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日本建築学会大会学術講演梗概集（九州） 2016 年 8 月

既製杭を用いた地中熱利用の工法開発
第 3 報 採放熱実験

地中熱

二重らせん状チューブ

正会員
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非会員

○永坂 茂之*菅 一雅**
今 広人**

正会員
正会員
非会員

木村 崇*
小松 吾郎**
進 一寛***

採放熱実験

１．はじめに地中熱利用の普及課題である高額な施工費を削減する

両杭内には、杭施工時に用いられるソイルセメント（残土ために、建物基礎杭内部へのチューブ挿入作業の省力化

図１に、杭および観測井戸の配置図（上図）と垂直断について検討を行い、杭とチューブを一体で施工する画面図（下図）を示す。2 つの杭を 8m 離して設置し、各杭期的な新工法を開発した 1)2)。新たに開発した二重らせんから 2m 離れた位置と杭間隔の中心 4m 位置に観測井戸をとセメントの混合材）が固化したものが、充填されている。

状（スパイラル（以下、SP））に加工した採熱チューブを、 設けた。図中の赤い丸印が温度センサー（CHINO 製 Pt100
工場で製造される空洞の既製杭内部に予め設置し、杭挿（クラス A））であり、深さ方向に 3 点以上設置している。
入時に継手を使わずにチューブを伸長させ、杭施工と同また、杭の中心部と外表面にも温度センサーを設置した。

時に設置を完了する。写真１に杭内のチューブ設置状況

杭長約 20m に埋設した各種チューブの深さは、新工法のを示す。杭内壁近傍にチューブを配置しており、往き・SP では 18.9m、DU では 16.4m で、チューブ長はそれぞれ還りチューブが交互に位置することによる互いの熱干渉

約 82m、65.6m である。DU の埋設深さが浅いのは、杭設置を抑制するべく、チューブ間のピッチを維持している。

後にソイルセメント内へのチューブ挿入作業を行った際開発した採熱チューブは、従来のスパイラルと異なり、 に、途中で入らなくなったためであり、従来工法の課題
スパイラルの中心部に最深部から地上部への垂直立上げが現れた結果である。

管が無く、杭内設置の施工性を重視した構造をしている。
この採放熱特性を明らかにするため、2014 年 9 月より実地盤は浅層部が関東ローム層や粘土層であり、深度 6m以深は砂質土で良好な支持層であった。

験を行っており、連続または間欠運転時の単位採放熱係数［W/(m・K)］を明らかにした。

熱媒は不凍液（INOAC 製プロピレングリコール）であり、放熱時には電気ヒーターで加熱し、採熱時には INV チラ

２．実験概要ーで冷却して循環する。各チューブ系統には、容積式流採熱チューブは、口径 25A のポリエチレン（以下、PE） 量計（burkert 製）と熱媒温度センサー（CHINO 製 Pt100製（INOAC 製、ISO 規格）である。また使用した杭は PHC（クラス A））を設置した。
（A 種）で、外径は 700mmφ，内径は 490mmφである。
比較用に、口径 25A のダブル U チュー

井戸No.3ブ（以下、DU）を同時に施工している。
PE 製チューブ 4 本を杭内壁近傍に設置

8m

2m
4mするために、塩ビ管の短管をスペーサ2m2mーとして用いて、チューブ間の離隔を維持した。

井戸No.4
ダブルU（従来工法+離隔維持）

スパイラル（新工法）：温度センサー杭No.2 （埋設深さ16.4m）

井戸No.1

井戸No.2

杭No.1 （埋設深さ18.9m）

0.1m
GL5m

9.5m
3.5m

杭内19.7m

写真１ 二重らせん状（スパイラル）チューブの杭内設置状況

0.6m

4.2m

0.6m

8.7m

0.6m

18.9m

3.5m

3.5m
22m

21.2m

図１

杭および観測井戸の配置（上）と垂直断面（下）Development of a New Method for Construction of PHC Energy Piles
Part3. Experiments on Heat Extraction and Injection― 1337 ―Shigeyuki NAGASAKA et al３．実験結果
2014 年 9 月 12 日から採放熱実験を開始し、先ずは TRTなって放熱率は大きいが、約 10 日後にはほぼ一定になっ（サーマルレスポンステスト）を兼ねて 70 日間の放熱実の垂直温度は、期間合計 372.4MJ の放熱後に、それぞれ験を行った。TRT の結果、初期土壌温度は 18.3℃、有効10℃以上、18℃以上高くなった。また、観測井戸への温熱伝導率は 2.0 W/（m･K）であった。

度影響は、杭から 2m 離れた地点（井戸 No.2）の深さていることがわかる。運転前後の杭外表面および杭中心2015 年 11 月までの結果を表１に示す。運転方法は、8.7m 付近で 3℃以上となり、4m 離れた地点（井戸 No.4）

加熱または冷却の連続運転と、12 時間毎に放熱と放置をで 1℃以上であった。

繰り返す間欠運転の 2 種類である。連続運転では、循環図３に、間欠運転 68 日目の放熱率の時刻別変化を示す。
流量の違いによる放熱特性を確認した。運転切替時には、 熱媒入口温度を一定にした運用では、運転開始時に大き運用日数と同程度の放置期間を設け、土壌温度を回復さく、時間の経過と共に徐々に低下することがわかる。
せてから次の実験を行った。

４．まとめ
1)TRT の 結 果 、 実 験 場 所 の 土 壌 の 有 効 熱 伝 導 率 は

表中には、熱媒入口温度と出入口温度差、採放熱率 W/m（単位深さあたりの採放熱量）と採放熱率を初期土壌温2.0W/(m･K)であった。

度と熱媒出入口平均温度との差で除した単位採放熱係数

2)連続運転において、流量 5.4L/min の単位採放熱係数を示している。単位採放熱係数を用いて、流量が同条件

は 2.9W/(m･K) であり、10L/min では 3.1 W/（m･K）の下、任意の熱媒温度における採放熱率を推定することであった。

3)ができる 。

3)間欠運転では、運用日数が同じならば連続運転より連続運転において、流量が 5.4L/min と同じ場合の採放も熱媒出入口温度差、採放熱率が大きくなり、単位熱率は、熱媒と初期土壌との温度差が大きい放熱時の方

採放熱係数は 4.2 W/（m･K）であった。

が採熱時よりも大きいが、単位採放熱係数は 2.9W/（m･K） 【参考文献】と等しくなった。また、流量が増えると出入口温度差は

1) 永坂茂之ら：既製杭を用いた地中熱利用の工法開発 第 1 報、日小さくなるが採放熱率は増加し、単位採放熱係数は 3.1

本建築学会学術講演梗概集（関東）（2015）、pp.1371-1372

W/（m･K）であった。間欠運転では、運用日数が同じなら

2) 小松吾郎ら：既製杭を用いた地中熱利用の工法開発 第 2 報、日ば、連続運転よりも熱媒出入口温度差と採放熱率が大き

本建築学会学術講演梗概集（関東）（2015）、pp.1373-1374

くなり、単位採放熱係数は 4.2 W/（m･K）であった。

3)葛隆生、長野克則、中村靖：地中熱ヒートポンプにおける地中熱交換器仕様の設計方法に関する研究

図２に、連続運転時の日平均放熱率の変化を示す。初

その１

地中熱交換器の採放熱量の定量化とその応用、日本建築学会環境系論文集、第 76 巻 第期は土壌温度が低いため、熱媒の出入口温度差が大きく

659 号（2011）、pp.59-66

表１

実験結果
安定時

運用
日数

流量

熱媒入口 熱媒出入温度
口温度差

平均
採放熱率

単位採放熱係数

放熱

70 日

5.4 L/min

40.9 ℃

3.3 ℃

60.4 W/m

2.9W/(m・K)

採熱

70 日

5.4 L/min

7.2 ℃

1.5 ℃

30.4 W/m2.9W/(m・K)

放熱

35 日

10 L/min43.7 ℃

2.3 ℃

75.9 W/m

3.1W/(m・K)

放熱

69 日

5.9 L/min

37.5 ℃

3.6 ℃

73.4 W/m

4.2W/(m・K)

運転方法

連続※

間欠

放熱率 ［W/m］

日平均放熱率 ［W/m］※運転12h-放置12h

120100806040
20009/12 9/17 9/22 9/27 10/2 10/7 10/12 10/17 10/22
日時

図２

図３

日平均放熱率の変化（連続運転時）* 新日本空調株式会社**ジャパンパイル株式会社***株式会社イノアック住環境

120100806040
200612時刻18放熱率の変化（間欠運転68 日目）*SHIN NIPPON AIR TECHNOLOGIES CO.,LTD**JAPAN PILE CORPORATION***INOAC Housing & Construction Materials Co.,Ltd.

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