資料4-1「管路内設置型熱回収技術を用いた下水熱利用導入ガイドライン（案）」の概要
本編

国土交通省国土技術政策総合研究所○ 目的○ 適用範囲○ ガイドラインの構成○ 用語の定義

第１章
総則

 本ガイドラインは、革新的技術導入を検討するため、実証研究の成果（資料編）を踏まえ、技術の概要と評価（第２章）、導入検討（第３章）、計画・設計（第４章）、維持管理（第５章）についてとりまとめたものである。
 本ガイドラインは、革新的技術の下水熱利用システム全体を導入する場合に適用でき、地方公共団体等の下水道事業者および関連する民間企業等に利用されることを想定している。

＜導入の前提条件（基本条件）＞（§9）

技術の概要・特徴の把握
第２章
技術の概要と評価• 下水管路周辺で開発・設備更新計画があり、下水管路の耐震化/老朽化対策が検討されている• 管径： φ1,000～2,200mm• 断面： 円形、矩形※、馬蹄形※（※管路状況等について別途検討が必要）○ 技術の概要○ 技術の適用条件○ 実証研究に基づく技術の評価＜導入が効果的な条件と期待される効果＞（§9）＜技術の目的、概要・特徴＞（§5～7）• 下水管路内に（製管工法による）更生工事と同時に熱交換器を設置し、回収した下水熱を空調、給湯、融雪等に有効利用することにより、これまでの下水熱利用技術と比較して、コスト、エネルギー消費量、温室効果ガス排出量の削減が可能。
• これまでの下水熱利用技術と比較して、広範囲に導入が可能。

＜採熱設備の特徴＞（§8）• 未処理下水と熱回収管が直接触れる構造により、効率的な熱回収が可能。
• 耐摩耗性や耐薬品性に優れている。
• 流下性能への影響、汚れ等による熱交換性能への影響が小さい。
• ユニット構造化により、任意の延長への適用と均一な熱交換が可能。

熱需要地と下水管路が近接している

導入可能エリア拡大
熱輸送ロス低減

下水管路が十分な熱ポテンシャルを有している・下水温度と外気温度の差が大きい
・下水流量が大きい

エネルギーコスト削減（省エネ効果）
建設費削減（設置延長縮小）

年間を通じた熱需要が見込まれる

ライフサイクルコスト回収年短縮＜導入シナリオ例＞（§10）• 下水管路の耐震化対策あるいは老朽化対策の必要性が高く、かつ熱回収が可能な下水条件（下水温度、水深、流速）を有する管路の周辺地域• 再開発等によるまとまった熱需要が見込まれる地域

本技術の導入により、従来の空気熱源方式の空調、ボイラー方式の給湯および電熱方式の融雪と比較して、維持管理費、エネルギー消費量等の削減が可能となる。

＜実証研究に基づく技術の評価＞（§11～12、資料編Ⅰ）• 1年間の実証研究では、熱回収管の腐食や摩耗による破損は無く、厚さ2mm程度の堆積物があったが、これによる熱交換性能の顕著な低下は無かった。
• 革新的技術の利用規模あたりのコスト、エネルギー消費量、温室効果ガス排出量の試算結果を以下に示す。
評価モデル(1)：空調100kW、500kW コスト・エネルギー消費量・温室効果ガス排出量の評価結果（利用規模1kWあたり）
供給先建物

熱負荷
（空調、給湯、融雪）
ｸｯｼｮﾝﾀﾝｸ（給湯の場合、貯湯槽）

下水（未処理水）

熱源水配管
管路内設置型熱交換器

冷温水配管
熱源水循環ポンプ

供給先建物

給水
熱源水配管

採熱設備

熱源設備

本技術（下水熱利用システム）の模式図・特徴

500kW

100kW

500kW

25.2

24.1

49.5

45.5

建設費
（千円/kW・年）

12.6

12.2

18.9

16.2

維持管理費
（千円/kW・年）

11.3

10.6

29.4

27.7

解体・廃棄費（千円/kW・年）

1.26

1.22

1.89

1.62

エネルギー消費量（kWh/kW・年）

787.4

730.5

2,333

2,198

温室効果ガス排出量（tonCO2/kW・年）

0.54

0.50

1.60

1.51

ライフサイクルコスト（千円/kW・年）

評価モデル(2)：給湯100kW、500kW

冷温水
循環ポンプ
熱負荷設備
水熱源
貯湯槽
ヒートポンプ

給湯100kW

冷温水配管
水熱源
ヒートポンプﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟ

空調

室内機
熱源水配管

年間熱負荷（推計）§14 基礎調査§15§16§17§18建設費の算定
維持管理費の算定
ライフサイクルコストの算定
エネルギー消費量の算定
温室効果ガス排出量の算定§20 導入判断§16 下水管路状況§9設置延長（概算）§17

室効果ガス排出量等について、他の熱利用方式（空気熱源方式、管路外設置方式、ボイラー給湯方式等）との比較により、導入を判断する。
• 導入効果が見込めないと判断された場合は、利用規模や検討モデルを見直し、再度導入検討を行う。

空気熱源方式の模式図

設置場所の仮設定、施工可否判断
導入が効果的であるかの確認

供給先建物

適用条件を満足するかの確認

ｵｰﾄ
ｽﾄﾚｰﾅｰ

採熱設備規模の仮設定-

設置場所の仮設定、施工可否判断

関連法令・計画との整合性-導入にむけた合意形成•地域： 東京• 下水水深： 管径比15%• 下水流速： 0.4m/sec• 下水温度： 東京都データ• 温 度 差： 5℃• 利用規模： 最大100kW• 比較対象： 空気熱源方式
管路外設置方式

室内機

熱交換器
冷温水配管

熱源水配管ルート＜導入効果の試算条件• コスト、エネルギー消費量、温（空調用途の例）＞（§21）§19 導入効果の検討
（１）
（２）
（３）
（４）
（５）

下水流量、温度（推計）＜導入の判断＞（§20）

熱需要側に関する情報の把握
採熱側に関する情報の把握
周辺情報の把握基礎調査のまとめ-水熱源
ヒートポンプ

下水配管

管路外（模式図）

熱源水配管＜導入効果の試算例（空調用途の例）＞（§22）
ライフサイクルコスト（千円/年）• 導入の目的を明確にした後、検討に必要な情報の収集、導入効果の概略試算、導入範囲及び事業形態を含めた導入判断を行う。
• 導入検討段階では、現地調査は伴わず、下水道管理者等から情報を収集し、不足する情報は推計する。

冷温水配管§19 エネルギー消費量の概算

ヒートポンプ容量・設置スペース＜導入検討の手順＞（§13）

室内機

廃棄費
6,000
5,000

維持管理費

建設費

管路外比： 41%縮減空気熱源比：10%縮減

4,000
3,000
2,000
1,000
0

本技術 空気熱源
本技術（管路内）

150,000
120,000

エネルギー消費量

空気熱源比： 25%縮減
管路外比： 18%縮減

90,00060,00030,0000

管路外本技術
管路内 空気熱源 管路外（管路内）

エネルギー消費量

ライフサイクルコスト

温室効果ガス排出量100

温室効果ガス排出量（t-CO2/年）

§15

空気熱源
ヒートポンプ§16 必要回収熱量、熱交換器設置延長、§19 建設費の概算

最大熱負荷（推計）エネルギー消費量（kWh/年）○ 導入検討手法○ 導入効果の検討例

第３章
導入検討

供給先建物

＜基礎調査（§14）での把握項目と導入効果検討（§19）での利用用途＞

導入効果の把握

空気熱源比： 25%縮減
管路外比： 18%縮減

806040200

本技術 空気熱源 管路外
管路内
（管路内）

温室効果ガス排出量

導入効果を確認し、導入にむけた具体的な検討に進む
第４章
計画・設計

○ 計画・設計の手順○ 現地調査・施設計画○ 基本システム設計＜計画・設計の手順＞（§23）
採熱設備

熱源設備

熱負荷設備

§24 現地調査・施設計画§26 下水管路内調査§28 ヒートポンプ設置に係る検討§25 空調負荷計算（詳細）＜現地調査・施設計画（§24）での把握項目と基本システム設計（§31）での利用用途＞§25

空調負荷計算ソフト等を利用し、空調負荷をより詳細に把握§29 導入効果の再検証§32 ヒートポンプ選定§26

下水管路の現地調査を行い、冷暖房ピーク月の下水流量、温度と管路状況をより詳細に把握§33

熱交換器延長設計、施工方法検討§27 熱源水配管の設置ルートを詳細に検討§34

熱源水循環ポンプ選定、施工方法検討§28 ヒートポンプの設置、構造および適用法令の確認§32 ヒートポンプ選定、施工方法検討§27 熱源水配管ルート検討§29 導入効果の検証（再検証）§30 導入計画書のとりまとめ§31 基本システム設計

・ゾーニング計画§32 ヒートポンプ選定§33 熱交換器延長設計-§29 §25～§28を踏まえ、導入効果を再検証§34 熱源水循環ポンプ選定

必要に応じて条件等の見直しを行う-§30 施設計画として導入計画書のとりまとめ

実施設計へ

第５章
維持管理

○ システムの管理＜システムの運転管理＞（§36）• ヒートポンプの制御盤にて集約して運転を管理する。
• 熱源水・冷温水のヒートポンプ出入口温度から熱交換性能を算出し、設定通り運転できていることを確認する。

運転管理における測定項目
測定対象

測定方法

出入口温度

測温抵抗体
（Pt100Ω）

流量

電磁流量計

出入口温度測温抵抗体（Pt100Ω）

設定値通りに制御できていること

流量

電磁流量計

設定流量以上熱源水＜システムの保守管理＞（§37）• 運転管理とともに点検を行い、システムを保守管理する。
• 実証研究の1年間連続運転では、通常の下水管路以上の保守管理は不要と考えられるが、長期的な影響については更なる検討が必要。

測定頻度

測定項目

管理基準
設定値通り制御できていること

保守管理における点検項目
対象ヒートポンプ

設定流量以上
連続

冷温水

熱源水
循環ポンプ
冷温水
循環ポンプ

点検項目
ヒートポンプ年次点検
冷媒圧力
圧力
冷温水圧力（出入口）
冷媒温度
温度
冷温水温度（出入口）ポンプ出入口圧力
電流値
ポンプ出入口圧力
電流値

点検頻度
日 月 年
○
○
○
○
○
○
○
○
○

資料編

＜汚れ・付着物が熱交換性能へ与える影響＞• 1年間の長期運転による表面への付着物厚みは最大2mm程度※であり、それに伴う熱交換性能低下は約13%（COP約0.1低下）と小さい。
• 汚れ・付着物による熱交換性能へのより長期的な影響については更なる調査検討が必要。

＜実証研究概要＞• 更生管径： φ810mm（実験用管路（FRPM管、φ900mm）を処理場内に設置し、更生）• 設置延長： 82m• 汚水量 ： 暖房時 0.01m3/sec（φ900mm管の大阪市日平均下水量）
冷房時 0.05m3/sec• 空調負荷： 暖房ピーク54kW、冷房ピーク99kW• 延床面積： 512m2（下水道科学館地下1階フロア）

1510
付着物厚み（mm）

12

熱交換性能（kW/℃）

896643200

清掃後

清掃前（約1年間清掃なし）

付着物厚み（mm）＜実証施設概要＞※付着物厚みは、浸漬させたサンプルの2箇所の厚みをノギスにて計測し、その平均値とした。

熱交換性能（kW/℃）• 実証研究名：管路内設置型熱回収技術を用いた下水熱利用に関する実証研究• 実 施 者 ：積水化学・大阪市・東亜グラウト共同研究体• 研究期間 ：平成24年6月～平成26年3月（施設整備期間含む）• 実施場所 ：大阪市海老江下水処理場、下水道科学館• 実証目的 ：（製管工法による）更生工事と同時に施工可能な管路内設置型熱回収技術
により、コストやエネルギー消費量の縮減効果を実証する。

清掃前後の管路内状況写真
熱交換性能の推移＜降雨が熱交換性能へ与える影響＞• 夏季： 降雨（最大50mm/h）に伴い、下水温度が約4℃低下（晴天日同時刻比）
熱源水温度が4℃低下
日平均COPが0.4上昇（3.3→3.7）• 冬季： 降雨（最大2.5mm/h）に伴い、下水温度が約5℃低下（晴天日同時刻比）
熱源水温度が3℃低下
日平均COPが0.1低下（5.0→4.9）

645300030425

外気温度（℃）
下水温度（℃）

1

外気温度（℃）

8

下水温度（℃）
時間平均COP（－）

61045404035303025200
時刻 （2014年1月19日）

夏季の運転結果例

冬季の運転結果例

40

下水温度（℃）

303020102510200200

時刻 （2013年8月22日）

年間の回収熱量、消費電力、加熱（冷却）能力、ヒートポンプCOP

時刻 （2013年8月25日）

夏季の下水温度と降雨量の関係（例）252510• 下水熱を利用することによる下水温度変化とその後の下水処理への影響が懸念される。
• 実証研究においては、暖房運転時（最大回収熱量42kW、下水流量0.01m3/sec）における下水温度低下は1℃以下にとどまった。
• 本技術が適用できる管径（φ1,000mm以上）は流量が大きいと想定されることから、本技術による下水熱利用が下水温度（特に下水処理）へ与える影響は小さいと考えられる。

2081565861042520004
降水量（mm）

下水温度（℃）

15温度(℃)

10降水量（mm）

20
降水量（mm）

温度(℃)

10降雨日

晴天日

＜下水熱利用が下水温度へ与える影響＞40

下水温度（℃）0

時刻 （2013年8月13日）

降水量（mm）

35

20
降水量（mm）

時間平均COP（－）

2002

1510温度(℃)

62200
100

835

320

温度(℃)

400

4COP（-）

500

10

時間平均COP（－）

4050

降雨日

温度(℃)

5COP（-）

時間平均COP（－）

日積算冷却（加熱）能力（kWh）
600

4550

晴天日

日積算消費電力（kWh）

温度(℃)

日積算回収熱量、消費電力、冷却（加熱）能力（kWh）

日積算回収熱量（kWh）
700

降水量（mm）

800

降水量（mm）• ヒートポンプCOP： 冷房期間平均COP3.8、暖房期間平均COP4.6、年間平均COP4.1
年間平均COP4以上とした目標を達成• 外気温度の日間変動に対して下水温度の変動は小さく、安定している。

降水量（mm）＜年間の運転結果＞

下水温度（℃）0
時刻 （2014年2月13日）

時刻 （2014年2月14日）

冬季の下水温度と降雨量の関係（例）• 水深の増加により、下水と熱回収管の接触面積が増加＜熱回収管の埋め込みが流下性能へ与える影響＞

熱源水温度が低下（夏季）• 実証施設の直線区間（自然流下、延長約30m）において、流量を変化させ粗度係数を調査したところ、0.0074～0.0111となり、従来の製管工法と同等の粗度係数であることから、熱回収管の埋め込みによる流下性能への影響は小さいと考えられる。

日平均COPが上昇

水深変動とヒートポンプ日平均COP（夏季の例）

下水温度
日平均COP

水深30%（2013年8月11日）
29.2℃
3.3

• 最低下水水深、最低下水温度を用いたシステム設計が必要。

水深65%（2013年8月13日）
29.1℃
3.5