JP2007017055A - 地中氷蓄熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】 スペース効率に優れ、ヒートアイランド現象の抑制に寄与し得る有効な氷蓄熱システムを提供する。
【解決手段】 建物の基礎杭１０として地中に設けた中空杭の内部に、蓄熱媒体としての貯留水を結氷させかつ解氷させる製氷コイル２を設置して該基礎杭を氷蓄熱槽１とし、かつ、製氷用コイルに接続される製氷用のブラインチラー３等の熱源機の放熱源として、放熱媒体を地中に通すことで地中に放熱する構成の地中熱交換器２０を用いた。地中熱交換器としては、地中に鉛直あるいは水平に蛇行状態で設けた一連の放熱コイル状の管路、あるいは基礎杭として地中に設けてその外周面を放熱面とした中空杭を用いることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は建物の冷房設備に適用して好適な蓄熱システムに係わり、特に建物の基礎杭を氷蓄熱槽として利用する地中氷蓄熱槽システムに関する。

周知のように、蓄熱槽の貯留水を氷結させ解氷させることでその潜熱を利用する氷蓄熱システムは、通常の水蓄熱システムに比べて蓄熱効率に優れるものであって今後広く普及する気運にある。

図４は従来一般の氷蓄熱システムの概要を示すもので、１は氷蓄熱槽、２はその内部に設けられた製氷コイル、３は製氷用の熱源器としてのブラインチラー、４はブラインチラー３に付設される放熱源としての冷却塔、５は冷房負荷を処理する空調機（ＡＨＵ）である。また、符号６はブラインの循環ポンプ、７は切替弁、８は膨張タンク、９は冷却水ポンプであり、負荷状況によってブライン経路を切り替えることによって、夜間等にはブラインチラー３によって製氷する蓄熱運転を行い、ピーク負荷時等には空調機５によって解氷しながらその蓄熱を利用する蓄熱利用運転を行うようになっている。

また、この種の氷蓄熱システムとして、特許文献１に示されるように、建物の基礎杭として設けられる中空杭を氷蓄熱槽として利用するものも提案されている。これは、図５に示すように基礎杭１０の中空部に貯留水を貯留するとともに、その内部に組み込んだ製氷コイル２によって貯留水を氷結させ解氷するように構成したもので、負荷状況に応じて（ａ）に示すような蓄熱運転モードや、（ｂ）に示すような冷房運転モード、（ｃ）に示すようなピーク負荷運転モードに切り替えるように構成したものである。

上記のような氷蓄熱システムは通常の水蓄熱システムに比べて優れた蓄熱効率が得られるばかりでなく氷蓄熱槽１の槽容量を削減することができるのでスペース効率にも優れるものであり、特に特許文献１に示されるものはデッドスペースである基礎杭１０の内部空間を有効利用して氷蓄熱槽１を設けることからそれを設置するための格別のスペースが不要であり、したがって基礎としてそのような基礎杭１０を設ける建物を対象とする冷房システムとして採用して極めて合理的であり有効なものである。
特開２００４−１６３００２号公報

上述のように、図４に示した従来の氷蓄熱システムは水蓄熱システムに比べて氷蓄熱槽１の設置スペースを節約でき、また図５に示したものでは氷蓄熱槽１の設置スペースを不要とできるものではあるが、いずれも製氷用の熱源機としてのブラインチラー３に付設される放熱源としては通常の冷却塔４を使用することが一般的であるので、その冷却塔４を設置するための十分なスペースを地上部や建物の屋上部等に確保する必要があり、その点ではいずれも省スペース化に限界があった。また、大気中に直接放熱を行う冷却塔４はいわゆるヒートアイランド現象の一因ともなっていることから、その観点からも冷却塔４の採用は好ましくないともされている。

上記事情に鑑み、本発明はさらなる省スペース化を実現でき、かつヒートアイランド現象の抑制に寄与し得る有効な氷蓄熱システムを提供することを目的とする。

本発明は、建物の基礎杭として地中に設けた中空杭の内部に、蓄熱媒体としての貯留水を結氷させかつ解氷させる製氷コイルを設置して該基礎杭を氷蓄熱槽とし、かつ、前記製氷用コイルに接続される製氷用の熱源機の放熱源として、放熱媒体を地中に通すことで地中に放熱する構成の地中熱交換器を用いたことを特徴とする。

本発明の地中氷蓄熱システムにおいては、製氷用の熱源機の放熱源としての地中熱交換器として、地中に鉛直あるいは水平に蛇行状態で設けた一連の放熱コイル状の管路、あるいは基礎杭として地中に設けてその外周面を放熱面とした中空杭を用いることができる。

本発明によれば、基礎杭を氷蓄熱槽として利用するので氷蓄熱槽を設置するための格別のスペースを必要とせず、また製氷用の熱源機の放熱源として地中熱交換器を用いるので冷却塔の設置スペースも不要となり、したがって従来の氷蓄熱システムに比べてより一層の省スペース化を実現でき、スペース効率をさらに向上させることができる。また、地中熱交換器の採用により従来のように冷却塔から大気中への直接的な放熱を無くすことができるので、ヒートアイランド現象の防止にも寄与できる効果がある。

本発明の氷蓄熱システムの一実施形態を図１に示す。これは図４に示した従来の氷蓄熱システムを基本とするものであるので、同一構成要素には同一符号を付しているが、図５に示した氷蓄熱システムのように建物の基礎杭１０として設けられる中空杭を氷蓄熱槽１として利用し、かつブラインチラー３の放熱源として地中熱交換器２０を採用したものとなっている。

基礎杭１０を氷蓄熱槽１として利用するに当たっては基礎杭１０から周囲への放熱を抑制して断熱性能を確保する必要があるので、たとえば基礎杭１０の内周面に円筒状の断熱材を装着したり、発泡性断熱材を吹き付けることが考えられる。その場合、断熱材としては内部に貯留水が浸透しないように独立気泡系のものが好適であるが、深度が２０ｍ以上となるような場合には断熱材の耐圧性も考慮する必要がある。あるいは、基礎杭１０の内周面に断熱材としてアスファルトを塗布することも考えられる。いずれにしても、基礎杭１０の周囲の土壌による断熱効果が自ずと得られるので断熱層の厚さはさほど必要とせず、氷蓄熱槽１を地上に露出状態で設置する場合に必要となる断熱層厚に比べれば半分程度で済む。

地中熱交換器２０は、ブラインチラー３との間で循環する放熱媒体としての冷却水を地中に通すことで周囲土壌に対して放熱を行うもので、本実施形態における地中熱交換器２０は、地中に多数の鉛直Ｕ状のボアホールを穿孔してその内部にＵ状の冷却水管を設置し、それら冷却水管の上部どうしを連絡して一連の鉛直コイル状の冷却水管路とした構成のものである。なお、一連の冷却水管路の全長は必要とされる放熱量や土壌の熱伝導率等を考慮して適正に設定すれば良い。また、可能であれば冷却水管を省略してボアホール自体を冷却水管路とすることも考えられる。

本実施形態の氷蓄熱システムは、氷蓄熱槽１として基礎杭１０を利用することでそれを設置するための格別のスペースを必要としないばかりでなく、ブラインチラー３の放熱源として地中熱交換器２０を採用したことにより冷却塔４の設置スペースも不要となるから、従来の氷蓄熱システムに比べてより一層の省スペース化を実現でき、スペース効率をさらに向上させることができる。

また、地中熱交換器２０の採用により冷却塔４からの大気中への直接的な放熱を無くすことができるので、ヒートアイランド現象の防止にも寄与できる。さらには、土壌温度は年間を通じて比較的安定しているので、地中熱交換器２０は安定した放熱性能が得られるものであり、それによりブラインチラー３の成績係数を高めることができ、ひいてはブラインチラー３の運転に要する電力消費量の削減による省エネルギー効果や、ＣＯ２排出量の削減効果も得られる。

なお、地中熱交換器２０としては上記のよな鉛直コイル方式のものに限らず、図２や図３に示すものも考えられる。図２は地表面に沿って水平コイル状の冷却水管路を設けたものであり、これを深度１０〜２０ｍ程度の範囲に必要に応じて図示例のように２段ないしそれ以上の多段にわたって設けることにより、同様に優れた放熱効果が得られることに加え、積雪地域において冬季に運転するような場合には融雪効果を得ることもできる。

図３は、氷蓄熱槽１として利用する基礎杭１０と同様の他の基礎杭１０を多数並列的に接続してそれらの内部に放熱媒体としての冷却水を循環させることにより、それら基礎杭１０自体を地中熱交換器２０としたものである。この場合は地中熱交換器２０として利用する基礎杭１０の外周面積全体（周長×長さ×本数）が放熱面となるので、多数の基礎杭１０を並列することにより自ずと十分な放熱面積と放熱効率が得られる。なお、氷蓄熱槽１として利用する基礎杭１０には断熱材により断熱性能を高める必要があるが、地中熱交換器２０として利用する基礎杭１０には断熱材は逆効果になるので不要であることは言うまでもない。また、図３に示したような基礎杭１０を利用した地中熱交換器２０と、図１や図２に示したような放熱コイル状の冷却水管路からなる地中熱交換器２０とを併用することも考えられる。

以上で本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、基礎杭を氷蓄熱槽として利用し、かつ製氷用の熱源機からの放熱を地中熱交換器によって地中に放熱する構成とする限りにおいて、システム全体の構成は任意に構成して良く、適宜の設計的変更が可能であることは当然である。

本発明の一実施形態である氷蓄熱システムの概要図である。 本発明の他の実施形態である氷蓄熱システムの概要図である。 本発明のさらに他の実施形態である氷蓄熱システムの概要図である。 従来一般の氷蓄熱システムの概要図である。 基礎杭を氷蓄熱槽とした従来の氷蓄熱システムの概要図である。

符号の説明

１ 氷蓄熱槽
２ 製氷コイル
３ ブラインチラー（製氷用の熱源器）
４ 冷却塔
５ 空調機
１０ 基礎杭
２０ 地中熱交換器（放熱源）

Claims (3)

1. 建物の基礎杭として地中に設けた中空杭の内部に、蓄熱媒体としての貯留水を結氷させかつ解氷させる製氷コイルを設置して該基礎杭を氷蓄熱槽とし、かつ、前記製氷用コイルに接続される製氷用の熱源機の放熱源として、放熱媒体を地中に通すことで地中に放熱する構成の地中熱交換器を用いたことを特徴とする地中氷蓄熱システム。
2. 請求項１記載の地中氷蓄熱システムにおいて、前記地中熱交換器を、地中に鉛直あるいは水平に蛇行状態で設けた一連の放熱コイル状の管路により構成したことを特徴とする地中氷蓄熱システム。
3. 請求項１または２記載の地中氷蓄熱システムにおいて、前記地中熱交換器を、基礎杭として地中に設けてその外周面を放熱面とした中空杭により構成したことを特徴とする地中氷蓄熱システム。

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