2019 Fiscal Year Research-status Report
大谷石採掘跡地内貯留水の低温化メカニズム解明と持続的冷熱利用のための技術開発
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19K12437
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
冨樫 聡 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (00740010)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柴崎 直明 福島大学, 共生システム理工学類, 教授 (70400588)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 地下水 / 未利用熱 / 地中熱 / 地下空間 / 模型実験 / 再生可能エネルギー / 蒸発潜熱 / 冷熱利用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
３つの研究テーマ「①貯留水の低温化メカニズムを解明」，「②冷熱エネルギー潜在量・利用可能量評価」，「③貯留水の再生可能熱源への転換技術開発」に関して，次のとおりの研究実績が得られた。
【テーマ①】実験サイトにおいて，地下空間の温度，湿度，貯留水の深度別水温，貯留水深等の連続モニタリングを実施した。モニタリングの結果，地下空間とそこに接続する立坑で貯留水の温度変動特性が大きく異なることが明らかとなった。また，地下空間に比べると，外気と接する開放水面を有する立坑内貯留水温の年間変化量が大きく，貯留水低温状態を維持するには，立坑からの入熱量の管理が重要であることが示唆された。さらに，特定深度の貯留水は，降水の影響を受けて一時的に温度上昇することがわかった。これは地下空間を形成する岩盤の亀裂によるものと考えられる。一方，貯留水の低温化に対する顕熱と潜熱の両プロセスの寄与度を定量化する目的で，地下空間を模した実験装置を製作し，蒸発潜熱による低温化実験（室内実験）を行った。室内実験の結果，地下空間通気層における空気循環に伴い，貯留水の温度低下が確認できた。水面からの蒸発が生じたためと考えられる。また，貯留水量が少ない方が，貯留水の低温化がより促進されることも明らかとなった。
【テーマ②】エネルギー潜在量・利用可能量を評価するために，数値解析モデルを構築予定である。モデル構築時に設定する大谷石の熱物性値に関して，既往研究のレビューを行ったところ，遍在性が高い大谷地域では複数地点における熱物性値評価の必要性を把握した。そこで，試料の追加採取・分析および原位置実験による熱物性値評価手法の開発を目指す。
【テーマ③】貯留水低温化促進を図るため，地下空間に送風して蒸発潜熱を利用する原位置低温化実験を企画した。また，予備実験を行い，本実験に向けた課題を把握した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
３つの研究テーマ「①貯留水の低温化メカニズムを解明」，「②冷熱エネルギー潜在量・利用可能量評価」，「③貯留水の再生可能熱源への転換技術開発」に関して，次のとおり進捗しており，当初計画に対しておおむね順調に進展しているものと考えている。
【テーマ①】実際に冷熱利用事業で用いる地下空間を実験サイトとして，モニタリング体制を構築した。また，様々な影響を受ける現地データからは把握が難しかった貯留水の低温化メカニズムについて，室内実験を行うことで低温化現象に対する理解を深めた。
【テーマ②】本研究主題は，２，３年目に実施する計画である。先だって，潜在量・利用可能量の評価で重要となる大谷石の熱物性値に関する既往文献を収集・整理したが，高い遍在性に対応できないことを課題として認識した。
【テーマ③】本研究主題は，２，３年目に実施する計画である。貯留水低温化促進を図るため，地下空間に送風して蒸発潜熱を利用する原位置低温化実験を企画した。また，予備実験を行い，本実験に向けた課題を把握した。
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| Strategy for Future Research Activity |
３つの研究テーマ「①貯留水の低温化メカニズムを解明」，「②冷熱エネルギー潜在量・利用可能量評価」，「③貯留水の再生可能熱源への転換技術開発」に関して，今後の研究の推進方策を次のとおり考えている。
【テーマ①】室内実験で貯留水の低温化を再現できたことから，２，３年目では室内実験結果を再現可能な数学モデルならびに数値解析モデルの開発を実施する。開発した数値解析モデルを用いることで，様々な地下空間環境（地下空間の水没状況，貯留水温度，送風量や送風連続時間等）が低温化に与える影響を定量的に評価可能となる。
【テーマ②】２年目までに整理する大谷石の熱物性値を用いて，大谷地域における非定常熱移動解析を実施する。なお，浅層地下水が地下空間貯留水の起源になっている可能性があるため，非定常熱移動解析の条件として，地下浸透量の設定も検討する予定である。
【テーマ③】実際の地下空間貯留水面に対する送風を行い，低温化促進状況を実験的に把握する（実証実験）。実証実験は季節ごとに行い，送風による低温化状況を観測する他，低温化促進において最適な送風時期等を検討する。
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| Causes of Carryover |
研究サイトまでの旅費（片道分：郡山―宇都宮間は新幹線利用）を確保していたが，出張予定がキャンセルとなったため，次年度使用額5,989円が生じた。
本年度において，同区間の旅費として使用する計画である。
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