Loading article…
深層水源冷却（DWSC）または深層水空冷は、プロセス冷却および快適空間冷却のための空冷の一種で、大量の自然に冷たい水をヒートシンクとして利用します。湖、海洋、帯水層、または河川の深層から汲み上げた4～10 ℃（39～50 °F）の水を使用し、熱交換器の一方の側を通してポンプで送り込み、交換器のもう一方の側の温水を冷却します。[ 1 ]
淡水は標準気圧下で3.98 ℃（39.16 °F）のときに最も密度が高くなります。そのため、水温が3.98 ℃まで下がったり下がったりすると、密度が増加して水面下に沈みます。水温が3.98 ℃より上または下に上昇すると、水の密度が低下して水位が上昇します。これが、夏に湖の表面が温かくなる理由です。これらの効果が組み合わさることで、赤道から遠く離れたほとんどの深水域の底は、常に3.98 ℃に保たれています。
エアコンはヒートポンプの一種です。夏の間、家庭用エアコンは電気を使って、建物の涼しい室内から暖かい屋外へと熱を移動させます。
家庭用エアコンとは異なり、最新の業務用エアコンのほとんどは、熱を直接外気へ放出しません。システム全体の熱効率は、蒸発冷却を利用することで向上させることができます。蒸発冷却では、冷却塔内で冷却水の温度を蒸発させることで、湿球温度に近い温度まで下げます。この冷却された水が、ヒートポンプのヒートシンクとして機能します。
深層湖水冷却は、湖底から汲み上げた冷水を空調システムのヒートシンクとして利用するシステムです。ヒートシンクの温度が低くなるほどヒートポンプの効率が向上するため、深層湖水冷却は大型冷却システムの電力消費量を削減できます。現代の地熱ヒートシンクと概念的には似ていますが、適切な水源があれば一般的に構築がより容易です。
深層湖水冷却は、周囲の湿球温度よりも低い冷たい深層湖水を利用することで、熱力学的効率を高め、消費電力を削減します。多くの建物では、湖水が十分に冷たいため、特定の環境条件下では空調システムの冷凍部分を停止し、建物の内部熱を直接湖水のヒートシンクに伝達することができます。これは「フリークーリング」と呼ばれ、密閉された冷媒の圧縮と膨張というエネルギー集約型の冷凍サイクルによって冷気を作り出すのではなく、自然のヒートシンクを利用できることを示しています。ただし、水を循環させるためにはポンプが必要であり、数百フィートもの高さまで冷水を汲み上げるために大きな水頭圧がかかり、建物の空気を循環させるためにはファンも必要です。
深層湖水冷却のもう一つの魅力は、夏の午後など、電力網全体の負荷のかなりの部分を占めるピーク負荷時にエネルギーを節約できることである。
深層水源冷却は非常にエネルギー効率が高く、従来の冷却システムに必要な平均エネルギーのわずか1/10しか必要としません。[ 1 ]その結果、運転コストも大幅に低くなることが期待されます。
エネルギー源は非常に地域密着型で、完全に再生可能である。ただし、環境（多くの場合、同じ湖または近隣の河川）に排出される水と熱が自然の循環を乱さないことが条件となる。オゾン層を破壊する冷媒は一切使用しない。
建物の冷房需要と地域の気候によっては、深層水冷システムで建物の冷房需要のほぼすべてを満たすことができ、チラーによる機械式冷凍への依存をなくすことができます。これにより、建物の電力需要（吸収式冷凍システムの場合は蒸気需要）が削減されるだけでなく、致命的な細菌であるレジオネラ・ニューモフィラが潜んでいることが多い蒸発冷却塔への依存も軽減されます。ただし、建物管理者は、深層水冷システムで冷房需要を満たすことができた涼しい日に休止していた冷却塔を再稼働させる前に、適切な消毒手順を遵守し、実施する必要があります。
ニーズや水温に応じて、加熱と冷却を組み合わせることも検討できます。例えば、まず水から熱を抽出して冷却し、次にその水を冷凍ユニットに送って、より効率的な冷却に利用することができます。
これらのシステムによって湖の水温が大きく変化することはめったにありません。ヨーロッパでは、湖を利用した暖房と冷房により 年間0.8 TWhのエネルギーを節約でき、イタリア、ドイツ、トルコ、スイスで最も有望です。[ 2 ]
深層水源冷却には、周囲に大量かつ深層の水が必要となります。3 ～6 ℃（37～43 °F）の水温を得るには、地域の状況にもよりますが、一般的に50～70m （160～230フィート）の深さが必要です。
システムの構築には費用と労力がかかる。また、システムの構築と設置には大量の原材料が必要となる。
深層水源冷却は一部の文献では「フリークーリング」と呼ばれているが、配管内の摩擦損失やわずかな損失、および熱交換器における損失を克服するのに十分な揚程を持つポンプを運転するために、かなりの量のエネルギー（通常は電気エネルギー）が消費される。
ある研究では、ヨーロッパの湖は近隣地域の冷房需要の約17％、暖房と冷房を合わせた需要の約7％しか経済的に賄えないことが分かった。[ 2 ]
コーネル大学の湖水冷却システムは、カユガ湖をヒートシンクとして利用し、キャンパスの中央冷水システムを稼働させるとともに、イサカ市学区にも冷却を提供している。[ 3 ]このシステムは2000年の夏から稼働しており、建設費用は5500万～6000万ドルである。14,500トン（51メガワット）の負荷を冷却する。システムの取水管は長さ3,200メートル（10,500フィート）、直径1,600ミリメートル（63インチ）で、水深229メートル（751フィート）に設置されており、 3～5 ℃（37～41 °F）の水温にアクセスできる。水は長さ780メートル（2,560フィート）の直径1,200ミリメートル（47インチ）の排水管を通って湖に戻される。このプロジェクトに採用されたパイプは、高密度ポリプロピレン（HDPE）製のSclairpipeです。従来の電気冷却システムを稼働させるのに必要だった化石燃料を、推定で80%削減できます。
2004年8月以来、オンタリオ州トロントではEnwave Energy Corporationが深層湖水冷却システムを運用している。[ 4 ]このシステムは、オンタリオ湖から5キロメートル（3.1マイル）にわたって伸びるチューブを通して水を汲み上げ、水深83メートル（272フィート）まで到達させ、その水温を4 ℃（39 °F）に一定に保っている。水温は、その上にある水層（水温躍層と呼ばれる）によって保護されている。深層湖水冷却システムは、トロントの金融街をカバーする統合地域冷房システムの一部であり、冷却能力は59,000トン（207MW）である。このシステムは現在、4,000万平方フィート（3,700,000平方メートル）のオフィススペースを冷却するのに十分な能力を持っている。[ 5 ]
設置された深層湖冷却水取水管は、直径1,600 mm（63インチ） 、長さ15,000 m（49,000フィート）で、水深85 m（279フィート）に設置されており、3～5℃（37～41°F）の水温にアクセスできる。選定されたパイプは、高密度ポリエチレン（HDPE）樹脂製のSclairpipeである。
オンタリオ湖の深層から汲み上げられた水は、建物内の末端空調ユニットに直接循環されるわけではありません。代わりに、湖水は一連の閉ループ式熱交換器を通して循環され、建物から湖水へ熱伝達流体から正味の熱エネルギーが伝達されるようになっています。建物内の冷水は閉ループ式地域冷房システムの一部であり、熱交換器が設置されている中央の場所からポンプで建物に送られ、そこで潜熱冷却と顕熱冷却を行うために設置されたファンコイルユニットから熱を吸収します。
エンウェイブ・システムでオンタリオ湖の深層から汲み上げられた冷水は、熱交換システムを通った後、直接湖に戻されることはありません。代わりに、水はポンプで市の浄水場に送られ、処理された後、住宅や商業施設に供給されます。
この方式は海水冷却とも呼ばれています。ボラボラ島のインターコンチネンタルリゾート アンド タラソ スパでは、建物の空調に海水空調 (SWAC) システムを使用しています。このシステムは、冷たい海水を熱交換器に通し、閉ループ システムで淡水を冷却することでこれを実現します。冷却された淡水は建物にポンプで送られ、直接冷却に使用されます。電気への変換は行われません。同様のシステムは、香港のエクセルシオールホテル[ 6 ]や香港上海銀行の本店、ハワイ州庁の自然エネルギー研究所[ 7 ]でも使用されています。
1960年代に商業用空調システムが普及して以来、シドニーのサーキュラー・キーや港内の主要な建物では海水空調システムが使用されてきました。これには、歴史的建造物として登録されているAMP「パーム・コーブ」ビル（1962年建設）やシドニー・オペラハウスが含まれます。[ 8 ] [ 9 ]
インターコンチネンタルリゾートは、現在までに最大の海水空調システムですが、他にもいくつかのより大規模なシステムが計画されています。[ 10 ]ホノルル海水空調は、ホノルル中心部の商業施設や住宅に再生可能な冷房を提供するために海水空調を使用することを目的としたプロジェクトでした。[ 11 ] 2020 年 12 月 19 日、ホノルル海水空調は開発を終了し、2021 年 1 月末までに運営を終了すると発表しました。[ 12 ]ホノルル海水空調は、eBay の創設者ピエール オミダイアのUlupono Initiative が過半数の株式を保有しています。[ 13 ]
{{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)