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技術 地熱利用空調方法

出願人 清水建設株式会社
発明者 中村卓司
出願日 2015年11月26日 (5年11ヶ月経過) 出願番号 2015-231106
公開日 2017年6月1日 (4年5ヶ月経過) 公開番号 2017-096585
状態 特許登録済
技術分野 中央式空気調和 その他の空気調和方式
主要キーワード 配管水 除去熱量 処理熱量 省エネルギー量 プレクーリング 平均室温 技術手法 地中熱源
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年6月1日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

例えば温度が上昇して平日の空調に使用できない土壌熱利用冷水熱媒体)を、土日の温度の上がった室内の空調に利用することを可能にする地熱利用空調システムを提供する。

解決手段

冷凍機を用いて空調を行う日中有人になるときの空調対象2の温度と、日中無人になるときの空調対象2の温度との差が予め設定した値を超過するととともに、地中埋設した地中熱採取管1と空調対象2の間で熱媒体を循環させて日中無人になるときの空調対象2の空調を行うようにした。

概要

背景

年間を通じて温度が安定し、且つ外気温に対して夏季に低く、冬季に高いことから、地下水地中の熱を建物冷暖房等に有効利用する地熱利用空調システムが実用化されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。

また、地下水や地中の熱を利用した空調システムとして、地中熱を直接利用する直接方式、地下水を熱源水として利用する水熱源方式などの技術手法が提案、実用化されている。
例えば、地中熱を直接利用する直接方式の空調システムとしては、井戸内にU字状やスパイラル状のチューブを設置し、このチューブ内に水等を流通させつつ地下水との間で熱交換(採熱、放熱)を行う技術が知られている。

また、地下水を熱源水として利用する水熱源方式の空調システムとしては、ヒートポンプを用い地下水との間で熱交換を行う技術が知られている。

概要

例えば温度が上昇して平日の空調に使用できない土壌熱利用冷水熱媒体)を、土日の温度の上がった室内の空調に利用することを可能にする地熱利用空調システムを提供する。冷凍機を用いて空調を行う日中有人になるときの空調対象2の温度と、日中無人になるときの空調対象2の温度との差が予め設定した値を超過するととともに、地中に埋設した地中熱採取管1と空調対象2の間で熱媒体を循環させて日中無人になるときの空調対象2の空調を行うようにした。

目的

本発明は、上記事情に鑑み、例えば温度が上昇して平日の空調に直接使用できない土壌熱利用の冷水を、土日の温度の上がった室内の空調に利用することを可能にする地熱利用空調方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

冷凍機を用いて空調を行う日中有人になるときの空調対象の温度と、日中無人になるときの空調対象の温度との差が予め設定した値を超過するととともに、地中埋設した地中熱採取管と空調対象の間で熱媒体循環させて日中無人になるときの空調対象の空調を行うようにしたことを特徴とする地熱利用空調方法

請求項2

請求項1記載の地熱利用空調方法において、予測を伴うフィードバック制御により、前記熱媒体を循環させる運転開始時間を決めて空調対象の空調を行うことを特徴とする地熱利用空調方法。

技術分野

0001

本発明は、地熱利用空調方法に関する。

背景技術

0002

年間を通じて温度が安定し、且つ外気温に対して夏季に低く、冬季に高いことから、地下水地中の熱を建物冷暖房等に有効利用する地熱利用空調システムが実用化されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。

0003

また、地下水や地中の熱を利用した空調システムとして、地中熱を直接利用する直接方式、地下水を熱源水として利用する水熱源方式などの技術手法が提案、実用化されている。
例えば、地中熱を直接利用する直接方式の空調システムとしては、井戸内にU字状やスパイラル状のチューブを設置し、このチューブ内に水等を流通させつつ地下水との間で熱交換(採熱、放熱)を行う技術が知られている。

0004

また、地下水を熱源水として利用する水熱源方式の空調システムとしては、ヒートポンプを用い地下水との間で熱交換を行う技術が知られている。

先行技術

0005

特開2003−14385号公報
特開2011−226753号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、上記従来の地下水や地中の熱を利用する空調システムにおいては、毎日連続して土壌地下水熱を取り続けることで地中温度上がり、結果として利用する冷水温度が上がって直接冷房に利用できなくなり、ヒートポンプの利用が不可欠になり、且つヒートポンプの成績係数が著しく低下するという問題があった。

0007

例えば、図3には一週間の土壌配管の冷水温度の一例を示しており、また、表1は夜間の平均水温の一例を示しており、これら図、表の通り、採熱し続けて日にちが経過するにつれ水温が上昇することが確認されている。

0008

0009

一方で、例えばオフィスビルなどの室においては、平日は空調されて設定温度に保たれているが、土日などの休日冷房されないために温度が上昇し、土日の温度上昇が影響して月曜日の冷房処理熱量の増加を招くことが多々ある。

0010

例えば、図3には一週間の室温の一例を示しており、また、表2は空調時間の平均室温の一例を示しており、これら図、表の通り、空調の無い土日に温度が高くなり、平日に比べ休日の土日の室温が約7℃高くなることが確認されている。

0011

0012

このような背景から、温度が上昇した状態での地中熱の冷水の有効利用や、土日に上昇した室内の熱の有効利用を図る手法の開発が強く望まれていた。

0013

本発明は、上記事情に鑑み、例えば温度が上昇して平日の空調に直接使用できない土壌熱利用の冷水を、土日の温度の上がった室内の空調に利用することを可能にする地熱利用空調方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0014

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

0015

本発明の地熱利用空調方法は、日中有人になるときの空調対象の温度と、日中無人になるときの空調対象の温度との差が予め設定した値を超過するととともに、地中に埋設した地中熱採取管と空調対象の間で熱媒体循環させて空調対象の空調を行うことを特徴とする。

0016

また、本発明の地熱利用空調方法においては、予測を伴うフィードバック制御により、前記熱媒体を循環させる運転開始時間を決めて空調対象の空調を行うことが望ましい。

発明の効果

0017

本発明の地熱利用空調方法においては、例えば、日中無人になる土日に室温が上昇し、日中有人になる平日の運転などによって温度が上昇している熱媒体であっても、空調対象の室内の土日と平日の温度の差が予め定めた温度差よりも大きくなるとともに熱媒体の循環を開始するようにすれば、土日の空調に、冷凍機を動かす電力を使用しないで省エネルギー化を図りつつ、熱媒体の地中熱冷水を用いることが可能になる。

0018

よって、翌月曜日の空調負荷を減らすなど、空調の効率化及び低コスト化を図ることが可能になる。

図面の簡単な説明

0019

本発明の一実施形態に係る地熱利用空調システム(及び地熱利用空調方法)を示す図である。
本発明の一実施形態に係る地熱利用空調システム(及び地熱利用空調方法)の変更例を示す図である。
一周間の地中熱(熱媒体:土壌配管水温(戻り))と室温を比較した図である。

実施例

0020

以下、図1から図3を参照し、本発明の一実施形態に係る地熱利用空調方法について説明する。

0021

ここで、本実施形態は、地下水熱(地中熱)を利用するとともに、温度が上昇し平日(空調対象が日中有人)の空調に直接使用できない土壌熱利用の冷水を、土日(休日/空調対象が日中無人(不使用)のとき)の温度の上がった室内の空調に利用するオフィスビルなどに用いて好適な地熱利用空調方法に関するものである。

0022

はじめに、本実施形態の地熱利用空調システムAは、例えば図1に示すように、地中Gに埋設した地中熱採取管1と、この地中熱採取管1から地上のオフィスビルの室2などとの間で水などの熱媒体3を循環させる配管4とを備えて構成されている。

0023

そして、この地熱利用空調システムAでは、熱媒体3が地中熱採取管1内に送られると、地中Gの土壌・地下水との間で熱交換が行われ、冷却した熱媒体が地中熱採取管1からオフィスビルの室2などに送られるとともに放射パネル5などを通じて室内との熱交換が行われ、室内空気を冷却する。

0024

また、室内との間での熱交換によって吸熱した熱媒体3が地中熱採取管1に送られて再度冷却される。これにより、熱媒体3を循環させるだけで、オフィスビルの室2などの空調を地中熱を利用して行うことできる。

0025

ここで、水温(熱媒体3の温度)と室温を重ねて示した図3の通り、平日は水温と室温が約26℃前後で同一温度帯となり、熱媒体3の土壌熱利用冷水を空調に利用することができない。
また、土曜、日曜は空調を行わないため、室温が上昇し、約26℃の冷水3でも空調に利用することができる。

0026

このような状況に基づき、本実施形態の地熱利用空調システムAは、空調対象の室2の温度を計測する空調対象温度計測手段6と、地中熱採取管1内あるいは地中熱採取管1近傍の熱媒体3の温度を計測する熱媒体温度計測手段7と、これら空調対象温度計測手段6及び熱媒体温度計測手段7の計測結果を受け、空調対象の室2の温度と熱媒体3の温度の差が予め設定した値を超過するとともに、地中熱採取管1と空調対象の室2との間で熱媒体3を循環させて空調システムAを運転制御する制御手段8とを備えて構成されている。

0027

そして、本実施形態の地熱利用空調システムA(及び地熱利用空調方法)では、空調対象温度計測手段6の計測結果を受け、冷凍機を用いて空調を行う平日(日中有人になるとき)の空調対象2の温度と、土日祝日(日中無人になるとき)の空調対象2の温度との差が予め設定した値を超過すると、制御手段8によって運転が開始され、地中熱採取管1と空調対象の室2との間で熱媒体3を循環させ、土日祝日(日中無人になるとき)の空調対象2の空調を行う。

0028

なお、空調対象温度計測手段6及び熱媒体温度計測手段7の計測結果を受け、空調対象の室2の温度と熱媒体3の温度の差が予め設定した値を超過するとともに、制御手段8によって運転が開始され、地中熱採取管1と空調対象の室2との間で熱媒体3を循環させるようにしてもよい。

0029

したがって、本実施形態の地熱利用空調方法においては、図3に示したように、土日に室温が上昇すると、制御手段8が熱媒体3の循環を開始し、冷凍機を動かす電力を使用しないで省エネルギー化を図りつつ、土日の空調に熱媒体3の地中熱冷水を用いることが可能になる。よって、冷凍機を用いず、地中熱冷水によって空調の本運転の前のプレクーリングを行うことができ、翌月曜日の空調負荷を減らすことが可能になる。

0030

ここで、土日の空調に利用できる熱量、すなわち省エネルギー量試算例を示すと、次のようになる。

0031

室温35.5℃、冷水(熱媒体)の水温を26.7℃とする。放射空調では冷水の行き還り温度は最大2℃程度なので、冷水温度平均値は27.7℃となる。

0032

放射空調の性能線図によると、室温−冷水温度平均値=6.8℃であるので、除去熱量は約70W/m2となる。空調時間を10時間とし、ひとで7月から9月まで15回の利用機会があるとすると、70W/m2×10h×15=10.5kWhの省エネルギー量となる。これは、平均的なオフィスビルの年間消費エネルギー量2041MJ/m2年の約2%となる。

0033

以上、本発明に係る地熱利用空調方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

0034

例えば、図2に示すように、地中熱採取管1と室2を繋ぐ配管4に地中熱源ヒートポンプ9を繋いで設け、この地中熱源ヒートポンプ9によって熱交換効率の向上を図るようにしてもよい。

0035

また、予め、空調対象温度計測手段6と熱媒体温度計測手段7で熱媒体3の温度と室温の計測データ(1年間分など)を取得しておき、例えば、月曜日の空調開始に合わせるためにフィードフォワード制御モデル予測制御などを適用してもよい。この場合には、土日の土壌熱利用開始の時刻を自動で判断して運転するように構成・制御することができる。

0036

すなわち、本発明に係る地熱利用空調方法においては、運転制御を行う際に、モデル予測制御などの予測を伴うフィードバック制御により、例えば休日明け(月曜日)の空調開始時刻に所定の温度になるように、運転開始時刻を決めるようにしてもよい。この場合には、より効率的且つ効果的に月曜日の空調負荷を減らし、省エネルギー化を図ることが可能になる。

0037

さらに、本実施形態では、平日に温度が上昇した熱媒体3を用いて土日の室温を低下させるようにし、月曜日の空調負荷を減らすものとして説明を行ったが、空調対象温度計測手段6及び熱媒体温度計測手段7の計測結果を比較して、空調対象の室2の温度と熱媒体3の温度の差が予め設定した値を超過すれば、どのようなケースで地中熱を利用して空調を行うようにしても構わない。
言い換えれば、本発明は、例えば、日中無人になることがある建物において、日中無人になるときに本実施形態のように地中熱を利用し、冷凍機を使わずに空調対象の室内を冷却(空調)することで、空調エネルギーの節約を図ることができる。

0038

また、本実施形態では、地熱を利用して空調対象を冷却するものとして説明を行ったが、勿論、地熱を利用することによって空調対象の加温するように本発明を適用してもよい。

0039

1地中熱採取管
2 室(空調対象)
3熱媒体
4配管
5放射パネル
6 空調対象温度計測手段
7熱媒体温度計測手段
8 制御手段
9地中熱源ヒートポンプ
A地熱利用空調システム
G 地中

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