JP2013217603A - Geothermal heat pump air conditioning system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地中熱を用いて熱交換した冷媒または熱媒からなる熱交換媒体をヒートポンプサイクルに利用する地中熱ヒートポンプ冷暖房システムに関し、地中の浅層部に地表から水を粒子間に導き飽和させた砂礫層を形成し、当該砂礫層内に熱交換パイプを配設することにより熱交換効率を高める地中熱ヒートポンプ冷暖房システムに関する。 The present invention relates to a geothermal heat pump cooling / heating system that uses a heat exchange medium comprising a refrigerant or a heat medium heat-exchanged using geothermal heat for a heat pump cycle, and water from particles to the surface of a shallow layer in the ground. The present invention relates to a geothermal heat pump air-conditioning system that forms a gravel layer that is guided and saturated, and that increases heat exchange efficiency by disposing a heat exchange pipe in the gravel layer.
自然エネルギーを利用する技術として、地中熱を用いて室内の冷暖房に利用する熱交換システムが知られている。
通常、地中は一年を通して一定温度（約１５℃前後）であるため、夏はヒートポンプサイクルによって暖められた熱媒の熱を地中に逃し、冬は冷やされた冷媒を地熱で温めることによって、室内の空調機に設けられた圧縮機への負担を減らし、省電力化することができる。
As a technology that uses natural energy, a heat exchange system that uses geothermal heat for indoor air conditioning is known.
Usually, the underground temperature is constant throughout the year (around 15 ° C). In summer, heat from the heat medium heated by the heat pump cycle is released into the ground. In winter, the cooled refrigerant is heated by geothermal heat. The burden on the compressor provided in the indoor air conditioner can be reduced to save power.
例えば、特許文献１に記載されている冷暖房システムは、穿設した井戸の坑井内に挿入された循環パイプと、この循環パイプ内を循環する不凍液等の媒体と、媒体循環ポンプと、坑井内の熱対流層に設けられた坑井内熱交換器と、室内機と、循環パイプを循環する媒体と熱交換媒体間で熱交換を行う室外熱交換器とで構成される第１ヒートポンプと、室外熱交換器と媒体が循環する他の循環パイプと、媒体を圧縮する圧縮機と、圧縮媒体を減圧する膨張装置と、室内機と室内熱交換器と、送風装置とで構成される第２ヒートポンプとから構成され、前記熱対流層により坑井内熱交換器は高効率のエネルギーを得て、前記第１、第２ヒートポンプで熱交換し、室内熱交換器で冷暖房を行うものである。地面から地下水層に達して穿設した井戸の抗井内に循環パイプを挿入し、抗井内の熱対流層に設けられた抗井内熱交換器で冷暖房を行うものである。 For example, the cooling and heating system described in Patent Document 1 includes a circulation pipe inserted into a well bored, a medium such as antifreeze circulating in the circulation pipe, a medium circulation pump, A first heat pump including a well heat exchanger provided in a heat convection layer, an indoor unit, an outdoor heat exchanger that performs heat exchange between a medium circulating through a circulation pipe and a heat exchange medium, and outdoor heat A second heat pump including an exchanger and another circulation pipe through which the medium circulates, a compressor that compresses the medium, an expansion device that decompresses the compressed medium, an indoor unit, an indoor heat exchanger, and a blower The heat exchanger in the well obtains high-efficiency energy by the heat convection layer, performs heat exchange with the first and second heat pumps, and performs air conditioning with the indoor heat exchanger. A circulation pipe is inserted into the well well drilled by reaching the groundwater layer from the ground, and air conditioning is performed by the heat exchanger in the well provided in the thermal convection layer in the well.
しかしながら、特許文献１に示されるように、ヒートポンプの熱源として地熱を利用する場合には、地盤を垂直方向にボアホール工事して地中に熱交換器を設置することになる。この場合には垂直ボアホール工事に多大なコストを要するため、多額な投資が必要となり、自然エネルギーを利用する省エネルギー設備としては経済性が悪いとともに、熱交換率も地下水の流れにより大きく変わり、また、地下水流がない場合にはボアホール本数を増やさなければ要求される熱交換能力を満たせず、更に経済性を悪くするという欠点があった。 However, as shown in Patent Document 1, when geothermal heat is used as a heat source of a heat pump, a borehole is constructed in the vertical direction to install a heat exchanger in the ground. In this case, a large cost is required for the vertical borehole construction, so a large amount of investment is required, and it is not economical as an energy-saving facility that uses natural energy, and the heat exchange rate varies greatly depending on the flow of groundwater, When there is no groundwater flow, the heat exchange capacity required is not satisfied unless the number of boreholes is increased, and there is a further disadvantage that the economy is deteriorated.
また、上述のような地中の垂直方向に熱交換器を設けるボアホール方式に対して、地中の浅層部に熱交換器を設ける水平埋設方式がある。しかし、水平埋設方式は、通常、地表面付近に設けられるため地下水が存在することは稀であり、蓄熱容量の小さい土壌内に熱交換器を設けることになるので、熱交換効率が悪く、熱交換器の設置面積を大きくしなければならないという欠点があった。 In addition, there is a horizontal burying system in which a heat exchanger is provided in a shallow layer in the ground in contrast to the borehole system in which a heat exchanger is provided in the vertical direction in the ground as described above. However, since the horizontal burying method is usually provided near the ground surface, it is rare that groundwater exists, and a heat exchanger is installed in the soil with a small heat storage capacity. There was a drawback that the installation area of the exchanger had to be increased.
そこで、本発明は、地中の浅層部に地表から水を粒子間に導き飽和させることにより熱伝導率が高くかつ蓄熱容量を大きくする人工砂礫層を形成し、人工砂礫層内に熱交換パイプを水平ループ状に埋設し、更に地上に設置した貯水タンクの水を人工砂礫層に適宜注水して人工砂礫層を水で飽和状態にすることにより、地中深くにボアホール工事することなく設置手間及び費用が廉価で済むようになり、もって設備投資を最小限に抑えることのできる地中熱ヒートポンプ冷暖房システムを提供することにある。 Therefore, the present invention forms an artificial gravel layer with high thermal conductivity and a large heat storage capacity by introducing water between particles from the ground surface and saturating it in the shallow layer of the ground, and heat exchange in the artificial gravel layer Pipes are buried in a horizontal loop, and water from a water storage tank installed on the ground is appropriately poured into the artificial gravel layer to saturate the artificial gravel layer with water, so that it is installed without deep borehole construction. It is an object of the present invention to provide a geothermal heat pump air conditioning system that can reduce labor and cost, and can minimize capital investment.
上記の課題を解決するため、請求項１に示す地中熱ヒートポンプ冷暖房システムは、熱交換媒体と地中との間で熱交換させる地中熱交換器を有し、前記地中熱交換器にて熱交換された前記熱交換媒体を用いて、ヒートポンプ装置との間でさらに熱交換する地中熱ヒートポンプ冷暖房システムにおいて、前記地中熱交換器は、所定の粒径範囲および粒度分布によって埋設された人工砂礫層と、前記人工砂礫層内に、前記熱交換媒体が循環する水平ループ状に敷設され熱交換パイプとから形成され、地上には雨水などの水を貯留する貯水タンクが設置され、前記貯水タンクから前記人工砂礫層に水を注水する注水パイプが設けられ、前記人工砂礫層に前記貯水タンクの水を前記注水パイプを介して定期的または不定期的に供給することによって、前記人工砂礫層を水で飽和状態にさせることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the underground heat pump cooling and heating system shown in claim 1 has an underground heat exchanger for exchanging heat between the heat exchange medium and the underground, and the underground heat exchanger includes In the geothermal heat pump air conditioning system that further exchanges heat with the heat pump device using the heat exchange medium that has been subjected to heat exchange, the geothermal heat exchanger is embedded with a predetermined particle size range and particle size distribution. The artificial gravel layer and the artificial gravel layer are formed from a heat exchange pipe laid in a horizontal loop in which the heat exchange medium circulates, and a water storage tank for storing water such as rainwater is installed on the ground, A water injection pipe for injecting water from the water storage tank to the artificial gravel layer is provided, and by supplying water from the water storage tank to the artificial gravel layer periodically or irregularly through the water injection pipe, The serial artificial gravel layer, characterized in that to saturated with water.
請求項１に示す地中熱ヒートポンプ冷暖房システムによれば、地中の浅層部に地表から水を粒子間に導き飽和させることにより熱伝導率が高くかつ蓄熱容量を大きくする人工砂礫層を形成し、地表に設けた貯水タンクから人工砂礫層に水を供給することによって人工砂礫層を水で常に飽和状態とさせることができるので、効率的な熱交換を行うことができる。
よって、ヒートポンプ装置の圧縮機への負担を軽減できるので省電力化とすることができる。また、熱交換パイプを地中浅層部に埋設すればよく、貯水タンクも地表に設置できるので、設備投資を最小限に抑えることができる。
According to the underground heat pump cooling and heating system according to claim 1, an artificial gravel layer that has high thermal conductivity and increases heat storage capacity is formed by introducing water between particles from the ground surface and saturating the shallow underground layer in the ground. Since the artificial gravel layer can always be saturated with water by supplying water to the artificial gravel layer from a water storage tank provided on the ground surface, efficient heat exchange can be performed.
Therefore, since the burden on the compressor of the heat pump device can be reduced, power saving can be achieved. Moreover, heat exchange pipes need only be buried in the shallow underground, and water storage tanks can also be installed on the ground surface, so that capital investment can be minimized.
請求項２に示す地中熱ヒートポンプ冷暖房システムは、前記人工砂礫層の上面部に、上記注水パイプに連結された透水パイプを分岐して敷設したことを特徴とする。 The underground heat pump cooling and heating system according to claim 2 is characterized in that a water permeable pipe connected to the water injection pipe is branched and laid on the upper surface of the artificial gravel layer.
上記請求項２に示す地中熱ヒートポンプ冷暖房システムによれば、人工砂礫層の上面部全面にわたって貯水タンクの水を注水することができるので、人工砂礫層への水の供給を確実に均一に行うことができる。 According to the underground heat pump cooling and heating system according to the second aspect, the water in the water storage tank can be poured over the entire upper surface of the artificial gravel layer, so that the water supply to the artificial gravel layer is performed uniformly and reliably. be able to.
請求項３に示す地中熱ヒートポンプ冷暖房システムは、前記人工砂礫層の下流部に排水路を形成したことを特徴とする。 The underground heat pump cooling / heating system according to claim 3 is characterized in that a drainage channel is formed in a downstream portion of the artificial gravel layer.
上記請求項３に示す地中熱ヒートポンプ冷暖房システムによれば、人工砂礫層に供給された水を排水路から排水することができるので、貯水タンクから注水される水量に応じて排水することができる。 According to the underground heat pump cooling and heating system shown in claim 3, since the water supplied to the artificial gravel layer can be drained from the drainage channel, it can be drained according to the amount of water poured from the water storage tank. .
請求項４に示す地中熱ヒートポンプ冷暖房システムは、太陽熱交換器を有し、熱交換媒体の循環経路を切り換えることによって、上記太陽熱交換器と上記地中熱交換回路との間で熱交換媒体を循環させることを特徴とする。 A geothermal heat pump cooling and heating system according to claim 4 includes a solar heat exchanger, and a heat exchange medium is exchanged between the solar heat exchanger and the underground heat exchange circuit by switching a circulation path of the heat exchange medium. It is characterized by circulating.
上記請求項４に示す地中熱ヒートポンプ冷暖房システムによれば、地中熱交換器のみならず、太陽熱交換器によって地中熱交換回路との間で熱交換を行うことができる。 According to the geothermal heat pump cooling and heating system shown in the fourth aspect, heat exchange can be performed not only with the underground heat exchanger but also with the underground heat exchange circuit by the solar heat exchanger.
請求項５に示す地中熱ヒートポンプ冷暖房システムは、上記太陽熱交換器は太陽熱を熱交換媒体へ吸熱し、上記地中熱交換器は吸熱された熱交換媒体から地中へ蓄熱することを特徴とする。 The geothermal heat pump cooling and heating system according to claim 5 is characterized in that the solar heat exchanger absorbs solar heat into a heat exchange medium, and the geothermal heat exchanger stores heat from the absorbed heat exchange medium into the ground. To do.
上記請求項５に示す地中熱ヒートポンプ冷暖房システムによれば、冬季において地中熱の温度が低い場合に、地中熱交換器と太陽熱交換器との間で熱交換媒体を循環させることにより、昼間に太陽熱交換器を利用して太陽熱を地中へ蓄熱することができる。そして、夜間には、地中熱交換器とヒートポンプ装置の室外熱交換器との間で熱交換媒体を循環させることにより、
ヒートポンプ装置の圧縮機への負担を軽減して省電力化することができる。すなわち、太陽熱をも有効活用することが可能になる。
According to the underground heat pump cooling and heating system shown in claim 5, when the temperature of the underground heat is low in winter, by circulating the heat exchange medium between the underground heat exchanger and the solar heat exchanger, Solar heat can be stored in the ground using a solar heat exchanger in the daytime. And at night, by circulating the heat exchange medium between the underground heat exchanger and the outdoor heat exchanger of the heat pump device,
The burden on the compressor of the heat pump device can be reduced to save power. That is, it is possible to effectively use solar heat.
請求項６に示す地中熱ヒートポンプ冷暖房システムは、上記地中熱交換器は地中熱を熱交換媒体へ吸熱し、上記太陽熱交換器は吸熱された熱交換媒体から外気へ放熱させることを特徴とする。 The geothermal heat pump cooling and heating system according to claim 6 is characterized in that the geothermal heat exchanger absorbs geothermal heat to a heat exchange medium, and the solar heat exchanger radiates heat from the absorbed heat exchange medium to the outside air. And
上記請求項６に示す地中熱ヒートポンプ冷暖房システムによれば、夏季においては、ハウス３内を冷房することにより室外熱交換器２２を介して地中熱交換器１１から地中に熱が蓄熱される。夜間に、地中熱交換器と太陽熱交換器との間で熱交換媒体を循環させることにより、太陽熱交換器３１に設けられた黒色プラスチックパネルが放射冷却板として熱交換媒体の熱を放熱させることができる。また、昼間は太陽熱交換器３１に設けられた黒色プラスチックパネル表面に散水等をすることによって、蒸発僣熱により熱交換媒体の熱を放熱させることができる。
また、ハウス３内を冷房する際には、地中熱交換回路とヒートポンプ装置の室外熱交換器との間で熱交換媒体を循環させることにより、地中に蓄熱されていた熱は既に太陽熱交換器から放熱されているので、ヒートポンプ装置の圧縮機への負担を軽減し、省電力化とすることができる。すなわち、太陽熱交換器を地中熱の放熱器として利用することが可能になる。
According to the underground heat pump cooling and heating system shown in claim 6, heat is stored in the ground from the underground heat exchanger 11 through the outdoor heat exchanger 22 by cooling the inside of the house 3 in the summer. The By circulating the heat exchange medium between the underground heat exchanger and the solar heat exchanger at night, the black plastic panel provided in the solar heat exchanger 31 radiates the heat of the heat exchange medium as a radiant cooling plate Can do. Further, by spraying water on the surface of the black plastic panel provided in the solar heat exchanger 31 during the daytime, the heat of the heat exchange medium can be dissipated by evaporating soot.
Further, when the inside of the house 3 is cooled, a heat exchange medium is circulated between the underground heat exchange circuit and the outdoor heat exchanger of the heat pump device, so that the heat stored in the ground is already subjected to solar heat exchange. Since the heat is radiated from the container, the burden on the compressor of the heat pump device can be reduced, and the power can be saved. In other words, the solar heat exchanger can be used as a ground heat radiator.
以上説明したとおり本発明によれば、地中の浅層部に地表から水を粒子間に導き飽和させることにより熱伝導率が高くかつ蓄熱容量を大きくする人工砂礫層を形成し、地表に設けた貯水タンクから人工砂礫層に水を供給することによって人工砂礫層を水で常に飽和状態とさせることができるので、効率的な熱交換を行うことができる。よって、ヒートポンプ装置の圧縮機への負担を軽減できるので省電力化とすることができる。また、熱交換パイプを地中浅層部に埋設すればよく、貯水タンクも地表に設置できるので、設備投資を最小限に抑えることができる。 As described above, according to the present invention, an artificial gravel layer having high thermal conductivity and a large heat storage capacity is formed by introducing water between particles from the ground surface and saturating it in the shallow layer of the ground, and is provided on the ground surface. Since the artificial gravel layer can always be saturated with water by supplying water from the stored water tank to the artificial gravel layer, efficient heat exchange can be performed. Therefore, since the burden on the compressor of the heat pump device can be reduced, power saving can be achieved. Moreover, heat exchange pipes need only be buried in the shallow underground, and water storage tanks can also be installed on the ground surface, so that capital investment can be minimized.
以下、本発明の実施の形態における地中熱ヒートポンプ冷暖房システムついて、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a geothermal heat pump air conditioning system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、実施例１における地中熱ヒートポンプ冷暖房システムの構成を示した概略図である。
図１に示されるように、本発明の地中熱ヒートポンプ冷暖房システムは、地中との間で熱交換を行った熱交換媒体が循環する一次熱交換回路１０と、ヒートポンプ装置２０で構成される二次熱交換回路２０とを有し、一次熱交換回路１０の地中熱交換器１１を埋設して、二次熱交換回路の室外熱交換器２２との間で熱交換することにより、地中から熱を汲み上げる、または、二次熱交換回路で発生した熱を地中へ放熱するようになっている。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a geothermal heat pump air conditioning system according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the underground heat pump cooling and heating system of the present invention includes a primary heat exchange circuit 10 in which a heat exchange medium that exchanges heat with the ground circulates, and a heat pump device 20. A secondary heat exchange circuit 20, the underground heat exchanger 11 of the primary heat exchange circuit 10 is embedded, and heat is exchanged with the outdoor heat exchanger 22 of the secondary heat exchange circuit. The heat is pumped up from inside, or the heat generated in the secondary heat exchange circuit is radiated to the ground.
一次熱交換回路１０は、地中浅層部に設けられた地中熱交換器１１と、地中熱交換器１１とヒートポンプ室外機２１内に設けられた室外熱交換器２２とを接続する循環パイプ１４と、循環パイプ１４内を循環する水または不凍液等の熱交換媒体と、熱交換媒体を循環パイプ１４内で循環させるための循環ポンプ２４とから構成されている。 The primary heat exchange circuit 10 is a circulation that connects the underground heat exchanger 11 provided in the shallow underground layer, the underground heat exchanger 11 and the outdoor heat exchanger 22 provided in the heat pump outdoor unit 21. The pipe 14 includes a heat exchange medium such as water or antifreeze that circulates in the circulation pipe 14, and a circulation pump 24 that circulates the heat exchange medium in the circulation pipe 14.
地中熱交換器１１は、地中浅層部に設けられる人工砂礫層１３と、人工砂礫層１３内に埋設される熱交換パイプ１２とを備えている。熱交換パイプ１２は、熱交換パイプ１２の表面積を大きくするように水平ループ状に埋設されている。 The underground heat exchanger 11 includes an artificial gravel layer 13 provided in a shallow underground layer and a heat exchange pipe 12 embedded in the artificial gravel layer 13. The heat exchange pipe 12 is embedded in a horizontal loop so as to increase the surface area of the heat exchange pipe 12.
人工砂礫層１３は、適切な透水性および保水性を確保できる粒径範囲と粒度分布があればよく、熱交換パイプ１２を挟むように厚さ２０ｃｍ〜３０ｃｍ程度であればよい。
熱交換パイプ１２は熱交換率のよい素材が好ましいが、耐食性や耐候性なども考慮して樹脂製パイプが好ましい。
The artificial gravel layer 13 only needs to have a particle size range and a particle size distribution that can ensure appropriate water permeability and water retention, and may have a thickness of about 20 cm to 30 cm so as to sandwich the heat exchange pipe 12.
The heat exchange pipe 12 is preferably made of a material having a good heat exchange rate, but is preferably a resin pipe in consideration of corrosion resistance and weather resistance.
二次熱交換回路２０は、ヒートポンプ装置２０によって構成されている。
ヒートポンプ装置２０は、ヒートポンプ室外機２１と、ハウス３内に設置されたヒートポンプ室内機２３と、ヒートポンプ室外機２１とヒートポンプ室内機２３との間を配管で接続する循環パイプ２５と、循環パイプ２５内を循環する熱交換媒体とから構成されている。
The secondary heat exchange circuit 20 is configured by a heat pump device 20.
The heat pump device 20 includes a heat pump outdoor unit 21, a heat pump indoor unit 23 installed in the house 3, a circulation pipe 25 that connects the heat pump outdoor unit 21 and the heat pump indoor unit 23 with piping, And a heat exchange medium that circulates.
ヒートポンプ室外機２１内には、図示しないコンプレッサと、膨張弁と、一次熱交換回路１０と二次熱交換回路２０との間で熱交換を行う室外熱交換器２２とが一本の配管で接続されており、室外熱交換器２２は、暖房運転時は蒸発器として、また、冷房運転時は凝縮器として構成されている。 In the heat pump outdoor unit 21, an unillustrated compressor, an expansion valve, and an outdoor heat exchanger 22 that performs heat exchange between the primary heat exchange circuit 10 and the secondary heat exchange circuit 20 are connected by a single pipe. The outdoor heat exchanger 22 is configured as an evaporator during the heating operation and as a condenser during the cooling operation.
地上には、人工砂礫層１３に水を浸透させるための貯水タンク１５が設置されている。貯水タンク１５には、雨水等の水が貯水されている。
貯水タンク１５と、地中熱交換器１１の人工砂礫層１３とは注水パイプ１６で接続されている。注水パイプ１６には、流量調整弁１７が設けられ、人工砂礫層１３への水の注水量を調整可能となっている。
On the ground, a water storage tank 15 for allowing water to penetrate the artificial gravel layer 13 is installed. The water storage tank 15 stores water such as rain water.
The water storage tank 15 and the artificial gravel layer 13 of the underground heat exchanger 11 are connected by a water injection pipe 16. The water injection pipe 16 is provided with a flow rate adjusting valve 17 so that the amount of water injected into the artificial gravel layer 13 can be adjusted.
人工砂礫層１３は、適度な保水性と透水性を兼ね備えており、水は、その比熱が土壌の質量比熱の５倍であり、容積比熱の４倍以上であることから、単なる土壌よりも比熱が大きい。また、水で飽和された砂礫層は通常の土壌にように空隙がなく熱伝導が著しくよい。したがって、人工砂礫層１３に水を浸透させることにより、単なる土壌を用いる場合よりも高い熱交換率を得ることができる。 The artificial gravel layer 13 has moderate water retention and water permeability, and the specific heat of water is 5 times the mass specific heat of the soil and more than 4 times the volume specific heat. Is big. In addition, the gravel layer saturated with water has no voids as in normal soil, and the heat conduction is remarkably good. Therefore, by allowing water to penetrate into the artificial gravel layer 13, a higher heat exchange rate can be obtained than when using simple soil.
また、人工砂礫層１３は保水性もよいので大量の水を注水する必要はなく、人工砂礫層１３に浸透する水が常に飽和状態に保つ程度に貯水タンク１５から水を適宜供給すればよいが、人工砂礫層１３へ注水する水量を流量調整弁１７で調整して、より多くの水量を注水することによって、更に高い熱交換率を得ることもできる。 Further, since the artificial gravel layer 13 has good water retention, it is not necessary to inject a large amount of water, and water may be appropriately supplied from the water storage tank 15 so that the water penetrating the artificial gravel layer 13 is always saturated. Further, by adjusting the amount of water injected into the artificial gravel layer 13 with the flow rate adjusting valve 17 and injecting a larger amount of water, a higher heat exchange rate can be obtained.
図２は、実施例１における地中熱交換器１１の構成を示した概略図である。
地中熱交換器１１を構成する人工砂礫層１３の上面に透水パイプ１８が敷設されている。透水パイプ１８は、注水パイプ１６と接続されており、貯水タンク１５から供給される水が透水パイプを介して人工砂礫層の全面にいき渡るように分岐して敷設されている。
透水パイプ１８は、管の中を水が通りながら、同時に管の外にも水を通すことができる管でよく、ドレーンパイプでもよい。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the underground heat exchanger 11 in the first embodiment.
A water permeable pipe 18 is laid on the upper surface of the artificial gravel layer 13 constituting the underground heat exchanger 11. The water permeable pipe 18 is connected to the water injection pipe 16 and is branched and laid so that the water supplied from the water storage tank 15 spreads over the entire surface of the artificial gravel layer through the water permeable pipe.
The water permeable pipe 18 may be a pipe that allows water to pass through the pipe while allowing water to pass through the pipe, and may also be a drain pipe.
図３は、実施例２における排水路を設けた地中熱ヒートポンプ冷暖房システムの構成を示した概略図である。
地中熱交換器１１には、排水パイプ２６が接続されて排水路（暗渠）２７が形成されている。排水路（暗渠）２７を形成することにより、透水パイプ１８から人工砂礫層１３に浸透した水が容易に排水されることにより、排水タンク１５から注水される水の流れをよくすることができる。
地中熱交換器１１が全体として水平に形成されていても、排水路（暗渠）２７から排水される水は、貯水タンク１５から注水される水の圧力によって容易に排水されるが、地中熱交換器１１を緩やかな傾斜に形成して、その下流側に排水路（暗渠）２７を設けてもよい。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of a geothermal heat pump air conditioning system provided with a drainage channel in the second embodiment.
A drainage pipe 26 is connected to the underground heat exchanger 11 to form a drainage channel (underdrain) 27. By forming the drainage channel (underdrain) 27, the water that has permeated the artificial gravel layer 13 from the permeable pipe 18 is easily drained, so that the flow of water poured from the drainage tank 15 can be improved.
Even if the underground heat exchanger 11 is formed horizontally as a whole, the water drained from the drainage channel (underdrain) 27 is easily drained by the pressure of the water poured from the water storage tank 15. The heat exchanger 11 may be formed with a gentle slope, and a drainage channel (underdrain) 27 may be provided on the downstream side thereof.
図４は、実施例３における太陽熱を利用した地中熱ヒートポンプ冷暖房システムの構成を示した概略図である。
図４に示されるように、実施例３における地中熱ヒートポンプ冷暖房システムでは、実施例１または実施例２に加えて、太陽熱との間で熱交換を行う三次熱交換回路３０を備えている。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of a geothermal heat pump air-conditioning system using solar heat in the third embodiment.
As shown in FIG. 4, the geothermal heat pump air conditioning system according to the third embodiment includes a tertiary heat exchange circuit 30 that performs heat exchange with solar heat in addition to the first or second embodiment.
三次熱交換回路３０は、農業用地の法面等に設置された太陽熱交換器３１と、太陽熱交換器３１と一次熱交換回路１０の地中熱交換器１１とを接続する循環パイプ３２と、循環パイプ３２内を循環する熱交換媒体と、太陽熱交換器３１と地中熱交換器１１との間の熱交換媒体の循環を切り換え可能な三方弁３３、３４とから構成されている。 The tertiary heat exchange circuit 30 includes a solar heat exchanger 31 installed on a slope of an agricultural land, a circulation pipe 32 that connects the solar heat exchanger 31 and the underground heat exchanger 11 of the primary heat exchange circuit 10, and a circulation The heat exchange medium circulates in the pipe 32 and three-way valves 33 and 34 that can switch the circulation of the heat exchange medium between the solar heat exchanger 31 and the underground heat exchanger 11.
冬季において、地中温度が低下して供給する熱量が不足する場合、昼間に三方弁３３、３４を切り換えることにより、熱交換媒体の循環経路を、地中熱交換器１１と太陽熱交換器３１との間で循環させる。太陽熱交換器３１で太陽熱により温められた熱交換媒体により、地中熱交換器１１により熱交換されて地中に蓄熱することができる。
つまり、太陽熱を地中熱として蓄熱することができる。
In the winter, when the underground temperature decreases and the amount of heat to be supplied is insufficient, by switching the three-way valves 33 and 34 in the daytime, the heat exchange medium circulation path is changed between the underground heat exchanger 11 and the solar heat exchanger 31. Circulate between. The heat exchange medium warmed by the solar heat in the solar heat exchanger 31 can be heat-exchanged by the underground heat exchanger 11 and stored in the ground.
That is, solar heat can be stored as underground heat.
この場合、熱交換媒体を循環させるために循環ポンプ２４を可動して、熱交換媒体はヒートポンプ室外機を経由することになるが、室外熱交換器２２での熱交換は行わずに熱交換媒体を循環させるのみでよい。 In this case, the circulation pump 24 is moved to circulate the heat exchange medium, and the heat exchange medium passes through the heat pump outdoor unit. However, the heat exchange medium is not performed without performing heat exchange in the outdoor heat exchanger 22. It is only necessary to circulate.
更に、夜間に再度三方弁３３，３４を切り換えることにより、熱交換媒体の循環経路を地中熱交換器１１と室外熱交換器２２との間で循環させる。したがって、地中熱のみでの地中熱交換器１１による熱供給が不十分な場合に、太陽熱を地中熱として蓄熱することによって、二次熱交換回路２０の室外熱交換器２２に設けられた圧縮機への負担を軽減し、省電力化することができる。 Furthermore, by switching the three-way valves 33 and 34 again at night, the circulation path of the heat exchange medium is circulated between the underground heat exchanger 11 and the outdoor heat exchanger 22. Therefore, when the heat supply by the underground heat exchanger 11 using only the underground heat is insufficient, the solar heat is stored as the underground heat, so that it is provided in the outdoor heat exchanger 22 of the secondary heat exchange circuit 20. This reduces the burden on the compressor and saves power.
図５は、実施例４における太陽熱交換器３１を放熱に利用した地中熱ヒートポンプ冷暖房システムの構成を示した概略図である。
図５に示されるように、実施例４における地中熱ヒートポンプ冷暖房システムでは、実施例３と同じ構成からなり、太陽熱交換器３１を利用して熱交換媒体の熱を放熱する。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a geothermal heat pump cooling / heating system using the solar heat exchanger 31 in Example 4 for heat radiation.
As shown in FIG. 5, the underground heat pump cooling / heating system according to the fourth embodiment has the same configuration as that of the third embodiment, and radiates the heat of the heat exchange medium using the solar heat exchanger 31.
夏季においては、ハウス３内を冷房することにより室外熱交換器２２を介して地中熱交換器１１から地中に熱が蓄熱される。
そこで、三方弁３３、３４を切り換えることにより、熱交換媒体の循環経路を、地中熱交換器１１と太陽熱交換器３１との間で循環させる。夜間は太陽熱交換器３１に設けられた黒色プラスチックパネルを放射冷却板として利用して、熱交換媒体の熱を放熱させることができる。また、昼間は太陽熱交換器３１に設けられた黒色プラスチックパネル表面に散水等をすることによって、蒸発僣熱により熱交換媒体の熱を放熱させることができる。
In the summer, heat is stored in the ground from the underground heat exchanger 11 via the outdoor heat exchanger 22 by cooling the house 3.
Therefore, the heat exchange medium circulation path is circulated between the underground heat exchanger 11 and the solar heat exchanger 31 by switching the three-way valves 33 and 34. At night, the black plastic panel provided in the solar heat exchanger 31 can be used as a radiation cooling plate to dissipate the heat of the heat exchange medium. Further, by spraying water on the surface of the black plastic panel provided in the solar heat exchanger 31 during the daytime, the heat of the heat exchange medium can be dissipated by evaporating soot.
この場合も、熱交換媒体を循環させるために循環ポンプ２４を可動して、熱交換媒体はヒートポンプ室外機を経由することになるが、室外熱交換器２２での熱交換は行わずに熱交換媒体を循環させるのみでよい。 In this case as well, the circulation pump 24 is moved to circulate the heat exchange medium, and the heat exchange medium passes through the heat pump outdoor unit, but heat exchange is not performed in the outdoor heat exchanger 22. It is only necessary to circulate the medium.
ハウス３内を冷房する際には、三方弁３３，３４を切り換えることにより、熱交換媒体の循環経路を一次熱交換回路１０の地中熱交換器１１と二次熱交換回路２０の室外熱交換器２２との間で循環させる。
この場合、地中に蓄熱されていた熱は、三次熱交換回路３０の太陽熱交換器３１から放熱されているので、二次熱交換回路２０の室外熱交換器２２に設けられた圧縮機への負担を軽減し、省電力化することができる。
When the inside of the house 3 is cooled, by switching the three-way valves 33 and 34, the heat exchange medium circulation path is changed to the outdoor heat exchange between the underground heat exchanger 11 of the primary heat exchange circuit 10 and the secondary heat exchange circuit 20. Circulate with the vessel 22.
In this case, since the heat stored in the ground is radiated from the solar heat exchanger 31 of the tertiary heat exchange circuit 30, the heat is transferred to the compressor provided in the outdoor heat exchanger 22 of the secondary heat exchange circuit 20. The burden can be reduced and power can be saved.
１ 地中熱ヒートポンプ冷暖房システム
３ ハウス
１０ 一次熱交換回路
１１ 地中熱交換器
１２ 熱交換パイプ
１３ 人工砂礫層
１４ 循環パイプ
１５ 貯水タンク
１６ 注水パイプ
１７ 流量調整弁
１８ 透水パイプ
２０ 二次熱交換回路（ヒートポンプ装置）
２１ ヒートポンプ室外機
２２ 室外熱交換器
２３ ヒートポンプ室内機
２４ 循環ポンプ
２５ 循環パイプ
２６ 排水パイプ
２７ 排水路（暗渠）
３０ 三次熱交換回路
３１ 太陽熱交換器
３２ 循環パイプ
３３ 三方弁
３４ 三方弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Geothermal heat pump air conditioning system 3 House 10 Primary heat exchange circuit 11 Geothermal heat exchanger 12 Heat exchange pipe 13 Artificial gravel layer 14 Circulation pipe 15 Water storage tank 16 Injection pipe 17 Flow control valve 18 Permeable pipe 20 Secondary heat exchange circuit (Heat pump device)
21 Heat Pump Outdoor Unit 22 Outdoor Heat Exchanger 23 Heat Pump Indoor Unit 24 Circulation Pump 25 Circulation Pipe 26 Drainage Pipe 27 Drainage Channel (Dark)
30 Tertiary heat exchange circuit 31 Solar heat exchanger 32 Circulation pipe 33 Three-way valve 34 Three-way valve
Claims (6)
前記地中熱交換器にて熱交換された前記熱交換媒体を用いて、ヒートポンプ装置との間でさらに熱交換する地中熱ヒートポンプ冷暖房システムにおいて、
前記地中熱交換器は、所定の粒径範囲および粒度分布によって埋設された人工砂礫層と、前記人工砂礫層内に、前記熱交換媒体が循環する水平ループ状に敷設され熱交換パイプとから形成され、
地上には雨水などの水を貯留する貯水タンクが設置され、
前記貯水タンクから前記人工砂礫層に水を注水する注水パイプが設けられ、
前記人工砂礫層に前記貯水タンクの水を前記注水パイプを介して定期的または不定期的に供給することによって、前記人工砂礫層を水で飽和状態にさせることを特徴とする地中熱ヒートポンプ冷暖房システム。 A ground heat exchanger for exchanging heat between the heat exchange medium and the ground,
In the geothermal heat pump air conditioning system that uses the heat exchange medium heat exchanged in the geothermal heat exchanger to further exchange heat with the heat pump device,
The underground heat exchanger includes an artificial gravel layer embedded according to a predetermined particle size range and particle size distribution, and a heat exchange pipe laid in a horizontal loop in which the heat exchange medium circulates in the artificial gravel layer. Formed,
A water storage tank is installed on the ground to store rainwater and other water.
A water injection pipe for injecting water from the water storage tank to the artificial gravel layer is provided,
A geothermal heat pump air conditioner, wherein the artificial gravel layer is saturated with water by periodically or irregularly supplying water from the water storage tank to the artificial gravel layer through the water injection pipe. system.
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