地中熱

地中熱とは

地中熱は、地球内部の熱とは異なり、主に太陽光によって温められた地表の熱が、地下の浅い層（概ね5メートルから200メートル程度）に蓄えられたエネルギーを指します。地下は地上の大気に比べて温度変化の影響を受けにくいため、年間を通して比較的安定した温度を保っています。この特性を利用したエネルギー利用システムが地中熱利用です。

地中熱の利用方法

古くは、この地下の安定した温度を利用して、食品や氷を貯蔵する目的で使われてきました。20世紀以降、温度差を利用するヒートポンプ技術と組み合わせることで、より積極的な活用が進んでいます。

地中熱を利用したシステムでは、冬場は地中から熱を取り出して暖房に利用し、夏場は建物からの熱を地中に放出（放熱）して冷房を行います。熱の運搬には、地中熱交換器と呼ばれるパイプを通して水や不凍液を循環させる方式や、地下水を直接利用する方式などがあります。エアコンと同様にコンプレッサーを用いたヒートポンプを使用しますが、外気ではなく安定した地中温度を熱源とするため、一般的に効率が高くなります。

利用のメリット

地中熱ヒートポンプシステムには、以下のような多くの利点があります。

空気熱源ヒートポンプ（一般的なエアコン）と比較してエネルギー効率が高い。
電力消費を抑えられるため、夏の冷房ピークカットなど節電に貢献する。
外気温に左右されにくく、外気温が-15℃以下といった厳しい環境でも安定した運転が可能。
屋外への排熱がないため、ヒートアイランド現象の緩和に寄与する。
化石燃料の使用を削減し、二酸化炭素排出量の抑制につながる。
騒音の発生源となる動力部分を地中に設置することで、運転音や低周波音を軽減できる。

システムの種類

地中熱利用システムには、いくつかの方式があります。

パッシブ型地中熱利用システム: 外気温と地中温度の差を利用して直接熱交換を行うシステムです。たとえば、夏季には地中温度が外気温度より低く、冬季には地中温度が外気温度より高いという特性を利用します。
アクティブ型地中熱利用システム: 地中深さ50～100メートル程度にパイプを埋設し、その中に水や不凍液を循環させてヒートポンプの熱源として利用する、より積極的に温度差を活用するシステムです。

これらのシステムは、導入時の初期費用（イニシャルコスト）が比較的高額になる傾向がありますが、運転費用（ランニングコスト）は安価であり、多くの場合、10数年で初期投資を回収できるとされています。

世界での導入事例

アメリカ合衆国

アメリカでは地中熱利用の歴史が長く、住宅用としては1931年のアルミネアハウス、商業用としては1946年のコモンウェルスビルディングが最初期の例とされています。1950年代には主に住宅分野で普及が進み、産業分野でもアラスカの石油パイプラインの基礎安定化に利用されるなど実績を積み重ね、現在では全米で60万台以上のシステムが稼働しています。

日本

日本では、2005年の愛・地球博瀬戸日本館での導入を皮切りに、大学キャンパスや空港、東京スカイツリー、JPタワーといった大規模施設での採用が増えています。個人住宅向けとしては、以前は主に海外からの輸入製品が中心でしたが、2009年以降、旭化成ホームズが燃料電池併用システムを、LIXIL住宅研究所が太陽光発電併用システムを、コロナが温水暖房システムを発売するなど、国内メーカーによる製品化が進んでいます。企業と大学が連携したアルミハウス構想など、新たな動きも見られます。欧米や中国に比べると普及は遅れていますが、政府のエネルギー基本計画で再生可能エネルギーとして位置づけられ、「エネルギー環境適合製品の開発及び製造を行う事業の促進に関する法律」の支援対象に含まれるなど、普及に向けた取り組みが進められています。特に、2012年に開業した東京スカイツリーでは、国内初となる地中熱利用による地域冷暖房システムが導入されました。

スイス

スイスでは、住宅暖房において地中熱ヒートポンプが広く普及しており、国内には5万か所以上もの地中熱交換器が設置されています。これは一定面積あたりの設置数として世界最多であり、ギネス世界記録にも認定されています。

その他の考慮事項

地震による耐久性

地震発生時、地表近くの建物や軟弱な地盤ほど揺れが増幅される傾向がありますが、地下は比較的揺れが少ないとされています。万一、地震によって地中の採熱管が破損するような事態が起きる場合、地上の建物自体にそれ以上の大きな被害が生じていると考えられており、地中部分の耐久性は大きな問題とはならないとされています。

環境への影響

一部で地温の変化が報告されている事例もあります。地中熱利用が地下環境や生態系に及ぼす具体的な影響については、研究事例がまだ少なく、環境負荷に関する正確な評価を行うためにはさらなる調査研究が必要です。

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