平成25年度
川崎市環境技術産学公民連携公募型共同研究事業
平成
年度
川崎市環境技術産学公民連携公募型共同研究事業
成果報告
クラウドコンピューティングにおける
環境情報サイクルの構築に向けた実証研究
環境情報
構築
研
平成2６年３月１７日
平成2６年３月１７日
JFEエンジニアリング株式会社
共同研究の目的
低炭素社会の構築に向けて
•
川崎市及びJFEエンジニアリングが保有している
環境技術
（主に地中熱利用状況）情報
を、ネットワークを介して多元
（主に地中熱利用状況）情報
を、ネットワ
クを介して多元
的に収集し、地中熱利用設備などの再生可能エネルギーの設
計・研究活動などで有効に活用することができるような情報
公開システムを構築することである。
情報送信の容易さやセキ
リテ
性についての検証を行う
•
情報送信の容易さやセキュリティ性についての検証を行う。
新たな環境技術の創出に貢献できる
環境情報サイクル
の実現
•
新たな環境技術の創出に貢献できる
環境情報サイクル
の実現
に向けた実証を行うことを目的とする。
環境技術情報とは
環境技術情報の定義
市民：住環境の確認
情報ソース
情報ニーズ
「環境技術情報」
・再生可能エネルギー利用状況
・地中熱利用
行政：計画、企画立案、監視
教育：教育資料
市民：住環境の確認
情報へのアクセス
地中熱利用
・太陽光発電・太陽熱利用
・風力発電・地熱発電
・環境モニタリング情報
教育：教育資料
研究：研究データ
環境モ
タリング情報
・再生可能エネルギー導入補助
民間企業：開発データ、効果検証
各情報ソースを提供することにより、熱や発電の利用状況を見える化が容易に可能になります。
各情報ソ
スを提供することにより、熱や発電の利用状況を見える化が容易に可能になります。
再生可能エネルギーの導入促進に繋がると、地域社会の環境に対する意識が高まり、優れた環境技術の
実践が促進される。
3
川崎市の行政課題の一つである「低炭素社会の構築」に貢献することが期待される。
環境情報サイクルとは
環境（技術）情報を共有化することで「環境に優しい機器設備導入の補助」に繋がり さら
環境（技術）情報を共有化することで「環境に優しい機器設備導入の補助」に繋がり、さら
にそれが「その機器設備の導入及び情報提供」に発展し、その成果が「新たな環境情報」と
して提供されていくサイクルのことである。
環境情報サイクルのスパイラルアップにより 再生可能エネルギーの導入促進に繋がり
持続的な低炭素社会の構築
環境情報サイクルのスパイラルアップにより、再生可能エネルギーの導入促進に繋がり、
に貢献
Ｈ２３年度の研究内容
ｻｰﾊﾞｰｼｽﾃﾑの本運用
ｻｲﾄの取込（川崎市様、JFE所有）
規模
H25年度
（
市様、
所有）
環境情報（地中熱）のｵﾝﾗｲﾝ参照
地中採取熱量の予測
H25年度
ｻｰﾊﾞｰｼｽﾃﾑの確立と構築
公害監視ｾﾝﾀｰとの連携により環境情報の取込
ﾎﾟｰﾀﾙｻｲﾄと連携するWebﾍﾟｰｼﾞのｼｽﾃﾑ構築
H24年度
菅生こども文化ｾﾝﾀｰの見える化を
クラウドで試作･試験運用
H23年度
クラウドで試作 試験運用
5
年度
Ｈ２３年度の研究内容
1.
環境技術情報の収集ポイントの選定と基本データ採取
2.
採取データの加工と「見える化」実施
3.
環境情報連係システムの試験運用
菅生こども文化センター
「見える化」モニター
•
室外機の消費電力 (kW)
•
循環ポンプの消費電力 (kW
●採取した基本データ
JFEエンジデータサーバ
•
循環ポンプの消費電力 (kW
•
外気温度 (℃)
•
循環水地中入口温度 (℃)
•
循環水地中出口温度 (℃)
基本データ採取PC
へ送信
•
循環水地中出口温度 (℃)
•
循環水
流量 (L/min)
•
室内機
吸込空気温度 (℃)
Ｈ２４年度の研究内容
環境データベース画面
環境データベース画面
ＵＲＬ：
http://www.env-is.jp/index.php
Ｈ24年度研究内容イメージ図
E-mailによる
間欠送信
１回/日
ＨＰよりダウンロード
１回/日
7
菅生こども文化センター
地中熱設備利用状況
川崎市公害監視センター
計測大気情報２次利用
Ｈ２５年度の研究概要
ＵＲＬ：
htt ://
i j /i d
h
ＵＲＬ：
http://www.env-is.jp/index.php
①ＣＯＮ止めフタ受材溶接 ②ＣＯＮ止めフタ（下）溶接 ②ＣＯＮ止めフタ（下）溶接 ③～⑥ ズレ止め・ストッパー溶接 ⑦杭頭補強筋D25溶接 （図中表記略） ⑧採熱管（図中Ｕチューブ） （高密度ポリ管PE100）挿 入 ⑨ＣＯＮ止めフタ（上）および バルブソケット取付 ⑩バルブソケットと採熱管の 隙間をパテ等で隙間埋め ※施工の進捗を見ながら 杭内に水張り 第１帯水槽 第２帯水槽 3 0 6 1 0 1 2 6 4 0 1 1 0 31 2 4 8 2 7 7 2 3 5 2 4 1 9 6 3 1 1 3 8 1 2 2 4 6 3 9 8 0 2 300 1545 602 976999 1985 2444 943 620 755 1020 911 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月 消費 電力量 ( kW h ) 循環水ﾎﾟﾝﾌﾟ 消費電力量 地中熱HP 消費電力量 空気熱HP 消費電力量 室内機消費電力量 通常空調機の場合(+室内機) 2,352 3,097 29% 33% 35% 3,000 4,000 W h) 30% 40% ー 率 (%) GeoTOPIA 一般空調 省エネルギー率 549 367 613 1,566 2,017 404 677 863 ,35 9% 19% 0 1,000 2,000 4月 5月 6月 7月 8月 消費電力 (k W 0% 10% 20% 省エ ネルギ ーＨ２５年度の研究実施進捗状況
H２５年度実施内容提案
１．Ｈ２３・２４年度にて構築したネットワークを介してＪＦＥ
エンジニアリングが保有する全国の環境情報（地中熱利用設備）
サイトの取込み。
２．川崎市が保有する地中熱利用設備施設の取込み（川崎市環境総合研究
所
び南
ど
文化
）
所及び南河原こども文化センター）
３．環境データベース内のコンテンツの新規作成および運用の最適化検討
（システム概要や施工事例など）
４
地中熱の「見える化」のオンライン参照
４．地中熱の「見える化」のオンライン参照
５．各サイトごとの地盤条件、地下水量データより地中から採取できる
熱量
見える化
9
熱量の見える化
全国の環境情報(地中熱利用設備)サイトの取込み
1.
Ｈ２３・２４年度にて構築したネットワークを介してＪＦＥエンジニアリングが保有する全
国の環境情報（地中熱利用設備）サイトの取込み
GeoTOPIAの運転状況
GeoTOPIAの運転状況
GeoTOPIAの運転状況
GeoTOPIAの運転状況
GeoTOPIAの運転状況
GeoTOPIAの運転状況
GeoTOPIAの運転状況
地中熱を外気処理に利用
し、夏季は温度の低い外
気を、冬季は温度の高い
外気を導入している。
川崎市が保有する地中熱利用設備施設の取込み
2.
川崎市が保有する地中熱利用設備施設の取込み。
（川崎市環境総合研究所及び南河原こども文化センター）
環境総合研究所
GeoTOPIAの運転状況
他社製地中熱利
川崎市総合教育センターHPより（一部改）
南河原こども文化センター
他社製地中熱利用
ヒートポンプにより稼動
11
コンテンツの新規作成１
3.
環境データベース内のコンテンツの新規作成および運用の最適化検討
設備の概要図
設備のシステムイメージ図
◆菅生こども文化センターの地中熱空調システム
建物下,基礎杭(鋼管杭)に水充填し地中採熱管をその内部へ挿入、循環水ポンプで水循環させ
地中熱ヒートポンプへと供給をする
地中熱ヒートポンプは冷媒(R410A)にて室内へ熱供給する(PACｴｱｺﾝ同様)
建物 (438m
2
)
地中熱ヒートポンプ
定格空調能力 : 67.0 kW
定格消費電力 : 11.2 kW
室内機
水が地中を循環し冷却され
・ ・ ・ ・ ・
鋼管杭(水充填)
約13ｍ × 21本
循環水ポンプ(2.2kW)
水が地中を循環し冷却され
地中熱ヒートポンプに導入
コンテンツの新規作成２
技術情報（材料紹介・選定・施工要領）
技術情報（材料紹介・選定・施工要領）
強度
熱伝導率
コスト
継手箇所
耐食性
施工性
●地中熱利用に使用する採熱配管の特徴など
ポリエチレン管
○
△
◎
◎
◎
◎
ステンレス管
◎
◎
△
△
○
△
鋼管
◎
◎
△
△
△
△
銅管
◎
◎
△
△
○
△
配 管 材 料 施工手順 フーチング内配管の施工手順●材料の紹介・施工要領等
※１ 高密度ポリエチレン管（ＰＥ100） JFEエンジニアリング㈱ GeoTOPIA-tube （外径34mm 内径27mm ：呼び径25Ａ） 配管用炭素鋼鋼管（ＳＧＰ（白）） または フランジ継手ねじ込み継手 1F床下ピットF （フーチング出口仕切弁～ヒートポンプ） 使用材料 使用継手 使用場所 電気融着継手 ※１ 電気融着継手 ※１ 熱源水配管 使用材料 杭 内 高密度ポリエチレン管（PE100）※1 （Ｕチューブ×２対） 高密度ポリエチレン管（PE100）※1 1F床下ピットF （フーチング出口仕切弁まで） 【杭頭レベルが整えられてから、杭内へのＵチューブ挿入完了までの手順】 施工手順 杭内・基礎内の配管（Ｕ字管）までの施工手順 ① ② 対象の杭が所定の杭頭レベルに整えられ、ストッパー・ずれ止めが溶接されている ことを確認する（溶接は建築工事） 杭内へ水道水を注入(※1）し、満水試験を行う （杭内に水位をマークし、24時間放置後水位確認） 切断したＵ字管の水圧試験を行う（水圧試験方法はP-１０による） ※杭内挿入前作業 ③ 【U字管挿入完了後、フーチング内配管の施工手順】 ④ ① 耐圧版打設後、各杭内のU字管同士を融着接合する （接合図は下図、融着方法はP－１５～１７参照） U字管同士の接合は、マークのある管同士およびマークのない管同士を接合する 継手部等の保護管を取り付けられない箇所については ロックウールで保護する ② フーチング内の融着完了後、水圧試験を行う （P－１０参照） ③ 水圧試験完了後、横引配管に保護管（PF管）を取り付ける。 ただし、フーチング飛び出し部はエフレックスにて保護する(貫通後250～300mmま で） ※測温抵抗体を挿入する杭については、測温抵抗体ケーブル類も同様 【基礎コンクリート打設後、フーチング貫通部から仕切弁までの施工手順】 施工手順 フーチング貫通部から仕切弁までの施工手順 JFEエンジニアリング㈱ GeoTOPIA tube （外径34mm、内径27mm ：呼び径25Ａ） ① Ｕ字管（杭内） ② 横引き管（杭頭からフーチング埋設部およびフーチング出口ピット内仕切弁まで） ③ ＥＦソケット、ＥＦエルボ、ＥＦチーズ ① U字管 （シングル管×２対） ② 横引管 ⑥U字管の先端（杭頭部）に往き還りの片側のみ識別用のマーキング(ポリ管用の可塑性のないものを使用する)を行う（杭頭部でのU字管同士の繋ぎ間違い防止用） 半月状のコン止め蓋（孔なし）を杭内に設置する ⑧ ⑦ U字管を２対杭内に挿入する Ｕ字管先端に、挿入時浮き上がり防止用の錘（１０～３０ｋｇ）を取り付ける（※２） ④ ⑤ U字管内の水がこぼれないようにテープ等(ポリ管用の可塑性のないものを使用す る)で仮の封をする 半月状のコン止め蓋（孔あり）を孔にU字管2対を通しながらコン止め蓋を杭内に設 置する ⑨ ※上記①～⑤の作業はフーチング部配筋前に行う。 ④ 継手部等の保護管を取り付けられない箇所については、ロックウ ルで保護する フーチング部配筋時に配管類の損傷がないよう必要に応じ位置の調整を行う （型枠完了後、飛び出し部パイプの破損（折れ）を防止するための措置を講じる） ⑤ ⑥ 横引管が所定の高さ、位置となるように耐圧版に支持する ※測温抵抗体を挿入する杭については、測温抵抗体ケーブル類も同様 断面 【基礎コンクリ ト打設後、フ チング貫通部から仕切弁までの施工手順】 ③ 先端にメカ継手および仕切弁を取り付ける ④ 水圧試験を行う（P-１０参照） 立ち上がり管をサドルバンド等でフーチング側面に支持する ⑤ ① ② 配管に損傷が無いか目視で確認する フーチング出口の横引管にEFエルボおよび立ち上がり管（高密度ポリエチレン管） を電気融着する （エフレックス管等の余長分は切断する）③-1 EFソケット ③-2 EFエルボ ③-3 EFチーズ
⑬(挿入完了後のＵチューブは近傍に地足場がある場合はその部材に仮の固縛を行う) ⑫ 杭と蓋の隙間、孔とU字管との隙間をパテ等で埋める U字管に保護管（PF管）を取り付ける 保護管の上端部分にパテ等によるストッパーを設け保護管を固定する 杭と蓋、孔とU字管との隙間をパテ処理等にて塞ぐ ⑪ ⑩ パイルキャップ要領図 合計42組 フーチング内部配管要領（測温抵抗体無し） 平面 ※エフレックス管はPE管保護のため200～300mm程度フーチング外面 から突出させておき、ピット内横引配管時に長さを調整する。 ※測温抵抗体ケーブル類の養生等は別途 とする
13
杭挿入時 杭頭部要領図 (測温抵抗体無し） ピット内配管（仕切弁まで）要領図進捗状況４：「見える化」のオンライン参照
4.
地中熱の「見える化」のオンライン参照
4500
5000
循環水ﾎﾟﾝﾌﾟ 消費電力量
地中熱HP 消費電力量
空気熱HP 消費電力量
室内機消費電力量
通常空調機の場合(+室内機)
１
電力使用量の見える化
1 0 1 2
6 4 0
1 1 0 3
1 2 4 8
2 7 7 2
3 5 2 4
1 9 6 3
1 1 3 8 1 2 2 4
6 3 9
8 0 2
1545
999
1985
2444
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
消費電
力量(
kW
h
)
１．電力使用量の見える化
3 0 6
6 3 9
300
602
976
999
943
620
911
1020
755
0
500
1000
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月 11月 12月 1月
2月
3月
350
473
422
438
717
921
1134
463
453
400
600
800
1000
1200
1400
2排出量
(
kg
)
CO2排出量（地中熱利用システム） kg
２．CO2排出量の
見える化
288
350
139
279
0
200
400
4月
5月
6月
7月
8月
9月 10月 11月 12月 1月
2月
3月
2012
2013
CO
17 8
19 2
19.2
27.1
26.8
23.2
20
25
30
35
地中出口温度 ℃
外気温度 ℃
17.8
13.7
10.6
9.2
19.2
-2.3
5.5
13.0
-5
0
5
10
15
20
7月
8月
9月
10月
11月
12月
温度
(
℃
)
３．地中温度と外気温度
比較の見える化
29%
3 097
33%
35%
4,000
40%
)
GeoTOPIA
一般空調
2012年
比較の見える化
549
367
613
1,566
2,017
404
677
863
2,352
3,097
9%
19%
29%
1,000
2,000
3,000
消費電力
(k
W
h
)
10%
20%
30%
省エ
ネル
ギー率
(%
)
般 調
省エネルギー率
0
4月
5月
6月
7月
8月
0%
３．一般空調と比較して
の省エネルギー率
進捗状況５：地中から採取できる熱量の見える化１
5.
各サイトごとの地盤条件、地下水量データより地中から採取できる熱量の見える化
Step１
周辺の河川状況の確認
Step２．
（帯水層深度や間隔）
ﾎﾞｰﾘﾝｸﾞﾃﾞｰﾀから帯水層の確認
多摩川
Step１．
周辺の河川状況の確認
（帯水層深度や間隔）
川崎市環境総合研究所
多摩川
第１帯水槽
第２帯水槽
南河原こども文化
センター
15
地盤情報（地下水の有無判断材料）
河川状況（地下水の有無判断材料）
地中から採取できる熱量の見える化２
Step３．
実測からの地中採熱量のまとめ
H25.9.1 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h 日付 電力消費量 （地中熱） （他熱源） 電力消費量 1次ｴﾈﾙｷﾞｰ 依存率 稼働時間 地中熱利用 省エネ率 システム 地中熱ｼｽﾃﾑ 熱生産量 熱生産量 従来システムStep４．
可能採取熱量の評価
●ロギングしているデータより冷房、暖房ピーク時のある
一定時間内、空調機出力（W）、地中温度平均値（℃）を
H25.9.2 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.3 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.4 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.5 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.6 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.7 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.8 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.9 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.10 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.11 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.12 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.13 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.14 0.09 MWｈ 1002 MJ 662 MJ 0.13 MWｈ 483.5 MJ 60 % 31.0 % 15.3 h抽出する。
下記、式により熱伝導率を算出する。
λ
eff
＝
Q
4πHs
H25.9.15 0.01 MWｈ 0 MJ 0 MJ 0.01 MWｈ 20.9 MJ 0 % 0.0 % 0.0 h H25.9.16 0.03 MWｈ 331 MJ 171 MJ 0.04 MWｈ 140.6 MJ 66 % 19.3 % 8.9 h H25.9.17 0.02 MWｈ 159 MJ 81 MJ 0.02 MWｈ 65.3 MJ 66 % 0.0 % 8.7 h H25.9.18 0.01 MWｈ 0 MJ 0 MJ 0.01 MWｈ 20.7 MJ 0 % 0.0 % 0.0 h H25.9.19 0.01 MWｈ 0 MJ 0 MJ 0.01 MWｈ 20.7 MJ 0 % 0.0 % 0.0 h H25.9.20 0.07 MWｈ 601 MJ 534 MJ 0.10 MWｈ 362.6 MJ 53 % 32.8 % 9.0 h H25.9.21 0.02 MWｈ 212 MJ 129 MJ 0.03 MWｈ 124.5 MJ 62 % 28.6 % 5.9 h H25.9.22 0.01 MWｈ 10 MJ 6 MJ 0.01 MWｈ 25.2 MJ 65 % 5.9 % 0.4 h H25.9.23 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.24 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.25 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.26 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.27 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h：有効熱伝導率 （W/(m・K））
：加熱出力（W）
：地中熱交換器有効深度（ｍ）
：傾き（K）
ここで、傾きｓとは、レスポンスカーブを直線近似したときの傾きである。
λ
eff
Q
H
s
空調負荷（熱生産量）まとめ（日ごと）
H25.9.28 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.29 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h H25.9.30 MWｈ MJ MJ MWｈ MJ % % h 合計 0.26 MWｈ 2314.91 MJ 1582.63 MJ 0.35 MWｈ 1263.9 MJ 372.2 % 117.6 % 48.2 h：還り温度（℃）
：加熱循環時間（s）
：近似直線の切片（℃）
T
out
＝
s・ｌｎ(t)＋ｍ
T
out
t
m
●上記式で算出した熱伝導率 ボ
リングデ タ地層の熱
9074kWh
5536kWh
12.4℃
8000
10000
12000
量
(k
Wh
)
12
14
16
18
20
度
（℃
）
地中採熱量 kWh
外気温度（平均） ℃
●上記式で算出した熱伝導率、ボーリングデータ地層の熱
伝導率を比較し、地下水の有無を推測する。
4758kWh
5536kWh
5.9℃
5.3℃
0
2000
4000
6000
1月
2月
3月
2013年
地中
採熱
量
0
2
4
6
8
10
外気
温
度
地中採取熱量の積算（月ごと）
地中から採取できる熱量の見える化３
Step5．地盤の熱伝導率からのシュミレーション
●ボーリングデータから地層が分かるため各層毎の熱伝導率が
分かります。下記表参照
コンクリート
鉄
砂
ソイル
熱伝導率
熱伝導率
W/m・K
2.56
50
1.7
1.6
物質の熱伝導率（例）
●地下水があるかどうかでこの熱伝導率が大幅に変わってきます。
地下水が豊富にあれば熱伝導率が上表値より３倍～５倍になって
きます
きます。
●実測値から求めた熱伝導率から採熱シュミレーションソフト
（JFEエンジニアリング開発）を利用した
地中へ熱負荷を
17
（JFEエンジニアリング開発）を利用した、地中へ熱負荷を
かけた場合の地中温度を算出する。
地中から採取できる熱量の見える化４
Step5．地盤の熱伝導率からのシュミレーション
●採熱シュミレーションソフト画面例１
地中採熱配管の条件
地中採熱管周辺の地
盤条件
地中採熱管を流れる
流量
地中から採取できる熱量の見える化５
Step5．地盤の熱伝導率からのシュミレーション
●採熱シュミレーションソフト画面例２
Ground Data 1- Geological Thermal Parameter
Depth
Density
Specific
heat
Thermal
conductivity
DataCount
Lg
ρg
Cpg
λg
Input File Generate
Ground Data 2- 地盤初期温度
Heat Input - 熱入力プログラム
地中
深さ
地中
温度
time
熱入力
Count
L
gTg
Count
t
No.
3
m
℃
No.
29
h
days
W
1
-
0
17
1
-
8 00
0 3333 0
DataCount
Lg
ρg
Cpg
λg
No.
10
[m]
[kg/m
3
]
[J/kg・K]
[W/m・K]
1
粘土
0
1700
1800
2.44
2
粘土
1
1700
1800
3.05
3
砂礫＋粘土
3
1960
1200
2.77
4
砂礫＋粘土
5
1960
1200
3.63
5
砂礫＋粘土
7
1960
1200
3.31
1
-
0
17
1
-
8.00
0.3333 0
2
-
2
17
2
-
8.01
0.3338 4,430
3
-
13
17
3
-
20.00
0.8333 4,430
4
-
4
-
20.01
0.8338 0
5
-
5
-
32.00
1.3333 0
6
-
6
-
32.01
1.3338 4,430
7
-
7
-
44.00
1.8333 4,430
砂礫
粘土
6
砂礫＋粘土
9
1960
1200
6.17
7
砂礫
11
2600
1500
3.76
8
砂礫
13
2600
1500
12.00
9
砂礫
15
2600
1500
30.02
10
シルト＋砂礫
17
2600
1500
3.74
11
12
8
-
8
-
44.01
1.8338 0
9
-
9
-
56.00
2.3333 0
10
-
10
-
56.01
2.3338 4,430
11
-
11
-
68.00
2.8333 4,430
12
-
12
-
68.01
2.8338 0
13
-
13
-
80.00
3.3333 0
14
-
14
-
80.01
3.3338 4,430
12
13
14
15
16
17
18
15
-
15
-
92.00
3.8333 4,430
16
-
16
-
92.01
3.8338 0
17
-
17
-
104.00
4.3333 0
18
-
18
-
104.01
4.3338 4,430
19
-
19
-
116.00
4.8333 4,430
20
-
20
-
116.01
4.8338 0
20
-
21
-
128 00
5 3333 0
8
19
20
21
22
23
24
25
20
21
128.00
5.3333 0
20
-
22
-
128.01
5.3338 0
20
-
23
-
140.00
5.8333 0
20
-
24
-
140.01
5.8338 0
20
-
25
-
152.00
6.3333 0
20
26
152.01
6.3338 0
20
27
164.00
6.8333 0
20
28
164 01
6 8338 0
25
19
地層条件、各層の深度入力
各層の熱伝導率
20
28
164.01
6.8338 0
20
29
176.00
7.3333 0
地層の温度
（初期値）
地中にかける
熱負荷入力
地中から採取できる熱量の見える化６
Step5．地盤の熱伝導率からのシュミレーション
●採熱シュミレーションソフト結果出力（例）
採熱シミュレーション検討結果
１.概要
設置する杭の中の採熱用ポリチューブから得られる熱量を前提に、採熱温度の推移、及び熱源の効率を 予測する。図1に解析ﾓﾃﾞﾙ 図、図2にｼｽﾃﾑﾌﾛｰを示す2.評価手法ー地中熱シミュレータ
各種条件(入力条件:設定D 地中熱ｼﾐｭﾚｰﾀｰ諸元)を入力し、循環水出口温度等を推測する事で循環水地中入口/出口温度が適切 であるかを検討する。 105 120 135 150 ◆設定A 地中熱ﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟ能力 単位 冷房 暖房3.結果-結論
a) 地中熱源 1054.8kW に対し, 地中熱交換器 10.0m × 1200 本 で採熱量を確保出来る。 採熱量原単位は 516.7 W/杭mである。 b) 冷房ﾋﾟｰｸ時期の循環水平均温度は 24.8℃ MAX温度は 28.0℃ である。 平均熱源COP 5.69 , 平均ｼｽﾃﾑCOP 5.01 ※補機動力(循環ﾎﾟﾝﾌﾟ)を考慮 c) 暖房ﾋﾟｰｸ時期の循環水平均温度は 13.8℃ MIN温度は 11.5℃ である。 平均熱源COP 3.91 , 平均ｼｽﾃﾑCOP 3.58 ※補機動力(循環ﾎﾟﾝﾌﾟ)を考慮 であるかを検討する。 シミュレーションのフローチャートを図3に示す。 シミュレーターにより推定されたHP入口温度の平均値、 MAX値(冷房時),MIN値(暖房時) を算出し、それらに対する成績係数(COP)の関係性を 示す。 (1) 杭本数 本 210 240 270 300 210 240 270 300 (2) 定格 kW 1055 1,055 1,055 1,055 1,055 1,055 1,055 1,055 (3) 消費電力 kW 192.0 185.4 180.5 176.6 268.1 269.5 267.3 265.6 (4) 熱源水HP入口温度 ℃ 25.9 24.8 23.9 23.2 14.1 13.8 14.3 14.7 (5) COP - 5.49 5.69 5.84 5.97 3.93 3.91 3.95 3.97 (6) 循環水ポンプ 循環水量 L/min 3574 3555 3541 2353 3574 3555 3541 2353 (7) 循環水ポンプ 消費電力 <想定値> kW 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 (8) システムＣＯＰ - 4.86 5.01 5.13 5.23 3.60 3.58 3.61 3.63 (9) 地中放熱量(冷房) : (2) + (3) kW 1247 1240 1235 1231 787 785 787 789 地中放熱量(暖房) : (2) - (3) ◆設定B 採熱杭 単位 ( ) 杭径◆ 循環水温度の経時変化
・機器定格： 1054.8 kW ・杭にかける熱負荷 ◆熱源負荷とヒートポンプ入口（地中出口）温度の関係参照 ・地盤データ 柱状図より土質入力 ・杭 φ1200の鋼管杭内（水充填)に 長さ10mのu-tubeを5本挿入想定 ・運転パターン 10h/日 × 5日/週 稼動 熱源能力設定(設定A) 採熱杭スペック設定(設定B) 循環水分岐路設定(設定C) 循環ポンプスペック設定(設定A) 開始 恒常温度域 (10) 杭径 mm φ1200 φ1200 (11) Utube 差込長さ m 10.0 10.0 (12) 杭 本数 (Utubeﾀﾞﾌﾞﾙは 1本/杭) 本 1050 1200 1350 1500 1050 1200 1350 1500 (13) 地中 総放熱量 kW 1247 1240 1235 1231 787 785 787 789 (14) 単位放熱量 W/tube m118.7 103.3 91.5 82.1 74.9 65.4 58.3 52.6 34.0 29.6 26.3 23.5 ◆設定C 循環水 分岐路杭 No. ﾊﾟｽ No. U-tube 地中配管 流量 放熱量(kW/ﾊﾟｽ) 吸熱量(kW/ﾊﾟｽ) 本数 総長 杭本数 杭本数 (m) (l/min) 1350 1350 P1 10 200 26.2 9.15 5.83 P2 10 200 26.3 9.19 5.82 P3 10 200 26 3 9 19 5 82 ◆熱源負荷とヒートポンプ入口（地中出口）温度の関係 杭に与える熱負荷に対する、ヒートポンプの入/出口（循環水）の温度予測値を求め、 熱源COP値を確認する。 冷房 暖房 杭数 HP出口 HP入口 熱源COP HP出口 HP入口 熱源COP
本 W/tube m平均 MAX 平均 MAX 平均 MIN 平均 MIN 平均 MIN 平均 MIN 210 119 29.4 34.7 25.9 29.7 5.49 4.88 12.6 9.2 14.1 11.5 3.93 3.79 240 103 28.2 33.0 24.8 28.0 5.69 5.14 11.9 7.9 13.8 11.5 3.91 3.76 270 92 27.4 31.7 23.9 26.8 5.84 5.35 12.4 8.6 14.3 12.2 3.95 3.81 300 82 26.7 30.7 23.2 25.7 5.97 5.52 12.7 9.2 14.7 12.8 3.97 3.85 <冷房時 杭：140本> <冷房時 杭：160本> 乱流熱伝達 >10L/min 圧力損失低減 <40L/min 循環水分岐路設定(設定C) ｼﾐｭﾚｰﾀ諸元入力(設定D) ﾊﾟｽ流量10-35L/min 循環水温度 < 規定温度 熱入力ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ作成(設定D) 採熱杭本数上限? yes 図1. 解析モデル図 ・・・ 4ﾊﾟｽ 分岐 ・・・ P3 10 200 26.3 9.19 5.82 P4 10 200 26.3 9.19 5.82 P5 10 200 26.3 9.19 5.82 P6 10 200 26.3 9.19 5.82 P7 10 200 26.3 9.19 5.82 P8 10 200 26.3 9.19 5.82 P9 10 200 26.3 9.19 5.82 P10 10 200 26.3 9.19 5.82 P11 10 200 26.3 9.19 5.82 P12 10 200 26.3 9.19 5.82 P13 10 200 26.3 9.19 5.82 P14 10 200 26.3 9.19 5.82 P15 10 200 26.3 9.19 5.82 <冷房時 杭：140本> <冷房時 杭：160本> 場所打杭 240 本 103.3 W/杭m 25.8 W/Utube-m 10 15 20 25 30 35 40 0 24 48 72 96120 144 168 循 環水温 度（℃） 時間(hr) HP出口 HP入口 運転5日間の稼働中循環水温度の 平均値から効率を求める 週末停止 10 15 20 25 30 35 40 0 24 48 72 96120 144 168 循環水 温度（℃ ） 時間(h ) HP出口 HP入口 図3. 熱計算 成立フローチャート 熱源能力固定？ 不成立 成立 図2. 地中熱配管接続ルート 4ﾊ ｽ 1ﾊﾟｽあたり 杭6本 or 7本 (U-tubeﾀﾞﾌﾞﾙ6 or 7往復) 杭計 26本 U-tube (Double) 差込長 13m 水鉄 ｿｲﾙｾﾒﾝﾄ ｺﾝｸﾘｰﾄ ﾍｯﾄﾞ流量には70L/min 流れるものとする P16 10 200 26.3 9.19 5.82 P17 10 200 26.3 9.19 5.82 P18 10 200 26.3 9.19 5.82 P19 10 200 26.3 9.19 5.82 P20 10 200 26.3 9.19 5.82 P21 10 200 26.3 9.19 5.82 P22 10 200 26.3 9.19 5.82 P23 10 200 26.3 9.19 5.82 P24 10 200 26.3 9.19 5.82 P25 10 200 26.3 9.19 5.82 P26 10 200 26.3 9.19 5.82 P27 10 200 26.3 9.19 5.82 P28 10 200 26 3 9 19 5 82 循環水温度の経時変化（冷房時） 循環水温度の経時変化（冷房時） <暖房時 杭：140本> <暖房時 杭：160本> 20 17.7 6 8 10 12 14 16 18 20 循 環水温 度（℃） HP出口 HP入口 時間(hr) 週末停止 6 8 10 12 14 16 18 20 循 環水 温度 （ ℃ ） HP出口 HP入口 時間(hr) P28 10 200 26.3 9.19 5.82 P29 10 200 26.3 9.19 5.82 P30 10 200 26.3 9.19 5.82 P31 10 200 26.3 9.19 5.82 . 循環水温度の経時変化（暖房時） 循環水温度の経時変化（暖房時） 0 2 4 6 0 24 48 72 96 120 144 168 循 時間(hr) 運転5日間の稼働中循環水温度の 平均値から効率を求める 0 2 4 6 0 24 48 72 96 120 144 168 循 時間(hr)
