論文紹介清水建設が発表した論文をご紹介します。

鋼管杭による土壌採熱実験と性能予測手法の適用性の検討

第63号1996年4月
森野仁夫

鋼管杭を土壌との熱交換器とした土壌採熱システムの長期運転特性を明らかにし、既報で示した計算モデルの長期性能予測に対する適用性を検討するため、直径600mm、長さ22.5mの鋼管杭を用いて7カ月間におよぶ土壌採熱実験を行った。実験および実測値と計算値の比較の結果から以下の点が明らかとなった。

  1. 定常状態における鋼管杭からの採熱量と土壌からの熱伝導量は双方とも23kWh/日となり、それぞれ採熱初期段階の30%と40%程度となった。
  2. 土壌熱源ヒ-トポンプの成績係数は定常状態において3.3と高い値を示した。
  3. 鋼管杭内部の水温変動、鋼管杭と土壌との熱交換量などの計算結果は実測値と良く一致し、本計算モデルが長期にわたる土壌採熱システムの性能予測に十分な精度をもって適用できることを確認した。

本研究において得られた知見と実験結果によって検証された性能評価手法の開発により、鋼管杭による土壌採熱システムに関する十分な信頼性を持った設計方法を確立した。

Experiments on Heat Collection from Soil Using a Steel Pipe Pile and Examinations of the Applicability of the Thermal Performance Calculation Method

by Kimio Morino

In order to confirm the heat exchange characteristics during a long-term operation and to establish a design methodology for a ground source heat pump system(GSHP) employing a steel pipe pile acting as a heat exchanger with the soil, originally designed as a building foundation, we conducted a long-term heat collection experiment for about seven months at Koto-ku, Tokyo. A steel pipe pile with an outer diameter of 600mm, a thickness of 14mm and a length of 22.5m, was driven perpendicularly into the ground.

From the experimental data, we confirmed the heat exchange characteristics between the soil and the steel pipe pile during long-term operation. The quantity of heat collected from the soil with the pile per day was about 23kWh and the coefficient of performance was 3.3 which reflected the high performance of the GSHP in a stationary state. We also confirmed that the calculation method we developed could estimate the fluctuation of the water temperature in the steel pipe pile and the thermal performance of the heat collection system during long-term operation with sufficient accuracy when compared with actual measurement data.

From the information obtained from the experiment and the confirmation of the applicability of the calculation method to a long-term operation, the design methodology for a GSHP employing a steel pipe pile was established.

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