予習・復習/一問一答クイズ
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①太陽
②生物
③海
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マグマ
④暖房能力 / 地中冷却能力
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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竪穴式住居
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正解:温泉
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。
②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。
③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。
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:③
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火山灰
②温泉
③砂礫
④シルト
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正解:③
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差し込み
②電気融着
③ねじ込み
④フランジ
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正解:②
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基礎杭
②スリンキー
③ユーチューブ
④下水
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正解:④
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熱応答試験は一日で試験が可能である。
③粘土
④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。
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正解:②
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地下水方式はクローズドループ方式と呼ばれる。
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正解:④
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融雪
②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。
③発電
④暖房
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正解:③
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ポリエチレン
②ポリ塩化ビニル(塩ビ)
③白ガス管(配管用炭素鋼鋼管)
④ステンレス
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正解:①
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 heat pipe
②geothermal generator
③給湯
④ground source heat pump
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正解:④
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
②3.75
③3
④5
①熱波師
②熱視線
③ground center heat pump
④熱伝導
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正解:④
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ヒートガン
②熱気球
③ビートボックス
④ヒートロス
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正解:ヒートシンク
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電気ヒータ
②ポンプ
③温度センサー
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ヒートパイプによる融雪
②換気(吸気)予熱
③ヒートシンク
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。
①地下水による融雪
②4
③7
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
①6
②W/K
③W・m
④W/(m・K)
①氷蓄熱
②森林の伐採・利用・植林
③W/m
④雪氷熱
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正解:①
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。
①45W/m
②森林の間伐
③30W/m
④60W/m
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正解:①
解説:地中熱交換器の単位長さ(深さ)当たりの採熱量=30×1000×(4-1)/4/(5×100)=45W/m
①6
②75W/m
③5
④4
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正解:④
解説:冷房システムCOP=(35-5)/(5+2.5)=4
①60W/m
②40W/m
③3
④50W/m
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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石炭ストーブ
②ペレットストーブ
③地中熱ヒートポンプ
④30W/m
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正解:③
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
②2m
③薪ストーブ
④5m
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正解:④
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
③10m
④涵養
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正解:④
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ナビエストークス方程式
②シュレーディンガー方程式
③ケルビンの線源関数
④換水
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正解:③
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コーシーリーマンの方程式
②ラジエター
③床暖房
④ファンコイル
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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
②二重ガラス窓
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中国
②日本
③米国
④融雪
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正解:②
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。