(57)【要約】【課題】地中熱を熱源として用いる冷暖房システムであって、冷温水タンクを地上屋外や建家内、あるいは屋上などに設置する必要がなく、且つ、設置工事費用が安価であると共に、地中熱との効率的な熱交換が可能なシステムを提供する。【解決手段】地中熱と外気を熱源とし、ヒートポンプ１１により熱交換するとともに、地下に埋設した貯留水槽１を介して地中熱を利用する冷暖房システムであって、蓄熱系は、前記貯留水槽１および蓄熱媒体としての水または不凍液を具備し、集熱系はヒートポンプ１１を具備し、放熱系は、放熱部材１２，１３および分岐ヘッダー１６を具備し、配管系は、前記蓄熱系、前記集熱系および前記放熱系の間を接続する配管、蓄熱媒体を貯留水槽１とヒートポンプ１１の間を循環させるポンプ２２および蓄熱媒体をヒートポンプ１１と放熱部材の間を循環させるポンプ２３を備える。【選択図】図３
2007292445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中熱と外気を熱源とし、ヒートポンプにより熱交換する冷暖房システムであって、地下に埋設した貯留水槽を蓄熱槽とし、該貯留水槽を介して地中熱を利用することを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。
【請求項２】
前記貯留水槽の地表側接地面の設置深さは、少なくとも２ｍ以上で、望ましくは５ｍ以上あることを特徴とする請求項１に記載の地中熱利用冷暖房システム。
【請求項３】
前記貯留水槽の地表側接地面と地表面との間の土中に断熱層を有するか又は貯留水槽の地表側の接地面に接して断熱層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の地中熱利用冷暖房システム。
【請求項４】
前記貯留水槽の地表側接地面を除く側面と底面の遮水シートの周囲に保水性充填部材を設置して、土壌湿潤用の水を保水させたことを特徴とする請求項１に記載の地中熱利用冷暖房システム。
【請求項５】
前記貯留水槽は骨格ブロックを連続的に配置した構造を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の地中熱利用冷暖房システム。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、前記貯留水槽は独立した複数の水槽に分割され、独立した複数の貯留水槽からなることを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。
【請求項７】
蓄熱系は、前記貯留水槽および蓄熱媒体としての水または不凍液を具備し、
集熱系はヒートポンプを具備し、
放熱系は、放熱部材および分岐部を具備し、
配管系は、前記蓄熱系、前記集熱系および前記放熱系の間を接続する配管、蓄熱媒体を前記貯留水槽と前記ヒートポンプの間を循環させるポンプ、および蓄熱媒体を前記ヒートポンプと前記放熱部材の間を循環させるポンプを備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の地中熱利用冷暖房システム。
【請求項８】
設定条件に基づき放熱系の温度制御をおこなう制御部を備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の地中熱利用冷暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中熱を熱源とする地中熱利用冷暖房システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気ヒータを熱源として用いる温水式床暖房システムでは、電気ヒータの発熱によって得られる温水を、地上屋外や建家内や屋上などに設置した蓄熱タンクに蓄え、床下のパイプに流して利用している。
【０００３】
また、外気を熱源として用いる冷暖房システムでは、ヒートポンプによって外気へ排熱し、あるいは外気から採熱して、地上屋外や建家内や屋上などに設置した蓄熱タンクに冷温水を蓄え、床冷暖房システムでは、蓄熱タンクに貯めた冷温水を床下のパイプに流して利用している。
【０００４】
また、地中熱を熱源として用いる冷暖房システムでは、地中に深く中空パイプ状の杭を打ち込んで、杭の内部に満たした不凍液等の媒体に地中の熱を集熱し、この杭の内部に、Ｕチューブと呼ばれる蓄熱媒体を通す金属製パイプ等を設置して、杭内の不凍液等との熱交換を行い、地中熱を蓄熱媒体に取り込んで、この蓄熱媒体をヒートポンプの１次側熱源として冷暖房に利用するシステムが製品化されている。
さらに、地下水を熱源として用いる冷暖房システムでは、地下水をくみ上げて、ヒートポンプの１次側熱源として床冷暖房や空調等に利用するシステムが製品化されている。
【０００５】
上述の冷暖房システムには、次のような問題点がある。
すなわち、電気ヒータによる発熱を熱源として用いる温水式床暖房システムでは、電気エネルギーを直接熱エネルギーに変換するため、エネルギー効率が良くないという問題がある。また、貯湯タンクの設置場所を地上屋外や建家内や屋上などに確保する必要がある。
【０００６】
また、外気を熱源として用いる冷暖房システムでは、夏期に外気に排熱を行い、冬季には外気から採熱を行う。投入した電気エネルギーの約３倍の熱エネルギーが得られるため、電気ヒータによる発熱を熱源として用いる床暖房システムよりも、エネルギー効率が高く、省エネルギーのシステムである。しかしながら、貯湯タンクの設置場所を地上屋外や建家内や屋上などに確保する必要がある。
【０００７】
また、地中熱を熱源として用いる冷暖房システムでは、夏期に地中に排熱を行い、冬季には地中から採熱を行うため、外気を熱源として用いる床冷暖房システムよりも、少ないエネルギーで排熱・採熱を行うことができ、より省エネルギーで地球環境に優しいシステムである。その理由は、地中の温度が比較的安定しており、地中温度と夏期排熱温度の温度差が大きく、また、地中温度と冬季採熱温度の温度差が小さいことによる。また、冷温水タンクの設置場所を地上屋外や建家内や屋上などに確保する必要がない。しかしながら、地中熱との熱交換のため、地中に杭を打ち込む必要がある。地中熱を効率よく利用するためには、杭の表面積を稼ぐ必要があることから、地中深く、例えば、数１０ｍの深さまで杭を打ち込むか、あるいは、数多くの杭を打ち込むことが必要になる。従って、設置工事費が高価になるという問題がある。
【０００８】
さらに、地下水を熱源として用いる冷暖房システムでは、水温が安定しており、外気を熱源として用いる床冷暖房システムよりも、より少ないエネルギーで排熱・採熱を行う事ができるため、省エネルギーのシステムである。ただし、貯湯タンクの設置場所を地上屋外や建家内や屋上などに確保する必要がないものの、地下水が有る地域に限定されると共に、地下水をくみ上げる井戸が必要になり、工事費が高くなるという問題がある。
【特許文献１】特開２００６−１００９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本願発明が解決しようとする課題は、地中熱を熱源として用いる冷暖房システムであって、冷温水タンクを地上屋外や建家内、あるいは屋上などに設置する必要がなく、且つ、設置工事費用が安価であると共に、地中熱との効率的な熱交換が可能なシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願請求項１記載の発明は、地中熱と外気を熱源とし、ヒートポンプにより熱交換する冷暖房システムであって、さらに、地下に埋設した貯留水槽を蓄熱槽とし、該貯留水槽を介して地中熱を利用することを特徴とする地中熱利用冷暖房システムである。
上記請求項１記載の発明によれば、地下に埋設した貯留水槽を蓄熱槽として用いるため、冷温水タンクを地上屋外や建家内、あるいは屋上などに設置する必要がなくなる。また、貯留水槽は杭等に比較して表面積が大きくなるため、比較的浅い地中に埋設するだけで、熱交換の効率を従来よりも向上させることができ、したがって、設置工事費用も安価になる。
これにより、ヒートポンプの持つ優れた省エネルギー効果と、地中熱を利用した省エネルギー効果並びに地球温暖化防止効果と、更に、地下貯留水槽による地上の省スペース効果並びに地中熱の有効利用効果が、重畳して利用できる。
【００１１】
本願請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、貯留水槽の地表側接地面の設置深さを、少なくとも２ｍ以上とすることを特徴とするものであり、このようにすることにより、貯留水槽の温度の変動を少なくできる。さらに望ましくは、この深さを５ｍ以上とすれば、図５に示すように地中温度がほぼ一定となることから、地中熱利用の観点からは、この方がさらに望ましい。このように、地中熱を利用して、貯留水槽の温度制御を行う場合には、貯留水槽の埋設深さは、非常に重要なファクターで、地中の温度分布の季節変動によるばらつきは地下２ｍ以上深くなると、１５±３〜４℃まで安定するので、貯留水槽の温度を安定させることができる。さらに、地下５ｍでは、１５±２℃となるので、貯留水槽の温度はさらに安定する。
【００１２】
また、本願請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、前記貯留水槽の地表側接地面と地表面との間の土中に断熱層を有するか又は貯留水槽の地表側の接地面に接して断熱層を設けたことを特徴とするものである。
上記請求項３記載の発明によれば、貯留水槽の地表側接地面と地表面との間の土中に断熱層を設けるため、地表面からの外気熱の影響を除くことができる。ここで、土中に設ける断熱層は貯留水槽の地表側接地面と接するように設けるのが望ましい。また、断熱層は貯留水槽の地表側設置面の面積と等しくしても良いし、それより少し大きめに設けても良い。このようにすると、地表側からの斜めの熱侵入を多少は防止できる。
【００１３】
また、本願請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、前記貯留水槽の地表側接地面を除く側面と底面の遮水シートの周囲に保水性充填部材を設置して、土壌湿潤用の水を保水させたことを特徴とするものである。このようにすることにより、例え貯留水槽の周りの土壌が乾燥している場合でも、貯留水槽と土壌の熱交換を効率的に行うことができる。
【００１４】
また、本願請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、前記貯留水槽は骨格ブロックを連続的に配置した構造を有することを特徴とするものである。
上記請求項５記載の発明によれば、貯留水槽の単位構造部材である骨格ブロックを、左右上下等、３次元的に連続的に嵌合及び積み上げ配置することで一体化された貯留水槽を成すため、システムの設計に応じて貯留水槽の大きさ（貯水容量）を柔軟に設計することが可能で、従って、地中から抽出したい熱量に応じた、最適な大きさの貯留水槽とすることができる。
【００１５】
また、本願請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、前記貯留水槽は独立した複数の水槽に分割され、独立した複数の貯留水槽からなることを特徴とするものである。
上記請求項６記載の発明によれば、貯留水槽は所望の容積が分割され、独立した複数の貯留水槽からなるため、１個の貯留水槽の場合に比して地中での接触面積が増加し、熱交換効率が向上する。また、複数の貯留水槽を用いることで、全体として貯留水槽の容積を大きくすることもでき、また、一部の貯留水槽にバッファとしての機能を持たせることもできる。
【００１６】
また、本願請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、蓄熱系は、前記貯留水槽および蓄熱媒体としての水または不凍液を具備し、集熱系はヒートポンプを具備し、放熱系は、放熱部材および分岐部を具備し、配管系は、前記蓄熱系と前記集熱系の間、および前記集熱系と前記放熱系の間を接続する配管、蓄熱媒体を前記貯留水槽と前記ヒートポンプの間を循環させるポンプ、および蓄熱媒体を前記ヒートポンプと前記放熱部材の間を循環させるポンプを備えることを特徴とするものである。尚、分岐部はヘッダーで構成するのが望ましいが、他の分岐方法によって分岐しても良い。
【００１７】
さらに、本願請求項８記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の地中熱利用冷暖房システムにおいて、設定条件に基づき放熱系の温度制御をおこなう制御部を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の地中熱利用冷暖房システムによれば、冷温水タンクを地上屋外や建家内、あるいは屋上などに設置する必要がなく、且つ、設置工事費用が安価であり、また、地中熱との熱交換効率が向上するという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる地中熱利用冷暖房システムの一実施形態に用いる貯留水槽の縦断面図である。
図１において、貯留水槽１は地中に埋め込まれている。地中温度が、例えば図５に示す測定結果より、地表より約３ｍの位置から深い場所でほぼ一定であることから、貯留水槽１の接地面の位置は、少なくとも深さ２ｍよりも深くすることが望ましい。埋設深さを浅くすることで、掘削費用を抑えて、設置費用を安価にすることができる。
【００２０】
貯留水槽１は樹脂製である。貯留水槽１は、コンクリート製、ＦＲＰ製、金属製、樹脂製など、材質に限定されるものではないが、樹脂製の製品がより望ましい。樹脂製貯留水槽は価格が安価であり、設置工事も組み立てのみで済むため容易である。
また、貯留水槽１は、貯留水槽の単位構造部材である骨格ブロック２を、左右上下等、３次元的に連続的に嵌合及び積み上げ配置することで一体化された貯留水槽を成すため、システムの設計に応じて貯留水槽の大きさ（貯水容量）を柔軟に設計することが可能である。従って、地中から抽出したい熱量に応じた、最適な大きさの貯留水槽とすることができる。
貯留水槽の設計に関しては、アプリケーション側からの要求仕様である必要熱量と使用時間等に対して、蓄熱槽側のパラメータである貯留水槽の大きさ、貯留水の使用水量、貯留水の使用前温度、貯留水の使用後温度、槽の熱交換係数、地中温度等から、抽出可能な熱量を計算する。必要熱量と抽出可能な熱量を勘案して、必要最適な貯水容量を決定する。従って、必要最適な貯水容量の大きさに合わせた貯留水槽とすることができる。
貯水容量を大きくすればするほど、要求仕様である必要熱量を取り出す事が容易に実現出来るが、その分設置場所が大きくなり高価となる。貯水容量が必要容量よりも小さければ、地中熱と貯留水槽内の水との熱交換が間に合わず、貯留水槽内の水温が平衡温度から逸脱し、蓄熱槽としての機能を失う。
骨格ブロックの材質としては、樹脂系の材料が望ましく、骨格ブロック自体の耐荷重強度によって、貯留水槽の上側の盛土の荷重を支えることができる。
この様に、樹脂製の骨格ブロックを用いた貯留水槽では、貯留水槽の設計柔軟性に優れていると共に、コンクリート製、ＦＲＰ製、金属製、といった貯留水槽と比較して、工事の簡便性や輸送効率の面でも優れた特徴を持っている。
【００２１】
貯留水槽１の外周は遮水シート３により覆われている。遮水シート３は薄いゴムシートや高分子シートからなる。貯留水槽１と周囲の土との熱交換特性を考慮すると、貯留水槽１の周囲の断熱性が高くない構造とすることが必要であり、そのため、遮水シート３は必要な耐荷重条件を満足すれば、あまり厚くない方が良い。
なお、図２に示すように、乾いた土壌では、湿った土壌に比較して熱伝導率が小さいので、地中と貯留水槽１内の冷温水との熱交換を積極的におこなうために、遮水シート３の周囲に保水性充填部材４を設置して、土壌湿潤用の水を保水させたり、シートの一部を非遮水シート５にして、貯留水槽１内の冷温水の一部を外部に漏洩させるなどの対策を講じることが好ましい。
【００２２】
貯留水槽１の地表側接地面１ａと地表面７との間の土中に、断熱層６が設けられている。こうすることにより、地表面からの外気熱の影響を避けることができる。
断熱層６の断熱材としては、発泡スチロール、発泡ポリエチレン、発泡コンクリート、グラスウール、ロックウール、ウレタンフォーム、フェノールフォーム、ポリスチレンフォーム、セルロースなどの各種の断熱材を使用することができる。ただし、断熱層６は土中に埋設され、土砂の荷重がかかることを考慮して、断熱材を選択する必要がある。
すなわち、土中に埋設されることから、腐食や分解などに対して安定している必要があり、この点からは、ウレタンフォーム、フェノールフォーム、ポリスチレンフォーム、高発泡ポリエチレンなどのプラスチック系断熱材が好ましい。
また、土砂の荷重に対しては、荷重による圧縮に対して十分な強度を有する必要がある。土砂の比重は約１．８であり、２ｍの深さに埋設する場合には、１ｃｍ2 当たり３６０ｇの荷重がかかることになる。例えば、硬質ウレタンフォームの圧縮強度は、１．１〜１．５ｋｇ／ｃｍ2 であり、十分に大きい値になっている。このように、プラスチック系断熱材は、おおむね土砂荷重に対して実用上十分な圧縮強度を有しており、あらかじめボード状に加工しておくと、性能と施工の両面から一層好ましい。また、断熱材の形状がビーズ状や正方形や球形、あるいは、端材の様に一様な形を成しえない場合であったとしても、袋に詰めて設置する、上下左右をシート材で覆って設置する、あるいは骨材となる素材と共に設置する、という様に適用が可能なため、断熱材の素材の形状に依らない。
なお、土中で分解の可能性のあるセルロースや、耐荷重性のないグラスウール、ロックウールは、そのままの状態では使用できないが、耐荷重強度を有する骨材で覆うことにより、使用することが可能になる。骨材としては、硬質ＰＶＣ、ポリプロピレン、高密度ポリエチレンなどの樹脂材が好ましく、鉄などの金属を使用する場合には、腐食防止のためのメッキ処理、あるいはディッピングなどの防水処理を施せばよい。
なお、断熱層６は、貯留水槽１の地表側接地面および側面を覆うように設けると、地表面からの外気熱の影響をより一層効率的に避けることができる。
【００２３】
また、貯留水槽１の形状は、立方体より、直方体が望ましい。直方体の表面積が大きいほど、地盤との接触が大きい事となり、その分、地中熱交換としては効率化がはかれる。直方体で表面積が最も小さくなる形は立方体であり、幅、奥行き、高さのいずれもが同じ長さとなる。表面積を大きくする為には、幅、奥行き、高さのどこかを長くすることになるが、高さ方向では、地盤を深く掘る方向となり、コスト面で得策ではない。従って、幅、奥行きのどちらかの長さを長くする事が現実的であり、その長さとしては、少なくとも同じ体積の立方体の１辺の長さよりも長くする事が望ましい。さらに、高さを少なくすることにより、同一深さに、貯留槽を埋設した場合に、埋設後の地中温度の分布の小さくなる効果がある。
【００２４】
図３は、上記貯留水槽１を用いた冷暖房システムの一実施形態の説明図である。なお、図３において、配管系を実線で示し、制御系を点線で示す。
本実施形態において、蓄熱系は地下に埋設された貯留水槽１に水または不凍液からなる蓄熱媒体を備えたものである。また、集熱系はヒートポンプ１１を備えている。
放熱系は、放熱部材と分岐ヘッダーを備えている。放熱部材は、床冷暖房用の樹脂製配管１２、壁冷暖房用の放熱パネル１３、および図示されない床冷暖房用の放熱パネル、天井用冷暖房用の放熱パネル、空調用ファンコイルなどで構成されている。また、分岐ヘッダーは、蓄熱床暖房用の樹脂製配管１２と接続されるサプライヘッダー１４とリターンヘッダー１５、床冷暖房用の放熱パネル、壁冷暖房用の放熱パネル１３、天井用冷暖房用の放熱パネル、空調用ファンコイルなどと接続される切り替えヘッダー１６で構成されている。
また、制御系は、室内の温度センサや湿度センサ（図示されず）で測定した室内温湿度、温度センサ１７によって測定された蓄熱媒体の測定温度、温度センサ１８によって測定された蓄熱床内の測定温度を制御部１９に入力し、予め設定、入力された制御温度などに基づいた制御部から出力により、切り替えヘッダー１６及びバイパス弁２０、２１の切り替え制御し、また、蓄熱媒体を前記貯留水槽１と前記ヒートポンプ１１の間を循環させるポンプ２２、および蓄熱媒体を前記ヒートポンプ１１と前記放熱部材の間を循環させるポンプ２３の出力を制御する。
【００２５】
本実施形態の冷暖房システムは、例えば、以下のような動作をおこなう。なお、地中温度を１５℃とし、貯留水槽１内の水の温度も１５℃とする。
まず、冬期には、貯留水槽１内の１５℃の貯留水はピートポンプ１１内の熱交換器Ａ（冷媒蒸発部）に導かれ、冷媒との熱交換によって熱を奪われて温度が低下し、冷媒は吸熱によって蒸発する。ヒートポンプ１１に導かれて温度が低下した貯留水は、再び貯留水槽１に戻って貯留槽１内の水と混合される。貯留水の温度低下は、貯留水からの熱の抽出に等しいため、必要な抽出熱量と、貯留水槽１と地中との熱交換条件から適切な貯留水量を算出することにより、貯留水温度をほぼ一定の温度にキープし、定常的な熱の抽出が可能となる。
ピートポンプ１１の蒸発した冷媒は圧縮機を通って熱交換器Ｂ（冷媒凝縮部）に入る。熱交換器Ｂ（冷媒凝縮部）には、放熱系に伝熱する２次蓄熱媒体が導かれており、熱交換によって冷媒から熱が放出されて２次蓄熱媒体の温度が上昇する。この２次蓄熱媒体は配管系を通って放熱系に到達し、所望の暖房機能が得られる。配管系及び放熱系は循環ループとなっており、放熱系で熱を放出した２次蓄熱媒体は、再び熱交換器Ｂ（冷媒凝縮部）に導かれて加熱されて、再度放熱系に供給される。
【００２６】
次に、夏期には、１５℃の貯留水がピートポンプ１１内の熱交換器Ｂ（冷媒凝縮部）に導かれて、冷媒との熱交換によって熱を奪うことで貯留水温度が上昇し、冷媒は放熱によって凝縮する。このヒートポンプ１１に導かれて温度が上昇した貯留水は、再び貯留水槽１に戻って貯留槽１内の水と混合される。貯留水の温度上昇は、貯留水への熱の放出に等しいため、必要な放出熱量と、貯留水槽１と地中との熱交換条件から適切な貯留水量を算出することにより、貯留水温度をほぼ一定の温度にキープし、定常的な熱の放出が可能となる。
凝縮した冷媒は膨張弁を通って熱交換器Ａ（冷媒蒸発部）に入る。熱交換器Ａ（冷媒蒸発部）には、放熱系に伝熱する２次蓄熱媒体が導かれおり、熱交換によって冷媒に熱を放出して２次蓄熱媒体温度が低下する。この２次蓄熱媒体は配管系を通って放熱系に到達し、所望の冷房機能が得られる。配管系及び放熱系は循環ループとなっており、放熱系で熱を奪った２次蓄熱媒体は、再び熱交換器Ｂ（冷媒凝縮部）に導かれて冷却されて、再度放熱系に供給される。
【００２７】
本実施形態が従来例と異なる特徴的なことは、蓄熱系が地下に埋設された貯留水槽１に水または不凍液からなる蓄熱媒体を備えたものであって、該貯留水槽１を介して地中熱を利用していることである。したがって、冷温水タンクを地上屋外や建家内、あるいは屋上などに設置する必要がなくなり、また、貯留水槽１は杭等に比較して表面積が大きくなるため、比較的浅い地中に埋設するだけで、熱交換の効率を従来よりも向上させることができるので、設置工事費用が安価になる。
【００２８】
（実施例）
本実施例は、貯留水槽を地表側接地面（上面）が地下４ｍの深さに位置するように設置して、地下５ｍの深さに設置した場合と同等の温度環境を実現するために、地下４ｍの深さに設置されている貯留水槽の上面を厚さｔの断熱層で覆い、前記貯留水槽の年間の温度変動幅を、地下５ｍに設置されている、断熱層で覆われていない貯留水槽の年間の温度変動幅（図５に示した例では、４℃）と同等にしたものである。本実施例における断熱層の厚さｔを単純化したシミュレーションにより求めた。図４により、本実施例を説明する。
図４（ａ）に示すように、地下５ｍに設置した貯留水槽と地表面との間の熱抵抗をＲ1 、前記貯留水槽の側面と地表面との間の熱抵抗をＲ11、前記貯留水槽の上面と地表面との間の熱抵抗をＲ12とすると、
Ｒ1 ＝１／[（１／Ｒ11）  ＋  （１／Ｒ12）]                    （１）
Ｒ11＝ｄ11／（λs ・Ｓa ）
Ｒ12＝ｄ12／（λs ・Ｓb ）
である。ここで、λs は土壌の熱伝導率、Ｓa およびＳb はそれぞれ、前記貯留水槽の側面および上面の面積であり、ｄ11およびｄ12はそれぞれ、地下５ｍの深さに貯留水槽を設置した場合の地表面から貯留水槽の高さの１／２までの距離および地表面から貯留水槽の上面までの距離（５ｍ）である。
また、図４（ｂ）に示すように、地下４ｍの深さに設置して、上面を厚さｔの断熱層で覆った貯留水槽と地表面との間の熱抵抗をＲ2 、前記貯留水槽の側面と地表面との間の熱抵抗をＲ21、前記貯留水槽の上面の断熱層表面と地表面との間の熱抵抗をＲ22、前記貯留水槽の上面に設置した断熱層の厚さ方向の熱抵抗をＲ24とすると、
Ｒ2 ＝１／[（１／Ｒ21）  ＋  （１／（Ｒ22＋  Ｒ24））]        （２）
Ｒ21＝ｄ21／（λs ・Ｓa ）                          
Ｒ22＝ｄ22／（λs ・Ｓb ）
Ｒ24＝ｔ／（λi ・Ｓb ）
である。
ここで、λi は断熱層の熱伝導率であり、ｄ21およびｄ22はそれぞれ、地下４ｍに貯留水槽を設置した場合の地表面から貯留水槽の高さの１／２までの距離および地表面から貯留水槽の上面までの距離（４ｍ）である。
また、地下４ｍの深さに設置して、上面を断熱層で覆った貯留水槽と地表面との間の熱移動を、地下５ｍに設置して断熱層で覆われていない貯留水槽と地表面との間の熱移動と同等にするためには、
Ｒ1 ＝Ｒ2                                                     （３）
であればよい。（３）式から、断熱層の厚さｔを設定することができる。
【００２９】
例えば、以下のような設定条件では、断熱層の厚さｔは、２０．６ｃｍとなる。
すなわち、貯留水槽の外形寸法：  Ｌ＝４．３２ｍ（長さ）
Ｗ＝１．４４ｍ（幅）
Ｈ＝１．５６ｍ（高さ）
貯留水槽の表面積：    Ｓa ＝１７．９ｍ2 
Ｓb ＝６．２２ｍ2 
熱伝導距離：          ｄ11＝５．７８ｍ
ｄ12＝５．００ｍ
ｄ21＝４．７８ｍ
ｄ22＝４．００ｍ
熱伝導率：            λs ＝１．１Ｗ／ｍ・Ｋ
λi ＝０．０３５Ｗ／ｍ・Ｋ
【００３０】
本実施例は、貯留水槽の上面のみを断熱層で覆う構造のため、施工面積が比較的小さく、施工性も良好である。また、コスト面を考慮したうえで断熱層を厚くしても、十分に実用に適用できる設定条件である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明にかかる地中熱利用冷暖房システムの一実施形態に用いる貯留水槽の縦断面図である。
【図２】上記実施形態に用いる他の貯留水槽の縦断面図である。
【図３】本発明にかかる地中熱利用冷暖房システムの一実施形態の説明図である。
【図４】本発明にかかる一実施例の説明図であり、（ａ）は、地下５ｍの深さに設置した貯留水槽と地表面との間の熱抵抗の説明図であり、（ｂ）は、地下４ｍの深さに設置して、上面を断熱層で覆った貯留水槽と地表面との間の熱抵抗の説明図である。
【図５】地中温度の深さによる変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    貯留水槽
１ａ  地表側接地面
２    骨格ブロック
３    遮水シート
４    保水性充填部材
５    非遮水シート
６    断熱層
７    地表面
１１    ヒートポンプ
１２    樹脂製配管
１３    放熱パネル１３
１４    サプライヘッダー
１５    リターンヘッダー
１６    切り替えヘッダー
１７、１８    温度センサ
１９    制御部
２０、２１    バイパス弁
２２、２３    ポンプ
【図１】
2007292445.tif 000003
【図２】
2007292445.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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