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多重熱源を用いた地中熱空調システムの設計精度の向上に関する研究

Research Project

Project/Area Number 14J10535
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Architectural environment/Equipment
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

崔 元準  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords熱応答試験 / 土壌熱伝導率 / 逆問題 / 地中熱利用ヒートポンプ / 省エネルギー / 地中熱交換器 / 地中熱ヒートポンプ / 有効熱伝導率 / 実験外乱
Outline of Annual Research Achievements

地中熱利用ヒートポンプの核心構成要素である地中熱交換器の設計に必要なパラメータは、土壌の有効熱伝導率と地中熱交換器の熱抵抗である。それらのパラメータを推定するために熱応答試験(TRT:Thermal response test)が行われる。TRTは統制ができない室外環境で行われるので、様々な外乱により実験結果の精度が落ちる。そして、地中の熱輸送がどのようなプロセスにより行われるかも間接的に確認するしかないため、TRTの結果は不確かさが大きくなる。この問題に関する分析と解決策を提案するのが本研究の目的である。
1年目にはTRTを行うときに外乱として作用する外部環境から外乱を分析し、どのように安定的な推定ができるかに関する研究を行った。
2年目には、飽和多孔質地層で熱応答試験を行うとき、地中自然対流が生じることにより実験結果が熱注入率の大きさに依存することを明らかにすることを目的とした研究を行った。地中の自然対流の発生を既存のTRT法で確認するときの問題は、時間経過に伴う地中条件の変化である。既存の単一熱量率を用いたTRTを複数回行うと、一回の実験の後、地中温度が元の温度に回復するまでに1ヶ月程度の休止が必要である。そうすると、休止期間中に地中の温度、飽和度、地下水位などが変化し、異なる実験条件の影響が大きいため、実験結果を信頼できなくなる。この問題を解決するために開発したのが、多重熱量率を用いたTRT法とそれの解析アルゴリズムである。多重熱量率TRT法は、一回のTRT期間中に注入熱量率を変えることである。この実験は5-7日程度の期間内に終わるので 、地中条件の著しい変化は考えられない。しかし、既存の推定法を用いて推定することはできないので、多重熱量率TRT法に合わせて新しい推定法を開発する必要がある。申請者は線源熱源モデルと準ニュートン法を結合した推定モデルを開発した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2016 2015 2014

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Effect of disturbance on thermal response test, part 1: Development of disturbance analytical model, parametric study, and sensitivity analysis2016

    • Author(s)
      Wonjun Choi, Ryozo Ooka
    • Journal Title

      Renewable Energy

      Volume: 85 Pages: 306-318

    • DOI

      10.1016/j.renene.2015.06.042

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Effect of disturbance on thermal response test, part 2: Numerical study of applicability and limitation of infinite line source model for interpretation under disturbance from outdoor environment2016

    • Author(s)
      Wonjun Choi, Ryozo Ooka
    • Journal Title

      Renewable Energy

      Volume: 85 Pages: 1090-1105

    • DOI

      10.1016/j.renene.2015.07.049

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Interpretation of disturbed data in thermal response tests using the infinite line source model and numerical parameter estimation method2015

    • Author(s)
      Wonjun Choi, Ryozo Ooka
    • Journal Title

      Applied Energy

      Volume: 未定 Pages: 476-488

    • DOI

      10.1016/j.apenergy.2015.03.097

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] The effect of natural convection on thermal response test2014

    • Author(s)
      Wonjun Choi, Ryozo Ooka
    • Journal Title

      ASHRAE Transactions

      Volume: 120 Pages: 1-8

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 飽和多孔質地層の自然対流を把握するための多重注入熱量率熱応答試験とパラメータ推定法2015

    • Author(s)
      崔 元準, 大岡 龍三
    • Organizer
      日本建築学会大会
    • Place of Presentation
      東海大学、東京
    • Year and Date
      2015-09-04
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Development and Validation of Disturbance-considering Numerical Model for Investigation of Error in Thermal Response Tests2015

    • Author(s)
      Wonjun Choi, Ryozo Ooka
    • Organizer
      IBPC 2015
    • Place of Presentation
      Torino, Italy
    • Year and Date
      2015-06-14
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Parameter estimation method of thermal response test to determine performance dependence in saturated porous formation2015

    • Author(s)
      Wonjun Choi, Ryozo Ooka
    • Organizer
      IEA ECES Greenstock 2015
    • Place of Presentation
      Beijing, China
    • Year and Date
      2015-05-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Environmental impact assessment of long-term operation of ground source heat pump using numerical simulation2015

    • Author(s)
      Ryozo Ooka, Wonjun Choi, Yujin Nam
    • Organizer
      IEA ECES Greenstock 2015
    • Place of Presentation
      Beijing, China
    • Year and Date
      2015-05-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experimental comparison of the effect of natural convection between a gravel backfilled and a cement grouted vertical borehole heat exchanger2015

    • Author(s)
      Wonjun Choi, Ryozo Ooka
    • Organizer
      World Geothermal Congress 2015
    • Place of Presentation
      Melbourne, Australia
    • Year and Date
      2015-04-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 充填材の種類による地中熱交換井の熱的性能検証に関する熱応答試験2014

    • Author(s)
      崔 元準, 大岡 龍三
    • Organizer
      日本建築学会大会
    • Place of Presentation
      近畿, 神戸大学
    • Year and Date
      2014-09-12 – 2014-09-14
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 外乱の影響を考慮したパラメータ推定法による熱応答試験の解析2014

    • Author(s)
      崔 元準, 大岡 龍三
    • Organizer
      日本空気調和衛生工学会
    • Place of Presentation
      秋田, 秋田大学
    • Year and Date
      2014-09-03 – 2014-09-05
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

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Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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