地中熱の現状と 復興への活用について

地中熱の現状と
復興への活用について
ジオシステム(株)
舘野
第二回震災フォーラム「いま，そしてその次へ」
「東北地方の地熱エネルギー」
1
地中熱とは（地熱との違い）
 地中熱：深さ200m以浅の年間平均気温程度で年中ほぼ
一定の主に太陽熱起源の熱エネルギー。直接、冷暖房
などの熱エネルギーとして活用する。
 地熱：深さ1000mを越え、主にマグマ起源の200℃以上
の高温の熱エネルギー。主に発電に使用される。
 地中熱は、夏場は外気温度よ
りも低く、冬場は外気温度より
も高い。地中熱ヒートポンプは、
この温度差を利用して効率的
な冷暖房等を行う自然エネル
ギーを使った省エネシステム
→目立たないが、実力派の技術
2
「地中熱」の使い方
 冷房や暖房に使うときには、熱を温度の低いところから高いところに
汲み上げるヒートポンプという装置を使います。
 ヒートポンプは、動かすために使う電気エネルギーよりも多くのエネ
ルギーを作り出します。地中の熱を利用する地中熱利用ヒートポンプ
システムは、夏は地中に熱を逃がし、冬は地中から熱を採り冷暖房を
行います。 エアコンもヒートポンプです。
暖房
冷房
室内へ
電力
室内から
電力
地中から
地中へ
地中熱のエネルギーバランス
3
地中熱ヒートポンプの特徴
 最終熱量は使用した電力の3.5




倍以上
→ 省エネとCO2排出量抑制可能
空気熱源ヒートポンプ（エアコン）
が利用できない外気温-15℃以下
の環境でも利用可能
放熱用室外機がなく，稼働時騒音
が非常に小さい
地中熱交換器は密閉式なので，
環境汚染の心配がない
冷暖房に熱を屋外に放出しないた
め、ヒートアイランド現象の元にな
りにくい
4
家庭のエネルギーのほとんどは冷暖房・給湯
世帯当たりのエネルギー消費原単位と用途別エネルギー消費の推移
資源エネルギー庁資料
冷暖房と給湯はヒートポンプで対応可能
暖房・給湯はボイラーよりも高効率
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家庭・事務所への適用
 理論的には、全ての冷暖房・給湯を地中熱ヒート
ポンプで賄える。
 東北では暖房への対応が可能。エアコンは効率
が低くなるが、地中熱であれば、問題無い。
 地中熱ヒートポンプは省エネ技術であるが、断熱
性の高い建物への適用が望ましい。
 地中熱ヒートポンプなどの省エネ技術を使えば、
地場の自然エネルギーによる電気（地熱、風力、
太陽、小水力など）で、エネルギーの地産地消が
可能となる。
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地中熱ヒートポンプによる節電
 この夏は東京電力管内で850万
kWの不足が予想されているが、
ピーク時間帯において全エアコン
の消費電力1000万kWを3分の1
削減すれば330万kWの節約がで
きる。
 また廃熱を地中に放出するため
ヒートアイランド現象の緩和が期
待され、都内のオフィスビル街区
を地中熱利用ヒートポンプに置き
換えた場合、最高気温で1.2℃程
度のヒートアイランド緩和効果が
試算されている(玄地、2001)。
 仮に気温を1℃下げることがで
きれば170万kWの節約ができ、
両者の効果によって夏のピーク
負荷を500万kW低減させること
が可能となる。
空調電力消費量
kWh
3000
空気熱 2005-07年の平均
地中熱 2008-09年
年間
49％削減
2000
1000
0
（日本地熱学会地中熱利用技術専門部会の提言）
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10月
地中熱と空気熱の年間運転実績の比較（笹田, 2010）
7
地中熱の取り出し方
クローズド型
クローズドループ
水・不凍液を循環
地
中
熱
交
換
器
ヒートポンプ
・垂直型熱交換器
・水平型熱交換器
オープン型
オープンループ
地下水を利用
ヒートポンプ
帯水層
・井戸水
・農業用水
・工業用水
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地中熱ヒートポンプの構成例
FCU冷暖房
パネル冷暖房
ヒートポンプ
地中熱交換器
給湯
床暖房
融雪
9
国内の設置件数
140
120
地中熱ヒートポンプシステムの設置件数
500
474
（地中熱の利用方法のうちヒートポンプによる利用を行っ
400
ているもの）
＊年間設置件
オープンループ
100
併用
年
80
間
設
60
置
件
数
40
クローズドループ
クローズド累計
＊累計設
オープン累計
併用累計
300
累
計
200 設
置
10 件
数
100
20
0
0
81 83 85 87 89 91 93 95 97 99 01 03 05 07 09
設置年
環境省資料
10
4
4
13
2,000
20
00
20
05
201
0
2,230
3,840
4,230
4,000
344
400
377
631
5,210
中
国
200
0
20
05
201
0
20
00
200
5
20
10
20
00
200
5
20
10
8,000
7,200
設備容量(MWt)
12,000
12,000
ア
メ
リ
カ
ー
6,000
4,800
10,000
200
0
20
05
201
0
世界における地中熱システム普及状況
ス
ウ
ェ
デ
ン
ド
イ
ツ
日
本
0
（Lund 2000～2010）
11
一番町笹田ビル地中熱ヒートポンプシステム
1階から3階までの
オフィス階の空調
各階の床面積：
約100 m2
空水冷ヒートポンプ
暖房63.0kW
冷房56.0kW
地中熱には水冷を
利用
地中熱交換器
ボーリング孔
75 m ｘ 8本
Ｕ字管（ダブル）
稼働開始
2008年11月
12
省エネ実績
3000
2500
2000
1500
地中熱
H20-H21
1000
空気熱源
H17-H19
500
0
11月12月1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月
電力使用量は更新前の約半分（４９％の省エネ）
平成20年11月- 21年10月
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茨城県農業総合センター
バラ栽培グリーンハウス冷暖房
緑の分権改革の検討の一環として設置
地中熱交換器
・熱交換器：OD32ダブルUチューブ
深さ：70m×3本
・充填材：珪砂
・熱交換器間隔：５m
室内機器概要
・冷暖房対象：約100m2のハウス
・空調方式：冷温水 ファンコイルユニット
・ヒートポンプ：冷暖房能力10kW
・暖房は灯油温風暖房器とのハイブリッド運転
設置年月：2010年8月
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省エネ実績
一次エネルギー量削減
ハウス1←ハウス３
41.6
40.0
26.4
30.0
ハウス１→
ハウス２
25.6
11.3
10.0
11月 12月 1月
ハウス1（空気熱源＋
温風暖房機）
11月26%減
12月36%減
1月39%減
8.4
11月 12月 1月
ハウス２（地中源＋
温風暖房機）
43.6
ハウス３→
ハウス２
16.8
20.0
0.0
11月34%減
12月21%減
1月5%減
33.3
17.1
11月51%減
12月49%減
1月41%減
11月 12月 1月
ハウス3（温風暖房機）
12,000
ハウス1（空気熱源＋温風暖房機）
ハウス２（地中源＋温風暖房機）
ハウス3（温風暖房機）
ハウス３
10,000
ハウス1
ハウス２
8,000
総経費（千円）
GJ
50.0
6,000
15年
4,000
12年
2,000
0
0
5
10
15
20
25
経過年数
バラ用ハウスの暖房経費比較
15
山形県 産地研究室
ユリ栽培 グリーンハウス冷暖房
山形県単独研究の一環として設置
熱源
・井戸水
室内機器概要
・冷暖房対象：約80m2のハウス
・空調方式：ビルマルチ
・ヒートポンプ：冷房能力22.4kW、暖房能力25.0kW
設置年月：2009年8月
BAV15
20SGP
Yストレーナ
72L/min
井水
P 25x32
25x32
GV25
GV25
GV25
GV25
72L/min
BAV15
SV20
P
FLT-1
フレキ
GV20
BAV32
P
32SGP
室内機
室外機
TEX -1
BAV32
R
D
P-1
排水
熱交換器
HEX-1
Yストレーナ
ヒートポンプ
GL
HP-1
GV20
ハウス外
ハウス内
16
鹿児島県
マンゴー栽培
鹿児島県単独研究の一環として設置
熱源
・農業用水（畑かん）
室内機器概要
・冷暖房対象：マンゴーハウス
・空調方式：室内機一体型
・ヒートポンプ：冷暖房能力12kW
設置年月：2009年２月
17
地中熱利用の課題
 地中熱に対する認知度がまだ低いことに加え、
設備導入に係る初期コストが高く設備費用の回
収期間が長い。
 設備の低コスト化と高性能化が十分に進んでい
ないという技術的課題もある。
18
地中熱利用 コミュニティ構想
地中熱利用促進協会資料
19
最後に
 今回の震災により、電気のありがたみを身にし
みて感じたとともに、その供給システムの脆弱性
を改めて認識した。
 ローカルエネルギーによる発電で得られる電力
を有効活用するために、高効率な地中熱ヒート
ポンプは有用な冷暖房・給湯システムであると考
えられる。
 未だにコスト面での課題はあるが、震災復興、そ
して将来の自然エネルギーを基盤とするような社
会づくりに地中熱が役立つようにしたい。
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