JP2006084149A - Heating-cooling system using underground heat - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数種の冷暖房機器に地中熱を用いる地中熱利用冷暖房システムに関するものである。 The present invention relates to a geothermal utilization air conditioning system that uses geothermal heat for a plurality of types of air conditioning equipment.
住宅、事務所ビル、公共建物等において、最近、CO2排出量の抑制、ヒートアイランド現象の抑制を目的に、低温かつ恒温の地熱資源を利用した地中熱利用冷暖房システムの導入が増えつつある。このような地中熱利用冷暖房システムにおいては、暖房又は冷房に必要な温度に対する地熱採取温度のギャップ分を補うためにヒートポンプを利用し、該ヒートポンプを介することにより、低温かつ恒温の地中熱を高温化または低温化し、暖房又は冷房時に必要な温度を確保する方式が一般的である。 Recently, in residential buildings, office buildings, public buildings, etc., the introduction of geothermal heat-use air-conditioning systems using low-temperature and constant-temperature geothermal resources is increasing for the purpose of reducing CO 2 emissions and heat island phenomenon. In such a geothermal heating / cooling system, a heat pump is used to compensate for the gap in the geothermal sampling temperature with respect to the temperature required for heating or cooling, and low-temperature and constant-temperature ground heat is generated through the heat pump. A general method is to increase the temperature or decrease the temperature, and to secure the necessary temperature during heating or cooling.
また現在の市場には、地中熱利用冷暖房システムで、ヒートポンプを介さず、水等の熱媒体を直接屋内の冷暖房機器に利用するものはないが、道路面の雪を溶かす融雪装置としては特開2002−173905号公報(以下、特許文献1)に記載された技術がある。特許文献1の記載の技術は、道路面の直下に埋設された放熱管に対して湧水及び地中から採取した熱とヒートポンプ及び温水タンクを利用して得た熱の流量を調整して放出する技術であって、通常時においては、湧水採取器で採取した湧水熱と杭型採取器で採取した地熱を、直結管部を通して道路面の直下に埋設した放熱管から放出させることによって融雪し、道路面の温度が低下した場合は、前記湧水熱と地熱をヒートポンプの熱源として利用し、得た高熱で温水タンク内の不凍液を加温して高温化し、その高温不凍液を前記放熱管に送って融雪する技術である。 In the current market, there is no geothermal heat-conditioning system that uses a heat medium such as water directly for indoor air-conditioning equipment without using a heat pump, but it is a special snow melting device that melts snow on the road surface. There is a technique described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-173905 (hereinafter referred to as Patent Document 1). The technology described in Patent Document 1 releases heat by collecting heat collected from spring water and underground and heat flow obtained by using a heat pump and a hot water tank with respect to a radiator pipe buried directly under the road surface. In normal times, the spring heat collected by the spring sampler and the geothermal heat collected by the pile-type sampler are discharged from the radiator pipe buried directly under the road surface through the direct connection pipe part. When snow melts and the temperature of the road surface decreases, the spring water and geothermal heat are used as a heat source for the heat pump, and the antifreeze liquid in the hot water tank is heated to a high temperature with the obtained high heat, and the high temperature antifreeze liquid is dissipated in the heat. It is a technology that melts snow by sending it to a pipe.
しかしながら、仮に複数の冷暖房機器を利用する冷暖房システムに上記特許文献1に記載の技術を適用したとしても、複数の冷暖房機器はいずれもヒートポンプを通して得た熱か、又は地中から採取した熱か、いずれか一方の熱でしか利用できず、それぞれの機器で前述の異なる熱を同時に利用することはできない。上記構成の組み合わせによってヒートポンプを通して得た熱と地中から採取した熱とを各冷暖房機器でぞれぞれ利用するには、各冷暖房機器ごとに上記特許文献1に記載の装置が必要となる。しかしながら、この構成では、各冷暖房機器ごとに上記特許文献1に記載のヒートポンプなどからなる装置がそれぞれ必要となるため、前述の異なる熱を同時に利用できたとしても、装置構成が複雑になり、且つコスト高になるという問題がある。 However, even if the technology described in Patent Document 1 is applied to an air conditioning system that uses a plurality of air conditioning units, the plurality of air conditioning units are either heat obtained through a heat pump, or heat collected from the ground, Only one of the heats can be used, and the different heats described above cannot be used simultaneously in each device. In order to use the heat obtained through the heat pump by the combination of the above configurations and the heat collected from the ground in each air conditioning device, the apparatus described in Patent Document 1 is required for each air conditioning device. However, in this configuration, each air conditioning device requires a device such as the heat pump described in Patent Document 1, so even if the different heats described above can be used simultaneously, the device configuration becomes complicated, and There is a problem of high costs.
またヒートポンプを利用した冷暖房システムで、例えば一日中冷房の連続運転を行った場合、特に真夏日のような猛暑の中では、ヒートポンプで温度が上昇した熱媒体を、地中に埋設された配管内を循環させ続けることとなり、これによって前記配管周囲の地中温度が徐々に上昇してしまう。このような状況下において、ヒートポンプで温度が上昇した熱媒体を地中に埋設された配管内を循環させても、再びヒートポンプに戻ってくる熱媒体の温度は地中の温度よりも相当高く、該ヒートポンプを用いた熱交換に利用することは困難である。この問題を解決するために、地中に埋設する配管本数を増やすことが考えられるが、配管の埋設に利用可能な場所やその広さ、また配管の埋設に要する費用などの観点から、地中に埋設する配管の本数は限りがあるので、現実的には上記問題を避けられない。また、冷房時に、地中から採取した熱を直接冷暖房機器の冷媒として利用しようとした場合、前述の如くして熱媒体が高温になってしまうと、この熱媒体を直接冷暖房機器の冷媒として利用することは困難である。 In addition, in a cooling and heating system using a heat pump, for example, when continuous cooling operation is performed all day, especially in the midst of hot summer, a heat medium whose temperature has been raised by a heat pump is passed through a pipe buried in the ground. Circulation is continued, and the underground temperature around the pipe gradually increases. Under such circumstances, even if the heat medium whose temperature has been increased by the heat pump is circulated in the pipe embedded in the ground, the temperature of the heat medium that returns to the heat pump is considerably higher than the temperature in the ground, It is difficult to use for heat exchange using the heat pump. In order to solve this problem, it is possible to increase the number of pipes buried in the ground. Since the number of pipes to be embedded is limited, the above problem cannot be avoided in practice. In addition, when the heat collected from the ground is used directly as a refrigerant for air conditioning equipment during cooling, if the heat medium reaches a high temperature as described above, the heat medium is used directly as a refrigerant for the air conditioning equipment. It is difficult to do.
そこで、本発明の目的は、装置構成が複雑になることなく、且つコスト高になることなく、特に冷房時に、複数種の冷暖房機器に対して充分実用可能な、ヒートポンプを通して得た熱とヒートポンプを通さずに地中から採取した熱を同時に供給することができる快適な地中熱利用冷暖房システムを提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a heat pump and a heat pump obtained through a heat pump that are sufficiently practical for a plurality of types of air-conditioning equipment, particularly during cooling, without complicating the device configuration and increasing the cost. The object is to provide a comfortable underground heating and cooling system that can simultaneously supply heat collected from the ground without passing through.
上記目的を達成するための本発明の代表的な構成は、複数種の冷暖房機器に地中熱を用いる地中熱利用冷暖房システムであって、地中熱を利用した熱交換によって冷暖房機器が要求する温度を確保する熱交換ユニットと、地中に埋設し熱媒体を循環させる多数の配管を複数の群に分けてなる複数の配管群と、前記複数の配管群から前記熱交換ユニットを介して冷暖房機器につながる第一熱交換経路と、前記複数の配管群から前記熱交換ユニットを迂回して冷暖房機器につながる第二熱交換経路と、を有し、複数種の冷暖房機器の冷房運転時に、複数種ある冷暖房機器のうち、ある種の冷暖房機器に対しては、前記複数の配管群のうちの一部の配管群及び前記第一熱交換経路を用いて前記熱交換ユニットを利用して得た熱を供給し、前記冷暖房機器とは異なる種の冷暖房機器に対しては、前記熱交換ユニットが利用している一部の配管群以外の他の配管群及び前記第二熱交換経路を用いて前記熱交換ユニットを利用せずに地中から採取した熱を直接供給することが可能であることを特徴とする。 A typical configuration of the present invention for achieving the above object is a geothermal heat-use air conditioning system that uses geothermal heat for a plurality of types of air-conditioning equipment, and the air-conditioning equipment is required by heat exchange using geothermal heat. A heat exchange unit that secures the temperature to be performed, a plurality of pipe groups that are divided into a plurality of groups that are buried in the ground and circulate the heat medium, and a plurality of pipe groups that are connected to the heat exchange unit via the heat exchange unit. A first heat exchange path that leads to the air conditioning equipment, and a second heat exchange path that bypasses the heat exchange unit from the plurality of pipe groups and leads to the air conditioning equipment, and during cooling operation of multiple types of air conditioning equipment, Among a plurality of types of cooling and heating equipment, a certain type of cooling and heating equipment is obtained by using the heat exchange unit using a part of the plurality of pipe groups and the first heat exchange path. Supply heat, said air conditioning For air conditioning equipment of a type different from the oven, use the heat exchange unit by using another pipe group other than a part of the pipe group used by the heat exchange unit and the second heat exchange path. It is possible to directly supply the heat collected from the ground without using it.
また上記構成の地中熱利用冷暖房システムにおいて、前記熱交換ユニットは、冷房又は暖房の運転モードを切り替える信号を入力する入力端子と、冷房モード時に熱交換ユニットを利用して得た熱を利用する冷暖房機器と地中から採取した熱を直接利用する冷暖房機器とを識別するための2系統の制御入力端子と、を有する端子台を有することを特徴とする。 Further, in the geothermal heat-use cooling and heating system configured as described above, the heat exchange unit uses an input terminal for inputting a signal for switching an operation mode of cooling or heating, and heat obtained by using the heat exchange unit in the cooling mode. It has a terminal block having two systems of control input terminals for identifying the air conditioning equipment and the air conditioning equipment that directly uses the heat collected from the ground.
また上記構成の地中熱利用冷暖房システムにおいて、前記熱交換ユニットに用いる配管群は複数であって、該複数の配管群は冷暖房機器が受ける熱媒体の温度状況によって選択的に利用可能であることを特徴とする。 In the geothermal heat-use cooling and heating system configured as described above, a plurality of pipe groups are used for the heat exchange unit, and the plurality of pipe groups can be selectively used according to the temperature condition of the heat medium received by the air-conditioning equipment. It is characterized by.
本発明によれば、冷房運転時においては、複数種の冷暖房機器のうち、ある種の冷暖房機器に対しては、複数ある配管群のうちの一部の配管群を用いて熱交換ユニットを利用して得た熱を供給し、異なる種の冷暖房機器に対しては、前記配管群以外の他の配管群を用いて地中から採取した熱を直接供給するため、好適な2温度の熱媒体を冷暖房機器の種類に応じてそれぞれ同時に供給することが可能となる。これにより、装置構成が複雑になることなく、且つコスト高になることなく、複数種の冷暖房機器に対して充分実用可能な、熱交換ユニットを通して得た熱と熱交換ユニットを通さずに地中から採取した熱を同時に利用することができ、複数種の冷暖房機器を快適に利用することができる。 According to the present invention, at the time of cooling operation, the heat exchange unit is used by using a part of the plurality of piping groups for a certain type of cooling / heating device among the plurality of types of cooling / heating devices. In order to supply the heat obtained from the ground and directly supply heat collected from the ground using a pipe group other than the pipe group to different types of air-conditioning equipment, a suitable two-temperature heat medium Can be simultaneously supplied according to the type of the air conditioning equipment. As a result, the heat generated through the heat exchange unit and the ground without passing through the heat exchange unit, which is sufficiently practical for a plurality of types of air conditioning equipment, without complicating the device configuration and increasing the cost, Heat collected from can be used simultaneously, and multiple types of air conditioning equipment can be used comfortably.
また、冷房運転時において、上記複数種の冷暖房機器のうち、地中から採取した熱を直接利用する冷暖房機器のみを使用する場合には、熱交換ユニットを停止し、第二熱交換経路を用いて配管群から直接冷暖房機器に熱媒体を循環させる消費電力のみにて実現できる運転のため、低ランニングコストによる運転を実現できる。 Also, during cooling operation, when using only the air conditioning equipment that directly uses the heat collected from the ground among the multiple types of air conditioning equipment, the heat exchange unit is stopped and the second heat exchange path is used. Therefore, since the operation can be realized only by the power consumption by circulating the heat medium directly from the piping group to the air conditioning equipment, the operation at a low running cost can be realized.
また、地中に埋設し熱媒体を循環させる多数の配管を複数の群に分けて複数の配管群としているため、複数種の冷暖房機器の冷房運転時には、熱交換ユニットを利用した熱交換に用いる配管群と、熱交換ユニットを利用しない直接利用のための配管群とに分けて利用することが可能である。このため、ある種の冷暖房機器に対しては前記複数の配管群のうちの一部の配管群を利用し、また異なる種の冷暖房機器に対しては前記熱交換ユニットが利用している一部の配管群以外の他の配管群を利用することが可能となる。これにより、熱交換ユニットで温度が上昇してしまった熱媒体を、冷暖房機器の直接利用のための冷媒として用いることを回避でき、複数種の冷暖房機器を快適に利用することができる。要は、地中熱の利用に際し、熱媒体を循環させる配管を複数の群に分けたことで、複数種の冷暖房機器が、冷暖房機器の要求する温度に応じて、使用に最適な配管の群を使用可能になり、これにより全体としてバランスのとれたシステムにすることができたのである。なお、このとき冷暖房機器の種類の組み合わせをも切り替えることで、より適切な配管群の使用が可能になる。 In addition, since a large number of pipes embedded in the ground and circulating the heat medium are divided into a plurality of groups to form a plurality of pipe groups, it is used for heat exchange using a heat exchange unit during cooling operation of multiple types of air conditioning equipment. It is possible to use it divided into a piping group and a piping group for direct use without using a heat exchange unit. For this reason, a part of the plurality of pipe groups is used for a certain type of cooling and heating equipment, and a part used by the heat exchange unit for a different kind of cooling and heating equipment. It is possible to use other pipe groups other than this pipe group. Accordingly, it is possible to avoid using the heat medium whose temperature has been increased by the heat exchange unit as a refrigerant for direct use of the air conditioning equipment, and it is possible to comfortably use a plurality of types of air conditioning equipment. In short, when using geothermal heat, the piping that circulates the heat medium is divided into multiple groups, so that multiple types of air conditioning equipment can be used according to the temperature required by the air conditioning equipment. Can be used, and as a result, a balanced system as a whole can be achieved. At this time, it is possible to use a more appropriate piping group by switching the combination of the types of the air conditioning equipment.
また、通常(現在の市販汎用)の熱交換ユニットに使用される電気系統は、本発明のように熱交換経路を2つ有することは想定されていないので、汎用の熱交換ユニットをそのまま使用できない。そこで、本発明では、前記熱交換ユニットが、冷房又は暖房の運転モードを切り替える信号を入力する入力端子と、冷房モード時に熱交換ユニットを利用して得た熱を利用する冷暖房機器と地中から採取した熱を直接利用する冷暖房機器とを識別するための2系統の制御入力端子と、を有する端子台を有する。このように、汎用の熱交換ユニットの電気系統を予め準備しておくことで、本発明システムの実施が容易になる。 Moreover, since it is not assumed that the electric system used for a normal (currently commercially available general-purpose) heat exchange unit has two heat exchange paths as in the present invention, the general-purpose heat exchange unit cannot be used as it is. . Therefore, in the present invention, the heat exchange unit receives an input terminal for inputting a signal for switching an operation mode of cooling or heating, an air conditioner using the heat obtained by using the heat exchange unit in the cooling mode, and the ground. A terminal block having two systems of control input terminals for identifying air conditioning equipment that directly uses the collected heat; Thus, the implementation of the system of the present invention is facilitated by preparing an electrical system of a general-purpose heat exchange unit in advance.
更に前記熱交換ユニットに用いる配管群を複数とし、該複数の配管群を冷暖房機器が受ける熱媒体の温度状況によって選択的に利用可能とすることにより、例えば熱交換ユニットで温度が上昇した熱媒体を循環させ続けることで配管周囲の地中温度が上昇してしまうような状況下において、熱交換ユニットで温度が上昇した熱媒体を循環させる配管群を、今まで利用していた配管群からそれ以外の他の配管群に切り替えることで、再び熱交換ユニットに戻す熱媒体の温度を、該熱交換ユニットを用いた熱交換に利用可能な状態にすることができ、且つ温度上昇してしまった配管群を次の利用に備えて休ませることができる。これにより、常に地熱を実用可能な状態で冷暖房機器に利用することができる。 Furthermore, a plurality of piping groups used in the heat exchange unit are provided, and the plurality of piping groups can be selectively used according to the temperature condition of the heat medium received by the air conditioning equipment, for example, a heat medium whose temperature has increased in the heat exchange unit. In a situation where the underground temperature around the piping rises by continuing to circulate, the piping group that circulates the heat medium whose temperature has been increased by the heat exchange unit is changed from the piping group that has been used so far. By switching to another pipe group, the temperature of the heat medium returned to the heat exchange unit can be made available for heat exchange using the heat exchange unit, and the temperature has increased. The piping group can be rested for the next use. Thereby, geothermal heat can always be utilized for an air-conditioning apparatus in a usable state.
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施形態に係る地中熱利用冷暖房システムSは、複数種の冷暖房機器に地中熱を用いるシステムであって、図1及び図2に示すように、熱交換ユニットA、複数の配管群B、第一熱交換経路C、第二熱交換経路Dを有している。そして、冷房時には2温度(例えば7℃と15℃)の熱媒体の選択的な供給及び同時供給が可能であり、暖房時には1温度(例えば55℃)の熱媒体の供給が可能である。以下、上記システムの各部の構成及びシステムの動作について順に説明する。 The geothermal heat-use cooling / heating system S according to the present embodiment is a system that uses geothermal heat for a plurality of types of air-conditioning equipment, and as shown in FIGS. 1 and 2, a heat exchange unit A and a plurality of piping groups B. The first heat exchange path C and the second heat exchange path D are provided. Then, a heat medium having two temperatures (for example, 7 ° C. and 15 ° C.) can be selectively supplied and simultaneously supplied during cooling, and a heat medium having one temperature (for example, 55 ° C.) can be supplied during heating. Hereinafter, the configuration of each part of the system and the operation of the system will be described in order.
[地中熱利用冷暖房システムの構成]
本実施形態では、複数種の冷暖房機器として、暖気又は冷気を送風する送風タイプの冷暖房機器1と、暖気又は冷気を放射する輻射タイプの冷暖房機器2の2種を例示しており、送風タイプの冷暖房機器1としてファンコイルユニット1aを例示し、輻射タイプの冷暖房機器2として床暖房パネル2a、床冷暖房ユニット2bを例示している。
[Configuration of underground heating and cooling system]
In this embodiment, two types of air-conditioning equipment 1 that blows warm air or cool air and a radiation-type
なお、送風タイプの冷暖房機器1としてのファンコイルユニット1aはユニット内のコイル部(配管部)に熱媒体としての水を循環させ、該コイル部分に結露を生じさせることで室内を除湿する機能を有している。なお、ここで用いる熱媒体としての水は、室内環境において露点以下になる温度の水である。このファンコイルユニットC1の除湿機能は、通常のエアコンの除湿機能と同等の能力を発揮する。またユニット内のコイル部に水を循環させ、該コイル部分を通してファンを回転させることで送風(冷風による冷房、温風による暖房)も可能である。 In addition, the fan coil unit 1a as the air-conditioning / heating device 1 of the air-blowing type has a function of dehumidifying the room by circulating water as a heat medium in a coil part (pipe part) in the unit and causing condensation in the coil part. Have. In addition, the water as a heat medium used here is water of the temperature which becomes below a dew point in an indoor environment. The dehumidifying function of the fan coil unit C1 exhibits the same ability as the dehumidifying function of a normal air conditioner. Further, it is possible to blow air (cooling with cold air or heating with hot air) by circulating water through the coil portion in the unit and rotating the fan through the coil portion.
また、輻射タイプの冷暖房機器2としての床暖房パネル2a、床冷暖房ユニット2bは、熱媒体を循環させることによって床面を適度に暖め又は冷やしている。後で詳しく説明するが、本実施形態では冷房時に、床冷暖房ユニット2bに地中から採取した熱(熱媒体)を直接循環させることによって、床面を適度に冷やして、床表面に結露を発生させることなく、涼感を得ることが可能である。
In addition, the
熱交換ユニットAは、地中熱を利用した熱交換によって冷暖房機器1,2が要求する温度を確保するものである。この熱交換ユニットAは、熱交換を行うヒートポンプユニット11と、該ヒートポンプユニット11の一次側熱交換部11aにて熱媒体を循環させる一次側循環用ポンプP1と、該ヒートポンプユニット11の二次側熱交換部11bにて熱媒体を循環させる二次側循環用ポンプP2を有している。更に熱交換ユニットAは、端子台13を有している。なお、この端子台13については後で詳しく説明する。
The heat exchange unit A secures the temperature required by the
前記熱交換ユニットAが有するヒートポンプユニット11は、地中から採取した熱よりも高い温度を得たい場合(暖房時)には、入力側となる一次側熱交換部11aにおいて物質を気化する際の吸熱作用を、出力側となる二次側熱交換部11bにおいて物質を液化する際の放熱作用を利用して、暖房に必要な熱(温度)を確保する。一方、地中から採取した熱よりも低い温度を得たい場合(冷房時)には、入力側となる一次側熱交換部11aにおいて物質を液化する際の放熱作用を、出力側となる二次側熱交換部11bにおいて物質を気化する際の吸熱作用を利用して、冷房に必要な熱(温度)を確保する。このようにヒートポンプユニット11は、一次側熱交換部11a又は二次側熱交換部11bにおいて物質を気化する際の吸熱作用又は物質を液化する際の放熱作用を相互に利用して熱交換を行う。
When the
複数の配管群Bは、地中に埋設して熱媒体を循環させるための多数の配管を複数の群に分けてなるものである。地中の温度は、一年間を通じて温度変化が少なく、比較的安定しており、且つ夏季は外気温に対して低く、冬季は外気温に対して高い。このような地中に熱媒体を循環させる配管を埋設し、該配管を通して地中の土壌と熱交換を行う。本実施形態では、複数の配管群Bとして、地中に埋設した埋設管21に配管22を配し、この配管22が配された埋設管21を複数の群に分けたものを例示している。本実施形態では、配管22が配された埋設管21の2つを1群とした、2つ配管群B1,B2を有する構成を例示している。
The plurality of piping groups B are formed by dividing a large number of piping for burying in the ground and circulating the heat medium into a plurality of groups. The temperature in the ground is relatively stable throughout the year, is relatively stable, and is low in the summer relative to the outside temperature and high in the winter. A pipe for circulating the heat medium is buried in the ground, and heat exchange is performed with the soil in the ground through the pipe. In the present embodiment, as the plurality of pipe groups B,
なお、複数の配管群Bは、図1及び図2に示す埋設管21と配管22とを組み合わせたものに限定されるものではなく、例えば配管を直接地中に埋設したものなど、地中に埋設して熱媒体を循環させて熱交換を行い得る構成であれば、その他の構成であっても良い。また、本実施形態では、複数の配管群Bとして、2つの配管群B1,B2を有する構成を例示しているが、1群が有する配管(或いは配管が配された埋設管)の数や、配管群の数は、状況あるいは必要に応じて適宜設定されるものであって、上記例示に限定されるものではない。
The plurality of pipe groups B are not limited to the combination of the buried
また、配管内を循環させる熱媒体としては、水、オイル、不凍液、空気などが挙げられる。また、熱交換用の配管と埋設管本体の空間に充填材を充填する場合には、該充填材として、水、オイル、不凍液、砂、砂利、軽量気泡コンクリートの粉砕物、コンクリート、金属片、鋼球、ステンレス製の球体などが挙げられる。 Moreover, water, oil, antifreeze, air etc. are mentioned as a heat medium which circulates in the piping. In addition, when filling the space for the heat exchange pipe and the buried pipe main body, as the filler, water, oil, antifreeze, sand, gravel, pulverized lightweight concrete, concrete, metal pieces, Examples include steel balls and stainless steel spheres.
第一熱交換経路Cは、前記複数の配管群Bから前記熱交換ユニットAを介して冷暖房機器1,2につながる熱交換経路である。熱交換ユニットAの一次側と複数の配管群B1,B2との間には、一次側経路31及び該一次側経路31から分岐した一次側分岐経路32が設けられている。また、熱交換ユニットAの二次側と冷暖房機器1,2との間には、二次側経路33及び二次側経路33から分岐した二次側分岐経路34が設けられている。更に二次側分岐経路34にはヘッダーボックス35が設けられており、該ヘッダーボックス35に複数ある輻射タイプの冷暖房機器2a,2bが接続されている。ヘッダーボックス35は、母管に対し多数の分岐管を有するものであって、各分岐管に接続された、複数ある輻射タイプの各冷暖房機器2a,2bに対して、それぞれ熱の供給(熱媒体の循環)又は熱の供給を遮断することが可能な構成となっている。このようにして熱交換ユニットAを利用して得た熱の利用が可能な第一熱交換経路Cが構成される。
The first heat exchange path C is a heat exchange path that leads from the plurality of pipe groups B to the
第二熱交換経路Dは、前記複数の配管群Bから前記熱交換ユニットAを迂回して輻射タイプの冷暖房機器2につながる熱交換経路である。一次側分岐経路32と二次側分岐経路33との間にはバイパス経路36が設けられている。本実施形態では、前記バイパス経路36により熱交換ユニットAを迂回して、複数の配管群Bのうちの配管群B2から、前記輻射タイプの冷暖房機器2a,2bが接続されたヘッダーボックス35への循環経路、すなわち地中から採取した熱の直接利用が可能な第二熱交換経路Dが構成される。
The second heat exchanging path D is a heat exchanging path that bypasses the heat exchanging unit A from the plurality of pipe groups B and is connected to the radiation
更に前記第一熱交換経路Cと前記第二熱交換経路Dを暖房時及び冷房時に適宜用いるために以下の切替手段MV1〜MV4及び循環用ポンプP3を有する。前記一次側分岐経路32とバイパス経路36との接続部には第一切替手段としての3方弁MV3,MV4が設けられている。また前記二次側分岐経路34とバイパス経路36との間には第二切替手段としての2方弁MV1,MV2が設けられている。更に前記バイパス経路36には熱媒体循環用のポンプP3が設けられている。
Further, in order to appropriately use the first heat exchange path C and the second heat exchange path D during heating and cooling, the following switching means MV1 to MV4 and a circulation pump P3 are provided. Three-way valves MV3 and MV4 serving as first switching means are provided at the connection portion between the
また前記熱交換ユニットAが端子台13を有することは前述したが、この端子台13は、冷房又は暖房の運転モードを切り替える冷暖房切替スイッチ41からの信号を入力する入力端子13aと、冷房モード時に熱交換ユニットAを利用して得た熱を利用する冷暖房機器1と地中から採取した熱を直接利用する冷暖房機器2とを識別するための2系統の制御入力端子13b,13cを有している。更に端子台13は、熱交換ユニットA外の各部材に対する出力端子、すなわち各切替手段MV1〜MV4に対して切替信号を出力する出力端子や、ポンプP3の駆動のON/OFF信号を出力する出力端子を有している。
In addition, as described above, the heat exchange unit A has the
[地中熱利用冷暖房システムの動作]
上述の如き構成を有する地中熱利用冷暖房システムSの動作について説明する。本実施形態に係る地中熱利用冷暖房システムSは、前記端子台13の入力端子13a及び制御入力端子13b,13cに入力された信号に基づいて、不図示の制御部により、前記端子台13の各出力端子に接続された各切替手段MV1〜MV4の切替やポンプP3の駆動ON/OFF、更には熱交換ユニットAの駆動ON/OFFを制御する。以下、冷房モード時の動作、暖房モード時の動作について順に説明する。
[Operation of underground heating and cooling system]
Operation | movement of the underground heat utilization cooling and heating system S which has the above structures is demonstrated. The geothermal heat-use cooling and heating system S according to the present embodiment is based on the signals input to the
<冷房モード>
冷房モード時には、前記2系統の制御入力端子13b,13cに入力される信号の組み合わせに基づいて、不図示の制御部により、各切替手段MV1〜MV4、ポンプP3、熱交換ユニットAが以下に説明するように制御される。
<Cooling mode>
In the cooling mode, the switching means MV1 to MV4, the pump P3, and the heat exchange unit A are described below by a control unit (not shown) based on a combination of signals input to the two systems of
冷房モード時に、2種の冷暖房機器1,2を運転する場合、前記2系統の制御入力端子13b,13cに運転信号が入力される。この信号が入力されると、熱交換ユニットAの各部(ヒートポンプユニット11、ポンプP1,P2)に駆動ONの信号が出力され、ポンプP3に駆動ONの信号が出力される。同時に2方弁MV1,MV2が閉に切り替えられ、3方弁MV3,MV4が配管群B2からバイパス経路36への経路のみを開くように(一次側分岐経路32側は閉じる)に切り替えられる。
When operating the two types of
これにより、図1に示すように、上記2種ある冷暖房機器1,2のうち、送風タイプの冷暖房機器1であるファンコイルユニット1aに対しては、複数の配管群Bのうちの配管群B1及び第一熱交換経路Cを用いて熱交換ユニットAを利用して得た熱(例えば7℃)が供給される。ファンコイルユニット1aは、前記熱交換ユニットAを利用して得た熱による冷房運転がなされ、コイル部分に結露を生じさせることで室内を除湿及び冷房する。同時に、輻射タイプの冷暖房機器2である床冷暖房ユニット2bに対しては、熱交換ユニットAが利用している配管群B1以外の他の配管群B2及び第二熱交換経路Dを用いて熱交換ユニットAを利用せずに地中から採取した熱(例えば15℃)が直接供給される。床冷暖房ユニット2bは、前記地中から採取した熱による冷房運転がなされ、地中で冷やされた熱媒体を直接循環させて、床面を結露させることなく冷やす。よって、装置構成が複雑になることなく、且つコスト高になることなく、複数種の冷暖房機器1,2に対して充分実用可能な、熱交換ユニットAを通して得た熱と熱交換ユニットAを通さずに地中から採取した熱を同時に利用することができ、複数種の冷暖房機器1,2を快適に利用することができる。
Thereby, as shown in FIG. 1, among the two types of cooling and
一般に、冷気の送風又は除湿目的の冷暖房機器1については7℃〜10℃の低温の冷水(熱媒体)を必要とし、冷輻射を利用した冷暖房機器2に関しては15℃〜20℃程度の冷水(熱媒体)で充分効果が得られる。よって、冷気の送風又は除湿を目的とした冷暖房機器1に対しては熱交換ユニットAによって冷やされた熱を、冷輻射利用の冷暖房機器2に対しては地中から採取した熱をそれぞれに供給することによって、エネルギー消費量を少なくしながら複数種の冷暖房機器を快適に利用することができる。
Generally, the cooling / heating device 1 for the purpose of blowing air or dehumidifying requires low-temperature cold water (heat medium) of 7 ° C. to 10 ° C., and the cooling /
上記両冷暖房機器1,2の運転を停止する場合(両冷暖房機器を運転しない場合も同様)、前記2系統の制御入力端子13b,13cに停止信号が入力される。この信号が入力されると、熱交換ユニットAの各部に駆動OFFの信号が出力され、ポンプP3に駆動OFFの信号が出力される。なお、各切替手段MV1〜MV4の状態は上述した2温度同時供給時の状態と同様である。
When the operation of both the cooling and
また、上記2種の冷暖房機器1,2のうち、いずれか1種の冷暖房機器を運転する場合において、送風タイプの冷暖房機器1のみを運転する場合は、制御入力端子13bにのみ運転信号が入力される。この信号が入力されると、熱交換ユニットAの各部にのみ駆動ONの信号が出力される。なお、各切替手段MV1〜MV4の状態は上述した2温度同時供給時の状態と同様であり、ポンプP3は停止状態(駆動OFF)のままである。
In the case where only one of the above two types of
これにより、熱交換ユニットAを利用して得た熱を利用した、送風タイプの冷暖房機器1であるファンコイルユニット1aのみの冷房運転をすることができる。 Thereby, only the fan coil unit 1a which is the ventilation type air conditioning equipment 1 using the heat | fever obtained using the heat exchange unit A can be air-cooled.
一方、輻射タイプの冷暖房機器2のみを運転する場合は、制御入力端子13cにのみ運転信号が入力される。この信号が入力されると、ポンプP3にのみ駆動ONの信号が出力される。なお、各切替手段MV1〜MV4の状態は上述した2温度同時供給時の状態と同様であり、熱交換ユニットAの各部は停止状態(駆動OFF)のままである。
On the other hand, when operating only the radiation
これにより、熱交換ユニットAを利用せずに地中から採取した熱を直接利用した、輻射タイプの冷暖房機器2のみの冷房運転をすることができる。よって、冷房運転時において、上記複数種の冷暖房機器1,2のうち、地中から採取した熱を直接利用する冷暖房機器2のみを使用する場合には、熱交換ユニットAを停止し、バイパス経路36中に配置された循環用ポンプP3の消費電力のみにて実現できる運転のため、低ランニングコストによる運転を実現できる。また、冷やされた熱媒体の温度が低くなり過ぎない為、過冷却による床表面及び床内部の結露を発生させることなく、涼感を得られるメリットがある。
Thereby, only the radiation type air-
なお、本実施形態では、ヘッダーボックス35の切り替えにより、複数ある輻射タイプの冷暖房機器2a,2bのうち、床冷暖房ユニット2bのみ冷房運転をする場合を例示しているが、該ヘッダーボックス35の切り替えにより、床暖房パネル2aを同時に冷房運転することも可能であり、また床暖房パネル2aのみを冷房運転することも可能である。
In the present embodiment, the case where only the floor cooling /
<暖房モード>
一方、暖房モード時は、各冷暖房機器1,2を運転するにあたって、地中から採取した熱は一般的に15℃〜20℃程度のため直接利用はせず、熱交換ユニットAを利用して得た熱(例えば55℃)を両冷暖房機器1,2に利用する。このため、前記2系統の制御入力端子13b,13cのいずれか一方又は両方に運転信号が入力されても、第一熱交換経路C中の熱交換ユニットAのみを運転状態(駆動ON)し、第二熱交換経路DのポンプP3は停止状態(駆動OFF)のままである。
<Heating mode>
On the other hand, in the heating mode, when operating the
また各切替手段MV1〜MV4の状態は以下のようになる。 The states of the switching means MV1 to MV4 are as follows.
2種の冷暖房機器1,2を運転する場合、両機器1,2とも熱交換ユニットAを利用して得た熱を利用するため、冷暖房機器が配置された側である二次側の2方弁MV1,MV2は開に切り替えられる。更に輻射タイプの冷暖房機器2側に配置されているヘッダーボックス35の切り替えにより床暖房パネル2a、床冷暖房ユニット2bに前記熱が供給される。これにより両冷暖房機器1,2に熱交換ユニットAを利用して得た熱が供給される。
When operating two types of air-
2種の冷暖房機器1,2のうち一方のみを運転する場合も、前記二次側の2方弁MV1,MV2は開に切り替えられる。しかしながら、送風タイプの冷暖房機器1であるファンコイルユニット1aのみを運転する場合には、前記ヘッダーボックス35の切り替えにより輻射タイプの冷暖房機器2である床暖房パネル2a、床冷暖房ユニット2bへの前記熱の供給が遮断される。これにより、送風タイプの冷暖房機器Aのみを暖房運転する場合には、該冷暖房機器Aのみに熱交換ユニットAを利用して得た熱が供給される。
Even when only one of the two types of
また暖房モード時は、前述したように熱交換ユニットAを利用して得た熱のみを利用するため、複数の配管群Bが利用できるように、熱交換ユニットAの一次側の3方弁MV3,MV4は、配管群B2から一次側分岐経路32への経路のみを開くように(バイパス経路36側は閉じる)に切り替えられる。
In the heating mode, only the heat obtained by using the heat exchange unit A is used as described above. Therefore, the three-way valve MV3 on the primary side of the heat exchange unit A is used so that a plurality of piping groups B can be used. , MV4 is switched to open only the path from the pipe group B2 to the primary branch path 32 (close the
送風タイプの冷暖房機器1としてのファンコイルユニット1aは、暖房運転時、熱交換ユニットAを利用して得た熱による温風を吹き出し暖房する。同様に、輻射タイプの冷暖房機器2としての床暖房パネル2a、床冷暖房ユニット2bも、暖房時は熱交換ユニットAを介して高温の熱媒体を循環させて床面を暖める。
The fan coil unit 1a as the blower type air conditioner 1 blows and heats hot air generated by using the heat exchange unit A during heating operation. Similarly, the
上述したように、本実施形態によれば、冷房運転時においては、複数種の冷暖房機器1,2のうち、送風タイプの冷暖房機器1に対しては熱交換ユニットAを利用して得た熱を供給し、輻射タイプの冷暖房機器2に対しては地中から採取した熱を直接供給するため、好適な2温度の熱媒体を冷暖房機器の種類に応じてそれぞれ同時に利用することが可能となる。これにより、装置構成が複雑になることなく、且つコスト高になることなく、複数種の冷暖房機器1,2に対して充分実用可能な、熱交換ユニットAを通して得た熱と熱交換ユニットAを通さずに地中から採取した熱を同時に利用することができ、複数種の冷暖房機器1,2を快適に利用することができる。
As described above, according to the present embodiment, during the cooling operation, the heat obtained by using the heat exchange unit A for the air-conditioning / heating device 1 among the plurality of types of the cooling /
また、冷房運転時において、上記複数種の冷暖房機器1,2のうち、地中から採取した熱を直接利用する輻射タイプの冷暖房機器2のみを使用する場合には、熱交換ユニットAを停止し、熱交換ユニットAを迂回するバイパス経路36中に配置された循環用ポンプP3の消費電力のみにて実現できる運転のため、低ランニングコストによる運転を実現できる。
Further, during the cooling operation, when using only the radiation type cooling /
また、地中に埋設し熱媒体を循環させる多数の配管を複数の群に分けて複数の配管群Bとしているため、複数種の冷暖房機器1,2の冷房運転時には、熱交換ユニットAを利用した熱交換に用いる配管群B1と、熱交換ユニットAを利用しない直接利用のための配管群B2とに分けて利用することが可能である。これにより、冷房時に、熱交換ユニットで温度が上昇してしまった熱媒体を、直接利用のための冷媒として輻射タイプの冷暖房機器2に用いることを回避でき、複数種の冷暖房機器を快適に利用することができる。要は、地中熱の利用に際し、熱媒体を循環させる配管を複数の群に分けたことで、複数種の冷暖房機器が、冷暖房機器の要求する温度に応じて、使用に最適な配管の群を使用可能になり、これにより全体としてバランスのとれたシステムにすることができたのである。なお、このとき冷暖房機器の種類の組み合わせをも切り替えることで、より適切な配管群の使用が可能になる。
In addition, since a large number of pipes embedded in the ground and circulating the heat medium are divided into a plurality of groups to form a plurality of pipe groups B, the heat exchange unit A is used during the cooling operation of a plurality of types of
また、通常(現在の市販汎用)の熱交換ユニットに使用される電気系統は、本実施形態のように熱交換経路を2つ有することは想定されていないので、汎用の熱交換ユニットをそのまま使用できない。そこで、本実施形態では、前述したように、熱交換ユニットAが、冷房又は暖房の運転モードを切り替える信号を入力する入力端子13aと、冷房モード時に熱交換ユニットAを利用して得た熱を利用する送風タイプの冷暖房機器1と地中から採取した熱を直接利用する輻射タイプの冷暖房機器2とを識別するための2系統の制御入力端子13b,13cと、を有する端子台13を予め有している。このように、汎用の熱交換ユニットの電気系統を予め準備しておくことで、本実施形態のシステムの実施が容易になる。
In addition, it is not assumed that the electrical system used for a normal (currently commercially available) heat exchange unit has two heat exchange paths as in this embodiment, so the general-purpose heat exchange unit is used as it is. Can not. Therefore, in this embodiment, as described above, the heat exchange unit A receives the
なお、前述した実施形態では、冷暖房機器が配置された側である二次側の第二切替手段として、二次側分岐経路34とバイパス経路41との間に2方弁MV1,MV2を設けた構成を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば二次側分岐経路34とバイパス経路21との接続部に3方弁MV1,MV2を設けた構成としても良い。この場合、前記3方弁MV1,MV2は、冷房時はバイパス経路36から輻射タイプの冷暖房機器2への経路のみを開く(二次側分岐経路34側は閉じる)ように切り替えられ、暖房時は二次側分岐経路34から輻射タイプの冷暖房機器2への経路のみを開く(バイパス経路36側は閉じる)ように切り替えられる。その他の構成及び動作は前述した実施形態と同様である。この構成によっても前述した実施形態と同様の効果が得られる。
In the above-described embodiment, the two-way valves MV1 and MV2 are provided between the
また前述した実施形態では、冷房時に熱交換ユニットに用いる配管群が単数である場合を例示して説明したが、これに限定されるものではなく、前記熱交換ユニットに用いる配管群を複数とし、該複数の配管群を送風タイプの冷暖房機器が受ける熱媒体の温度状況によって選択的に利用可能としても良い。この構成により、例えば熱交換ユニットで温度が上昇した熱媒体を循環させ続けることで配管周囲の地中温度が上昇してしまうような状況下において、熱交換ユニットで温度が上昇した熱媒体を循環させる配管群を前記複数の配管群のうちの他の配管群に切り替えることで、再び熱交換ユニットに戻す熱媒体の温度を、該熱交換ユニットを用いた熱交換に利用可能な状態にすることができ、更に温度上昇してしまった配管群を次の利用に備えて休ませることができる。よって、冷暖房機器を快適に利用することができる。 In the above-described embodiment, the case where the number of pipe groups used for the heat exchange unit during cooling is illustrated as an example, but the present invention is not limited thereto, and the number of pipe groups used for the heat exchange unit is plural. The plurality of piping groups may be selectively usable depending on the temperature condition of the heat medium received by the air-conditioning / heating device. With this configuration, for example, in a situation where the underground temperature around the piping rises by continuing to circulate the heat medium whose temperature has increased in the heat exchange unit, the heat medium whose temperature has increased in the heat exchange unit is circulated. By switching the piping group to be switched to another piping group of the plurality of piping groups, the temperature of the heat medium returned to the heat exchange unit again is made available for heat exchange using the heat exchange unit. In addition, the piping group whose temperature has risen can be rested for the next use. Therefore, the air conditioning equipment can be used comfortably.
また前述した実施形態では、送風タイプの冷暖房機器1としてファンコイルユニット1aを、輻射タイプの冷暖房機器2として床暖房パネル2a、床暖房ユニット2bを例示したが、これに限定されるものではない。例えば送風タイプの冷暖房機器としてはエアコン、輻射タイプの冷暖房機器としては床にかぎらず、壁、天井、屋根などに配管し該配管に前述の熱媒体を循環させる冷暖房機器など、前述した実施形態において例示した冷暖房機器以外のものであっても良い。これらの冷暖房機器を適宜組み合わせて利用する冷暖房システムにおいても前述した本発明は有効である。
Moreover, in embodiment mentioned above, although the fan coil unit 1a was illustrated as the ventilation type air conditioning apparatus 1, and the
本発明の活用例として、住宅以外にも、事務所ビル、公共建物等でのオープンスペースでの床冷却による省エネ空調に適用することができ、また暖房システムしかない事務所ビル、公共建物等でのリフォームの展開も可能である。 As an application example of the present invention, it can be applied to energy-saving air conditioning by floor cooling in an open space in an office building, public building, etc. as well as a house, and in an office building, public building, etc. that has only a heating system It is possible to expand the reform.
A …熱交換ユニット
B …複数の配管群
B1,B2 …配管群
C …第一熱交換経路
D …第二熱交換経路
MV1,MV2,MV3,MV4 …切替手段
P1 …一次側循環用ポンプ
P2 …二次側循環用ポンプ
P3 …循環用ポンプ
S …地中熱利用冷暖房システム
1 …送風タイプの冷暖房機器
1a …ファンコイルユニット
2 …輻射タイプの冷暖房機器
2a …床暖房パネル
2b …床冷暖房ユニット
11 …ヒートポンプユニット
11a …一次側熱交換部
11b …二次側熱交換部
13 …端子台
13a …入力端子
13b,13c …制御入力端子
21 …埋設管
22 …配管
31 …一次側経路
32 …一次側分岐経路
33 …二次側経路
34 …二次側分岐経路
35 …ヘッダーボックス
36 …バイパス経路
41 …冷暖房切替スイッチ
A ... Heat exchange unit B ... Plural pipe groups B1, B2 ... Pipe group C ... First heat exchange path D ... Second heat exchange path MV1, MV2, MV3, MV4 ... Switching means P1 ... Primary side circulation pump P2 ... Secondary side circulation pump P3 ... Circulation pump S ... Geothermal heat-use air conditioning system 1 ... Blower type air conditioner 1a ...
Claims (3)
地中熱を利用した熱交換によって冷暖房機器が要求する温度を確保する熱交換ユニットと、
地中に埋設し熱媒体を循環させる多数の配管を複数の群に分けてなる複数の配管群と、
前記複数の配管群から前記熱交換ユニットを介して冷暖房機器につながる第一熱交換経路と、
前記複数の配管群から前記熱交換ユニットを迂回して冷暖房機器に直接つながる第二熱交換経路と、
を有し、
複数種の冷暖房機器の冷房運転時に、複数種ある冷暖房機器のうち、ある種の冷暖房機器に対しては、前記複数の配管群のうちの一部の配管群及び前記第一熱交換経路を用いて前記熱交換ユニットを利用して得た熱を供給し、前記冷暖房機器とは異なる種の冷暖房機器に対しては、前記熱交換ユニットが利用している一部の配管群以外の他の配管群及び前記第二熱交換経路を用いて前記熱交換ユニットを利用せずに地中から採取した熱を直接供給することが可能であることを特徴とする地中熱利用冷暖房システム。 A geothermal heat-use air conditioning system that uses geothermal heat for multiple types of air-conditioning equipment,
A heat exchange unit that secures the temperature required by the air-conditioning equipment through heat exchange using geothermal heat;
A plurality of pipe groups, each of which is divided into a plurality of groups, embedded in the ground and circulating a heat medium;
A first heat exchange path that leads from the plurality of piping groups to the air conditioning equipment via the heat exchange unit;
A second heat exchange path that bypasses the heat exchange unit from the plurality of pipe groups and is directly connected to the air conditioning equipment;
Have
During cooling operation of a plurality of types of cooling and heating equipment, among a plurality of types of cooling and heating equipment, for some types of cooling and heating equipment, a part of the plurality of piping groups and the first heat exchange path are used. For the air conditioning equipment of a kind different from the air conditioning equipment, other pipes other than a part of the pipe group used by the heat exchange unit An underground heating / cooling system using ground heat, which is capable of directly supplying heat collected from the ground without using the heat exchange unit using the group and the second heat exchange path.
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