成果報告書詳細
管理番号20160000000393
タイトル平成26年度-27年度成果報告書 再生可能エネルギー熱利用技術開発 コストダウンを目的とした地中熱利用技術の開発 戸建住宅及び小規模-中規模建築物を対象とした地中熱配管埋設工法の研究開発
公開日2016/6/15
報告書年度2014 - 2015
委託先名旭化成建材株式会社
プロジェクト番号P14017
部署名新エネルギー部
和文要約本事業で開発する工法は、年稼働率が高い小口径鋼管杭の施工機械を活用することで、地中熱配管埋設時の施工単価を下げ、安価な熱交換器を提供するものである。主に下記のような特長を持つ。1)無排土(低排土)施工により、残土処分費が不要2)羽根付き鋼管治具を用いた泥水を使用しない乾式工法で、施工が効率的で簡略3)プラント設備等の付帯設備が必要ないため、住宅地域など狭隘地での施工が可能 本事業により、羽根付き鋼管治具による熱交換器埋設工法を開発する。実現する目標を下記のように設定した。(1)熱交換器埋設コスト(配管工事、材料費、残土処理費を含む)を8,000円/m以下にする。(2)施工速度(掘削、配管埋設含む)を60m/日以上にする。(3)発生残土を羽根径掘削体積の30%以下にする。 H26年度は開発工法の羽根付き掘削鋼管治具、鋼管継手部、先端蓋の設計、製作を行い、H27年度は地盤の異なる4現場にて施工試験を実施して以下の結果を得た。(1)土質N値50以上の硬質粘土層や砂層、砂礫層も掘削を可能である掘削方法を確立して、4現場での施工試験を実施した結果、施工速度は平均で70.6m/日となり、目標施工速度の60m/日以上を達成した。(2)掘削後に安定的に取り外すことが可能な先端蓋と、高トルク条件下で使用でき、かつ鋼管の継ぎ足し作業時間を短縮できる作業性の良い鋼管継手を開発した。(3)粘土や礫層を含む特に硬質な地盤条件において、開発工法の標準施工方式を用いた場合に施工速度60m/日を下回る結果もあったが、掘削鋼管2本同時並行の施工方式に改善して鋼管の継ぎ足し作業と継ぎ降ろし作業が短縮することで、69.2m/日を達成した。(4)排土量は、4現場での施工試験結果から平均で羽径掘削体積比の29.6%となり体積比30%以下の目標を達成した。さらに、地盤条件によっては完全無排土の施工を可能にすることを確認した。(5)施工速度を70.6m/日、掘削排土量を羽径掘削体積の29.6%と仮定して、熱交換器埋設コストの試算を実施し、7,200円/mの結果を得た。これにより、コスト目標の8,000円/m以下を実現した。(6)本開発工法で埋設した熱交換器を用いてサーマルレスポンス試験を実施し、従来のボーリング工法により埋設される熱交換器と比較して、試験で得られた熱抵抗値は同等の値を示した。この結果より、開発工法で埋設した熱交換器の品質は従来工法と同等であることを確認した。また、熱交換器の配置の最適化を検討するため、熱負荷計算及び実熱負荷試験を実施した。その結果、隣り合った熱交換器相互の影響を考慮することで、間隔の狭い熱交換器の配置も可能であり、その場合少なくとも2m以上の配置間隔が望ましいことを確認した。さらに、熱交換器が比較的短い場合において、外気温の影響を受ける浅層部分が与える影響を検討したところ、外気温の影響が無い場合と比較して熱交換器としての熱交換性能への影響は小さいことを確認した。
英文要約Under this project, with the aim of cost reduction of geothermal application to houses and small to mid-size buildings, the construction method in drilling and installing heat retraction tubes will be studied and developed. This method aims to provide the heat exchangers at an inexpensive price by using a commonly-used piling machine with steel piles of small diameter so as to cut the costs of construction works. The main features of this method are as follows; 1) Soil disposal costs can be eliminated with the non (low)-soil discharge method 2) Steel piles with blade and dry construction method (no use of mud water) provide easy handlings and faster works. 3) The method enables construction works in small space since additional installment such as batcher plant is not required. The following subjects are set as the targets of this project; (1) Reduction of heat exchanger embedded cost to less than JPY8,000/m (2)Faster construction rate of more than 60m/day (3)Less surplus soil of less than 30% of the excavation volume by blade. The bladed drilling steel piles, steel pile joints and bottom cap were designed and produced and from the trial tested at four sites of different ground , the following results were obtained; (1) The drilling method to enable excavation of N-value of 50 or more hard clay and sand layer established and thereby faster 70.6m/day work rate was achieved than the 60m/day as the target. (2) The bottom cap that can be stably removed from the steel pile after drilling and the high workability joints that can be used under high torque condition were developed. (3) In hard ground condition of clay and gravel the result below 60m/day work rate was seen by standard work method. However the improvement to two places concurrent work can shorten the work rate to 69.2m/day the reduction of the extending and cutting off pile time. (4) The less 29.6% surplus soil volume was achieved than the 30% as the target. Further by certain ground conditions such as weak soil, the non-surplus soil work could be done. (5) From the trial tests results, the inexpensive JPY7,200/m heat exchanger embedded cost estimate was achieved than JPY8,000/m as the target. (6) By thermal response tests were carried out in two trial test sites the thermal resistance values were almost same values with by conventional boring method. In order to examine optimization of the arrangement of the heat exchanger thermal load calculation was performed. Consequently, to consider the influence of the mutually adjacent heat exchanger, the narrow arrangement to have the interval of at least 2m was allowed. Additionally examining the effect of the heat exchange performance by the shallow layer affected by the outside air temperature when the heat exchanger is relatively short, the influence of the heat exchange performance was confirmed to be small to compare with the case having no influence.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る