予習・復習/一問一答クイズ
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①火山灰
②マグマ
③生物
④太陽
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正解:④
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 - 圧縮機消費電力)
③暖房能力 / 地中冷却能力
④海
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正解:暖房能力 /(暖房能力 - 地中冷却能力)
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暖房能力 /(暖房能力 - 地中冷却能力)
②基礎杭
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地中の深い温度は深さが100m増すごとに2-3度程度上昇する。
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竪穴式住居
④地中の温度は地中を流れる地下水の温度とほぼ同じである。
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正解:地中の熱容量は無限に大きく、地中熱利用をしても地中の温度は変化しない。
解説:地中の熱容量は外気に比べて大きいが、無限ではないため、地中熱利用をすると周辺の地中の温度は変化するため、適切な地中熱交換器の容量選定が必要である。
①差し込み
②地中の熱容量は無限に大きく、地中熱利用をしても地中の温度は変化しない。
③ねじ込み
④フランジ
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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スリンキー
②電気融着
③下水
④ユーチューブ
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正解:③
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熱応答試験は土壌の有効熱伝導率を計測する試験である。
②基礎杭
③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。
④熱応答試験は一日で試験が可能である。
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正解:④
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。
②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。
③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。
④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。
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正解:①
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暖房
②発電
③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。
④融雪
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正解:②
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給湯
②ポリエチレン
③白ガス管(配管用炭素鋼鋼管)
④ポリ塩化ビニル(塩ビ)
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正解:②
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。
①ground source heat pump
②geothermal generator
③ステンレス
④geothermal heat pipe
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正解:①
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。
①4
②3
③5
④ground center heat pump
①熱視線
②熱気球
③熱波師
④3.75
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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熱伝導
②ヒートロス
③ヒートシンク
④ビートボックス
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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ポンプ
②電気ヒータ
③ヒートガン
④ヒートポンプ
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正解:④
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換気(吸気)予熱
②温度センサー
③地下水による融雪
④帯水層蓄熱による冷暖房
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正解:④
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
②6
③ヒートパイプによる融雪
④5
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正解:④
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/K
②W/m
③W・m
④W/(m・K)
①4
②氷蓄熱
③雪氷熱
④森林の伐採・利用・植林
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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。
①75W/m
②60W/m
③45W/m
④森林の間伐
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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
①4
②30W/m
③3
④5
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正解:①
解説:冷房システムCOP=(35-5)/(5+2.5)=4
①60W/m
②40W/m
③30W/m
④6
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正解:①
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ペレットストーブ
②薪ストーブ
③石炭ストーブ
④50W/m
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正解:地中熱ヒートポンプ
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。
①5m
②地中熱ヒートポンプ
③2m
④10m
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正解:①
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冠水
②灌漑
③換水
④1m
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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コーシーリーマンの方程式
②涵養
③シュレーディンガー方程式
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床暖房
②ファンコイル
③融雪
④ラジエター
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正解:③
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。
①二重ガラス窓
②電気式床暖房
③ナビエストークス方程式
④太陽光発電
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正解:②
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ドイツ
②米国
③LED照明
④中国
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正解:日本
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。