成果報告書詳細
管理番号20120000000767
タイトル平成21~22年度成果報告書 省エネルギー革新技術開発事業 ヒートポンプ利用による次世代空調システムの研究開発
公開日2012/7/5
報告書年度2009 - 2010
委託先名東京電力株式会社 高砂熱学工業株式会社 三菱電機株式会社 三菱樹脂株式会社
プロジェクト番号P09015
部署名省エネルギー部
和文要約1)本研究開発の目的
普及の著しいパッケージ空調機について省エネを図ることは、台数の多さによる効果の度合いを考えると非常に有効である。このため従来の空調用ヒートポンプ(以下HP)の蒸発器で同時に行われていた潜熱処理と顕熱処理を分離し、顕熱処理のみをHPに行わせ、潜熱(湿度)の処理をデシカント材料に行わせる潜顕熱分離空調が省エネ方策として有望である。この方式では、HPの排熱をデシカントロータの再生に利用することが考えられるが、従来のデシカント材料を用いた場合、高温の再生空気を得るためにHPの凝縮圧力を高めなければならず、圧縮機動力の増大により効率を損なうといった欠点があった。そこで、通常の凝縮器ではなく圧縮機吐出部のガス冷媒を再生熱として利用できるようにし、本方式に最適な「デシカントハイブリッド高効率冷凍サイクル」を新たに開発し、その上で「低温再生可能なデシカントロータ」「冷却時効率向上のための水熱源方式の採用」といった技術との組合せによる高効率の空調システムを開発した。冷房時のCOPは4.8を目標とした。
2)試作機の概要
空調システムの構成は、図1に示す通りであり、水熱源方式の室外機、顕熱処理を行う室内機、潜熱処理を行うデシカントロータ搭載の換気ユニットから構成される。
3)単体評価結果
評価条件は、アメダス気象データに基づく条件とした。夏季は最大負荷条件(室内温湿度=26℃/50%、室外温湿度=33℃/61.1%)、冬季は最大負荷条件が作れなかったので、1月の負荷条件(室内温湿度=22℃/50%、室外温湿度=5.2℃/49.5%)で評価した。夏季の除湿量、冬季の加湿量、換気ユニット内部の圧力損失の測定結果を表1に示す。No1、No2ともに除加湿量は目標値同等となることが確認されたが、圧力損失は、No2が目標値同等、No1が目標よりも60Pa大きく、No2の方が性能が良いことが分かった。
4)システム評価結果
換気ユニットNo2を用いて空調システムの性能評価を図3に示すデモシステムで行った。評価条件は、アメダス気象データに基づく夏季最大負荷条件(室内=26℃/50%、室外=33℃/61.1%)、冬季最大負荷条件(室内=22℃/50%、室外=0℃/50%)とした。
夏季性能については、本システム構成で目標COP4.8、目標除湿量9.01g/kgDAを達成した。
冬季性能については、本システムと補助加湿器を併用したシステムとして、加湿量6.34g/kgDA確保した場合、システムCOPが2.53となることが分かった。
5)年間性能評価結果
システム評価結果を用いて、熱源機、除湿部およびシステム全体のシミュレータを作成し、モデル事業所(9種類)ごとの年間空調負荷データについて、本システムを適用した場合の年間性能について計算し、従来型空調との比較を行った。結果の一部を表3に示す。
6)まとめと今後の課題
HPのサイクルを改良し、デシカントによる除湿で総合性能を従来機より大幅に向上させたシステムを試作し、目標の性能を達成した。各種ビルに適用した場合、かなりの省エネ効果が期待される。ただし冬季は加湿による消費電力の割合が大きいため、総合COPの際立った上昇は見られない。これは従来機においても同様であるが、今後熱回収をはじめとする各種の工夫により、改良の余地が存在すると考えられる。
英文要約Title: Projects of Research and Development of Innovative Energy Saving Technology, "DEVELOPMENT OF AN ADVANCED TYPE A/C SYSTEM OPTIMIZED WITH A COMBINATION OF A HEAT PUMP AND DESICCANT WHEELS", FY2009 - FY2010, Final Report.
1) Development of a new refrigeration cycle
A new refrigeration cycle combined with the desiccant rotor was developed. In this cycle, refrigerant gas, discharged from the compressor, is used as heat source for desiccant desorption process. Temperature of the discharged gas is higher than condensation temperature in the refrigerant cycle, therefore efficiency in adsorption and desorption process is improved. A low-temperature adsorption/desorption desiccant material was used for increasing the dehumidify capacity and a water-cooled condensing system was adopted for further high system efficiency.
The air conditioning system configuration is shown in Fig.1. This system is composed of an outdoor-unit equipped with a water cooled condenser, indoor-units that remove sensible heat, and a ventilation unit equipped with desiccant rotors that work as dehumidifier.
2) Examination of the ventilation unit
Two kinds of ventilation prototype units were made. An overlook of No2 unit is shown in Fig.2. Air flow rate of each unit is 500m3/h. For summer condition, temperature and humidity are set to 26°C/50% (indoor), 33°C/61.1% (outdoor). For winter condition, they are set to 22°C/50% (indoor), 5.2°C/49.5% (outdoor). Measured dehumidification capacity in summer condition, humidification capacity in winter condition and air pressure drop thorough the ventilation units are shown in Table 1.
Both units achieved the target capacity of dehumidification and humidification. No2 unit was selected for overall system measurement because of its better performance.
3) Examination of the air conditioning system
A chamber which simulates a real office space (shown in Fig.3) was built for overall performance evaluation. The evaluation was carried out under various seasonal conditions. Summer condition is as the same as that of ventilation unit test. For winter condition, temperature and humidity are set to 22°C/50% (indoor), 0°C /50% (outdoor).
Target values of each condition and test results are shown in Table 2. In summer condition, COP of the developed system was 4.8, and dehumidification capacity of the system was 9.01g/kgDA. The developed system achieved the target value of both COP and dehumidification capacity. In winter condition, the auxiliary humidifying device was added to the developed system in order to compensate for the short of humidification capacity. Humidification capacity of the system was 6.34kg/kgDA and system COP was 2.53.
4) Annual numerical evaluation of the developed system
A numerical simulator was made for this system in order to find out what the most suitable kind of business building is for the developed system. Annual load data of air conditioning for several buildings were used for input data.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る