JP3191650B2 - 地下帯水層に温水・冷水を蓄えて冬季・夏季に交互利用する方法 - Google Patents

地下帯水層に温水・冷水を蓄えて冬季・夏季に交互利用する方法

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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/40Geothermal heat-pumps

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、地下帯水層に温
水・冷水を蓄えて冬季・夏季に交互利用する方法に関
し、とくに地下帯水層に蓄える熱量をより大きくする利
用技術に関する。
【0002】
【従来の技術】地下帯水層に温水・冷水を蓄えて冬季・
夏季に交互利用する地下水利用方法の基本的なシステム
が特公昭58−11529号公報に詳しく解説されてい
る。この地下水利用システムでは、冬季には地下温水帯
からくみ上げた地下水を温熱源として利用するとともに
利用後の冷えた水を地下冷水帯に注入し、また夏季には
前記地下冷水帯からくみ上げた地下水を冷熱源として利
用するとともに利用後の温まった水を前記地下温水帯に
注入する。
【0003】よく知られているように、通常の自然な地
下水の温度は12℃〜15℃程度である。これに対して
前記の地下水利用システムによれば、夏季に前記地下冷
水帯から自然な地下水よりも相当に低温の冷水をくみ上
げることができ、冷房用などの冷熱源としての価値が高
い。一方、冬季に前記地下温水帯から自然な地下水より
も相当に高温の温水をくみ上げることができ、暖房用な
どの温熱源としての価値が高い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記の地下水利用シス
テムを有効に機能させるためには、当然ながら、冬季に
は温熱源として利用した後の水の温度をできるだけ低温
にして地下冷水帯に注入し、夏季には冷熱源として利用
した後の水の温度をできるだけ高温にして地下温水帯に
注入することが重要である。もちろん、くみ上げた温水
をヒートポンプ暖房運転の温熱源として凝縮器に通せば
水温は下がるし、くみ上げた冷水をヒートポンプ冷房運
転の冷熱源として蒸発器に通せば水温は上がる。しかし
これだけでは不充分なので、前記の特公昭58−115
29号公報のシステムにおいては以下のような工夫をし
ている。
【0005】つまり、冬季に暖房用の温熱源として利用
した後の地下水を、建物の屋根や周辺に積もっている雪
を消す目的で散水する。もちろん散水した地下水を消雪
水とともに回収する設備とし、消雪によりさらに冷やさ
れた水を地下冷水帯に注入する。
【0006】しかしこの対策は、まず多量の積雪のある
地域でしか有効でないという基本的な問題がある。消雪
後の終末水を回収する設備の範囲内で、消雪用水をつね
に必要とするような多量の積雪がある地域はごく限られ
ている。また、消雪後の終末水には多くの塵埃が含まれ
ていて、それをよく濾過しないで注入井戸に戻すと、地
下水の汚れが徐々に蓄積され、井戸が目詰まりする心配
もでてくる。そのため濾過設備に多大な経費がかかると
いう難点がある。
【0007】もう1つ別の観点でつぎのような問題もあ
る。よく知られているように、我が国では真夏の日中に
冷房用の電力消費が集中し、そのため電力需給が限界近
くまでひっぱくするという大きな問題がある。これを解
消することが国レベルの電力政策の重要課題となってい
る。そして最近では、これは単に電力政策の問題にとど
まらず、総合的なエネルギー利用方法や人々のライフス
タイルのありかたなど、広い視野で考えるべき問題だと
認識されるようになってきた。
【0008】この観点で評価すると、前述の特公昭58
−11529号公報の地下水利用システムは、地下帯水
層に温水・冷水を蓄えて冬季・夏季に交互利用するの
で、熱エネルギーを循環的に活用して棄却エネルギーが
少なく、きわめて省エネルギー的である。また夏期の冷
房時に、ヒートポンプの凝縮器の冷却用水として前記シ
ステムの冷水を用いれば、通常よりも効率の良い冷房運
転が可能で、したがって電力消費を低減できる。このよ
うな省エネ効果をさらに追及する観点では、真夏の日中
に冷房のために前記地下冷水帯から揚水ポンプで地下水
をくみ上げるための電力消費を少なくしたい。
【0009】この発明は前述した従来の問題点に鑑みな
されたもので、その目的は、多量の積雪のある北国でな
くても、また水の汚れの心配をせずに、冬季には充分に
低温に冷やした水を地下冷水帯に注入できるようにする
ことにある。また、夏季には日中の冷房のための電力消
費をできるだけ少なくすることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】そこで第1の発明では、
地上の利用設備の近くに冷水タンクと冷却塔を設け、冬
季には、温熱源として利用した後の前記地下水を前記冷
水タンクにいったん蓄えておき、夜間に前記冷水タンク
の水を前記冷却塔に供給して夜間の冷気により充分に冷
やしてから前記地下冷水帯に注入するようにした。ここ
で、前記利用設備の近くに前記冷水タンクとは別の温水
タンクを設けておき、冬季には、夜間に前記地下温水帯
から地下水をくみ上げて前記温水タンクにいったん蓄え
ておき、昼間に前記温水タンク内の水を温熱源として利
用し、利用後の水を前記冷水タンクに蓄えてもよい。ま
た、前記温水タンクに蓄えたまま温熱源として利用しな
かった水を、夜間に前記冷却塔に供給して夜間の冷気に
より充分に冷やしてから前記地下冷水帯に注入するよう
にしてもよい。
【0011】また第2の発明では、地上の利用設備の近
くに冷水タンクを設け、夏季には、夜間に前記地下冷水
帯から地下水をくみ上げて前記冷水タンクにいったん蓄
えておき、昼間に前記冷水タンク内の水を冷熱源として
利用するようにした。ここで、前記冷水タンクにはこれ
に蓄えてある水を冷やすための冷凍機を付設しておき、
この冷凍機を夜間に適宜運転して前記冷水タンクの水が
温まるのを防止するようにしてもよい。
【0012】
【発明の実施の形態】この発明を適用した地下水利用シ
ステムの冬季の実施状況を図1に示している。冬季に
は、地下温水帯1から揚水ポンプ2により温かい地下水
をくみ上げて、建物3の地階部分に設けた温水タンク4
にいったん蓄えておく。揚水ポンプ2の運転は安価な深
夜電力を利用できる夜間に行う。夜間に地下温水帯1か
らくみ上げた温かい地下水を断熱材で囲まれた温水タン
ク4に蓄えておけば、長時間にわたって水温を保つこと
ができる。
【0013】温水タンク4に蓄えた温水を暖房用の温熱
源として利用する。つまり、建物3に設備されている水
熱源ヒートポンプ5(暖房運転モード)の蒸発器に温水
タンク4中の温水を給水ポンプ6により供給する。水熱
源ヒートポンプ5にて温熱源として利用されて排水され
る前記地下水を建物3の例えば地下に設けた冷水タンク
7に蓄える。
【0014】建物3の屋上には冷却塔8を設置してい
る。この冷却塔8を運転することで、冷水タンク7に蓄
えた地下水をさらに冷やして、その冷水をストレーナー
9を通して地下冷水帯10に注入する構成になってい
る。
【0015】冷却塔8の運転は夜間に行う。我が国にお
いては、太平洋側の温暖な地方でも、冬季の夜間にはか
なり気温が下がり、放射冷却現象により朝方には凍てつ
くような寒さになることも多い。そこで、水熱源ヒート
ポンプ5からの排水(地下水)を冷水タンク7に蓄えて
おき、夜間に冷却塔8を運転することで、温熱源として
利用後の冷えた地下水をさらに充分に低温に冷やすこと
ができ、これを地下冷水帯10に注入する。また冷却塔
8を夜間運転することは、安価な深夜電力を利用できる
ので経済的である。
【0016】以上詳しく説明した冬季の実施形態につい
て、つぎのような異なる実施例もある。前記の温水タン
ク4を設けずに、地下温水帯1から揚水ポンプ2で地下
水をくみ上げながら、その温かい地下水を水熱源ヒート
ポンプ5に通して温熱源として利用し、利用後の冷めた
地下水を前記冷水タンク7に蓄え、夜間に冷却塔8を運
転して充分に冷やした地下水を地下冷水帯10に注入す
る。また、温水タンク4を用いた図1のシステムにおい
て、地下温水帯1からくみ上げて温水タンク4に蓄えた
まま温熱源として利用しなかった水を、夜間に前記冷却
塔8に供給して夜間の冷気により充分に冷やしてから地
下冷水帯10に注入する方式としてもよい。
【0017】この発明を適用した地下水利用システムの
夏季の実施状況を図2に示している。夏季には、地下冷
水帯10から揚水ポンプ11(図1の揚水ポンプ2を使
用できる)により冷たい地下水をくみ上げて、建物3の
地階部分に設けた冷水タンク7に蓄える。この揚水運転
は割安な深夜電力を利用できる夜間に行う。夜間にくみ
上げた冷水を冷水タンク7に溜めておき、暑い日中にそ
の冷水を冷房用の冷熱源として利用する。つまり、建物
3に設備されている水熱源ヒートポンプ5(冷房運転モ
ード)の凝縮器に冷水タンク7中の冷水を給水ポンプ6
により供給する。水熱源ヒートポンプ5にて冷熱源とし
て利用されて排水される前記地下水を建物3の例えば地
下に設けた温水タンク4に蓄える。好ましくは、他の熱
源からの廃熱を回収してこの水をさらに高温にする。こ
のように冷熱源として利用されて温まった地下水をスト
レーナー14を通して前述の地下温水帯1に注入する。
【0018】なお図2のシステムにおいて、前記冷水タ
ンク7を使用せず、冷熱源として利用後の温まった地下
水を直ちに地下温水帯1に注入してもよい。反対に、冷
熱源として利用した地下水を直射日光のあたる屋外の貯
水池に溜めておき、日中の日射エネルギーにより貯水を
充分に加熱してから地下温水帯1に注入してもよい。
【0019】また図2のシステムにおいて、前記冷水タ
ンク7にはこれに蓄えてある水を冷やすための冷凍機
(図示していない)を付設しておき、この冷凍機を夜間
に適宜運転して冷水タンク7の水が温まるのを防止する
温度管理機構を付加することで、安価な深夜電力を利用
して、くみ上げた冷水の冷熱源としての価値を維持する
ことができる。
【0020】本発明を実施するにあたっては、前述の地
下温水帯1および地下冷水帯7にそれぞれ鋼管パイプ3
0を挿入し、揚水井戸および注水井戸として機能させ
る。鋼管パイプ30は、上下の非透水層31と32の間
にある帯水層33(前述の地下温水帯1または地下冷水
帯10となる)に達している。帯水層33における鋼管
パイプ30には多数の小穴30aが形成されており、こ
の小穴30aを通って地下水が流通する。この小穴30
aの大きさを適宜に設定すれば、この部分をストレーナ
ーとして機能させることができる。
【0021】
【発明の効果】この発明によれば、冬季には温熱源とし
て利用した後の水の温度をできるだけ低温にして地下冷
水帯に注入でき、地下帯水層に温水・冷水を蓄えて冬季
・夏季に交互利用するシステムにおいて、地下帯水層に
蓄える熱量をより大きくすることができ、この地下水利
用システムを意図通りに有効に機能させることができ
る。もちろん、この発明は多量の積雪のある北国でなく
ても効果的に実施でき、前述した消雪水のによる水の汚
れや注入井戸の目詰まりの心配がない。また、地下温水
帯からの地下水のくみ上げ運転を安価な深夜電力を利用
して行い、くみ上げた地下水を保温タンクに蓄えておい
て利用するシステムとすれば、運転経費が安上がりにな
る。
【0022】同様に、夏季において地下冷水帯からの地
下水のくみ上げ運転を安価な深夜電力を利用して行い、
くみ上げた地下水を保冷タンクに蓄えておいて利用する
システムとすることで、運転経費が安上がりになるだけ
でなく、真夏の日中の冷房用電力の集中を緩和するのに
効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を適用した地下水利用システムの冬季
の実施状況を示す概略図である。
【図2】この発明を適用した地下水利用システムの夏季
の実施状況を示す概略図である。
【符号の説明】
1 地下温水帯 2 揚水ポンプ 3 建物 4 温水タンク 5 水熱源ヒートポンプ 6 給水ポンプ 7 冷水タンク 8 冷却塔 9 ストレーナー 10 地下冷水帯 11 揚水ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F24F 5/00 101 F25B 27/00 F25B 30/06

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冬季には地下温水帯からくみ上げた地下
    水を温熱源として利用するとともに利用後の冷えた水を
    地下冷水帯に注入し、夏季には前記地下冷水帯からくみ
    上げた地下水を冷熱源として利用するとともに利用後の
    温まった水を前記地下温水帯に注入する地下水の利用方
    法において、 地上の利用設備の近くに冷水タンクと冷却塔を設け、冬
    季には、温熱源として利用した後の前記地下水を前記冷
    水タンクにいったん蓄えておき、夜間に前記冷水タンク
    の水を前記冷却塔に供給して夜間の冷気により充分に冷
    やしてから前記地下冷水帯に注入することを特徴とする
    地下帯水層に温水・冷水を蓄えて冬季・夏季に交互利用
    する方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記利用設備の近く
    に前記冷水タンクとは別の温水タンクを設けておき、冬
    季には、夜間に前記地下温水帯から地下水をくみ上げて
    前記温水タンクにいったん蓄えておき、昼間に前記温水
    タンク内の水を温熱源として利用し、利用後の水を前記
    冷水タンクに蓄えることを特徴とする地下帯水層に温水
    ・冷水を蓄えて冬季・夏季に交互利用する方法。
  3. 【請求項3】 請求項2において、前記温水タンクに蓄
    えたまま温熱源として利用しなかった水を、夜間に前記
    冷却塔に供給して夜間の冷気により充分に冷やしてから
    前記地下冷水帯に注入することを特徴とする地下帯水層
    に温水・冷水を蓄えて冬季・夏季に交互利用する方法。
  4. 【請求項4】 冬季には地下温水帯からくみ上げた地下
    水を温熱源として利用するとともに利用後の冷えた水を
    地下冷水帯に注入し、夏季には前記地下冷水帯からくみ
    上げた地下水を冷熱源として利用するとともに利用後の
    温まった水を前記地下温水帯に注入する地下水の利用方
    法において、 地上の利用設備の近くに冷水タンクを設け、夏季には、
    夜間に前記地下冷水帯から地下水をくみ上げて前記冷水
    タンクにいったん蓄えておき、昼間に前記冷水タンク内
    の水を冷熱源として利用することを特徴とする地下帯水
    層に温水・冷水を蓄えて冬季・夏季に交互利用する方
    法。
  5. 【請求項5】 請求項4において、前記冷水タンクには
    これに蓄えてある水を冷やすための冷凍機を付設してお
    き、この冷凍機を夜間に適宜運転して前記冷水タンクの
    水が温まるのを防止することを特徴とする地下帯水層に
    温水・冷水を蓄えて冬季・夏季に交互利用する方法。
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