JPS6024372B2 - 太陽熱および地下水を熱源とする冷暖房装置 - Google Patents

太陽熱および地下水を熱源とする冷暖房装置

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JPS6024372B2
JPS6024372B2 JP56129773A JP12977381A JPS6024372B2 JP S6024372 B2 JPS6024372 B2 JP S6024372B2 JP 56129773 A JP56129773 A JP 56129773A JP 12977381 A JP12977381 A JP 12977381A JP S6024372 B2 JPS6024372 B2 JP S6024372B2
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heat
water
well
tank
heating
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JPS5831237A (ja
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善吉 山口
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Tohoku Electric Power Co Inc
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0046Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater using natural energy, e.g. solar energy, energy from the ground
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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】 この発明は太陽熱・地下水を熱源とした省エネルギー効
果が大なる冷暖房装置に関する。
周知のように、ビルや家屋等の構築物に使用される冷暖
房装置としては、‘aー 冷房には冷凍機、暖房には重
油ボィラを使用したもの。
【b’空気熱源ヒートポンプによる冷暖房兼用のもの。
‘c’太陽熱を熱源とする吸収式冷凍機と重油ボィラを
粗合せたもの。などがある。
ところで、上記【aー、【b’における冷凍機およびヒ
ートポンプに使用される冷却塔または加熱塔は、空気汚
染等の影響によって腐蝕されたり、それ自体から発生さ
れる騒音等により都市公害を引き起している。また、冷
凍機などのコンブレッサモータは起動・停止の繰返し運
転が行なわれる。一般に、コンブレッサは起動されてか
ら安定状態となるまでに数分間要するため、その間のエ
ネルギー損失が大きい。したがって、繰返し起動、停止
が行なわれると多大なエネルギーを損失することになる
。さらに、コンブレッサは軽負荷時に効率が著しく低下
するため、この場合においてもエネルギー損失を生ずる
。また、上記{机こおける暖房および‘dにおける太陽
熱利用暖房の補助としては重油ボィラが使用される。し
たがって、省エネルギー効果が小さいものである。この
発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的と
するところはヒートポンプの熱源として太陽熱および地
下水の自然エネルギーを利用し、且つヒートポンプの回
転速度を制御することによって、エネルギー損失を軽減
でき、無公害で省エネルギー効果が良好な冷暖房装置を
提供しようとするものである。
以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
る。
図面において、11は太陽熱集熱器(以下、コレクター
と称す)であり、このコレクター11はビルの屋上等日
照条件の良好な場所に設置される。
このコレクター11は配管12,13によって集熱槽1
4,15に連結され、この集熱槽I4,15は隔壁Aの
下端部で連通される。前記配管12には循環ポンプ16
が設けられるとともに、前記集熱槽14に連結されたバ
イパス用配管17が蓮通され、この配管17および前記
配管13にはそれぞれ電動二方弁18,19が設けられ
る。一方、20は周知のヒートポンプであり、20aは
コンブレッサ、20bは膨張弁である。
これらコンブレッサ20aおよび膨張弁20bは熱源側
の水熱交換器20cおよび負荷側の水熱交換器20dを
介して連結される。この負荷側の熱交換器20dは配管
21,22を介して、空気調和機23に連結され、前記
配管22には循環ポンプ24が設けられる。また、熱源
側の熱交換器20cには配管25,26が設けられ、こ
の配管25,26にはそれぞれ電動三方弁27,28が
設けられる。この配管26には三方弁28と熱交換器2
0cの中間部に循環ポンプ29が設けられる。前記三方
弁27,28にはそれぞれ配管30,31および32,
33が設けられ、このうち配管30,32はそれぞれ前
記集熱槽14,15に連結され、配管31,33はそれ
ぞれ井水槽35,34に連結される。そして、前記ヒー
トポンプ20には三方弁27,28の切換え制御により
集熱槽14,15あるし、は井水槽34,35の熱源が
供給される。この井水槽34,35は隔壁Bの下端部で
運速されており、井水槽34は配管36を介して揚水井
戸37に連結され、この地下水は配管36に設けられた
揚水ポンプ38により前記井水槽34に汲み上げられる
。また、前記井水槽35は配管39を介して還元井戸4
川こ連結され、前記井水槽35の地下水は配管39に設
けられた還元ポンプ41により還元井戸4川こ房これる
。さらに、前記ヒートポンプ20‘こおけるコンブレッ
サ20aの図示せぬモータには速度制御器42が設けら
れ、この速度制御器42は図示せぬ計算機より出力され
る信号電圧によって制御される。即ち、計算機には予め
空気調和機23が設置される部屋の室温および前記配管
26の水温が設定されており、この設定値と実際の室温
および水温の差に応じて信号電圧が出力される。この信
号電圧は速度制御器42において電圧に応じた例えば3
2〜64日2の周波数の電圧に変換されコンブレッサ2
0aのモータに供給される。したがって、コンプレッサ
20aの回転速度が制御され、冷暖房能力が可変される
とともに室温が一定に保たれる。また、前記電動二方弁
18,19、三方弁27,28、ポンプ16,24,2
9,38,41はそれぞれ冷房時あるいは暖房時におい
て、外気温や室温または水温等に応じて図示せぬ計算機
によって制御される。
次に、上記穣成において暖房動作について説明する。
先ず、ヒートポンプ20、空気調和機23および循環ポ
ンプ24,29は予め設定された空調時間帯に応じて起
動される。コレクター11の集熱面温度と集熱槽14と
の温度差が設定値以上で、且つ、これらの温度が地下水
の温度、即ち、井水槽34の水温と同等以上の場合、循
環ポンプ16が起動され集熱槽14の水がコレクタ−1
1に送られて太陽熱で昇温され、配管13を介して集熱
槽15に戻される。尚、集熱槽14には予め例えば地下
水が汲み上げられている。このように集熱槽14の水が
循環され、コレクター11の集熱面温度と集熱槽14と
の温度差が設定値以下になると循環ポンプ16が停止さ
れる。そして、配管26の水温によって電動三方弁27
,28および循環ポンプ29が作動される。この場合、
井水槽34,35より集熱槽14,15のほうが高温で
あるから、配管25,26には電動三方弁27,28を
介して配管30,32が連結される。よって、集熱槽1
5の温水は配管32→電動三方弁28→ポンプ29→配
管26→熱交換器20c→配管25→電動三方弁27→
配管30→集熱槽14の経路で循環され、ヒートポンプ
20‘こ太陽熱による熱源が供給される。また、集熱槽
15の水温が井水槽34の水温よりも低い場合は電動三
方弁27,28によって配管25,26に配管31,3
3がそれぞれ連結される。よって、井水槽34の水は配
管33→電動三方弁28→ポンプ29→配管26→熱交
換器20c→配管25→電動三方弁27→配管31→井
水槽35の経路で循環され、ビートポンプ20に地下水
による熱源が供給される。この状態において、井水槽3
4の水温が設定値よりも低くなると、揚水ポンプ38が
起動され揚水井戸37から温度の高い地下水が汲み上げ
られる。この結果井水槽35の水位が設定値以上になる
と、還元ポンプ41が起動され井水槽35の地下水が還
元井戸4川こ戻される。還元井戸4川こ注入された地下
水のもつ熱エネルギーは井戸周囲の冷熱源として地中に
蓄積される。このようにして、ヒートポンプ2川こは太
陽熱あるいは地下水によって得られた温熱源が供v給さ
れ、この温熱源からヒートポンプ20を介して温水が作
られる。この温水は循環ポンプ24、配管21,22、
空気調和機23を循環され暖房が行なわれる。尚、外気
温が設定値以下になると電動二方弁18,19が作動さ
れ、コレクター11および配管12,13内の循環水が
集熱槽14,15に戻されて循環水の凍結が防止される
次に、冷房動作について説明する。
先ず、ヒートポンプ20、空気調和機23および循環ポ
ンプ24,39は予め設定された空調時間帯に応じて起
動される。電動三方弁27,28は予め設定された配管
26の水温に応じて作動され、井水槽34から循環ポン
プ29によって地下水が汲み上げられる。この地下水は
配管33→電動三方弁28→ポンプ29→配管26→熱
交換器20c→配管25→電動三方弁27→配管31→
井水槽35の経路で循環され、ヒートポンプ201こ地
下水による熱源が供V給される。井水槽34の水温が設
定値以上に高くなると、揚水ポンプ38が作動され、揚
水井戸37から井水槽34へ温度の低い地下水が汲み上
げられる。この結果井水槽35の水位が設定値以上にな
ると、還元ポンプ41が起動され井水槽35の地下水が
還元井戸40に戻される。還元井戸40‘こ注入された
地下水のもつ熱エネルギーは井戸周囲の地中に温熱源と
して蓄積される。このようにして、ビートポンプ2川こ
は地下水から得られた冷熱源が供給され、この冷熱源か
らヒートポンプ20を介して冷水が作られる。この冷水
は循環ポンプ24、配管21,22、空気調和機23を
循環され冷房が行なわれる。尚、ヒートポンプ20の冷
暖房運転の切換えは図示せぬが配管25,26および配
管21,22に設けられた仕切弁の切替え、あるいはコ
ンブレッサ20aにおける冷媒回路の吐出および吸込側
に設けられた四方弁の切替えによって行なわれる。
上記構成によれば、暖房時には太陽熱および地下水のう
ち最適熱源、より温度源を得、冷房時には地下水より冷
熱源を得、これら熱源よりヒートポンプ20を介して温
水あるいは冷水を作り冷暖房を行なっている。
したがって、従釆のように暖房時において重油ボィラ等
の補助熱源を必要とせず、自然エネルギーのみで暖房を
行ない得るため省エネルギー効果を有するものである。
また、熱源系の電動弁、循環ポンプを熱源系の温度、流
量に応じて計算機制御している。
このため、太陽熱、地下水を高効率利用することが可能
である。さらに、ヒートポンプ20のコンブレツサ用モ
ータは冷暖房能力に応じて回転速度が制御されるため、
起動、停止の回数が少なく、エネルギー損失を極力抑え
ることが可能である。
また、従釆の如く冷却塔および加熱塔を使用しないため
、騒音等の公害を発生することがない。
さらに、汲み上げられた地下水は還元井戸40に戻され
るため池盤沈下を生ずることがない。しかも、還元され
た地下水のもつ熱エネルギーは地下水の揚水時に自然エ
ネルギーのもつ熱エネルギーに付加される。このため、
冬季の冷熱は冷房時の冷熱源に、夏季の温熱は暖房時の
温熱源として再利用できるため大きな省エネルギーを図
ることが可能である。尚、この発明は上記実施例に限定
されるものではなく、発明の要旨を変えない範囲で種々
変形実施可能なことは勿論である。
以上、詳述したようにこの発明によれば、ヒートポンプ
の熱源として太陽熱および地下水の自然エネルギーを利
用し、且つヒートポンプの回転速度を制御することによ
って、エネルギー損失を軽減でき、無公害で省エネルギ
ー効果が良好な冷暖房装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明に係わる太陽熱および地下水を熱源とし
た冷暖房装置の一実施例を示す構成図である。 11・…”太陽熱集熱器、14,15…・・・集熱槽、
20・・・・・・ヒートポンプ、23・・・・・・空気
調和装置、27,28・・・・・・電動三方式、34,
35・・・・・・井水槽、16,24,29・・・・・
・循環ポンプ、37・・・・・・揚水井戸、38・・・
・・・揚水ポンプ、40・・・・・・還元井戸、41・
・・・・・還元ポンプ、42・・・・・・速度制御器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 水熱源を蓄える集熱槽および井水槽と、暖房時に所
    定の温度において動作され前記集熱槽の水を循環して太
    陽熱から得た熱源を前記集熱槽に供給する手段と、暖房
    時あるいは冷房時に所定の温度において動作され揚水井
    戸より地下水を前記井水槽に汲み上げる手段と、この井
    水槽が所定の水位となった状態で動作され井水槽の地下
    水を還元井戸に戻す手段と、前記集熱槽あるいは井水槽
    の水熱源を暖房時あるいは冷房時に選択的に取り出す手
    段と、この取り出された水熱源が供給され暖房時には温
    水、冷房時には冷水を作り空気調和機に供給するヒート
    ポンプと、冷暖房効率に応じて前記ヒートポンプのコン
    プレツサーの回転速度を制御する手段と、前記各手段を
    制御する計算機とを具備したことを特徴とする太陽熱お
    よび地下水を熱源とする冷暖房装置。
JP56129773A 1981-08-19 1981-08-19 太陽熱および地下水を熱源とする冷暖房装置 Expired JPS6024372B2 (ja)

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