「ヒラタ精機第二工場」クールチューブ導入の紹介

―― 実 施 例 ――
「ヒラタ精機第二工場」クールチューブ導入の紹介
清水建設㈱ 広島支店 梶 本 唯 明
■キーワード／
■キーワード／熱伝達・省エネルギー・土壌熱交換外気処理設備・測定
１．はじめに
２．工場概要
本工場は縁結びで有名な出雲大社に近い平田市に位置
建 築 名 称 ヒラタ精機㈱ 第二工場新築工事
し，海の幸が豊富な日本海や四季を彩る山々の中で，夕
所 在 地 島根県出雲市西郷町字小池
日が映える宍道湖などの美しい自然に囲まれたこの地に
敷 地 面 積 80,615.00fl
根をおろし，1972年７月マツダ精機㈱として進出し，
延 床 面 積 17,649.60fl
トランスミッション技術でMT車・AT車・ハイブリッド
構 造 鉄骨造
車のすべてを扱うトップ企業である。また地球環境保全
主 用 途 自動車部品製造工場
に貢献するためのあらゆることに対して省資源を推進
設計・施工 清水建設㈱ 広島支店
し，環境破壊の予防に力点を置き，活動を進めている。
そうして2001年９月１日に社名をヒラタ精機㈱に変更
３．工場クールチューブ構成機器
し今日に至り目ざましい発展を遂げ，今後の需要に適応
∏
すべく地中熱を利用した環境配慮型工場として2008年
クールチューブ（１次チューブ）架橋ポリ800φ
（外気取入口∼空調機までのチューブ）
１月第二工場を新築したので，その設備について紹介す
る。写真−１は工場全体の航空写真で右半分が第二工場，
約120m−５セット
π
写真−２は第二工場南側に位置している厚生棟と玄関の
クールチューブ（２次チューブ）架橋ポリ600φ
（空調機∼最遠部までの幹線チューブ）
写真である。
約120m−５セット
∫
クールチューブ（SAチューブ）
架橋ポリ300φ
（幹線チューブ∼吹出口までのチューブ）
約10カ所−５セット
N
約110m
AHU
写真−１ 工場全貌
防火水槽
AHU
１次
AHU
１次
AHU
１次
AHU
１次
１次
約138m
写真−２ 厚生棟外観
ヒートポンプとその応用 2010．３．No.79
SA
SA
SA
SA
SA
２次
２次
２次
２次
２次
図−１ クールチューブ平面設備図
― 14 ―
―― 実 施 例 ――
ª
空調機
（AHU−１∼５）
屋外型床置式（外気処理暖房運転用）
５台
風 量 12,000„/h（INV） 5.5kW
空調機５台
加熱能力 140kW
２方弁比例制御
（図−１で北側に５台配置されている）
º
真空温水器（BG−１∼３）
屋外型床置式
（暖房運転用）
３台
加熱能力 349kW
外気取入口
HI−LO−OFF運転台数制御
（図−１で北東角に３台配置されている）
Ω
写真−３ 空調機配置
製缶類
HS−１（温水送りヘッダ）
2,000×250φ １台
HR−１
（温水還りヘッダ）
2,000×250φ １台
EXT−１膨張タンク（密閉式）
227Î
１台
ベンチレーター10箇所
（図−１で北東角に配置されている）
æ
循環ポンプ（PH−１）
PH−１
（SUS製）500Î/min
１台
（図−１で北東角に配置されている）
ø
ベンチレータ 10基
床吹出し口（50個）
４．クールチューブ概要
４−１ 土壌熱交換器
『クールチューブ』は外気取り入れ風道（１次チュー
写真−４ 工場内完成図
ブ）を地中に埋設することにより，土壌の温度でチュー
ブ内の外気をチューブを介して熱交換を行い外気処理を
より低いため，夏季は冷却効果を助け，冬季は温熱効果
行うシステムである。夏季においては当然外気温度より
を助けることになり省エネルギー効果を発揮できるシス
土壌温度が低く，冬季においては外気温度が土壌の温度
テムである。今回ヒラタ精機㈱第二工場では，夏季はク
１
２
３
４
５
６
② C-1（地中温度）
RA 600×550
外気温度
L
SA BOX
K
B-3
B-1
⑥
J
930
MD500×500
⑩
⑦
VD500×500
90
VD600×800
A-1
800
×600
670
A-2
A-3
VD
MD（夏閉・冬開）
③
610
740
④
①
720
OA BOX
I
：おんどとり設置位置
H
A-4
：CP盤温度指針
G
C-2∼ 5
屋外
⑧
工場内
H＝5.0m
F
工場内中央柱部
E
⑪
B-2
B-4
H＝2.5m
VD
D
⑥
⑨
A-3
B
A-1
A
②
H＝2.7m
A-2
H＝1.5m
H＝0.5m
VD
①
C
H＝1.5m
MD
MD VD
A-5
H＝1.5m
④
20m
A-4
⑦
60m
⑧
⑨
A-5
120m
120m
③
図−２ クールチューブ系統図と測定位置図
― 15 ―
ヒートポンプとその応用 2010．
３．
No.79
―― 実 施 例 ――
ールチューブのみの効果で作業環境（工場内の蒸し暑さ）
表−１ 熱負荷条件
熱負荷（W）
の改善をはかり，冬季もクールチューブのみの効果で作
case１
（夏季）
case２
（冬季）
人 体
5,500
−
照 明
73,649
−
業環境
（朝の工場内の底冷え）
の改善をはかり，限られた
期間のみ補助的に温水コイルを介してのガス焚きの温水
器（真空ボイラ）と温水循環配管を配置したシステムとな
機 器
480,191
480,191
っている。また写真−８に見られるように床に50カ所
通 過 熱
440,646
（※1）
−661,230
の風量調節可能型吹出口を設け，吹出方向も自在にルー
透過日射
77,183
−
バーの配置を変更することにより可変可能となってい
※１ ガラスの吸収熱量は，プログラム上で設定
る。
表−２ 換気および吹出温度条件
５．設計条件とシミュレーション
クールチューブの基本設計にあたり，下記事項につい
て検討を行い実施設計とした。
∏
地中温度と埋設深度について
拡張アメダスによる出雲市の外気温度と地中温度の
全年度平均のデータを使用し，深さ1.5m以下で（年間
10.0℃∼20.0℃）温度変化の外乱が少ないことから採
用することとした。
π
チューブの材質について
個数 風量 総風量
風速 吹出温度
（個）（„/h・台）（„/h） （m/s） （℃）
床吹出
50
case１
ベンチレータ（※２） 10
（夏季）
窓
−
床吹出
40,000
1.05
28.0
27,328 273,280
0.63
−
800
50
case２
RA
５
（冬季）
ベンチレータ（※３） 10
−
233,280
−
−
1,200
60,000
1.58
35.0（※４）
8,000
40,000
2.47
−
2,000
20,000
0.05
−
※２ ベンチレータの自然換気量は，トップライト温度を40.0℃
と仮定した風量とした
※３ ベンチレータからは余剰空気を逃がした
※４ 温水器使用時
土中埋設の観点から耐食性，軽量性，鋼性，耐水性
110m
に優れ，また東京で過去使用実績のある“高密度ポリ
N
エチレン製波付管”を採用した。
■
∫
37.0
35.0
■
■
37.0
37.0
■
チューブの太さと長さおよび面速について
■
本社環境エネルギーソリューション部と協力し，熱
■
■
37.0
交換効率を配慮しチューブ内通過風速を2.0m/sec，チ
■
36.0
36.0
■
35.0
■
36.0
■
36.0
■
37.0
■
■
36.0 ■ 35.0
■
35.0
36.0
■
37.0
■
37.0
■
37.0
37.0
37.0
■
ューブ径800φでシミュレーションを行い，１次チュ
ーブのチューブ径と長さについては処理風量から800
138m
■
35.0
37.0
■
■
■
37.0
38.0
φで計画し，長さについては１次チューブ120m以上，
■
■
34.0
■
36.0
■
■
38.0
38.0
■
温度
（℃）
45.0
44.0
43.0
42.0
41.0
40.0
39.0
38.0
37.0
36.0
35.0
34.0
33.0
32.0
31.0
30.0
38.0
36.0
■
38.0
２次チューブ120m以上を採用した。
５−１ 設定案
case１：夏季，床吹出（全体５列で50カ所）
38.0
■
■ 38.0
■
■
38.0
■
38.0
■
38.0■ 37.0
38.0 ■ 38.0
■
case２：冬季，床吹出（全体５列で50カ所）
■
５−２ 計算条件
∏
36.0
∫
■
36.0
■
35.0
■
37.0
■
36.0
図−３ case１ 夏季・吹出口50カ所 温度分布（FL＋1,500㎜）
※ 床面吹出温度は28℃であるがFL＋1,500での分布図
外気条件
夏季：32.0℃，冬季：−3.0℃
π
37.0 ■ 37.0 ■ 35.0
110m
熱負荷条件
■
39.0
■
39.0
11.8m
換気および吹出温度条件
図−４ case１ 温度分布
（Ｆ通り断面）
■
35.0
■
■
35.0
■
■
38.0
熱負荷条件を表−１に示す。
33.0
■
39.0
35.0
■
39.0
■
40.0
■
35.0
■
33.0
換気および吹出温度条件を表−２に示す。
５−３ case１ 夏季・吹出口50カ所
5.3m
解析シミュレーション結果
FL＋1,500Ÿの水平断面とＦ通りの鉛直断面について
■
の解析結果を図−３・４に，吹出口近傍拡大断面図を
■
37.5
■
図−５・６に示す。
（カラーレンジが異なっている）
2.8m
■
37.5
■
33.5
■
■
■
36.5
■ 35.5
■
30.5
34.5
36.5 ■ 36.0■ 34.5
38.5
■
33.0
38.0
■
37.0
36.5
■
■
29.0
■
32.5
■
35.0
図−５ case１ 温度分布
（吹出口近傍拡大断面図）
ヒートポンプとその応用 2010．３．No.79
― 16 ―
温度
（℃）
40.0
38.5
37.0
35.5
34.0
32.5
31.0
29.5
28.0
26.5
25.0
―― 実 施 例 ――
5.3m
■
5.3m
風速
（m/s）
1.0
0.9
0.2
■
0.8
2.8m
■
■
■
0.7
0.6
0.1
2.8m
0.5
■
0.2
0.2
■
■
0.4
■
■
0.4
■
0.1
■
■
0.6
0.6
0.8
0.3
■
■
■
0.6
0.3
0.3
0.3
0.8 ■ 0.9
■ 0.9
■ 0.9
図−６ case１ 風速分布
（吹出口近傍拡大断面図）
図−10 case２ 風速分布
（吹出口近傍拡大断面図）
５−４ case２ 冬季・吹出口50カ所
６．チューブの施工
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
施工にあたっては地下水位や土質に配慮しGL−1,500
温水器使用時の解析シミュレーション結果
FL＋1,500㎜の水平断面とＦ通りの鉛直断面について
0.7
0.6
0.5
0.3
0.3
■
■
■
■
0.7■ 0.9
0.3
■
0.1
0.0
0.2
0.3
0.3
■
0.2
0.3
0.5
■
■
0.4
0.3
■
0.3
風速
（m/s）
1.0
0.9
をチューブ天端として大型掘削機械で施工を行った。
チューブの施工は単純な施工であるが，工場の土間の
の解析結果を図−７・８に，吹出口近傍拡大断面図を
耐圧や生産機器の耐荷重についても慎重に検討を進める
図−９・10に示す。
必要がある。今回使用したチューブは，道路の地下に埋
設される排水管でクボタシーアイ製の高密度ポリエチレ
110m
N
■
■
16.0
23.0
■
138m
■
20.0
■
■
18.0
17.0
19.0
17.0
■
■
■
■
17.0
■
18.0
■
19.0
■
18.0
■
19.0
■ 19.0
■
18.0
■
17.0
18.0
■
■
22.0
■
16.0
17.0
■ 23.0
17.0
■
18.0
18.0
■
■17.0
■
■
19.0
■ ■ 16.0
16.0
16.0 ■ 16.0
次に，各一次チューブからSAチューブ・床吹出口ま
■
15.0
■
16.0
■
16.0
■
16.0
■
15.0
■
22.0
水密性の施工品質を高めた。
15.0
15.0
■
18.0
トボンド溶接を工場加工し現場接続は直管部のみとし，
■
17.0
■
ン製波付管を採用し，ジョイントはポリエチレンのヒー
■14.0
■
14.0
15.0
19.0
■
■
■
■
■
21.0
18.0
■ 18.0
■
16.0
での施工状況写真（写真−５・６・７・８）
を紹介する。
温度
（℃）
25.0
24.0
23.0
22.0
21.0
20.0
19.0
18.0
17.0
16.0
15.0
14.0
13.0
12.0
11.0
10.0
図−７ case２ 冬季・吹出口50カ所 温度分布（FL＋1,500㎜）
※ 床面吹出温度は35℃であるがFL＋1,500での分布図
110m
11.8m
■
■
18.0
22.0
■
■
19.0
18.0 ■ 19.0
■ 18.0
■
18.0
20.0
■
■
■
17.0
19.0
■
16.0
■
16.0
写真−５ 800φ一次チューブの敷設状況
（GL−1,500天端）
図−８ case２ 温度分布
（Ｆ通り断面）
5.3m
■
■
18.0
■
19.0
■
23.0
■
24.0
20.0
2.8m
■
■
27.0
19.0
■
26.0
■
■
27.0
31.0
温度
（℃）
35.0
33.0
31.0
29.0
27.0
25.0
23.0
21.0
19.0
17.0
15.0
図−９ case２ 温度分布
（吹出口近傍拡大断面図）
写真−６ 600φ二次チューブの敷設状況
（GL−2,000天端）
― 17 ―
ヒートポンプとその応用 2010．
３．
No.79
―― 実 施 例 ――
７．測定結果
測定結果は生産機器および人的熱負荷はない状況で計
測したデータである。
図−11の冬季測定結果で，１月10・11日の外気温度
（青線）が２℃程度でも工場内部は６∼８℃で推移し，チ
ューブのみの効果が４∼６℃あることが分かる。
図−12は中間期（５月30日∼６月２日）までの測定結
果で，６月１日の午後３時ごろで外気温度25.5℃で地中
温度14℃の時，チューブ効果温度は６℃あることが分
かる。
完成して半年後の夏季は冷夏で，設計条件の外気温度
写真−７ 300φSAダクトの敷設状況
まで達していないが，図−13に夏季（９月５日∼９月７
日）における測定結果で，外気温度の最高が28℃で地中
温度が18℃の時の一次チューブ温度③は23℃で，効果
温度が５℃あることが分かる。
冬季温水暖房を行うと二次チューブの熱が土壌に伝ぱ
する傾向が見られたが，2009年の冬は外気温度が２℃
程度でも工場内部は５∼12℃で推移し，温水暖房を使
用することなく稼働できた。
完成から１年を経過して冬季・中間期・夏季のデータ
を収集し，チューブの効果を紹介する。
写真−８ 荷重および風量調節可能型床吹出口
① 外気 温度℃
④ 1次クールNo.2 温度℃
⑦ 2次クールNo.1 温度℃
（℃）
14
12,000m3/h
（冬・温調なし）
平均温度差（④−①）＝4.4℃
平均外気温度＝4.3℃
8,000m3/h
（夏・温調なし）
平均温度差（④−①）＝3.5℃
平均外気温度＝4.1℃
12
2
9 8 7
10
風量
2,500m3/h
風量
2,000m3/h
風量
1,500m3/h
面速5.0m/s
風量
3,500m3/h
8,000m3/h
（夏・温調なし）
平均温度差（④−①）＝4.8℃
平均外気温度＝2.0℃
風量
4,000m3/h
2次クール
チューブ
内のAHU
最寄と最
速との温
度差
8
5 6 4
4
風量
3,000m3/h
風量
4,500m3/h
最小温度差
6
③ 1次クールNo.1 温度℃
⑥ 給気 温度℃
⑨ 2次クールNo.3 温度℃
② 地中 温度℃
⑤ 還気 温度℃
⑧ 2次クールNo.2 温度℃
最大温度差
クールチューブの効果
3
2
1
0
平成21年
1月7日
−2
平成21年1月8日
平成21年1月9日
平成21年1月10日
平成21年1月11日
平成21年1月12日
18 20 22 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 2 4 6 8 10 12
（時）
図−11 冬季測定結果
（クールチューブのみ）
ヒートポンプとその応用 2010．３．No.79
― 18 ―
―― 実 施 例 ――
①外気温度℃
②地中温度℃
⑤給気温度℃
⑧２次クールNo.３温度℃
④１次クールNo.２温度℃
⑦２次クールNo.２温度℃
③1次クールNo.1温度℃
⑥２次クールNo.1温度℃
（℃）
26.0
25.0
空調機停止（トップライト開）
24.0
1
23.0
空調機運転（8,000„/h）
クールチューブ効果
22.0
21.0
20.0
5
19.0
18.0
3 6
7
8
17.0
16.0
15.0
14.0
13.0
2
4
12.0
11.0
10.0
9.0
平成21年5月31日
平成21年5月30日
平成21年6月1日
平成21年6月2日
8.0
23:40 3:40 7:40 15:50 19:50 23:50 3:50 7:50 11:50 15:50 19:50 23:50 3:50 7:50 11:50 15:50 19:50 23:50 3:50 7:50
1:40 5:40 13:50 17:50 21:50 1:50 5:50 9:50 13:50 17:50 21:50 1:50 5:50 9:50 13:50 17:50 21:50 1:50 5:50
図−12 中間期測定結果
（℃）
35.0
①外気温度℃
⑤Ｈ＝1500温度℃
②地中温度℃
⑥Ｈ＝1500温度℃
2009.09.05∼09.07
③一次クールNo.1温度℃
8,000„/h（温調なし）
30.0
熱交換最大温度差
1
25.0
20.0
15.0
④Ｈ＝1500温度℃
4
5
6
3
2
10.0
5.0
平成21年9月5日
AM 11:00
平成21年9月5日
PM 1:00
平成21年9月5日
PM 3:00
平成21年9月5日
PM 5:00
平成21年9月5日
PM 7:00
平成21年9月5日
PM 9:00
平成21年9月5日
PM 11:00
平成21年9月6日
AM 1:00
平成21年9月6日
AM 3:00
平成21年9月6日
AM 5:00
平成21年9月6日
AM 7:00
平成21年9月6日
AM 9:00
平成21年9月6日
AM 11:00
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PM 3:00
平成21年9月6日
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平成21年9月6日
PM 9:00
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平成21年9月7日
AM 1:00
平成21年9月7日
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平成21年9月7日
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平成21年9月7日
AM 9:00
0.0
図−13 夏季測定結果
８．採用のメリット
A
９．おわりに
環境にやさしい外気処理の方法でCO2削減に有効で
ある。
本稿では紹介しきれないいくつかの環境配慮設備がこ
の施設には施工されている。厳しい経済情勢の中で，建
B
工場のように大空間の施設に有効である。
築主である㈱音戸工作所殿・ヒラタ精機㈱殿の積極的な
C
外気処理を行った外気を一般居室の空調換気扇の
協力がなければ，この工場のような建物の実現は非常に
難しかったと考えられる。
OAとして利用することにより一段と効果がある。
D
土間下に埋設する簡単構造である。
E
水利の豊富な場所での施工で効率の向上も可能であ
る。
この建設プロジェクトを通して，生産工場のリーダー
としての意欲的な姿勢に心より敬意を表し，またご尽力
いただきました関係各位の皆さまに，感謝いたしますと
ともに，今後のご活躍を期待いたします。
― 19 ―
ヒートポンプとその応用 2010．
３．
No.79