予習・復習/一問一答クイズ
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①マグマ
②太陽
③森林の伐採・利用・植林
④海
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正解:②
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 /(地中冷却能力 - 圧縮機消費電力)
②暖房能力 / 地中冷却能力
③暖房能力 /(暖房能力 - 地中冷却能力)
④暖房能力 /(暖房能力 - 圧縮機消費電力)
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正解:③
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温泉
③基礎杭
④生物
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正解:②
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地中の温度は地中を流れる地下水の温度とほぼ同じである。
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帯水層蓄熱
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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シルト
③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。
④砂礫
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正解:④
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粘土
③フランジ
④電気融着
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正解:④
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ねじ込み
②ユーチューブ
③スリンキー
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基礎杭
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。
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:熱応答試験は一日で試験が可能である。
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。
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。
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:③
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熱応答試験は一日で試験が可能である。
②地下水利用には規制地域がある。
③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。
④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。
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正解:地下水方式はクローズドループ方式と呼ばれる。
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暖房
③給湯
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: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融雪
②白ガス管(配管用炭素鋼鋼管)
③ポリエチレン
④ステンレス
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正解:③
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 center heat pump
②geothermal heat pipe
③ポリ塩化ビニル(塩ビ)
④geothermal generator
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正解:ground source heat pump
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
②5
③4
④3.75
①熱気球
②熱伝導
③ground source heat pump
④熱波師
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正解:②
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ビートボックス
②熱視線
③ヒートロス
④ヒートシンク
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正解:④
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ヒートポンプ
②ポンプ
③ヒートガン
④温度センサー
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正解:①
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電気ヒータ
②帯水層蓄熱による冷暖房
③換気(吸気)予熱
④地下水による融雪
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正解:②
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。
①6
②5
③7
④ヒートパイプによる融雪
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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/K
②W/(m・K)
③W/m
④W・m
①4
②30W/m
③60W/m
④75W/m
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正解:45W/m
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
①5
②4
③6
④3
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正解:②
解説:冷房システムCOP=(35-5)/(5+2.5)=4
①50W/m
②30W/m
③45W/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
①40W/m
②薪ストーブ
③石炭ストーブ
④地中熱ヒートポンプ
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正解:④
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
②ペレットストーブ
③2m
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涵養
②換水
③10m
④冠水
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正解:①
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ナビエストークス方程式
③ケルビンの線源関数
④コーシーリーマンの方程式
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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灌漑
②ラジエター
③床暖房
④融雪
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正解:④
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
②LED照明
③二重ガラス窓
④ファンコイル
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正解:電気式床暖房
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電気式床暖房
②米国
③ドイツ
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。