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Q1006.地下水の熱エネルギーを利用する技術について教えてください。
従業員50名、給排水・冷暖房などの設備工事を主とする建設業です。最近、地下水の熱エネルギーを活用した技術が進んでいることを聞きました。環境に優しいこともあり、これまでの設備工事関連の技術を生かして新たな事業を検討したいと考えています。

地下水の熱エネルギーは、天候や地域に左右されない再生可能エネルギーです。1年を通した恒温のエネルギーのため、効率の良い冷暖房などができます。 ただし、イニシャルコストが高いこと、揚水、放流については法律や規制などがあることに注意が必要です。

Q10062016年2月19日

テーマ:省エネ

【地下水の特徴】

地下水の特徴は水温が安定していることです。深さ10mほどにある地下水の温度は、土壌の断熱機能により昼夜および1年を通して10-20℃とほぼ一定です。そのため地表が低温時の温熱源、あるいは地表が高温時の冷熱源として利用することができます。また、太陽光や風力と違い、天候や地域に左右されません。
 ただし、過剰に揚水すると地盤沈下、また安易な放流は環境に悪影響を起こす恐れがあります。

【地下水(地中熱を含む)の熱利用技術】

代表的な熱利用技術を、以下に紹介します。

1.水循環による消融雪システム

冬季でも温かい地下の水を温熱源とし、無散水で消融雪するシステムです。
 地中と地表に配管を巡らし、地中の配管内温水(あるいは不凍液)を循環ポンプで汲み上げ、地表の道路舗装体内に配置した融雪管内を循環させます。
 それにより道路上の雪を消融雪し、その後、熱を奪われて低温となった水(あるいは不凍液)を循環ポンプで地中に戻します。地中に戻った水は周囲と熱交換して再び温水となります。システムではこれを循環させます。

2.ヒートポンプによる冷暖房システム

地下水を帯水層から汲み上げ、冷暖房システムの熱交換器であるヒートポンプの温熱源、あるいは冷熱源として利用する方式です。ヒートポンプで熱交換された地下水は帯水層に戻します。この方式は、配管が閉じていないためオープンループとも呼ばれます。
 この冷暖房システムは、外気と熱交換を行うヒートポンプ方式(一般のエアコン)と比較して効率がよい、外気温が-15℃以下でも作動が可能、室外機の騒音がない、室外機から熱の排出がないためヒートアイランド現象が抑制できるなどの利点があります。
なお、地下水を汲み上げるのではなく、地中に配管を埋設し、その配管内の水(あるいは不凍液)を汲み上げ、ヒートポンプで熱交換した後、地中に戻す方式もあります。この方式は配管が閉じており、すべて配管内で熱交換をするため孔内熱交換型(クローズドループ)と呼ばれます。

【地下水、あるいは地中熱の熱利用の課題と留意点】

1.イニシャルコスト

熱交換井戸の掘削、配管工事などのイニシャルコストは高くなります。トータルコストで検討する必要があります。

2.地中への熱負荷

地中に対して採熱、放熱を行うことから、地中への熱負荷が増加します。設置場所などについて検討が必要です。

3.揚水、放流について確認

過剰な揚水は地盤沈下、安易な放流は環境への影響などを招きます。法律、地方自治体の条例、行政機関の規制などについて確認が必要です。

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