JP4565506B2 - Performance prediction program and performance prediction system for soil heat source heat pump system - Google Patents
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Description
本発明は、地中熱を利用した土壌熱源ヒートポンプシステムの性能予測プログラムおよび性能予測システムに関し、特に、熱交換器として複数本の埋設管やＵチューブ型熱交換器を使用する土壌熱源ヒートポンプシステムの性能を予測するのに好適な性能予測プログラムおよび性能予測システムに関するものである。 The present invention relates to a performance prediction program and performance prediction system for a soil heat source heat pump system using geothermal heat, and more particularly to a soil heat source heat pump system that uses a plurality of buried pipes and U-tube heat exchangers as a heat exchanger. The present invention relates to a performance prediction program and a performance prediction system suitable for predicting performance.
土壌熱源ヒートポンプシステムは、天候の影響を受けない再生可能なエネルギーを利用するシステムであり、廃熱を拡散せず環境に優しいという特徴を有していることから注目されており、欧米を中心に普及率が高まっている。この土壌ヒートポンプシステムの仕組みは、例えば、特開２００１−２８９５３３号公報に記載されているように、地盤に形成したボーリング穴の中にＵ字管等を埋設して熱交換器を構成するとともに、地上にはヒートポンプを設置し、埋設した管内に不凍液を循環させることにより、地中から熱を取り出したり、地中に熱を放出して効率良く冷暖房を行うようになっている（特許文献１）。 The soil heat source heat pump system is a system that uses renewable energy that is not affected by the weather, and has attracted attention because it has the characteristics of being environmentally friendly without diffusing waste heat. The penetration rate is increasing. The structure of this soil heat pump system is, for example, as described in JP-A-2001-289533, and a U-tube or the like is embedded in a boring hole formed in the ground to constitute a heat exchanger, By installing a heat pump on the ground and circulating antifreeze liquid in the buried pipe, heat is taken out from the ground, or heat is released into the ground to efficiently perform cooling and heating (Patent Document 1). .
上記した土壌熱源ヒートポンプシステムを設置する場合、設備コストが高いため、高いシステム性能を備え、省エネルギー性を持続しつつ低コストとなるような熱交換器のサイズ、数量および配置などを個別具体的に設計することが望ましい。しかしながら、従来の研究開発では、土壌熱源ヒートポンプの高効率化を目的とするシステム構造そのものに関わる研究開発に偏重しており、その提案されたシステムの性能を予測してトータル的に評価し、システム設計に反映させられる評価手段は確立されていない。このため、従来の施工現場では、設置する土壌熱源ヒートポンプのシステム性能について総合的な評価がなされないまま、経験を頼りに安全率を高めに設定して設計・施工しているのが現状であり、問題である。 When installing the above-mentioned soil heat source heat pump system, the equipment cost is high, so the size, quantity, and arrangement of heat exchangers that provide high system performance and save energy while maintaining energy savings are individually specified. It is desirable to design. However, the conventional research and development is focused on the research and development related to the system structure itself for the purpose of improving the efficiency of the soil heat source heat pump, and the performance of the proposed system is predicted and evaluated in total. Evaluation means that can be reflected in the design have not been established. For this reason, at the conventional construction site, the system performance of the installed soil heat source heat pump is not comprehensively evaluated, and it is currently designed and constructed with a high safety factor based on experience. Is a problem.
また、土壌熱源ヒートポンプシステムの性能を予測するためには、システム効率、消費電力量、地中温度、二酸化炭素の排出量、ランニングコストおよびライフサイクル解析などのデータに基づいて総合的に評価する必要がある。このような総合評価の基礎となるデータのひとつに地中温度があるが、この地中温度やその変化を把握することは極めて難しいという問題がある。すなわち、土壌熱源ヒートポンプシステムでは、通常、熱交換器と地中熱との間における採熱量および放熱量を大きくする目的で埋設管を多数使用しているため、長期間に渡る採放熱の結果、地中温度の受ける影響が大きく、その地中温度の変化を正確に算出することは困難である。しかも、単純な複数の埋設管の問題だけでなく、各埋設管の間隔の違いに対して土壌の温度変化はどのような影響を受けるかも考慮しなければならない。 In addition, in order to predict the performance of a soil heat source heat pump system, it is necessary to make a comprehensive evaluation based on data such as system efficiency, power consumption, underground temperature, carbon dioxide emissions, running cost, and life cycle analysis. There is. One of the data that forms the basis of such comprehensive evaluation is the underground temperature. However, it is extremely difficult to grasp the underground temperature and its changes. That is, in the soil heat source heat pump system, since a large number of buried pipes are usually used for the purpose of increasing the amount of heat collected and the amount of heat released between the heat exchanger and the underground heat, the result of heat extraction over a long period of time, The influence of the underground temperature is large, and it is difficult to accurately calculate the change of the underground temperature. Moreover, it is necessary to consider not only the problem of a plurality of buried pipes but also how the temperature change of the soil is affected by the difference in the interval between the buried pipes.
さらに、鋼管製の井戸型熱交換器等であれば、中空円筒として捉えることができるため伝熱解析が容易であるが、上記土壌熱源ヒートポンプシステムでは、シングルＵチューブ型やダブルＵチューブ型のように多様な形状の熱交換器が使用されるため、システム効率の算出に必要な熱抵抗の算出が困難であるという問題もある。 Furthermore, if it is a steel pipe well-type heat exchanger or the like, it can be regarded as a hollow cylinder, so heat transfer analysis is easy. However, in the above-mentioned soil heat source heat pump system, a single U tube type or double U tube type is used. In addition, since heat exchangers of various shapes are used, there is a problem that it is difficult to calculate the thermal resistance necessary for calculating the system efficiency.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、複数の埋設管を使用する点、各埋設管の間隔の違いに対する土壌の温度変化の点、Ｕチューブ型熱交換器を使用する点を考慮して土壌熱源ヒートポンプシステムの地中温度の予測値を精度良く算出し、その地中温度の変化等から土壌熱源ヒートポンプシステムの性能を予測してシステム設計に適用可能な土壌熱源ヒートポンプシステムの性能予測プログラムおよび性能予測システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve such problems, and uses a plurality of buried pipes, a point of temperature change of soil with respect to a difference between the buried pipes, and a U-tube type heat exchange. It is possible to calculate the predicted value of the underground temperature of the soil heat source heat pump system with high accuracy in consideration of the use of the vessel, predict the performance of the soil heat source heat pump system from the change of the underground temperature, etc. and apply it to the system design The purpose is to provide a performance prediction program and performance prediction system for a soil heat source heat pump system.
本発明に係る土壌熱源ヒートポンプシステムの性能予測プログラムおよび性能予測システムの特徴は、熱交換器として複数本の埋設管を有する土壌熱源ヒートポンプシステムの性能を予測するものであって、以下の式（１）により、前記埋設管からの径方向の距離（ｒ）を無次元化した無次元距離（ｒ＊）を算出する無次元距離算出手段と、
所定の埋設管からの任意の距離（ｒ）における、埋設管表面の熱流（ｑ（ｔ））の時間的な変化に対する地中温度変化（ΔＴｓ）が、経過時間（ｔ）に対してＤｕｈａｍｅｌの定理に基づいて重ね合わせを行った以下の式（２）により表されるとき、経過時間を無次元化した無次元時間ｔ＊（＝ａsｔ／ｒｐ ２）と、一定熱流ｑｃｏｎｓｔが与えられたときのｔ＊における地中温度変化を無次元化した無次元温度Ｔs ＊［＝λsΔＴs／（ｒｐ・ｑｃｏｎｓｔ）］とにより無次元化し、前記無次元距離における前記無次元温度が変化しないゼロ領域と、前記無次元温度が前記無次元時間に対して線形的に増加する線形増加領域との境界となる第１無次元時間（ｔ１ ＊）を算出する第１無次元時間算出手段と、
前記無次元距離における前記無次元温度が前記無次元時間に対して対数的に増加する対数増加領域と、前記線形増加領域との境界となる第２無次元時間（ｔ２ ＊）を算出する第２無次元時間算出手段と、前記第１無次元時間に対応する経過時間を第１境界時間（ｔ’）として取得するとともに、前記第２無次元時間に対応する経過時間を第２境界時間（ｔ’’）として取得する境界時間取得手段と、前記第１境界時間および前記第２境界時間を取得して、以下の近似式（３）〜（５）により埋設管に対する任意の地点における地中温度の変化を算出する地中温度変化算出手段と、
各埋設管による前記地中温度の変化を積算することにより、前記埋設管の表面における地中温度の変化を算出する管表面温度変化算出手段、としてコンピュータを機能させる点にある。
The feature of the performance prediction program and performance prediction system of the soil heat source heat pump system according to the present invention is to predict the performance of the soil heat source heat pump system having a plurality of buried pipes as a heat exchanger. ), A dimensionless distance calculating means for calculating a dimensionless distance (r * ) obtained by dimensioning the radial distance (r) from the buried pipe,
The underground temperature change (ΔT s ) with respect to the temporal change of the heat flow (q (t)) on the surface of the buried pipe at an arbitrary distance (r) from the predetermined buried pipe is Duhamel with respect to the elapsed time (t). Dimensionless time t * (= a s t / r p 2 ) obtained by making the elapsed time dimensionless and constant heat flow q const Is made dimensionless by the dimensionless temperature T s * [= λ s ΔT s / (r p · q const )] obtained by making the underground temperature change at t * when A first dimensionless time (t 1 * ) that is a boundary between a zero region where the dimensionless temperature does not change and a linear increase region where the dimensionless temperature increases linearly with respect to the dimensionless time is calculated. One dimensionless time calculating means;
A second dimensionless time (t 2 * ) that is a boundary between a logarithmically increasing region in which the dimensionless temperature at the dimensionless distance increases logarithmically with respect to the dimensionless time and the linearly increasing region is calculated. Two dimensionless time calculating means, and an elapsed time corresponding to the first dimensionless time is acquired as a first boundary time (t ′), and an elapsed time corresponding to the second dimensionless time is determined as a second boundary time ( The boundary time acquisition means acquired as t ″), the first boundary time and the second boundary time are acquired, and the underground at an arbitrary point with respect to the buried pipe by the following approximate expressions (3) to (5) Underground temperature change calculating means for calculating temperature change;
The point is that the computer functions as pipe surface temperature change calculating means for calculating the change in underground temperature on the surface of the buried pipe by integrating the changes in the underground temperature by each buried pipe.
また、本発明において、前記第１無次元時間算出手段は、以下の近似式（６）に基づいて前記第１無次元時間ｔ１ ＊を取得してもよい。
In the present invention, the first dimensionless time calculating means may acquire the first dimensionless time t 1 * based on the following approximate expression (6).
さらに、本発明において、前記第１無次元時間算出手段は、以下の式（７）に基づいて前記第１無次元時間ｔ１ ＊を直接取得するようにしてもよい。
Furthermore, in the present invention, the first dimensionless time calculating means may directly acquire the first dimensionless time t 1 * based on the following equation (7).
また、本発明において、前記第２無次元時間算出手段は、以下の近似式（８）に基づいて前記第２無次元時間ｔ２ ＊を取得してもよい。
In the present invention, the second dimensionless time calculating means may acquire the second dimensionless time t 2 * based on the following approximate expression (8).
さらに、本発明において、前記第２無次元時間算出手段は、以下の式（９）に基づいて前記第２無次元時間ｔ２ ＊を直接取得するようにしてもよい。
Furthermore, in the present invention, the second dimensionless time calculating means may directly acquire the second dimensionless time t 2 * based on the following equation (9).
また、本発明において、前記熱交換器が例えばＵチューブ型熱交換器の場合、前記埋設管の表面の熱流ｑは、以下の式（１０）に基づいて算出する。
In the present invention, when the heat exchanger is, for example, a U tube heat exchanger, the heat flow q on the surface of the buried pipe is calculated based on the following equation (10).
本発明によれば、土壌熱源ヒートポンプシステムにおける熱交換器が複数本の埋設管から構成されている場合やＵチューブ型熱交換器であっても、それらの影響を考慮した地中温度を精度良く算出することができ、その地中温度の変化等から土壌熱源ヒートポンプシステムの性能を予測して適切な熱交換器のサイズ、数量および配置などの設計に応用することができる。 According to the present invention, even when the heat exchanger in the soil heat source heat pump system is composed of a plurality of buried pipes or a U-tube heat exchanger, the underground temperature in consideration of the influence thereof can be accurately determined. It can be calculated, and the performance of the soil heat source heat pump system can be predicted from the change in the underground temperature, etc., and can be applied to the design of an appropriate size, quantity and arrangement of the heat exchanger.
以下、本発明に係る性能予測プログラムによって実行される性能予測システム１の実施形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a performance prediction system 1 executed by a performance prediction program according to the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、図１は、本実施形態において性能を予測する対象となる土壌熱源ヒートポンプシステム１０の全体構成を示す概略図である。 First, FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a soil heat source heat pump system 10 that is a target for predicting performance in the present embodiment.
図１に示すように、土壌熱源ヒートポンプシステム１０は、地中に埋設された熱交換器としての複数本の埋設管１１と、この埋設管１１内の熱媒を循環させる循環ポンプ１２と、この循環ポンプ１２により循環される熱媒を介して地中との間で熱を授受するヒートポンプ１３と、このヒートポンプ１３により加熱または冷却された熱媒を介して室内を暖房または冷房する室内空調機１４とから構成されている。 As shown in FIG. 1, a soil heat source heat pump system 10 includes a plurality of buried pipes 11 as heat exchangers buried in the ground, a circulation pump 12 that circulates a heat medium in the buried pipes 11, A heat pump 13 that transfers heat to and from the ground via a heat medium circulated by a circulation pump 12, and an indoor air conditioner 14 that heats or cools the room via a heat medium heated or cooled by the heat pump 13. It consists of and.
つぎに、本実施形態の性能予測システム１の構成について図２のブロック図を用いて説明する。本実施形態の性能予測システム１は、上述した土壌熱源ヒートポンプシステム１０の性能を予測するために必要なデータを算出するものであり、主として、本実施形態の性能予測プログラムや各種の演算式を記憶する記憶装置２と、各構成部を制御するとともに各種の演算処理を行う演算処理装置３と、データ等を入力するための入力装置４と、各種データを一時的に蓄えて演算処理装置３の演算処理に供される作業メモリ５と、演算結果等を出力する出力装置６とから構成されており、バス７により相互データ通信可能に接続されている。 Next, the configuration of the performance prediction system 1 of the present embodiment will be described with reference to the block diagram of FIG. The performance prediction system 1 of the present embodiment calculates data necessary for predicting the performance of the soil heat source heat pump system 10 described above, and mainly stores the performance prediction program of the present embodiment and various arithmetic expressions. The storage device 2, the control processing device 3 for controlling each component and performing various arithmetic processing, the input device 4 for inputting data and the like, and temporarily storing various data in the arithmetic processing device 3. It is composed of a working memory 5 used for arithmetic processing and an output device 6 for outputting arithmetic results and the like, and are connected to each other via a bus 7 so that mutual data communication is possible.
各構成部についてより詳細に説明すると、記憶装置２は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成されており、本実施形態の性能予測プログラムおよび各種の演算式データが格納されている。 The configuration of each component will be described in more detail. The storage device 2 includes a ROM (Read Only Memory) and the like, and stores the performance prediction program of this embodiment and various arithmetic expression data.
つぎに、演算処理装置３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等から構成されており、記憶装置２に記憶された性能予測プログラムに基づいて、性能予測システム１の各構成部を制御する。また、図２に示すように、本実施形態における演算処理装置３は、その機能に着目して、地中温度変化演算部３１、システム効率演算部３２、消費電力演算部３３、二酸化炭素排出量演算部３４、ランニングコスト演算部３５およびライフサイクル演算部３６から構成されており、後述する各種の演算処理を実行するようになっている。 Next, the arithmetic processing unit 3 includes a CPU (Central Processing Unit) and the like, and controls each component of the performance prediction system 1 based on a performance prediction program stored in the storage device 2. As shown in FIG. 2, the arithmetic processing device 3 in the present embodiment pays attention to its function, and the underground temperature change calculation unit 31, system efficiency calculation unit 32, power consumption calculation unit 33, carbon dioxide emission amount It is comprised from the calculating part 34, the running cost calculating part 35, and the life cycle calculating part 36, and the various calculation processes mentioned later are performed.
演算処理装置３の各構成部についてより詳細に説明すると、まず、地中温度変化演算部３１は、上述した土壌熱源ヒートポンプシステム１０において、埋設管１１の管表面における地中温度を算出するものであり、無次元距離算出手段３１１、第１無次元時間算出手段３１２、第２無次元時間算出手段３１３、境界時間取得手段３１４、地中温度変化算出手段３１５、および管表面温度変化算出手段３１６とから構成されている。 If it explains in detail about each component of arithmetic processing unit 3, first, underground temperature change calculating part 31 will calculate underground temperature in the pipe surface of buried pipe 11 in soil heat source heat pump system 10 mentioned above. Yes, dimensionless distance calculating means 311, first dimensionless time calculating means 312, second dimensionless time calculating means 313, boundary time acquisition means 314, underground temperature change calculating means 315, and tube surface temperature change calculating means 316 It is composed of
ここで、地中温度変化演算部３１の各構成手段によって行われる演算の内容についてより詳細に説明する。図３に示すように、半径ｒｐの埋設管１１をｎ本任意に埋設した時に、埋設管表面における地中温度変化ΔＴｓの計算を行う埋設管１１をｉ、温度変化の重ね合わせの対象となる埋設管をｊとする。そして、埋設管（ｊ）の表面からｑｊ（ｔ）の熱流が発生した場合において、埋設管半径ｒｐに対して埋設管同士の間隔ｒｄが十分に大きいものとすると、任意の埋設管（ｉ）の管表面における地中温度変化ΔＴｓｉは、空間内の重ね合わせを用いることにより、以下の式（１１）で算出することができる。
ここで、ｒｄｊｉは、管表面における地中温度変化ΔＴｓの計算を行う埋設管（ｉ）と、温度変化の重ね合わせの対象となる埋設管（ｊ）との間の距離［ｍ］であり、ｔは経過時間［ｈ］である。
Here, the content of the calculation performed by each component of the underground temperature change calculation unit 31 will be described in more detail. As shown in FIG. 3, the buried pipe 11 having a radius r p when embedded in the n arbitrarily, the buried pipe 11 for calculation of the underground temperature change [Delta] T s in buried pipe surface i, subject to superposition of temperature change Let j be the buried pipe. Then, when the heat flow from the surface q j of buried pipe (j) (t) is generated, the distance r d of buried pipe to each other and sufficiently large relative to the buried pipe radius r p, any buried pipe The underground temperature change ΔT si on the pipe surface of (i) can be calculated by the following equation (11) by using superposition in space.
Here, rdji is the distance [m] between the buried pipe (i) that calculates the underground temperature change ΔT s on the pipe surface and the buried pipe (j) that is the target of the temperature change superposition. Yes, t is the elapsed time [h].
また、上記式（１１）中の管表面における地中温度変化ΔＴｓは、以下の式（２）においてｑ（ｔ）＝ｑｊ（ｔ）、ｒ＝ｒｄｊｉとすることで算出が可能である。
ここで、上記式（２）は、所定の埋設管１１からの任意の距離ｒにおける、埋設管表面の熱流ｑ（ｔ）の時間的な変化に対する地中温度変化ΔＴｓを、経過時間ｔに対してＤｕｈａｍｅｌの定理に基づいて重ね合わせを行ったものである。また、ｑは埋設管表面の熱流［Ｗ／ｍ２］、λｓは土の熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、ａｓは土の温度伝播率［ｍ２／ｓ］、ｕは熱伝導の理論解を算出するために必要な固有関数の解、Ｊｘはｘ次の第一種ベッセル関数、Ｙｘはｘ次の第二種ベッセル関数、τは時間に関する変数である。
The underground temperature change ΔT s on the pipe surface in the above equation (11) can be calculated by setting q (t) = q j (t) and r = r dji in the following equation (2). is there.
Here, the above equation (2) indicates that the underground temperature change ΔT s with respect to the temporal change of the heat flow q (t) on the surface of the buried pipe at an arbitrary distance r from the predetermined buried pipe 11 is the elapsed time t. On the other hand, superposition was performed based on Duhamel's theorem. Further, heat flow q are buried pipe surface [W / m 2], the thermal conductivity of lambda s is the soil [W / (m · K) ], a s the temperature propagation rate of the soil [m 2 / s], u Is a solution of an eigenfunction necessary for calculating a theoretical solution of heat conduction, J x is an x-order first-type Bessel function, Y x is an x-order second-type Bessel function, and τ is a variable related to time.
しかしながら、上記式（２）を用いて管表面における地中温度変化ΔＴｓを算出する場合、Ｉ（ｒｄｊｉ、ｔ）を計算するのには大変時間がかかる。そこで、Ｉ（ｒｄｊｉ、ｔ）を近似的に効率良く、短時間にかつ精度よく計算する方法について説明する。ここではまずその前段階として、埋設管表面に一定熱流ｑｃｏｎｓｔが発生した場合の所定の無次元距離ｒ＊（＝ｒ／ｒｐ）におけるフーリエ数ｔ＊（＝ａｓｔ／ｒｐ ２）の変化に対する無次元温度Ｔｓ ＊［＝λｓΔＴｓ／（ｒｐ・ｑｃｏｎｓｔ）］の計算を近似する方法から説明する。熱伝導の偏微分方程式をラプラス変換することにより無限円筒表面熱流応答理論の理論式である以下の式（１２）を導出し、この式（１２）において、任意の径方向距離ｒ、経過時間ｔおよび地中温度変化ΔＴｓの無次元数として、無次元距離ｒ＊、フーリエ数ｔ＊および無次元温度Ｔｓ ＊をそれぞれ導入すると、所定の無次元距離ｒ＊におけるフーリエ数ｔ＊の変化に対する無次元温度Ｔｓ ＊の変化が求められる。
However, when the underground temperature change ΔT s on the pipe surface is calculated using the above formula (2), it takes a very long time to calculate I (r dji , t). Therefore, a method for calculating I (r dj i , t) approximately efficiently and in a short time with high accuracy will be described. First, as the previous stage where a predetermined dimensionless distance r when a certain heat flow q const occurs buried pipe surface * (= r / r p) the Fourier number at t * (= a s t / r p 2) A method of approximating the calculation of the dimensionless temperature T s * [= λ s ΔT s / (r p · q const )] with respect to the change of the above will be described. The following equation (12), which is the theoretical formula of the infinite cylindrical surface heat flow response theory, is derived by Laplace transforming the partial differential equation of heat conduction. In this equation (12), an arbitrary radial distance r and elapsed time t and as a dimensionless number of the underground temperature change [Delta] T s, the dimensionless distance r *, is introduced each Fourier number t * and the dimensionless temperature T s *, for the Fourier number t * changes in certain dimensionless distance r * A change in dimensionless temperature T s * is required.
つづいて、無次元距離ｒ＊をそれぞれ１，５，１０，２０，５０としたときの、フーリエ数ｔ＊の変化に対する無次元温度Ｔｓ ＊の変化を図４（ａ）に示し、フーリエ数ｔ＊を対数軸とした場合の無次元温度Ｔｓ ＊の変化を図４（ｂ）に示す。ここで、無次元距離ｒ＊は、演算式データとして記憶装置２に格納されている以下の式（１）を用いて無次元距離算出手段３１１によって算出する。
Next, FIG. 4A shows the change in the dimensionless temperature T s * with respect to the change in the Fourier number t * when the dimensionless distance r * is 1, 5, 10, 20, 50, respectively. FIG. 4B shows a change in the dimensionless temperature T s * when t * is a logarithmic axis. Here, the dimensionless distance r * is calculated by the dimensionless distance calculation means 311 using the following expression (1) stored in the storage device 2 as arithmetic expression data.
図４（ａ），（ｂ）において、無次元距離ｒ＊＝１の場合、埋設管１１の表面の温度応答を表している。そして、図４（ａ）に示すように、各無次元距離ｒ＊において、無次元温度Ｔｓ ＊が０．５よりも小さい範囲では、Ｔｓ ＊はｔ＊に対してほぼ線形的な増加をしていることがわかる。一方、図４（ｂ）に示すように、無次元温度Ｔｓ ＊が０．５よりも大きい範囲では、無次元距離ｒ＊が１のときと同様、Ｔｓ ＊はｔ＊の対数軸に対して線形的な増加傾向を示していることがわかる。また、無次元距離ｒ＊が大きな埋設地点では、フーリエ数ｔ＊が小さいときには、無次元温度Ｔｓ ＊が全く変化しない。したがって、本実施形態の埋設間隔ｒｄにおける地中温度変化ΔＴｓは、図５に示すように、無次元温度Ｔｓ ＊が０となるゼロ領域と、無次元温度Ｔｓ ＊が線形的に増加する線形増加領域と、無次元温度Ｔｓ ＊が対数的に増加する対数増加領域の３領域に分類して算出する。 4A and 4B, when the dimensionless distance r * = 1, the temperature response of the surface of the buried pipe 11 is shown. Then, as shown in FIG. 4 (a), in the non-dimensional distance r *, the range smaller than the dimensionless temperature T s * is 0.5, T s * almost linear increase with respect t * You can see that On the other hand, as shown in FIG. 4B, in the range where the dimensionless temperature T s * is larger than 0.5, as in the case where the dimensionless distance r * is 1, T s * is on the logarithmic axis of t *. On the other hand, it can be seen that there is a linear increase trend. Further, at the buried point where the dimensionless distance r * is large, the dimensionless temperature T s * does not change at all when the Fourier number t * is small. Thus, underground temperature change [Delta] T s in buried distance r d of the present embodiment, as shown in FIG. 5, the zero region to be the dimensionless temperature T s * is 0, dimensionless temperature T s * is linearly The calculation is performed by classifying into three areas: an increasing linear increase area and a logarithmic increase area where the dimensionless temperature T s * increases logarithmically.
ここで、ゼロ領域と線形増加領域の境界となるフーリエ数ｔ＊を第１無次元時間ｔ１ ＊とすると、この第１無次元時間ｔ１ ＊は、第１無次元時間算出手段３１２により算出される。具体的には、第１無次元時間算出手段３１２が、演算式データとして記憶装置２に格納されている以下の近似式（６）を取得し、無次元温度Ｔｓ ＊が０．５よりも小さくなるｒ＊の範囲において無次元時間ｔ＊を変動させ、無次元温度Ｔｓ ＊が０から増加し始める無次元時間ｔ＊を第１無次元時間ｔ１ ＊として取得する。
Here, when the Fourier number t * serving as the boundary between the zero region and the linear increase region is the first dimensionless time t 1 * , the first dimensionless time t 1 * is calculated by the first dimensionless time calculating means 312. Is done. Specifically, the first dimensionless time calculating unit 312 acquires the following approximate expression (6) stored in the storage device 2 as arithmetic expression data, and the dimensionless temperature T s * is more than 0.5. smaller r * varying the dimensionless time t * in the range of dimensionless temperature T s * to obtain the dimensionless time t * that starts to increase from 0 as the first dimensionless time t 1 *.
また、第１無次元時間算出手段３１２は、演算式データとして記憶装置２に格納されている以下の式（７）を取得し、第１無次元時間ｔ１ ＊を直接算出するようにしてもよい。
Further, the first dimensionless time calculating unit 312 acquires the following expression (7) stored in the storage device 2 as arithmetic expression data, and directly calculates the first dimensionless time t 1 *. Good.
また、線形増加領域と対数増加領域の境界となるフーリエ数ｔ＊を第２無次元時間ｔ２ ＊とすると、この第２無次元時間ｔ２ ＊は、第２無次元時間算出手段３１３により算出される。具体的には、第２無次元時間算出手段３１３が、演算式データとして記憶装置２に格納されている以下の近似式（８）を取得し、ｔ＊を変動させて無次元温度Ｔｓ ＊が０．５となる無次元時間ｔ＊を第２無次元時間ｔ２ ＊として近似的に取得する。
Further, when the Fourier number t * serving as the boundary between the linear increase region and the logarithmic increase region is the second dimensionless time t 2 * , the second dimensionless time t 2 * is calculated by the second dimensionless time calculating means 313. Is done. Specifically, the second dimensionless time calculation unit 313 acquires the following approximate expression (8) stored in the storage device 2 as arithmetic expression data, and varies the t * to change the dimensionless temperature T s *. There approximately acquires a dimensionless time t * of 0.5 as a second dimensionless time t 2 *.
また、第２無次元時間算出手段３１３は、演算式データとして記憶装置２に格納されている以下の式（９）を取得し、第２無次元時間ｔ２ ＊を直接算出するようにしてもよい。
Further, the second dimensionless time calculating unit 313 acquires the following expression (9) stored in the storage device 2 as arithmetic expression data, and directly calculates the second dimensionless time t 2 *. Good.
なお、本実施形態では、第２無次元時間算出手段３１３が、無次元温度Ｔｓ ＊が０．５となるｔ＊を第２無次元時間ｔ２ ＊として取得しているが、これに限られるものでなく、線形増加領域と対数増加領域との境界領域であると認められる数値を設定すればよく、無次元温度Ｔｓ ＊が、０．３≦Ｔｓ ＊≦０．７の範囲であればよい。 In the present embodiment, the second dimensionless time calculating unit 313 acquires t * at which the dimensionless temperature T s * becomes 0.5 as the second dimensionless time t 2 *. It is only necessary to set a numerical value that is recognized as a boundary region between the linear increase region and the logarithmic increase region, and the dimensionless temperature T s * is in a range of 0.3 ≦ T s * ≦ 0.7. I just need it.
そして、算出された第１無次元時間ｔ１ ＊および第２無次元時間ｔ２ ＊に基づいて、無次元温度Ｔｓ ＊の変化を上記３領域に分割する。ゼロ領域の熱流は温度変化に考慮されないため、ｔ＊＜ｔ１ ＊では、無次元温度Ｔｓ ＊の変化は以下の近似式（１３）となる。
また、線形増加領域の温度応答は時間軸に対し一定の温度変化とみなすことができる。従ってｔ２ ＊＞ｔ＊≧ｔ１ ＊では、無次元温度Ｔｓ ＊の変化は以下の近似式（１４）によって算出される。
さらに、対数増加領域では、図４（ｂ）に示すように、任意のｒ＊におけるｔ＊に対するＴｓ ＊の変化はｒ＊＝１の場合と同様に、ｔ＊の対数軸に対してＴｓ ＊の変化が線形となり、その増加量はほぼ等しくなることから、以下の式（１５）が成り立つ。
したがって、上記式（１５）より、ｔ＊≧ｔ２ ＊の無次元温度Ｔｓ ＊の変化は以下の近似式（１６）によって算出される。
Then, based on the calculated first dimensionless time t 1 * and second dimensionless time t 2 * , the change in dimensionless temperature T s * is divided into the three regions. Since the heat flow in the zero region is not considered in the temperature change, when t * <t 1 * , the change in the dimensionless temperature T s * is expressed by the following approximate expression (13).
The temperature response in the linear increase region can be regarded as a constant temperature change with respect to the time axis. Therefore, when t 2 * > t * ≧ t 1 * , the change in the dimensionless temperature T s * is calculated by the following approximate expression (14).
Furthermore, in the logarithmic increase region, as shown in FIG. 4B, the change in T s * with respect to t * at an arbitrary r * is equal to T * with respect to the logarithmic axis of t * as in the case of r * = 1. Since the change in s * is linear and the increase is almost equal, the following equation (15) is established.
Therefore, from the above equation (15), the change in the dimensionless temperature T s * when t * ≧ t 2 * is calculated by the following approximate equation (16).
本実施形態の地中温度変化算出手段３１５は、以上のような無次元温度Ｔｓ ＊の近似式による算出方法を応用することで、埋設管１１に対する任意の径方向距離ｒにおける、時間的に変化する埋設管の表面の熱流ｑ（ｔ）に対する地中温度の変化ΔＴｓを算出する。具体的には、まず、境界時間取得手段３１４が、第１無次元時間ｔ＊ １に対応する経過時間ｔを第１境界時間ｔ’として取得するとともに、第２無次元時間ｔ＊ ２に対応する経過時間ｔを第２境界時間ｔ’’として取得する。そして、算出された第１境界時間ｔ’および第２境界時間ｔ’’に基づいて、地中温度変化ΔＴｓを上述と同様に３領域に分割する。 The underground temperature change calculation means 315 of the present embodiment applies the above-described calculation method based on the approximate expression of the dimensionless temperature T s * , thereby temporally at an arbitrary radial distance r with respect to the buried pipe 11. The change ΔT s of the underground temperature with respect to the heat flow q (t) on the surface of the buried pipe that changes is calculated. Specifically, first, the boundary time acquisition unit 314 acquires the elapsed time t corresponding to the first dimensionless time t * 1 as the first boundary time t ′ and also corresponds to the second dimensionless time t * 2 . The elapsed time t is acquired as the second boundary time t ″. Then, based on the calculated first boundary time t ′ and second boundary time t ″, the underground temperature change ΔT s is divided into three regions as described above.
まず、ｔ＜ｔ’（ゼロ領域）における地中温度の変化ΔＴｓは、上記式（１３）をもとに以下の近似式（３）により表される。
また、ｔ’≦ｔ＜ｔ’’（線形増加領域）における地中温度の変化ΔＴｓは、上記式（１４）をもとに以下の近似式（４）によって算出される。
さらに、ｔ≧ｔ’’（対数増加領域）における地中温度の変化ΔＴｓは上記式（１６）をもとに以下の近似式（５）によって算出される。
First, the change ΔT s in the underground temperature at t <t ′ (zero region) is expressed by the following approximate expression (3) based on the above expression (13).
Further, the change ΔT s of the underground temperature in t ′ ≦ t <t ″ (linear increase region) is calculated by the following approximate expression (4) based on the above expression (14).
Further, the change in underground temperature ΔT s at t ≧ t ″ (logarithmic increase region) is calculated by the following approximate expression (5) based on the above expression (16).
ここで、土壌のような無限固体内では、その温度変化は線形的なものとみなせるため、空間内の重ね合わせを適用することで、各埋設管１１について、他の埋設管１１による温度変化を考慮した管表面の地中温度変化ΔＴｓｉが算出される。すなわち、管表面温度変化算出手段３１６は、各埋設管１１の表面において、地中温度変化算出手段３１５が算出した埋設管に対する任意の地点における地中温度変化ΔＴｓを積算することにより、管表面における地中の温度変化を算出する。 Here, in an infinite solid such as soil, the temperature change can be regarded as a linear one. Therefore, by applying superposition in the space, the temperature change caused by the other embedded pipes 11 is applied to each embedded pipe 11. The underground temperature change ΔT si on the tube surface in consideration is calculated. That is, the pipe surface temperature change calculating means 316 integrates the underground temperature change ΔT s at an arbitrary point with respect to the buried pipe calculated by the underground temperature change calculating means 315 on the surface of each buried pipe 11, thereby Calculate the underground temperature change at.
なお、本実施形態では、より正確な地中温度Ｔｓの変化を算出するため、シングルＵチューブ型またはダブルＵチューブ型の熱交換器を使用した場合におけるボアホール内部の熱抵抗を境界要素法により算出して加味している。以下、図面を用いてその熱抵抗の算出法を説明する。 In this embodiment, in order to calculate a more accurate change in the underground temperature T s , the thermal resistance inside the borehole when a single U tube type or double U tube type heat exchanger is used is calculated by the boundary element method. Calculated and taken into account. Hereinafter, the calculation method of the thermal resistance will be described with reference to the drawings.
まず、図６（ａ）は、シングルＵチューブ型の熱交換器を使用したボアホールの断面図であり、図６（ｂ）はダブルＵチューブ型の熱交換器を使用したボアホールの断面図である。なお、本実施形態では、計算時間を短縮するため、境界を挟んで領域同士が対称となる境界に対して断熱境界を与えて計算領域を小さくしている。すなわち、図６（ａ）および図６（ｂ）において、太い実線に囲まれた部分を境界領域とし、図中の丸付き数字として示す境界１，３，５には断熱境界を与え、境界２，４にはポテンシャル境界を与えている。なお、ポテンシャル値は境界２を１、境界４を０とすることで熱移動が発生するようにし、温度差を１にすることで、温度差が異なる場合にも対応し易くしている。この境界条件において、シングルＵチューブ型熱交換器およびダブルＵチューブ型熱交換器の各条件につき、Ｕチューブ管口径ｄＵ、ボアホール口径ｄｂｏ、送り・返り管中心間隔ｄｉＵをそれぞれ変えて境界要素法を用いて定常状態における境界２，４の熱流ｑを求め、この熱流ｑからボアホール内部の熱抵抗値を算出した。その計算条件を図７に示す。 First, FIG. 6A is a sectional view of a bore hole using a single U tube type heat exchanger, and FIG. 6B is a sectional view of a bore hole using a double U tube type heat exchanger. . In the present embodiment, in order to shorten the calculation time, the calculation region is made smaller by providing an adiabatic boundary with respect to a boundary where the regions are symmetrical with respect to the boundary. That is, in FIGS. 6 (a) and 6 (b), a portion surrounded by a thick solid line is used as a boundary region, and adiabatic boundaries are given to boundaries 1, 3, and 5 shown as circled numbers in the figure. , 4 are given potential boundaries. Note that the potential value is set so that the boundary 2 is 1 and the boundary 4 is 0, so that heat transfer occurs, and the temperature difference is set to 1, so that the case where the temperature difference is different can be easily handled. In this boundary condition, for each condition of a single U-tube type heat exchanger and a double U-tube type heat exchanger, instead U tube pipe diameter d U, borehole diameter d bo, feed-return pipe center distance d iU each boundary The element method was used to obtain the heat flow q at the boundaries 2 and 4 in the steady state, and the heat resistance value inside the borehole was calculated from the heat flow q. The calculation conditions are shown in FIG.
ボアホール内の充填材はセメントと想定し、熱伝導率を１．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）として計算を行った。上記計算条件における計算結果を図８に示す。また、計算条件１については、計算内でステップ１ｍｍ毎に内点の温度を算出し、これに基づいてシングルＵチューブ型熱交換器およびダブルＵチューブ型熱交換器のそれぞれについて図９（ａ）および図９（ｂ）に示すコンター図を作成した。これらのコンター図によれば、ボアホール内の熱移動が忠実に再現されているため、各Ｕチューブ内部の熱抵抗値も正しい値を示しているといえる。 The calculation was performed assuming that the filler in the borehole is cement and the thermal conductivity is 1.8 W / (m · K). The calculation results under the above calculation conditions are shown in FIG. For calculation condition 1, the temperature of the inner point is calculated every 1 mm in the calculation, and based on this, the single U tube type heat exchanger and the double U tube type heat exchanger are respectively shown in FIG. And the contour figure shown in FIG.9 (b) was created. According to these contour diagrams, since the heat transfer in the borehole is faithfully reproduced, it can be said that the heat resistance value inside each U tube also shows a correct value.
また、図８の計算結果より、ボアホール内部の熱抵抗値は、ボアホールと各Ｕチューブの見かけ上の距離が小さいものほど小さいことがわかる。したがって、実際にＵチューブ型熱交換器を設置する場合には、ボアホールの口径に対して、Ｕチューブの口径を大きくするとともに、Ｕチューブ間の間隔を大きく取ることにより、ボアホール内部の熱抵抗が低減され、熱交換器の採熱量が大きくなることが示された。 Further, from the calculation result of FIG. 8, it can be seen that the thermal resistance value inside the bore hole is smaller as the apparent distance between the bore hole and each U-tube is smaller. Therefore, when the U-tube heat exchanger is actually installed, the inner diameter of the U-tube is made larger than that of the bore hole, and the distance between the U-tubes is increased to reduce the thermal resistance inside the bore hole. It has been shown that the amount of heat collected by the heat exchanger is increased.
つぎに、図８に示したボアホール内部の熱抵抗値は、長さ当たりの値であるが、これを外表面面積基準の値に変換している。また、Ｕチューブとその内部の熱媒のＵチューブ外表面面積基準の熱抵抗Ｒｕｂは、以下の式（１７）により算出される。
ただし、ｒｕ１はＵチューブの内径、ｒｕ２はＵチューブの外径、ｈｂは熱媒の熱伝達率、λｕはＵチューブの熱伝導率である。
Next, the thermal resistance value inside the bore hole shown in FIG. 8 is a value per length, which is converted into a value based on the outer surface area. Further, the thermal resistance R ub of the U tube and the heat medium inside thereof based on the U tube outer surface area is calculated by the following equation (17).
However, r u1 is the inner diameter of the U tube, r u2 is the outer diameter of the U tube, h b is the heat transfer coefficient of the heat medium, the lambda u is the thermal conductivity of the U tube.
この算出された熱抵抗Ｒｕｂに、ボアホール内部の熱抵抗Ｒｂｏを加えると、熱媒からボアホールの表面までの熱抵抗が算出される。したがって、シングルＵチューブ型熱交換器およびダブルＵチューブ型熱交換器の熱媒からボアホール表面までのボアホール表面面積基準の熱貫流率Ｋｐは、以下の式（１８）により表される。
ただし、Ａｕ２はＵチューブの外表面面積、Ａｂｏはボアホールの表面積である。
When the thermal resistance R bo inside the bore hole is added to the calculated thermal resistance R ub , the thermal resistance from the heat medium to the surface of the bore hole is calculated. Therefore, heat transmission coefficient K p of the borehole surface area basis of the heat medium of a single U-tube type heat exchanger and a double U-tube heat exchanger to the borehole surface is expressed by the following equation (18).
However, A u2 is the outer surface area of the U tube, and A bo is the surface area of the borehole.
ここで、管表面の熱量Ｑｐは、以下の式（１９）により表される。
したがって、管表面に発生する熱流ｑは、管表面の熱量Ｑｐを管表面積Ａｐで除したものであるから、以下の式（１０）により表される。
Here, heat Q p of the pipe surface is expressed by the following equation (19).
Therefore, heat flow q generated on the tube surface, since it is obtained by dividing the quantity of heat Q p of the tube surface in the tube surface area A p, is represented by the following equation (10).
したがって、地中温度変化算出手段３１５は、式（３）〜（５）を用いて埋設管間隔ｒｄに対する任意の地点における地中温度の変化を算出する際、式（１０）を適用することによって、Ｕチューブ型熱交換器を考慮したより精度の高い地中温度の変化を取得するようになっている。 Thus, underground temperature change calculation unit 315, when calculating the change in the underground temperature at any point with respect to buried pipe distance r d using Equation (3) to (5), applying equation (10) Thus, a more accurate change in the underground temperature in consideration of the U-tube heat exchanger is acquired.
つぎに、システム効率演算部３２は、土壌熱源ヒートポンプシステム１０において、ヒートポンプ１３のＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）および、システム全体のＣＯＰを算出するものである。ヒートポンプ１３のＣＯＰは、ヒートポンプ１３の出力をヒートポンプ１３の消費電力量で除することで算出される。また、システム全体のＣＯＰは、ヒートポンプ１３の出力をヒートポンプ１３および循環ポンプ１２の消費電力量の和で除することで算出される。 Next, the system efficiency calculation unit 32 calculates the COP (Coefficient of Performance) of the heat pump 13 and the COP of the entire system in the soil heat source heat pump system 10. The COP of the heat pump 13 is calculated by dividing the output of the heat pump 13 by the power consumption of the heat pump 13. Further, the COP of the entire system is calculated by dividing the output of the heat pump 13 by the sum of the power consumption of the heat pump 13 and the circulation pump 12.
また、消費電力演算部３３は、土壌熱源ヒートポンプシステム１０において消費される電力量を算出するものであり、室内空調機１４における熱出力を、システム効率演算部３２が算出したヒートポンプ１３のＣＯＰで除することにより算出する。 The power consumption calculation unit 33 calculates the amount of power consumed in the soil heat source heat pump system 10, and divides the heat output in the indoor air conditioner 14 by the COP of the heat pump 13 calculated by the system efficiency calculation unit 32. To calculate.
また、二酸化炭素排出量演算部３４は、土壌熱源ヒートポンプシステム１０から排出される１年間あたりの二酸化炭素の排出量を算出するものであり、消費電力演算部３３により算出された消費電力量を取得し、所定の換算係数を用いて算出する。本実施形態では、北海道電力株式会社が提供している換算係数０．４８［ｋｇ−ＣＯ２／ｋＷｈ］を使用している。 The carbon dioxide emission calculation unit 34 calculates the carbon dioxide emission amount per year discharged from the soil heat source heat pump system 10, and obtains the power consumption calculated by the power consumption calculation unit 33. And using a predetermined conversion coefficient. In this embodiment uses the Hokkaido Electric Power conversion factor KK is providing 0.48 [kg-CO 2 / kWh ].
また、ランニングコスト演算部３５は、土壌熱源ヒートポンプシステム１０における１年間あたりのランニングコストを算出するものであり、消費電力演算部３３により算出された消費電力量を取得し、所定の電力料金形態に基づいてコストを算出する。本実施形態では、北海道電力株式会社の融雪用電力の料金形態を使用しており、３ヶ月間を１０６０円、それ以外を２７０円とし、従量料金を７．６７円として算出している。 Moreover, the running cost calculating part 35 calculates the running cost per year in the soil heat source heat pump system 10, acquires the power consumption calculated by the power consumption calculating part 33, and makes it a predetermined | prescribed power charge form. Based on this, the cost is calculated. In the present embodiment, the charge form of snow melting power of Hokkaido Electric Power Co., Ltd. is used, and the calculation is made with 1060 yen for 3 months, 270 yen for the other months, and 7.67 yen for the pay-as-you-go charge.
また、ライフサイクル演算部３６は、イニシャルコストおよび設備の耐用年数を考慮した、所定期間内における土壌熱源ヒートポンプシステム１０の平均年間一次エネルギー消費量、平均年間二酸化炭素排出量、および平均年間コストを算出するものである。 In addition, the life cycle calculation unit 36 calculates the average annual primary energy consumption, the average annual carbon dioxide emission, and the average annual cost of the soil heat source heat pump system 10 within a predetermined period in consideration of the initial cost and the service life of the equipment. To do.
なお、本性能予測システム１の他の構成について説明すると、入力装置４は、キーボードやマウス等から構成されており、上述した各種データの入力やコマンドの入力に用いられる。作業メモリ５は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成されており、演算処理装置３の演算処理に供したり、入力装置４から入力されたデータを一時的に保存する役割を果たす。また、出力装置６は、ディスプレイやプリンタ等から構成されており、演算結果を表示したり印刷するようになっている。 The other configuration of the performance prediction system 1 will be described. The input device 4 includes a keyboard, a mouse, and the like, and is used for inputting various data and commands described above. The work memory 5 is composed of a RAM (Random Access Memory) or the like, and serves to perform arithmetic processing of the arithmetic processing device 3 or temporarily store data input from the input device 4. The output device 6 includes a display, a printer, and the like, and displays and prints the calculation result.
つぎに、本実施形態の性能予測プログラムの処理による性能予測システム１の作用および性能予測方法について、図２および図１０のフローチャートを参照しつつ説明する。 Next, the operation of the performance prediction system 1 and the performance prediction method by the processing of the performance prediction program of this embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
本実施形態の性能予測システム１によって、複数本の埋設管１１からなる熱交換器を有する土壌熱源ヒートポンプシステム１０の性能を予測する場合、まず、ステップＳ１において、図１１に示すように、性能予測プログラムを起動してディスプレイに初期画面を表示した後、ステップＳ２において、入力装置４を用いて演算に使用する各種データを入力する。本実施形態では、図１２に示すように、建物に関するデータとして、都市名、暖冷房面積、暖房期間および冷房期間を入力する。また、土壌に関するデータとしては、土壌密度、土壌比熱、不易層温度および熱伝導率を入力する。また、熱交換器に関するデータとして、熱交換器のタイプ、ボアホールの直径、ボアホールの熱伝導率、熱交換器のチューブ直径および熱交換器の合計長さを入力する。さらに、ヒートポンプ１３に関するデータとして、ヒートポンプ性能、ポンプ動力およびブラインの種類と濃度を入力する。その他、埋設管間隔ｒｄ、土の温度伝播率ａｓ等のデータが入力され、入力されたデータは作業メモリ５に格納される。 When the performance prediction system 1 of the present embodiment predicts the performance of the soil heat source heat pump system 10 having a heat exchanger composed of a plurality of buried pipes 11, first, in step S1, as shown in FIG. After starting the program and displaying the initial screen on the display, in step S2, various data used for calculation are input using the input device 4. In this embodiment, as shown in FIG. 12, a city name, a heating / cooling area, a heating period, and a cooling period are input as data relating to a building. Moreover, as the data regarding the soil, the soil density, the soil specific heat, the non-prone layer temperature and the thermal conductivity are input. Further, as the data regarding the heat exchanger, the type of the heat exchanger, the diameter of the borehole, the thermal conductivity of the borehole, the tube diameter of the heat exchanger, and the total length of the heat exchanger are input. Further, as the data regarding the heat pump 13, the heat pump performance, the pump power, and the type and concentration of the brine are input. In addition, data such as the buried pipe interval r d and the soil temperature propagation rate a s are input, and the input data is stored in the work memory 5.
つぎに、ステップＳ３において、無次元距離算出手段３１１が記憶装置２から演算式（１）を取得するとともに作業メモリ５から埋設管半径ｒｐおよび埋設管間隔ｒｄを取得して無次元距離ｒ＊を算出する。ステップＳ４では、第１無次元時間算出手段３１２が、算出された無次元距離ｒ＊を取得するとともに記憶装置２から演算式（４）を取得し、無次元距離ｒ＊における第１無次元時間ｔ１ ＊を算出する。また、ステップＳ５では、第２無次元時間算出手段３１３が、算出された無次元距離ｒ＊を取得するとともに記憶装置２から演算式（５）を取得し、無次元距離ｒ＊における第２無次元時間ｔ２ ＊を算出する。 Next, in step S3, dimensionless distance calculating unit 311 is buried pipe radius r p and buried pipe to obtain a distance r d dimensionless distance r from the working memory 5 acquires the arithmetic expression (1) from the storage device 2 * Is calculated. In step S4, the first dimensionless time calculating unit 312 acquires the calculated dimensionless distance r * and the arithmetic expression (4) from the storage device 2, and the first dimensionless time r * at the dimensionless distance r * . Calculate t 1 * . In step S5, the second dimensionless time calculating unit 313 acquires the calculated dimensionless distance r * and the arithmetic expression (5) from the storage device 2 to obtain the second dimensionless distance r * . The dimension time t 2 * is calculated.
つづいて、ステップＳ６において、境界時間取得手段３１４が、第１無次元時間ｔ１ ＊および第２無次元時間ｔ２ ＊を取得するとともに、これら無次元時間に対応する経過時間として第１境界時間ｔ’および第２境界時間ｔ’’を取得する。そして、ステップＳ７では、地中温度変化算出手段３１５が、第１境界時間ｔ’および第２境界時間ｔ’’を取得するとともに、記憶装置２から演算式（３）を取得して、埋設管間隔ｒｄに対する任意の地点における地中温度変化ΔＴｓを算出する。ステップＳ８では、重ね合わせの対象となる全ての埋設管１１について演算したか否かを確認し、全ての埋設管１１について演算が終わると（ステップＳ８：ＹＥＳ）、ステップＳ９へと進む。一方、演算されていない埋設管１１がある場合には、ステップＳ３へと戻り（ステップＳ８：ＮＯ）、全ての埋設管１１について演算されるまで繰り返される。 Subsequently, in step S6, the boundary time acquisition unit 314 acquires the first dimensionless time t 1 * and the second dimensionless time t 2 *, and the first boundary time as an elapsed time corresponding to these dimensionless times. Obtain t ′ and the second boundary time t ″. In step S7, the underground temperature change calculation means 315 acquires the first boundary time t ′ and the second boundary time t ″, and also acquires the arithmetic expression (3) from the storage device 2, and the buried pipe calculating the underground temperature change [Delta] T s at any point with respect to distance r d. In step S8, it is confirmed whether or not the calculation has been performed for all the buried pipes 11 to be overlapped. When the calculation is completed for all the buried pipes 11 (step S8: YES), the process proceeds to step S9. On the other hand, if there is a buried pipe 11 that has not been calculated, the process returns to step S3 (step S8: NO), and the process is repeated until all the buried pipes 11 are calculated.
ステップＳ９では、管表面温度変化算出手段３１６が、ステップＳ７で算出した全埋設管１１についての地中温度の変化ΔＴｓを取得し、一の埋設管１１の表面において重ね合わせ計算を行い、その埋設管１１の表面における地中温度の変化ΔＴｓを算出する。ステップＳ１０では、管表面における地中温度Ｔｓを計算する全ての埋設管１１について演算したか否かを確認し、全ての埋設管１１について演算が終わると（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、本フローチャートを終了する。一方、演算されていない埋設管１１がある場合には、ステップＳ３へと戻り（ステップＳ１０：ＮＯ）、全ての埋設管１１について演算されるまで繰り返される。以上の工程により、全ての埋設管１１の表面における地中温度Ｔｓの変化が算出される。これにより、算出した地中温度Ｔｓの変化に基づき土壌熱源ヒートポンプシステムにおける各種の性能予測が求められる。 In step S9, the pipe surface temperature change calculating means 316 acquires the underground temperature change ΔT s for all the buried pipes 11 calculated in step S7, performs overlay calculation on the surface of one buried pipe 11, A change ΔT s of the underground temperature on the surface of the buried pipe 11 is calculated. In step S10, it is confirmed whether or not all the buried pipes 11 for calculating the underground temperature T s on the pipe surface are calculated, and when the calculation is finished for all the buried pipes 11 (step S10: YES), this flowchart is performed. finish. On the other hand, when there is a buried pipe 11 that has not been calculated, the process returns to step S3 (step S10: NO), and the process is repeated until all the buried pipes 11 are calculated. Through the above steps, changes in the underground temperature T s on the surface of all the buried pipes 11 are calculated. Accordingly, various performance prediction in soil source heat pump system based on a change of the calculated underground temperature T s is determined.
つぎに、本実施形態の具体的な実施例について説明する。以下の各実施例では、複数の埋設管１１からなる熱交換器を有する土壌熱源ヒートポンプシステム１０において、長期に渡って採熱および放熱を行った場合の管表面における地中温度Ｔｓの変化を算出し、その算出結果に基づいて土壌熱源ヒートポンプシステム１０の性能を評価した。 Next, specific examples of the present embodiment will be described. In each of the following examples, in the soil heat source heat pump system 10 having a heat exchanger composed of a plurality of buried pipes 11, changes in the underground temperature T s on the pipe surface when heat is collected and radiated over a long period of time. It calculated and the performance of the soil heat source heat pump system 10 was evaluated based on the calculation result.
ここで、本実施例における計算条件を図１３に示す。本実施例の計算では、札幌市における埋設管１１の使用を想定し、冬期の採熱量を３３ＧＪ、夏期の放熱量を３ＧＪに設定した。なお、これら採熱量および放熱量を各月に分割するに際しては、図１４に示すように、１年のうち１０月から５月を暖房期間、および６月〜９月を冷房期間と設定し、暖房負荷および冷房負荷が月毎に周期的に分散されるように配分した。このような複数の埋設管１１の長期採放熱による地中温度Ｔｓの変化を６０年間に渡って計算を行った。 Here, the calculation conditions in the present embodiment are shown in FIG. In the calculation of this example, assuming that the buried pipe 11 is used in Sapporo, the heat collection amount in winter is set to 33 GJ, and the heat release amount in summer is set to 3 GJ. When dividing the heat collection amount and the heat release amount into each month, as shown in FIG. 14, the heating period is set from October to May as the heating period and from June to September as the cooling period as shown in FIG. And the cooling load was distributed so as to be periodically distributed every month. The change in the underground temperature T s due to the long-term heat radiation of the plurality of buried pipes 11 was calculated over 60 years.
実施例１では、熱交換器として、長さ８ｍ、外径０．１７５ｍの基礎杭を利用した埋設管１１を２０本使用する場合を想定した。埋設管１１の配列は、図１５に示すように、埋設管１１の間隔が２ｍとなるように設定した。本実施例１の計算条件において、１年目、２年目、３年目および２０年目における管表面の地中の平均温度の月毎の変化を図１６に示す。 In Example 1, the case where 20 embedded pipes 11 using a foundation pile having a length of 8 m and an outer diameter of 0.175 m were used as a heat exchanger was assumed. As shown in FIG. 15, the arrangement of the buried pipes 11 was set so that the interval between the buried pipes 11 was 2 m. FIG. 16 shows the monthly change in the average temperature of the tube surface in the first year, the second year, the third year, and the 20th year under the calculation conditions of the first embodiment.
図１６に示すように、埋設管１１の表面における地中温度Ｔｓは１年から３年にかけて低下し、３年目と２０年目における地中温度Ｔｓの変化はほとんど同じ曲線となった。よって、実施例１の条件では、地中温度は埋設管１１との採放熱によって影響を受け、約３年程で周期的な定常状態に達することがわかった。これは、地表面と端部の熱移動と、採熱量が平衡状態に達したためと考えられる。 As shown in FIG. 16, the underground temperature T s on the surface of the buried pipe 11 decreased from 1 year to 3 years, and the changes in the underground temperature T s in the 3rd year and the 20th year became almost the same curve. . Therefore, it was found that under the conditions of Example 1, the underground temperature was affected by heat extraction with the buried pipe 11 and reached a periodic steady state in about 3 years. This is probably because the heat transfer between the ground surface and the edge and the amount of heat collected reached an equilibrium state.
実施例２では、長さ８０ｍ、外径０．１２ｍのボアホール内にシングルＵチューブを配置してなる熱交換器を２本使用する場合を想定した。本実施例２の計算条件において、１年目、２年目、３年目および２０年目における管表面の地中の平均温度の月毎の変化を図１７に示す。 In Example 2, it was assumed that two heat exchangers each having a single U tube arranged in a bore hole having a length of 80 m and an outer diameter of 0.12 m were used. FIG. 17 shows monthly changes in the average temperature of the tube surface underground in the first year, the second year, the third year, and the 20th year under the calculation conditions of the second embodiment.
図１７に示すように、１年目、２年目、３年目と２０年目の温度曲線は、ほとんど重なっており温度低下は見られなかった。これにより、埋設管１１の本数が１本で長い場合には、長期に渡って採熱および放熱を繰り返しても、地中温度Ｔｓはほとんど低下しないことがわかった。これは、単管の場合、埋設管周囲の土壌は無限であり、土壌の温度回復力が大きいため、長期的には地中温度Ｔｓの変化が小さい。一方、複数本の埋設管を小さい間隔で埋設した場合には、採放熱量に大きな差があると、特に中心に位置する埋設管ほど、周囲の地中温度Ｔｓが採熱により低下する。これにより、土壌からの熱移動が起こらなくなって地中温度Ｔｓがさらに低下し、長期的な地中温度の上昇もしくは低下が発生する。 As shown in FIG. 17, the temperature curves of the first year, the second year, the third year, and the 20th year almost overlap each other, and no temperature decrease was observed. Thus, when the number of the buried pipe 11 is long in one can be repeated Tonetsu and heat dissipation over a long period of time, the ground temperature T s It was found that almost no decrease. This is because, in the case of a single tube, a soil around buried pipe is infinite, because the temperature resiliency soil is large, in the long term small changes of the underground temperature T s. On the other hand, if the embedded small intervals a plurality of buried pipe is adopted when there is a large difference in heat radiation amount, especially as the buried pipe in the center, around the underground temperature T s is decreased by Tonetsu. This further reduces the underground temperature T s no longer occur heat transfer from the soil, increase or decrease in the long-term underground temperature occurs.
実施例３では、実施例１の計算条件に加えて、冷房期間の終わりの月である９月と、暖房期間の始まりの月である１０月に、それぞれ５ＧＪの放熱を行うことを想定した。本実施例３の計算条件において、１年目、２年目、３年目および２０年目における管表面の地中の平均温度の月毎の変化を図１８に示す。 In Example 3, in addition to the calculation conditions of Example 1, it was assumed that 5 GJ heat dissipation was performed in September, which is the month when the cooling period ends, and in October, which is the month when the heating period begins. FIG. 18 shows monthly changes in the average temperature of the tube surface underground in the first, second, third and twentieth years under the calculation conditions of the third embodiment.
本実施例３の結果を実施例１と比較すると、２０年目の暖房期間（１０月〜５月）における管表面の地中の平均温度は、実施例１と比べて２．２℃も高くなった。これにより、夏期に放熱を行うことで地中温度、ブライン温度およびヒートポンプ１３のＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）の低下が防止されるという新たな知見を得ることができた。なお、地中への放熱方法としては、冷熱利用の際の排熱や、太陽集熱器の使用などが考えられる。 Comparing the result of Example 3 with Example 1, the average underground temperature on the tube surface during the heating period (October to May) of the 20th year is 2.2 ° C. higher than that of Example 1. became. Thereby, the new knowledge that the fall of underground temperature, brine temperature, and COP (Coefficient of Performance) of heat pump 13 was prevented by performing heat dissipation in the summer was able to be obtained. In addition, as a heat dissipation method to the ground, exhaust heat when using cold heat, use of a solar collector, or the like can be considered.
なお、上述した実施例１および実施例３では、熱交換器の長さが８ｍと短いため地表面および端部での影響が大きくなってしまうことから、半径に補正係数を与えている。すなわち、実際の熱交換器の採放熱に対する管表面における地中温度Ｔｓの変化は、端部及び地表面からの熱移動の影響を受けるため、無限円筒と仮定した地中熱交換器の管表面温度変化よりも小さくなる。また、地中温度は埋設管１１から離れた方が温度変化が小さくなるため、半径に補正係数Ｃを与え、温度変化を小さくする事により、実際の熱交換器の管表面温度の平均値と同じ温度変化を与えるようになっている。なお、本実施例で使用した補正係数Ｃは、地表面を断熱条件とした場合の以下の近似式（２０）を用いて算出したものを使用している。
Ｃ＝１．００＋０．７４２Ｌｎ（１．１０３ｔ＊＊＋１．１６２）−０．１１７
・・・式（２０）
なお、ｔ＊＊は、フーリエ数ｔ＊に（ｒ／Ｌ）の２乗を乗ずることによって得られる埋設管１１の長さを基準とする無次元数である。ただし、ｒは埋設管半径、Ｌは埋設管長さである。
In the first and third embodiments described above, since the heat exchanger has a short length of 8 m, the influence on the ground surface and the end portion is increased, so that a correction coefficient is given to the radius. That is, since the change in the underground temperature T s on the tube surface with respect to the actual heat extraction / dissipation of the heat exchanger is affected by the heat transfer from the end and the ground surface, the tube of the underground heat exchanger assumed to be an infinite cylinder It becomes smaller than the surface temperature change. In addition, since the underground temperature has a smaller temperature change away from the buried pipe 11, the correction coefficient C is given to the radius, and the temperature change is reduced to reduce the average value of the actual pipe surface temperature of the heat exchanger. The same temperature change is given. The correction coefficient C used in the present example is calculated using the following approximate expression (20) in the case where the ground surface is an adiabatic condition.
C = 1.00 + 0.742Ln (1.103t ** + 1.162) -0.117
... Formula (20)
Note that t ** is a dimensionless number based on the length of the buried pipe 11 obtained by multiplying the Fourier number t * by the square of (r / L). However, r is a buried pipe radius and L is a buried pipe length.
以上のような本実施形態によれば、複数の埋設管を埋設する点、各埋設管の間隔に対する土壌温度の変化の点、熱交換器がＵチューブ型である点の諸点を考慮することにより、従来なされていなかった任意の場所における土壌温度の変化を効率よく短時間に予測することができる。この結果、土壌熱源ヒートポンプシステム１０の設置場所の面積や建物、土壌の性質等の諸条件に基づき、埋設管１１の直径や長さ、本数、配置位置等について、短期的・長期的なエネルギー効率およびコストパフォーマンスの観点から評価することが可能となる。また、土壌熱源ヒートポンプシステム１０に関する新規技術が与える性能への影響についても評価が可能である。 According to this embodiment as described above, by considering the points of burying a plurality of buried pipes, the point of change in soil temperature with respect to the interval between the buried pipes, and the point that the heat exchanger is a U-tube type. Thus, it is possible to predict a change in soil temperature at an arbitrary place, which has not been conventionally performed, in a short time efficiently. As a result, the short-term and long-term energy efficiency of the buried pipe 11 in terms of diameter, length, number, location, etc., based on various conditions such as the area where the soil heat source heat pump system 10 is installed, the building, and the nature of the soil. In addition, it is possible to evaluate from the viewpoint of cost performance. Moreover, it is possible to evaluate the influence on the performance of the new technology related to the soil heat source heat pump system 10.
なお、本発明に係る土壌熱源ヒートポンプシステムの性能予測プログラムおよび性能予測システム１は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。例えば、性能予測プログラムおよび性能予測システム１は一つの筐体内に格納されていてもよいし、機能に応じて別個の筐体に格納されていてもよい。また、境界時間取得手段３１４等、各算出手段は、必ずしも演算式を使って算出する場合に限定されず、可能であれば対応テーブル等を予め作成して記憶装置２に格納しておき、そこから対応する数値を取得するようにしてもよい。 In addition, the performance prediction program and the performance prediction system 1 of the soil heat source heat pump system according to the present invention are not limited to the embodiment described above, and can be changed as appropriate. For example, the performance prediction program and the performance prediction system 1 may be stored in one housing, or may be stored in separate housings according to functions. Further, each calculation means such as the boundary time acquisition means 314 is not necessarily limited to the case of calculating using an arithmetic expression. If possible, a correspondence table or the like is created in advance and stored in the storage device 2, Corresponding numerical values may be acquired from.
１ 性能予測システム
２ 記憶装置
３ 演算処理装置
４ 入力装置
５ 作業メモリ
６ 出力装置
７ バス
１０ 土壌熱源ヒートポンプシステム
１１ 埋設管
１２ 循環ポンプ
１３ ヒートポンプ
１４ 室内空調機
３１ 地中温度変化演算部
３２ システム効率演算部
３３ 消費電力演算部
３４ 二酸化炭素排出量演算部
３５ ランニングコスト演算部
３６ ライフサイクル演算部
３１１ 無次元距離算出手段
３１２ 第１無次元時間算出手段
３１３ 第２無次元時間算出手段
３１４ 境界時間取得手段
３１５ 地中温度変化算出手段
３１６ 管表面温度変化算出手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Performance prediction system 2 Memory | storage device 3 Processing unit 4 Input device 5 Work memory 6 Output device 7 Bus 10 Soil heat source heat pump system 11 Buried pipe 12 Circulation pump 13 Heat pump 14 Indoor air conditioner 31 Underground temperature change calculation part 32 System efficiency calculation Unit 33 power consumption calculation unit 34 carbon dioxide emission calculation unit 35 running cost calculation unit 36 life cycle calculation unit 311 dimensionless distance calculation unit 312 first dimensionless time calculation unit 313 second dimensionless time calculation unit 314 boundary time acquisition unit 315 Underground temperature change calculation means 316 Pipe surface temperature change calculation means
Claims (8)
以下の式（１）により、前記埋設管からの径方向の距離（ｒ）を無次元化した無次元距離（ｒ＊）を算出する無次元距離算出手段と、
所定の埋設管からの任意の距離（ｒ）における、埋設管表面の熱流（ｑ（ｔ））の時間的な変化に対する地中温度変化（ΔＴｓ）が、経過時間（ｔ）に対してＤｕｈａｍｅｌの定理に基づいて重ね合わせを行った以下の式（２）により表されるとき、経過時間を無次元化した無次元時間ｔ＊（＝ａsｔ／ｒｐ ２）と、一定熱流ｑｃｏｎｓｔが与えられたときのｔ＊における地中温度変化を無次元化した無次元温度Ｔs ＊［＝λsΔＴs／（ｒｐ・ｑｃｏｎｓｔ）］とにより無次元化し、前記無次元距離における前記無次元温度が変化しないゼロ領域と、前記無次元温度が前記無次元時間に対して線形的に増加する線形増加領域との境界となる第１無次元時間（ｔ１ ＊）を算出する第１無次元時間算出手段と、
前記無次元距離における前記無次元温度が前記無次元時間に対して対数的に増加する対数増加領域と、前記線形増加領域との境界となる第２無次元時間（ｔ２ ＊）を算出する第２無次元時間算出手段と、
前記第１無次元時間に対応する経過時間を第１境界時間（ｔ’）として取得するとともに、前記第２無次元時間に対応する経過時間を第２境界時間（ｔ’’）として取得する境界時間取得手段と、
前記第１境界時間および前記第２境界時間を取得して、以下の近似式（３）〜（５）により埋設管に対する任意の地点における地中温度の変化を算出する地中温度変化算出手段と、
各埋設管による前記地中温度の変化を積算することにより、前記埋設管の表面における地中温度の変化を算出する管表面温度変化算出手段、
としてコンピュータを機能させることを特徴とする土壌熱源ヒートポンプシステムの性能予測プログラム。 A performance prediction program for predicting the performance of a soil heat source heat pump system having a plurality of buried pipes as a heat exchanger,
A dimensionless distance calculating means for calculating a dimensionless distance (r * ) obtained by making the radial distance (r) from the buried pipe dimensionless by the following equation (1):
The underground temperature change (ΔT s ) with respect to the temporal change of the heat flow (q (t)) on the surface of the buried pipe at an arbitrary distance (r) from the predetermined buried pipe is Duhamel with respect to the elapsed time (t). Dimensionless time t * (= a s t / r p 2 ) obtained by making the elapsed time dimensionless and constant heat flow q const Is made dimensionless by a dimensionless temperature T s * [= λ s ΔT s / (r p · q const )], which is a dimensionless subsurface temperature change at t * when A first dimensionless time (t 1 * ) that is a boundary between a zero region where the dimensionless temperature does not change and a linear increase region where the dimensionless temperature increases linearly with respect to the dimensionless time is calculated. One dimensionless time calculating means;
A second dimensionless time (t 2 * ) that is a boundary between a logarithmically increasing region in which the dimensionless temperature at the dimensionless distance increases logarithmically with respect to the dimensionless time and the linearly increasing region is calculated. 2 dimensionless time calculating means;
A boundary for acquiring an elapsed time corresponding to the first dimensionless time as a first boundary time (t ′) and acquiring an elapsed time corresponding to the second dimensionless time as a second boundary time (t ″). Time acquisition means;
Underground temperature change calculating means for acquiring the first boundary time and the second boundary time and calculating a change in underground temperature at an arbitrary point with respect to the buried pipe by the following approximate expressions (3) to (5): ,
Tube surface temperature change calculating means for calculating a change in underground temperature on the surface of the buried pipe by integrating the changes in the underground temperature by each buried pipe;
A soil heat source heat pump system performance prediction program characterized by having a computer function as a computer.
The performance prediction program for a soil heat source heat pump system according to claim 1, wherein the first dimensionless time calculation means acquires the first dimensionless time t1 * based on the following approximate expression (6). .
The performance prediction program for a soil heat source heat pump system according to claim 1, wherein the first dimensionless time calculation means directly acquires the first dimensionless time t1 * based on the following equation (7). .
The soil according to any one of claims 1 to 3, wherein the second dimensionless time calculating means acquires the second dimensionless time t 2 * based on the following approximate expression (8): Performance prediction program for heat source heat pump system.
The soil according to any one of claims 1 to 3, wherein the second dimensionless time calculating unit directly acquires the second dimensionless time t2 * based on the following equation (9). Performance prediction program for heat source heat pump system.
In any one of Claims 1-5, when the said heat exchanger is a U tube type heat exchanger, the heat flow q of the surface of the said buried pipe is calculated based on the following formula | equation (10). A performance prediction program for the soil heat source heat pump system.
以下の式（１）により、前記埋設管からの径方向の距離（ｒ）を無次元化した無次元距離（ｒ＊）を算出する無次元距離算出手段と、
所定の埋設管からの任意の距離（ｒ）における、埋設管表面の熱流（ｑ（ｔ））の時間的な変化に対する地中温度変化（ΔＴｓ）が、経過時間（ｔ）に対してＤｕｈａｍｅｌの定理に基づいて重ね合わせを行った以下の式（２）により表されるとき、経過時間を無次元化した無次元時間ｔ＊（＝ａsｔ／ｒｐ ２）と、一定熱流ｑｃｏｎｓｔが与えられたときのｔ＊における地中温度変化を無次元化した無次元温度Ｔs ＊［＝λsΔＴs／（ｒｐ・ｑｃｏｎｓｔ）］とにより無次元化し、前記無次元距離における前記無次元温度が変化しないゼロ領域と、前記無次元温度が前記無次元時間に対して線形的に増加する線形増加領域との境界となる第１無次元時間（ｔ１ ＊）を算出する第１無次元時間算出手段と、
前記無次元距離における前記無次元温度が前記無次元時間に対して対数的に増加する対数増加領域と、前記線形増加領域との境界となる第２無次元時間（ｔ２ ＊）を算出する第２無次元時間算出手段と、
前記第１無次元時間に対応する経過時間を第１境界時間（ｔ’）として取得するとともに、前記第２無次元時間に対応する経過時間を第２境界時間（ｔ’’）として取得する境界時間取得手段と、
前記第１境界時間および前記第２境界時間を取得して、以下の近似式（３）〜（５）により埋設管に対する任意の地点における地中温度の変化を算出する地中温度変化算出手段と、
各埋設管による前記地中温度の変化を積算することにより、前記埋設管の表面における地中温度の変化を算出する管表面温度変化算出手段と、
を有していることを特徴とする土壌熱源ヒートポンプシステムの性能予測システム。 A performance prediction system for predicting the performance of a soil heat source heat pump system having a plurality of buried pipes as a heat exchanger,
A dimensionless distance calculating means for calculating a dimensionless distance (r * ) obtained by making the radial distance (r) from the buried pipe dimensionless according to the following equation (1):
The underground temperature change (ΔT s ) with respect to the temporal change of the heat flow (q (t)) on the surface of the buried pipe at an arbitrary distance (r) from the predetermined buried pipe is Duhamel with respect to the elapsed time (t). Dimensionless time t * (= a s t / r p 2 ) obtained by making the elapsed time dimensionless and constant heat flow q const Is made dimensionless by the dimensionless temperature T s * [= λ s ΔT s / (r p · q const )] obtained by making the underground temperature change at t * when A first dimensionless time (t 1 * ) that is a boundary between a zero region where the dimensionless temperature does not change and a linear increase region where the dimensionless temperature increases linearly with respect to the dimensionless time is calculated. One dimensionless time calculating means;
A second dimensionless time (t 2 * ) that is a boundary between a logarithmically increasing region in which the dimensionless temperature at the dimensionless distance increases logarithmically with respect to the dimensionless time and the linearly increasing region is calculated. 2 dimensionless time calculating means;
A boundary for acquiring an elapsed time corresponding to the first dimensionless time as a first boundary time (t ′) and acquiring an elapsed time corresponding to the second dimensionless time as a second boundary time (t ″). Time acquisition means;
Underground temperature change calculating means for acquiring the first boundary time and the second boundary time and calculating a change in underground temperature at an arbitrary point with respect to the buried pipe by the following approximate expressions (3) to (5): ,
Tube surface temperature change calculating means for calculating a change in underground temperature on the surface of the buried pipe by integrating the changes in the underground temperature by each buried pipe;
A soil heat source heat pump system performance prediction system characterized by comprising:
In Claim 7, When the said heat exchanger is a U tube type heat exchanger, the heat flow q of the surface of the said buried pipe is calculated based on the following formula | equation (10), The soil heat source heat pump system characterized by the above-mentioned. Performance prediction system.
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