帯水層熱エネルギー貯留技術における効率的運用のための基礎研究

含水层储热技术高效运行基础研究

• 批准号: 10760142
• 负责人: 中村 公人
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10760142/
• 关键词: 帯水層熱エネルギー貯留; 熱移動; 水分移動; 水蒸気移動; 潜熱輸送; 蓄熱効率; 蓄熱帯水層; 自然対流; 熱損失

地下の帯水層に温水あるいは冷水を貯留しておき,その熱エネルギーを利用する帯水層熱エネルギー貯留技術(ATES)の基礎実験として行ったレキと細砂で成層化させた土層カラムを用いた熱・水分移動実験の解析を行い,レキという粒径の大きな土壌を対象とする際の解析手法を提案した.また,蓄熱効率の面でより有効な帯水層熱エネルギー貯留システムについて数値実験を行って検討した.得られた知見は以下の通りである.1.温度勾配下にある不飽和レキ層中の温度と圧力水頭を再現するためには,不飽和レキ層中の液状水移動は解析において無視できる.また,対流による水蒸気移動の影響は水蒸気拡散係数に含めて考えることができる.ただし,温度勾配の向き(下端が高温の場合と上端が高温の場合)によって水蒸気拡散係数が異なることとなり,両者の違いが対流による水蒸気移動の影響の大きさを反映する.下端が高温の場合に上端が高温の場合よりも3倍程度(温度勾配約40℃m^<-1>の場合)水蒸気移動の影響が大きく,その分それに伴う熱移動によって蓄熱効率も低下する.2.ATESにおける土壌中の熱環境・水分環境を定量化することによって蓄熱効率の面から有効な帯水層について考察した結果,蓄熱帯水層の厚さが最も蓄熱効率に影響することがわかった.また,浅い不圧帯水層に蓄熱すると不飽和帯を通って損失する熱量が大きくなること,被圧帯水層が必ずしも蓄熱効率が高いわけではないこと,不飽和帯での潜熱輸送が蓄熱効率に影響することなどが示唆された.3.レキのようなそれ自体の熱伝導率が小さい土層が存在しても,その土層の間隙体積は大きく,水蒸気移動に伴う潜熱輸送が補完的に生じるために地下に蓄えられた熱エネルギーに対する断熱効果は期待できない.蓄熱帯水層の選定は,水量的に優良な帯水層であればその厚さや深さを調査した上で行われるべきである.

进行了由沙子和细沙分层的土层柱作为含水层热能存储技术（ATES）的基础实验，该技术在地下含水层中存储热水或冷水并利用其热能和湿气传递实验进行分析。我们提出了一种名为Reki的大颗粒土壤分析方法。我们还进行了数值实验，以研究在蓄热效率方面更有效的含水层蓄热系统。结果如下。 1. 为了再现温度梯度下非饱和层内的温度和压力水头，分析时可以忽略非饱和层中液态水的运动。另外，由于对流而产生的水蒸气运动的影响是由于水的影响可以被视为一个因素。但水蒸气扩散系数根据温度梯度方向（下端高温时和上端高温时）的不同而不同，两者的差异反映了水蒸气运动影响的大小如果顶端很热。 （当温度梯度约为40℃ m^<-1>）时，水蒸气运动的影响约为40℃时的3倍，并且由于伴随着热运动，蓄热效率也会下降。2 .ATES 中土壤的热环境通过量化湿度环境从蓄热效率的角度考虑有效含水层，发现蓄热层的厚度对蓄热效率的影响最大。此外，当热量存储在浅层无承压含水层中时，热量会通过蓄热层的厚度来传递。不饱和区所损失的热量。认为蓄热效率不一定高，非饱和区的潜热传输影响蓄热效率。3．由于伴随运动的潜热传输是补充性的，因此我们不能指望对储存在地下的热能起到隔热作用。如果是水量充足的含水层，则应根据其厚度和深度来选择蓄水层。调查以下事项后进行。

项目成果

中村公人: "成層土壌中熱・水分同時移動の数値解析" 農業土木学会論文集. 198号. 115-125 (1998)

Kimihito Nakamura：“分层土壤中热量和水分同时传递的数值分析”，日本农业和土木工程师学会学报，第 198. 115-125 号（1998 年）。