JP5638111B2 - 地中熱交換器の構築方法 - Google Patents
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Description
このシステムは、地中に熱交換用の配管を埋設して地中熱交換器とし、配管中に水等の熱媒体を流通させて、夏期冷房時には外気よりも温度が低い地中熱を冷熱源として、また、冬期暖房時には外気よりも温度が高い地中熱を温熱源として利用するものである。
近年は、地中に熱交換用配管を埋設する際の地盤掘削費用を削減するために、建物の基礎杭である場所打ちコンクリート杭の内部に熱交換用配管を配置して地中熱交換器とする方法が採用されている。
(1)基礎杭は透水性の低いコンクリート製であるため、基礎杭内部に配置した熱交換用配管内の熱媒体と、基礎杭外部の地中との間の熱交換効率が低い。
(2)基礎杭どうしは間隔があるため、地上部の配管長が長くなり、システムとしての熱交換効率が低下する。
(3)基礎杭を地中熱交換器とするため、基礎杭を構築するまでの工事期間はシステムを利用することができない。
本願の他の形態では、前記芯材がH形鋼であり、前記熱交換用配管を前記仮設地中連壁内部の地山側であって、該H形鋼のウェブとフランジの隅部に配置する。
本願の他の形態では、前記保護材の底部に傾斜板を配置する。
<1>熱交換用配管を配置する仮設地中連壁は透水性の高いソイルセメントからなるため、熱交換効率が高い地中熱交換器とすることができる。
<2>仮設地中連壁中に並べて配置する芯材に沿って熱交換用配管を配置するため、地上部の配管長を短くすることができ、システムとしての熱交換効率の低下が少ない。
<3>水留めや土留めのために構築する仮設地中連壁の内部に配置するため、熱交換用配管を埋設するための掘削作業が不要である。
<4>仮設地中連壁の芯材は熱伝導率の高い鋼材からなるため、熱交換効率の高い地中熱交換器とすることができる。
<5>建て込み前の芯材に予め熱交換用配管を配置するため、芯材の建て込みと同時に熱交換用配管を地中に配置することができる。
<6>芯材に沿って配置した熱交換用配管を保護材によって保護するため、建て込み時にソイルセメント内の礫等によって損傷、破損することがない。
<7>芯材に予め保護材を配置した状態で建て込むため、保護材により熱交換用配管の配置空間を確保し、芯材の建て込み後に容易に熱交換用配管を挿入し、地中に配置することができる。
<8>仮設地中連壁は工事期間の初期段階に構築するため、初期の建設工事段階から利用することができる。
図1は、本発明にかかる地中熱交換器の構築方法の説明図である。
地中熱交換器1は、仮設地中連壁11中に熱交換用配管12を配置して構成する。熱交換用配管12は保護材13によって包囲する。
以下、地中熱交換器1の各構成部材について詳述する。
仮設地中連壁11は、現場にて地盤中に構築する壁体であり、従来、止水壁あるいは土留め壁として利用されているものである。
仮設地中連壁11は、一般には、3本又は5本のオーガを具備する多連・多軸型の削孔装置を用いて地盤を掘削しながらセメントミルクを注入して撹拌・混練することにより、ソイルセメント111の壁体を形成して硬化させて構築する。(図2)
芯材112は、仮設地中連壁11の剛性を高めるためのものであり、ソイルセメント111の内部に配置する。
芯材112は、H形等の鋼製の部材である。
熱交換用配管12は、仮設地中連壁11中に配置し、内部に水等の熱媒体を流通することにより、仮設地中連壁11を介して、仮設地中連壁11の周囲の地盤と熱交換を行うものである。
熱交換用配管12は、ポリエチレン製であり、可撓性を有する。
熱交換用配管12は、U字状に折り曲げて端部121を形成し、往配管122と還配管123とを一対として構成する。(図1)
熱交換用配管12は、芯材112の長さ方向に沿って配置する。
熱交換用配管12は、U字状に折り曲げた側の端部121を、芯材112の底部に配置する。
熱交換用配管12は、仮設地中連壁11の内部であって、地山側に配置する。
熱交換用配管12は、芯材112の地山側のフランジ112aに沿って配置してもよいし、ウェブ112bの地山側に配置してもよい。(図3)
保護材13は熱交換用配管12を包囲して保護するものである。
保護材13は、形材、折り曲げ材、管材等により構成する。
保護材13は熱交換用配管12を包囲するが(図1、図3、図4b)、芯材112と合わせて包囲しても良い。(図4a)
保護材13の下端は、芯材112に対して傾斜して配置する傾斜板131によって端部121を保護する。(図5)
次に、地中熱交換器を用いた地中熱利用システムについて説明する。
地中熱交換器1を用いた地中熱利用システムは、仮設地中連壁11の上端の熱交換用配管12の往配管122と還配管123とを、それぞれ送り管2及び還り管3を介して空調用ヒートポンプ4と連結し、内部に熱媒体5を流通させることにより、地中熱を空調用ヒートポンプ4で利用するものである。(図6)
地中熱交換器1は、仮設地中連壁11を利用するものである。
仮設地中連壁11は、ソイルセメント111を硬化させて構成するものであり、ソイルセメント111は透水性が高いため、熱交換効率が高い地中熱交換器1とすることができる。
芯材112は熱伝導率の高い鋼材からなるため、熱交換効率の高い地中熱交換器1とすることができる。
このため、地中熱交換器1を用いた地中熱利用システムは、工事期間初期の建設工事の段階から利用することができる。
このため、一度の削孔作業で複数本の熱交換用配管12を配置することができることとなり、施工効率が良い。
地中熱交換器1は、仮設地中連壁11内部の芯材112に沿って熱交換用配管12を配置するものであるが、芯材112は仮設地中連壁11中に並列して複数本配置する。
複数の熱交換用配管12が並列しているため、送り管2や還り管3、その他地上部の配管長を短くすることができ、地中熱利用システムとしての熱交換効率の低下が少ない。
また、熱交換用配管12を配置する芯材112を選択することができるため、熱効率の高い熱交換用配管12の間隔や本数を選択して、地中熱交換器1を構築することできる。
このため、熱交換用配管12の長さも適宜選択できるため、熱効率の高い地中熱交換器1を構築することができる。
このため、仮設地中連壁11を土留め壁として利用した場合であっても、地盤と接する側に熱交換用配管12があるため、地中熱を効率よく利用することができる。
次に、本発明にかかる地中熱交換器の構築方法について説明する。
<1>芯材への熱交換用配管及び保護材の配置
仮設地中連壁11を構築するにあたり、芯材112を建て込む前に、熱交換用配管12を芯材112に沿って配置し、保護材13によって包囲しておく。
芯材112を地上に寝かせた状態で作業できるため、熱交換用配管12及び保護材13は、容易に配置することができる。
削孔装置を用いて地盤とセメントミルクとを撹拌・混練し、ソイルセメント111の壁体を形成する。
ソイルセメント111が硬化する前に、熱交換用配管12を配置した芯材112を建て込む。
仮設地中連壁11の構築において必須の作業である芯材112の建て込みと同時に熱交換用配管12が埋設されるため、熱交換用配管12の埋設作業が不要となる。
熱交換用配管12は保護材13によって包囲し、保護されている。(図5)
このように構成することにより、建て込み中に熱交換用配管12が礫等の障害物6によって損傷、破損することを防止できる。
また、保護材13の下側には傾斜板131を配置するため、ソイルセメント111や障害物6は傾斜板131によって芯材112とは逆方向に押し出されるため、保護材13を設けた芯材112を安定して建て込むことができる。
ソイルセメント111が硬化すると、仮設地中連壁11を利用した地中熱交換器となる。
仮設地中連壁11の熱交換用配管12に、一端を空調用ヒートポンプ4と連結した送り管2及び還り管3を連結し、内部に熱媒体5を流通させて、地中熱を利用する地中熱利用システムとする。
上記構築方法1においては、建て込む前の芯材112に沿って熱交換用配管12を配置し、保護材13によって包囲したが、建て込む前の芯材112には保護材13のみを配置しておき、芯材112を建て込んだ後に、熱交換用配管12を芯材112に沿って配置してもよい。(図7)
この空間Sは保護材13によって包囲して形成するため、内部には礫等の障害物6がない。
この空間Sに上部から熱交換用配管12を端部121から挿入していくことにより、容易に熱交換用配管12を地中に配置することができる。
また、芯材112の建て込み工程と、熱交換用配管12の配置工程を別工程とすることにより、現場の進捗に合わせた作業工程の組み替えにも対応することができる。
上記構築方法2において、鋼材を建て継いで芯材112を構築する場合には、保護材13を芯材112の建て継ぎ位置で分割し、芯材112を建て継いだ後に、保護材13をボルト等で連結し、一体とする。(図8)
そして、クレーン等により吊り上げた状態の上側の芯材112bを芯材112aの上方に配置する。芯材112bには保護材13bを配置しておく。
そして、芯材112aと112bを連結した後(図8b)、保護材連結具132と保護材13a、13bとを連結し、保護材13を一体とする。(図8c)
保護材13を芯材112の建て継ぎ位置で分割し、建て継ぎ後に一体とするため、予め地上で芯材112を全長に亘って継ぐ必要がなく、狭小な現場にも対応することができる。
11 仮設地中連壁
111 ソイルセメント
112 芯材
12 熱交換用配管
121 端部
122 往配管
123 還配管
13 保護材
131 傾斜板
132 保護材連結具
2 送り管
3 還り管
4 空調用ヒートポンプ
5 熱媒体
Claims (3)
- ソイルセメント製で未硬化の仮設地中連壁に鋼材からなる複数の芯材を建て込み、該芯材に沿って配置した熱交換用配管に熱媒体を流通し、芯材および仮設地中連壁を熱交換器として熱交換を行う地中熱交換器を構築する方法であって、
建て込む前の前記芯材に沿って前記熱交換用配管を配置するとともに、建て込む前の芯材の全長に亘って配置した保護材によって前記熱交換用配管を包囲し、
前記熱交換用配管を配置した前記芯材を建て込むことにより、前記熱交換用配管および保護材を前記仮設地中連壁内部の地山側に偏倚させて配置することを特徴とする、
地中熱交換器の構築方法。 - 請求項1において、前記芯材がH形鋼であり、前記熱交換用配管を前記仮設地中連壁内部の地山側であって、該H形鋼のウェブとフランジの隅部に配置することを特徴とする、地中熱交換器の構築方法。
- 請求項1または2において、前記保護材の底部に傾斜板を配置したことを特徴とする、地中熱交換器の構築方法。
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