把「地中熱」當冷暖氣用 大幅降低施工費八成的機器登場

據說往地下深入十幾公尺後，全年大致維持在 15℃。夏天涼爽，冬天微微溫暖。利用這種「溫溫的土壤」來進行冷暖氣調節的，就是「地中熱」。要如何利用溫溫的土壤來進行冷暖氣調節？原理上和冷氣的室外機很相似。冷氣會透過室外機將房間的熱排放到外面的空氣中，讓房間降溫。地熱能則是把排熱的去處從「空氣」改成「地面」。用圖表示的話，大概就是這樣。圖片：日本環境省讓水或防凍液在埋設於地下的管線中循環，夏天將熱量排入土壤，冬天則從土壤取得熱量。比起把熱量推向 30℃ 的空氣，將它交給 15℃ 的土壤要輕鬆得多，據說原理就是如此。從能夠穩定使用的能源這個角度來看，也具有優點。接著，請再看一次這張圖。就在車子旁邊的地面上，有一個細長的洞，對吧？要讓管線通過，就必須在地面挖出深洞。地熱能一直難以普及利用，其中一個原因就是這項挖掘工程過去既昂貴又大規模。然而，能在相當於幾個停車位大小的空間內完成地熱能工程的鑽掘機，已在美國完成首次作業。開發這套設備的是新罕布夏州的新創公司 Dig Energy。他們在位於波士頓的大型建設公司 Suffolk 的據點「100MAG」，為地熱能鑽了 7 個洞。據說耗時約 2 週。看似方便卻完全沒有普及Dig Energy 執行長 Darcy Madden 估計，即使在美國，使用地熱能的建築物也只有約 1%。初期費用有時最高會是相同能力空氣式熱泵（有點像冷氣的親戚）的 5 倍。過去的鑽掘機是載在大型卡車車斗上的重型機具。Madden 女士表示，業者購買時，每台要價約 200 萬美元。換算成日圓也是上億日圓的等級。如此一來，願意輕鬆地說「我們也要開始做」的業者自然不會增加。此外，在狹窄的後院或人們往來的場所，重型機具本身也經常無法進入。用水鑽掘 鑽好的管線就留在原地從遠景照片來看，也能更清楚看出作業空間並不大。圖片：Dig EnergyDig Energy的想法是，不使用刀刃進行鑽掘。取而代之的是，從噴嘴以約680個大氣壓噴出水，削開土壤與岩石向前鑽進。可以想像成用水嘩啦嘩啦地挖開岩石。一般的流程是挖洞→用套管加固以免坍塌→插入熱交換用管線，但Dig Energy表示，會將挖掘時使用的管子直接留在地下，讓它兼作熱交換器。前端的噴嘴也採用低成本製作，使用後就直接留在地下。挖掘完成的瞬間，配管也已經完成，因此相當有效率。不需要加固用的套管，也不需要插入管線的空間，洞口可以做得更細。如此一來，需要運出的土方可減少75%。而且，雖然是用水挖掘，據稱用水量只有傳統方式的十分之一。傳統鑽掘需要用大量的水來冷卻刀刃，或將挖出的土變成泥漿後運走。噪音也很小。據稱傳統鑽掘的噪音程度如同拆除工程現場，但Dig Energy的機器運作時，即使站在旁邊也能正常交談，附近建築物裡的人甚至什麼都聽不見。不過，這畢竟是Dig Energy自行發布的資訊，該公司宣稱從挖洞到完成設置的成本「最多可降低80%」。日本也能使用地中熱地中熱與名稱相似的地熱不同，基本上可以說是幾乎任何地方都能使用的能源。就連東京市中心也沒問題。實際上，從2012年起，東京晴空塔腳下便將最長120公尺的管線鋪設在地下，用於周邊地區的冷暖氣。然而，看看數字就會發現……日本國內利用地中熱的案例累計有9,188件（截至2024年3月底，日本環境省調查）。其中也包括不使用熱泵的方式，例如循環地下水等融化積雪，或將通過地下的空氣引入室內。像這次一樣使用熱泵進行冷暖氣的方式，則有其中3,436件。而且約四分之一位於北海道（869件），給人一種先從寒冷地區普及開來的印象。在其他地區，仍然是相當罕見的存在。圖片：日本環境省阻礙果然還是在挖掘成本。日本有許多泥土、砂、黏土與礫石混雜的地層，挖掘工程往往容易變得更加昂貴。也有報導指出，在地下鋪設管線的費用是歐美的 2～3 倍。不過，也不是只能束手無策。在 NEDO 的計畫中，已開發出可透過遙控操作、由一人完成挖掘的鑽掘機。若是挖掘一口深度 100 公尺的井，初期費用據說可降低 17.1%。「縮小挖掘工程規模，減少所需人力」的方向，與 Dig Energy 相同。Dig Energy 似乎也在當地反覆進行挖掘土壤、礫石、黏土、砂與花崗岩等材料的測試。不過，這套方法究竟能在日本的地層中發揮到什麼程度，目前還不得而知。如果確實具備可能性，還是值得期待！如果作業空間只需要幾個停車位的大小，那麼公寓的訪客停車位，或是便利商店停車場的角落，應該也能派上用場吧。來源：Business Wire，Canary Media，TechCrunch，日本環境省，日本環境省，NEDO，東京新聞，東京新聞，產業技術綜合研究所，hdblog.it◎本文經 Gizmodo 授權刊登，原文發表於此，作者為長谷川賢人。本文初稿由 Cool3c 使用 AI 協助翻譯，並經人工審校確認。