成果報告書詳細
管理番号20120000000851
タイトル*平成23年度中間年報 次世代型ヒートポンプシステム研究開発 地下水制御型高効率ヒートポンプ空調システムの研究開発
公開日2012/7/26
報告書年度2011 - 2011
委託先名清水建設株式会社 国立大学法人信州大学
プロジェクト番号P10011
部署名省エネルギー部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:1.研究開発の内容及び成果等
(1) 実証実験による基盤技術の実証
(a) 実証実験装置の設計
地下水制御型高効率ヒートポンプ空調システム(開発システム)と比較対象とする従来システム(空気熱源ヒートポンプによるビルマルチ式空調システム)について、平成22 年度に実施した実証実験装置の概略設計および実証実験計画案に基づき、実証実験装置の実施設計を行った。開発システムの空調対象室は、信州大学工学部講義棟の2 教室(各,108m2 )であり、従来システムの空調対象室は同講義棟の1 教室(108m2 )である。
従来システムと開発システムの実施設計結果を全体システム図の形式で図-1,図-2 に示す。
従来システムは、外気処理パッケージ(ダクト型)を一台設置し、ビル用マルチパッケージエアコン(カセット型)を6 台設置した。また、計測機器については、空調対象室に湿度計と温度計、各機器単位に電力量計を設置した。
開発システムについては、2 次側空調システムに顕熱潜熱分離空調システムを採用し、顕熱処理はドライコイル方式とし、地下水の取水温度に応じて、フリークーリング、ヒートポンプ運転および両者のハイブリッド運転が可能な地下水専用水冷式ヒートポンプを開発して設置するものとした。外気処理(潜熱処理)には、地下水を熱源とする高効率の汎用型ヒートポンプによる冷水製造を除湿に用いるシステム構成とすると共に、外気取り入れのプレクーリングとして地下水を用いる外調機の構成を採用した.また,揚水井と注水井については、現地の水理地質構造や地下水状況の調査結果を反映して、2 層の帯水層を使うものとし、自然地下水流れの上流側に還水用の注水井、下流側に揚水井を配置した。揚水井と注水井および観測孔の配置を図-3 に示す。また、開発システムは地下水循環利用であり、地下水の直接通水によるスケール生成等の悪影響の回避、および注水井・地盤の目詰まり発生の防止を目的とした水質制御装置として、ろ過装置、軟水機および脱気装置で構成した水質前処理装置とろ過装置の水質後処理装置を開発して設置するものとした.
データの蓄積・運転制御については、従来システム・開発システムとも、中央監視システムで行うと共に,システム運転状況や成績係数(COP)などをリアルタイムにモニター表示するものとした。
英文要約Title: Research and Development of the Groundwater Source High-efficiency Heat Pump Air Conditioning System (FY2010-FY2012) FY2011 Annual Report
(1) Validation Experiment
(a) Design and construction of the test system
In accordance with the basic plan for validation testing drafted in 2010, a system for validation testing of developed systems was designed in detail and built. Three classrooms (108 m2 each) in the lecture building of Shinshu University were used for air conditioning testing. A newly developed sensible and latent heat load separation air conditioning system was installed in two of the rooms, and a conventional system (a multi-split system) was installed in the remaining room for the purpose of comparison.
As a heat source for sensible heat treatment of a testing system, a newly developed groundwater-cooled heat pump system capable of hybrid operation combining free cooling and heat pumping was installed. As an outdoor air unit for latent heat transfer, a conventional water-cooled heat pump system was used. During cooling operation, outdoor air was taken in and precooled with groundwater.
The well facilities were designed for pumping and injection into two (shallow and deep) aquifers. In order to prevent scale deposition in the piping and equipment and clogging of the wells and ground, a water treatment system consisting of filtering devices, a water softener and a degasifier was installed.
The installation of the test system was completed at the end of September, 2011.
(b) Validation experiment and evaluation
The winter test operation was started in the middle of November, and data accumulation and analysis were continued. In view of the problems revealed through the analysis and evaluation of operation data, the developed system was improved and fine-tuned. As a result, it has been shown in the validation operation in winter that the newly developed system can be about 20 percent more efficient than a conventional system.
Periodic water analyses conducted to evaluate the effect of the water quality control system confirmed that problematic substances such as manganese, which causes clogging, and calcium, which causes scale deposition, had been removed. Thus, during the four months of validation test, the system has been free from trouble due to clogging or other causes. This indicates that it is possible to achieve the goal of stable long-term operation.
(2) Evaluation of Performance and Economy of Commercial System
In order to evaluate the performance and economy of a full-scale commercial version of the developed system, conditions for a study on design details to be used in three cities were determined. As a building to be air-conditioned, an office building with a floor area of 1,000 m2 and 3,000 m2 was assumed, and plans were developed for each building. Furthermore, specifications of the air conditioning system including heat pumps, the well facilities, the water quality control system, etc., for use in Nagano City were determined.
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