(57)【要約】【課題】地中熱を熱源として水を蓄熱媒体として使用する場合に、従来よりも地中深さを浅く設置して利用可能な利水用貯留水槽と該利水用貯留水槽の設置構造、および設置工事費用が安価であり、かつ地中熱との効率的な熱交換が可能な地中熱利用冷暖房システムを提供する【解決手段】貯留水槽１の地表側接地面および側面を断熱層４、５で覆って利水用貯留水槽１０とし、該利水用貯留水槽１０を地表側の接地面の深さが１ｍから３ｍの範囲内になるように地中に設置して、前記利水用貯留水槽１０を蓄熱槽とし、該利水用貯留水槽１０を介して地中熱を利用し、冷暖房をおこなう。【選択図】図２
2009085462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設され利水目的の地中熱を利用する利水用貯留水槽であって、貯留水槽の地表側の地面との接地面および貯留水槽の側面が断熱層で覆われていることを特徴とする利水用貯留水槽。
【請求項２】
前記断熱層の熱伝導率λi が０．０４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする請求項１記載の利水用貯留水槽。
【請求項３】
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または請求項２のいずれかに記載の利水用貯留水槽。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の利水用貯留水槽を地表側の地面との接地面の深さが１ｍから３ｍの範囲内になるように設置することを特徴とする利水用貯留水槽の設置構造。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の利水用貯留水槽を地表側の地面との接地面の深さが１ｍから３ｍの範囲内になるように設置し、さらに利水用貯留水槽の地表側設置面は、１ｃｍ2  当たり１．１kｇの耐荷重性を有する断熱材を断熱層として用いることを特徴とする利水用貯留水槽の設置構造。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の利水用貯留水槽を備える冷暖房システムであって、地中に埋設された利水用貯留水槽を蓄熱槽とし、該利水用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７】
請求項６記載の地中熱利用冷暖房システムであって、蓄熱系は、地下に埋設した前記利水用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／または分岐部材を具備し、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、地中に埋設され利水を目的とした利水用貯留水槽とその設置構造、および利水用貯留水槽を用いて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】
環境問題に対する意識の高まりから、雨水を貯めて上水の替わりに利用する「雨水による利水」が広まりつつある。利水の用途としては、ガーデニングへの散水や、車の洗車、庭や屋根などへの散水・打ち水、トイレの洗浄水、防火用水などがあり、中水や雑用水として広く用いられる。
従来、利水用の貯留水槽を設置して、地中熱を熱源として水を蓄熱媒体として使用する場合は、地中深さで少なくとも５ｍ程度の場所に設置する必要があった。その理由は、地中の温度は、地表面に近い場所では、外気や日射などの影響を受けて地表面から熱が入射されたり、あるいは放射されることになり、土中の深さ方向に対して温度分布を生じるからである。土中温度は、深さが深くなるに従い季節による温度変化幅が小さくなり、地域などによって異なるが、およそ５ｍ程度の深さになると、約１５℃程度の一定温度になるためである。
【０００３】
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。
【０００４】
上述の利水用の貯留水槽を設置して、地中熱を熱源として水を蓄熱媒体として使用する場合には、次のような問題点がある。
すなわち、貯留水槽を設置するために少なくとも５ｍ以上も掘削する必要があり、その掘削費用が非常に高価になるという問題がある。従って、利水用の貯留水槽を設置して、地中熱を熱源として水を蓄熱媒体として使用するという実績が少ない。この貯留水槽を深く設置しなければならないということが、地中熱利用の普及拡大の最大のネックになっている。
【０００５】
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。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。
【０００６】
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、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】
【０００７】
本願発明が解決しようとする課題は、利水用の貯留水槽であって、地中熱を熱源として水を蓄熱媒体として使用する場合に、従来よりも格段に地中深さを浅く設置することが可能な利水用貯留水槽と利水用貯留水槽の設置構造を提供することである。また、地中熱を熱源として用いる冷暖房システムであって、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地中熱利用冷暖房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】
【０００８】
本願請求項１記載の発明は、地中に埋設され利水目的の地中熱を利用する利水用貯留水槽であって、貯留水槽の地表側の地面との接地面および貯留水槽の側面が断熱層で覆われていることを特徴とする利水用貯留水槽である。ここで、貯留水槽の地表側の地面との接地面とは、貯留水槽が地中に埋設される状態では、貯留水槽の上面を指す。
上記請求項１記載の発明によれば、利水用貯留水槽の地表側の地面との接地面および貯留水槽の側面を断熱層で覆うため、貯留水槽の地表側の地面との接地面及び利水用貯留水槽の側面からの地中熱の影響を除くことができる。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の利水用貯留水槽において、前記断熱層の熱伝導率λi が０．０４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする利水用貯留水槽である。
上記の条件を満足するように断熱材の種類を選定し、その厚さを適切に設定することにより断熱層を構成すると、断熱層を全く使用しない利水用貯留水槽の地表側接地面を地表面から５ｍの深さに設置した場合と同様の熱的効果を、本発明の利水用貯留水槽の地表側接地面を地表面から１ｍから３ｍの範囲の深さに埋設したとしても得ることができる。このようにすることにより、利水用貯留水槽の設置が容易になり、工事が簡単になると同時に、工期の短縮と、大幅なコストダウンに資することになる。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の貯留水槽が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利水用貯留水槽である。
上記請求項３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利水用貯留水槽を成すため、用途やシステムの設計に応じて利水用貯留水槽の大きさ（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、最適な大きさの利水用貯留水槽とすることができる。
【００１１】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の利水用貯留水槽を地表側接地面の深さが１ｍから３ｍの範囲内になるように設置することを特徴とする利水用貯留水槽の設置構造である。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の利水用貯留水槽を地表側の接地面の深さが１ｍから３ｍの範囲内になるように設置し、さらに利水用貯留水槽の地表側の設置面は、１ｃｍ2  当たり１．１kｇの耐荷重性を有する断熱材を断熱層として用いることを特徴とする利水用貯留水槽の設置構造である。
【００１３】
また、請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の利水用貯留水槽を備えた冷暖房システムであって、地下に埋設された利水用貯留水槽を蓄熱槽とし、該利水用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６記載の発明によれば、地下に埋設された地表側接地面および側面が断熱層で覆われた貯留水槽を蓄熱槽として用いるため、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。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項６記載の地中熱利用冷暖房システムであって、蓄熱系は、地下に埋設した前記利水用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／または分岐部材を具備し、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地中熱利用冷暖房システムである。
上記請求項７記載の発明によれば、地下に埋設した利水用貯留水槽の地表側の地面との接地面および貯留水槽の側面が断熱層で覆われた貯留水槽を蓄熱槽として用いるため、比較的浅い地中に埋設しても、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を重畳して利用できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の断熱層を用いた利水用貯留水槽とその設置構造によれば、貯留水槽の地表側の地面との接地面および貯留水槽の側面が断熱層で覆われた利水用の貯留水槽であって、地中熱を熱源として水を蓄熱媒体として使用する場合に、従来よりも格段に地中深さを浅く設置して、安定した地中熱を得ることが可能な利水用貯留水槽とすることができるため、安価な掘削費及び設置工事費用とすることが可能である。従って、貯留水槽を地中深く設置しなければならなかった従来の設置構造に比較して、非常に有効的な設置構造を提供できるものであり、地中熱利用の普及拡大のネックを解消出来る波及効果を有するものである。
また、本発明の断熱層を用いた利水用貯留水槽とその設置構造及び地中熱利用冷暖房システムによれば、設置工事費用が安価であると共に、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】
【００１６】
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、土中深さに対する地中温度分布の例を示す図である。地中の温度は、地表面に近い場所では、外気や日射などの影響を受けて地表面から熱が入射されたり、あるいは放射されることになり、地中温度は土中の深さ方向に対して温度分布を生じる。地中温度は、深さが深くなるに従い季節による温度変化幅が小さくなる。また、地中温度は地域などによって異なるが、およそ５ｍ程度の深さになると約１５℃程度の一定温度になる。よって、利水用の貯留水槽を設置して、地中熱を熱源として水を蓄熱媒体として使用する場合は、土中深さで少なくとも５ｍ程度の場所に設置する必要があった。
【００１７】
図２は、本発明にかかる利水用貯留水槽の一実施形態の縦断面図である。図２において、利水用貯留水槽１０は地中の土壌６に埋め込まれており、利水用貯留水槽１０の地表側地面との接地面は、貯留水槽１の上面を覆う断熱層４で、利水用貯留水槽１０の側面は、貯留水槽１の側面を覆う断熱層５で、貯留水槽を覆うように構成されている。従って、本実施形態の利水用貯留水槽１０では、地表面７から入射及び放射されて伝わる土壌６からの熱の影響を効率的に除くことができる。そのため、利水用貯留水槽を従来よりも格段に地中深さを浅く設置したとしても、地中熱を熱源とし水を蓄熱媒体として使用する場合に、安定した地中熱を貯留水槽１０の底面から得ることが可能になる。
利水用貯留水槽１０を設置するための掘削費は、深さが深いほど高くなるため、なるべく浅い方が施工費用の面で効果的である。本発明のようにすることにより、利水用貯留水槽１０の設置が容易になり、工事が簡単になると同時に、工期の短縮と、安価な掘削費及び設置工事費を実現することができる。
【００１８】
断熱層４及び断熱層５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４及び断熱層５は地中に埋設され、土砂の荷重がかかることを考慮して、貯留水槽の設置場所や使用環境に応じて断熱材を選択する必要がある。
すなわち、地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。
【００１９】
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。従って、３ｍの深さに埋設する場合には、１ｃｍ2  当たり５４０ｇの加重がかかることになる。地下１ｍから３ｍの範囲に埋設する場合に、土圧は３ｍの場合が最も大きいことは言うまでもないが、安全係数を２倍見込むと、利水用貯留水槽上面を覆う断熱材に要求される耐荷重性能は、１ｃｍ2  当たり約１．１ｋｇ（１．０８ｋｇ）となる。たとえば、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、断熱性能、耐荷重性能と施工性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てい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。
【００２０】
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。
【００２１】
上述した断熱層の熱伝導率λi は、０．０４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが、好適である。断熱層の熱伝導率λi が小さければ、断熱層の厚さを薄くすることができ、施工性の面で取り扱いやすいからである。また、利水用貯留水槽１０を地表側の接地面の深さが１ｍから３ｍになるように設置することが、設置工事費用の面から特に好適である。
上記の条件を満足する断熱材の種類と厚さを適当に選定することにより、断熱層を全く使用しない利水用貯留水槽の地表側接地面を地表面から５ｍの深さとした場合と同様の効果を、地表側接地面を地表面から１ｍから３ｍの深さに埋設したとしても得ることができる。
【００２２】
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、樹脂製であることがより望ましい。その理由は、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容易に済むためである。
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して一体化して形成されているため、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。
【００２３】
貯留水槽１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、貯留水槽の熱交換係数、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。
なお、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。また、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。
【００２４】
骨格ブロック２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１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２を用いた貯留水槽１では、貯留水槽１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。
【００２５】
貯留水槽１の外側は遮水シート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の底面と土壌６との地中熱交換特性をよくするために、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。
【００２６】
また、貯留水槽１の形状は、立方体より、底面積が大きい直方体が望ましい。直方体の底面積が大きいほど、貯留水槽１の土壌６との地中熱交換面積が大きくなり、地中熱交換の効率化がはかれる。
【００２７】
図３は、図２に示す利水用貯留水槽１０を備えた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。尚、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利水用貯留水槽１０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。ここで、利水用貯留水槽１０に水または不凍液からなる蓄熱媒体を備える際には、図示しない給水口から蓄熱媒体を供給する必要があることは言うまでもない。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。
【００２８】
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を切り替え制御し、また、蓄熱媒体を前記貯留水槽１と前記ヒートポンプ１１の間で循環させるポンプ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。
【００２９】
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、利水用貯留水槽１０内の水の温度も１５℃とする。
まず、冬期には、利水用貯留水槽１０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、再び利水用貯留水槽１０に戻って利水用貯留水槽１０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よるため、必要な抽出熱量と、利水用貯留水槽１０と地中との熱交換条件と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。
【００３０】
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、再び利水用貯留水槽１０に戻って利水用貯留水槽１０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よるため、必要な放出熱量と、利水用貯留水槽１０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。
【００３１】
本実施形態の地中熱利用冷暖房システムは、蓄熱系が地下に埋設された利水用貯留水槽１０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、利水用貯留水槽１０の地表側の地面との接地面は、貯留水槽１の上面を覆う断熱層４で、利水用貯留水槽１０の側面は、貯留水槽１の側面を覆う断熱層５で構成され、該利水用貯留水槽１０を介して地中熱を利用していることである。したがって、利水用貯留水槽１０は杭等に比較して底面積が大きくなり、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、浅く設置することで設置工事費用が安価になる。
【００３２】
（実施例）
本実施例は、貯留水槽の上面および側面を同じ厚さｔの断熱層で覆った利水用貯留水槽を地下２ｍの深さに設置して、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と同等の年間の温度変動を実現したものである。図４により、本実施例における利水用貯留水槽の断熱層の厚さｔのシミュレーションについて説明する。
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２ｍの深さに設置して、上面および側面を厚さ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の断熱層表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、前記貯留水槽の側面に設置した断熱層の熱抵抗をＲ23、前記貯留水槽の上面に設置した断熱層の熱抵抗をＲ24とすると、
Ｒ2 ＝１／｛１／（Ｒ21＋Ｒ23）＋１／（Ｒ22＋Ｒ24）｝                  （２）
Ｒ21＝ｄ21／（λs ・Ｓa ）                          
Ｒ22＝ｄ22／（λs ・Ｓb ）
Ｒ23＝ｔ／（λi ・Ｓa ）
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２ｍ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（２ｍ）である。
また、地下２ｍの深さに設置して、上面および側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。
例えば、下記の様な設定値を用いた場合の断熱層の厚さは、９．５ｃｍとなる。
貯留水槽外形寸法：Ｌ＝４．３２ｍ（長さ）
Ｗ＝１．４４ｍ（幅）
Ｈ＝１．５６ｍ（高さ）
表面積：Ｓa ＝１７．９ｍ2
Ｓb ＝６．２２ｍ2
熱伝導距離：ｄ11＝５．７８ｍ
ｄ12＝５．００ｍ
ｄ21＝２．７８ｍ
ｄ22＝２．００ｍ
熱伝導率：λs ＝１．１Ｗ／ｍ・Ｋ
λi ＝０．０３５Ｗ／ｍ・Ｋ
【００３３】
また、上記と同様なシミュレーションにて地下１ｍの深さに設置して、上面および側面を断熱層で覆った貯留水槽からなる利水用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、断熱層の厚さは、１２．８ｃｍとなる。
貯留水槽の上面および側面を全て断熱層で覆う利水用貯留水槽の構造では、断熱層の厚さを出来るだけ薄くすることが施工上及び経済上から望ましい。また、断熱材料としては厚さ１００ｍｍ以下の方が入手しやすい。従って、地中熱利用を効率的に実施するためには、施工面、経済面も考慮すると、利水用貯留水槽の地表側接地面の深さを、２ｍよりも深くすることがより望ましい。なお、利水用貯留水槽の地表側接地面の深さを１ｍとしても、適切な断熱材を使用すれば、所望の効果が得られる。この場合、断熱材の費用が高くなるが、地面を開削するときに使用する重機も小型のものを使用でき、さらに工事費用が少なく、工期が短くなることから、地中熱利用の面で不都合はない。但し、利水用貯留水槽の地表側接地面の深さを１ｍよりも浅くする場合には、必要とする断熱材の厚さがさらに厚くなるとともに、上水や下水、あるいはガス管等の埋設管への影響が懸念されるため、少なくとも１ｍよりも深く設置することが望ましい。
【００３４】
なお、上記実施例では、断熱材の熱伝導率をグラスウール相当としているが、他の断熱材を適用しても良い。他の断熱材の例としては、発泡ポリスチレン（０．０２８〜０．０３２Ｗ／ｍ・Ｋ）、発泡ポリエチレン（０．０３０〜０．０３４Ｗ／ｍ・Ｋ）、発泡コンクリート、ロックウール(０．０３４Ｗ／ｍ・Ｋ)、硬質ウレタンフォーム（０．０１７〜０．０２３Ｗ／ｍ・Ｋ）、フェノールフォーム（０．０２０Ｗ／ｍ・Ｋ）、ポリスチレンフォーム（０．０２５〜０．０２９Ｗ／ｍ・Ｋ）、セルロース（０．０３３〜０．０３７Ｗ／ｍ・Ｋ）などが挙げられる。
【００３５】
本発明の利水用貯留水槽は、貯留水槽の地表側接地面および側面を断熱層で覆う構造であり、地表側の接地面の深さを１ｍから３ｍと浅く設置することができるので、例えば、戸建て住宅の駐車場下に埋設する場合の様に、フリースペースが狭く、掘削土の一次保管場所の確保や施工性に問題があるケースや、掘削費用を抑えたいケースなどの制約が多い場合に特に好適である。
また、北日本などの冬季に積雪が多くある地域では、貯留水槽に雪を貯めておいて、地中温度より低温に保持される貯留水を、夏の冷房用途に使用することができる。このように、貯留水の温度が冷暖房に必要十分な温度である場合は、ヒートポンプを介することなく、そのまま貯留水を循環することで、より効率的に地中熱を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】土中深さに対する地中温度分布の例を示す図である。
【図２】本発明にかかる利水用貯留水槽の一実施形態の縦断面図である。
【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】（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、本発明の実施例であって、地下２ｍの深さに設置して、上面および側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。
【符号の説明】
【００３７】
１    貯留水槽
２    骨格ブロック
３    遮水シート
４    貯留水槽の上面を覆う断熱層
５    貯留水槽の側面を覆う断熱層
６    土壌
７    地表面
１０    利水用貯留水槽
１１    ヒートポンプ
１２    樹脂製配管
１３    放熱パネル
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】
2009085462.tif 000003
【図２】
2009085462.tif 000004
【図３】
2009085462.tif 000005
【図４】
2009085462.tif 000006