予習・復習/一問一答クイズ
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①海
②地中10m以深の温度はその土地の年平均外気温程度であり年中一定となる。
③太陽
④マグマ
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正解:③
解説:地中熱とは、おおよそ地下200mより浅い地盤に賦存する温度が数十度以下の低温の熱エネルギーである。その起源は地表面からの太陽エネルギーと地殻深部(マグマ)からの熱流であるが、火山地帯を除くと後者の影響度合いは前者に比べて極めて小さい。
①暖房能力 /(暖房能力 - 圧縮機消費電力)
②暖房能力 / 地中冷却能力
③生物
④暖房能力 /(暖房能力 - 地中冷却能力)
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正解:④
解説:ヒートポンプの暖房効率=暖房能力 / 圧縮機消費電力
エネルギー保存則から、暖房能力=地中冷却能力+圧縮機消費電力
2つの式より求まります
①竪穴式住居
②暖房能力 /(地中冷却能力 - 圧縮機消費電力)
③帯水層蓄熱
④温泉
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正解:④
解説:温泉は地中熱利用というよりは地熱利用(マグマの熱を利用)に定義される。
地中熱は浅い地盤の安定した温度を利用する技術である。
①粘土
②砂礫
③火山灰
④シルト
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正解:②
解説:熱伝導率[W/(m・K)]
砂礫:2.0
シルト:1.44
粘土:1.27(飽和)、0.92(不飽和)
火山灰:1.18(飽和)、0.90(不飽和)
※飽和:間隙がすべて水、不飽和:間隙がすべて空気
※地中熱ヒートポンプシステム オーム社 P.92
①フランジ
②ねじ込み
③基礎杭
④差し込み
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正解:電気融着
解説:電気融着は管と継ぎ手が一体となるため漏れがないが、ねじ込み、差し込み、フランジ方式などは機械的に水密性を保つ機構は信頼性に比較的劣るとともに、金属接手であれば耐食性の問題もある。
①下水
②ユーチューブ
③スリンキー
④電気融着
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正解:①
解説:下水熱は地中熱とは別のカテゴリになります。
地中熱交換器の方式にはスリンキー方式、基礎杭方式、U-Tube方式などがあります。
①熱応答試験は一日で試験が可能である。
②熱応答試験の解析方法には循環時法や回復時法などがある。
③基礎杭
④熱応答試験は土壌の有効熱伝導率を計測する試験である。
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正解:①
解説:熱応答試験のモニタリング時間は60時間以上必要とされる。
①熱応答試験を実施するためにはボーリングをする必要がある。
②地中熱ヒートポンプシステムは煙が出ず煙突が不要である。
③地中熱ヒートポンプシステムは日本よりも普及している海外の国が複数存在する。
④ストーブやボイラーの代わりに地中熱ヒートポンプシステムで暖房ができる。
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正解:地中熱ヒートポンプシステムは暖房専用であり、冷房ができない。
解説:地中熱ヒートポンプシステムは冷房と暖房の両方が可能である。
①地下水利用の場合、地下水位が低いより、地下水位が高いほうが有利である。
②地下水利用には規制地域がある。
③地下水方式はクローズドループ方式と呼ばれる。
④揚水井から揚水した地下水は地中熱ヒートポンプで採放熱し、そのまま還元井に還元することができる。
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正解:③
解説:地下水方式はオープンループ方式と呼ばれる。
地中熱交換器を利用する方法がクローズドループ方式。
①発電
②給湯
③暖房
④融雪
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正解:①
解説:地中熱(地中熱ヒートポンプ)では、暖房/冷房・給湯・融雪・工場プロセス加熱/冷却・プール加熱/冷却などの熱利用が可能だが、発電はできない。一方、地熱は発電が可能。
①ポリ塩化ビニル(塩ビ)
②地中熱ヒートポンプシステムは暖房専用であり、冷房ができない。
③白ガス管(配管用炭素鋼鋼管)
④ポリエチレン
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正解:④
解説:クローズドループ方式の地中熱交換器としては耐食性・水密性の高い高密度ポリエチレン管(PE100)が最も一般的に使われております。
①geothermal generator
②ground center heat pump
③ground source heat pump
④ステンレス
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正解:③
解説:geothermal heat pumpという言い方もされますが、設問ではheat pipeなので間違い。
①3
②4
③3.75
④geothermal heat pipe
①5
②熱波師
③熱気球
④熱視線
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正解:熱伝導
解説:地中熱は地中熱交換器で土壌と熱交換しますが、土壌では熱伝導により熱が伝わります。地下水の流れがあれは熱伝達も関係します。
①ヒートロス
②ビートボックス
③ヒートシンク
④熱伝導
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正解:③
解説:地中熱はヒートポンプによる冷房時のヒートシンクとして利用される。
①ヒートガン
②温度センサー
③電気ヒータ
④ポンプ
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正解:ヒートポンプ
解説:ヒートポンプを利用するTRTは原理的には可能ではあるが一般的な方法ではない。通常のTRTでは地中熱交換器内にポンプで水を循環させて電気ヒータで水を加熱し、温度センサーで水温を計測することにより、土壌の有効熱伝導率を求める。
①ヒートパイプによる融雪
②換気(吸気)予熱
③帯水層蓄熱による冷暖房
④地下水による融雪
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正解:③
解説:帯水層蓄熱では、暖房時はヒートポンプを利用し、冷房時はヒートポンプを利用する場合とヒートポンプを利用しないフリークーリングを行う場合がある。
他はヒートポンプがなくても成立する。
①7
②5
③ヒートポンプ
④4
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正解:②
解説:冷房能力=地中放熱量?圧縮機消費電力
冷房COP=冷房能力/圧縮機消費電力
=(地中放熱量?圧縮機消費電力)/圧縮機消費電力
=(45-7.5)/7.5
=5
①W/m
②W/K
③W・m
④6
①森林の伐採・利用・植林
②氷蓄熱
③W/(m・K)
④雪氷熱
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正解:②
解説:氷蓄熱運転は蓄熱をしない追い掛け運転に比べてヒートポンプの効率が低下するため二酸化炭素削減とはならない。
雪氷熱は氷室のことであり、有効な自然エネルギー利用である。
森林(育成林、人工林)の適切な間伐、伐採、利用、植林の循環は大気中の二酸化炭素を木として固定するため二酸化炭素削減となる。若い木ほど二酸化炭素の吸収量が多いため、老齢林は伐採して木材利用して植林したほうがよい。また、森林の間伐により木一本一本に適切に日光が届くようにして木の成長を促し、単位面積あたりの木材量および二酸化炭素固定を最大化できる。
①30W/m
②75W/m
③45W/m
④60W/m
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正解:③
解説:地中熱交換器の単位長さ(深さ)当たりの採熱量=30×1000×(4-1)/4/(5×100)=45W/m
①6
②森林の間伐
③4
④3
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正解:③
解説:冷房システムCOP=(35-5)/(5+2.5)=4
①30W/m
②5
③50W/m
④60W/m
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正解:④
解説:地中熱交換器の単位長さ(深さ)当たりの放熱量=30×1000×(5+1)/5/(6×100)=60W/m
①石炭ストーブ
②地中熱ヒートポンプ
③40W/m
④ペレットストーブ
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正解:②
解説:地中熱ヒートポンプは燃焼がないので排ガスがないため、排ガスに含まれるPM2.5の排出は全くない。再生可能エネルギー熱(バイオマス熱)であるペレットストーブや薪ストーブでも、排ガス処理を十分できる構造のものを使用すれば、PM2.5は極力削減できる。
①1m
②10m
③5m
④2m
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正解:③
解説:およそ5m深度の土壌は半年程度遅れて地表面の温度が伝わるため、夏は冬の地表面温度の影響が最も現れ、冬は夏の地表面温度の影響が最も現れるため、5m深度の水平方式地中熱ヒートポンプによる冷暖房COPは最も高くなる。10m深度ではほぼ年間を通して一定温度となる。1m、2mの深度では地表面温度の影響の遅れがあまりないため不利となる。冷暖房COPの順序としては深度5m>10m>2m>1mとなる。
①薪ストーブ
②灌漑
③冠水
④換水
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正解:涵養
解説:地下水涵養 (ちかすいかんよう)とは降雨・河川水などが地下浸透して帯水層に水が補給されることを言う。灌漑(かんがい)とは、農地に外部から人工的に水を供給すること。
①シュレーディンガー方程式
②涵養
③コーシーリーマンの方程式
④ケルビンの線源関数
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正解:④
解説:ケルビンの線源関数よりTRTを実施して地中熱交換器内の水の温度変化から土壌の有効熱伝導率が求まる。
①ラジエター
②床暖房
③ファンコイル
④ナビエストークス方程式
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正解:融雪
解説:ヒートポンプ暖房は凝縮温度が低いほうが効率が高くなる。凝縮温度が低い順に並べると融雪<床暖房<ファンコイル<ラジエターとなる。
①太陽光発電
②融雪
③LED照明
④電気式床暖房
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正解:④
解説:電気式床暖房は電気ヒーターであり、一次エネルギー効率がガス式やヒートポンプ式に比べて低い。地中熱ヒートポンプによる床暖房は効率が特に高い。
①二重ガラス窓
②ドイツ
③日本
④中国
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正解:③
解説:2022年9月現在、日本における地中熱ヒートポンプの導入容量は、米国、中国、ドイツ、日本の中で一番少ない。