| 研究課題/領域番号 |
19K06327
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分41040:農業環境工学および農業情報工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 |
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研究代表者 |
岩田 幸良 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農村工学研究部門, 上級研究員 (70370591)
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| 研究分担者 |
山本 芳樹 日本工営株式会社中央研究所, 総合技術開発第2部, 課長 (60463577)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 地中熱ヒートポンプ / 不飽和帯 / 水蒸気移動 / 水平型熱交換器 / コンタクト資材 / 熱伝導率 / 数値シミュレーション / 熱移動 / 多孔質体 / 地温 / 黒ボク土 / 砂 / ローム / 移流による熱輸送 / 乾燥密度 / 省エネルギー / 施設園芸 / 地中熱 / 土壌物理 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
地中熱ヒートポンプの熱交換器と土壌との密着性が採・放熱効率に与える影響について、実用上どの程度までの密着性が必要かについてはほとんど議論されてこなかった。また、熱交換器をどこまで浅く設置しても十分な熱がとれるかについて、科学的な知見が少ない。そこで本研究では、圃場試験と数値シミュレーションにより、①地中熱ヒートポンプの熱交換器と土壌との密着性と熱交換効率の関係を定量的に評価し、②どの程度までの浅さまで熱交換器を埋設しても温室を冷暖房する上で十分な熱が得られるかを明らかにする。これにより、温室の冷暖房に適した水平型熱交換器の設置条件を明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
地中熱ヒートポンプの導入コストの削減のため、水平型熱交換器の自動埋設の可能性を検討した。土壌中の熱伝導プロセスを考慮して数値シミュレーションを実施したところ、ヒートポンプの稼働効率に影響を与える熱交換器出口の冷媒の温度が、冷房時に過大評価された。これを改善するために、不飽和土壌中に生じる水蒸気による熱輸送のプロセスを組み込む手法を開発した。開発した手法を用いて熱交換器の埋設深さや熱交換器周囲の熱伝導率を変化させたシナリオ解析を実施し、従来実施していた砂の充填が不要である可能性や埋設深度を浅くしても十分な採放熱が確保できることなど、熱交換器の自動埋設の可能性を示唆する結果が得られた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
地中熱ヒートポンプの数値シミュレーションの既往の研究では、熱伝導や地下水の流れによる熱輸送の効果は組み込まれていたが、不飽和土壌中の水蒸気移動の効果は検討されてこなかった。本研究により、水平型地中熱ヒートポンプで冷房する際に、地温の上昇と温度勾配により水蒸気移動による熱輸送が無視できないことが初めて指摘された。開発した計算方法は見かけの熱伝導率を地温のパラメータとして計算できるため、計算負荷が非常に小さく、実用上の有用性も高い。また、熱交換器の周囲に充填していた砂を使用しなくても良い可能性を示すなど、熱交換器埋設の低コスト化に関するいくつかの知見が得られた。
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