【69】→【67】全地連「技術フォーラム2015」名古屋

岩盤地域における地中熱利用空調システム稼働に伴う地温変化について
東邦地水(株) ○三輪義博

奥村建夫

武藤高太郎

1. はじめに
地中熱利用空調システム(以下、GSHP システムと称する)は、地中温度が年間を通して一定であることを有効に利用し、高効率な運転が行われる。空調負荷に伴う採・放熱による地中の温度応答は、様々な影響因子が複雑に作用し、その挙動は不明な点が多い。
今回、筆者らは、濃尾平野北部の岩盤分布地域において、熱交換用パイプを地盤に埋設し、熱交換流体を利用して地盤と間接的に熱交換を行うクローズドループ方式
GSHP システムを設置した。ここでは、GSHP システムの稼働状況をモニタリングし、地中熱交換井(以下、ボアホール:BH と称する)や敷地内に設置した温度計測井を用いて地温計測を行っている。
図-1 GSHP システム概略系統図 縮尺任意

本書では、GSHP システムが本格的に稼働して1年以上が経過した中で、その稼働状況と地温測定結果について報告する。

(2) 地中熱源、温度計測井配置
本システムの地中熱源お2. GSHP システム設置箇所の地盤特性

よび温度計測本システム設置箇所は、岐阜県関市の長良川と武儀川井の配置平面の合流地点付近に位置する。周囲を標高100m 程度の山地図 を 図 -2 に 示に囲まれた谷地形の末端となり、集水地形となっている。

す。

地質は、中・古生代美濃帯のチャート・砂岩・泥岩をBH は、5m 間基盤とし、その上位は亀裂の発達した風化部が30m 程度

隔 で 28 井 配 置の層厚で分布している。岩盤の上位には、未固結の低位されている。温段丘堆積物が堆積し、最上位の5m 程度は、工場の造成時

度計測井は、敷に形成された埋土がある。

地端部の BH4か岩盤の亀裂部に賦存する地下水は、被圧状態にあり、掘削時には、地表からの湧水が確認された。

図-2 地中熱源配置平面図 縮尺図示

ら30m 離れた箇所に1箇所、BH10から約3.5m と1m

また、BH1を利用して実施した熱応答試験結果から、地離れた箇所に2箇所、盤の有効熱伝導率λs は、3.8m/(W･K)の比較的高い値(一BH21と BH24の中間箇所

般値として岩盤ではλ s=1.4～3.5m/(W･K)1))が得られてに1箇所、計4箇所に配置いる。

した。
(3) BH、温度計測井構造

3. GSHP システムの概要(1) システム構成
本システムの概略系統図を図-1に示す。

BH と温度計測井の構造図を図-3に示す。
本システムでの地中本システムの熱源は、16A の架橋ポリエチレンパイプ

熱源は、BH 方式と水平埋等を1井あたり2組設置した深さ100m の BH 方式28井(8系設方式の2種類あるが、統)と5×10m の範囲で2m 程度の深さに BH と同種同径のパ水平埋設方式の構造にイプを埋設した水平埋設方式の2系統によって構成されついては、採・放熱量がている。合計10系統の配管経路は、ヘッダーでまとめら少ないため、ここでは省れ、ヘッダー部に設けられたバルブによって、利用する略する。また、BH では、系統を選択することが可能なシステムとなっている。

図-3 BH、温度計測井構造図
縮尺図示

全地連「技術フォーラム2015」名古屋
28井の全箇所で恒常的に最上部からの湧水が確認され、この湧水を処理する砂利層と集水枡を設置した。

図-5より、GSHP システムの稼働に伴う冬季の採熱、夏季の放熱の影響は小さく、年間±1℃程度の温度変化の範囲に収まっていることが確認される。

4. GSHP システム稼働状況

50

本システムの稼働状況を監視・記録し、データを解析40することにより、今後のシステム改善に活用することを

30

温水の流量や温度等のデータを、1分ごとにサンプリング

温度計測井3-1.0(50m)
最低気温(℃)※気温は、気象庁美濃観測所データを利用温度(℃)

目的として、熱源機の運転状況、熱源水および二次側冷温度計測井2-3.5(50m)
最高気温(℃)

20
10

している。これらを整理し、本システムの2014年2月～2015年2月までの1年1ヶ月間の稼働状況をとりまとめた。
月間の熱源機の稼働時間を表-1、地中への処理熱量(採・放熱量)、熱源水の温度等を図-4に示す。

2014年2月
2014年3月
2014年4月
2014年5月
2014年6月
2014年7月
2014年8月

稼働
時間[h]
326.3
304.7
58.0
92.5
279.7
350.2
284.4

稼働率※
49%
41%
8%
12%
39%
47%
38%

稼働
時間[h]
2014年9月
282.7
2014年10月
97.6
2014年11月 123.0
2014年12月 332.3
2015年1月
349.8
2015年2月
326.6
年月

-10
14年2月

14年4月

14年6月

14年8月 14年10月 14年12月

15年2月

図-5 温度計測井2-3.5、3-1.0での地中温度(GL-50m)変化

表-1 GSHP システムの稼働時間
年月0

さらに、深度方向における温度環境の変化を確認する

稼働率※ことを目的として、温度観測井において、深度1m ごとの39%
13%
17%
45%
47%
49%

温度測定を行った。測定日は、暖房採熱後の中間期、冷房放熱期、冷房放熱後の中間期、暖房採熱期の年間計4回、実施した。測定結果を図-6に示す。

※月間の総時間に対する3台の熱源機のうち、何れかの熱源機が稼働した時間の比率

408030※外気温は、気象庁美濃観測所データを利用

4020201000

温度[℃]

採・放熱量[GJ]

60

採熱量
放熱量
地盤からの戻り水温
外気温※初期地温は、温度観測井1-30のみ記載

14年2月 14年4月 14年6月 14年8月 14年10月 14年12月 15年2月

図-4 地中への処理熱量、熱源水温度等
GSHP システムを長期に安定した利用を行うためには、

図-6 温度計測井での深度方向温度測定結果
図-6から、以下の知見が得られた。
①30m 離れた箇所では初期地温からの温度変化は認めら年間の地中への採・放熱量のバランスが取れていることれない。

が重要になる。

②中間期の温度測定結果から、徐々に周辺へ温度影響が今回の算出結果から、2014年3月から2015年2月の1年間拡がることが想定される。の合計採熱量は222.3GJ、放熱量は165.3GJ となり、35%③GL-25m から GL-50m 間の風化岩～軟岩分布箇所は、発程度、採熱量が大きい結果となった。しかし、地中への達した亀裂部に被圧水があり、その影響により熱交換が送水温をみれば、1年を経過したうえで温度の低下傾向は促進され、温度変化が抑制される傾向が認められる。

認められない。これは、利用する熱量に対して地盤の熱④全体的には、夏季の放熱時に18℃程度まで地中温度は交換能力が高いことが想定される。

上昇し、冬季の採熱時には、15～16℃まで低下している。

また、月間平均値での熱源水の利用温度と外気温を比較すると、熱交換流体となる熱源水の温度が冬季の採熱

6. まとめと今後の展望

時には外気温より高く、夏季の放熱時には、外気温より

本サイトでは、地中熱利用に伴い、BH 周辺地盤で地中低い温度条件により利用されていることが確認された。

温度が年間を通して最大3℃程度変化していることが確認された。ただし、30m 離れた地点では温度の変化はな

5. 地中温度測定結果
本サイトでは、4箇所の温度計測井のうち、BH から約3.5m 離れた温度計測井2-3.5と1.0m 離れた温度計測井

く、地中熱利用に伴った広域な地中温度変化は認められていない。
今後も継続した観測を実施して、長期的な地中温度の3-1.0を利用して、GL-15、25、50、75m の深度に T-CC 型

年間変化について検討を行っていく計画である。

熱電対を設置し、30分間隔で温度データをサンプリング《引用・参考文献》している。2014年2月から2015年2月の期間で測定された

1) 北海道大学地中熱利用システム工学講座編：地中熱ヒー結果から、GL-50m のデータを図-5に示す。

トポンプシステム，p.92，2007.09.25