JP2007178071A - 地中蓄熱システム及びその施工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】蓄熱効率、長期間使用時の信頼性、及び、資源の有効利用の側面において良好であり、かつ、比較的簡易に構築することができる、直接方式の地中蓄熱システムを提供すること。
【解決手段】地中に熱を蓄熱するための地中蓄熱システム1Aであって、原地盤2に形成された収容空間3と、この収容空間3に充填されることにより、原地盤2を、建築物を支持可能な支持地盤7に置換する塊状の蓄熱材4と、支持地盤7に対して液体状の熱搬送媒体を注入し、この液体状の熱搬送媒体を支持地盤7から汲み上げる配管5、6とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】地中に熱を蓄熱するための地中蓄熱システム1Aであって、原地盤2に形成された収容空間3と、この収容空間3に充填されることにより、原地盤2を、建築物を支持可能な支持地盤7に置換する塊状の蓄熱材4と、支持地盤7に対して液体状の熱搬送媒体を注入し、この液体状の熱搬送媒体を支持地盤7から汲み上げる配管5、6とを備える。
【選択図】図1
Description
この発明は、地中に温熱や冷熱を利用可能に蓄熱する地中蓄熱システム及びその施工方法に関する。
従来から、地中に温熱や冷熱を蓄熱し、この熱を必要時に取り出して利用する地中蓄熱システムが提案されている。このような地中蓄熱システムは、その蓄熱形態に基づいて、直接方式と間接方式の2つに大別される。直接方式とは、地下の帯水層に温水や冷水を注入して地下水として蓄熱し、この地下水を必要時に直接汲み上げてその温熱や冷熱を利用する方式である。一方、間接方式とは、地中に熱交換パイプ等の熱交換器を埋設し、この熱交換器により地盤に温熱や冷熱を蓄熱し、この温熱や冷熱を熱交換器により取り出して利用する方式である。
このうち、直接方式の地中蓄熱システムとして、従来からいくつかの具体的構造が提案されている。例えば、建物下部の土層に水を蓄えて蓄熱槽として利用するものがある(例えば、特許文献1参照)。また、原地盤にボーリング等によって井戸を掘削し、この井戸に温水や冷水を注入して蓄熱を行なうものがある(例えば、特許文献2参照)。さらには、地下に貯水槽を作製し、この貯水槽にコンクリート廃材等を貯蔵し、このコンクリート廃材等に空気を導入して蓄熱を行なうものがある(例えば、特許文献3参照)。
しかしながら、このような従来の直接方式の地中蓄熱システムは、その構造から、蓄熱効率、長期間使用時の信頼性、あるいは、資源の有効利用の側面において、様々な問題が生じ得るものであった。
具体的には、土層に水を蓄えて蓄熱槽として利用するシステムや、原地盤に掘削した井戸を用いて蓄熱を行なうシステムにおいては、熱搬送媒体としての水を、原地盤に注入し、あるいは、原地盤から汲み上げる必要がある。しかしながら、原地盤の透水性は一般的に低いために、この原地盤に対する水の注入や汲み上げには比較的長時間を要する。また井戸への水の注水量にも自ら限界があるため、この井戸に対して大量の水を一度に注入等することは困難である。これらのことから、水の注入や汲み上げに時間を要し、蓄熱作業効率が悪いという問題があった。また、このように原地盤に水を注入等する場合、原地盤に含まれる細粒分が水と一体になって井戸や配管内に流入し、井戸に堆積してその水量を減らしたり、管路に目詰まりを生じさせたりする等、水の汲み上げ性能を低下させ、長期間使用時における蓄熱システムの信頼性を低下させるという問題があった。
一方、貯水槽にコンクリート廃材等を貯蔵するシステムは、コンクリート廃材等を利用しているために資源を有効利用できるという点には利点があるが、熱搬送媒体として空気を使用することを前提として立案されたものであり、水を使用することを意図していないので、水を注入等して蓄熱を行なった場合には、原地盤から水を汲み上げるシステムと同様に、コンクリート廃材等に混入している細粒分が導水配管に流入して不具合を生じさせる可能性があった。また、このシステムでは、地下に貯水槽を作製しているので、システムの導入コストが高くなり、また施工期間が長くなるという問題があった。
この発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、蓄熱効率、長期間使用時の信頼性、及び、資源の有効利用の側面において良好であり、かつ、比較的簡易に構築することができる、直接方式の地中蓄熱システム及びその施工方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1に記載の本発明は、地中に熱を蓄熱するための地中蓄熱システムであって、原地盤に形成された収容空間と、前記収容空間に充填されることにより、前記原地盤を、建築物を支持可能な支持地盤に置換する塊状の蓄熱材と、前記支持地盤に対して液体状の熱搬送媒体を注入し、この液体状の熱搬送媒体を前記支持地盤から汲み上げる配管と、を備えたことを特徴とする。
また請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載の本発明において、前記蓄熱材は、コンクリート廃材塊を含むこと、を特徴とする。
また請求項3に記載の本発明は、請求項1又は2に記載の本発明において、前記配管として、前記熱搬送媒体を前記支持地盤に注入する注入配管と、前記熱搬送媒体を前記支持地盤から汲み上げる汲み上げ配管とを備え、前記注入配管に形成した注入口と、前記汲み上げ配管に形成した取り込み口とを、相互に異なる高さに配置したこと、を特徴とする。
また請求項4に記載の本発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載の本発明において、前記収容空間の側方に配置され、この収容空間に対する山留め壁又は止水壁を構成する壁部、を備えたことを特徴とする。
また請求項5に記載の本発明は、請求項4に記載の本発明において、前記配管を、前記壁部に略埋設したこと、を特徴とする。
また請求項6に記載の本発明は、請求項1から5のいずれか一項に記載の本発明において、前記収容空間に、前記原地盤を地盤改良するための改良体を配置し、この改良体の周囲に、前記蓄熱材を充填したこと、を特徴とする。
また請求項7に記載の本発明は、請求項6に記載の本発明において、前記改良体を略格子状に配置し、前記格子状の改良体にて前記収容空間に形成された複数の区画を相互に導水可能に連結する連結配管を設けたこと、を特徴とする。
また請求項8に記載の本発明は、請求項1から7のいずれか一項に記載の本発明において、前記支持地盤の下方の支持層に至るものであって、前記支持地盤を支持すると共に蓄熱可能な支持手段を設けたこと、を特徴とする。
また請求項9に記載の本発明は、地中に熱を蓄熱するための地中蓄熱システムの施工方法であって、原地盤に収容空間を形成する空間形成工程と、前記収容空間の内部に配管を建て込む配管設置工程と、前記収容空間に塊状の蓄熱材を充填することにより、前記原地盤を支持地盤とする充填工程と、を順次行なうこと、を特徴とする。
また請求項10に記載の本発明は、請求項9に記載の本発明において、前記空間形成工程において、前記収容空間の周囲に法面を形成し、前記充填工程の後に、前記法面を埋設すること、を特徴とする。
また請求項11に記載の本発明は、地中に熱を蓄熱するための地中蓄熱システムの施工方法であって、原地盤に収容空間を形成する空間形成工程と、前記空間形成工程の前後いずれかにおいて、前記収容空間の周囲に壁部を形成する壁部形成工程とを備え、前記壁部形成工程において、前記壁部を構成する所定の構成材を前記原地盤に打設した後、この構成材が固化する前に、当該構成材に配管を埋設すること、を特徴とする。
請求項1に係る本発明の地中蓄熱システムによれば、地中を利用して蓄熱を行なうことができるので、熱負荷の低い時に廃熱を蓄熱し、この廃熱を熱負荷の高い時に取り出して有効利用できるので、熱負荷ピークを低減できると共に、システム全体のCOP(Coefficient of Performance、エネルギー消費効率)を向上させて、省エネルギー対策に大きく貢献することができる。このような蓄熱運転は、いわゆる季節間蓄熱にも適用可能であり、例えば、冷房期における熱源機からの温排熱を蓄熱し、これを暖房期に取り出して熱源水として熱源に導入したり、あるいは、温水を直接空調機に導入したりすることで、エネルギーの消費を抑えることができる。逆に、暖房期における熱源機からの冷排熱を蓄熱し、これを冷房期に取り出して熱源水として熱源に導入したり、あるいは、冷水を直接空調機に導入したりすることで、エネルギーの消費を抑えることができる。また、これらの運転においては、熱源からの排熱の大半は地中に投入されるため、地上の温熱環境への悪影響(夏期のヒートアイランド等)を低減できる。特に、蓄熱材として、塊状の蓄熱材を用いているので、蓄熱材の相互間に適度な間隙を形成でき、透水性を高めて蓄熱効率を向上させることができると共に、配管の目詰まり等を防止できる。また、蓄熱材によって原地盤を地盤改良して支持地盤とすることができ、この支持地盤の上部に建築物を建築可能としたので、軟弱な原地盤を改良して構築した支持地盤に建物を建てることができ、土地を有効活用することができる。
請求項2に係る本発明の地中蓄熱システムによれば、蓄熱材としてコンクリート廃材塊を用いているので、高密度で蓄熱を行なうことができ、さらには、産業廃棄物を資源として有効活用することで、環境問題にも貢献することができると共に、産業廃棄物の処分費用を削減するという経済的効果を得ることができる。
請求項3に係る本発明の地中蓄熱システムによれば、注入口と取り込み口とを相互に異なる高さに配置しているので、温水は常に上方から注入や汲み上げを行ない、冷水は常に下方から注入や汲み上げを行なう等、支持地盤の内部における温水や冷水の温度成層を崩すことなく注水や取水を行なうことができるので、蓄熱効率を一層向上させることができる。
請求項4に係る本発明の地中蓄熱システムによれば、収容空間に壁部を設けたので、収容空間の周囲の原地盤が崩壊して収容空間に雪崩れ込むことを防止でき、あるいは、収容空間の内外に渡る水の移動を防止して、支持地盤に蓄熱された温熱や冷熱が水の移動によって周囲の原地盤に逃げることを防止でき、高い蓄熱効率を維持することができる。
請求項5に係る本発明の地中蓄熱システムによれば、配管を壁部に略埋設したので、支持地盤に対する配管設置用のボーリングが不要になり、配管敷設作業が一層容易になると共に、配管の目詰まりを生じさせるという問題を回避でき、メンテナンスフリーな地中蓄熱システムを構築できる。
請求項6に係る本発明の地中蓄熱システムによれば、改良体を用いることで、支持地盤に液状化対策機能や建物支持機能を持たせることができる。従って、特に液状化に対する抵抗力や建物の支持力が高い高品質な建物を、支持地盤の上に建設することが可能になる。
請求項7に係る本発明の地中蓄熱システムによれば、改良体にて形成された区画を連結手段で連結したので、温水や冷水が連結手段を介して各区画に相互に透水可能になるため、隅々まで水または蓄熱材を有効に利用でき、高い蓄熱効率を維持することができる。
請求項8に係る本発明の地中蓄熱システムによれば、支持地盤を支持する支持手段を設けたので、十分な支持性能を有する原地盤が比較的深い深度に存在する場合であっても、この深部に至るように打設した杭によって支持地盤を支持することで、支持地盤の全体を深部に形成する必要がなくなり、掘削費用や掘削土を低減できる。また、支持手段にて蓄熱可能としたので、支持地盤に蓄熱された温熱又は冷熱が、支持手段自体に、あるいは、支持手段の相互間の原地盤やそこに含有される水にて蓄熱されるので、システム全体の蓄熱効率を向上させることができる。
請求項9に係る本発明の地中蓄熱システムの施工方法によれば、蓄熱材を完全に充填する前に、注入配管や汲み上げ配管を建て込むことで、配管の設置位置の自由度を高めることができると共に、蓄熱材が砕石や切削されて細粒分が発生することがなくなるため、配管の目詰まりを生じさせるという問題を回避でき、メンテナンスフリーな地中蓄熱システムを構築できる。
請求項10に係る本発明の地中蓄熱システムの施工方法によれば、収容空間の周囲に法面を形成することで、収容空間の崩落を招くような危険性を解消でき、安定的した収容空間を構築することができる。
請求項11に係る本発明の地中蓄熱システムの施工方法によれば、壁部を構成する構成材が固化する前に、この構成材に配管を埋設することで、壁部の内部に配管を容易に設置できる。この場合には、支持地盤に対する配管設置用のボーリングが不要になり、配管敷設作業が一層容易になると共に、配管の目詰まりを生じさせるという問題を回避でき、メンテナンスフリーな地中蓄熱システムを構築できる。
以下に添付図面を参照して、この発明に係る地中蓄熱システム及びその施工方法の各実施の形態を詳細に説明する。まず、〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念を説明した後、〔II〕各実施の形態の具体的内容について説明し、〔III〕最後に、各実施の形態に対する変形例について説明する。ただし、これら各実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念
まず、各実施の形態に共通の基本的概念について説明する。各実施の形態に係る地中蓄熱システムは、地中に熱を蓄熱するためのシステムであり、概略的には、原地盤に形成された収容空間と、この収容空間に充填されることにより前記原地盤を支持地盤とする塊状の蓄熱材(蓄熱体)と、この支持地盤に対して熱搬送媒体を注入すると共に、この熱搬送媒体を前記支持地盤から汲み上げる配管とを備えて構成されている。このような構成において、冷却又は暖めた熱搬送媒体を配管にて支持地盤に注入することで、この熱搬送媒体が蓄熱材と熱交換し、この蓄熱材に蓄熱が行なわれる。そして、熱負荷のピーク時等に、熱搬送媒体を支持地盤に注入して蓄熱材と熱交換させることで、熱搬送媒体を冷却又は暖めた後、この熱搬送媒体を支持地盤から汲み上げて冷房や暖房に利用することで、蓄熱材に蓄えた熱を利用できる。このような蓄熱運転は、季節間蓄熱にも適用可能であり、例えば、冷房期における熱源機からの温排熱を蓄熱すると共にこれを暖房期に利用したり、逆に、暖房期における熱源機からの冷廃熱を蓄熱すると共にこれを冷房期に利用したりすることで、エネルギーの消費を抑えることができる。また、これらの運転においては、熱源からの廃熱の大半は地中に投入されるため、地上の温熱環境への悪影響を低減できる。なお、熱搬送媒体は、液体状であればよく、水、又は、水和物スラリーを含み得るが、以下の説明では水(温水又は冷水)を用いるものとして説明する。
まず、各実施の形態に共通の基本的概念について説明する。各実施の形態に係る地中蓄熱システムは、地中に熱を蓄熱するためのシステムであり、概略的には、原地盤に形成された収容空間と、この収容空間に充填されることにより前記原地盤を支持地盤とする塊状の蓄熱材(蓄熱体)と、この支持地盤に対して熱搬送媒体を注入すると共に、この熱搬送媒体を前記支持地盤から汲み上げる配管とを備えて構成されている。このような構成において、冷却又は暖めた熱搬送媒体を配管にて支持地盤に注入することで、この熱搬送媒体が蓄熱材と熱交換し、この蓄熱材に蓄熱が行なわれる。そして、熱負荷のピーク時等に、熱搬送媒体を支持地盤に注入して蓄熱材と熱交換させることで、熱搬送媒体を冷却又は暖めた後、この熱搬送媒体を支持地盤から汲み上げて冷房や暖房に利用することで、蓄熱材に蓄えた熱を利用できる。このような蓄熱運転は、季節間蓄熱にも適用可能であり、例えば、冷房期における熱源機からの温排熱を蓄熱すると共にこれを暖房期に利用したり、逆に、暖房期における熱源機からの冷廃熱を蓄熱すると共にこれを冷房期に利用したりすることで、エネルギーの消費を抑えることができる。また、これらの運転においては、熱源からの廃熱の大半は地中に投入されるため、地上の温熱環境への悪影響を低減できる。なお、熱搬送媒体は、液体状であればよく、水、又は、水和物スラリーを含み得るが、以下の説明では水(温水又は冷水)を用いるものとして説明する。
このような構成において、各実施の形態に共通の基本的特徴の一つは、蓄熱材として、高強度で比較的粒径が大きい塊状の蓄熱材を利用している点にある。すなわち、従来のように原地盤に直接的に水を注入する場合には、原地盤の透水性が低いためにその効率が悪い等の問題があったが、塊状の蓄熱材で原地盤を置換することで、空隙の大きな支持地盤を形成でき、透水率を高めて、注水や取水の効率を向上させることができる。さらには、原地盤に直接的に水を注入する場合には、原地盤に含まれる細粒分が種々の問題を生じさせていたが、塊状の蓄熱材は水と一体に流動しないため、この蓄熱材から取水等を行なっても、配管が目詰まりすること等を防止できる。
このような塊状の蓄熱材としては、従来のように原地盤に直接注水を行なっていた時よりも優れた透水性を有する限りにおいて、任意の材質及び形状のものを利用可能である。例えば、比熱容量の大きい樹脂を塊状に固化させたものを硬質な被覆材で被覆することで蓄熱材を構成できる。しかしながら、以下では、蓄熱材としてコンクリート廃材塊を用いた例について説明する。このコンクリート廃材塊は、コンクリート建造物を解体する際等に生じる建設廃材(コンクリート解体ガラ)であり、このような廃材を蓄熱材として利用することで、資源の有効活用を図ることができる。
また、各実施の形態に共通の基本的特徴の一つは、原地盤を支持地盤としていることにある。すなわち、収容空間に対して塊状の蓄熱材を充填することで、人口地盤を造成でき、地盤強度を向上させることができるので、水を注入した場合であっても、液状化現象を招くような事態を防止できる。以下、このような地中蓄熱システムを実現する各実施の形態の具体的内容について説明する。
〔II〕各実施の形態の具体的内容
次に、本発明に係る地中蓄熱システム及びその施工方法の各実施の形態の具体的内容について説明する。
次に、本発明に係る地中蓄熱システム及びその施工方法の各実施の形態の具体的内容について説明する。
〔実施の形態1〕
まず、本発明の実施の形態1について説明する。この実施の形態1は、本発明の最も基本的な構成及びその施工方法に係る形態である。以下では、地中蓄熱システムの構成について説明した後、この地中蓄熱システムの施工方法について説明し、最後に地中蓄熱システムによる蓄熱サイクルについて説明する。
まず、本発明の実施の形態1について説明する。この実施の形態1は、本発明の最も基本的な構成及びその施工方法に係る形態である。以下では、地中蓄熱システムの構成について説明した後、この地中蓄熱システムの施工方法について説明し、最後に地中蓄熱システムによる蓄熱サイクルについて説明する。
(地中蓄熱システムの構成)
図1は、本実施の形態1に係る地中蓄熱システムの縦断面図、図2は、図1の地中蓄熱システムに水を注入した状態を示す縦断面図である。これら図1、2に示すように、本実施の形態1に係る地中蓄熱システム1Aは、原地盤2に収容空間3を形成し、この収容空間3に、蓄熱材4、及び、配管5、6を収容して構成されている。
図1は、本実施の形態1に係る地中蓄熱システムの縦断面図、図2は、図1の地中蓄熱システムに水を注入した状態を示す縦断面図である。これら図1、2に示すように、本実施の形態1に係る地中蓄熱システム1Aは、原地盤2に収容空間3を形成し、この収容空間3に、蓄熱材4、及び、配管5、6を収容して構成されている。
収容空間3は、原地盤2に形成された凹状空間である。この収容空間3の具体的形状や大きさは任意であり、蓄熱材4の必要収容量や、当該収容空間3の上方に建設する建造物の寸法等を考慮して決定できる。例えば、本実施の形態1では、収容空間3は、略直方体状に形成されているが、正方体状や半球状に形成してもよい。また、収容空間3の具体的形成方法も任意であり、原地盤2を地上面から掘削して作製してもよく、地表面は掘削することなく地下のみに収容空間3を形成してもよい。あるいは、地下構造体を有する既存建造物がある場合には、この既存建造物の地上部分のみを解体し、地下構造体は解体せずに残して当該地下構造体の内部空間を収容空間3として利用してもよい。なお、本実施の形態において、収容空間3は、貯水槽や防水シートによって覆われておらず、原地盤2の掘削面にて直接的に区画されている。
蓄熱材4は、収容空間3に充填され、水との間において熱交換を行なうことにより、温熱又は冷熱を蓄熱する蓄熱部材である。この蓄熱材4は、高強度で比較的粒径が大きい塊状のものであり、具体的には、コンクリート廃材塊、掘削岩塊、砕石、あるいは、比較的粒径が大きな砂利等が、単独で、又は、複数種類を組み合わせて用いられる。このように塊状の蓄熱材4を利用することで、蓄熱材4の相互に間隙が形成され、透水性及び貯水量を高めることができる。また、蓄熱材4が水と一体に流動することがないので、配管5、6の目詰まり等を防止できる。さらに、高強度の蓄熱材4にて原地盤2を置換することで地盤改良を行い、支持地盤7を形成できる。このような塊状の蓄熱材4の具体的な粒径は、十分な透水性を確保できる限りにおいて任意であるが、例えば、砂よりも小さな粒径の蓄熱材4を用いた場合には、透水性が低下し、かつ、温水や冷水と共に配管5、6に流入し易くなるため、蓄熱材4の粒径は2mm以上とすることが好ましく、さらには、10mm以上とすることがより好ましい。
特に、蓄熱材4としてコンクリート廃材塊を用いた場合、一般的にコンクリートは容積比熱が大きいことから、高密度で蓄熱を行なうことができる。このコンクリート廃材塊として、特に多数の空隙を有するポーラスコンクリートの廃材塊を用いてもよく、この場合には、コンクリート廃材塊の表面積が比較的大きくなることから、水との熱交換効率が一層向上する。さらに、コンクリート廃材塊の如き廃材を利用することで、従来であれば単に廃棄されていた廃棄物を資源として有効活用できる。特に、収容空間3を形成する際にコンクリート廃材塊が生じる場合には、これを蓄熱材4として利用することで、自己完結的な資源の活用サイクルを形成できる。あるいは、原地盤2が砂地盤である場合には、収容空間3を形成する際に生じた残土を、建設構造物のコンクリート用の細骨材として利用することも可能であり、掘削残土を有効活用することができる。
なお、このようにコンクリート廃材塊は建設廃材から構成されていることから、必ずしも純粋なコンクリートではなく、コンクリートと一体に解体された鉄筋等を含み得る。また、収容空間3には、蓄熱材4の以外のものを組み合わせて充填してもよく、例えば、コンクリート廃材塊を固着させるための薬剤を充填してもよい。さらに、建設廃材としてのコンクリート廃材塊を用いることに限定されるものではなく、例えば、収容空間3にポーラスコンクリートを新規に打設することで蓄熱材4を構成してもよい。また、このような新規のコンクリートの打設時には、掘削岩石等の建設廃材を併せて利用してもよい。
配管5、6は、支持地盤7に対して熱搬送媒体である温水又は冷水を注入し、あるいは、支持地盤7から温水又は冷水を汲み上げるものである。ここでは、配管5、6を複数(少なくとも2本以上)設けており、配管5、6の一方を、温水又は冷水を注入する注入配管として機能させ、他の配管5、6を、温水又は冷水を汲み上げる汲み上げ配管として機能させる。ここで、注入配管と汲み上げ配管とは相対的に所定の位置関係で配置することが好ましく、この位置関係は温水利用時と冷水利用時とで異なり得るため、配管5、6のいずれを注入配管又は汲み上げ配管として利用するかは、利用する熱搬送媒体が冷水であるか温水であるかによって異なり得る。従って、温水と冷水との両方を用いて温熱蓄熱と冷熱蓄熱を行なうシステムにおいては、配管5、6の前段側に、これら管5、6を相互に切り換える図示しない切換えバルブを設けることが好ましい。
一例として、季節間蓄熱を行なう場合であって、冷房期に温排熱を蓄熱してこれを暖房期に利用する場合、まず夏季の冷房期には、比較的下方に配置された配管5を汲み上げ配管とし、この配管5の上端を、図示しない熱源機や空調機の一次側に接続する。また、比較的上方に配置された配管6を注入配管とし、この配管6の上端を、図示しない熱源機や空調機の二次側に接続する。そして、配管5の下端部に形成された開口5a(この場合には取り込み口として機能する)を介して、支持地盤7から水を汲み上げ、この水を、冷房時の熱源機からの余剰熱や空調機の温排熱によって加熱して温水とし、この温水を、配管6の下端部に形成された開口6a(この場合には注入口として機能する)を介して支持地盤7に注入する。この温水は、蓄熱材4の相互間に形成された隙間を通ることによって支持地盤7にスムーズに浸水するので、この温水自体を貯水することで温熱を蓄熱できると共に、この温水との間で熱交換を行わせることで蓄熱材4に温熱を蓄熱できる。その後、冬季の暖房期には、比較的上方に配置された配管6を汲み上げ配管とし、この配管6の上端を、図示しない熱源機や空調機の一次側に接続する。また、比較的下方に配置された配管5を注入配管とし、この配管5の上端を、図示しない熱源機や空調機の二次側に接続する。そして、配管6の開口6a(この場合には取り込み口として機能する)を介して、支持地盤7から温水を汲み上げ、この温水を熱源機や空調機に導入して暖房用熱源として利用したり、熱源機を高効率に運転するための熱源水として利用する。そして、この利用を終えた水を、配管5の開口5a(この場合には注入口として機能する)を介して支持地盤7に排水する。
逆に、季節間蓄熱を行なう場合であって、暖房期に冷排熱を蓄熱してこれを冷房期に利用する場合、まず冬季の暖房期には、比較的上方に配置された配管6を汲み上げ配管とし、この配管6の上端を、図示しない熱源機や空調機の一次側に接続する。また、比較的下方に配置された配管5を注入配管とし、この配管5の上端を、図示しない熱源機や空調機の二次側に接続する。そして、配管6の開口6a(この場合には取り込み口として機能する)を介して、支持地盤7から水を汲み上げ、この水を、暖房時の熱源機からの余剰熱や空調機の冷排熱によって冷却して冷水とし、この冷水を、配管5の開口5a(この場合には注入口として機能する)を介して支持地盤7に注入する。この冷水は、蓄熱材4の相互間に形成された隙間を通ることによって支持地盤7にスムーズに浸水するので、この冷水自体を貯水することで冷熱を蓄熱できると共に、この冷水との間で熱交換を行わせることで蓄熱材4に冷熱を蓄熱できる。その後、夏季の冷房期には、比較的下方に配置された配管5を汲み上げ配管とし、この配管5の上端を、図示しない熱源機や空調機の一次側に接続する。また、比較的上方に配置された配管6を注入配管とし、この配管6の上端を、図示しない熱源機や空調機の二次側に接続する。そして、配管5の開口5a(この場合には取り込み口として機能する)を介して、支持地盤7から冷水を汲み上げ、この冷水を熱源機や空調機に導入して冷房用の熱源として利用したり、熱源機を高効率に運転するための熱源水として利用する。そして、この利用を終えた水を、配管6の開口6a(この場合には注入口として機能する)を介して支持地盤7に排水する。
このような季節間蓄熱運転を行なうことで、冷房期における熱源機からの温排熱を蓄熱すると共にこれを暖房期に利用したり、逆に、暖房期における熱源機からの冷廃熱を蓄熱すると共にこれを冷房期に利用したりすることで、エネルギーの消費を抑えることができる。また、これらの運転においては、熱源からの廃熱の大半は地中に投入されるため、地上の温熱環境への悪影響を低減できる。
また、他の例として、ピークカット運転を行なう場合について説明する。まず夏季には、夜間等の空調負荷の小さい時間帯に、比較的下方に配置された配管5を注入配管とし、この配管5の上端を図示しない熱源機や空調機の二次側に接続する。そして、これら熱源機や空調機からの余剰冷水を配管5を介して支持地盤7に投入することにより、冷熱を蓄熱する。そして、昼間等の空調負荷のピークの時間帯に、配管5の上端を図示しない熱源機や空調機の一次側に接続し、この配管5を介して支持地盤7の冷水を汲み上げて、この冷水を冷房に利用する。
一方、冬季には、昼間等の空調負荷の小さい時間帯に、比較的上方に配置された配管6を注入配管とし、この配管6の上端を図示しない熱源機や空調機の二次側に接続する。そして、これら熱源機や空調機からの余剰温水を、配管6を介して支持地盤7に投入することにより、温熱を蓄熱する。そして、夜間等の空調負荷のピークの時間帯に、配管6の上端を図示しない熱源機や空調機の一次側に接続し、この配管6を介して支持地盤7の温水を汲み上げて、この温水を暖房に利用する。
このようなピークカット運転を行なうことで、空調負荷の小さい時における熱源機からの余剰冷熱や余剰温熱を蓄熱すると共に、これを空調負荷のピーク時に有効利用できるので、熱負荷ピークを低減できると共に、空調システム全体のCOPを向上させて、省エネルギー対策に大きく貢献することができる。
また、上記のような季節間蓄熱運転やピークカット運転時における配管5、6の相互の位置関係によれば、冷水は常に下方の配管5から注入又は汲み上げされると共に、温水は常に上方の配管6から注入又は汲み上げされるので、温水や冷水の密度差にて形成される温度成層を維持でき、蓄熱効率を一層向上できる。また、配管5から取り出せる水の温度は常に低く、冷水、熱源水として利用しやすい。また、配管6から取り出せる水の温度は常に高く、温水、熱源水として利用しやすい。
なお、このように開口5aや開口6aを所定の相対位置に配置するための具体的構造は任意であり、例えば、図1のように、配管5、6の管長を相互に異なるものとする他、配管5、6の管長を同一とする一方で各配管5、6における開口5a、6aの形成位置のみを相互に異なるものとしてもよい。また、各配管5、6に複数の開口5a、6aを形成することもでき、この場合には、全ての開口5a、6aを上記のような所定の相対位置関係としてもよく、あるいは、少なくとも一部の開口5a、6aのみを所定の相対位置関係としてもよい。
(地中蓄熱システムの施工方法)
次に、地中蓄熱システム1Aの施工方法について説明する。最も簡単な施工方法としては、原地盤2を垂直状に掘削して凹状の収容空間3を形成し、さらに収容空間3に蓄熱材4を充填した後、この蓄熱材4にボーリングにて穴部を形成し、この穴部に配管5、6を挿入する方法がある。しかしながら、原地盤2を垂直状に掘削した場合において、特にその深度が深い場合には、収容空間3を区画する壁面が、周囲の原地盤2の自重圧力によって崩壊する可能性があり、安定的した収容空間3を構築することが困難である。また、蓄熱材4にボーリングにて穴部を形成する場合には、蓄熱材4が砕石や切削されて細粒分が発生し、従来技術と同様に、配管5、6の目詰まりを生じさせるといった問題が生じ得る。また、原地盤2を掘削し、蓄熱材4を充填した後、これを配管5、6のために掘削することは、掘削作業を複数回行なうことになり、施工作業効率が悪くなる。
次に、地中蓄熱システム1Aの施工方法について説明する。最も簡単な施工方法としては、原地盤2を垂直状に掘削して凹状の収容空間3を形成し、さらに収容空間3に蓄熱材4を充填した後、この蓄熱材4にボーリングにて穴部を形成し、この穴部に配管5、6を挿入する方法がある。しかしながら、原地盤2を垂直状に掘削した場合において、特にその深度が深い場合には、収容空間3を区画する壁面が、周囲の原地盤2の自重圧力によって崩壊する可能性があり、安定的した収容空間3を構築することが困難である。また、蓄熱材4にボーリングにて穴部を形成する場合には、蓄熱材4が砕石や切削されて細粒分が発生し、従来技術と同様に、配管5、6の目詰まりを生じさせるといった問題が生じ得る。また、原地盤2を掘削し、蓄熱材4を充填した後、これを配管5、6のために掘削することは、掘削作業を複数回行なうことになり、施工作業効率が悪くなる。
このような問題を回避するため、本実施の形態1においては、以下のように地中蓄熱システム1Aを施工する。すなわち、図3に示すように、原地盤2を掘削して収容空間3を形成する(空間形成工程)。この際、この原地盤2を単に垂直状に掘削するのではなく、収容空間3の周囲に対応する箇所に、法面8を形成する。このように法面8を形成することで、収容空間3を区画する壁面が崩壊することを防止でき、安定的した収容空間3を構築することができる。なお、この法面8の掘削は、収容空間3の掘削前と掘削後のいずれにおいて行なってもよいが、特に収容空間3の掘削前に法面8を形成した場合には、この法面8を利用して原地盤2の深部を掘削することが一層容易になる。
その後、収容空間3における所定位置に、下方に設置される配管5のみを建て込む(配管設置工程)。なお、このように配管5を建て込む場合には、収容空間3の掘削レベルを変えることで、配管5の設置レベルを容易に調整できるので、配管5の設置位置の自由度を高めることができる。次いで、図4に示すように、上方に設置される配管6の建て込み位置に到達するレベルまで、蓄熱材4を充填する(充填工程)。また、この時の蓄熱材4と略同一のレベルまで、法面8を掘削土9を用いて埋め戻す。この際、掘削土9にセメントを添加することで、この掘削土9が蓄熱材4の側に流れ込むことを防止できる。
次いで、図5に示すように、上方の配管6を建て込み(第2の配管設置工程)、図6に示すように、蓄熱材4を最終レベル(本実施の形態1では地表面と略面一になるレベル)まで充填する(第2の充填工程)。また、この時の蓄熱材4と略同一のレベルまで、法面8を掘削土9を用いて埋め戻す。この際にも、上記と同様に、掘削土9にセメントを添加することで、この掘削土9が蓄熱材4の側に流れ込むことを防止できる。なお、このように配管6を建て込む場合には、蓄熱材4の充填レベルを変えることで、配管6の設置レベルを容易に調整できるので、配管6の設置位置の自由度を高めることができる。
このように、本実施の形態1においては、蓄熱材4を完全に充填する前に、配管5、6を建て込んでいるので、蓄熱材4にボーリングにて穴部を形成する必要がなくなり、蓄熱材4が砕石や切削されて細粒分が発生することがなくなるため、配管5、6の目詰まりを生じさせるという問題を回避できる。
(実施の形態1の効果)
このように本実施の形態1によれば、地中を利用して蓄熱を行なうことができるので、熱負荷の低い時に廃熱を蓄熱し、この廃熱を熱負荷の高い時に取り出して有効利用できるので、熱負荷ピークを低減できると共に、システム全体のCOP(Coefficient of Performance、エネルギー消費効率)を向上させて、省エネルギー対策に大きく貢献することができる。また、このような蓄熱運転によれば、冷房期における熱源機からの温排熱を蓄熱すると共にこれを暖房期に利用したり、逆に、暖房期における熱源機からの冷廃熱を蓄熱すると共にこれを冷房期に利用したりすることで、エネルギーの消費を抑えることができる。また、これらの運転においては、熱源からの廃熱の大半は地中に投入されるため、地上の温熱環境への悪影響を低減できる。また、蓄熱材4として、粒径の大きい蓄熱材を用いているので、透水性を高めて蓄熱効率を向上させることができると共に、配管の目詰まり等を防止できる。また、蓄熱材4として、強度の高い蓄熱材を用いているので、原地盤2を地盤改良して支持地盤7とすることができる。さらに、蓄熱材4としてコンクリート廃材塊を用いているので、高密度で蓄熱を行なうことができ、さらには、産業廃棄物を資源として有効活用することで、環境問題にも貢献することができると共に、産業廃棄物の処分費用を削減するという経済的効果を得ることができる。また、注入口と取り込み口との設置高さを相互に異なるものとしているので、支持地盤7の内部における温水や冷水の温度成層を崩すことなく注水及び取水を行なうことができるので、蓄熱効率を一層向上させることができる。さらに、収容空間3の周囲に法面8を形成することで、安定的した収容空間3を構築することができる。また、蓄熱材4を完全に充填する前に、配管5、6を建て込むことで、これら配管5、6の設置位置の自由度を高めることができると共に、蓄熱材4が砕石や切削されて細粒分が発生することがなくなるため、配管5、6の目詰まりを生じさせるという問題を回避でき、メンテナンスフリーな地中蓄熱システム1Aを構築できる。
このように本実施の形態1によれば、地中を利用して蓄熱を行なうことができるので、熱負荷の低い時に廃熱を蓄熱し、この廃熱を熱負荷の高い時に取り出して有効利用できるので、熱負荷ピークを低減できると共に、システム全体のCOP(Coefficient of Performance、エネルギー消費効率)を向上させて、省エネルギー対策に大きく貢献することができる。また、このような蓄熱運転によれば、冷房期における熱源機からの温排熱を蓄熱すると共にこれを暖房期に利用したり、逆に、暖房期における熱源機からの冷廃熱を蓄熱すると共にこれを冷房期に利用したりすることで、エネルギーの消費を抑えることができる。また、これらの運転においては、熱源からの廃熱の大半は地中に投入されるため、地上の温熱環境への悪影響を低減できる。また、蓄熱材4として、粒径の大きい蓄熱材を用いているので、透水性を高めて蓄熱効率を向上させることができると共に、配管の目詰まり等を防止できる。また、蓄熱材4として、強度の高い蓄熱材を用いているので、原地盤2を地盤改良して支持地盤7とすることができる。さらに、蓄熱材4としてコンクリート廃材塊を用いているので、高密度で蓄熱を行なうことができ、さらには、産業廃棄物を資源として有効活用することで、環境問題にも貢献することができると共に、産業廃棄物の処分費用を削減するという経済的効果を得ることができる。また、注入口と取り込み口との設置高さを相互に異なるものとしているので、支持地盤7の内部における温水や冷水の温度成層を崩すことなく注水及び取水を行なうことができるので、蓄熱効率を一層向上させることができる。さらに、収容空間3の周囲に法面8を形成することで、安定的した収容空間3を構築することができる。また、蓄熱材4を完全に充填する前に、配管5、6を建て込むことで、これら配管5、6の設置位置の自由度を高めることができると共に、蓄熱材4が砕石や切削されて細粒分が発生することがなくなるため、配管5、6の目詰まりを生じさせるという問題を回避でき、メンテナンスフリーな地中蓄熱システム1Aを構築できる。
〔実施の形態2〕
次に、本発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2は、実施の形態1の支持地盤7に対して建物を構築した形態である。特に説明なき構成及び処理については実施の形態1と同じであり、実施の形態1と略同様の構成については、必要に応じて、実施の形態1で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2は、実施の形態1の支持地盤7に対して建物を構築した形態である。特に説明なき構成及び処理については実施の形態1と同じであり、実施の形態1と略同様の構成については、必要に応じて、実施の形態1で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
(地中蓄熱システムの構成)
図7は、本実施の形態2に係る地中蓄熱システムの構成を示す図である。この図7に示すように、本実施の形態2に係る地中蓄熱システム1Bは、本実施の形態1に係る地中蓄熱システム1Aと同様に構成されており、その支持地盤7には、建物10が構築されている。すなわち、蓄熱材4として、コンクリート廃材塊のような支持強度の高いものを一定以上の密度で収容空間3に充填することで、原地盤2が、液状化するような軟弱地盤である場合や、支持力が小さい地盤である場合にも、この原地盤2を地盤改良して、建物を支持可能な強度を有する支持地盤7に置換できる。
図7は、本実施の形態2に係る地中蓄熱システムの構成を示す図である。この図7に示すように、本実施の形態2に係る地中蓄熱システム1Bは、本実施の形態1に係る地中蓄熱システム1Aと同様に構成されており、その支持地盤7には、建物10が構築されている。すなわち、蓄熱材4として、コンクリート廃材塊のような支持強度の高いものを一定以上の密度で収容空間3に充填することで、原地盤2が、液状化するような軟弱地盤である場合や、支持力が小さい地盤である場合にも、この原地盤2を地盤改良して、建物を支持可能な強度を有する支持地盤7に置換できる。
このように支持強度を高めるためには、蓄熱材4としてのコンクリート廃材塊の他、このコンクリート廃材塊を相互に固着するような薬剤や公知の地盤改良剤を、収容空間3に注入等してもよい。ただし、これら薬剤や地盤改良剤の注入は、支持地盤7の透水性を減じることがない程度に留めておくことが好ましい。
(実施の形態2の効果)
このように本実施の形態2によれば、原地盤を蓄熱材4にて置換して強固な支持地盤7とすることで、原地盤2が、液状化するような軟弱地盤である場合や、支持力が小さい地盤である場合にも、その支持強度を向上させて建物を建設でき、原地盤2を有効活用することができる。
このように本実施の形態2によれば、原地盤を蓄熱材4にて置換して強固な支持地盤7とすることで、原地盤2が、液状化するような軟弱地盤である場合や、支持力が小さい地盤である場合にも、その支持強度を向上させて建物を建設でき、原地盤2を有効活用することができる。
〔実施の形態3〕
次に、本発明の実施の形態3について説明する。実施の形態3は、収容空間3の周囲に壁部を形成すると共に、この壁部に配管を埋設した形態である。特に説明なき構成及び処理については実施の形態2と同じであり、実施の形態2と略同様の構成については、必要に応じて、実施の形態2で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の実施の形態3について説明する。実施の形態3は、収容空間3の周囲に壁部を形成すると共に、この壁部に配管を埋設した形態である。特に説明なき構成及び処理については実施の形態2と同じであり、実施の形態2と略同様の構成については、必要に応じて、実施の形態2で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
(地中蓄熱システムの構成)
図8は、本実施の形態3に係る地中蓄熱システムの構成を示す図である。この図8に示すように、地中蓄熱システム1Cは、収容空間3の周囲に壁部11を備えて構成されている。
図8は、本実施の形態3に係る地中蓄熱システムの構成を示す図である。この図8に示すように、地中蓄熱システム1Cは、収容空間3の周囲に壁部11を備えて構成されている。
この壁部11は、収容空間3を略全周に渡って囲繞するものであり、収容空間3の周囲の原地盤2が崩壊して収容空間3に雪崩れ込むことを防止する山留め壁として機能し、あるいは、収容空間3の内外に渡る水の流入出を防止して高い蓄熱効率を維持する止水壁として機能する。換言すれば、壁部11は、このような山留め壁又は止水壁として機能し得るに十分な強度や防水性を有する構造及び材質にて形成されている。
このような壁部11の具体的な施工方法は任意であるが、例えば、深層混合処理工法(DCM:Deep Cement Mixing)を用いることができ、固化材スラリーと軟弱地盤とを処理機を用いて攪拌及び混合し、これを原地盤2に打設して固化させることで、壁部11を施工できる。この壁部11の施工は、収容空間3を掘削する前に行なうことが好ましく、この場合には、収容空間3の掘削時におけるその周囲の原地盤2の崩落の危険性を一層確実に回避できる。
また、本実施の形態3においては、この壁部11の内部に、配管5、6の少なくとも下端部分が埋設されている。具体的には、配管5、6のうち、実施の形態1において支持地盤7に埋設されていた部分の略全域が、壁部11の内部に埋設されている。一方、注入口又は取り込み口として機能する開口5a、6aは、支持地盤7に対する注水又は取水が可能なように、壁部11の内面(収容空間と対向する面)と略面一となるように位置決めされており、あるいは、支持地盤7の内部に若干突出するように位置決めされている。この場合には、蓄熱材4をボーリングする必要がなくなるので、蓄熱材4が砕石や切削されて細粒分が発生することがなくなるため、配管5、6の目詰まりを生じさせるという問題を回避できる。
このように配管5、6を埋設するための施工方法は任意であるが、例えば、上記のように深層混合処理工法にて壁部11を施工する場合には、固化材スラリーと軟弱地盤とを混合して原地盤2に打設した後(壁部形成工程。この際に打設される混合物は特許請求の範囲における構成材に対応する)、これが固化する前に配管5、6を挿入することで、これら配管5、6を壁部11の内部に埋設できる。この場合には、従来のようにボーリングによって壁部11に配管敷設用の穴部を形成する必要がなくなるので、配管敷設作業が一層容易になる。
(実施の形態3の効果)
このように本実施の形態3によれば、実施の形態2と同様の効果に加えて、壁部11を設けることにより、収容空間3の周囲の原地盤2が崩壊してこの収容空間3に雪崩れ込むことを防止でき、あるいは、収容空間3の内外に渡る水の移動を防止して、支持地盤7に蓄熱された温熱や冷熱が水の移動によって周囲の原地盤2に逃げることを防止でき、高い蓄熱効率を維持することができる。また、壁部11を形成するコンクリートの固化前に配管5、6を埋設することで、配管敷設作業が一層容易になると共に、配管5、6の目詰まりを生じさせるという問題を回避でき、メンテナンスフリーな地中蓄熱システム1Cを構築できる。
このように本実施の形態3によれば、実施の形態2と同様の効果に加えて、壁部11を設けることにより、収容空間3の周囲の原地盤2が崩壊してこの収容空間3に雪崩れ込むことを防止でき、あるいは、収容空間3の内外に渡る水の移動を防止して、支持地盤7に蓄熱された温熱や冷熱が水の移動によって周囲の原地盤2に逃げることを防止でき、高い蓄熱効率を維持することができる。また、壁部11を形成するコンクリートの固化前に配管5、6を埋設することで、配管敷設作業が一層容易になると共に、配管5、6の目詰まりを生じさせるという問題を回避でき、メンテナンスフリーな地中蓄熱システム1Cを構築できる。
〔実施の形態4〕
次に、本発明の実施の形態4について説明する。実施の形態4は、格子状に改良された支持地盤に蓄熱材4を収容した形態である。特に説明なき構成及び処理については実施の形態3と同じであり、実施の形態3と略同様の構成については、必要に応じて、実施の形態3で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の実施の形態4について説明する。実施の形態4は、格子状に改良された支持地盤に蓄熱材4を収容した形態である。特に説明なき構成及び処理については実施の形態3と同じであり、実施の形態3と略同様の構成については、必要に応じて、実施の形態3で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
(地中蓄熱システムの構成)
図9は、本実施の形態4に係る地中蓄熱システムの構成を示す図である。この図9に示すように、地中蓄熱システム1Dにおいては、蓄熱材4と改良体13とを含んで支持地盤14が構成されている。この改良体13は、平面的に格子状に形成されており、このような格子状の改良体13によって区画された収容空間3の内部に、蓄熱材4が充填されている。この改良体13は、原地盤2を強度的に改良するためのものであり、例えば、耐液状化格子状深層混合処理工法(TOFT工法)により、深層混合処理工法を使って施工した改良体13によって原地盤2を格子状に囲むことで、液状化した原地盤からの動液土圧の進入を防ぐとともに、改良体13の格子構造によってそのせん断変形を防止するものである。このように格子状の改良体13を用いることで、原地盤2を一層強固な支持地盤14に地盤改良でき、この支持地盤14に液状化対策機能や建物支持機能を持たせることができる。従って、特に液状化に対する抵抗力や建物の支持力が高い高品質な建物を、支持地盤14の上に建設することが可能になる。
図9は、本実施の形態4に係る地中蓄熱システムの構成を示す図である。この図9に示すように、地中蓄熱システム1Dにおいては、蓄熱材4と改良体13とを含んで支持地盤14が構成されている。この改良体13は、平面的に格子状に形成されており、このような格子状の改良体13によって区画された収容空間3の内部に、蓄熱材4が充填されている。この改良体13は、原地盤2を強度的に改良するためのものであり、例えば、耐液状化格子状深層混合処理工法(TOFT工法)により、深層混合処理工法を使って施工した改良体13によって原地盤2を格子状に囲むことで、液状化した原地盤からの動液土圧の進入を防ぐとともに、改良体13の格子構造によってそのせん断変形を防止するものである。このように格子状の改良体13を用いることで、原地盤2を一層強固な支持地盤14に地盤改良でき、この支持地盤14に液状化対策機能や建物支持機能を持たせることができる。従って、特に液状化に対する抵抗力や建物の支持力が高い高品質な建物を、支持地盤14の上に建設することが可能になる。
ここで、格子状の改良体13によって区画された収容空間3には、複数の連結配管15が設けられている。この連結配管15は、複数の区画を相互に導水可能に連結するもので、特許請求の範囲における連結手段に対応する。具体的には、連結配管15は、改良体13を略水平方向に貫通するように配置され、隣接する区画を相互に連結している。従って、収容空間3を改良体13で区画した場合においても、温水や冷水が連結配管15を介して各区画に相互に透水可能になるので、隅々まで水または蓄熱材を有効に利用でき、高い蓄熱効率を維持することができる。なお、このような透水性を維持できる限りにおいて、連結手段は任意の構造で構成でき、例えば、改良体13に貫通孔を穿設してもよく、あるいは、改良体13として透水性が高いポーラスコンクリートを用いた場合にはこのポーラスコンクリートに形成された多数の孔部が連結手段として機能し得る。
(実施の形態4の効果)
このように本実施の形態4によれば、実施の形態3と同様の効果に加えて、格子状の改良体13を用いることで、支持地盤14に液状化対策機能や建物支持機能を持たせることができる。従って、特に液状化に対する抵抗力や建物の支持力が高い高品質な建物を、支持地盤14の上に建設することが可能になる。また、連結配管15を設けたことで、温水や冷水が連結配管15を介して各区画に相互に透水可能になるので、隅々まで水または蓄熱材を有効に利用でき、高い蓄熱効率を維持することができる。
このように本実施の形態4によれば、実施の形態3と同様の効果に加えて、格子状の改良体13を用いることで、支持地盤14に液状化対策機能や建物支持機能を持たせることができる。従って、特に液状化に対する抵抗力や建物の支持力が高い高品質な建物を、支持地盤14の上に建設することが可能になる。また、連結配管15を設けたことで、温水や冷水が連結配管15を介して各区画に相互に透水可能になるので、隅々まで水または蓄熱材を有効に利用でき、高い蓄熱効率を維持することができる。
〔実施の形態5〕
次に、本発明の実施の形態5について説明する。実施の形態5は、支持地盤や建物を支持する杭を設けた形態である。特に説明なき構成及び処理については実施の形態2と同じであり、実施の形態2と略同様の構成については、必要に応じて、実施の形態2で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の実施の形態5について説明する。実施の形態5は、支持地盤や建物を支持する杭を設けた形態である。特に説明なき構成及び処理については実施の形態2と同じであり、実施の形態2と略同様の構成については、必要に応じて、実施の形態2で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
(地中蓄熱システムの構成)
図10は、本実施の形態5に係る地中蓄熱システムの構成を示す図である。この図10に示すように、地中蓄熱システム1Eにおいては、支持地盤7の下面に底盤16が配置され、この底盤16が複数の杭17にて支持されている。底盤16は、支持地盤7の下面の略全面に敷設された略水平状の基盤で、例えば、鉄筋コンクリートや鉄鋼板にて構成される。このような底盤16を設けることで、支持地盤7の支持ベースを構築でき、支持地盤7及びその上部に構築された建物の自重を底盤16に略均等に分散させることができる。
図10は、本実施の形態5に係る地中蓄熱システムの構成を示す図である。この図10に示すように、地中蓄熱システム1Eにおいては、支持地盤7の下面に底盤16が配置され、この底盤16が複数の杭17にて支持されている。底盤16は、支持地盤7の下面の略全面に敷設された略水平状の基盤で、例えば、鉄筋コンクリートや鉄鋼板にて構成される。このような底盤16を設けることで、支持地盤7の支持ベースを構築でき、支持地盤7及びその上部に構築された建物の自重を底盤16に略均等に分散させることができる。
杭17は、支持地盤7及び建物10を支持するもので、特許請求の範囲における支持手段に対応する。具体的には、この杭17は、その上端部を底盤16に固定されると共に、その下端部は原地盤18に埋設されている。この原地盤18は、原地盤2よりも深い深度に存在する地盤であって、原地盤2よりも支持強度が高い地盤である。例えば、原地盤2は沖積層であり、原地盤18は洪積層である。この杭17の具体的な材質や施工方法は、所望の支持性能を発揮する限りにおいて任意であるが、例えば、原地盤2、18をボーリングして鋼管杭17やコンクリート杭17を打設することにより施工する。
(実施の形態5の効果)
このように本実施の形態5によれば、実施の形態2と同様の効果に加えて、底盤16を設けることで、支持地盤7の支持ベースを構築でき、支持地盤7及びその上部に構築された建物10の自重を底盤16に略均等に分散させることができる。また、実施の形態1〜4のように、支持地盤7やその上の建物10を原地盤18によって直接的に支持させる直接基礎形式をとった場合には、支持地盤7の直下の原地盤18は、十分な支持性能を有した地盤である必要がある。しかしながら、地盤の支持性能はその場所によって大きく異なり得るため、十分な原地盤18が存在する深度も場所によって大きく異なり得る。例えば、十分な支持性能を有する原地盤18が比較的深い深度に存在する場合には、この深度まで上層側の原地盤2を掘削して支持地盤7を作製することも考えられるが、この場合には大深度掘削を実施することになり、地盤掘削費用が高額になると共に、掘削土量が膨大になるために掘削土の処理が大変になる等の問題が生じる。これに対して、本実施の形態5によれば、十分な支持性能を有する原地盤18が比較的深い深度に存在する場合であっても、この深部に至るように打設した杭17によって支持地盤7を支持することで、支持地盤7の全体を深部に形成する必要がなくなり、掘削費用や掘削土を低減できる。
このように本実施の形態5によれば、実施の形態2と同様の効果に加えて、底盤16を設けることで、支持地盤7の支持ベースを構築でき、支持地盤7及びその上部に構築された建物10の自重を底盤16に略均等に分散させることができる。また、実施の形態1〜4のように、支持地盤7やその上の建物10を原地盤18によって直接的に支持させる直接基礎形式をとった場合には、支持地盤7の直下の原地盤18は、十分な支持性能を有した地盤である必要がある。しかしながら、地盤の支持性能はその場所によって大きく異なり得るため、十分な原地盤18が存在する深度も場所によって大きく異なり得る。例えば、十分な支持性能を有する原地盤18が比較的深い深度に存在する場合には、この深度まで上層側の原地盤2を掘削して支持地盤7を作製することも考えられるが、この場合には大深度掘削を実施することになり、地盤掘削費用が高額になると共に、掘削土量が膨大になるために掘削土の処理が大変になる等の問題が生じる。これに対して、本実施の形態5によれば、十分な支持性能を有する原地盤18が比較的深い深度に存在する場合であっても、この深部に至るように打設した杭17によって支持地盤7を支持することで、支持地盤7の全体を深部に形成する必要がなくなり、掘削費用や掘削土を低減できる。
〔実施の形態6〕
次に、本発明の実施の形態6について説明する。実施の形態6は、支持地盤や建物を支持する杭を第2の蓄熱材として利用する形態である。特に説明なき構成及び処理については実施の形態5と同じであり、実施の形態5と略同様の構成については、必要に応じて、実施の形態5で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の実施の形態6について説明する。実施の形態6は、支持地盤や建物を支持する杭を第2の蓄熱材として利用する形態である。特に説明なき構成及び処理については実施の形態5と同じであり、実施の形態5と略同様の構成については、必要に応じて、実施の形態5で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
(地中蓄熱システムの構成)
図11は、本実施の形態6に係る地中蓄熱システムの構成を示す図である。この図11に示すように、地中蓄熱システム1Fにおいては、杭20は、比較的熱容量の高い材質にて形成されており、第2の蓄熱材として機能する。すなわち、支持地盤7に蓄熱された温熱又は冷熱が、底盤16を介して杭20に伝導されることで、この杭20自体に、あるいは、杭20の相互間の原地盤2、18やそこに含有される水にて蓄熱されるので、システム全体の蓄熱効率を向上させることができる。ここで、杭20の具体的な材質は任意であるが、例えば、透水性の高いポーラスコンクリートにて構成できる。この場合には、杭20に対する貯水量が多くなり、杭20自体に、より大量の温水や冷水を浸水させて、蓄熱量を増やすことができる。なお、ポーラスコンクリートの打設にあたっては、掘削岩塊等の建設廃材を利用してもよい。
図11は、本実施の形態6に係る地中蓄熱システムの構成を示す図である。この図11に示すように、地中蓄熱システム1Fにおいては、杭20は、比較的熱容量の高い材質にて形成されており、第2の蓄熱材として機能する。すなわち、支持地盤7に蓄熱された温熱又は冷熱が、底盤16を介して杭20に伝導されることで、この杭20自体に、あるいは、杭20の相互間の原地盤2、18やそこに含有される水にて蓄熱されるので、システム全体の蓄熱効率を向上させることができる。ここで、杭20の具体的な材質は任意であるが、例えば、透水性の高いポーラスコンクリートにて構成できる。この場合には、杭20に対する貯水量が多くなり、杭20自体に、より大量の温水や冷水を浸水させて、蓄熱量を増やすことができる。なお、ポーラスコンクリートの打設にあたっては、掘削岩塊等の建設廃材を利用してもよい。
また、本実施の形態6においても、実施の形態4と同様に、杭20によって区分された複数の区画を連結配管15や貫通孔にて連結したり、あるいは、ポーラスコンクリートの持つ透水性を利用したりすることで、区画間の水の流動性を確保して、蓄熱効率を高めてもよい。なお、人工地盤を省略し、原地盤に杭20のみを打設して、この杭20によって建物10を支持するようにしてもよく、この場合には、杭20自体とその相互間に水を含有させることで蓄熱を行なうことができると共に、原地盤2が軟弱な場合であっても杭20によって建物10を支持できる。
(実施の形態6の効果)
このように本実施の形態6によれば、実施の形態5と同様の効果に加えて、支持地盤7に蓄熱された温熱又は冷熱が、杭20自体に、あるいは、杭20の相互間の原地盤2、18やそこに含有される水にて蓄熱されるので、システム全体の蓄熱効率を一層向上させることができる。
このように本実施の形態6によれば、実施の形態5と同様の効果に加えて、支持地盤7に蓄熱された温熱又は冷熱が、杭20自体に、あるいは、杭20の相互間の原地盤2、18やそこに含有される水にて蓄熱されるので、システム全体の蓄熱効率を一層向上させることができる。
〔III〕各実施の形態に対する変形例
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
(各実施の形態の組合せ)
各実施の形態に示した構成は、相互に組合せることができ、例えば、実施の形態4の蓄熱地中蓄熱システム4に、実施の形態5、6の杭17、20を設けてもよい。
各実施の形態に示した構成は、相互に組合せることができ、例えば、実施の形態4の蓄熱地中蓄熱システム4に、実施の形態5、6の杭17、20を設けてもよい。
(構成要素の追加又は置換)
特記する場合を除いて、地中蓄熱システム1〜6には公知の構成要素を追加することができ、あるいは、地中蓄熱システム1〜6の構成要素を公知の構成要素にて置換することができる。例えば、蓄熱材4として、コンクリート廃材塊に代えて、あるいは、コンクリート廃材塊と共に、湿度調整や粉塵除去機能を有する多孔質の岩石を用いてもよい。
特記する場合を除いて、地中蓄熱システム1〜6には公知の構成要素を追加することができ、あるいは、地中蓄熱システム1〜6の構成要素を公知の構成要素にて置換することができる。例えば、蓄熱材4として、コンクリート廃材塊に代えて、あるいは、コンクリート廃材塊と共に、湿度調整や粉塵除去機能を有する多孔質の岩石を用いてもよい。
この発明は、空調設備を有する各種の施設や建物あるいはその周辺の原地盤に設けられ、この原地盤を置換して支持地盤とすると共に地中への蓄熱を可能とし、地盤の支持性能を向上させることや、空調設備の熱負荷を軽減すること等に有用である。
1A〜1F 地中蓄熱システム
2、18 原地盤
3 収容空間
4 蓄熱材
5、6 配管
7、14 支持地盤
8 法面
9 掘削土
10 建物
11 壁部
12 難透水層
13 改良体
15 連結配管
16 底盤
17、20 杭
2、18 原地盤
3 収容空間
4 蓄熱材
5、6 配管
7、14 支持地盤
8 法面
9 掘削土
10 建物
11 壁部
12 難透水層
13 改良体
15 連結配管
16 底盤
17、20 杭
Claims (11)
- 地中に熱を蓄熱するための地中蓄熱システムであって、
原地盤に形成された収容空間と、
前記収容空間に充填されることにより、前記原地盤を、建築物を支持可能な支持地盤に置換する塊状の蓄熱材と、
前記支持地盤に対して液体状の熱搬送媒体を注入し、この液体状の熱搬送媒体を前記支持地盤から汲み上げる配管と、
を備えたことを特徴とする地中蓄熱システム。 - 前記蓄熱材は、コンクリート廃材塊を含むこと、
を特徴とする請求項1に記載の地中蓄熱システム。 - 前記配管として、前記熱搬送媒体を前記支持地盤に注入する注入配管と、前記熱搬送媒体を前記支持地盤から汲み上げる汲み上げ配管とを備え、
前記注入配管に形成した注入口と、前記汲み上げ配管に形成した取り込み口とを、相互に異なる高さに配置したこと、
を特徴とする請求項1又は2に記載の地中蓄熱システム。 - 前記収容空間の側方に配置され、この収容空間に対する山留め壁又は止水壁を構成する壁部、
を備えたことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の地中蓄熱システム。 - 前記配管を、前記壁部に略埋設したこと、
を特徴とする請求項4に記載の地中蓄熱システム。 - 前記収容空間に、前記原地盤を地盤改良するための改良体を配置し、この改良体の周囲に、前記蓄熱材を充填したこと、
を特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の地中蓄熱システム。 - 前記改良体を略格子状に配置し、
前記格子状の改良体にて前記収容空間に形成された複数の区画を相互に導水可能に連結する連結手段を設けたこと、
を特徴とする請求項6に記載の地中蓄熱システム。 - 前記支持地盤の下方の支持層に至るものであって、前記支持地盤を支持すると共に蓄熱可能な支持手段を設けたこと、
を特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の地中蓄熱システム。 - 地中に熱を蓄熱するための地中蓄熱システムの施工方法であって、
原地盤に収容空間を形成する空間形成工程と、
前記収容空間の内部に配管を建て込む配管設置工程と、
前記収容空間に塊状の蓄熱材を充填することにより、前記原地盤を支持地盤とする充填工程と、
を順次行なうこと、を特徴とする地中蓄熱システムの施工方法。 - 前記空間形成工程において、前記収容空間の周囲に法面を形成し、
前記充填工程の後に、前記法面を埋設すること、
を特徴とする請求項9に記載の地中蓄熱システムの施工方法。 - 地中に熱を蓄熱するための地中蓄熱システムの施工方法であって、
原地盤に収容空間を形成する空間形成工程と、
前記空間形成工程の前後いずれかにおいて、前記収容空間の周囲に壁部を形成する壁部形成工程とを備え、
前記壁部形成工程において、前記壁部を構成する所定の構成材を前記原地盤に打設した後、この構成材が固化する前に、当該構成材に配管を埋設すること、
を特徴とする地中蓄熱システムの施工方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005377869A JP2007178071A (ja) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | 地中蓄熱システム及びその施工方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011043294A (ja) * | 2008-05-12 | 2011-03-03 | Tai-Her Yang | 自然の熱エネルギーを利用した給気システム |
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KR20160020613A (ko) * | 2014-08-13 | 2016-02-24 | 원철호 | 열저장탱크를 갖는 노면 온도조절 시스템 |
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-
2005
- 2005-12-28 JP JP2005377869A patent/JP2007178071A/ja active Pending
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