| 研究課題/領域番号 |
15H04223
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| 研究機関 | 秋田大学 |
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研究代表者 |
藤井 光 秋田大学, 国際資源学研究科, 教授 (80332526)
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| 研究分担者 |
内田 洋平 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (90356577)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 地中熱利用 / 省エネルギー / 都市インフラ / 地中熱交換器 |
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| 研究実績の概要 |
鉄道地下トンネル駅の路盤下の水平型地中熱交換器（HGHE）の挙動解析と数値モデリングに関する研究では，小田急電鉄世田谷代田駅に設置された箱形トンネル下床版にコイル型水平熱交換器を敷設した地中熱利用（GSHP）システムに関する研究を継続した。運転データの分析では，本システムのエネルギー効率を通常の地盤に設置されたHGHEと比較し，同システムの省エネ性を実証した。また，長期間の冷暖房運転における同システムの安定性についても10年間を計算期間として検討し，運転開始3年目以降には地下温度挙動が定常状態になることを確認した。これは，冷暖房における熱収支が大きく偏っている場合でも，トンネル底面における放熱により運転休止期間に地盤内温度が初期状態近くまで回復するためと推定される。
また，都市部におけるHGHEの地表面被覆の最適設計をフィールド試験及び数値計算を用いて検討するために，秋田大学キャンパス内に異なる地表面被覆（アスファルト，芝生，土壌）持つ3系統の延長10m，深度1.0mのHGHEをH288月に設置した。各系統には地盤内に温度計を設置し，気象測定も同時に継続している。次に，HGHE周辺地盤とHGHEを含む数値シミュレーションモデルを構築し，収集した自然地温データを自然状態シミュレーションの検定データとして用い，地盤の熱物性を推定した。また，フィールド試験として，熱負荷30W/mを与えた2日間のサーマルレスポンス試験を実施し，自然地温データと同様にモデルの検定に用いた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
前年度から継続していた「地下鉄道駅の路盤下のHGHEの挙動解析と数値モデリング」は研究を完了し，論文を専門誌に投稿した。
H29～H30年度に計画していた「HGHEの設計最適化のためのフィールド試験」については，H28年度内に秋田大学構内にフィールド試験設備を設置し，現在は地表面の芝生を養生中である。H29年夏には排熱試験を開始可能である。
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| 今後の研究の推進方策 |
H27年度に構築したトンネル内および建物下設置型水平型地中熱交換器（HGHE）システムに適用可能な数値モデルを用いたHGHE設計の感度計算を継続する。HGHEの設置場所としては，地下鉄に設置する鉄道・道路，地下街などの地下空間壁，住宅，ビルなどの建物下を対象とする。感度計算では埋設深度，ループ間隔，コイルピッチ・巻径，グラウト材の熱伝導率などを様々に変化させて，熱交換効率を比較する。また，コイル式熱交換器のデザ
インはパイプ材料・継手などの初期コストに大きく影響するため，検討ではパイプ費用を含む初期コストと一定期間(ヒートポンプの耐用年数の15年間)のエネルギーコストの和の最小化を目指す。
さらに，秋田大学キャンパス内に設置した，それぞれ異なる地表面被覆（アスファルト，芝生，土壌）持つ延長10mのHGHEの屋外試験を行う。フィールド試験開始前にはH28夏より継続測定している1m深地温について自然状態シミュレーションを行い，モデルの精度を確認する。フィールド試験ではまず熱負荷30W/mを与えた2日間程度のサーマルレスポンス試験を実施し，地中熱交換器周辺地盤の熱物性を調べる。その後，各HGHEにおいて長期排熱試験を行い，地表面被覆が熱交換挙動に及ぼす影響について精査する。これら実験結果は地表面熱収支を考慮可能な数値モデルを開発し，その検定に用いる予定である。さらに，同モデルを用いて冷暖房などの用途，設置地域の気象条件を考慮したHGHEの設計最適化計算の用いる。
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