I233

雪山下面を利用した雪冷熱エネルギーの採熱について
Snow cool energy collecting method using the snowy mountains undersurface*永長 哲也
山口 和哉
1（寒地土研）（寒地土研）

片野 浩司（寒地土研）

Tetsuya EINAGA1 Kouji KATANO Kazuya YAMAGUCHIMachinery Technology Research Team. CERI., Hiragishi 1-3-1-34, Toyohiraku-ku, Sapporo

The "cool energy" from snow, a natural source of energy, has been commonly used since the Great
East Japan Earthquake. However, methods for efficiently utilizing snow energy have not beensystematized. In this study, a mound was built from snow that was removed elsewhere and carried to thesnowdumping site, and a bridged polyethylene pipe was installed on the undersurface of the mound.
Therefore, heat is transferred to the pipe from the snow mound and to the pipe from the ground into
which snowmelt water infiltrates. The authors report an experiment on extracting heat from the snow
mound through a cooling-water circulating system.
Key Words: snow dumping site, cool energy from snow, natural energy, snow hauling
1. はじめに
東日本大震災以降，自然エネルギーである雪冷熱エネルギーを導入する取り組みは活発化している．しかし，屋外で雪を保存し，雪冷熱エネルギーを効率的に利用する方法は，技術的に体系化されていない．
一方，札幌市など都市部の雪堆積場（道路除雪によって堆積した雪の運搬先）の確保が年々困難となり遠隔地化してるため，排雪ダンプトラックの輸送距離が長くなり，運搬排雪コストが増大していることに道路管理者は苦慮している．
このような背景から，雪冷熱エネルギー利用の促進及び運搬排雪コストの削減を目的に，雪堆積場における雪冷熱エネ
ルギー利用技術について検討した．
本稿では，運搬排雪した雪で雪山を造成し，その下面の浅い地中部に架橋ポリエチレン管を敷設することによって，雪山自体及び融解水による熱伝達を利用した，冷水循環式の採熱実験について報告する．
2. 実験概要
冷熱源となる雪山からの採熱方法は，冷媒に冷水を使用する冷水循環式とした．採熱箇所は，雪山の下面とし，融解水を浸透させる方式と，熱伝達の向上を目的とした融解水を滞留させる方式の 2 種類とした（表 1）．雪山は，北海道美唄市東明（美唄地域人材開発センター内）に市内の雪堆積場より運搬し，道路排雪を用いて造成した．
Table 1 Type of experiment.
採熱採熱箇所
採熱材料
方法
実 験 Ａ 冷水
雪山下面(融解水浸透)架橋ポリエチレン管（13A）
実 験 Ｂ 循環式 雪山下面(融解水滞留)
底 辺×高 さ 34.0×22.0×4.0m
体積(雪密度) 2,000m3(0.6t/m3)
雪山規模
形状 四角錐台
断 熱 材 バーク材(t=300mm)

雪山の断熱材には既往の文献(1)より，伐採小木などを粉砕したバーク材を用い，300mm の厚さで被覆した．
各実験の雪山からの雪冷熱エネルギーの取得量による比
第 51 回日本伝熱シンポジウム講演論文集 (2014-5)

較検証を行うため，往・還ヘッダー温度，計測室内温度，計測室に設置したファンコイルユニット吹出口温度，採熱箇所の地中温度，外気温度を計測した．計測は H25.6.3 から 8.31まで実施した．雪山全景を図 1 に示す．

Fig.1 Snow mountain panorama.
本実験は，雪山の下面に採熱管を設置し，雪及び融解水から採熱管を介した冷媒（水）へ熱交換を行うことにより採熱する．雪山下面から面的に冷熱を採取するため，融解による局部的な崩壊が起こりにくく，雪山の形状変化は安定したものとなる．更に，採熱管を介して熱交換を行うため，融解水に含まれる異物などが採熱管内に混入することがなくなり，計測室内のファンコイルユニット配管の目詰まりなどによる故障を防止することができる．
各実験の概要を以下に示す．
2.1 実験Ａ（冷水循環式，融解水浸透）の概要 実験Ａは，採熱箇所を 100mm 掘削した地面に架橋ポリエチレン管を布設し，掘削土砂により埋め戻した．
雪山から地中への温度低下と融解水の浸透による採熱管周囲への温度低下を利用するものであり，架橋ポリエチレン管で熱交換した水を循環ポンプにてファンコイルユニットに送水し，再度雪山に戻す冷水循環式である．
2.2 実験Ｂ（冷水循環式，融解水滞留）の概要 実験Ｂは，採熱箇所を 100mm 掘削した地面に，採熱管への熱伝達向上を図る目的で，融解水を採熱管周辺に滞留させるためのビニールシートを布設し，その上に架橋ポリエチレン管を布設し，砕石（0-40mm）により埋め戻した．
実験Ａと同様に架橋ポリエチレン管で熱交換した水を循環ポンプにてファンコイルユニットに送水し，再度雪山に戻す冷水循環式である．図 2 に雪山配置図を示す．
34,000
計測室Ａ
送風機

(℃)

冷熱出力(kW)
往ヘッダー
流量(L/min)

外気温
還ヘッダー

計測室温
FCU吹出口
(kW)

35

3.030

2.525

2.0

20
1.5

151.0

100.55計測室Ｂ

00.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324循環ポンプ
還ヘッダー

Fig.3 Time course. (Experiment A)

往ヘッダー

雪法尻断熱材法尻架橋ポリエチレン管(℃)

冷熱出力(kW)
往ヘッダー
流量(L/min)

外気温
還ヘッダー

計測室温
FCU吹出口
(kW)

35

3.0

30

2.5

ビニールシート
砕石(埋戻)

10,00022,000

252.0

201.5
151.0

5,000

実験Ａ
冷水循環式
雪山下面
融解水浸透

実験Ｂ
冷水循環式
雪山下面
融解水滞留

0
断熱材

130.5

50.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324

Fig.4 Time course. (Experiment B)
100

104,000 300

105,000

Fig.2 Snow mountain layout plan.
3. 実験結果
3.1 冷熱採取状況 冷水循環式の冷熱エネルギー採熱量の把握をするため，実験期間中において日当たりの冷熱エネル
ギー取得量が最も多かった H25.8.16 の経時変化を図 3，図4に示す．
時間当たりの冷熱エネルギー量は，表 2 のとおり外気温度29.2℃（11:00）の時に実験Ａは 2.4kW，実験Ｂは 2.8kW の出力を得られた．また，このときの計測室内温度は実験Ａは20.4℃，実験Ｂは 19.7℃であった，
なお，冷熱エネルギー量（時間当たり）は以下の計算式(1)で算出した．
𝑄 = 𝑞 × ⊿𝑇 × 𝑐 × 𝜌(1)
𝑄：冷熱エネルギー量(kW)𝑞：ポンプ流量(L/h)⊿𝑇：温度差(往ヘッダー，還ヘッダー)(℃)
𝑐：水の比熱(1.0)
𝜌：水の密度(1.0kg/L)
Table 2 (16 08 11:00) cool energy measurement result.
項目単位
実験Ａ
実験Ｂ
2.42.8
冷熱 エネルギー量
kW20.419.7
計 測 室 内 温 度℃
2.7
3.2
往，還ﾍｯﾀﾞｰ平均温度差℃
29.229.2
外気温℃

第 51 回日本伝熱シンポジウム講演論文集 (2014-5)

4. 考察
日当たり冷熱エネルギー採熱量の最も多かった H25.8.16の時間当たりの冷熱エネルギー量の比較を行った．その結果実験Ｂが実験Ａより 1 割程度の出力向上が見られた．
実験Ｂは，ビニールシートを設置したことにより，融解水を滞留させ，地中温度を低く維持できること，及び砕石により埋め戻したため採熱管周囲の空隙率が高まり，融解水との接触面積が大きくなることにより効率が大きくなると当初想定した．しかし，効率に大きな差が無かったのは，計測室が 2 坪（1.8×3.6m）と狭かったため，計測室内温度が 20℃前後，ヘッダー平均温度差も 3℃前後となり，熱負荷があまりかからない状況であったからである．また，実験Ａ，実験Ｂとも採熱箇所の地表面に採熱の影響と思われる空洞が発生し，融解水が滞留していたため，実験Ａにおいても実験Ｂと同様に融解水を滞留させる効果が得られたためと考えられる．これら 2 点について，今後検証が必要である．
5. まとめ
雪堆積場の雪冷熱利用技術について，実験用雪山を造成し，採熱箇所を雪山の下面とする方式を検討した．
その結果，融解水を浸透させる実験Ａ，滞留させる実験Ｂとも，安定して採熱することができた．また，実験Ｂの効率が 1 割程度上回ることが確認できた．
今後は，計測室に与える熱負荷と地表面に発生した空洞が効率に与える影響を検証する．併せて，採熱管布設等のコスト検証を行い，採熱量に対する評価を実施した上で，雪堆積場に適した雪冷熱エネルギーの取得方法を検討する．
参考文献(1) 本間弘達・他 4 名，第 23 回寒地技術シンポジウム論文・報告集，2007.12 ，“雪山”の造り方，pp13．