JPH0776648B2 - 帯水層の蓄熱利用による冷暖房消雪集熱方法及び装置 - Google Patents

帯水層の蓄熱利用による冷暖房消雪集熱方法及び装置

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JPH0776648B2
JPH0776648B2 JP3078597A JP7859791A JPH0776648B2 JP H0776648 B2 JPH0776648 B2 JP H0776648B2 JP 3078597 A JP3078597 A JP 3078597A JP 7859791 A JP7859791 A JP 7859791A JP H0776648 B2 JPH0776648 B2 JP H0776648B2
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JP
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heat
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aquifer
building
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隆幸 飛山
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日本地下水開発株式会社
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44Heat exchange systems

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  • Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)
  • Cleaning Of Streets, Tracks, Or Beaches (AREA)
  • Road Paving Structures (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は帯水層の蓄熱利用によ
る冷暖房消雪集熱方法およびその装置に係り、特に人為
的に夏期の太陽熱を集めて地下の帯水層に蓄えておき、
半年後の冬期に取り出して暖房と消雪に利用し、また、
冬の低温を集めて地下の帯水層に蓄えておき半年後の夏
期に取り出して冷房に利用し、太陽熱を集める冷暖房消
雪集熱方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、特公昭58−11529号公報に
開示された地下水利用方法では夏期は冷水帯に設けた揚
水井から揚水ポンプで低温度(7〜10℃)の地下水を
汲み上げ、揚水管を経て屋内の熱交換器に送り、冷房用
ファンで室内空気を熱交換器上を経て循環し、水温約2
0℃の温水とし、冷房後の終末水を配管によって屋上に
運び、散水ノズルにより屋根上に散水し、外気温度30
℃の場合は27〜29℃まで水温を上昇させることによ
って太陽熱を吸収させる。このように加温された温水を
管によって注入井に導き、地中深く注入することによっ
て地下の各地層が加温されると同時に、注入された温水
によって温水帯が生まれる。
【0003】更に、冬期には、温水帯に設けた揚水井か
ら揚水ポンプによって高温(23〜25℃)の地下水を
汲み上げ揚水管を経て屋内にある暖房用熱交換器に送り
暖房用ファンにより室内空気をこの熱交換器上に循環さ
せることによって、温水による暖房を行い、暖房後の終
末水を配管によって屋上及び敷地に運び、散水ノズルか
ら散水することによって屋根上の積雪を消雪するように
使用する。これによって水温は地下水の常温よりもはる
かに低く外気温度にほぼ近い5〜7℃の温度になる。こ
の温度低下された終末水は管によって再び地下に導き、
注入井によって地中深く注入し、帯水層に冷水帯をつく
る。
【0004】また、実公昭63−25466号公報に記
載された冷暖房設備における地下水の人工還元装置で
は、一方が温水井、他方が冷水井とされ、それぞれ汲み
上げポンプをもつ一対の涵養井と、この涵養井間を連通
し、井水を温水井から冷水井へ又は冷水井から温水井へ
流通させる導管と、冷凍ユニットとを具え、この冷凍ユ
ニットは一方が凝縮器として機能するとき他方が蒸発器
として機能する第一、第二凝縮器兼蒸発器と両凝縮器兼
蒸発器を連通して冷媒の循環管路を構成する第一、第二
管路と、この第一、第二管路にそれぞれ設けられて循環
管路内の冷媒の流れ方向を切り換える切り換え弁とを有
し、第一凝縮器兼蒸発器において導管内の井水と循環管
路内の冷媒とが熱交換し、第二凝縮器兼蒸発器において
負荷側の管路内の流体と循環管路内の冷媒とが熱交換す
るようになっているものが知られていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術は多くの課題をもっていた。すなわち、前記特公昭
58−11529では建物の冷房や暖房に使った後の温
水や冷水を屋上に散水して太陽熱を集めたり、自然放冷
したりしてから直接地下水帯に注入していたため地上の
粉塵や汚れが地下水帯に導かれ、地下汚染を引き起こす
ことにつながっていた。また、夏期に温水を散水して太
陽熱を集めようとしても外気温度以上には水温が上がら
ないためこの温水を地下に蓄えても冬期に揚水される地
下水温が常温の地下水温よりも僅かに高いだけであるた
め、このままでは暖房用には使えない欠点があった。
【0006】また、前記実公昭63−25466号では
温水井と冷水井を有し冷凍ユニットを介して夏期は建物
の冷房を行う熱の単一的利用であり、冬期も建物の暖房
を行う熱の単一的利用であり、省資源省エネルギーの見
地から熱の有効利用が行われなかった欠点があった。
【0007】本発明は上記事情に鑑みて完成されたもの
であり、夏期の太陽熱を地下の帯水層に蓄えて半年後の
冬期の暖房と消雪に利用し、また冬期の冷熱を同じく地
下の帯水層に蓄えて半年後の夏期の冷房と路面の冷却に
利用でき、安全でかつ燃焼ガスを発生しないため大気汚
染の防止に役立ち、夏期の冷房において建物内部の熱を
大気中に廃棄放出しないため地球の温暖化防止にも役立
つ帯水層の蓄熱利用による冷暖房消雪集熱方法及び装置
を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、夏期に地下の帯水層に蓄えておいた温かい
地下水を冬期に温水井から揚水してヒートポンプの蒸発
器に導き、該ヒートポンプの冷凍サイクルの中で吸熱昇
温して温水を造り、該温水を建物に導いて該建物内部の
暖房を行い、前記ヒートポンプの蒸発器を通過した冷た
い地下水を舗装体内に埋設したパイプ内に通水して舗装
面の上に降る雪を融かし、その後のより一層冷たく冷え
た地下水をもう一方の冷水井から地下の帯水層に還元し
て該帯水層の中に冷熱を蓄え、次の夏期には前記冷水井
から帯水層内の冷水を汲み上げて建物内に送って建物内
部から吸熱して温水をつくり、該温水を舗装体内に埋設
したパイプ内に送って太陽熱を集めて高温水とし、該高
温水を前記温水井から地下の帯水層に還元して帯水層の
中に温熱を蓄えておき、前記揚水と還元の操作を毎年繰
り返し交互に行うことを特徴とした帯水層の蓄熱利用に
よる冷暖房消雪集熱方法である。
【0009】また、温水井と冷水井とを有し、前記温水
井中には第一揚水ポンプと第一注入管を設け、該第一揚
水ポンプの上部は揚水管によってヒートポンプの蒸発器
の入り口部に接続し、該蒸発器の出口部からは別の管路
が第一切り替弁を介して舗装体内に埋設した小径パイプ
と接続するとともに、前記温水井内の水中に延びた第一
注入管と接続され、一方前記小径パイプの末端は第二切
り替弁を介して冷水井中の第二注入管に接続されるとと
もに、建物内に設けた放熱器兼集熱器に管路で接続さ
れ、該管路の末端には冷水井中の第二揚水ポンプが接続
されており、また前記ヒートポンプの凝縮器の出入り口
部は第一循環ポンプを介して貯湯タンクとの間に循環管
路を形成し、前記貯湯タンクは第二循環ポンプを介して
建物内部の放熱器兼集熱器との間にもう一つの循環管路
を形成することを特徴とした帯水層蓄熱利用による冷暖
房消雪集熱装置である。
【0010】
【作用】次に本発明の作用について説明する。本発明の
帯水層の蓄熱利用による冷暖房消雪集熱方法および装置
は夏期に地下の帯水層に蓄えておいた温かい地下水を温
水井から冬期に第一揚水ポンプで揚水してヒートポンプ
の蒸発器に導き、そのヒートポンプの冷凍サイクルの中
で吸熱昇温して貯湯タンクの中に温水を造り、この温水
を建物内部の放熱器兼集熱器に導いて該建物内部の暖房
を行い、前記ヒートポンプの蒸発器を通過した冷たい地
下水を舗装体内に埋設したパイプ内に通水して舗装体内
に蓄熱し、この熱の放熱により舗装面の上に降る雪を融
かして舗装面の凍結防止を行うとともに、無降雪時にも
通水して舗装面より放熱させ、その後のより一層冷たく
冷えた地下水を下端が冷水井内の水中に没して設けた第
二注入管を経由してもう一方の冷水井から地下の帯水層
に還元して該帯水層の中に冷熱を蓄えておく。
【0011】次の夏期には前記冷水井から帯水層内の冷
水を第二揚水ポンプで汲み上げて建物内部の放熱器兼集
熱器に送って建物内部から吸熱させて温水をつくり、こ
の温水を舗装体内に埋設したパイプ内に送って舗装面の
受ける太陽熱を集めて高温水とし、その高温水を下端が
温水井内の水中に没して設けた第一注入管を経由して前
記温水井から地下の帯水層に還元して帯水層内に蓄熱し
ておくものであり、前記揚水と還元の操作を毎年繰り返
し交互に行うものである。
【0012】
【実施例】次に本発明に係る帯水層の蓄熱利用による冷
暖房消雪集熱方法及び装置の実施例を図面を参照して説
明する。図1にはこの発明の帯水層蓄熱利用による冷暖
房消雪集熱装置を建物に適用した場合の実施例が示され
ている。図示されるように、この発明の冷暖房消雪集熱
装置を実施する温水井1と冷水井2は深さ100m〜3
00mの深さをもって地下深く削井され、前記温水井1
の水中には第一揚水ポンプ3と第一注入管5を設け、第
一揚水ポンプの上部には揚水管7aが接続され地上に設
けたヒートポンプ8の蒸発器9の入り口部に接続し、蒸
発器9の出口部分からは別の管路が第一の三方切り替弁
11を介して延び、好ましくはアスファルトなどの黒い
色をした舗装体13内に埋設した小径パイプ14と接続
し、また第一切り替弁11は前記温水井1内の水中に下
端を没した第一注入管5と接続し、前記小径パイプ14
の末端は第二の三方切り替弁12を介して第二注入管6
が冷水井2の中の水中にまで延びて設置してある。
【0013】また、この第二切り替弁12は建物15内
に設けた放熱器兼集熱器16bを介して管路で接続し、
その管路の末端には揚水管7bと第二揚水ポンプ4が接
続されて冷水井2の中の水中に設置してあり、一方前記
ヒートポンプ8の凝縮器10の出入り口部は第一循環ポ
ンプ17を介して貯湯タンク19との間に循環管路を形
成し、また、前記貯湯タンク19は第二循環ポンプ18
を介して建物内部の放熱器兼集熱器16aとの間にもう
一つの循環管路を形成している。
【0014】したがって、このように構成された本実施
例において、夏期に地下の帯水層20に蓄えておいた2
5℃〜30℃の温かい地下水を温水井から冬期に第一揚
水ポンプ3で揚水してヒートポンプ8の蒸発器9に導
き、このヒートポンプの冷凍サイクルの中で吸熱昇温し
て貯湯タンク19の中に45℃〜50℃の温水を造り、
この温水を建物内部の放熱器兼集熱器に導いて該建物内
部の暖房を行う。
【0015】一方、前記ヒートポンプ8の蒸発器9を通
過した15℃〜20℃の冷たい地下水を舗装体内13に
埋設した口径15mmの鋼管製のパイプ14内に通水して
舗装体内に蓄熱し、この熱の放熱により舗装面の上に降
る雪を融かして舗装面の凍結防止を行うとともに、暖房
運転中は無降雪時にも通水して舗装面より放熱させ、そ
の後のより一層冷たく冷えた5℃〜7℃の地下水を下端
が冷水井2内の水中に没して設けた第二注入管6を経由
して冷水井2から地下の帯水層20に還元して帯水層の
中に冷熱を蓄えておく。
【0016】次の夏期には前記冷水井2から帯水層20
内の6℃〜8℃の冷水を第二揚水ポンプ4で汲み上げて
建物内部の放熱器兼集熱器16bに送って建物内部から
吸熱して10℃〜15℃の地下水とし、その地下水を舗
装体13内に埋設したパイプ14内に送って舗装面の受
ける太陽熱を集めて30℃〜40℃の高温水とし、その
高温水を下端が温水井1内の水中に没して設けた第一注
入管5を経由して前記温水井1から地下の帯水層20に
還元して帯水層内に蓄熱しておくものであり、前記揚水
と還元の操作を毎年繰り返し交互に行うものである。
【0017】本実施例においては温水井と冷水井とを設
けて揚水と還元を交互に行っているが、地下水の流速と
流れ方向、使用水量、帯水層の厚さ及び帯水層の空隙率
などを明確に把握して二つの井戸の距離と深さを求め、
地下水の下流側に揚水井を設け、上流側に還元井を設け
ることにより、夏期に集熱した温水を上流側の還元井か
ら地下の帯水層に還元すると、次の冬期にはこの帯水層
の中の温水塊が下流側の揚水井付近に到達しているか
ら、冬期には揚水井から温水を汲み上げて暖房や消雪等
に利用した後の冷水を再び上流側の還元井に還元して次
期の夏の利用に蓄えておくこともできる。
【0018】さらに、本実施例の夏期の利用において
は、ヒートポンプの運転を停止しているが建物内部の空
調状況によっては、図示しない別の管路を設けてヒート
ポンプを冷房運転に切り替えて建物内部の冷房を行って
もよい。
【0019】
【発明の効果】本発明は以上説明したとおりの構成を有
しているから、次のような効果を奏する。本発明に係る
帯水層の蓄熱利用による冷暖房消雪集熱方法は、夏期の
温熱を地下の帯水層に蓄えて半年後の冬期の暖房と消雪
の二段階に利用するため省エネルギーに資することが大
きく、また冬期の冷熱を地下の帯水層に蓄えて半年後の
夏期の冷房と集熱の二段階に利用するため省エネルギー
に資することがさらに大きくなる。
【0020】また、冬期の暖房においては化石燃料の燃
焼を伴わないため火災の危険性が全くなく、安全でかつ
燃焼ガスが発生しないため大気汚染の防止に役立つ。ま
た、夏期の冷房においては従来の冷房方法と異なり、建
物内部の熱を大気中に廃棄放出しないため地球の温暖化
防止に資する効果が大きい。さらに、夏期の冷房後の温
排水を駐車場路面内等に埋設したパイプ内に通水して太
陽熱を集めるため舗装材の軟化防止に役立つと共に、駐
車場路面等の受ける太陽熱を地下の帯水層に蓄えておく
ため地球の温暖化の防止に資する効果は極めて大きいも
のがある等の多くの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す一部斜視断面図であ
る。
【符号の説明】
1 温水井 2 冷水井 3 第一揚水ポンプ 4 第二揚水ポンプ 5 第一注入管 6 第二注入管 7 揚水管 8 ヒートポンプ 9 蒸発器 10 凝縮器 11 第一切り替弁 12 第二切り替弁 13 舗装体 14 小径パイプ 15 建物 16 放熱器兼集熱器 17 第一循環ポンプ 18 第二循環ポンプ 19 貯湯タンク 20 帯水層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 夏期に地下の帯水層に蓄えておいた温か
    い地下水を冬期に温水井から揚水してヒートポンプの蒸
    発器に導き、該ヒートポンプの冷凍サイクルの中で吸熱
    昇温して温水を造り、該温水を建物に導いて該建物内部
    の暖房を行い、前記ヒートポンプの蒸発器を通過した冷
    たい地下水を舗装体内に埋設したパイプ内に通水して舗
    装面の上に降る雪を融かし、その後のより一層冷たく冷
    えた地下水をもう一方の冷水井から地下の帯水層に還元
    して該帯水層の中に冷熱を蓄え、次の夏期には前記冷水
    井から帯水層内の冷水を汲み上げて建物内に送って建物
    内部から吸熱して温水をつくり、該温水を舗装体内に埋
    設したパイプ内に送って太陽熱を集めて高温水とし、該
    高温水を前記温水井から地下の帯水層に還元して帯水層
    の中に温熱を蓄えておき、前記揚水と還元の操作を毎年
    繰り返し交互に行うことを特徴とした帯水層の蓄熱利用
    による冷暖房消雪集熱方法。
  2. 【請求項2】 温水井と冷水井とを有し、前記温水井中
    には第一揚水ポンプと第一注入管を設け、該第一揚水ポ
    ンプの上部は揚水管によってヒートポンプの蒸発器の入
    り口部に接続し、該蒸発器の出口部からは別の管路が第
    一切り替弁を介して舗装体内に埋設した小径パイプと接
    続するとともに、前記温水井内の水中に延びた第一注入
    管と接続され、一方前記小径パイプの末端は第二切り替
    弁を介して冷水井中の第二注入管に接続されるととも
    に、建物内に設けた放熱器兼集熱器に管路で接続され、
    該管路の末端には冷水井中の第二揚水ポンプが接続され
    ており、かつ前記ヒートポンプの凝縮器の出入り口部は
    第一循環ポンプを介して貯湯タンクとの間に循環管路が
    形成され、前記貯湯タンクは第二循環ポンプを介して建
    物内部の放熱器兼集熱器との間にもう一つの循環管路が
    形成されていることを特徴とした帯水層蓄熱利用による
    冷暖房消雪集熱装置。
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