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地中熱を活用する 〜年間通じて安定したエネルギー〜

1. なぜ地中熱を活用するの?

地中熱を活用した家は2008年から取り組みました。

自然エネルギーは太陽熱自然風地中熱の3つが代表的なものです。

太陽熱は太陽光発電に、自然風は風力発電に利用されています。

地中熱は太陽熱が徐々に地中に伝わった熱のことで、地中4〜5mの地中熱(15℃)を地表との温度差を利用し冷暖房補助として使います。

 

この地中熱を一番活用できるのは弊社が取り組んでいる「空気が通う外張断熱」です。

通常の家は床下・壁中・屋根裏を外部とみなしますが弊社は内部とし、床下・壁中・屋根裏と室内に空気が通う工夫をしています。

その空気を夏は25℃の地中熱が活用できれば冷房補助として、冬は15℃の地中熱が活用できれば暖房補助として使えます。(地中熱活用図参照)

※夏、外気が35℃の時、室内を冷房せずに遮熱カーテンを閉め、朝出かけて夕方家に帰ると、地中熱の活用で室内が30℃を超えることはありません。

冬、外気が0℃の時、室内のエアコン1台付けるだけで床下を含めた室内温度は15℃から18℃あり、暖かく結露は発生していません。(2017年実測データより)

 

2. 地中熱って何?

 

地中は大きな蓄熱体

地中温度:15℃〜18℃

(地中熱の作用)

○クマやヘビ、カエルは冬に土の中で冬眠する

○地下水は夏冷たく、冬暖かい

○トンネルの中は夏涼しく、冬暖かい

 

(「地熱」と「地中熱」との違い)

地熱は地下深くにあるマグマの熱を地熱発電の熱源として使います。

地中熱は太陽日射熱が徐々に地中に伝わった熱のことで、地中4〜5mの地中熱を地表との温度差を利用し冷暖房に利用します。

 

3. 土地の持つ性質

 

土は断熱性能を持っている

カエルやヘビが「土の中」で冬眠するのは、土が断熱性能を持っているため、外気がどんどん冷えていっても土の中は冷え込まない天然の断熱材の役割をしています。

 

土は熱を伝える性質がある

夏の強い太陽熱はゆっくりと地下に伝わり、約半年かけて地下5m付近に蓄えられます。

 

4. 実際の地中温度

 

■地中温度の年間月別平均温度の変動(銚子気象台)

 

地下5mの温度(紫のグラフ)だけに注目してみると、年中15℃から18℃ぐらいで安定しているのが分かります。

夏の強い日射熱が地面を暖め、その熱がゆっくりと地下に伝わり、やがて地下5m程度に達する頃には6ヶ月が経過していて季節は冬に。

日射は弱まり、地表面は外気温で冷やされ始めています。 冷やされた冷熱はまた同じくゆっくりと地下へ。

やがて半年掛けて5m付近に達するころにはすでに夏になっている。

 

この季節サイクルの繰り返しによって、地下5m付近の温度は15〜18℃で推移するのです。

さらに季節で見てみると、暑くなり始める5月に最低温度の15.1℃、そして寒くなり始める11月に最高温度の18.6℃を記録していることが分かります。

私たちが暑い夏を迎える頃には、地下5mは年間でもっとも低い温度になり、逆に寒い冬を迎えるころには最も高い温度になっていたのです。

つまり地下5mでは、夏の方が涼しく、冬の方が暖かいという『夏冬の逆転現象』が起こっているのです。

 

この地下に眠る天然のエネルギー『地中熱』を住宅に取り込むことで住宅の省エネ化を図る、というのが地熱住宅の大きな目的です。

また太陽光のように季節や天候に左右されないのも地中熱が注目されている一つの理由でもあります。

 

5. 地中熱の利用

 

天候や季節に左右されず、地下5m付近の地中温度は年間を通じて15℃から18℃で安定した温度になっています。

この温度と地表との温度差を冷暖房に利用します。

 

(1)パッシブ地中熱利用(自然型)

@ 地下4〜5mの地中熱を、地中に埋めたパイプで直接動力で取得する。

A 地下4〜5mの地中熱を、土の性質や建物の工夫で建物下に蓄積する。(伝導型地中熱)


(2)アクティブ地中熱利用(機械型)

地下50〜100mの地中熱を、地中に埋めたパイプに不凍液を循環させて、ヒートポンプで熱交換する。

伝導型地中熱

冬季、外気温が下がりこれにつれて室温が下がりそうになると土間表面全体から室内全体に自然放熱が起こります。(夏は吸熱します)

6. 伝導型地中熱の原理と特徴

 

【原理】

夏の強い太陽日射はゆっくり地中に蓄えられ、それが伝わり建物下の地中も夏の終わりに温度が上がってきます。

その暖かい床下地中温度を、冬になっても冷え込まない工夫をすることで、その基礎下地中に15℃〜18℃の蓄熱層が形成されていきます。

冬はその暖かい地中熱を建物内に取り組み暖房として使います。

夏はこれと逆に、床下地中に持ち越された冬からの冷やされた地中熱を建物内に取り込み冷房として利用します。

 

【特徴】

(1)天候や季節に左右されず、無償で無限の地中熱をずっと利用できる

(2)一番自然な形で地中熱を取得できる。土の「断熱性」や「伝導性」を利用し建物基礎下に自然発生的に地中熱(15℃〜18℃)を蓄積する。

(3)地中熱利用システムが安価で提供できる。※地中熱利用システムの動力が月に300円程度。(建物の大きさ、内容で変わります)

(4)地中熱利用で冷暖房費30%削減が可能。(建物の大きさ、内容で変わります)

(5)二酸化炭素の排出削減につながり、地球環境に優しい。

(6)建物内の温度差が少ない。

(7)建物全体の湿気が除湿でき、体に優しい温熱環境が保てる。

(8)災害に伴う停電が長期間にわたる場合でも建物内は「地中熱」で冬寒くない夏暑くない環境が保たれる。

株式会社こざさ建設

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