Development of ground source heat pump using direct expansion method and shallow part ground heat by using horizontal underground heat exchanger

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今年度は直接膨張方式地中熱ヒートポンプの連続運転時の地中温度変化による性能への影響を確認することを目的として暖房運転時の熱交換性能を調べた、本実験に用いた地中熱交換器は、市販の空気熱ヒートポンプに使用される空気/冷媒熱交換器を水平にしてステンレス製の容器内に挿入したものであり、容器の寸法は1200mm×700mm×150mmである。ステンレス容器内には水を充填して注水可能とし、深さ約 0.3mの浅層に埋設した。容器内の水は貯水タンクからバルブを開放することにより供給した。採放熱管は長さ2m、途中で3分岐させて、分岐前の直径は3/8インチ、分岐後が1/4インチである。冷房室外機出力は4.0ｋW、暖房室外機出力は5.0kW、使用冷媒はR32を0.9kg封入した。設定温度は24℃、空調面積は26㎡とした。性能評価はJISに基づいた10時間連続運転と実用的な運転を想定した1週間連続運転の2通りで実施した。空調性能を求めるにあたり、ヒートポンプ側の冷媒流れは気液二相流となり熱量計測が容易ではないことから、室内機側で熱量を計測した。室内機側にはダクトを作成して取り付け、白金測温抵抗体と熱線風速計を用いて、室内機の吐出温度、吸込温度、吐出風速を計測した。得られた値から吸込口、吐出口間のエンタルピー差を算出し取得熱量を求めた。熱交換性能の評価には成績係数を用いた。10時間連続運転における底面温度、気温、上面温度の変化を調べると、上面温度が気温に沿って変動している。これより、地中熱交換器上部周辺地温は外気温の影響を大きく受けていると推測できる。平均COPは3.51であった。1週間連続運転におけるCOPは約3であり、安定した運転が可能であることを確認した。1週間の連続暖房運転の平均COP＝2.71、1週間の連続運転において9.4％の性能低下が見られた。