JP5480094B2 - 地中熱交換チューブの設置方法とその鉄筋籠 - Google Patents

Description

本発明は、建物の基礎杭を利用した地中熱交換チューブの設置方法とそれに使用する鉄筋籠に関するものである。

従来、地中熱を利用したヒートポンプ方式は、地中に埋設した地中熱交換チューブから放熱・採熱を行うシステムであり、空調排熱を大気に放出しないため、都市のヒートアイランド対策として有効な手段となっている。地中熱交換システムにおける地中熱交換チューブの埋設方法は、例えば、地中に孔を開けて熱交換パイプを挿入し、孔を充填するボアホール方式がある。この方式は掘削コストが嵩むので、掘削コストの削減と作業効率の向上および熱交換率の向上を目的として、建物の基礎杭を利用し、鉄筋籠の外周に設置される偏心防止用のスペーサにＵ字状のパイプを取り付けて、鉄筋籠の外周に軸方向に沿って設置するものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００４−３３２３３０号公報

しかし、従来の地中熱交換チューブの設置方法においては、鉄筋スペーサに熱交換チューブを番線で結束して支持する方式なので、杭の鉄筋籠の挿入時に、杭主筋の結束する配筋工と熱交換チューブを取り付ける設備業者との作業が交錯し、杭の施工に時間が掛かることになる。また、杭の内部に熱交換チューブを配管した場合、杭の断面欠損になるため、杭径を大きくするか、若しくはコンクリートの強度を上げる必要が出てくることから、コストが嵩むこととなる。上記特許文献１のように、基礎杭を利用した設置方法においては、熱交換チューブが剥き出しとなっているため、鉄筋籠を掘削した孔に挿入する際に、熱交換チューブが孔壁と衝突して破損し、水漏れの原因となることがある。そのほか、地盤面から１０ｍ以浅は外気温や日射・積雪などの影響を受けて変動するので、熱交換率が悪くなる。本発明に係る地中熱交換チューブの設置方法は、このような課題を解決するために提案されたものである。

本発明に係る地中熱交換チューブの設置方法の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、基礎杭用の鉄筋籠における主筋保持用の補強リングに、長手方向の両端部のうち少なくとも片側部がＬ字形に屈曲された棒状又は帯板状の配管支持材を固着し、該配管支持部材における前記Ｌ字形に屈曲された片側部の内側で上下方向に挿通させて熱交換チューブを配設し、掘削した孔に前記鉄筋籠を挿入して更にコンクリートを打設することである。

前記Ｌ字形に屈曲された片側部には、熱交換チューブを位置固定する紐部材を挿通させるための貫通孔が穿設され、若しくは、紐部材を係止させる係止部が設けられていること、；
前記熱交換チューブは、孔に挿入された鉄筋籠の最下端位置でＵ字状に連結されており、一つの配管支持部材に前記Ｕ字状に連結された２本の熱交換チューブが固定されていること、；
更に、前記Ｌ字形に屈曲された片側部において、熱交換チューブの直径と同じかそれよりも大きな寸法の棒状若しくは帯板状の突起部材が内側に向けて先端部に固着されていること、；
また、孔に鉄筋籠を挿入しながら、前記孔の地上周囲に配設した複数のチューブ用繰出し装置から熱交換チューブを繰り出してそれぞれ配管支持部材の内側に挿通させて位置固定し、前記鉄筋籠を降下させて上下方向に適宜間隔で設けられている周方向に複数配設された配管支持部材に前記熱交換チューブを順次位置固定していくこと、；
前記熱交換チューブが、鉄筋籠の周方向に間隔を置いて複数箇所に配設された配管支持部材毎のＵ字状の熱交換チューブがそれぞれ独立して熱交換装置に配管されていること、または、鉄筋籠の上下方向の上位置で、周方向に配設された連結用パイプで各Ｕ字状の熱交換チューブが連続されて外部に２本のチューブが延出されて熱交換装置に配管されていること、；
を含むものである。

本発明に係る地中熱交換チューブの上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、
基礎杭用の鉄筋籠における主筋保持用の補強リングに、長手方向の両端部のうち少なくとも片側部がＬ字形に屈曲された棒状又は帯板状の配管支持材を固着し、該配管支持部材における前記Ｌ字形に屈曲された片側部の内側で上下方向に挿通させて熱交換チューブを配設してなることである。

また、Ｌ字形に屈曲された片側部において、熱交換チューブの直径と同じかそれよりも大きな寸法の棒状若しくは帯板状の突起部材が内側に向けて先端部に固着されていること、；
前記熱交換チューブは、孔に埋設した状態で地盤面から１０ｍ以浅の範囲において、当該熱交換チューブに被覆された断熱部材により断熱化されていること、；
前記配管支持部材は、側面視でＬ字形若しくはコ字形の形状であること、；
を含むものである。

本発明の地中熱交換チューブの設置方法と地中熱交換チューブ用の鉄筋籠によれば、鉄筋籠の補強リングに配管支持部材を設けるようにしており、低コストで済み配管作業効率を向上させることができる。更に、熱交換チューブを増設する際には、補強リングの周方向に任意の位置に熱交換チューブを増設することができる。また、熱交換チューブの取り付け位置を任意の位置に設定できるので、狭い敷地や隣地に接した場所のような作業環境でも、ループ配管の往管及び還管をピット方向に引き出せるため、作業効率を高めることができる。
前記熱交換チューブが、杭本体の外側に配置され、杭の断面欠損となることが無く、構造上の強度に影響を与えないものである。
また、熱交換チューブが基礎杭の外周部に設置されるので、効率よく熱交換が行われる。更に、鉄筋籠を孔に挿入するときにも、熱交換チューブが配管支持部材の内側にあって保護されているので、チューブに破損が生じることがない。
地盤面から１０ｍ以浅の範囲で熱交換チューブを断熱化することで、熱交換率の向上が図れる。
配管支持部材を、Ｌ字形にして半径方向の長さを短くする事で、孔の直径を小さくして、フカシ部のコンクリート量を低減させ、工期短縮とコスト低減を図ることができる。このように、数々の優れた効果を奏するものである。

本発明に係る地中熱交換チューブの設置方法に係る、鉄筋籠１に配管支持部材２，２ａを固着した状態の一部平面図（Ａ），（Ｂ）である。 同本発明に係る発明に係る鉄筋籠１の一部を示す斜視図（Ａ）、同鉄筋籠１を横にした状態の一部斜視図（Ｂ）である 同本発明の鉄筋籠１において、配管支持部材２に地中熱交換チューブ３を位置固定する様子を示す正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図（Ｃ）、斜視図（Ｄ）、Ａ−Ａ線に沿った断面図（Ｅ）である。 本発明に係る鉄筋籠１において、補強リング４の周方向に熱交換チューブ３を４カ所に配設した場合の平面図（Ａ）と、６カ所に配設した場合の平面図（Ｂ）とである。 鉄筋籠１の挿入が完了した状態で、熱交換チューブ３が基礎コンクリートの無筋部１７ａから引き出される様子を示す断面図である。 杭頭部１６ａにおける熱交換チューブ３の連結状態を示す斜視図（Ａ），（Ｂ）である。 熱交換チューブ３の往管３ｂと、環管３ｃの引き出し方法を示す平面図（Ａ），（Ｂ）である。 同熱交換チューブ３の連結方法で、対の数によって断面欠損が生じないようにする様子を示す平面図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）である。 本発明の第３実施例に係り、熱交換チューブ３を断熱化した場合の断面図である。

本発明に係る地中熱交換チューブの設置方法は、図１−Ａ乃至図１−Ｂに示すように、鉄筋籠における補強リング４に配管支持部材２を固着してその配管支持部材の内側に地中熱交換（以下単に熱交換という）チューブ３を配管して、この鉄筋籠を孔に挿入しコンクリートを打設するものである。

本発明に係る発明の鉄筋籠１について説明する。図１−Ａ乃至図１−Ｂに示すように、基礎杭用の鉄筋籠１における主筋５保持用で帯板状の補強リング４に、長手方向の両端部のうち少なくとも片側部がＬ字形に屈曲された棒状又は帯板状の配管支持材２，２ａを溶接手段などで固着する。図中の符号６は、フープ筋を示している。

前記配管支持部材２，２ａは、例えば、コ字形やＬ字形を下帯板鋼材であり、例えば、杭径７が１３００ｍｍφで、配管支持部材２の長さが２００ｍｍで幅が９０ｍｍ、高さが１３．５ｍｍ、板厚８ｍｍ程度である。

更に、前記配管支持部材２には、Ｌ字形に屈曲された片側部２ｂにおいて、熱交換チューブ３の直径と同じかそれよりも大きな寸法の棒状若しくは帯板状の突起部材９が内側に向けて先端部２ｃに固着されている。この突起部材９は、熱交換チューブ３が外側に移動しないように保護するものである。

前記配管支持部材２，２ａにおける前記Ｌ字形に屈曲された片側部２ｂの内側で、上下方向に挿通させて熱交換チューブ３が配設される。この熱交換チューブ３は、例えば、ポリエチレン管であり、一例として２５〜３０ｍｍ程度の合成樹脂製の管である。

前記配管支持部材２，２ａは、図３（Ａ）に示すように、鉄筋籠１における補強リング４の周方向に、４カ所設けられ、残りの１カ所には、熱交換チューブ３を配管しないスペーサとして使用される。なお、符号１０は、隣地境界線を示している。また、図３（Ｂ）に示すように、６カ所に配置される場合もある。前記補強リング４は、鉄筋籠１の上下方向において、例えば、３ｍ程度の間隔を置いて配置されている。

前記配管支持部材２において、図２（Ａ）に示すように、Ｌ字形に屈曲された片側部２ｂには、熱交換チューブ３を位置固定する紐部材１１を挿通させるための貫通孔２ｄが穿設されている。前記紐部材１１は、例えば、合成樹脂製の結束バンドなどである。また、前記貫通孔２ｄに限らず、紐部材１１を係止させることができればよいので、凹部若しくは凸部などの係止部であっても良い。

前記熱交換チューブ３のＵ字部は、ポリエチレン管自身を屈曲させるには、管の堅さによって困難でもあるので、合成樹脂製のＵ字継手１２を使用する。このＵ字継手１２の２つの吐出口にそれぞれ熱交換チューブ３の端部を密に連結するものである。このＵ字継手
１２は、鉄筋籠１の下端部における補強リング４に固着された配管支持部材２，２ａに、ボルト１３及びナット１３ａで固定される。このようにして、図２乃至図３に示すように、熱交換チューブ３は、孔１５に挿入された鉄筋籠１の最下端位置でＵ字状に連結されており、一つの配管支持部材２に前記Ｕ字状に連結された２本の熱交換チューブ３が固定されている。

以上のようにして、本発明に係る鉄筋籠１を構成して、地盤に掘削した孔１５に挿入する工事について説明する。前記鉄筋籠１には、図１−Ａ（Ａ），（Ｂ）及び図１−Ｂ（Ｂ）に示すように、地盤中に挿入する先端部側から補強リング４に配管支持部材２若しくは配管支持部材２ａを、溶接して固定しておく。

更に、鉄筋籠１の先端部には、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、熱交換チューブ３，３の端部にＵ字継手１２を連結して、このＵ字継手１２をボルト１３及びナット１３ａで最先端部（地盤中で最下部）の補強リング４に固定する。また、前記Ｕ字継手１２のすぐ上の位置で、熱交換チューブ３を結束バンド１１などで配管支持部材２の片側部２ｂ内側に固定する。前記結束バンド１１に保護テープ１４等を巻き付けて前記片側部２ｂに巻装させて固定し、孔壁８等に衝突して切断されたり傷付けられたりしないように保護する（図１−Ｂ（Ａ）参照）。

前記熱交換チューブ３は、一対ずつ４カ〜８カ所に用意されるが、輪状に巻かれた熱交換チューブ３をドラムや簡易な門形枠等に挿通して掛けるようにして、これを、チューブ用繰出し装置として、該繰出し装置を前記孔１５の地上の周囲近傍に用意する。これで、前記鉄筋籠１を孔１５に挿入しながら、熱交換チューブ３をドラム等から繰り出すようにするものである。そして、前記鉄筋籠１をクレーンで吊り上げて、図１−Ｂ（Ａ）に示すように、孔１５に先端部から挿入する。

鉄筋籠１の孔１５への挿入により、上下方向で約３ｍ毎に固定された、補強リング４周囲の配管支持部材２，２ａが作業者の作業位置高さに至ると、一対の熱交換チューブ３，３を結束バンド１１で補強リング４に固定する。この鉄筋籠１の挿入作業と、熱交換チューブ３の取り付け作業を順次繰り返して、図４に示すように、鉄筋籠１の孔１５への挿入を完了し、当該孔１５にコンクリートを打設する。

このようにして、孔１５に鉄筋籠１を挿入しながら、前記孔１５の地上周囲に配設した複数のチューブ用繰出し装置から熱交換チューブ３を繰り出してそれぞれ配管支持部材２の内側に挿通させて位置固定し、配管支持部材２に前記熱交換チューブ３を順次位置固定していく。なお、孔１５が数十メートルの深い孔である場合には、所用長さの鉄筋籠１を次々に溶接手段により首尾連結して挿入するので、前記連結する鉄筋籠１，１・・・毎に、予め必要な熱交換チューブ３をその鉄筋籠１に固定しておいて、該鉄筋籠１を連結する毎に、前記熱交換チューブ３も連結治具等で連結するようにしても良い。このようにすれば、予め、工場や現場のサイトで鉄筋籠１に熱交換チューブ３を組み付けておくことができて、挿入作業能率が向上するものである。

図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、基礎杭１６の杭頭１６ａにおいて、前記熱交換チューブ３の上端部を、ループ配管３ａでリング状に連結する。前記ループ配管３ａは、基礎コンクリート１７の下端の無筋部１７ａで施工する。そして、熱交換器へと引き出す往管３ｂと環管３ｃとを設ける。なお、図６に示すように、前記往管３ｂと環管３ｃとを地下ピット方向に出すようにする。これは、前記ループ配管３ａ配管作業が根切り底での工事であって、隣地境界側におけるループ配管の電気融着作業の効率化を図るためである。

また、前記ループ配管３ａは、図７（Ａ）に示すように、一対の熱交換チューブ３の数が少ない場合（例えば４対や６対の場合）には隣接する熱交換チューブ３を直管（図７（Ａ），（Ｂ）中の一点鎖線で引き出す管３ａ）で連結すると、基礎杭１６の断面欠損となってしまう。そこで、例えば１３００φｍｍの杭径７であれば、曲げ直径１４００φｍｍ程度のＲ付きループ配管３ａで連結する（図７（Ａ），（Ｂ）を参照）。

これにより、杭の有効断面積の外側で熱交換チューブ３同士を連結することができる。よって、杭に断面欠損が生じるおそれがない。このようにして、前記鉄筋籠１を孔１５に挿入して、熱交換チューブ３を配管支持部材２の内側に配設するので、安全に保護されて埋設されるものである。

本発明に係る鉄筋籠１の他の実施例として、熱交換チューブ３に関して、鉄筋籠１の周方向に間隔を置いて複数箇所に配設された配管支持部材２毎のＵ字状の熱交換チューブ３，３がそれぞれ独立して熱交換装置に配管されていることである。これによれば、例えば、一カ所の熱交換チューブ３に、地盤１５ａ中で傷ができて液漏れを起こして使用できなくなった場合に、この一カ所だけの熱交換チューブ３を使用しないように閉鎖すれば、他の熱交換チューブ３には何の影響も与えずに済むものである。

これに対して、前記実施例１におけるように、鉄筋籠１の上下方向の上位置で、周方向に配設された連結用パイプ（ループ配管３ａ）で各Ｕ字状の熱交換チューブ３，３が連続されて外部に２本のチューブ３ｂ，３ｃが延出されて熱交換装置に配管されていると、一カ所に傷が付いて液漏れが生じると、その傷付いた場所を特定する事自体が困難であり、熱交換装置全体が使用できなくなってしまうという欠点がある。

図８に示すように、熱交換チューブ３は、孔１５に埋設した状態で地盤面１５ｂから１０ｍ以浅の範囲において、断熱部材により断熱化されていることである。これは、地盤面１５ｂから約１０ｍ以深の地中温度は、年間を通じて温度が安定しているので、その温度が安定している地中の範囲での熱交換を行うので、前記地盤面１５ｂから１０ｍ以浅の熱交換チューブ３を、保温することで熱交換率を高めるものである。

本発明に係る地中熱交換チューブの設置方法とそれに使用する鉄筋籠は、地中熱を利用する熱交換装置で、孔に鉄筋籠を使用する杭等に適用することができる。

１ 鉄筋籠、
２ 配管支持部材、 ２ａ 配管支持部材、
２ｂ 片側部、 ２ｃ 先端部、
２ｄ 貫通孔、
３ 熱交換チューブ、 ３ａ ループ配管、
３ｂ 往管、 ３ｃ 環管、
４ 補強リング、
５ 主筋、
６ フープ筋、
７ 杭径、
８ 孔壁、
９ 突起部材、
１０ 隣地境界線、
１１ 紐部材、
１２ Ｕ字継手、 １２ａ 取付孔、
１３ ボルト、 １３ａ ナット、
１４ 保護テープ、
１５ 孔、 １５ａ 地盤、
１５ｂ 地盤面、
１６ 基礎杭、 １６ａ 杭頭、
１７ 基礎コンクリート、 １７ａ 無筋部。

Claims (10)

1. 基礎杭用の鉄筋籠における主筋保持用の補強リングに、長手方向の両端部のうち少なくとも片側部がＬ字形に屈曲された棒状又は帯板状の配管支持材を固着し、該配管支持部材における前記Ｌ字形に屈曲された片側部の内側で上下方向に挿通させて熱交換チューブを配設し、掘削した孔に前記鉄筋籠を挿入して更にコンクリートを打設すること、
   を特徴とする地中熱交換チューブの設置方法。
2. Ｌ字形に屈曲された片側部には、熱交換チューブを位置固定する紐部材を挿通させるための貫通孔が穿設され、若しくは、紐部材を係止させる係止部が設けられていること、
   を特徴とする請求項１に記載の地中熱交換チューブの設置方法。
3. 熱交換チューブは、孔に挿入された鉄筋籠の最下端位置でＵ字状に連結されており、一つの配管支持部材に前記Ｕ字状に連結された２本の熱交換チューブが固定されていること、
   を特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の地中熱交換チューブの設置方法。
4. Ｌ字形に屈曲された片側部において、熱交換チューブの直径と同じかそれよりも大きな寸法の棒状若しくは帯板状の突起部材が内側に向けて先端部に固着されていること、
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の地中熱交換チューブの設置方法。
5. 孔に鉄筋籠を挿入しながら、前記孔の地上周囲に配設した複数のチューブ用繰出し装置から熱交換チューブを繰り出してそれぞれ配管支持部材の内側に挿通させて位置固定し、前記鉄筋籠を降下させて上下方向に適宜間隔で設けられている周方向に複数配設された配管支持部材に前記熱交換チューブを順次位置固定していくこと、
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の地中熱交換チューブの設置方法。
6. 熱交換チューブが、鉄筋籠の周方向に間隔を置いて複数箇所に配設された配管支持部材毎のＵ字状の熱交換チューブがそれぞれ独立して熱交換装置に配管されていること、または、鉄筋籠の上下方向の上位置で、周方向に配設された連結用パイプで各Ｕ字状の熱交換チューブが連続されて外部に２本のチューブが延出されて熱交換装置に配管されていること、
   を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の地中熱交換チューブの設置方法。
7. 基礎杭用の鉄筋籠における主筋保持用の補強リングに、長手方向の両端部のうち少なくとも片側部がＬ字形に屈曲された棒状又は帯板状の配管支持材を固着し、該配管支持部材における前記Ｌ字形に屈曲された片側部の内側で上下方向に挿通させて熱交換チューブを配設してなること、
   を特徴とする地中熱交換チューブ用の鉄筋籠。
8. Ｌ字形に屈曲された片側部において、熱交換チューブの直径と同じかそれよりも大きな寸法の棒状若しくは帯板状の突起部材が内側に向けて先端部に固着されていること、
   を特徴とする請求項７に記載の地中熱交換チューブ用の鉄筋籠。
9. 熱交換チューブは、孔に埋設した状態で地盤面から１０ｍ以浅の範囲において、当該熱交換チューブに被覆された断熱部材により断熱化されていること、
   を特徴とする請求項７乃至８のいずれかに記載の地中熱交換チューブ用の鉄筋籠。
10. 配管支持部材は、側面視でＬ字形若しくはコ字形の形状であること、
    を特徴とする請求項７または９に記載の地中熱交換チューブ用の鉄筋籠。

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