「高効率帯水層蓄熱システム」は、2本の井戸を冬期と夏期で交互に利用し、地下水の流れの遅い地下帯水層に冬期の冷熱、夏期の温熱をそれぞれ蓄える仕組みです。

冷房利用で温度が上昇した地下水をさらに太陽熱で加温し、より高温となった温熱を冬期の暖房用井戸周辺の地下帯水層に蓄え、冬期はその温かい地下水を暖房用に利用します。一方、暖房で利用して温度が低下した地下水をさらに融雪の熱源としても利用し、より低温となった冷熱を夏期の冷房用井戸周辺の帯水層に蓄え、夏期に冷房で利用します。

このシステムをJGD関連会社の事務所で空調に導入した結果、JGDの従来型帯水層蓄熱システム（３本の井戸を冷暖房の熱源として利用するシステム）に比べて初期導入コスト21％削減、年間運用コスト31％削減を実現しました。

さらに、この技術開発では、熱利用後に地下に戻すのが難しかった地下水を全量還元できる井戸構築技術も確立しています。

◆冷暖房・給湯・冬期の無散水融雪の３つの熱需要を満たすトータル熱供給システム◆

「高効率帯水層蓄熱システム」を確立したJGDは、「高効率帯水層蓄熱システム」のさらなる高度利用を目標に、2019年度から2023年度にかけてNEDO事業「再生可能エネルギー熱利用にかかるコスト低減技術開発」において、「高効率帯水層蓄熱によるトータル熱供給システム」の開発を進めました。

この研究開発では、「高効率帯水層蓄熱システム」を柱に、太陽光発電設備（30.7kW）、断熱効果を高めた外壁（厚さ300mm）、給湯回路に真空管式太陽熱温水器（84本）、換気装置に全熱交換システム、照明にLED照明、南西側の窓に太陽輻射熱を最大82％遮断する外付ブラインドを組み合わせ、関連会社である日本環境科学株式会社（山形市高木6：企業名略称JESC）ＺＥＢ棟で実証試験を行いました。

このシステムの大きな特徴は、「冷暖房」・「給湯」・「冬期の無散水融雪」の計3つの熱需要に対応する点です。

この3つの需要を満たすため、「再生可能エネルギー熱利用技術開発」で開発した冷暖房専用ヒートポンプに給湯回路を付加したヒートポンプ（冷房能力30ｋW、暖房能力30.1ｋW、給湯能力30.2ｋW）をゼネラルヒートポンプ工業株式会社と共同で開発しています。

実証が行われたＪＥＳＣ－ＺＥＢ棟は、鉄骨造の地上2階建、建築面積285㎡、延床面積562.5㎡の建物で、2021年2月から2023年10月までの期間でデータを収集。その結果、各年度の冬期運転と夏期運転のトータルエネルギー収支は、削減したエネルギー量が消費電力量を上回る結果となり、全期間を通じて『ＺＥＢ』を達成しました。

帯水層蓄熱のメリットをJGDの桂木聖彦社長に聞くと、「需要側に有利な温度の地下水揚水が可能な点です」と言います。例えば2021年度のデータによると、地下水初期温度は16℃ですが、冷房開始時は事前の冷熱蓄熱でより冷たい13.5℃、暖房開始時は事前の温熱蓄熱でより温かい22.8℃の地下水が得られています。熱はその後、蓄熱の消費（揚水量の累積）に伴って初期温度に向けて徐々に収束していきますが、冷熱が必要な期間、温熱が必要な期間を通じて条件の良い熱が得られ、エネルギー消費の削減に大きく寄与していることが分かります。

◆エネルギー消費をさらに削減する工夫…夏期のフリークーリング、冬期用に太陽熱蓄熱など◆

『ＺＥＢ』達成の大きなポイントについて聞くと、「夏期の冷房でヒートポンプを使わず地下水の冷熱だけで冷房するフリークーリングを行っていることに加え、給湯用に導入した真空管式太陽熱温水器で集めた熱を利用すること、通常は冬期に融雪で利用する無散水融雪システムを夏にも運転させて集めた温熱を冬期に暖房で使う井戸周辺の帯水層に貯めておくことです」としています。

例えば、フリークーリングの効果は大きく、フリークーリングとヒートポンプ冷房をそれぞれ実施した2023年度夏の結果を見ると、フリークーリングのシステムCOP（SCOP）が23.00だったのに対して、ヒートポンプ冷房のSCOPは8．74となっており、エネルギー消費量削減効果の高さがうかがえます。

◆ＺＥＢ改修の事務所とＺＥＨ-Ｍ化目指す社員寮で面的利用を実証へ◆

同社は、これらの研究成果をさらに進化させるべく、今注目されている熱の面的利用への応用に乗り出し、NEDOが2024年度から28年度にかけて実施する「再生可能エネルギー熱の面的利用システム構築に向けた技術開発」において、複数の熱需要に対して面的に熱供給する高効率帯水層蓄熱システムに関する研究開発「帯水層蓄熱を中心とした面的熱利用によるＺＥＢ及びＺＥＨ-Ｍの運用に係わる技術開発」（ゼネラルヒートポンプ工業と共同提案）をスタートしています。

ＮＥＤＯ