地中熱ヒートポンプの仕組みと特徴、導入の現状

新潟県地中熱利用研究会

目 次
１．住宅設備機器を取り巻く環境
２．地中熱ヒートポンプの仕組み
３．地中熱ヒートポンプの特徴
４．導入コスト低減への動き
５．導入事例の紹介

１．住宅設備機器を取り巻く環境「低炭素社会」
低炭素社会」の実現に実現に向けた政府
けた政府の政府の動き
2014年4月発表

エネルギー基本計画
住宅に住宅に関連する関連する事柄する事柄を事柄を抽出①業務・業務・家庭部門における家庭部門における省における省エネルギーのエネルギーの強化②再生可能エネルギー
再生可能エネルギーのエネルギーの導入加速③スマートコミュニティのスマートコミュニティの実現

低炭素社会

ZEH／LCCM住宅、スマートシステム・・・

１．住宅設備機器を取り巻く環境
住宅へ
住宅への省エネルギー化
エネルギー化の要求
これまで

2013年

これまでの住宅は住宅性能基準のみ

現在の住宅は住宅性能

＋

設備性能
Ｌ

大Ｌ

2030年

認定低炭素
住宅

改正省エネルギー
基準からー１０％
ー１０％Ｌ

エネルギー消費量

設備性能

設備性能

住宅
性能

０2020年住宅性能

高気密・高断熱

高気密・高断熱

Ｌ
設備性能

設備性能

Ｌ
設備性能

住宅性能

住宅性能

創エネルギー創エネルギー

住宅性能

高気密・高断熱
創エネルギー
２０２０年
義務化

小

次世代型省エネ基準

基準

改正省エネルギー基準
トップランナー基準

ZEH

LCCM住宅ネット・ゼロ・エネルギー ライフサイクルカーボン
・ハウス
マイナス住宅使用材料の輸送時や太陽光等により創 創られるエネルギー
性能 （躯体）断熱
設備 設備機器等によりＬ 生産時・解体時に使用されるエネルギー
おけるエネルギー

１．住宅設備機器を取り巻く環境
再生可能エネルギーの活用がポイント
再生可能エネルギー

太陽光、風力、水力、地熱 ： 発電⇒創エネ
地中熱、太陽熱、バイオマス ： 熱利用⇒省エネ
創エネと省エネのバランスの良い利用が重要

１．住宅設備機器を取り巻く環境

気温
37℃(最高気温)
37℃

10～
地中温10～15℃

地中の地中の温度は温度は年間を年間を通じてほぼ一定
じてほぼ一定⇒安定した温度を利用することで高効率なヒートポンプ稼動が可能※地中温度は年間平均気温とほぼ一緒

0℃(最低気温)0℃

２．地中熱ヒートポンプの仕組み
ヒートポンプとは・・・「熱」を集めて、移動させる装置
熱を作るわけではないので「省エネ」

身近なヒートポンプの例
・地中熱ヒートポンプ温水暖房機 ・・・ 暖房
・ルームエアコン ・・・ 冷暖房
・エコキュート ・・・ 給湯、風呂・冷蔵庫・冷凍庫 ・・・ 冷蔵、冷凍････

２．地中熱ヒートポンプの仕組み【暖房時の動作】圧縮機 加圧①圧縮機
冷媒を圧縮、加熱する。
冷媒を循環させる。

冷媒の冷媒の流れ

蒸発器
吸熱凝縮器
放熱

室内へ
室内へ

地中から
地中から

冷凍サイクル

冷媒の冷媒の流れ

膨張弁 減圧②凝縮器
熱を放熱させ、冷媒を液化する。
（熱を外部に渡す）③膨張弁
冷媒を減圧し、低温にする。
④蒸発器
熱を吸熱させ、冷媒を気化する。
（熱を外部から受ける）

冷房時は、逆に冷媒を流すことで吸熱と放熱の役割が入れ替わる。

２．地中熱ヒートポンプの仕組み【冷房時の動作】圧縮機 加圧①圧縮機
冷媒を圧縮、加熱する。
冷媒を循環させる。

冷媒の冷媒の流れ

凝縮器
放熱蒸発器
吸熱

室内から室内から地中へ
地中へ

冷凍サイクル

冷媒の冷媒の流れ

膨張弁 減圧②凝縮器
熱を放熱させ、冷媒を液化する。
（熱を外部に渡す）③膨張弁
冷媒を減圧し、低温にする。
④蒸発器
熱を吸熱させ、冷媒を気化する。
（熱を外部から受ける）

条件のよい地中と十分に熱交換できることが、高効率化のポイント !!

２．地中熱ヒートポンプの仕組み
地中熱ヒートポンプの種類
タ

イプ

地中熱温水暖房機

地中側熱媒
放熱器側熱媒特徴

地中熱エアコン
地中熱エアコン

地中熱ハイブリッド
地中熱ハイブリッド
温水暖房機

不凍液
不凍液

冷媒

不凍液

・床暖房、床暖房、パネルヒーター、パネルヒーター、FCUなど
FCUなど多彩など多彩な
多彩な放熱器を放熱器を利用可能

・2次側に次側に冷媒を冷媒を直接循環させるため高効率させるため高効率。
高効率。
・ｴｱｺﾝ(ｴｱｺﾝ(空気熱)空気熱)と同じ方法で方法で施工が施工が容易。
容易。

・導入コスト
導入コストをコストを低減し低減し、地中熱を利用可能。
利用可能。

空気熱ヒートポンプユニット
空気熱ヒートポンプユニット
室内機

機器

地中熱ヒートポンプ
地中熱ヒートポンプ

室外機

地中熱ヒートポンプユニット
地中熱ヒートポンプユニット

３．地中熱ヒートポンプの特徴①経済性

地中熱温水暖房機

地中熱エアコン

47％

31％

削減

削減
325,285円
53,979円

37,108円

171,931円
地中熱
温水暖房機

暖房用
灯油ボイラー

暖房面積 ： 100㎡（新潟）運転時間 ： 24時間連続運転
電気料金 ： 22.64円／kWh（東北電力 やりくりナイト8）
灯油価格 ： 110円／L

地中熱
エアコン

空気熱エアコン

部屋の広さ： 14畳（新潟）運転時間 ： 18時間
電気料金 ： 22.64円／kWh（東北電力 やりくりナイト8）

３．地中熱ヒートポンプの特徴②節電性
2011/8/18

気温(℃)

冷房消費電力(W)403530200
25
気温
20150
15
空気熱
注目 105100
地中熱
0-550-10
無冷房ｴﾘｱ -150-20
0 3 6 9 12 15 18 21 0 時

効果の効果のPOINT！！
POINT！！

250☆電力需要ﾋﾟｰｸを夏季で約15%、冬季で 約20%低下☆空気熱を地中熱と同じ節電を実施するには室温設定を冷房で0.5℃上げ、暖房で3.5℃下げなければならない※特に高い電力需要が継続する冬季に多大な効果を発揮！！

2011/1/16

504540空気熱3530252015
地中熱1050
気温-5-10
3 6 9 12 15 18 21 0 時
注目600
500
400
300
200
100

気温(℃)

暖房消費電力(W)700※住宅断熱性能2.7W/㎡K、負荷面積30㎡、室温27℃(冷房)、20℃(暖房)、気温は東京の気象庁データ
空気熱冷房COP3.5、空気熱暖房COP2.8(気温2℃時)、地中熱冷房COP4.0、地中熱暖房COP3.50

３．地中熱ヒートポンプの特徴③環境性－CO2排出量

地中熱温水暖房機

地中熱エアコン

42％

31％

削減

削減
1,374kg

7,360kg

945kg
4,253kg
地中熱
温水暖房機

暖房用
灯油ボイラー

CO2排出係数：電気：0.56 kg／kWh（東北電力）
灯油：2.489 ｔCO2／kl

地中熱エアコン

空気熱エアコン

CO2排出係数：電気0.56 kg／kWh（東北電力）

３．地中熱ヒートポンプの特徴③環境性－CO2排出量

CO2排出量の削減効果
温水暖房タイプ：▲3107kg／台
エアコンタイプ ：▲ 429kg／台

ブナの木 282本※1の植林効果
ブナの木 39本※1の植林効果

平成23年度の新潟県持家新築着工棟数※2 の1割に地中熱ヒートポンプを設置した場合（温水暖房タイプ：エアコンタイプ＝１：２の比率で設置）

ブナの木
81,000本
81,000本の植林効果※1 ブナの木1本のCO2年間吸収量を約11kgとして算出：森林総研試算※2 6,770棟

３．地中熱ヒートポンプの特徴③環境性－ヒートアイランド現象の抑制
冷房運転時の冷房運転時のサーモグラフィー写真
サーモグラフィー写真（
写真（雰囲気温度35℃
雰囲気温度35℃）
35℃）

地中熱エアコン
空気熱エアコン

夏季冷房中に空気熱エアコンから排出される熱量
１８L
１８L灯油タンク
灯油タンク15
タンク15個分15個分の個分の熱量に熱量に相当

３．地中熱ヒートポンプの特徴③環境性－低騒音
ブーン

効果の効果のPOINT！！
POINT！！
ブーン！！
ブーン！！

☆騒音値が40dB以下と大変静か☆室外機から風が出ない
熱風※特に狭小設置や民家が隣接する場所において多大な効果を発揮！！

空気熱エアコン
空気熱エアコン（CSH－CSH－W40122）
W40122）
冷房時：49dB
暖房時：49dB

地中熱温水暖房機（GTS-H6000）
39dB

地中熱エアコン（CSH－C4000G）
冷房時：
冷房時：36dB
暖房時：
暖房時：39dB

４．導入コスト低減への動き
地中熱、空気熱ヒートポンプのメリットとデメリット
ヒートポンプのヒートポンプの種類

メリット

デメリット

地中熱ヒートポンプ■低外気温でも出力・効率が安定■掘削費用が掘削費用が高額■外気温が高いと効率は空気熱ヒートポンプに劣る(暖房時）

空気熱ヒートポンプ■外気温が高いと効率は高い■掘削が不要で機具コストが安い■外気温が低いほど暖房能力と効率が低下する（除霜運転に入る）

地中熱ヒートポンプ
地中熱ヒートポンプとヒートポンプと空気熱ヒートポンプ
空気熱ヒートポンプのいいとこヒートポンプのいいとこ取のいいとこ取りができれば・・・・
りができれば・・・・■掘削費用
掘削費用の費用の半減が半減が可能！
可能！
■環境（環境（気温等）
気温等）の変化に変化に合わせ、わせ、省エネ運転
エネ運転が運転が可能！
可能！

４．導入コスト低減への動き
地中熱と空気熱のハイブリッドヒートポンプのシステム構成

直列接続■暖房システム
暖房システム（床暖、パネルヒーター、パネルヒーター、温水ルームヒーター温水ルームヒーター）
ロードヒーティングに使用可システム（床暖、ルームヒーター）やロードヒーティングに

４．導入コスト低減への動き
採熱管施工深さを軽減■採熱管施工深さを
採熱管施工深さを従来さを従来の従来の半分に半分に軽減

４．導入コスト低減への動き
状況に合わせて地中熱と空気熱を切り替える
気温が気温が高い場合安定した安定した地温した地温で地温で運転が運転が可能。
可能。

地中熱ヒートポンプ

気温が気温が低い場合

外気温が外気温が高くなると、くなると、地中熱よりより空気熱
地中熱より空気熱の空気熱のほうが効率ほうが効率が効率が良い。

空気熱ヒートポンプ

気温が気温が高いときは空気熱
いときは空気熱HP
空気熱HPをHPを優先運転し先運転し、地中熱HP
地中熱HPがHPが補助する補助する。
する。
地中から地中からのからの採熱を採熱を抑え、厳寒期向けて厳寒期向けてにけてに温存。
温存。

安定した
安定した
地中エネルギー
エネルギーの地中エネルギーの利用で利用で冬に強い。

地中熱ヒートポンプ

外気温が外気温が低くなると能力がが低下し能力低下し、霜取り霜取り運転に運転に入る。

空気熱ヒートポンプ

気温が気温が低くなると地中熱
くなると地中熱HP
地中熱HPをHPを優先運転し先運転し、空気熱が空気熱が補助する補助する。
する。
空気熱HP
空気熱HPのHPの除霜中も霜中も地中熱HP
地中熱HPでHPでサポートし、暖房感を暖房感を損なわない。
なわない。

■外気温を外気温を見ながら自動制御ながら自動制御

４．導入コスト低減への動き
地中採熱戻温度の低下を軽減
HYBRID

従来地中熱■地中戻温度を地中戻温度を約2℃程度緩和

４．導入コスト低減への動き
地中熱ハイブリッド温水暖房機のランニングコスト
札

35000030000025000020000015000010000050000
0幌

新¥266,970

約70%低減70%低減¥76,635¥68,594

地中熱ハイブリッド

地中熱HP

灯油ボイラー

35000030000025000020000015000010000050000
0潟¥325,285

約50%50%低減¥171,931¥151,015

地中熱ハイブリッド

地中熱HP

■試算条件
暖房面積：100㎡
運転時間：24時間連続運転
住宅性能：次世代省エネルギー基準■エネルギー単価《電力》 札幌：12.19円/kWh（融雪電力メニュー）
新潟：22.64円/kWh（時間帯別電灯メニュー）《灯油》 110円/L

冬季通じて寒い地域（札幌）では、地中熱ヒートポンプが優位
冬季でも12月や3月に寒さが緩む地域（新潟）では、地中熱ハイブリッドが優位

灯油ボイラー

５．設置事例の紹介＜札幌市 一般住宅～一般住宅～パネルコンベクターによるパネルコンベクターによる全館温水暖房
による全館温水暖房＞
全館温水暖房＞〇暖房の電気代

年間電気代
約170,000円

設置場所 ： 北海道札幌市
設置機種 ： 地中熱温水暖房器×
地中熱温水暖房器×1台
地中採熱管 ： 50mボアホール
50mボアホール×
ボアホール×2本
延床面積 ： 120㎡120㎡

2010年
電気ﾎﾞｲﾗﾎｯﾄﾀｲﾑ22

65％削減

65％削減

年間電気代
約40,000円
2012年
地中熱導入
ﾎｯﾄﾀｲﾑ22

年間電気代
約40,000円
2013年
HYBRID導入
ﾎｯﾄﾀｲﾑ22

５．設置事例の紹介＜むつ市
むつ市 一般住宅～一般住宅～地中熱エアコン
地中熱エアコンによるエアコンによる全館空調による全館空調（全館空調（シーエスホーム様シーエスホーム様）＞

設置場所 ： 青森県むつ
青森県むつ市
むつ市
設置機種 ： 地中熱エアコン
地中熱エアコン（エアコン（冷房4kW
冷房4kW、4kW、暖房5kW
暖房5kW）
5kW）
×1台（その他空調機器その他空調機器なし
他空調機器なし）なし）
地中採熱管 ： 100m（100m（井戸仕上げ井戸仕上げ）
延床面積 ： 114.27㎡
114.27㎡※シーエスホーム（むつ市）様提供

５．設置事例の紹介＜山田建築様 新潟展示場
新潟展示場＞
展示場＞※山田建築様ホームページより引用

５．設置事例の紹介＜株式会社ＬＩＸＩＬ
株式会社ＬＩＸＩＬ住宅研究所
ＬＩＸＩＬ住宅研究所 フィアスホーム様
フィアスホーム様 アリエッタシリーズ～アリエッタシリーズ～地中熱エアコン
地中熱エアコンによるエアコンによる空調
による空調＞
空調＞《地中熱住宅「ｅ-ＰＯＷＥＲ」》※株式会社ＬＩＸＩＬ住宅研究所 フィアスホーム様提供

５．設置事例の紹介＜静岡県富士宮市 お宮横丁～宮横丁～飲食店店舗空調＞
飲食店店舗空調＞

井戸水利用
井戸水利用による水利用による事例
による事例
井戸水 ： 水量14L/
水量14L/分
14L/分、水温約13
水温約13℃
13℃
地中熱エアコン
地中熱エアコン（エアコン（冷房4kW
冷房4kW、4kW、暖房5kW暖房5kW）5kW） ×1台
既存の既存のｴｱｺﾝをｴｱｺﾝを地中熱ｴｱｺﾝ
地中熱ｴｱｺﾝにｴｱｺﾝに置き換え

５．設置事例の紹介＜札幌市 路面融雪＞
路面融雪＞〇融雪のランニングコスト
融雪面積：30㎡
地中熱温水暖房機(6kW)×1台63％削減
年間灯油代
約58,000円 年間電気代約22,000円
2011年
2010年
地中熱導入
灯油ﾎﾞｲﾗﾎｯﾄﾀｲﾑ22

５．設置事例の紹介＜青森市 駐車場融雪＞
駐車場融雪＞

融雪面積：30㎡

融雪面積：30㎡
地中熱温水暖房機(6kW)×1台
地中採熱管：70m×2本

５．設置事例の紹介＜新潟県農業総合研究所 園芸研究センター
園芸研究センター 越後姫の越後姫の栽培実証試験＞
栽培実証試験＞

ビニールハウス

地中熱ヒートポンプ

新潟県報道資料H25.８.28より抜粋

苗と温度制御用チューブ