2004 年 10 月 31 日 北海道大学 長野克則 IEA Heat Pump Implementing Agreement, Annex29
“Ground Source Heat Pumps -Overcoming Market and Technical Barriers” Kick Off Meeting, in Arsenal Research, Vienna, Austria, 13-15, September, 2004 国際エネルギー機関 ヒートポンプ実施協定 付属書２９「地中熱源ヒートポンプ ―市場および技術的障害の克服」 第１回専門家会議（2004 年９月 13 日∼15 日、オーストリア、ウィーン）出席報告 1. 日時 専門家会議：2004 年９月１３日（月）、１４日（火）、見学会：９月１５日（水） 2. 会場 オーストリア、ウィーン、Arsenal 研究所 Projekt29 2 階会議室 3. 出席者：７カ国参加（オーストリア、スウェーデン、スペイン、ノルウェー、アメリ カ、カナダ、日本） ① オーストリア：Hermann Halozan（Graz 工科大学） Rene Rieberer ( 同上 )
Andreas Zottl (Arsenl 研究所) Karl Mittermayr （M-TEC 社） Andreas Bangheri (Helio Therm 社)
Cejka, Zdenek (Alfaco 社、チェコからのオブザーバー参加) ② スウェーデン： Martin Forsen（SVEP, スウェーデンヒートポンプ協会）
Fredrik Karlsson（stem, Swedish National Testing and Research institute) Anna-Maria Gustafsson（Lulea 大学）
③ ノルウェー： Jorn Stene (SINTEF Energy Research)
④ スペイン： Javier Urchueguia Scholzel（The Polytechnic University of Valencia） ⑤ アメリカ合衆国：Arun Vohra（DOE, エネルギー省）
⑥ カナダ：Vasile Minea (LTE Laboratory,ケベック水力発電の研究所) ⑦ 日本：Katsunori Nagano （北海道大学）
Takeshi Yoshii （（財）ヒートポンプ・蓄熱センター）
4. 専門家会議
4.1 ９月１３日（月曜日）10:00∼17:00
4.1.2 Halozan 教授から現在の GSHP の技術、導入事例について概要説明 Secondary Loop System（間接方式）
Direct expansion system (直膨方式、CO2 heat pipe 利用、70m 以上の深さまで可能） Combination of boiler and GSHP （ボイラーと GSHP の複合利用）
Foundation piles （基礎杭を地中熱交換器として用いる方法） Snow melting （融雪への応用）
Cooling and heating with ground tubes （水平地中埋設管による換気予熱・予冷） Low temperature heating device （低温暖房機器）
Two chillers system ---- one for low temp. and the other for high temp.（2 台冷凍機方式） Combination of co-generation system （コジェネレーションとの組み合わせ） Environmental impacts （環境影響）
4.1.3 自己紹介
3.の出席者を参照
4.1.4 各人からの GSHP に関する活動と HPP-ANNEX28 での活動内容案について発表 ① オーストリア：発表者：Andreas Zottl (Arsenl 研究所)
(1) Arsenal Research の紹介
直膨型GSHP の性能試験装置 研究所内施工訓練トレーニング施設 (2) 自分の研究開発内容と興味ある事項：Monitoring system の開発
(3) ANNEX29 の活動案：Market situation
Analysis of systems/application for different boundary condition Matrix of ground source systems
Control systems for DX heat pumps Ground coils with CO2 heat pipes
Field tests of large system for heating and cooling (incl. direct cooling) Design criteria for small system
Data evaluation
Information of architectures, planners and consumers (4) オーストリアの Heat Pump 市場の説明 石油危機直後の1980 年代初頭に最初のピークがあり、1981 年には 3300 システムが導入 された。これはドイツの会社が熱心にプロモーションをしたからであり、７割が空気―水 システム、２割が地中熱―水システムであった。その後、ヒートポンプ市場は漸減して1989 年には年間500 システム強しか導入されなかった。しかし、1990 年以降、暖房用灯油の値 上げ（環境税等の導入）によりヒートポンプの導入件数は増加に転じ、1996 年には 1500 台、 2000 年には 2000 台、2001 年には 2800 システムが導入された。 ② アメリカ合衆国：発表者：Arun Vohra（DOE, エネルギー省）
(1) DOE の Building Research Projects (建物研究プロジェクト)についての説明 (2) DOE の（地中熱に関する）活動と IEA ANNEX29 への参加について
・15 の製造メーカーがある ・2001 年には 35,600 台、2002 年には 37,140 台が製造された ・１台あたりの平均冷凍トンは2001 年は 4.6ｔであったが、2002 年には 3.4ｔと減少 b. ANNEX29 への貢献 ・米国のGHP 市場の外観 ・市場要因の効果 ― プログラム、リベート ― 気候、経験 ― 省エネルギー ・地中熱交換器設置コスト削減の方法 ― 地中からの採熱量増大の新しい方法 ・省コストに有効な Loop system の提案 c.米国における GHP 成功ストーリーの紹介 ―Fort Polk 基地（ルイジアナ州）内の住宅、4000 件の GHP への熱源改修 （1995-1996）→33%の省エネルギー →2003 年には省エネルギー効果が変わらないで得られていることを再確認
―水平埋設地中熱交換器の採熱特性の改善 →サイズの縮小、コストダウンにつながる ―地中熱交換器システムの優位性
―Ground-Charged HVAC System
→地中に埋設した PCM タンク（直径 0.3m、長さ 2ｍ）を冷凍サイクル内に夏 は凝縮器の後に、一方、冬は膨張弁の後になるように組み込む
③カナダ：発表者：Vasile MINEA, LTE, Hydro-Quebec (1) Hydro-Quebec の概要 水力発電100%の電力会社 (2) ANNEX29 へのカナダの貢献 ・ Task 1 : カントリー・レポート - 市場状況 - 関連法規 - 関連技術 ・ Task 2 : 実際の GSHP システムとそれらの技術的性能とコストの改善の方法 - カナダの典型的なシステム、施工方法、エネルギー使用、設計手法・ツール - カナダの気候、地質、地下水状況 - ケース・スタディ > LTES によるフィールドと研究所での大小システム測定（最低半年測定） - 暖房のみ - 暖冷房、排熱回収 - 垂直／水平 - 間接型・開放型、直膨型 - 空気式暖冷房、床暖房 - GSHP と地域冷暖房との組み合わせ
- 対象建物：事務所、学校、大学、住宅、レストラン、工業、農業、博物館、ホテル等 ・Task 3 & 4：GSHP の普及拡大へのカナダのアプローチ - カナダのエネルギー市場の今後の動向の分析 - カナダ GSHP 連合（協会）： 7- 8 GSHP manufactures - 設計ツールと NRCAN からの補助金 - 電力会社の新エネルギー効率プログラムについて
④オーストリア：発表者： Karl Mittermayr (M-TEC 社社長) CO2 – ヒートパイプ （特許）による GSHP システム
・ 50 軒に導入： - システムは良好に稼働、ユーザーの満足 - 地方環境局に導入 - 技術的優位性：熱伝達特性、粘性、機械的簡便性 - 開発に時間と労力、苦難、資金を要した - ヒートパイプの利用の機会は現在、多くはない ・ １ボアホールに４本のCO2 ヒートパイプを挿入する、 ・ オーストリアではボアホール掘削費は40 EUR/m ⑤スウェーデン：発表者：Fredrik Karlsson, SP (1) スウェーデンの GSHP 市場状況 年 HP 導入件数 1994 10,000 27% 地中. 73%外気、排気熱回収 1997 17,000 1998 18,000 1999 20,000 2000 25,000 2001 37,000 2002 40,000 2003 49,000 62% 地中, 38% 外気･排気熱回収→ground system:年間 30,000 軒以上導入
(2) 普及拡大への障害の克服 ・ 温度レベル ・ 電力供給 ・ 経済性 ・ GSHP 技術の受入 ・ 施工者の技術 ・ 信頼性 (3) スウェーデンのナショナル・チーム SVEP（スウェーデンヒートポンプ協会）：Martin Forsen SP（王立標準試験機関）: Fredrik Karlsson, Monica Axell KTH （王立工科大学）: Goran Hellstrom
Luea 工科大学 : Bo Nordel, Anna-Maria Gustafsson Lund 大学: Goran Hellstrom
(4) ANNEX29 活動案
Task 1 : State of the Arts (最先端情報), 市場解析 Task 2: GSHP マトリックス Task 3: 部材とシステムの改良 - 熱応答試験 - 容量制御 - 循環ポンプの効率 - 熱交換器の効率 - 冷媒封入量が少ないシステム - ボアホールのリチャージ（太陽熱、排気熱、パッシブ冷房など）
Task 4 法的規制の克服 - 大小の暖房、パッシブ冷房システムのモニタリング - GSHP システムの設計基準作り Task 5 経済性の克服 - コンパクトで浅い地中熱交換器の開発とデモンストレーション - GSHP システムのライフサイクルコスト（ソフトウェア解析の威信） Task 6 啓蒙普及 - 掘削業者、施工業者、建築設計者の教育 ⑥日本：発表者：長野克則（北海道大学） (1) 日本における GSHP の歴史 - 1950-1960 年代、研究がスタート - 1981 年の石油危機以降、札幌を中心に十数件の導入 (2) 日本の GSHP 市場状況 (3) 日本の GSHP 導入状況 (4) 施工例の紹介 - 融雪 - 事務所建物 - 基礎杭方式 (5) 日本における GSHP の優位点 (6) 市場普及への障害 - 未だ、良いGSHP の製品がない、工事の未熟さ - 低い知名度 - 高いイニシャルコスト：ヒートポンプ、掘削費 - 空気熱源の圧倒的な普及
(7) 最近の動向 - 欧州の動きに刺激されている - ヒートポンプユニット、掘削、Ｕチューブ、電力会社 - 2005 年度の GSHP の初期工事費の予想（220 万円くらい）−補助金 - 予想市場規模 - 鋼管基礎杭 - 協会、研究会の発足 (8) ANNEX29 での興味のある内容 - 間接方式 - 直膨方式 - 基礎杭方式（エネルギーパイル） - 高効率水熱源ヒートポンプ - 掘削費の削減 - 設計ツール → Task に取り上げることを提案 (9) ANNEX29 でしていただきたい活動 - 2, 3 回のワークショップを伴う専門家会議の開催（日本での開催を提案）
⑦スペイン：発表者：Javier Urchueguia Scholzel （バレンシア工科大学） (1) バレンシア工科大学が関与している GSHP 研究 1. GEOTHERMIA プロジェクト: 地中海性気候地域における水平型 GSHP（160m×5 loops, 1 インチパイプ、1.5m 深さ 2. CIATERRA プロジェクト: GSHP 水平型地中熱交換器の設計ツール 3. GEOCOOL プロジェクト: 欧州沿岸地域における GSHP 冷暖房 ・ 垂直型
(2) ANNEX29 への参加について
- 参加費の調達などは未だ決まっていない
⑧チェコ（オブザーバー参加）：発表者：Zdenek Cejka (Alfaco s.r.o)
＊Alfaco：東欧を中心とした冷凍機部品のディーラーのチェコ支店勤務 (1) チェコのヒートポンプ販売台数の推移
GSHP は 1995 年から導入開始、1999 年には空気熱源と反転、2001 年から急増、2003, 2004 年には年間400 システムくらいの販売
(2) Graz 工科大学との共同研究を行っている
⑨ノルウェー：発表者： Jorn Stene (SINTEF Energy Research) (1) ノルウェーのヒートポンプマーケット ・ ヒートポンプ市場への追い風 - 高いエネルギー価格（灯油、電気） - 低金利など ・ 過去５年間のヒートポンプへの興味の増大 - 住宅用、非住宅建物、地域冷暖房向け (2) ENOVA SF ・ 石油・エネルギー省の省エネ、自然エネルギー、石油代替エネルギープロジェクト) ・2002-2010 まで、年間 6 百万ユーロ（8 億円） (3) ノルウェーのヒートポンプ販売台数 2003 年：55100 台（内訳：94% 空気熱源, 1% 排気熱回収, 5% その他）
(4) 住宅用地中熱・地下水熱ヒートポンプの設置方法
・ 岩盤・地下水熱：岩孔による間接方式では100-200m の垂直型ボアホール、 外径40mmφシングルＵチューブ
・ 土壌システム：深さ80-150cm の土中に水平に外径 40mmφのパイプを 300-400m (5) GSHP システムの実例１：事務所ビルの冷暖房（Alnafossen kontorpark, Oslo, 2003）
・ 事務所建物、延べ床面積35,00m2、暖冷房は水システム ・ 暖冷房能力：1.2/0.8 MW ・ ピーク負荷・バックアップ用に油ボイラー ・ 電力会社により設置、管理、メンテがされている ・ 地中規模：64 ボアホール×200m（40mmφシングルＵチューブ使用） (6) GSHP システムの実例 2： GSHP 暖冷房（オスロ空港, Gardermoen, 1999） ・ ノルウェーの主幹空港の地域暖冷房 ・ ヒートポンプによるエネルギー集中供給 - 暖冷房能力：8.0/6.0 MW - 地下水が熱源・排熱吸収源 - アンモニア冷媒のヒートポンプ ・ 地下水熱源システム - 北ヨーロッパ最大の地下水熱源システム - 深さ45m の井戸（内径 250mm） - ９本の冷熱用井戸、９本の温熱用井戸、井戸間隔はそれぞれ50m/150m ・ 最大270,000 L/h の循環量
(7) GSHP システムの実例 3： GSHP 暖冷房（Nydalen Naeringspark, Oslo, 2004） ・ 住宅・事務所建物、延べ床面積180,00 m2 ・ ヒートポンプによる集中熱供給 ・ 暖房能力：6.0 MW、岩盤が熱源と排熱吸収源 ・ 冷房能力：9.5 MW、岩盤＋河川水による冷却 ・ 地中規模：180 ボアホール×200m（40mmφシングル U チューブで 2 本並列使用） ・ ヨーロッパ最大の（地下）蓄熱システム（1.6 百万 m3） ・ 供給開始／コミッショニングは2004 年から
(8) ノルウェーの IEA ANNEX29 の参加について ・ ENOVA SF の資金
・ SINTEF Energy Research によるナショナル・チーム ・ 現在のノルウェーの活動 - 新しいHome pageの立ち上げ：http://www.energy.sintef.no/prosjekt/Annex29/ - GSHP 施工業者、GSHP コンサルタント、ヒートポンプ協会などとの協働 4.2 ９月１４日（火曜日）9:00∼16:00 4.2.1 本日の予定 4.2.2 OA の Halozan 教授から ANNEX29 のレポート(案)について説明 >>章立て構成案<<
1.State of the art, Market Analysis （最新状況、市場分析）
Common flame work (template) condensed one （共通のフォーマットを使う） - Literature search （文献調査）
- Market situation in the participating countries （参加国の市場状況） - Analysis of Systems （システムの解析）
- Application under different boundary conditions （いろいろな条件下でのシステムの応用）
2. Matrix of ground source heat pumps （GSHP のマトリックス） - Climatic conditions （気象条件）
- Properties of the ground （地質条件）
- Small systems (with natural recovery) （小規模システム、自然回復型） - Large systems (with artificial recovery) （大規模システム、人為的回復型） - Large systems (using the ground as a store) （大規模システム、地下蓄熱型） - Low exergy systems （低エクセルギーシステム）
- Passive and low-heating & cooling energy building （パッシブ暖冷房ローエネルギー建物） - Life cycle cost – energy cost is not stable for （ライフサイクルコスト）
3. Improvement of components and systems （部材とシステムの改良） - Test of W/W, B/W and G/W Heat Pump Unit with different Refrigerants
(Proposal of a new EU regulation) （地中熱ヒートポンプの試験）
- Control systems for direct evaporation heat pumps （直膨方式の冷媒制御） - Ground coils with CO2 as heat carrier: liquid pump （CO2 熱媒）
- CO2 Heat pipes （CO2 ヒートパイプ方式）
4. Overcoming legal barriers, increasing of acceptance （法的規制の克服と認知） - DACH quality level; Heat pump, drilling, but not GSHP system (DACH 品質レベル) - Monitoring of small system （小規模システムのモニタリング）
- Monitoring of Large systems （大規模システムのモニタリング） - Data evaluation （測定データの評価）
- Verification of simulation models （シミュレーションモデルの検証） - Design criteria for small systems （小規模システムの設計基準）
* Ground heat source is included in the category of “Renewable Energy resources” (地中熱システムは再生可能エネルギーの範疇に含むようにする)
5. Overcoming economic barriers （経済的な障害の克服）
Life cycle cost: cooling is easy, heating is difficult for a lot of possibility （冷房容易、暖房難） Reducing first cost through advanced ground coil systems （初期投資の削減）
- Canada: 30 US$/m for large system: 25 US$/m 150mm φ (6 inches) - Norway 150 m / 6 hours
- Sweden 180 m / 2 days 54,000 SEK * 17 Yen/SEK =7,000 US$ = 39US$/m Financing scheme, subsidies （融資制度、補助金）
Contracting models （建設モデル、ESCO, PFI など）
Special tariffs for ground source systems (DSM) （電気料金の優遇） Handbook for large system （大規模システムのハンドブック）
6. Mitigation of green gas emissions （温暖化ガス排出の削減） Direct emissions （直接的排出）
Indirect emissions （間接的排出）
Potential for reducing emissions by （以下のよる削減可能性評価） - Increasing efficiency （効率上昇）
- Improvement of the refrigerants containment （冷媒封入量の改善） - Optimum system design （最適システム設計）
Emissions-reduction potential in the case of an increased market share （市場拡大による CO2 削 減効果の評価） 7. Products Websites of Annex29 （ホームページ） Final report （報告書） Workshops （ワークショップ） National Dissemination （国々での普及活動）
- Brochures （パンフレット）
- Courses （トレーニングコースなど） - Seminars （講習会）
- Conferences （講演会）
4.2.3 Next meeting and mile stone （次回会議と今後の日程） (1) 次回会議
Before of After the Heat Pump conference in 31 May –2 June, 2005 in Las Vegas, USA Tentative 30 May, 2005 (Monday) ヒートポンプ国際会議（2005 年 5 月 31 日∼6 月 2 日、ラスベガス）の前後 仮日程：５月３０日（月曜日）
(2) カントリー・レポート
カントリー・レポートは2005 年４月１５日まで (3) Legal text of Annex29 (ANNEX29 の契約書)
1. March 2004 – September 2006 (2 and a half years) （期間は2004 年 3 月∼2006 年 9 月までの 2 年半）
2. Host candidates: Sweden and Japan （会議開催のホスト候補、スウェーデンと日本） 3. Participant countries （参加国） 1 Austria 2 Japan 3 Sweden 4 USA 5 Canada 6 Norway 7 Spain（？）
計7 カ国の場合：負担金は 3,000 EUR （初年度）and 3,000 EUR（２年度目）
4. その他、参加を呼びかけている国：Germany, Switzerland, France, Netherlands, Finland, Korea, China など
(4) “Limitation” proposed by Yoshii: （報告書の開示制限、日本（吉井部長）からの提案） - Final reports will be limited to open to the other countries for one year （１年間は参加国のみ） - This is only for “The final report” （これは、最終報告書だけの話）
- But, the Swedish report will be opened. （しかし、スウェーデンの報告書は開示制限無し） - Interim reports: open （中間報告書はオープン）
4.2.4 ウィーン市内、および郊外の GSHP 導入施設見学 (1) 基礎杭方式の事務所ビル 建物名称；STRABAC，Vienna，Austria 特徴：- 地上１３F,地下４F、延べ床面積 22,000m2、 - 冷房負荷 2.1MW, 暖房負荷 1.5MW - 換気回数２回/h、ただし、自然換気併用 - 基礎杭：現場打ちコンクリート杭、口径：８５ｃｍ - 総基礎本数：３００から４００本 - 杭長さ：地下４F の床、コンクリート底板厚さ 1.2m から長さ 15m の杭を設置 - 熱出力 650kW のヒートポンプ×３台（6/12℃、33/37℃における出力値） - チュービング全長は 70km に達する - バックアップボイラーを有する STRABAC，Vienna，Austria の外観
エントランス前 オフィス内（床吹き出し空調＋自然換気）
各ヘッダに１２本のチューブが接続、それが スラブからのチューブ群へのヘッダ配管 １０対ある。ヘッダ以降は全パラレルで循環 への接続（電気融着ソケット使用）
米国 TRANE 社の ヒートポンプ×３台
(2) 垂直型 CO2 ヒートパイプを用いた直膨型システムの住宅 ウィーン市内から約40 分ぐらいの田園集落に建つモダンデザインの新築戸建ての住宅 にCO2 ヒートパイプを用いた直膨型 GSHP が採用されている。 地中熱交換器：垂直75m CO2 ヒートパイプ（3 本/カ所）×２カ所 ヒートポンプは暖房専用と給湯用の２台設置： ・暖房用はHeliotherm 社の直膨型、２次側は床暖房でスラブの熱容量を期待、 蓄熱槽やバッファタンクは有していない ・給湯用は、M-TEC の高温取り出しヒートポンプ＋ROTEX 断熱蓄熱タンク（間接加温、 間接給湯加温、内容量約500L の水）でタンク内の温水温度を常に 60℃に保つように制 御される。 住宅外観（手前がボアホール用マンホール） マンホール内部（４本 CO2×３ボア）
Heliotherm の直膨型 M-TEC 社の直膨型 ROTEX 社の温水タンク （暖房用） （給湯用） （間接加温・間接給湯）
4.3 ９月１５日（水曜日） 見学会 9:00∼16:00
4.3.1 Rail Tech Arsenal(RTA)の世界最大規模の風洞の見学 ・本年春に開所した、Rail Tech Arsenal の列車用大規模風洞
・大きさは、長さ100m、幅 5m、高さ 6m で人口降雪も備えて列車車両他、大型バス、 トラック、自動車などの空力性能評価に加えて、疑似日射照射装置を有しており、 特に、車室内温熱環境を評価できる風洞である。 ・性能は、温度範囲が-50℃∼60℃、風速 10∼300km/h、疑似日射 250-1000W/m2、 ・同時に、長さ100m の準備スペースを持つ ・この他に、長さ31m、幅 5m、高さ 6m の小風洞も有する。
・この会社の出資比率は、26%が Arsenal 研究所、29.6%が Bombardier Transportation、 14.8%が Alstom、14.8%が Siemens、14.8%が Ansaldobreda
4.3.2 Arsenal Research における再生可能エネルギー研究施設の見学 (1) 太陽光発電モジュール性能試験装置
(2) 太陽熱集熱器性能試験装置、およびフィールドテスト試験装置
(3) 直膨型 GSHP 性能評価試験装置
(4) GSHP 施工者トレーニング施設 (5) 旧風洞 (Rail Tech Arsenal に移転)
