地熱ヒートポンププロジェクト分析
クリーンエネルギープロジェクト分析コース
フィラデルフィア企業センター, 米国 – 28の 暖冷房地熱ヒートポンプ
写真提供: Geothermal Heat Pump Consortium (NREL PIX)
© カナダ天然資源省 2001 – 2006.
目的
• 地熱ヒートポンプ (GSHP)システム
の基礎
• GSHPプロジェクト分析の要点解説
• RETScreen® GSHPプロジェクトモデル紹介
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GSHPシステムからの供給
• 暖房
インパクト 2000ホーム,マサチュセッツ, 米国
• 冷房
• 温水
写真提供: Solar Design Associates (NREL PIX)
• 健全な永久凍土層
…さらに…
住宅のヒートポンプ

効率

安定した能力

メンテナンスの減少

快適性と空気の質

必要スペースの減少

エアコンのピーク電力負荷の削減

低い運用コスト
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GSHP システムの構成
1. 地中との接続

地下連結

地下水

地表水
2.
液体熱源ヒートポンプ
3.
室内暖房/ 冷房分配サブシ
ステム

既存のダクト配管
3
2
1
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液体熱源ヒートポンプ
• 水から空気へのヒー
コンプレッサ
トポンプ
高圧高温の蒸気
低圧低温の蒸気
• 可逆方向
• ユニットあたり3.5 ~
35 kW の冷房
• 大規模ビルには多
数ユニット
凝縮器
蒸発器
低圧低温の液体
高圧高温の液体
膨張弁
• 圧縮による余熱は過熱低減器を通して温水を供給する
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地中接続の形式
垂直地熱利用 (GCHP) 水平地熱利用(GCHP)
地下水利用 (GWHP)

岩の多い土地

ほとんどの土地で利用

帯水層+注水

より高価

費用は小さい

最も少ない費用

必要な土地が小さい

小規模ビル

規制あり

高い効率

温度は変動する

汚染
• 地表水及び 垂直管式熱交換器も利用する
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GSHP 熱源: 地中温度
• 太陽の輻射エネルギーの約
半分が地中に吸収される
GSHP は効率が高い
• 温度変化は深さとともに減少
温度(F)

温度(C)
• 地中は温度変動を抑制する
する

15 m以下では無視できる。
冬
夏
秋
Graphic: Canadian Building Digest
• 地域の地中温度は気候、地面と積雪、斜面、土壌特性などに依存
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GSHP のシステムコスト例
フ イ ン ラ ン ド 、 1 5 0 m2 の 住 宅
初期
年間
年間
コ スト
暖房費 エ ネ ルギー
電気
$8,000
$800
20 MWh
GSHP
$13,000
$350
6.5 MWh
• エネルギーコスト上昇
• 環境への関心
• エアコンは特別配当のようなもの
写真提供: Suomen Lämpöpumpputekniikka Oy
コ ネ テ イ カ ッ ト 、 米 国 、 2 7 5 m2 の 住 宅
初期
コ スト
石油/エアコ ン $16,000
GSHP
•
写真提供: GeoExchange Consortium
年間
年間
年間
年間
暖房費 冷房費 合計費用エ ネ ルギ ー
$600
$20,500 $450
$900
$600
$1,500
$1,050
27 MWh
11 MWh
エアコンのピーク負荷を削減するため
に電力会社は補助金を出す
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地熱ヒートポンププロジェクトの考察
• 最も経済性がある場合:

暖房と冷房が必要とされる

季節の温度変化が大きい

新規建築または HVAC の交換

暖房: 電力コストが低く、ガスまたは石油のコスト
が高いとき

冷房: 電力コストが低く、ピーク負荷料金がある
熱交換器のレイアウト, 商業ビル
GSHPの 設置
• 掘削機とドリル機器が利用できるか
どうか
• 熱交換器設置コストの不確実性
• 経済性についてのユーザーの基準
写真提供: Craig Miller Productions
and DOE (NREL PIX)
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例: オーストラリア、ドイツ及びスイス
住居ビルシステム
• 高級住宅

より高い資本コスト

経済性について長い期
間の見通し

環境又は快適さを重視
20 kW 地下水ヒートポンプ,ドイツ
垂直地下穴掘削用リグ
スイスの住宅
写真提供: Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.V.
320 室アパート, 南オーストラリア
• 電力会社からの奨励
金は重要な要因の可
能性
写真提供: GeoExchange Consortium
写真提供: Eberhard & Partner AG
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例: 英国及び米国
商業ビルシステム
•
短い回収期間がしばしば要求
される (5年以下)
•
土地の利用可能性が問題にな
ることがある
•
内部スペースの利用は少ない
•
分配制御は単純
•
環境破壊のリスクが小さい
•
ピーク負荷料金の減少
•
補助暖房は不要
商業ビル, Croydon, 英国
写真提供: Groenholland B.V.
ビル群,ケンタッキー,米国
写真提供: Marion Pinckley (NREL PIX)
ガソリンスタンド,カンサス,米国
写真提供: International Ground Source Heat
Pump Association
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例: カナダ及び米国
公共的ビルシステム
• より長い回収期間が許容される
水平型交換器のための掘削
• 革新的なシステムを多く適用できる
• 暖房と冷房負荷が同時に発生
写真提供: Robert R. Jones/Oklahoma State
University (NREL PIX)
学校,ケベック,カナダ
写真提供: Natural Resources Canada
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RETScreen®
地熱ヒートポンプシステム プロジェクトモデル
• エネルギー生産、ライフサイクルコスト及び温室効果ガス削減に
ついて世界のどこでも分析可能
水平型及び垂直型閉ループ
 地下水オープンループ
 住宅用, 商業用,

公共及び工業用建物
• 現状では範囲外:
地表水 GSHPs
 地中の長期間にわたる熱不均衡
同時の暖房と冷房 (区画負荷のみ)
 給湯

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RETScreen®
GSHPエネルギー計算
GSHPシステム
ユーザー入力
ヒートポンプ
の能力を評価
建物ユーザー入力
気象データ
ユーザー入力
負荷と温度の関
係を作り、バラ
ンス点を設計
温度ブロック
を作り地中温
度を計算
各ブロックの
ビルの負荷を計算
地中のループ大
きさと地下水の
流れを評価
各ブロックについ
てヒートポンプの
性能と能力を評価
テキストブック参照
クリーンエネルギープロジェクト分析:
付随的な冷暖房需要
RETScreen®エンジニアリングと実例
房エネルギーを計算
とGSHPの年間冷暖
地熱ヒートポンププロジェクト分析の章
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RETScreen®
GSHPプロジェクトモデルの確認例
•
•
暖房エネルギー
合成したブロックとモニター
したデータについてエネルギ
ー消費を比較
6種のサイズ決定プログラム
と詳細なシミュレーションプ
ログラムとGHXの長さの比較
トロント
モントリオール
シャーロッテタウン
ウイニペグ
バンクーバー
RETScreen
37,202
モニター
36,686
RETScreen
36,138
モニター
35,490
RETScreen
37,158
モニター
36,922
RETScreen
33,243
モニター
32,926
RETScreen
37,888
モニター
39,016
1年設計
プログラム
差%
kWh
1.4
1.8
0.6
1.0
-3.0
10年設計*
住宅1
ルイジアナ
住宅2
ウイスコンシン
商業ビル
ネブラスカ
住宅1
ルイジアナ
住宅2
ウイスコンシン
商業ビル
ネブラスカ
266
124
141
293
129
148
ほかのプログラムの
平均値
RETScreenの記述と
の比較
257
-4%
135
9%
121
-14%
257
-12%
135
5%
121
-18%
RETScreenのエネル
ギー消費との比較
236
-11%
127
2%
132
-6%
236
-19%
127
-2%
132
-12%
実際値との比較Actual
344
29%
160
29%
141
0%
344
17%
160
24%
141
-5%
* 比較のため RETScreen は1年設計値を使用
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結論
•
•
•
GSHPs は暖房、冷房及び温水を供給する
地下は温度変化が少なくGSHP の効率は高くなる
GSHP の初期コストは高いが、運用及びメンテナンスコストは低い

•
•
暖房と冷房が要求される気候が最も有望
RETScreen® 評価:

外気温の分布頻度

外気温の関数としての建物の負荷

年間の暖房と冷房のエネルギーの節約
RETScreen®は月毎の計算で年間分析をし、時間毎のシミュレ
ーションモデルと匹敵する精度を達成できる
•
RETScreen®は、重要な予備的フィージビリティスタディのコスト
を節約する
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質問?
地熱ヒートポンププロジェクト分析モジュール
RETScreen® Internationalクリーンエネルギープロジェクト分析コース
更に詳しい情報は RETScreen ウェブサイトをご参照下さい。
www.retscreen.net
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地熱ヒートポンププロジェクト分析