成果報告書詳細
管理番号20120000000853
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 都市域における下水管路網を活用した下水熱利用・熱融通技術
公開日2012/7/28
報告書年度2011 - 2011
委託先名公立大学法人大阪市立大学 株式会社総合設備コンサルタント 中央復建コンサルタンツ株式会社 関西電力株式会社
プロジェクト番号P10011
部署名省エネルギー部
和文要約1. 研究開発の内容及び成果等
(1)調査関係
1)熱融通適応可能エリアの下水管路流量・温度実測
下水熱利用・熱融通システムの実証に必要な熱融通適応可能エリアの下水温度と流量を計測し、スケールダウンした実証実験の条件および下水熱利用・熱融通システムシミュレーションの計算条件として使用できるよう整理した。
2)実証建物の既存熱源システム調査
熱利用(採熱)建物であるホテルと熱融通(放熱)建物であるデータセンタについて現状システムの熱負荷と熱源のシステム構成、および、熱源の運用状況の調査を行った。熱負荷は、日変動と季節変動が分かる情報を収集中。
3)下水熱利用動向調査
下水熱利用に関する国際フォーラムと技術セミナー(ドイツ)に参加した。また、ドイツやスイス等の国際的な下水熱利用の技術動向を調査したところ、今年度試作した夾雑物除去装置はドイツで開発された同装置より小型で簡易な低コストであり,優位性があることが分かった。
(2)個別技術の開発
1)熱交換器の開発
次の3種類の熱交換器を試作した。
・下水管路内設置型熱交換器
・管路外設置型プラスチック製熱交換装置
・管更生組み込み熱交換器
2)システム構成の検討
国内外の給湯・暖房ヒートポンプの比較評価(仕様・性能・価格)を行った。そして宿泊施設の給湯に対し、下水熱を利用したヒートポンプ熱源システム構成・機器表を示した。下水熱利用システムは気象・周辺利用状況の影響を受けるため、給湯の安定供給に配慮しバックアップできる熱源構成とした。
3)小型スクリーン装置の試作
夾雑物対策としてピット型熱交換器に通水する前に夾雑物の排除を行なうスクリーン装置の試作を行った。スクリーン装置は加熱量150kWと500kWのヒートポンプに適用可能な処理能力を持つ二つのタイプを試作した。より一層の小型化検討のため150kWタイプは次の2種類を試作した。実証試験設備と組合せた試験を行い、性能を把握した。
・夾雑物対策型ポンプの開発
・堰方式による夾雑物対策システムの開発
(3)実証試験設備の構築と実測
前年度試作を行った管路内設置型熱交換器の性能把握を行うための実証試験設備および、想定建物をホテルとして、加熱能力で30kW相当にスケールダウンした実証試験設備を構築した。構築した実証試験設備を用いて、性能試験を行い、データ採取を行った。
(4)システム評価
1)下水熱利用・熱融通適応エリアの抽出
下水処理場等で計測されている下水流量データをベースに、管路長と管路径を用いて任意の地点での流量推定を行う手法の研究を行った。また、下水熱ポテンシャル算出方法検討のため,この流量推定法のプログラムのプロトタイプを試作し、GISと連接させて下水熱ポテンシャルの算出を行えるようになった。さらに、開発したプログラムを用いて、大阪市内において下水熱利用に有用と思われる地点を5箇所抽出した。
2)システム評価
同一管路上の下流に向かい、ホテル、データセンタ、ホテルの組み合わせにおいて、下水熱利用・熱融通効果のシステムシミュレーション手法を確立した。季節ごとの代表日においてシミュレーションを行い、現状システム(ホテルは、ガスボイラー、データセンタは、冷却塔利用の冷凍機採用)に対して、一次エネルギー消費量で、総合効率が1.5倍以上あることを示した。ただし、実証試験データを用いた下水熱利用評価はデータ取得中であり、次年度に実施する。なお、下水熱利用機会拡大のため、集合住宅での下水熱利用の効果をシミュレーションで確認した。
英文要約Report for Fiscal Year 2011 on Next Generation Heat Pump System Research and Development -
Urban Wastewater Heat Utilization and Thermal Transport Potential of Sewer Pipelines (FY2010-FY2012)
(1) Investigation of Related Topics
1) Measurement of flow rate and temperatures in sewage pipes in potential application areas
Sewer pipeline flow rates and temperatures were measured in potential application areas for the Wastewater Heat Utilization (WHU). This data is needed for developing system simulation models.
2) Study of existing building heating systems
Data is being collected on the makeup, operating conditions and daily and seasonal changes in thermal loads of a hotel building which will use the wastewater heat from a data center building which will release heat into it.
3) Study on trends in wastewater heat utilization
Members participated in an international forum on WHU and a technical seminar in Germany. It was found that our prototype device to remove foreign objects from wastewater flow is smaller, simpler, and has a lower cost than a device developed in Germany.
(2) Development of Individual Technologies
1) Development of heat exchangers
Prototypes of heat exchangers meant for installation during sewage pipe rehabilitation were made. One type can be embedded inside the new pipe material, and the other type mounted outside it.
2) Investigation of system setup  
A comparative study (on specifications, performance, cost) of domestic and foreign heat pumps for hot water and for heating was done. An example case was found - a hotel facility making hot water with a heat pump using wastewater heat.
3) Prototype of small-size screening device  
Prototype devices to screen out foreign objects from wastewater were made. Two types were made, suited to handle the needs of 150kW and 500kW heat pumps. Further work on miniaturization led to the development of 3 more types for 150kW heat pumps. Their performance is evaluated in the demonstration test facility.
(3) Construction of Demonstration Test Facility and Experimental Measurements  
Assuming application at a hotel building, a scaled-down demonstration test facility was built with a 30kW heating capacity. Performance testing and data collection are done here to evaluate performance of in-pipe heat exchanger prototypes developed last year.
(4) System Evaluation
1) Selection of areas suited for wastewater heat utilization and thermal transport  
Using flow rate data from wastewater treatment plants as a base, research and measurements were done to estimate flow rates at a chosen point in the sewer network by using pipe dimension data. A prototype program linked with a GIS to estimate wastewater flow rates allows calculation of the WHU potential at any point.
2) System evaluation  
A system simulation was made for WHU through a single sewer pipeline linking a hotel, a data center, then another hotel. Taking a representative day for each season, the simulation was run to compare the primary energy consumption to the existing systems (a gas boiler in the hotels, chillers and cooling towers in the data center). The net efficiency was found to be over 1.5 times better than existing systems.
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