日本建築学会大会学術講演梗概集	 （関東）	 2015 年	 9	 月	 41657

既製杭を用いた地中熱利用の工法開発
第 1 報 新工法の概要

地中熱新工法

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省力化

○永坂 茂之*佐藤 秀幸*
小松 吾郎**
進 一寛***

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田村 稔*
菅 一雅**
今 広人**

１．はじめに過去の施工経験を踏まえ、地中熱利用の普及課題であ度を費やす融着でのチューブ継ぎ足しは出来ない。

る高額な施工費を削減するために、建物基礎杭内部への束にして設置することが多く、往き・還りチューブ間のチューブ挿入作業の省力化について検討を行い、杭とチ熱干渉が生じて採熱効率を低下させている。図１に既存ューブを一体で施工する画期的な新工法を開発した。

設計ツール（Ground Club）を用いて、その影響をシミュ

また、チューブ挿入の場合、施工の都合でチューブを 1

基礎的な検証実験を行いながら、二重らせん状（スパレーションした結果を示す。杭内の中央部にチューブを 1イラル状）チューブとその固定金具を開発し、実際の杭束にして設置した場合と、ダブル U チューブの 4 本のチを用いた実証実験を行って施工性とチューブ品質を確認ューブピッチを杭内壁まで最大限に広げた場合の、冷房し（第 2 報）、実用的な工法を確立した。

利用時における放熱率［W/m］（単位深さあたりの放熱量）

２．コンセプト基礎杭型では 300mmΦ～1000mmΦを超える杭内に採熱チの例である。図より放熱率は、U チューブより伝熱面積がューブを挿入する。掘削費は建築工事に含まれるためゼピッチを広げると 2 倍以上となって採熱効率が向上し、ロとなる。浅層部に設置され地表面の温度影響を受けるチューブ内の流体温度も低下してヒートポンプの COP をため、単位深さあたりの採熱能力がボアホール型より劣向上させることが分かる。

るが、単純回収年数は 5～10 年を目指せる技術である。

100

最大放熱率

コスト削減と省力化を進めるには、採熱チューブの挿80
放熱率［W/m］

入作業の効率化が必要である。採熱チューブには、ポリエチレン製で口径 20～25A の U チューブまたはダブル Uチューブが広く用いられ、基本的には手作業で挿入されが、建築工事との相番作業、杭施工と同時進行など作業性が悪く、人工と時間を余計に費やす場合が多い。

200

従来の採熱チューブ配置

ブ挿入時の抵抗が大きくなり、杭下端まで設置できない場合がある

Uチューブ

ダブルUチューブ

採熱チューブ

ダブルU最大間隔

杭粘性の高いソイルセメントに設置するため、チュー20100

や設置する専門の作業員を必要とする

放熱UP

40

1) 杭施工と同時あるいは杭埋設後に採熱チューブの設置工事を行なうため、チューブ設置作業の待ち時間

403060従来工法の課題は以下の 3 つである。

2) 杭埋設後、採熱チューブを杭内に設置する場合は、流体最大温度

チューブ内流体温度［℃］増加するダブル U チューブの方が少し多くなり、さらに-10
杭内壁近くに設置 ＆離隔維持

図１ チューブ間の熱干渉による放熱率への影響例
従来工法の課題、杭施工の時短、採熱効率の向上を考慮し、新工法のコンセプトを以下のように設定した。
①杭施工時間に影響を与えないよう短時間に設置する

3) 杭施工と同時に設置する場合、採熱チューブの設置作業に時間を要するとソイルセメントの硬化が進み、②採熱チューブの継手による接合作業を省く③採熱効率を高めるため、杭内部の採熱チューブを杭杭の埋設に影響を及ぼす内壁近傍に設置、配置間隔を均一にする

これら課題を解決するには、予め杭に U チューブまた④採熱チューブを設置するための専門作業員を不要とはダブル U チューブを仕込み、杭施工と同時にチューブを継ぎ足してしていく方法が考えられる。

する

杭の施工は、先に掘削して既製杭を設置するプレボー

３．要素技術
新工法のコンセプトに適する採熱チューブは、バネのリング工法が主流であり、杭設置の施工時間は無溶接継ように伸長する形状となる。そこで、汎用 U チューブを手の使用で大幅に短縮され、1 箇所の接合時間は杭径二重らせん状、すなわちスパイラル状にし、巻き癖が戻600mm で 5 分と短い。よって、施工と保持時間に 1 時間程る力を利用して伸長することとした。汎用品を流用する

Development of a New Method for Construction of PHC Energy Piles
Part1. Overview of a New Construction Method― 1371 ―Shigeyuki NAGASAKA et al杭先から 2～3m の根固め部にはチューブを設置しない施工方法となる。
本工法では、杭挿入時に杭本体とチューブとを吊る 2本のワイヤーが必要になり、チューブには孫または子フックを掛ける。杭を挿入する間、孫フックを定位置で固荷姿定すると、スパイラルは上端から伸びていく。次の中杭をつなぐ際には、一旦チューブを下杭の上端にあずけて孫フックを外し、中杭を揚重する際に孫フックを杭内に入れ、杭接続前にスパイラル上端の固定金具にフックを掛け、接続後にまた孫フック位置を固定しながら杭を挿入していく。この手順を繰り返していけば、所定の深さ

杭内

写真１ 採熱チューブまでスパイラルチューブが伸長していく。

伸長後
伸長後

新工法では、基礎杭を用いる従来工法よりも、単位深ので材料費を抑えることができる。

さあたりのコストを 10～20%削減することを目指している。

写真 1 に荷姿と伸長後の一例を示す。スパイラル状にすると、チューブを杭内壁近傍に設置することができる。

５．まとめ
新工法の特長と導入効果は、以下の通りである。
1) 杭施工と同時に採熱チューブの設置が完了する配置間隔を均一にするため、伸長実験を行いながらピ

2) 採熱チューブを設置するための作業員無しでチューッチ固定方法を検討した。ピッチは大きいほど熱干渉のブを設置できる影響を抑制できるが、無理な引張応力がかかるため、実

3) 従来方式に比べ、採熱チューブ設置時間を大幅に短験結果より往きと還りのチューブ間隔を 250mm 前後と決縮し、大幅な省力化が図れる定した。また杭内の高粘度のソイルセメントをベントナ

4) スパイラル状の採熱チューブが杭内部に均一に配置イトで代用して伸長した結果、固定部が破損することなされ、採熱効率の向上が見込まれる

くスパイラル形状を維持することを確認した。
一方、専門作業員を不要とするには、予め杭内にチューブを設置し、固定しておく必要がある。杭施工の最終吊ベルト工程（沈設・定着）において、杭を一定方向に 10～20rpm

結束バンドの速度で回転させる。杭内部に充填されているソイルセ
メントもチューブも一緒に回っていれば良いが、万が一スイベル

固定状況

チューブが回転に追従出来なくなった場合、ちぎれて破損してしまう恐れがある。

写真２ 杭固定金具

杭吊り元

杭吊り元

そこで、杭回転と縁を切るためのスイベル（回転）機
中杭
中杭

き杭固定金具の外観を示す。固定金具をチューブの上端と下端の 2 箇所に取付け、上端は伸長用の吊りフックに、下端は杭に固定する。これら金具間はピッチ固定用の 2

孫フック構を設けた。写真 2 にピッチ固定およびスイベル機能付

接続

下杭

上杭
上杭
接続

孫フック接続下杭接続

本の吊ベルトで結ばれる。吊ベルトには所定のピッチで上杭上杭結束バンドが設けられ、チューブを固定している。高粘度のベントナイト中でのスイベル機能を確認し、杭回転中杭中杭とチューブの動きとの縁を切れることの確証を得た。
４．施工手順
図２に施工手順を示す。下杭に杭 2 本を継ぎ足す手順

杭挿入
杭挿入

下杭
下杭を、図中の①から⑤の順に示している。新たに開発した二重らせん状（スパイラル状）に加工した採熱チューブ

杭挿入
杭挿入を予め既製杭内部に設置し、杭挿入時にチューブを伸長①させながら杭施工と同時に設置を完了する。実用時では、②③④⑤

図２ 新工法の施工手順（①→⑤）* 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*SHIN NIPPON AIR TECHNOLOGIES CO.,LTD**JAPAN PILE CORPORATION***INOAC Housing & Construction Materials Co.,Ltd.

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