場所打ち杭を用いた地中熱空調システムの実用化に関する研究

－実大実験装置による熱特性の把握とコスト試算－

関根賢太郎^＊１・大岡龍三^＊２・横井睦己^＊３・柴芳郎^＊４・黄錫鎬^＊５・南有鎭^＊５

地中熱空調システムは、夏季冷房時に土壌をヒートポンプの放熱源、冬期暖房時には採熱源として利用することで、季節間を通した排熱の有効利用を図り、省エネルギーや二酸化炭素排出削減に貢献する空調システムである。また建物からの空調排熱を大気に放熱しないため、都市部におけるヒートアイランド防止にも寄与するものと期待できる。しかし、地中熱交換器の設置コストが普及の阻害となっている。本研究は、地中熱利用空調システムの普及・実用化を目的とし、地中熱交換器施工コスト削減のために、場所打ち杭を熱交換器として併用したシステムの検討を行うものである。本報は、実大実験装置を用いて事務所ビルでの空調運転を想定したヒートポンプの運転を行い、場所打ち杭を用いた地中熱利用空調システムの地中採放熱量や土壌温度変動の把握および運転時の水冷式ヒートポンプ能力の導出を目的として夏期冷房および冬期暖房実験を行った結果について報告する。

キーワード：地中熱，場所打ち杭，冷暖房システム，実験

Development of a Ground-Source Heat Pump System with Ground Heat Exchanger Utilizing the Cast-In-Place Concrete Pile Foundations of a Building

- An Outline of System and Experimental Facilities and the Performance in Summertime and Wintertime -

Kentaro SEKINE^*1, Ryozo OOKA^*2, Mutsumi YOKOI^*3, Yoshiro SHIBA^*4, Suckho HWANG^*5 and Yujin NAM^*5

Ground-source (Geothermal) heat pump (GSHP) systems can achieve a higher coefficient of performance than conventional air-source heat pump (ASHP) systems. However, GSHP systems are not widespread in Japan because of their expensive boring costs. The authors have developed a GSHP system that employs the cast-in-place concrete pile foundations of a building as heat exchangers in order to reduce the initial boring cost. In this system, eight U-tubes are arranged around the surface of a cast-in-place concrete pile foundation. The heat exchange capability of this system, subterranean temperature changes and heat pump performance were investigated in a full-scale experiment. As a result, the average values for heat rejection were 186~201 W/m (per pile, 25 W/m per pair of tubes) while cooling. The average COP of this system was 4.6 while cooling, rendering this system more effective in energy saving terms than the typical ASHP systems. The initial cost of construction per unit for heat extraction and rejection is 72yen/W for this system, whereas it is 300yen/W for existing standard borehole systems. Therefore, this system is expected to be commercially applicable.

keywords: ground-source, cast-in-place concrete pile foundation, heating & cooling system, experiment

＊１　技術センター建築技術研究所環境研究室
＊２　東京大学生産技術研究所
＊３　設計本部設備計画グループ
＊４　ゼネラルヒートポンプ工業
＊５　東京大学大学院