技術資料

雪堆積場の雪冷熱利用技術に係る基礎実験について永長

哲也＊

片野浩司＊＊ 山口和哉＊＊＊

本実験では、「冷風利用」と「冷水利用」の両方式

１．はじめにによって冷熱を採集して冷房実験を行うこととした。
再生可能エネルギーである雪冷熱の利用はこれまでも検討されてきたが集雪にかかるコストが課題であっ

なお、多頻度の運搬が必要なためコスト高になる「冷熱用雪の供給」は対象外とした。

た。そのため、冬期に除排雪で集めた雪を夏期の冷房に使用するという雪冷熱の利用は、一部で実用化され㔐ၸⓍ႐䋨಄㘑೑↪䋩ているものの、大規模な雪冷熱需要施設での利用については技術的に体系化されていない状況である。また、札幌市などの都市部では雪堆積場の確保が年々困難となり、運搬距離が遠距離化しているため、雪を積んだダンプトラックの輸送距離が長くなることで、運搬排㔐ၸⓍ႐䋨಄᳓೑↪䋩

雪コストが増大している。
雪冷熱エネルギーは、新エネルギー利用等の促進に関する特別措置法において、新エネルギーに位置づけられ、東日本大震災以降、再生可能エネルギー導入を推進する取組は活発化している。更に平成24年３月に㔐ၸⓍ႐䋨㔐ቶ╬䈻䈱಄ᾲ↪㔐䈱ଏ⛎䋩

は豪雪地帯特別措置法が改正され、雪冷熱エネルギーの活用促進に係る規定が追加されたところである。
以上のことから、道路排雪を有効利用することに着目し、運搬排雪コストを削減するとともに、未利用であった雪堆積場の雪冷熱利用技術について検討するた

図－１

め、美唄市茶志内（空知工業団地）に実験用雪山を造成

雪山の雪冷熱利用形態し、基礎実験を行った。
２．２
２

冷熱の供給方法

冷却の対象となる施設、貯蔵庫等に冷熱を供給する

実験用雪山の検討

方法には次の３種類がある１）。また、それらを組み合
２．１

雪山の雪冷熱利用形態

雪を確保し保存する方法には、大きく分けて屋内（貯雪庫）及び屋外（雪山）とあるが、雪堆積場に着目しているため、屋外貯雪について検討した。
造成した雪山の雪冷熱利用形態には、図－１のとお１）り３種類がある 。
①

わせて利用することもある。
（１）直接熱交換冷風循環方式（全空気式）
直接熱交換冷風循環方式（全空気式）は、送風機を用いて、冷熱を供給する貯雪部（雪山）と冷却の対象となる施設、貯蔵庫等との間で空気を循環させ、空気と雪を直接接触させて熱交換するものである（図－２）。

冷風利用（雪山で冷却された冷風を施設、貯蔵庫等に送風して利用）②

冷水利用（雪山で融解した冷水を施設、貯蔵庫等に送水して利用）③

雪室等への冷熱用雪の供給（堆積させた雪山から必要な雪を施設、貯蔵庫等に運搬して利用）

寒地土木研究所月報№718

2013年３月 

図－２

全空気式（イメージ）11

（２）熱交換冷水循環方式（冷水循環式）
熱交換冷水循環方式（冷水循環式）は、熱交換器の一次側に、融解水または雪で冷やされた不凍液をポンプで循環し、二次側で循環する液体（不凍液等）を冷却するものである（図－３）。融解水冷熱を直接空調機に送水する直接利用方式と熱交換器を介して送水する間接利用方式とに分別される。なお、融解水を利用する場
合、熱交換器から戻ってきた水を雪氷を融かすのに利用するため、雪山に散水する場合が多い。

図－３（３）雪室方式（自然対流式）
雪室方式（自然対流式）は、特別な機器を用いず、貯雪部の冷熱や貯蔵庫等に被せた雪の冷熱を施設、貯蔵庫等の中で自然対流させるものである（図－４）
。

図－４

図－５

全体図（全空気式）

表－１

使用資材（全空気式）

冷水循環式（イメージ）

自然対流式（イメージ）

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２．４

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実験用雪山（冷水循環式）の概要

本実験では、道路除排雪を利用した雪山からの冷熱冷水循環式の実験用雪山では、雪山下部に設置した採集方式を検討するため、全空気式、冷水循環式の２集水桝に融雪水を集め、地中埋設管を経由させ、採水方式について、熱交換システムの検討を行った。雪室桝より冷水を水中ポンプで実験庫内の送風機（FCU：方式は、屋内の貯蔵庫等で適用可能な冷熱交換手法でファンコイルユニット）に送水した。なお、送風機にあり、雪堆積場の雪冷熱利用技術には適合しないため、供給する水の不足がないよう、送風機に供給した冷水選定から除外した。

は戻り配管によって雪山下面に戻し、循環させることで融雪を促した。

２．３

実験用雪山（全空気式）の概要

本実験では、熱交換器を介さない冷水循環式を試験

全空気式の実験用雪山では、雪山下部にグレーチン的に採用した。しかし、道路排雪の融解水には泥やゴグで蓋をしたトラフを地面上に設置することで空気のミが混入しており、これらが送風機（FCU）のコイル通り道を確保し、トラフに接続したダクトを経由させ、内に付着することが懸念されるため、採水桝にフィル雪山内部で直接熱交換し冷却された空気を送風ファン

ターを採用した。塩ビ管設置状況を写真－３、実験庫で実験時の計測室（以下「実験庫」という）に供給した。

内状況を写真－４、全体図を図－６、使用資材を表－

トラフ設置状況を写真－１、実験庫接続状況を写真－２に示す。

２、全体図を図－５、使用資材を表－１に示す。

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写真－１ トラフ設置状況12

写真－２ 実験庫接続状況

写真－３

塩ビ管設置状況

写真－４

寒地土木研究所月報

実験庫内状況
№718

2013年３月

実験用雪山の内、道路排雪を利用した雪山Ａは直接熱交換冷風方式の「全空気式」とし、雪山Ｂは熱交換冷水循環方式の「冷水循環式」による冷房実験に利用した。残りの雪山２基（雪山Ｃ、Ｄ）は、道路排雪と新雪（融雪剤等を含まない）を利用して造成し、比較対照用として冷熱エネルギーを採集せずに自然融解させ、雪山の形状や体積の変化を測定した。
また、実験庫として、外気や日射の影響を受けないよう100mm の断熱材付の12ft 冷蔵コンテナを採用した。雪山の全体配置図を図－７、雪山造成を写真－６に示す。
表－３

図－６

全体図（冷水循環式）

表－２

使用資材（冷水循環式）

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実験用雪山の種類㔐ߩ⒳㘃

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２．５

断熱材の検討㔐ጊ䌁

断熱材としてはバーク材を使用した（写真－５）。バ

図－７

ーク材は、伐採小木などを粉砕したものであり、既往

雪山の全体配置図（美唄市茶志内）

研究においてバーク材を30cm の厚さで被覆した場合、外気や日射による融解量は一夏を通じて約1.5ｍにとどまることが報告されている。４）

写真－６

写真－５
３

バーク材（左：粉砕前、右：粉砕後）

４

実験結果及び考察

４．１

基礎実験

雪山造成（左：バーク材被覆前、右：被覆後）

全空気式

４．１．１

融解量、雪山形状の変化

実験用雪山は、美唄市茶志内（空知工業団地）に表－全空気式の実験用雪山の体積は、表－４に示すとお３のとおり４基造成した。冷熱採集状況を把握するたり、実験開始直近の雪山測量日（5/23）は198m3であっ

め、実験庫内温度などの温度計測、外気温度・風向・たが、実験終了直近の雪山測量日（7/5）に計測したと風速などの気象観測、定点カメラによる雪山の体積、ころ34m3であった。

形状変化等の観測、定期的な測量などの各種計測を実施し、データ収集・解析を行った。
寒地土木研究所月報№718

2013年３月 13

表－４

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全空気式の融解量૕Ⓧ O ಄ᾲ㨾㩒㩣㩁㩨㨺㊂ /,


0.3℃であった（図－８）。これは、実験庫の断熱性能が高く、外気温度の影響を受けにくかったことから、実験庫内の熱負荷を受けずに低い温度のまま実験庫外に放出したためと思われる。

また、雪山が有する全体の冷熱エネルギー量は、雪密度（0.65t/m3）、融解潜熱（334.88MJ/t）を用いて計算すると35,698MJ となった。実験用雪山は、5/28（開始から４日目）からトラフ周辺の融解が進行し始め、法面開口部から雪が崩壊し、6/5（12日目）に完全に空洞となった。地面上に設置したトラフに熱が伝達し、周囲の雪を融解させることで空気の通り道ができ、融図－８

解を促進させたためと思われる。雪山の形状変化が大全空気式の冷房特性きくなると、バーク材に亀裂が入り、雪が露出してしまうことから頻繁な補修が必要となった。

４．１．３

全空気式の冷熱エネルギー量

空洞発生後も冷熱エネルギーを取得できたため、雪5/25 ～ 6/24の実験期間（31日間）の全空気式の冷熱山を補修するなどして実験を継続した。しかし、6/24

エネルギー量の推移を図－９、6/25時点の雪山状況をに外気温度とファン吸込側温度が同等になった時点で写真－９に示す。

冷熱エネルギーが取得できないと判断し、実験を終了した。雪山状況を写真－７、８に示す。

実験用雪山から得られた冷熱エネルギー量は、外気温度とファン吸込側温度の差とファン風量（2,100m3/h）
から累計すると7,715MJ となった。また、冷房対象となる実験庫内の冷熱エネルギー量は、吹出口温度と排気口温度の差とファン風量から累計すると635MJ となった。
実験終了直近の雪山測量日（7/5）までの融解減少分の体積は表－４から164m3であり、35,698MJ の冷熱エ

写真－７

全空気式（5/28）雪山状況

ネルギー量を最大で取得することが可能である。
また、雪山から得られた冷熱エネルギー量に対する最大取得可能エネルギー量の有効率は、7,715/35,698=21.6％となった。
このことから、冷熱エネルギーの有効率を向上させるには、雪山を有効に活用するため、空洞の発生を遅らせるような施工又は構造物の設置方法の検討、また、本実験では実験開始から連続運転させたが、温度制御

写真－８

全空気式（6/5）雪山状況による断続運転を検討する必要がある。
なお、冷熱エネルギー量（時間当たり）は以下の計算

４．１．２

全空気式の冷房特性

全空気式は、外気温の影響で冷房温度が大きく変動した。実験庫の吹出口温度と外気温の差は、実験当初は10℃あったが、時間の経過とともに、雪山内部の空洞の成長拡大、雪山の崩壊が進行し、外気温度と差が式で算出した。
Ｑ＝ｑ×⊿Ｔ×ｃ×ρ
ここで、Ｑ：全空気式の冷熱エネルギー量（MJ/h）
ｑ：ファン風量（m3/h）⊿Ｔ：温度差（℃）

なくなった段階（6/24）で実験を終了するに至った。実

ｃ：空気の比熱（＝0.24×4.186MJ/kg℃）

験期間（5/25 ～ 6/24）中の温度差は平均3.5℃となった。

ρ：空気の密度（＝1.293kg/m3）

また、実験庫の吹出口温度と排気口温度の差は平均
14

寒地土木研究所月報№718

2013年３月

/,

たこと、及び実験庫が密閉され、熱負荷がそれほどか

からない状態で、実験庫内で冷水が循環していたこと

から温度差が小さかったためと思われる。

/,



また、本実験では熱交換器を介さなかったことから、送風機コイル内にゴミなどが付着する影響を懸念し、

図－９



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

全空気式の冷熱エネルギー量

採水桝に帆立貝殻を利用したフィルターを設置した。
しかし、７月下旬ころからフィルターの目詰まりの症状が現れたことから、8/1に高圧洗浄機により採水桝フィルターの洗浄を行った。１ヶ月後には再度目詰まりの症状が現れたので9/6に再度洗浄を行った。そのため、8/17から9/6の間は採水桝フィルターの詰まりにより、FCU に供給する冷水が不足したため、ポンプを停止し、冷熱採取を行わなかった。

写真－９４．２

全空気式（6/25）雪山状況

冷水循環式

４．２．１

融解量、雪山形状の変化

冷水循環式の実験用雪山の体積は、表－５に示すとおり、実験開始直近の雪山測量日（5/23）は183m3であったが、実験終了後（9/26）に確認したところ０m3であった。
また、雪山が有する全体の冷熱エネルギー量は、雪密度（0.65t/m3）、融解潜熱（334.88MJ/t）を用いて計算
すると39,834MJ となった。
表－５

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᦬ᣣ
Ⲣ⸃㊂４．２．３

冷水循環式の融解量

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図－10

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

冷水循環式の冷房特性

冷水循環式の冷熱エネルギー量5/25 ～ 9/26の実験期間（125日間）の冷水循環式の冷熱エネルギー量の推移を図－11、8/21時点の雪山状況を写真－10に示す。
実験用雪山から得られた冷熱エネルギー量は、外気温度と雪山下部集水桝温度の差とポンプ流量（1,800ℓ/h）
から累計すると16,218MJ となった。また、冷房対象

実験用雪山は、実験庫から戻ってきた融解水を雪山となる実験庫内の冷熱エネルギー量は、送風機の行き下面に戻しているため、雪山下面から順に全体的に融温度と戻り温度の差とポンプ流量から累計すると雪が進み、大きな形状変化はなかった。

2,682MJ となった。

４．２．２

冷水循環式の冷房特性

冷水循環式は、外気温の影響をほとんど受けず冷房温度が概ね一定であり、外気温度に影響されることな実験終了の9/26までの融解減少分の体積は表－５から183m3であり、39,384MJ の冷熱エネルギー量を最大で取得することが可能である。

く、平均1.6℃の冷水を実験庫に供給した。そして、また、雪山から得られた冷熱エネルギー量に対する行き配管温度が上昇し始めた段階で実験を終了した。

最大取得可能エネルギーの有効率は、16,218/39,834=実験期間（5/25 ～ 9/26）を通しての実験庫の FCU40.7％となり、冷水循環式は雪山を効率的に使ってい吹出口温度と外気温の差は平均16.7℃となった。また、実験庫の行き配管温度と戻り配管温度の差は平均0.1℃であった（図－10）。これは、全空気式と同様に実験庫の断熱性能が高く、外気温度の影響を受けにくかっ
寒地土木研究所月報№718

2013年３月 ると言える。
なお、冷熱エネルギー量（時間当たり）は以下の計算式で算出した。
Ｑ＝ｑ×⊿Ｔ×ｃ×ρ
15ここで、Ｑ：冷水循環式の冷熱エネルギー量（MJ/h）
ｑ：ポンプ冷水量（L/h）

わかった。
また、雪山から得られた冷熱エネルギー量は、全空⊿Ｔ：温度差（℃）

気式で7,715MJ（31日間）、冷水循環式で16,218MJ（125ｃ：水の比熱（＝1.0×4.186MJ/kg℃）日間）となった。

ρ：水の密度（＝1.0kg/L）

雪山から得られた冷熱エネルギーに対する有効率
は、全空気式で21.6％、冷水循環式で40.7％となった。

全空気式は雪山内部の空洞の成長拡大及び雪山が崩壊/,したため、途中で実験を終了したが、道路排雪の雪でも、十分な冷熱エネルギーを得られることがわかった。

本実験において、全空気式、冷水循環式の各々の特/,

図－11

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



に適した雪冷熱の取得方法を検討し、雪山造成及び資

徴を把握することができたことから、今後、雪堆積場



冷水循環式の冷熱エネルギー量材等の施工方法、造成後の雪山のメンテナンス、冷熱取得後のゴミ等の処理、コストの検証など、道路排雪を利用する上での課題について解決方法を検討していく。
参考文献
１）北海道経済産業局：雪氷熱エネルギー活用事例集
４増補版平成22年６月

写真－10

冷水循環式（8/21）雪山状況

２）美唄自然エネルギー研究会：平成22年度「美唄自然エネルギー研究会

５

研究活動報告書」、平成23年６月

まとめ３）本間弘達，浅川勝貴，船木淳，山上重吉，媚山政
雪堆積場に着目するため、屋外貯蔵の雪山について、全空気式及び冷水循環式の２種類の冷熱方法を検討した。

良：“雪山”の造り方、第23回寒地技術シンポジ
ウム論文・報告集 pp13-16、2007.12４）伊東宏城，媚山政良，川本周郎，松居正道，佐藤

実験用雪山を造成して行った基礎実験の結果、冷房龍幸，岩腰壮康：沼田式貯蔵実験報告～籾から，特性としては、全空気式は、外気温の影響で大きく変バーク材を被覆材として利用した場合～、第16回

動するが、冷水循環式はほぼ一定の状態であることが寒地技術シンポジウム論文集 pp701-705、2000

永長

16

哲也＊

片野浩司＊＊

山口和哉＊＊＊

EINAGA Tetsuya

KATANO Kouji

YAMAGUCHI Kazuya

寒地土木研究所
技術地開発調整監付
寒地機械技術チーム
研究員

寒地土木研究所
技術地開発調整監付
寒地機械技術チーム
総括主任研究員
技術士（機械）寒地土木研究所
技術地開発調整監付
寒地機械技術チーム
主任研究員

寒地土木研究所月報№718

2013年３月