器のエネルギー消費量を実用的に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１８】
まず図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る地熱採熱冷暖房システム１の構成を説明する。図１は、地熱採熱冷暖房システム１を説明する模式的系統図である。地熱採熱冷暖房システム１は、空気ａを流す風導１１と、冷暖房用機器としてのヒートポンプチラー２０と、蓄熱槽９２と、居室９４に配設されたファンコイルユニット３３と、地下水熱伝達手段としての地下水散水システム５０とを備えている。
【００１９】
風導１１は、典型的には、地盤面ＧＬより下の帯水層Ｇｂに埋設されている。ここで、「帯水層」とは、地層を構成する粒子の間隙が大きく、地下水によって飽和されている透水層である。すなわち、帯水層Ｇｂには地下水ｇが存在する。図１に示す例の地中Ｇは、地盤面ＧＬから鉛直下方に向かって順に、地表層Ｇａ、帯水層Ｇｂ、深層Ｇｃが形成されている。帯水層Ｇｂは、地表層Ｇａ及び深層Ｇｃに比べると、地中の熱移動速度が速いために風導１１内を流れる空気ａとの交換熱量が多くなる。
【００２０】
風導１１には、典型的には、合成樹脂製のコルゲートパイプ（螺旋溝付管）が用いられる。風導１１を合成樹脂製とすると、耐腐食性が向上することとなる。また、一般に、合成樹脂製のダクトは、金属製、鋳鉄製あるいはコンクリート製のものに比べて軽量、施工が容易、低コストである等の利点がある。さらに、コルゲートパイプは、表面に凹凸が形成されているので、風導１１の表面積を増大させることができる。表面に凹凸が形成されることにより風導１１の表面積が増大すると、地中からの熱伝達面積が増大し、帯水層Ｇｂと空気ａとの交換熱量を増加させることができる。
【００２１】
風導１１を帯水層Ｇｂに設置するタイミングは、地熱採熱冷暖房システム１を設置する建物を建築する際に行う根切り工事のときに行うと、施工の省力化となり好適である。また、地中Ｇの帯水層Ｇｂを把握するには、例えば、地熱採熱冷暖房システム１を設置する建物の基礎杭を打設する際に調査をする地盤のデータを利用してもよい。風導１１は、その両端部がヒートポンプチラー２０の屋外機２２が設置される機器設置室としての地下チャンバー９１に導かれており、地下チャンバー９１内の空気を取り入れて、帯水層Ｇｂと熱交換した空気ａを再び地下チャンバー９１に供給するように配設されている。風導１１には、空気ａを流すファン１２が、地下チャンバー９１内に、配設されている。
【００２２】
ヒートポンプチラー２０は、空気を熱源として、冷暖房のために用いられる熱媒体としての冷水及び温水を製造する機器である。以下、熱媒体としての冷水及び温水を熱媒水ｗｍということもある。ヒートポンプチラー２０は、冷媒ｒのヒートポンプサイクルを利用して冷媒ｒが凝縮する際に放出する熱で熱媒水ｗｍを加温し、冷媒ｒの冷凍サイクルを利用して冷媒ｒが蒸発する際に熱媒水ｗｍから熱を吸収することにより熱媒水ｗｍを冷却するユニットである。本実施の形態におけるヒートポンプチラー２０は、屋内機２１と、空気導入部としての屋外機２２とを有している。屋内機２１は、熱媒水ｗｍと冷媒ｒとで熱交換を行わせる水熱交換器である。屋外機２２は、空気ａと冷媒ｒとで熱交換を行わせる空気熱交換器である。屋内機２１は、水温調節部２１ａと冷媒導入部２１ｂとを含んでいる。水温調節部２１ａは熱媒水ｗｍを導入する。冷媒導入部２１ｂは、圧縮機（不図示）を有しており、冷媒ｒを導入するように構成されている。屋外機２２と冷媒導入部２１ｂとは機内配管２３で接続されている。機内配管２３の内部は冷媒ｒが流れるようになっている。水温調節部２１ａには、熱媒水ｗｍを導入する導入管２５と、温度が調節された熱媒水ｗｍを導出する導出管２６とが接続されている。導入管２５及び導出管２６の各他端は、蓄熱槽９２に導かれている。
【００２３】
蓄熱槽９２は、ヒートポンプチラー２０で温度が調節された熱媒水ｗｍを蓄える水槽である。蓄熱槽９２があると、居室９４内の負荷の発生時期にかかわらずヒートポンプチラー２０を運転することができる。したがって、ヒートポンプチラー２０を運転させるときは常に全負荷運転することが可能になる。全負荷運転は、一般に最も効率が高い。また、蓄熱槽９２があると、一般に電力需要が少ない夜間に発電された電力でヒートポンプチラー２０を運転することが可能となり、電力利用の平準化に資することになる。また、一般に、夜間電力は日中に買電する場合に比べて安価であるので経済的なメリットもある。
【００２４】
蓄熱槽９２は、典型的には、地下のピットを利用した躯体（コンクリート）で囲まれた水槽であるが、地上や屋内に設置されたＦＲＰ製や鋼板製等の可搬式の水槽であってもよい。また、蓄熱槽９２は、ヒートポンプチラー２０で温度調節された熱媒水ｗｍが冷暖房に利用されるまでの間の温度変化をできるだけ抑制するために、適切に断熱されていることが好ましい。断熱は、種種の公知技術の中から適切な手法を選択すればよい。蓄熱槽９２には、熱媒水ｗｍをヒートポンプチラー２０の水温調節部２１ａに圧送する熱媒水ポンプ２４が設置されている。熱媒水ポンプ２４には導入管２５が接続されている。また、蓄熱槽９２には、熱媒水ｗｍを往冷温水ＣＨＳとしてファンコイルユニット３３に圧送する冷温水ポンプ３１が設置されている。往冷温水ＣＨＳは、居室９４の冷房を行う場合は冷水となり、暖房を行う場合は温水となる。冷温水ポンプ３１には往冷温水ＣＨＳをファンコイルユニット３３に向けて流す往管３２が接続されている。また、蓄熱槽９２には、ファンコイルユニット３３から導出された還冷温水ＣＨＲを流す還管３４の端部が配設されている。
【００２５】
ファンコイルユニット３３は、居室９４の空気ａｒを取り込むと共に往冷温水ＣＨＳを導入して、取り込んだ空気ａｒと導入した往冷温水ＣＨＳとで熱交換を行わせ、熱交換後の空気ａｓをファン（不図示）で居室９４に供給する機器である。ファンコイルユニット３３は、熱交換機器の１つである。図１に示す例では、ファンコイルユニット３３が天井に設置されているが、床置きあるいは壁掛けであってもよい。また、隠蔽、露出の別も問わない。ファンコイルユニット３３には、往管３２と還管３４とが接続されている。
【００２６】
図１に示す例では、居室９４の隣りに機器設置室としての機械室９３が設けられている。機械室９３と居室９４とは隔壁９５で区画されている。地下チャンバー９１と蓄熱槽９２とは、機械室９３及び居室９４のスラブ下に形成されている。また、地下チャンバー９１と蓄熱槽９２とは、地盤面ＧＬより下に配置されている。なお、図示はしていないが、風導１１内に結露水が発生する場合は、風導１１の適切な箇所に枡やドレン管を設けて、発生した結露水を風導１１内から排出するようにするとよい。
【００２７】
ここで図２を図１と共に参照して、地下水散水システム５０を説明する。図２は地下水散水システム５０を説明する模式図であり、（ａ）は構成の概要図、（ｂ）は風導１１の軸直角方向の断面図である。地下水散水システム５０は、人工的に、強制的に、風導１１内の空気ａと帯水層Ｇｂとの熱交換を盛んにするシステムである。地下水散水システム５０は、地下水ｇを風導１１の外表面に向けて散水する散水管５１と、地下水ｇを散水管５１に向けて圧送する地下水ポンプ５３と、地下水ｇを地下水ポンプ５３から散水管５１へ導く誘導管５２とを備えている。ここでいう「散水する」とは、風導１１が地下水ｇ中に存在する場合に、風導１１の外表面に移動する地下水ｇの熱を伝達させることができるように、複数の箇所から風導１１に向けて水を導出することを含む概念である。複数の箇所は、典型的には、実質的に地中Ｇと空気ａとの熱交換が行われる埋設された風導１１の全域である。
【００２８】
散水管５１は、管に複数の小孔５１ｈが形成され、内部を流れる地下水ｇを小孔５１ｈから管外へ導出することができるように構成されている。散水管５１は、典型的には硬質塩化ビニル管である。小孔５１ｈは、典型的には、管の軸直角方向断面において管を二等分するような位置の円周上に２個形成され、管の長手方向において適切な間隔をあけて長手方向に沿って複数形成されている。小孔５１ｈの大きさは、所望の地下水ｇの散水量や流動抵抗等を考慮して適宜決定されるが、例えば散水管５１の呼び径の１／８〜１／１６程度とするとよい。
【００２９】
散水管５１は、風導１１の上部に配設されている。好ましくは、風導１１の軸直角方向断面の重心の鉛直上方に散水管５１の軸直角方向断面の中心が位置するように配設される。また、散水管５１は、その軸直角方向断面の中心を通る鉛直方向の軸（仮想線）に対して左右それぞれに小孔５１ｈが位置する向きに配設されている。このように配設されることにより、風導１１の頂上部に対して両側に地下水ｇが散水されることとなる。散水管５１は、帯水層Ｇｂとの間で実質的に熱交換が行われる空気ａが流れる部分（長さ）に渡って風導１１の上部に配設されていることが好ましい。
【００３０】
地下水ポンプ５３は、地下水ｇの水面（典型的には、表層Ｇａと帯水層Ｇｂとの境界面）より鉛直下方に形成されたポンプピット５４内に配設されている。地下水ポンプ５３は、典型的には水中ポンプである。ポンプピット５４の上部には、上部にある砂礫等がポンプピット５４内に侵入しないように通水蓋５４ａが設置されている。通水蓋５４ａは、地下水ｇをポンプピット５４内に導入することができるようにメッシュあるいはパンチングメタル等で形成されている。地下水ポンプ５３には誘導管５２が接続されている。誘導管５２は、典型的には硬質塩化ビニル管である。誘導管５２は、通水蓋５４ａを貫通して散水管５１の一端に接続されている。散水管５１の他端にはキャップ（不図示）が取り付けられている。
【００３１】
引き続き図１及び図２を参照して、地熱採熱冷暖房システム１の作用を説明する。上記のように構成された地熱採熱冷暖房システム１では、蓄熱槽９２内の熱媒水ｗｍを居室９４における冷暖房の利用に適した温度に調節するために、ヒートポンプチラー２０を起動（冷媒導入部２１ｂの圧縮機（不図示）を起動）すると共に、熱媒水ポンプ２４及びファン１２を起動する。熱媒水ポンプ２４の起動により、熱媒水ｗｍが水温調節部２１ａに導入される。冷媒導入部２１ｂは、水温調節部２１ａに導入された熱媒水ｗｍの温度を低下させるとき（チラーとして作動するとき）は蒸発器として作用し、熱媒水ｗｍの温度を上昇させるとき（ヒートポンプとして作動するとき）は凝縮器として作用する。他方、屋外機２２は、熱媒水ｗｍの温度を低下させるとき（チラーとして作動するとき）は凝縮器として作用し、熱媒水ｗｍの温度を上昇させるとき（ヒートポンプとして作動するとき）は蒸発器として作用する。屋外機２２が凝縮器として作用するときは熱源としての空気ａの温度が低い程ＣＯＰ（成績係数）が高くなり、屋外機２２が蒸発器として作用するときは熱源としての空気ａの温度が高い程ＣＯＰが高くなる（図３参照）。図３（ａ）は空気ａを冷熱源とした場合の空気ａの温度とＣＯＰとの関係の一例を、図３（ｂ）は空気ａを温熱源とした場合の空気ａの温度とＣＯＰとの関係の一例をそれぞれ示している。空気ａの温度とＣＯＰとの関係は、ヒートポンプチラーの種類によって異なる、機種に固有の値である。
【００３２】
ヒートポンプチラー２０をチラーとして利用する場合は熱源である空気ａの温度が低いほどＣＯＰが高く、ヒートポンプチラー２０をヒートポンプとして利用する場合は熱源である空気ａの温度が高いほどＣＯＰが高い。ヒートポンプチラー２０のＣＯＰが高いほどヒートポンプチラー２０におけるエネルギー消費量が少なくて済む。地熱採熱冷暖房システム１は、風導１１（いわゆるアースチューブ）を利用して、ヒートポンプチラー２０をチラーとして利用する場合は空気ａの温度を低下させ、ヒートポンプとして利用する場合は空気ａの温度を上昇させている。帯水層Ｇｂ内の温度は、地域によって差があるが、夏季に冷房することが望まれ、冬季に暖房することが望まれるような地域では、概ね夏は２０℃以下、冬は７℃以上である。このように、帯水層Ｇｂの温度は、夏は外気温よりも低く、冬は外気温よりも高く、冷暖房のために採熱可能な温度となっている。
【００３３】
ファン１２の起動により、空気ａが風導１１内を流れ、風導１１内を流れる空気ａと帯水層Ｇｂとで熱交換が行われる。この熱交換により、空気ａは予冷（冷房時）又は予熱（暖房時）されて、地下チャンバー９１の屋外機２２に供給される。ヒートポンプチラー２０の冷媒ｒは、屋外機２２で、冷房時は予冷された空気ａにより凝縮し、暖房時は予熱された空気ａにより蒸発し、ヒートポンプチラー２０のサイクルを継続させる。屋外機２２で冷媒ｒと熱交換した空気ａは、ファン１２に吸い込まれて再び風導１１を流れる。このように、屋外機２２に供給される空気ａを循環させることとすると、特に夏季において、その都度外気を導入する場合に比べて風導１１内の結露の発生を抑制することができる。
【００３４】
地熱採熱冷暖房システム１は、さらに地下水散水システム５０を利用する。地下水ポンプ５３を起動すると、ポンプピット５４内に貯留されている地下水ｇが誘導管５２を介して散水管５１に圧送される。散水管５１に導入された地下水ｇは、小孔５１ｈから管外に導出され、風導１１の外表面に散水される。ここで、風導１１の外表面に散水されるとは、風導１１の外表面に接触する帯水層Ｇｂに散水されることを含む。風導１１の外表面に接触する帯水層Ｇｂとは、典型的には、風導１１内を流れる空気ａとの熱交換に寄与する部分の帯水層Ｇｂである。地下水ｇが風導１１の外表面に散水されると、空気ａと帯水層Ｇｂとの熱交換により小さくなるべき両者の温度差が、熱交換が行われなくなるほど小さくなることを防ぐことができ、継続的に空気ａと帯水層Ｇｂとの熱交換を行わせることができる。また、地下水散水システム５０は、地下水ポンプ５３を起動して地下水ｇを散水するので、安定的に風導１１内の空気ａと帯水層Ｇｂとの温度差がある状態を作り出すことができる。散水された地下水ｇは、地中の地下水と合流する。地下ポンプ５３の送水により水位が減少したポンプピット５４には、地中の地下水が流入する。このように、地下水を循環させて熱を利用するが地下水自体を消費しないので、地盤沈下が生じない。
【００３５】
図１では、風導１１が帯水層Ｇｂに埋設されているように示されているが、この地下水散水システム５０は、風導１１が帯水層Ｇｂの地下水ｇの水面より上部に配設される場合であっても地下水ｇを介して風導１１内の空気ａとの熱交換を促進させることができる。この場合、風導１１の下部が地下水ｇに浸るように配置されていると、例えば、散水管５１から散水された地下水ｇが地中Ｇに浸透してしまって風導１１の外表面に到達しない部分が生じた場合であっても、この部分の風導１１の外表面と地中Ｇとの間に生じる隙間を地下水ｇが毛細管現象により上昇する場合があり、風導１１内を流れる空気ａと地中Ｇとの熱交換を促進させることが可能となるので好ましい。なお、帯水層Ｇｂはゆるやかながらも地下水ｇの流動があるため、風導１１を帯水層Ｇｂ内に埋設すると、地下水ｇは風導１１の外表面に沿って移動することとなり、空気ａと地下水ｇとの間で熱交換を行わせることができる。
【００３６】
ヒートポンプチラー２０により温度が調節された蓄熱槽９２内の熱媒水ｗｍを居室９４の冷暖房に利用するためには、冷温水ポンプ３１を起動して往冷温水ＣＨＳをファンコイルユニット３３に供給する。ファンコイルユニット３３では、取り込んだ空気ａｒと導入した往冷温水ＣＨＳとで熱交換が行われ、熱交換後の空気ａｓがファン（不図示）で居室９４に供給されることにより居室９４の冷暖房が行われる。熱交換後の熱媒水は還冷温水ＣＨＲとして蓄熱槽９２に戻る。蓄熱槽９２に戻った還冷温水ＣＨＲ（熱媒水ｗｍ）は、ヒートポンプチラー２０で温度調節が行われる。
【００３７】
以上の地熱採熱冷暖房システム１の説明では、ヒートポンプチラー２０が屋内機２１と屋外機２２とに分かれたセパレートタイプであるとしたが、水熱交換器と空気熱交換器（空気導入部）とが１つの筐体に収容された一体型であってもよい。一体型とした場合もヒートポンプチラーを機器設置室（例えば機械室９３）に設置することができる。また、熱交換機器がファンコイルユニット３３であるとして説明したが、エアハンドリングユニット等の他の公知の熱交換機器であってもよい。
【００３８】
次に図４を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る地熱採熱冷暖房システム２を説明する。図４は、地熱採熱冷暖房システム２を説明する模式的系統図である。地熱採熱冷暖房システム２は冷暖房用機器としてのパッケージ型空調機４０（以下「パッケージ４０」という。）を備えている反面、地熱採熱冷暖房システム１（図１参照）が備えているようなヒートポンプチラー２０（図１参照）、熱媒水ポンプ２４（図１参照）、冷温水ポンプ３１（図１参照）、ファンコイルユニット３３（図１参照）、蓄熱槽９２（図１参照）を備えていないコンパクトな構成になっている。地熱採熱冷暖房システム２は、パッケージ４０のほか、風導１１と、地下水熱伝達手段としての地下水散水システム５０とを備えている。風導１１及び地下水散水システム５０は、地熱採熱冷暖房システム１（図１参照）におけるのと同様に構成されているので、重複した説明は省略する。
【００３９】
パッケージ４０は、空気を熱源とし、冷媒ｒのヒートポンプサイクルを利用して冷媒ｒが凝縮する際に放出する熱で熱媒体としての空気ａｒを加温し、冷媒ｒの冷凍サイクルを利用して冷媒ｒが蒸発する際に空気ａｒから熱を吸収することにより空気ａｒを冷却するユニットである。本実施の形態におけるパッケージ４０は、屋内機４１と屋外機４２とを有している。屋内機４１は、冷媒ｒと居室９４の空気ａｒとで熱交換を行わせる熱交換器である。屋外機４２は、地下チャンバー９１の空気ａと冷媒ｒとで熱交換を行わせる熱交換器である。屋内機４１と屋外機４２とは冷媒管４３で接続されている。冷媒管４３の内部は冷媒ｒが流れるようになっている。
【００４０】
地熱採熱冷暖房システム２の作用は以下のようになる。地熱採熱冷暖房システム２では、居室９４の冷暖房をするために、パッケージ４０及びファン１２を起動する。パッケージ４０の屋外機４２は、冷房時は凝縮器として作用し、暖房時は蒸発器として作用する。屋外機４２が凝縮器として作用するときは熱源としての空気ａの温度が低い程ＣＯＰが高くなり、屋外機４２が蒸発器として作用するときは熱源としての空気ａの温度が高い程ＣＯＰが高くなるのは、ヒートポンプチラー２０（図１参照）の場合と同様である。
【００４１】
他方、ファン１２の起動により、空気ａが風導１１内を流れ、風導１１内を流れる空気ａと帯水層Ｇｂとで熱交換が行われる。この熱交換により、空気ａは予冷（冷房時）又は予熱（暖房時）されて、地下チャンバー９１の屋外機４２に供給される。パッケージ４０の冷媒ｒは、屋外機４２で、冷房時に予冷された空気ａにより凝縮し、暖房時に予熱された空気ａにより蒸発し、パッケージ４０のサイクルを継続させる。屋外機４２で冷媒ｒと熱交換した空気ａは、ファン１２に吸い込まれて再び風導１１を流れる。空気ａが風導１１を流れる際は、地下水散水システム５０（図２も参照）の起動により風導１１の外表面に地下水ｇが散水され、空気ａと帯水層Ｇｂとの熱交換により小さくなるべき両者の温度差が、熱交換が行われなくなるほど小さくなることを防ぐ。これにより、継続的に空気ａと帯水層Ｇｂとの熱交換を行わせることができる。他方、屋内機４１で冷媒ｒと熱交換した空気ａｒは、温度が調節された熱媒体としての供給空気ａｓとして居室９４に供給され、居室９４の冷暖房が行われる。
【００４２】
以上で説明した地熱採熱冷暖房システム１、２においては、地下水散水システム５０の変形例として、地下水循環システムを用いてもよい。地下水循環システムそのものの図示は省略するが、図２を参考に地下水循環システムの概要を説明すると、地下水散水システム５０の構成と同様の構成を基礎として、散水管５１を小孔が形成されていないパイプに置き換え、誘導管５２に接続されない方のパイプの端部（キャップは取り付けられずに開口している）が地下水ｇの流れの上流側の風導１１の上部に位置するように配設する。地下水循環システムは、地中Ｇに地下水ｇを強制的に流して風導１１の外表面に移動する地下水ｇの熱を伝える。パイプの端部から導出された地下水ｇは、ポンプピット５４に還流してもよく、地中Ｇに拡散して別の地下水ｇがポンプピット５４に流入するようにしてもよい。このように、地下水循環システムも、人工的に、強制的に、風導１１内の空気ａと帯水層Ｇｂとの熱交換を盛んにするシステムである。地下水循環システムも、地下水散水システム５０（図２参照）と同様に、風導１１が帯水層Ｇｂに埋設されている場合も埋設されていない場合も利用することができる。
【００４３】
また、以上で説明した地熱採熱冷暖房システム１、２においては、風導１１が帯水層Ｇｂの地下水ｇ内に埋設されていることとしたが、風導１１が帯水層Ｇｂの地下水ｇ内に埋設されない場合は、地下水熱伝達手段として、地下水散水システム５０（図２参照）あるいは地下水循環システムに代えて、吸水性部材を備える構成としてもよい。
【００４４】
図５を参照して、吸水性部材５８を説明する。図５は、吸水性部材５８を備えるシステムの風導１１まわりの模式図であり、（ａ）は吸水性部材５８が巻かれた風導１１の側面図、（ｂ）は風導１１の軸直角方向の断面図である。吸水性部材５８を備えるシステムは、人工的に、風導１１内の空気ａと地中Ｇとの熱交換を盛んにするシステムである。吸水性部材５８は、毛細管現象による吸水性と拡散性の特徴をもつ部材であり、例えば不織布を用いることができる。不織布以外にも、高吸水性高分子（ポリアクリル酸ナトリウム等）を用いてもよく、その他公知の吸水性部材を用いてもよい。
【００４５】
吸水性部材５８は、典型的には、ひも状に形成されたものが風導１１の周囲に螺旋状に巻き付けられている。風導１１に巻き付けられた吸水性部材５８は、一部が地下水ｇに浸かるように配置される。このとき、吸水性部材５８が巻き付けられた風導１１の一部が地下水ｇに浸かるように配設されることが好ましい。このようにすると、毛細管現象によって地下水ｇが移動する距離が、風導１１の軸直角方向断面における円周長の半分より短くなり、風導１１の周囲全体を移動する地下水ｇの量を増やすことができる。風導１１の一部が地下水ｇに浸かるように配設されない場合は、吸水性部材５８を地下水ｇに浸るところまで延ばすようにして配置する。吸水性部材５８を延ばす配置は、風導１１の長手方向に適切な間隔をあけて複数箇所で行われる。吸水性部材５８が巻き付けられた風導１１の一部が地下水ｇに浸かる場合も浸からない場合も、地下水ｇの水面から風導１１の頂部まで地下水ｇを吸い上げることができる吸水性部材５８を用いることが好ましい。本実施の形態では、吸水性部材５８が巻き付けられた風導１１の下部が地下水ｇに浸かるように配設されており、以下この場合を例に説明する。
【００４６】
吸水性部材５８は以下のように作用する。風導１１に巻かれた吸水性部材５８は、風導１１の下部（地下水ｇに浸った部分）から地下水ｇを吸収し、毛細管現象により風導１１の上部（地下水ｇに接していない部分）の吸水性部材５８に浸透していく。つまり、地下水ｇが風導１１の外表面を移動する。地下水ｇが吸水性部材５８を浸透していくと、風導１１上部の吸水性部材５８が周囲の土よりも水分が多い状態となる。すると、風導１１上部の吸水性部材５８から水分の少ない土の方へ水が浸透していく。土に水分を奪われた風導１１上部の吸水性部材５８には、再び風導１１の下部から水が移動してくる。このように、吸水性部材５８内の毛細管現象によって風導１１の外表面の下部から上部に地下水ｇが連続的に移動する。
【００４７】
風導１１の周囲を地下水ｇが移動すると、空気ａと地中Ｇとの熱交換により小さくなるべき両者の温度差が、熱交換が行われなくなるほど小さくなることを防ぐことができ、継続的に空気ａと地中Ｇとの熱交換を行わせることができる。地下水熱伝達手段として吸水性部材５８を用いると、地下水散水システム５０（図２参照）等を用いる場合に比べて、単純な構成で風導１１内の空気ａと地中Ｇとの温度差を維持することができる。
【００４８】
また、以上までで説明した地熱採熱冷暖房システム１、２において、地中Ｇと風導１１内を流れる空気ａとの交換熱量を増大させるために、空気ａが風導１１内を旋回しながら流れるようにしてもよい。風導１１内の空気ａを旋回させるためには、旋回流惹起手段を備える。
【００４９】
図６は、旋回流惹起手段としての噴流供給システム６０の模式図であり、（ａ）は構成の概要図、（ｂ）は風導１１の軸直角方向の断面図である。図６（ａ）では、構成の理解を容易にするために、風導１１の一部を切り欠いて示している。噴流供給システム６０は、噴流の空気ａｊを風導１１内に供給する噴流管６１と、空気ａｊを噴流管６１に向けて圧送する小型ファン６３と、小型ファン６３と噴流管６１とを接続する接続管６２とを備えている。
【００５０】
噴流管６１は、風導１１内を流れる空気ａが旋回する程度の噴流空気ａｊを風導１１内に供給することができればよく、典型的には２０Ａ〜５０Ａ程度の硬質塩化ビニル管が用いられる。噴流管６１のサイズは例示したものに限らず、風導１１の径や長さ、風導１１内を流れる空気ａの流量に応じて適宜決定すればよい。噴流管６１には空気ａｊを噴出する小孔６１ｈが複数形成されている。小孔６１ｈは、管の長手方向に延びる１本の仮想直線上に、適切な間隔を開けて形成されている。小孔６１ｈの大きさは、噴流管６１から供給される空気ａｊが噴流となる大きさとするのが好ましい。風導１１内に噴流の空気ａｊを供給すると、風導１１内を流れる空気ａが噴流空気ａｊに誘引されて旋回流になりやすい。
【００５１】
噴流管６１は、風導１１内に配設されている。噴流管６１は、小孔６１ｈから導出された噴流空気ａｊが風導１１の内壁に衝突した位置における噴流空気ａｊの衝突方向と風導１１の内壁の接線方向とができるだけ同じ向きに近づくような方向に小孔６１ｈを向け、風導１１の内壁に近いが内壁には接触しない位置に配設されるのが好ましい。噴流管６１を風導１１の内壁に近づけて配設するほど、小孔６１ｈから導出された噴流空気ａｊの衝突方向と風導１１の内壁の接線方向とが同じ向きに近づくようになる。また、噴流管６１を風導１１の内壁から離して配設するほど、風導１１の内壁に沿って旋回する空気ａの流動の邪魔にならなくなる。
【００５２】
小型ファン６３は、地下チャンバー９１内に配設されている。小型ファン６３は、ブロワであってもよい。小型ファン６３には接続管６２が接続されている。接続管６２は、典型的には硬質塩化ビニル管である。接続管６２は、噴流管６１の一端に接続されている。噴流管６１の他端にはキャップ（不図示）が取り付けられている。
【００５３】
噴流供給システム６０を備える地熱採熱冷暖房システム１、２（図１、図４参照）は、ファン１２（図１、図４参照）を起動するときに小型ファン６３も起動する。すると、風導１１内を流れる空気ａは、風導１１の内壁に沿って旋回しながら風導１１内を進んでいく。風導１１内を流れる空気ａが内壁に沿った旋回流となると、空気ａと地中Ｇとの熱交換がさらに促進されることとなる。旋回流惹起手段を噴流供給システム６０とすると、風導１１内の空気ａを安定して旋回流とすることができる。
【００５４】
図７は、噴流供給システム６０（図６参照）に代わる旋回流惹起手段としてのガイドベーン６８を説明する部分斜視図である。ガイドベーン６８は、帯状の部材が風導１１の内壁に、帯の幅方向を風導１１の内壁に対して立てるようにして、螺旋状に取り付けられて形成されている。ガイドベーン６８は、風導１１の全長に渡って取り付けられていてもよく、あるいは、風導１１内の空気ａに旋回するきっかけを与えられる程度の長さ及び間隔で取り付けられていてもよい。
【００５５】
ガイドベーン６８を備える地熱採熱冷暖房システム１、２（図１、図４参照）は、ファン１２（図１、図４参照）を起動すると、ガイドベーン６８により、風導１１内を流れる空気ａが風導１１の内壁に沿って旋回しながら風導１１内を進んでいく。風導１１内を流れる空気ａが内壁に沿った旋回流となると、空気ａと地中Ｇとの熱交換がさらに促進されることとなる。旋回流惹起手段をガイドベーン６８とすると、システムを簡素化することができる。
【００５６】
以上では、風導１１が合成樹脂製であるとして説明したが、耐腐食性を有する金属製であってもよい。金属製のダクトは一般に合成樹脂に比べて熱伝導率が高いため、金属性のダクトとすると、地中Ｇと空気ａとの熱交換効率が高くなる。なお、耐腐食性を有するとは、予定した期間その機能を発揮することができる程度に腐食の進行を抑制することができる性質をいうこととする。
【００５７】
以上では、屋外機２２（図１参照）、４２（図４参照）を地下チャンバー９１に設置することとして説明したが、屋外（屋上を含む）に設置してもよい。この場合は、屋外機２２、４２に空気ａを供給する風導１１の出口を、できるだけ屋外機２２、４２の近くに設けることが好ましい。また、屋外機２２、４２を屋外に設置することに伴い風導１１に外気が多く取り込まれることとなる場合は、特に夏季に結露水を適切に風導１１から排出できる措置を講じることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る地熱採熱冷暖房システムの模式的系統図である。
【図２】地下水熱伝達手段の一例を説明する模式図である。（ａ）は構成の概要図、（ｂ）は風導の軸直角方向の断面図である。
【図３】熱源空気の温度とＣＯＰとの関係の一例を示すグラフである。（ａ）は空気を冷熱源とした場合、（ｂ）は空気を温熱源とした場合のグラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る地熱採熱冷暖房システムの模式的系統図である。
【図５】地下水熱伝達手段の別の例を説明する模式図である。（ａ）は吸水性部材が巻かれた風導の側面図、（ｂ）は風導の軸直角方向の断面図である。
【図６】旋回流惹起手段の一例を説明する模式図である。（ａ）は構成の概要図、（ｂ）は風導の軸直角方向の断面図である。
【図７】旋回流惹起手段の別の例を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
１、２  地熱採熱冷暖房システム
１１  風導
２０  ヒートポンプチラー（冷暖房用機器）
２２  屋外機
４０  パッケージ型空調機（冷暖房用機器）
４２  屋外機
５０  地下水散水システム（地下水熱伝達手段）
５８  吸水性部材（地下水熱伝達手段）
６０  噴流供給システム（旋回流惹起手段）
６８  ガイドベーン（旋回流惹起手段）
９１  地下チャンバー（機器設置室）
９２  蓄熱槽
ａ  空気
ｇ  地下水
ｗｍ  熱媒水
ＧＬ  地盤面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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