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日本建築学会大会学術講演梗概集（北陸） 2010年 9 月

エネルギー杭を用いた地中熱利用冷暖房システムの適用に関する研究
対象建物とシステム概要
正会員
同
同
同
エネルギー杭

地中熱利用

○

咸
哲俊 1*
二木 幹夫 1*
菅谷 憲一 1*
伊藤 康之 3*

正会員
同同大岡 龍三 2*
佐久間博文 1*
久世 直哉 1*

冷暖房システム

1.はじめに熱容量が大きく年間温度変動幅が小さい地盤を熱源と（FCU）で加熱された暖かい空気は、二重床の床下空間をする地中熱利用は従来多くの研究が行われているが普及流れながら床面を暖めた後、東西の床スリット吹出口かの程度は小さい。理由として地盤への熱交換器設置コス

ら室内に吹出される。広い面積（床全面）の低温床暖房

トの高さがあげられている。

表 1 対象建物の仕様と設備の概要

建物の基礎杭を地中熱交換器として兼用する方法は上

建築地点

記の設置コストを削減する有効な解決策とされ、研究開

構造

木造・鉄筋コンクリート造併用構造発が行われている。筆者らもこのような観点から熱交換

階数

地上2階（地下ピット）器兼用基礎杭（以下、エネルギー杭という）を利用した

面積

地中熱利用システム、特にエネルギー杭の実建物への適茨城県つくば市

建築面積 404.82m2
延床面積 764.00m2)

用途

事務所用

用方法に着目した直接熱交換方式の地中熱利用システム

直接基礎+沈下抑制杭

基礎構造について研究開発及び性能確認を行っている。

羽根付鋼管杭 32本（直径168.2㎜×杭長11m）

本報では、2010 年 3 月に竣工した 2 階建て事務所用建
築にエネルギー杭を用いた地中熱利用システムを導入したので、その対象建物の概要とシステム概要および短期実測を行った結果を報告する。
2.対象建物とシステム概要
写真 1、表 1 に茨城県つくば市に 2010 年 3 月に竣工し地中熱HP （冷房能力10kW、暖房能力10kW) 3台
水冷HPシステム（地中熱利用）

床置型ファンコイルユニット（暖房能力8.16kW) 4台
地中熱交換器 基礎杭兼用鋼管杭（32本）+U字管挿入用鋼管杭10本

蓄熱水槽（長2m×幅0.9m×高1.2m） 2台
空冷式HPシステム（マルチエアコン）

1台 （冷房能力85kW、暖房能力95kW）
マルチエアコン室内機（天井埋込カセット形、壁掛形）

た対象建物外観、及び対象建物の仕様と設備の概要を示
エネルギー杭（鋼管杭32本）

す。事務所用建築で、建築面積は 402.83m2 、延べ床面積
2764.00m である。本建物の東西面は広い面積でのガラス張
り、南北面はコンクリート壁を熱容量とする外断熱外壁である。

地中温度測定点エネルギー杭の配置を図 1 に示す。沈下抑制用の鋼管
杭（杭径 168.2 ㎜×杭長 11m）が合計 32 本設置されている。図 2 に地中熱利用システムによる暖房運転の概念図を示す。南北に設置した床置型ファンコイルユニット

図 1 エネルギー杭の配置図

2F室温
地中熱ヒートポンプ ファ ンコイルユニット
GSHP
FCU

FCU吸込口温度

床スリ ット温風吹出 ＆ 低温床暖房
1F室温

床スリット吹出口温度

蓄熱水槽

温度 測定点（水温と空気温）

地中熱交換器（ 鋼 管 杭 16本、直 列接続 用）

地中熱交換器（ 鋼 管 杭 16本、並 列接続 用）

図 2 暖房運転の概念図

写真 1 対象建物外観
A Study of An Energy pile system for air Conditioning

XIAN zhejun, et al―1453―

地中熱ヒートポンプ（ 10kW)

地中熱ヒートポンプ（10kW)
蓄熱水槽

地中熱ヒートポンプ(10kW)
蓄熱水槽

ファンコイルユニット(床スリット吹出し）

GSHP1

FCU1

ファンコイルユニット(床スリット吹出し）

GSHP3

GSHP2

直接熱交換式の地中熱交換器（鋼管杭16本、直列接続用）

直接熱交換式の地中熱交換器（鋼管杭16本、並列接続用）

U字管方式の地中熱交換器（鋼管杭10本、U字管を挿入用）

システム A

FCU2

システム Bシステム C図 3 対象建物に導入した地中熱利用システム
表 2 地中熱利用システム A の運転条件による快適な室内環境形成が期待できる。
図 3 に導入した地中熱利用システムの概要を示す。全

実験日

運転時間

設定温度

FCU風量設定

部で 3 台の地中熱利用 HP が設置されているが、熱交換器

2010/3/26/（金）

9：00〜17：00

45℃

中の熱交換方式により 2 種類に分類できる。システム A と2010/3/27/（土）

9：00〜17：00

45℃

強システム C は直接熱交換式で杭内水を循環させて蓄熱水

30

槽で HP 側熱交換器と熱交換を行う。システム B は U 字管

1F室温方式であり、水が充填された杭内に U 字管を挿入して熱バルブの切り替えにより共有する。
3.短期実測結果
対象建物竣工直後の地中熱システム A の運転条件を表 2

20
温度[℃]

交換を行う。システム A とシステム B は室内側 FCU1 台を

2F室温

地中温度（深さ9.0m)

10

外気温

に示す。ヒートポンプ側の温度は 45℃に設定し、FCU の0

風量は 26 日は中運転、27 日は強運転に設定した。

3/26 0:00

3/27 0:00

3/28 0:00

図 4 外気温と室温変動

外気温度と室温の変動状況を図 4 に示す。26 日の深夜
50からの翌朝に掛けて外気温は 0℃近くまで下がるが、室温

地中熱HPの2次側往温は 15℃程度と外気温より約 10℃以上高く推移している。
40

暖冷房設備が停止し職員不在の状況であったことから、

地中熱HPの2次側戻温よる効果と推測される。
地中熱システム A の地中熱 HP の循環熱媒温度、水槽循
環水の温度と床スリット吹出口温度変動を図 5 に示す。
HP の温度設定を 45℃に設定した条件で床スリット吹出し
口温度は最高で 30℃近くまで上昇して高くなっている。

温度［℃］

これは建物の断熱・気密性とコンクリート壁の熱容量に30

FCU吸込空気温20
水槽循環水の戻温

10HP 運転期間内はでは室温よりも高く、温風吹出床暖房と0して機能することが確認できる。
4.おわりに本報ではエネルギー杭を用いた地中熱利用システムを導入した建物概要と地中熱利用システム概要および竣工直後の短期実測を行った結果を報告した。
今後は地中熱利用システムの効率や建物全体での空調

床スリット吹出口温度

1F室温

水槽循環水の往温
地中熱HPの1次側戻温
地中熱HPの1次側往温-103/26 0:00

3/27 0:00

3/28 0:00

図 5 地中熱システム A に関する各部温度変動
参考文献：
1）横井睦己 大岡龍三 加藤信介 関根賢太郎 黄錫鎬 宋斗三 場所打

負荷負担割合などについて検討する予定である。

ち杭を用いた地中熱利用空調システムの普及・実用化に関する研謝辞：エネルギー杭の設置は旭化成建材㈱のご協力によって行れた。ここに記して謝意を表す。

究(その 1) : システムおよび性能実験施設の概要、日本建築学会大会学術講演梗概集 2004 年*1 ベターリビング つくば建築試験研究センター* 1 Center for Better Living. Tsukuba Building Test Laboratory*2 東京大学* 2 .Prof., Dr.Eng., Institute of Industrial Science, University of Tokyo.

生産技術研究所教授

工博*3 旭化成ホームズ 住宅総合技術研究所* 3 Asahikasei Homes Corporation―1454―

R&D Laboratories