JP2019002268A - 既製杭への地中熱交換器設置工法 - Google Patents

Abstract

【課題】既製杭への地中熱交換器設置工法において、杭工事の工程に左右されず、ＥＦ継手作業を行うことなく、安定した品質を確保し、かつ作業員の安全も確保する。【解決手段】地中熱交換器１５をクレーン５５で杭頭内蓋１の吊り具にベルトスリング５７で吊り下げる。地中熱交換器１５は杭頭内蓋１と一体であるから、そのまま既製杭５０内に挿入するだけで良い。各地中熱交換用Ｕチューブ１６の下端部に金属製のＣ型鋼で作られたウェイト４０が固定されている。ウェイト４０は、経年変化することなく、地中熱交換用Ｕチューブ１６が鉛直姿勢に保つように配置したものである。【選択図】図４

Description

本発明は、既製杭への地中熱交換器設置工法に関する。更に詳しくは、建物等の構造物を支承する既製杭に、地中熱を利用するための熱交換器を設置するための工法であり、特に、杭頭内蓋を利用した既製杭への地中熱交換器設置工法に関する。

既製杭は、大まかにはコンクリート杭（ＰＨＣ杭、ＳＣ杭、ＰＲＣ杭等）と鋼管杭の二つの種類に分類される。この既製杭の中心の中空部に、地中熱を利用するために、Ｕチューブ等の地中熱交換用の熱交換器（以下、「地中熱交換器」という。）を設置する地中熱利用ヒートポンプシステムが知られている。この地中熱交換器を設置する際には、地中熱交換器を設置後、杭頭蓋を介して、熱媒体液を供給、排出するチューブ等をＥＦ継手（電気融着継手）により接続する必要がある。これらの熱交換器の既製杭への設置工事は、杭工事、基礎工事等の現場作業と平行で行う必要があり、安全性、品質、工程等に問題があった。そのために熱交換器の設置作業は、杭工事や基礎工事の工程に左右されることが多く、地中熱交換器の設置作業を計画的に行うことが難しい。また、ＥＦ継手を作るためのＥＦ作業は、環境が一定していない現場作業のため品質の維持が困難であり、また、電気を使う関係で漏電・感電等の安全性の確保にも問題がある。

本発明の既製杭への地中熱交換器設置工法は、上記のような問題点を解決するものであり、以下の目的を達成するものである。
本発明の目的は、予め既製杭の杭頭内蓋に地中熱交換器を取り付けて、これを吊り下げて一挙に既製杭の中空部に設置できる、既製杭への地中熱交換器設置工法を提供することにある。
本発明の他の目的は、既製杭の中空部に地中熱交換器を設置する工法において、杭工事の工程を左右することなく施工できる、既製杭への地中熱交換器設置工法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、既製杭の中空部に地中熱交換器を設置する工法において、安定した品質を確保でき、かつ作業員の安全も確保できる、既製杭への地中熱交換器設置工法を提供することにある。

本発明１の既製杭への地中熱交換器設置工法は、
内部に区画された中空空間を有した既製杭と、
前記既製杭の上端部に設置された杭頭内蓋と、
前記中空空間に挿入配置される地中熱交換器と
からなる既製杭への地中熱交換器設置工法において、
前記杭頭内蓋、前記杭頭内蓋の下部に前記地中熱交換器、上部に前記地中熱交換器に供給する熱媒体液の供給口及び排出するための給排出口を予め一体に組立てて地中熱交換器セットとし、
前記中空空間に前記地中熱交換器を設置するとき、前記地中熱交換器セットを吊って前記杭頭内蓋及び複数の前記地中熱交換器を同時に設置することを特徴とする。

本発明２の既製杭への地中熱交換器設置工法は、本発明１において、前記地中熱交換器は、下部にウェイトが取り付けられていることを特徴とする。
本発明３の既製杭への地中熱交換器設置工法は、本発明１又は２において、前記杭頭内蓋には、前記地中熱交換器セットを吊るための吊り具を有していることを特徴とする。

本発明の既製杭への地中熱交換器設置工法は、予め既製杭の杭頭内蓋に熱交換器を取り付けてあるので、杭工事の工程を左右することなく施工できる、安定した品質を確保できる、作業員の安全も確保できる等の効果がある。

図１は、本発明の既製杭への地中熱交換器設置工法に用いる地中熱交換器が取り付けられた杭頭内蓋の部分を示す図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のｂ−ｂ線の切断断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の背面図である。 図２は、地中熱交換用Ｕチューブである地中熱交換器の下部にウェイトを配置した状態を示す図であり、図２（ａ）は正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線の切断断面図である。 図３は、本発明の既製杭への地中熱交換器設置工法に用いる地中熱交換器が取り付けられた杭頭内蓋を、クレーンで吊り下げた状態を示す外観図である。 図４は、地中熱交換器が取り付けられた杭頭内蓋を、クレーンで既製杭に挿入するときの概念を示す一部断面図である。

以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の既製杭への地中熱交換器設置工法に用いる杭頭内蓋の例を示すものであり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のｂ−ｂ線の切断断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の背面図である。円板状の鋼板２は、杭頭内蓋１の本体を成すものである。この杭頭内蓋１は、杭内部の中空部に配置するものである。鋼板２の上面には、構造物のコンクリート基礎に連結される鉄筋３が固定されている。この固定は、鉄筋３の下端部に形成された雄ネジにナットで固定されている。この鉄筋３は、杭頭内蓋１の鋼管等の既製杭の上部空間部に位置するものであり、この上部空間部は、既製杭（図示せず）の内孔であり、コンクリートを打設して埋められる空間部である。鉄筋３を含む空間部の上に、一般的には建物等の基礎となるフーチングが配置される。

また、鋼板２の上面の２箇所には、吊りピース（以下吊り具ともいう）６が溶接により固定されている。吊りピース６は、後述するように杭頭内蓋１と一体の地中熱交換器１５を吊り下げるためのものである。鋼板２の上面には、入口パイプ７が配置されている。入口パイプ７は、本例ではポリエチレン管からなる地中熱交換器１５へ熱媒体液を供給するためのパイプである。入口パイプ７は、鋼板２の下面から伸びる保護管８内に挿入して収納されている。入口パイプ７へは、ヒートポンプ装置（図示せず。）から熱媒体液が供給される。

円板状の鋼板２の下面には、補強のためにアングル材１０が直交するように配置されている（図１（ｂ）参照）。アングル材１０には、コ字状の熱交換器固定金具１１が固定されている。熱交換器固定金具１１は、熱媒体液を地中に供給する側の地中熱交換器１５を固定するためのものである。地中熱交換器１５は、既製杭５０内に鉛直方向に設置され、本例では５本の地中熱交換用Ｕチューブ１６からなる（図１（ａ）参照）。熱交換器固定金具１１への地中熱交換用Ｕチューブ１６の固定は、本例では一般的な市販されているパイプ固定金具（図示せず）を用いる。地中熱交換用Ｕチューブ１６は、地中熱採熱用のポリエチレン等からなる合成樹脂製のパイプであり、最下端部がＵ字状の継手で曲げられており、地中熱交換用Ｕチューブ１６で採熱した熱媒体液は上部に戻る。これらの構造、機能は公知技術であり、その詳細な説明は省略する。

熱媒体液供給側の各地中熱交換用Ｕチューブ１６から戻った熱媒体は、一箇所に集められ各地中熱交換用Ｕチューブ１６’に戻る（図１（ｃ）参照）。戻り側の地中熱交換用Ｕチューブ１６’は、熱交換器固定金具２０にパイプ固定金具（図示せず）で固定されている。各地中熱交換用Ｕチューブ１６’から戻った熱媒体液は、出口パイプ２１に集められる。出口パイプ２１は、鋼板２を貫通してこの上部に配置されている保護管２２内に収納配置されている。出口パイプ２１から排出された熱媒体液はヒートポンプ装置に供給される。以上の説明から理解されるように、本実施の形態の地中熱交換器１５の全ては、杭頭内蓋１に一体に固定されている。

［ウェイト４０］
図２は、地中熱交換用Ｕチューブである熱交換器の下部にウェイトを配置した図であり、図２（ａ）は正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線の切断断面図である。本例では、各地中熱交換用Ｕチューブ１６の下端部に金属製のＣ型鋼で作られたウェイト４０が固定されている。ウェイト４０は、地中熱交換用Ｕチューブ１６が既製杭に設置前及び設置後に経年変化することなく鉛直姿勢に保つように配置したものである。ウェイト４０の溝部には、貫通孔である結束バンド用孔４１が形成されている。結束バンド用孔４１に結束バンド（図示せず）を通して、地中熱交換用Ｕチューブ１６，１６’は、結束バンドでウェイト４０の溝部に固定されている。

［地中熱交換器の施工］
図３及び図４は、本発明の既製杭への地中熱交換器設置工法の一例を示す施工手順を示すものである。以下、鋼管杭への熱交換器の設置の工法を説明する。鋼管である既製杭５０の杭打作業が完了したら、従来の工法では熱交換器（地中熱Ｕチューブ）をクレーン５５で吊り、既製杭５０の中空部に挿入し、最適な設置深さの調整等を行う。この挿入後、杭頭内蓋を設置し、供給側、出口側の地中熱Ｕチューブと入口パイプ及び出口パイプ等に連結作業を行う。本実施の形態では、クレーン５５のフックに吊った合成樹脂繊維のベルトスリング５７を、前述した杭頭内蓋１の吊りピース６に引っ掛けて、複数の地中熱交換器１５を吊り下げる。複数本の地中熱交換器１５は、杭頭内蓋１と一体であるから、そのまま既製杭５０の中空部内に挿入するだけで良い。

本工法では、杭頭内蓋１に複数本の地中熱交換器（地中熱Ｕチューブ）１５を工場等で予め一体に組み込んだものを現場に持ち込み、これをクレーン５５で一挙に吊り中空部に挿入する。複数本の地中熱交換器１５を一挙に既製杭５０に挿入できるので、作業効率が良い。また、地中熱交換器１５の挿入長さは、設計された寸法であるから、設計と異なるような杭頭のハツリ等を行わない限り、設置深さの調整を行う必要はない。更に、地中熱交換器の施工現場において、供給側、出口側の地中熱Ｕチューブと入口パイプ７及び出口パイプ２１等のＥＦ（電気融着）作業等の連結作業を行う必要もない。

［他の実施の形態］
前述した実施の形態では、既製杭は鋼管であったが、コンクリート杭等であっても良い。前述した地中熱交換器は管状のチューブであったが、熱交換機能を有するものであれば、チューブに限らず熱交換フィンを有したチューブ等の他のものであっても良い。杭頭内蓋は、鋼板で円板状のものであったが、円板状に限ることなく公知の他の形状のものであっても良く、またコンクリート製のものでも良い。前述した吊り具６で杭頭内蓋１及び地中熱交換器１５をクレーン５５により、ベルトスリング５７で吊り下げるものであったが、本発明の工法において、吊り具６のみで吊り下げることを意味しない。ベルトスリング５７を鉄筋３に係止してこれを吊り具として使用しても良い。更に、既製杭の構造によっては、杭頭内蓋ではなく、杭頭蓋であっても良いので、本発明でいう杭頭内蓋は文字通りの狭義の杭頭内蓋のみを意味しない。

１…杭頭内蓋
２…鋼板
３…鉄筋
７…入口パイプ
８…保護管
１０…アングル材
１５…地中熱交換器
１６，１６’…地中熱交換用Ｕチューブ
２１…出口パイプ
２２…保護管
４０…ウェイト
４１…結束バンド用孔
５０…既製杭
５５…クレーン
５７…ベルトスリング

本発明１の既製杭への地中熱交換器設置工法は、
内部に区画された中空空間を有した既製杭と、
前記既製杭の上端部に設置された杭頭内蓋と、
前記中空空間に挿入配置される地中熱交換器と
からなる既製杭への地中熱交換器設置工法において、
前記杭頭内蓋、
前記杭頭内蓋の下部に熱交換器固定金具で固定された前記地中熱交換器、
上部に前記地中熱交換器に供給する熱媒体液の供給口、及び
排出するための給排出口
を予め一体に組立てて地中熱交換器セットとし、
前記中空空間に前記地中熱交換器を設置するとき、前記地中熱交換器セットを吊って前記杭頭内蓋及び複数の前記地中熱交換器を同時に設置することを特徴とする。

Claims (3)

1. 内部に区画された中空空間を有した既製杭と、
   前記既製杭の上端部に設置された杭頭内蓋と、
   前記中空空間に挿入配置される地中熱交換器と
   からなる既製杭への地中熱交換器設置工法において、
   前記杭頭内蓋、前記杭頭内蓋の下部に前記地中熱交換器、上部に前記地中熱交換器に供給する熱媒体液の供給口及び排出するための給排出口を予め一体に組立てて地中熱交換器セットとし、
   前記中空空間に前記地中熱交換器を設置するとき、前記地中熱交換器セットを吊って前記杭頭内蓋及び複数の前記地中熱交換器を同時に設置する
   ことを特徴とする既製杭への地中熱交換器設置工法。
2. 請求項１に記載の既製杭への地中熱交換器設置工法において、
   前記地中熱交換器は、下部にウェイトが取り付けられている
   ことを特徴とする既製杭への地中熱交換器設置工法。
3. 請求項１又は２に記載の既製杭への地中熱交換器設置工法において、
   前記杭頭内蓋には、前記地中熱交換器セットを吊るための吊り具を有している
   ことを特徴とする既製杭への地中熱交換器設置工法。

Images