ヒートポンプ蓄熱センター 2004年9月 星野リゾート自然エネルギー利用計画 星野温泉ホテル建替工事における 地中熱利用熱源システム導入の概要 株式会社 星野リゾート 社長室 松沢隆志 1 ■Profile 星野リゾート 名 称 株式会社星野リゾート 本 社 長野県軽井沢町 従 業 員 ３６０人 売 上 高 ５６億３千万円（2001年11月期） 事業内容 リゾート事業、フード事業、ブライダル事業、 エコツーリズム事業、別荘管理業、保養所の受託運営 クラフトビール製造販売、不動産 事 業 所 星野温泉ホテル ホテルブレストンコート 星野温泉トンボの湯 軽井沢高原教会 ヤッホーブルーイング リゾナーレ小淵沢 アルツ磐梯 2 星野リゾートが目指すもの ■Vision 「リゾート運営の達人」になる 経常利益率 リゾート運営の達人 顧客満足度 環境経営 自然環境との共生、そして顧客満足と事業収益を高いレベルで両立する運営がで きるリゾートオペレーターを目指しています。 3 環境経営の理念 ■Vision 「エコリゾート」の実現 ゼロエミッション 環境経営 EIMY エコツーリズム 4 EIMYとは？ ■What’s ? ＥＩＭＹ（エイミー） EIMY（ｴｲﾐｰ）とは、Ｅｎｅｒｇｙ In My Yard の頭文字を取った もので「自分の庭のｴﾈﾙｷﾞｰ」と訳します。環境負荷を減らす ために自分の使うｴﾈﾙｷﾞｰをできる限り自給していこうという 考え方で、自然条件、社会条件、経済条件を考慮して、自然 ｴﾈﾙｷﾞｰの中から最適な組み合わせを採用して、過不足分を ﾅｼｮﾅﾙｸﾞﾘｯﾄﾞから補うｴﾈﾙｷﾞｰｼｽﾃﾑのあり方をいいます。東 北大新妻（2003）が提唱している考え方です。 5 EIMYの実現のために ■Mission エミッションの削減 ■Action 代エネルギーと省エネルギー CO2、NOX、SOX、PMの発生 CO2、NOX、SOX、PMの削減 ①自然ｴﾈﾙｷﾞｰ利用による脱化石燃料 化石燃料の使用 ②省ｴﾈﾙｷﾞｰによる化石燃料使用の削減 EIMY実現によって持続可能なレベルでのエネルギー使用へ 6 ■Concept ｴｺﾛｼﾞｶﾙｺﾐｭﾆﾃｨ 中小水力 ﾊﾞｲｵﾏｽ利用 風力 森林資源の利用 ｴｺﾂｰﾘｽﾞﾑ 水資源の利用 別荘など 系統電力 地中熱利用住宅 太陽光利用 リゾート施設 農業 ﾅｼｮﾅﾙｸﾞﾘｯﾄﾞとの接続 温泉熱利用 熱の多段階利用 未利用ｴﾈﾙｷﾞｰ 省エネ ﾊﾞｲｵﾏｽ利用 ﾘｻｲｸﾙ 地中熱利用 （ 15∼ 40℃） 分散型電源 OIL 排湯熱利用 温泉 （ 40∼ 100℃） ﾊﾞｲﾅﾘｰ発電 中高温熱水 （∼ 200℃） 新妻（2003）を編集 http://www.earth.tohoku.ac.jp/geoth21/ 7 星野温泉ホテル建替工事の概要 ■所在地 長野県軽井沢町 ■用途 ホテル ■用途地域 第１種住居地域 ■地域地区 第１種高度地区 ■構造 鉄骨鉄筋ｺﾝｸﾘｰﾄ造＋鉄筋ｺﾝｸﾘｰﾄ造 ＋鉄骨造＋木造 ■規模 地下１階、地上２階 ■敷地面積 42,055m2（12,722坪） ■建築面積 6,158m2(1,863坪） ■延床面積 8,421m2(2,547坪） 8 熱源計画の重点ポイント① • 温泉利用設備がある。 温泉は掛け流し利用なので大量の排湯が発生する。 • 冷房負荷はほとんどない。 冷房期間は２ヶ月以下である上、負荷も小さい。 むしろ、暖房と給湯負荷が大きい 9 熱源計画の重要ポイント② • 地下から採熱できる可能性がある。（地中熱 利用） • ただし、地下水や温泉などの流体資源を汲み 上げることは、資源の枯渇や自然環境への 影響が大きいと考えられ、注意が必要であっ た。 10 地熱利用ヒートポンプの採用 ＜利点＞ ①低温の自然ｴﾈﾙｷﾞｰ、未利用ｴﾈﾙｷﾞｰが利用 できる。 ②熱効率がよい ③排気ガスがでない ④火気を使わない ⑤既存の水力発電とあわせた総合自然ｴﾈﾙｷﾞｰ ｼｽﾃﾑになる。 11 ﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟとｺｰｼﾞｪﾈの比較 ｺｰｼﾞｪﾈﾚｰｼｮﾝ ﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟ 電気30％ 電気10％ 電気30％ 熱 40％ ×COP4.0 ＝ 電気30％ 総合効率７０％ 熱 40％ 総合効率７０％ 12 水力発電と地中熱ﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟの組み合わせ ＋ ＋ 水力発電 ＋ 地熱（地中熱・温泉排湯） ＝ 給湯・温泉加熱・冷暖房 200KW ＋ 600KW ＝ 800KW （COP=4.0） 13 建築設計と２次側設備設計の注意事項 ① 建築的手法による省エネルギー ・断熱の検討 ・軒、庇の検討 ・自然換気 ② ２次側設備の対応 ・低温床暖房 ・変流量制御 ・外気導入 14 地中熱利用ﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟとは何か？ ■熱源を地中に求めた水冷ヒートポンプを用い たシステムをいう • 熱源は大地の熱的性質（恒温性、熱容量、地温）を利用する ほか、地下水や温泉方式が水を直接汲み上げて使う方式が ある。 • GHP（Geotermal Heat Pump)または GCHP（Ground Cupled Heat Pump)と呼ばれる。 15 地下水による熱移流を考慮した 地中熱交換器の設計① 星野温泉 地下水の流動 10-6∼10-4m/sec 30∼40℃ 16 地下水による熱移流を考慮した 地中熱交換器の設計② Dimensionless Temp. in Heat Extraction Region 1 従来の設計 今回の設計 0 .5 P e h= 5 0 P e h= 2 5 P eh= 1 0 0 P e h= 1 0 2 4 6 D im e n s io n le s s H e a t F lu x , Q o u t ＜２次元で誘導した熱収支式（移流ー拡散方程式）＞ qout L ∂Θ = Qout , Qout = ∂Y λe (θ in − θ LB ) ul Peh = kh Θin：系への流入温度 λ：有効熱伝導率 L：熱交換器面長さ Kh：熱拡散係数 U：ﾀﾞﾙｼｰ流速 17 採熱井の概要 ・6“(150A）仕上げ ・ｹｰｼﾝｸﾞ外周はｾﾒﾝﾁﾝｸﾞなし ・同軸管はｸﾞﾗｽﾌｧｲﾊﾞｰ 地下水・温泉の流動 18 温度 (℃) 0 10 20 30 40 0.0 採熱時の坑井内の温度変化 深度 （ｍ） 100.0 • 10.1℃、185L/minの注入時、出口温 度は25.5℃を記録（△Ｔ＝15.4℃） • およそ200kWの採熱 • 深度あたりの採熱量は約500W/m 200.0 ※左図は24時間の採熱と48時間の温度 回復を行った時のもの。 300.0 10min 20min 30min 40min 50min 1hr 2hr 24hr 48hr 72hr 400.0 19 採熱特性 800 600 熱出力（W/m） 400 200 10℃注入（理論値） 0 15℃注入（理論値） 2O℃注入（理論値） -200 25℃注入（理論値） 30℃注入（理論値） -400 40℃注入（理論値） 50℃注入（理論値） 実測値(10℃注入) -600 0 50 100 150 200 250 300 350 400 注入流量（L/min） 20 地中熱源の量 ①採熱井戸から600KW 500W/m×1200m＝600ｋW 900L/min×（25℃ー15℃） ※採熱井は全長1200m ②排湯熱回収から300KW 240L/min×（40ー15℃）×60min×80％ 最大 900KWの熱源がある。 21 熱源システムの概要 • 空調 地中熱・温泉排熱及び冷房排熱回収を熱源とし、冷房には氷蓄熱を採 用した。 • 給湯 夜間全蓄熱とし、瞬間給湯加熱によってヒートポンプの効率UPを図っ た。ヒートポンプには液ーガス熱交を設けた。また冷媒にはHFC-407Dを 使用することで60℃以上の給湯温度に対応させる。 • 温泉加熱 蓄熱槽による加熱 • その他 ﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟの台数を分割するほか、すべての熱源機は給湯、加熱、冷 水の３回路をもつので、機器の故障リスクを低減している。また、熱源機 の台数制御や採熱方法、ｲﾝﾊﾞｰﾀ制御などをPCで行う。 22 水熱源ヒートポンプ① ＜使用機器仕様＞ ■ゼネラルヒートポンプ工業 ■排熱回収型ヒートポンプ（一部氷蓄熱） ■25HP×16 （400HP） 冷却能力 74KW（63,600kcal/h 冷却水出口35℃DB 冷水入口12℃ 出口７℃） 氷蓄熱能力 50KW（43,000kcal/h 冷却水出口35℃DB ﾌﾞﾗｲﾝ入口-2℃ 出口ｰ5℃） 加熱能力 108KW（92,900kcal/h 熱源水出口15℃DB 温水入口45℃ 出口50℃） 循環給湯能力 104KW（90,000kcal/h 熱源水出口15℃DB 給湯入口55℃ 出口６０℃） 瞬間給湯能力 106KW（91,200kcal/h 熱源水出口15℃DB 給湯入口10℃ 出口６０℃） 圧縮機定格出力 9.4KW×2 台数制御回路、通信ｼｽﾃﾑ回路組み込み 冷媒 HFC-407D 23 システム概念図 源泉より 床床 暖暖 ・・ 暖暖 房房 往還 き り 給 湯 還 り 源泉 昇温回路 浴槽仕込み，加熱回路 空 調 還 り 氷蓄熱回路 熱交換器 統 系部 用共 源泉 昇温回路 熱交換器 き 往 調空 源泉槽 ４０(m3) き 往 湯給 仕込加熱槽 ８０(m3) 第一機械室 統系ジー テ コ 源泉供給槽 熱交換器 給湯 タンク 源泉蓄熱槽 ３０(m3) 温水 タンク 貯湯槽 ４２(m3) 浴槽 給湯回路 氷蓄熱槽 １０(m3) 暖房回路 暖房回路 地中及び排湯熱源式 排熱回収型ヒートポンプ 排湯槽 ３０(m3) 冷温水 タンク 地中及び排湯熱源式 排熱回収型ヒートポンプ １００ＨＰ 地中及び排湯熱源式 排熱回収型氷蓄熱ヒートポンプ １２５ＨＰ ２５ＨＰ 熱交換器 熱源水 タンク 熱源回路 第二機械室 地中熱井 給 湯 往 き 給 湯 還 り 給湯 タンク 熱 源 管 き 往 房暖 ・ 暖床 冷水熱源回路 氷蓄熱回路 熱交換器 貯湯槽 ２４(m3) 給湯回路 暖床 房暖 還・ り 温水 タンク 空 調 往 き 空 調 還 り 冷温水 タンク 氷蓄熱槽 １８(m3) 暖房回路 地中及び排湯熱源式 排熱回収型ヒートポンプ １００ＨＰ 熱源水 タンク 地中及び排湯熱源式 排熱回収型氷蓄熱ヒートポンプ ５０ＨＰ 24 熱源回路 冷水熱源回路 地中熱井 採熱系統 25 給湯運転 26 冷水冷房運転 27 暖房運転 28 温泉加熱運転 29 熱源監視と制御 30 システムの導入効果予測 ・システム導入前の想定年間消費エネルギー量 ５４，８６６ ＧJ／年 ・システム導入後の想定年間消費エネルギー量 ２９，４７９ ＧJ／年 ・消費エネルギー削減量 ２５，３８７ ＧJ／年 ・消費エネルギー削減率 ４６．３ ％ 31 ｼｽﾃﾑ導入前のｴﾈﾙｷﾞｰ使用状況 水力発電 系統電力 ４ 太陽熱 ＬＰＧ LPG ４ 温泉排湯 灯油 OIL ７１ OIL OIL ２１ ７９ OIL OIL OIL 星野温泉ホテル 32 ｼｽﾃﾑ導入後のｴﾈﾙｷﾞｰ使用予測 水力 発 電 系 統 電力 ２３ １５ 太陽熱 ＬＰＧ LPG 温 泉 排湯 ２ 灯油 OIL ７５ ２５ OIL OIL ６０ OIL OIL 地中熱 OIL GCHP 新ホテル 33 システムの特徴 ① 地中熱と排湯熱に冷房時の排熱回収、蓄熱技術を組み 合わせて熱抽出の最適化を図ったシステムで自然エネルギー や未利用エネルギーを高効率で活用する熱利用計画である。 ②分散するコテージ群に熱供給をする一種の地域熱供給シ ステムであり、用途の異なる建物の熱需要の相違を考慮し てヒートポンプの設備容量を小さくするとともに、効率を最大 限に引き上げることができる。 ③深夜電力を利用した蓄熱や輻射熱暖房を組み合わせて 負荷の平準化と最大電力需要の低減を図っている。 ④安定した地下を熱源として利用するために、外気の影響 を受けずに高効率でヒートポンプを運転できる。 ⑤水熱源の熱源機の稼働音が非常に小さく、排煙もないこ とから、住環境にも配慮している。 ⑥地中利用は地下水を汲み上げることがないので、地下水 の枯渇や地盤沈下の恐れがない。 ⑦排湯熱回収で給湯補給水を10∼20℃余熱して省エネを 34 はかる｡ おわりに ①自然ｴﾈﾙｷﾞｰ及び未利用ｴﾈﾙｷﾞｰ＋ﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟの組み合 わせによる冷暖房給湯ｼｽﾃﾑは海外の先進国で普及が進 んでおり、省エネ、省資源、環境性が認められている。今 回の熱源システムはヒートアイランド現象の軽減という側 面でも一般住宅を含めた各方面でも利用されていくことが 期待できる。 ②地中熱利用が普及しない１つの問題点は地中熱坑の 掘削ｺｽﾄであるが、今回採用する対流熱利用型地中熱交 換方式は従来の５倍以上の熱交換能力をもち、掘削ｺｽﾄ を事実上1/5以下にする。 ③この技術は欧米よりもむしろ地下水の豊富な日本にお 35 いて汎用性が非常に高いといえる。 ゼネラルヒートポンプの特徴 ゼネラルヒートポンプ工業㈱ 開発部 柴 芳郎 http://www.zeneral.co.jp/ 36 弊社地中熱源ヒートポンプチラーの特徴 • • • • • • • • • • 多機能ヒートポンプ（空調・給湯・蓄熱）(業界初) 排熱回収機能搭載（業界初、200件以上の導入実績※) 四方弁内蔵による冷媒側冷却・加熱切替（業界初） モジュール化による最適な容量の選定が可能（業界初） 使用温度による冷媒選定が可能(業界初：R407D冷媒) 代替新冷媒・自然冷媒の選択が可能 (業界初:R290冷媒) 使用できる温度域が広い 床暖房にも対応 通信監視機能標準搭載 遠隔監視・現地派遣による行き届いたメンテナンス ※空冷を含む 排熱回収システム （例：冷暖房＋給湯） 冷房＋給湯 給湯 貯湯槽 ヒートポンプ 地中熱交換器 冷温水タンク 冷房または暖房 ・冷房を行いながら給湯運転で高効率 ・水冷式チラーで四方弁搭載 38 地中熱源ヒートポンプチラー 冷媒種別（代替新冷媒） • R407Cタイプ（−Ｃ） 最大50℃（循環加温）、55℃(瞬間給湯) • R407Dタイプ(−Ｄ） 最大60℃(循環加温)、65℃(瞬間給湯) • R134aタイプ（−Ａ） 最大65℃出湯(循環加温)、70℃(瞬間給湯) 容量：C>D>A(約6:5:4)効率：Ｃ≒Ｄ≒Ａ 圧力(同温):C>D>A 容量 30、20、15、10馬力モジュール(R407C) (新発売：36馬力モジュール) 使用可能熱源温度 冷却運転時:冷却水出口20℃以上,50℃以下 加熱運転時：熱源水出口-10℃以上20℃以下 39 熱源監視システムＺＥＯＳ 中央監視システム ・中央監視パソコン ・タッチパネル制御盤 • 遠隔監視システム ・電話回線を用いた遠隔監視 一般回線、内線、携帯電話、ＰＨＳ • 自動警報通報装置（オプション） 遠隔監視センターと現場担当者に通報 • 弊社制御盤の監視の場合は標準で監 視機能が付属のため、既存の情報につ いては入出力装置の増設が不要 • 全体画面 熱源系統 熱源監視盤 浴槽系統 • • • • • • 電話回線 （通報） スケジュール設定 直感的な人にやさしいインターフェイス 制御盤データの全てを監視・設定可能 中央監視・遠隔監視共通の画面 メンテナンス工数削減に貢献 制御の一部修正も遠隔により可能 自社製、必要に応じてアップデート可能 ＰＨＳ・携帯電話 センター電話 メーカー電話 40 受信パソコン
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