地下水を熱源とする高効率ヒートポンプ空調システム

システムの概要

本システム（実証実験用装置）は、熱源となる地下水の揚水と注水に用いる井戸設備、地下水の水質浄化を行う水質制御装置、室内顕熱処理と外気処理用のヒートポンプ、および2次側空調システムなどで構成されます。

取水井から汲み上げた地下水は、水質制御装置で水質浄化され、室内温度制御用の地下水専用水冷式ヒートポンプおよび、導入外気の湿度調整用ヒートポンプの熱源として利用した後、注水井から地中に還水します。

実証実験用の地下水制御型高効率ヒートポンプシステム

■還水の蓄熱効果を効果的に利用

本システムでは、現地の水理地質構造や自然地下水流の有無に応じて、還水の蓄熱効果を最大限に活用できる井戸配置を行います。例えば、自然地下水流がない場合、取水井と注水井の熱干渉（ショートサーキット）を回避できる離間距離を確保し、夏季と冬季で取水井と注水井を切り替えることで、還水の蓄熱効果を利用することが可能です。

粘土層と帯水層が互層で自然地下水流が比較的大きい実証実験サイトでは、還水の蓄熱効果を活用するため、取水と還水には２つの帯水層を利用し、それぞれの層に取水井と注水井を2本ずつ設けています。地下水流の下流側が取水井、上流側が注水井となっており、冬季は夏季に使用済み地下水を還水した帯水層から取水し、逆に夏季は冬季に使用済み地下水を還水した帯水層から取水する仕組みとなっています。

■フリークーリング機能を備えた地下水専用水冷式ヒートポンプ

顕熱処理用（室内温度制御用）の地下水専用水冷式ヒートポンプでは、冷水製造温度を16℃、温水製造温度を35℃とするなど、従来型の冷温水製造温度（冷水7℃、温水45℃）よりも条件を大幅に緩和して省エネを図ります。

また、冷房運転時は地下水温に応じて、フリークーリング運転（16℃以下）、熱源機運転（18℃以上）、ハイブリッド運転（16～18℃）を自動的に選択して省エネ性能を高めます。実証実験サイトの地下水温度は約14℃のため、フリークーリング運転による高い省エネ性能を発揮できると予想します。

実証実験の概要

実証実験では、本システムを採用する2教室（空調床面積：各110m²）と、オフィスビルで最も普及しているビルマルチ式空調システム（熱源：空気）を採用する1教室（空調床面積：約110m²）の空調効率を比較します。

すでに今年11月から冬季実証運転（暖房運転）を実施しており、来年6月からは夏季実証実験（冷房運転）を行う予定です。それぞれの実験の結果を踏まえ、2013年2月までに空調効率を総合評価し、システムの性能を検証します。

設備ヤード

■水質制御装置の効果も検証

地下水には、シルトや砂に加え、鉄やカルシウム、マンガンなどの成分が含まれており、これらが配管や注水井を目詰まりさせ、システムトラブルや地下水位の低下による地盤沈下を引き起こす可能性があります。そのため、本システムは、現地の地下水の条件に応じた水質浄化のための水質制御装置を備えています。図は、実証実験サイトの水質条件に対応した水質制御装置の機器構成です。実証実験ではその効果についても検証を行います。

水質制御装置の構成（概略）