成果報告書詳細
管理番号20160000000083
タイトル平成26年度ー平成27年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(風力発電その他未利用エネルギー) 地中熱利用冷暖房システムの熱源設備の技術開発
公開日2016/7/28
報告書年度2014 - 2015
委託先名株式会社バーチャル・ハーモニー 国立大学法人茨城大学
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約件名:平成26年度ー平成27年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(風力発電その他未利用エネルギー) 地中熱利用冷暖房システムの熱源設備の技術開発

当社は、再生可能エネルギーの中でも、大容量で、安定的に利用できる地中熱エネルギーに関心を持っていた。2013年、パイロット的に設置した地中熱熱源設備を利用して、地中熱熱源設備の研究開発を始め、かなりの成果を得た。この試験においては地中熱用ヒートポンプを使用した冷暖房試験を行った。試験結果では、100W/mー300W/m の熱交換量を確認した。また、試験データについて、独自の数値解析によって、従来方式熱源設備よりかなり高倍率の性能を持つ熱源設備の開発が可能という結果を得た。この結果をもとに、本技術開発においては、次の実証試験を試みた。(1)実機大ベースでの実証データの取得(2)小規模試験装置による熱源設備周りの熱移動現象の解明(3)地中熱熱源設備における数理伝熱モデルの構築・確立。具体的には、従来型熱源設備と本提案型熱源設備を茨城大学工学部構内の同一地盤に設置して地盤環境の要素を排除した熱交換性能の比較検証、地中熱熱源設備模擬試験装置を開発し土壌内の熱応答性を計測・分析による地中熱熱移動現象の解明、未知の物質について熱伝導率計測する簡易型熱伝導計測装置の開発による土壌の熱伝導率計測による伝熱モデルの構築を行った。これらの試験結果、実機大ベースでの実証試験においては、本提案型の熱源設備は従来型熱源設備に対し、177%の性能向上を確認できた。小規模試験装置による熱源設備周りの熱移動現象の解明においては、加熱量が増加するほど周辺土壌の温度変化は大きくなること及び熱応答性(温度変化)は加熱量による影響はあまり受けないことを確認できた。さらに、新型熱源設備と従来型熱源設備における地中での熱移動の現象も把握することができた。地中熱熱源設備における数理伝熱モデルの構築・確立においては、土壌の水分量を変化させて計測を行った。その結果、土壌の熱伝導率は、0% 水分量(乾燥)時0.14 W/m・K、50% 水分量時 1.08 W/m・Kであった。今後は本試験装置を用いて、実機周辺土壌の熱伝導率計測を実施し、熱移動シミュレーションを実施する予定である。また、地中熱利用普及促進を図るため、ビジネスプランの作成を行った。ビジネスプラン作成においては、地中熱に関する大手4社のヒアリングを行い、市場分析を行った。ヒアリング結果については、産業界の意見をプラス面とマイナス面に整理・分析した。国内市場規模は、7,300億円である。当社が提供するサービスは熱交換器技術に大別され、自社製の既製杭等を利用する住宅メーカーや総合エンジニアリング企業とは異なり、既存の熱交換器の施工方法を変えることで、採熱・放熱量を格段に向上するものであって、直接的な競合が存在するサービスではない。従って、究極的には、どの企業であっても、協力会社となる可能性を持っている。この考えをもとに、ビジネスプランを作成した。本技術開発によって、技術的に、新たな知見を得ることができた。今後、この知見をさらに発展させ、より安価で高性能である地中熱熱源設備の構造を新たに提案し、地中熱利用の普及促進をはかる。
英文要約Title:New Energy Venture Business Technology Innovation Program / New Energy Venture Business Innovation Program (Wind Power Generation and Other Untapped Energies) / Improvement of heat collection device for air-conditioning system using underground heat (FY2014-FY2015) Final Report

Virtual Harmony Co., Ltd. and Ibaraki University have had research & development of underground heat system. In order to evaluate the performance of our underground heat system, "heat" and "fluid" flow in underground must be understood. Therefore, we did the actual full-scale experiments and the simple small-scale experiments to investigate the heat and fluid flow in underground. Different two types of experiments are planned. One is the (1)Full-scale underground heat experiment (2)Small-scale underground heat experiment, and (3)Direct measurement of thermal conductivity of soil using twin heat prove method. (1) Full-scale underground heat experiment:We designed two borehole types of full-scale heat collection equipment and constructed the full-scale underground heat collection experiment equipment in Ibaraki University. The difference of equipment is a difference of burying U-type pipe in borehole.One is our original method. The other, conventional method, is to bury sand into borehole. We got the important results. Most important difference is the rising speed of temperature of the burying portion of borehole. The rising speed of our method is slower than the speed of the conventional method. The ratio is 177%.(2) Small-scale underground heat experiment:We developed the small-scale underground heat experiment and measured the temperature of soil around of the heat source. We confirm that the temperature rising increases according to the increasing of the amount of heat and the heat response is not influenced by the amount of heat. We confirm that the heat and fluid flow in the soil around of the conventional method and in the soil of our original method.(3) Direct measurement of thermal conductivity:We developed the equipment of direct measurement of thermal conductivity of soil. We measured the thermal conductivity of the soil including 0% water to 50% water. The result is that the thermal conductivity of the soil including 0% water is 0.14W/m・K, the thermal conductivity of the soil including 50% water is 1.08W/m・K. We will measure the thermal conductivity of the soil around of the actual full-scale experiments and simulate the heat move effect of the original method of heat source from now on.
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