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Practical use of high-efficiency and low-cost ground source heat pump system using horizontal directional drilling method

水平定向钻法高效低成本地源热泵系统的实际应用

基本信息

批准号：
21K20344
负责人：
津谷駿介
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Akita University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-08-30 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

非開削工法を用いて二重層の水平型地中熱交換器を設置した。熱交換器長さは全長約120mであり，上層側地中熱交換器と下層側の長さはそれぞれ約60mである。上層側の地中熱交換器を深度4m，下層側を深度9mとした。地上部の片側において上層と下層の地中熱交換器同士を接続することで，一組の地中熱交換器とした。2022年3月に同熱交換器を対象とした熱応答試験を実施した。試験条件は熱負荷5kW，循環流量20L/min，試験時間2日間である。試験の結果，熱交換量はおよそ5kWで安定しており，出口温度は最大35℃まで増加した。しかし，試験開始から1.5日後からの降雨と同じタイミングで出口温度が2℃低下し，降雨によって熱交換器の性能が大きく改善されたことが推測された。次に，熱輸送・地下水流動シミュレーションソフトFEFLOWを用いて同熱交換器と周辺地盤の数値モデルを構築した。数値モデルは大きさをx，ｙ，ｚ方向でそれぞれ10m，70m，10mとした。モデルの初期状態は自然状態シミュレーションの結果とした。モデルの境界条件は上面に相当外気温度，側面を断熱，底面をフィールド試験地における恒温層温度を入力した。モデルの物性値はフィールド試験地で採取したコアサンプルデータに基づき設定した。また，降水による影響を再現するためにモデルの上面に降水フラックスを入力した。それから，熱応答試験の結果を用いたヒストリーマッチングを行った結果，計算値と実測値は試験期間全体で良好な一致を示し，数値モデルの妥当性が確認された。

Non-cutting method is used to install two-layer horizontal underground heat exchanger. The heat exchanger length is about 120m, and the upper side underground heat exchanger length is about 60m. The depth of the underground heat exchanger on the upper side is 4m, and the depth on the lower side is 9m. A group of underground heat exchangers are connected to the upper layer and the lower layer of the underground heat exchanger. In March 2022, the same heat exchanger was tested. Test conditions: heat load 5kW, circulation flow 20L/min, test time 2 days. As a result of the test, the heat exchange capacity is stable from 5kW, and the outlet temperature is increased from 35℃ to the maximum. After 1.5 days from the beginning of the trial, the outlet temperature dropped by 2℃ due to rainfall, and the performance of the heat exchanger improved greatly. Second, heat transfer, groundwater flow, heat exchanger, and ambient site construction. The number of x, y, z directions is 10m, 70m, 10m. The initial state of the film is the natural state of the film. The temperature of the upper part is equivalent to that of the outer part, and the temperature of the lower part is equal to that of the inner part. The physical properties of the material are determined by the basic parameters. The impact of precipitation on the environment is not obvious. The results of the thermal test were used to determine the validity of the test results, and the results of the calculation were consistent throughout the test period.