JPS60245955A - 地中熱利用設備制御装置 - Google Patents

地中熱利用設備制御装置

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JPS60245955A
JPS60245955A JP59102102A JP10210284A JPS60245955A JP S60245955 A JPS60245955 A JP S60245955A JP 59102102 A JP59102102 A JP 59102102A JP 10210284 A JP10210284 A JP 10210284A JP S60245955 A JPS60245955 A JP S60245955A
Authority
JP
Japan
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temperature
heat
underground
pipe
amount
Prior art date
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Pending
Application number
JP59102102A
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English (en)
Inventor
Arata Hamaya
浜谷 新
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP59102102A priority Critical patent/JPS60245955A/ja
Publication of JPS60245955A publication Critical patent/JPS60245955A/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、地中に埋設された配管を介して地中熱を住宅
や温室の冷暖房の補助熱源として用いたり、太陽エネ/
L/ギーあるいは余剰エネルギーを地中に蓄熱すること
により、エネルギーを有効に利用する地中熱利用設備の
制御装置に関するものである。
従来例の構成とその問題点 近年、自然エネルギーの有効利用の観点から地中温度の
年間を通しての恒温性あるいは、熱容量が大きい事によ
る蓄熱・蓄冷により地中熱の有効利用がなされるように
なってきた。
以下に従来の地中熱利用装置について説明する、第1図
は従来の地中熱利用装置の構成図であり、1は地中に埋
設された配管、2は熱媒体の入口、3は熱媒体の出口、
4Fi送風器、5,6は温度検出器、7はタイマーある
いは、温度検出器5,6かものデータに応じて熱媒搬送
装置4の運転を制御する制御装置である。このように構
成された地中熱利用設備により、地中温度の恒温性を利
用し、熱媒体の入口2の温度が筒い場合には冷却、低い
場合には加温を行なう。又、同装置により太陽熱、余剰
暖房熱等の余剰エネルギーを導ヌし、地中へ蓄熱して、
時間帯のずれた熱利用時間帯に低温熱媒体を導入し、前
記蓄熱熱量を回収利用する。従乗法の一動作例として、
余剰エネルギーの蓄熱とその回収利用の場合について述
べる。
冬の日中で日射量が比較的大きく、余剰熱量がある時に
送風器4を運転して、暖気を入口2から配管1へ導入し
、地中に蓄熱させる。夜間、気温が低下し暖房負荷が生
じた時、温度検出器5の検出温度があらかじめ設定した
温度より低くなった場合、送風器4を駆動し、低温熱媒
を配管1に導入し、蓄熱した熱量で加温して出口3より
放出させ暖房負荷の低減に役立てる。この間温度検出器
5の検出温度または温度検出器6と6との温度差があら
かじめ設定した値よりも小さくなった場合、これは熱媒
体出口温Kが暖房負荷の低減に供するには低すぎるか、
あるいは地中蓄熱熱量の回収能力の低下を意味するので
、送風器4の運転を停止する。
このように従来法による設備においては、日中の余剰熱
を地中に蓄熱した後、夜間にその熱を回収利用する場合
においては、その都度に応じた出入口温度や管壁@度に
もとづいて、設備の運転制御をおこなう適応制御のみが
可能であり、蓄熱総量を考慮して熱利用を行なおうとす
る時間帯において、効率的熱回収のできる時間帯1時間
、風速等の運転条件設定及び自動制御等の利用用途に応
じた制御を行ない、有効かつ効率的な地中熱利用を行な
う事は困無である。地中の蓄熱量と回収可能量を決足し
、それにより地中熱利用設備の運転条件を決定するため
に従来法では以下の如〈実施されている。すなわち、管
壁の熱伝達係数、及び土の熱伝導率、比熱・比重等の物
性値の情報と、管壁温度、管周囲の地中温度、地上の気
象条件、配管の出入口熱媒温度の経時的実測値とを用い
て、簡単な演算処理により地中の蓄熱熱量及び回収可能
熱量を知る事が出来る。そのだめの従来法による一実施
例を空気を熱媒とした場合について第2図に示す。第2
図において、1は配管、2は空気の入口、3は空気の出
口、4は送風器、5は入口空気の温度検出器、6は出口
空気の温度検出器、9は管周囲の地中温度の温度検出器
(一点のみ図示しているが、より精度の高い蓄熱量計算
には管壁との距離の異なる複数個の温度検出器が必要で
ある。)、10は管壁温度の温度検出器、8はデータ処
理装置、7は送風器4の制御装置である。
この装置において、温度検出器6の検出温度が温度検出
器9,1oの検出温度に対して設定した温度差値以上高
くなった事をデータ処理装置8において判定した時、温
度差に応じた蓄熱効果の高い条件で送風器4の制御運転
を行ない蓄熱する。運転を続け、前記温度差が設定値以
下になった時に送風器4を自動的に停止して蓄熱運転を
止める。
運転停止後においても温度検出は継続され、回収可能熱
量の演算は続けられる。温度検出器6の温度が温度検出
器9.10の温度よりも低くなり、蓄熱熱量の回収運転
が必要になった時、温度検出器6,9.10の温度から
データ処理装置8により、回収可能熱量を算定し、運転
制御を行なって蓄熱された地中熱利用をすることができ
る。
この従来装置においては、管壁温度及び管周囲の地中温
度の温度検出器9、及び10は配管の埋設工事の際に地
中へ埋設し、それ以後、半永久的に地中に埋設放置され
た状態で温度検出を継続する事が必要である。このよう
に設置された検出器は管壁において生ずる結露や地中の
水分にさらされ続ける事とな秒、温度検出器の腐蝕・酸
化等による故障、断線、性能劣化か生じる可能性が多く
、また温度検出器9,10の耐用年数は設備全体の耐用
年数に比べ相当短かいのか普通である。しかし、こうし
た故障が生じた場合、これらの温度検出器9,1oは地
中に埋設あるいは埋設された配管の内部に設置されてい
るため、その補修、交換がきわめて困難であるという問
題がある。
発明の目的 本発明はこの問題点を解消するので、あらかじめ土、配
管の物性値、及び地中熱利用装置の寸法、設置仕様等の
値、及び地上にお、ける配管の熱媒入口温度、日射量の
計測値、更にメンテナンスが容易な場所に設置した温度
計による地中温度の計測値とを用いる事により、地中温
度、配管管壁温度を計測する茶なく、地中熱利用設備の
地中蓄熱量を考慮した運転制御を行なう装置を提供する
ものである。
発明の構成 本発明は、地中熱を利用するために埋設された配管と、
熱媒を配管へ導入する熱媒搬送装置と、地上の配管入口
の熱媒@度(外気温度と同一と考える)、日射量、メン
テナンスが容易な場所に配された地中温度の検出器と、
データ処理演算装置より構成され、熱伝導計算によシ地
中温度分布、管壁温度を算出し、更に蓄熱量、運転条件
を決定すると共に、運転条件に応じて熱媒搬送装置の運
転を制御するようにした地中熱利用設備制御装置である
29 実施例の説明 以下本発明を実施例にもとづいて詳細に説明する。第3
図は本発明の実施例を適用した地中熱利用設備を示すも
のである。以下、本発明による地中熱利用の制御につい
て第5図の暖房の場合に関する制御フo−チャートに従
って第3図、第4図を参照しつつ動作の説明を行なう。
まず配管1の管材、及び周囲の土の物性値、すなわち熱
伝導率、比熱、比量、配管の地面からの深さ、管径等の
設備の仕様値、地中熱利用設備の現在までの運転履歴状
況、及び外気温、日射量、地中温度の現在までの測定値
(これらの測定は、地中熱利用設備の運転、停止にかか
わらず、常時測定し、必要な期間のデータを更新記憶す
ることが推奨される)とから、後に記述する計算方法で
、配管1の周囲の地中温度分布16、及び管壁温度15
の予備計算を演算処理装置14で行なう。予備計算は通
常5日間程度とすることが推奨される。このようにして
得られた地中温度分布と管壁温度の結果を運転開始時、
すなわち、例えば運転をスタートする現時点の初期値と
して記憶装置13に記憶する。次に地中熱利用設備の供
給すべき熱負荷の有無を現時点での外気温2日射量の計
測値から判定する。
その結果、負荷のある場合には放熱運転モードに、負荷
のない場合には蓄熱運転モードに分岐する。
いま、負荷が有シ放熱運転が必要と判定された楊中の蓄
熱量(回収可能熱量)の計算を行ない(計算は演算処理
装置14で行なう)、放熱運転が可能か否かを判定する
。否の場合には、運転は行なわない。可能の場合には放
熱量、負荷量との関係から補助熱源の運転条件をも含め
た、地中熱利用装置の最適省エネルギー運転を行なう。
一定時間後(通常1時間が推奨される)にその時点での
計測データ、その間の放熱運転の条件を用いて、熱伝導
計算を行ない、その時点での地中温度分布、管壁温度を
算出し、記憶装置13に記憶し、以下同様にこの時点で
の負荷の有無を判定し、放熱・蓄熱の判定を行ない放熱
の場合には、前述と同様の手順をくり返えす。蓄熱運転
モードの場合は、地中温度分布、管壁温度の値と配管人
口2の熱媒温度との関係から蓄熱運転が可能か否かを判
定する。否の場合には運転は行なわない。可能の場合に
は蓄熱運転を行なう。一定時間後(例えば1時間後)に
その時点での計測データ、その間の蓄熱運転の条件を用
いて熱伝導計算を行ない、地中温度分布、管壁温度を算
出し、記憶装置13に記憶し、以降同様の操作と運転を
自動的にくり返えす。
一方、地中温度分布15、管壁温度16は以下の演算処
理方法により、演算処理装置14において行なう。まず
、熱媒搬送速度の関数としてあられされたヌッセルト数
を用いて(1)式により、対流熱伝達率を計算する。
α=Nuλ/D ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・(1)ここで α:管壁における熱伝達率 λ:原流体熱媒)の熱伝導率 D=単位長さ Nu:ヌッセルト数 Nuは配管の形状、流体の状態によシ異なるが、円管内
を流体が乱流で流れ、流れが発達した流れを例とすると Nu=0.023Re”Pr’°’ =−−−−−−・
−=・(2)で表わされる。
ここで)te:レイノルズ数 Prニブラントル数 1(e=uD/ν ・・印・・・・・・印・・・・(3
)U:流体(熱媒)の流速 ν: 流体(熱媒)の動粘性係数 Pr−ν/b ・・・・・・・・・・・・・・(4)b
= 流体(熱媒)の熱拡散率 ただし、熱媒が停止している場合には、熱伝達率として
一定値(例えば、熱媒が空気の場合には6程度が推奨さ
れる)を用いる。
次に、管壁表面における熱平衡式(6)から、管壁の設
定時間々隔(1)毎の表面@度を計算する。
・・・・・・・・・・・・・・・・・・(5)ここに C:土の比熱 θin”熱媒の導入入口温度γ:土の比
重量 θW:管壁の表面温度h:差分間隔 W:蒸発・
凝縮に伴なう潜熱量λS:土の熱伝導率 次に、管周囲の土の温度分布を熱伝導方程式(6)式を
差分化し、設定時間間隔(1)毎の管周囲の地中温度分
布を計算する。
熱伝導方程式(σ)を差分法で計算する場合の配管から
光分離れた地中での温度は温度検知器12の実測値を用
いる。
ここで a:土の温度伝導率 以上説明した計算法手順により、管壁及び管周囲の地中
温度分布を計測器を用いる事なく計算でき、前述の地中
熱利用設備の制御条件決定に用いる事が可能となる。
発明の効果 仁のようにして、本発明では地中熱利用、地中蓄熱利用
、等妬おいて、熱媒の入口、出口温度から熱利用運転を
制御する適応制御だけではなく、地中での蓄熱量、すな
わち回収熱量を見積り、その量に応じた放熱あるいは蓄
熱運転制御を有効に行なう事を可能にすると共に、制御
に必要となる地中温度を測定器を設置する事なく推定す
るので、化石エネルギー消費を最少限にする省エネルギ
ー運転制御が可能であると共に、メンテナンスフリーシ
ステムとして長期にわたる信頼性を維持するという顕著
な効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は各々従来の地中熱利用装置の一例
を示す概略図、第3図は本発明による地中熱利用設備制
御装置の概略図、第4図は第3図の装置におけるA −
A’断面における温度分布図、第5図は本発明による装
置の制御運転の手順を示したフローチャートである。 1・・・・・・地中配管、2・・・・・・熱媒の入口、
3・・・・・・熱媒の出口、4・・・・・・熱媒搬送装
置、6・・・・・・熱媒の入口温度測定器、6・・・・
・熱媒の出口温度測定器、了・・・・・熱媒搬送装置の
制御装置、8・・・・・・データ処理装置、9・・・・
・・地中温度測定器、10・・・・・・管壁温度測定器
、11・・・・・・日射量測定器、12・・・・・・地
中温度測定器、13・・・・・・記憶装置、14・・・
・・・演算処理装置、16・・・・・・管壁温度、16
・・・・・・地中温度、17・・・・・・管内空気温度
。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第2図 第3図 第4図 i−I L Lす1 5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 地中に埋設された配管と、熱媒を前記配管へ導入・排出
    する熱媒搬送装置と、前記配管の入口空気の温度検出手
    段と、土の物性値、前記配管の寸法及び設置仕様数値な
    らびに地中@度と前記配管の管壁@度との初期値を記憶
    する記憶手段とを有し、前記温度検出手段からの情報と
    前記記憶手段からの情報とから、前記配管周囲の地中温
    度分布及び前記配管管壁の温度を予測して前記熱媒搬送
    装置の運転を制御する事を特徴とする地中熱利用設備制
    御装置。
JP59102102A 1984-05-21 1984-05-21 地中熱利用設備制御装置 Pending JPS60245955A (ja)

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JP59102102A JPS60245955A (ja) 1984-05-21 1984-05-21 地中熱利用設備制御装置

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JP59102102A JPS60245955A (ja) 1984-05-21 1984-05-21 地中熱利用設備制御装置

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JPS60245955A true JPS60245955A (ja) 1985-12-05

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001042721A3 (en) * 1999-12-12 2001-12-27 Enlink Geoenergy Services Inc An energy transfer system and a method for providing energy transfer services
DE102004061391A1 (de) * 2004-12-21 2006-07-06 Repower Systems Ag Temperaturregelung in einer Windenergieanlage
DE102015217035A1 (de) 2015-09-04 2017-03-09 Wobben Properties Gmbh Windenergieanlage und Verfahren zum Steuern einer Kühlung einer Windenergieanlage

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