地下水の熱エネルギーを利用する技術について教えてください。

回答

地下水の熱エネルギーは、天候や地域に左右されない再生可能エネルギーです。1年を通した恒温のエネルギーのため、効率の良い冷暖房などができます。 ただし、イニシャルコストが高いこと、揚水、放流については法律や規制などがあることに注意が必要です。

【地下水の特徴】

地下水の特徴は水温が安定していることです。深さ10mほどにある地下水の温度は、土壌の断熱機能により昼夜および1年を通して10－20℃とほぼ一定です。そのため地表が低温時の温熱源、あるいは地表が高温時の冷熱源として利用することができます。また、太陽光や風力と違い、天候や地域に左右されません。

ただし、過剰に揚水すると地盤沈下、また安易な放流は環境に悪影響を起こす恐れがあります。

【地下水（地中熱を含む）の熱利用技術】

代表的な熱利用技術を、以下に紹介します。

1.水循環による消融雪システム

冬季でも温かい地下の水を温熱源とし、無散水で消融雪するシステムです。
地中と地表に配管を巡らし、地中の配管内温水（あるいは不凍液）を循環ポンプで汲み上げ、地表の道路舗装体内に配置した融雪管内を循環させます。

それにより道路上の雪を消融雪し、その後、熱を奪われて低温となった水（あるいは不凍液）を循環ポンプで地中に戻します。地中に戻った水は周囲と熱交換して再び温水となります。システムではこれを循環させます。

2.ヒートポンプによる冷暖房システム

地下水を帯水層から汲み上げ、冷暖房システムの熱交換器であるヒートポンプの温熱源、あるいは冷熱源として利用する方式です。ヒートポンプで熱交換された地下水は帯水層に戻します。この方式は、配管が閉じていないためオープンループとも呼ばれます。

この冷暖房システムは、外気と熱交換を行うヒートポンプ方式（一般のエアコン）と比較して効率がよい、外気温が－15℃以下でも作動が可能、室外機の騒音がない、室外機から熱の排出がないためヒートアイランド現象が抑制できるなどの利点があります。
なお、地下水を汲み上げるのではなく、地中に配管を埋設し、その配管内の水（あるいは不凍液）を汲み上げ、ヒートポンプで熱交換した後、地中に戻す方式もあります。この方式は配管が閉じており、すべて配管内で熱交換をするため孔内熱交換型（クローズドループ）と呼ばれます。

【地下水、あるいは地中熱の熱利用の課題と留意点】

1.イニシャルコスト

熱交換井戸の掘削、配管工事などのイニシャルコストは高くなります。トータルコストで検討する必要があります。

2.地中への熱負荷

地中に対して採熱、放熱を行うことから、地中への熱負荷が増加します。設置場所などについて検討が必要です。

3.揚水、放流について確認

過剰な揚水は地盤沈下、安易な放流は環境への影響などを招きます。法律、地方自治体の条例、行政機関の規制などについて確認が必要です。

回答者

中小企業診断士　芳賀　知

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