成果報告書詳細
管理番号20130000000141
タイトル平成23年度-平成24年度成果報告書 省エネルギー革新技術開発事業 実証研究(電力需給緊急対策) 省エネルギーで快適な空調制御手法の研究開発
公開日2013/6/25
報告書年度2011 - 2012
委託先名新日本空調株式会社 株式会社東芝
プロジェクト番号P09015
部署名省エネルギー部
和文要約2011年3月の東北地方太平洋沖地震の影響により、夏季における冷房用の電力不足が深刻である。このため、大型ビルでも、使用最大電力の削減と一層の省エネが求められている。しかし、設備を更新せずに省エネや最大電力の削減を実現するためには、空調・照明等の使用を制限し、室内環境の悪化をある程度の我慢する必要が生ずるため、知的生産性の低下が懸念される。
そこで、省エネと快適性・知的生産性を両立できるアクティブスウィング空調を実際のビルに適用し、評価する実証研究を行った。アクティブスウィング空調では、冷房時に、室内温度を快適・省エネの2モードを交互に適用する。このとき生ずる室温の非定常な変化により、人間の温冷感にオーバーシュートが生じ、実際の温度変化以上に快適に感じるとされる。このため、アクティブスウィング時に平均室温でも、快適性が損なわれず、省エネルギー実現できる可能性がある。
実証研究を行うために、まず、アクティブスウィング用の空調制御手法の開発を行った。短時間での室温上下が必要となるため、空調風量を短時間で増減させる制御手法を開発した。パラメータを最適に設定し、1.5時間周期で±1℃の室温上下動を実現した。
次に、アクティブスウィング実施時の省エネルギーと快適性・知的生産性の調査計画を立案した。調査期間は、2012年7月23日から9月20日までの休日を除く35日間とし、[1]アクティブスウィング(室温27℃±0.5℃)、[2]通常の運転(室温27℃)、[3]温湿度一定(室温26℃)の3種類のモードでの空調を交互に実施する計画とした。測定は、消費電力計、室内温湿度計などを利用し、測定項目は、温度、湿度、消費電電力量など13種類とした。
最後に、アンケート用紙及び調査方法の検討を行った。アンケートは、年齢、性別、業務内容といった基本情報から、採光や照明などの光環境、温かさや涼しさ等の温熱環境、空気のよどみ、においなどの空気質環境、および、それらと知的生産性の関係を調査する内容とした。
得られたデータ・アンケート結果から、各試験日の標準就業時間である9:00-17:00を対象に、測定結果や消費エネルギーの分析と、快適性・知的生産性との関係を評価した。
[1]アクティブスウィング時における、室温のスウィング幅は平均で0.9℃程度であった。[2]通常の運転、[3]温湿度一定では、概ね設定温度に維持されていた。空調用ファン動力は、[1]アクティブスウィング、[3]温湿度一定がほぼ同じで、[2]通常の運転がやや少なかった。空調コイルにおける消費熱量は、[1]アクティブスウィング、[2]通常の運転、がほぼ同じで、[3]温湿度一定が多かった。
アンケート結果により、温冷感が[1]アクティブスウィングと[3]温湿度一定制御がほぼ同じで、[2]通常の運転で、暑い側の申告が多いことがわかった。また、温熱環境、空間環境が知的生産性に影響する度合いが高いことが分かった。
得られた結果から、省エネ効果と快適性・知的生産性の考察を行った。外気温の分布がほぼ同じ代表日を例に、必要な補正をおこなったところ、[1]アクティブスウィングの場合、[3]温湿度一定と比較して、約7.5%の省エネであることがわかった。一方、アンケート結果から、温冷感や知的生産性が、[1]アクティブスウィングと[3]温湿度一定制御でほぼ同じであることが判明した。以上から、実際のビルにアクティブスウィングを導入することで、快適性・知的生産性を維持したまま、省エネを図れることを確認できた。
英文要約Title: Research and Development Program for Innovative Energy Efficiency Technology. Research and Development of Air-conditioning Control Technique That Realize Energy Saving Without Compromising Thermal Comfort(FY2011-FY2012) Final Report
After the great earthquake off the Pacific coast of Tohoku in March 2011, power shortage for air-conditioning during summer has become a serious issue. Even large buildings are required to reduce the maximum power capacity and further promote energy saving. To realize these goals without replacing equipment, people have to be somewhat patient with deteriorated indoor environment. It is feared that these changes would lead to lower workplace productivity.
Then, an active room temperature control technique called "active swing air-conditioning" designed to realize energy saving without compromising thermal comfort or productivity was applied to an actual building. The technique controls the room temperature by alternatively applying two modes. This air-conditioning produces an unsteady change in room temperature to introduce an overshoot of the occupants' thermal sensation. It is believed that the occupants would feel more comfortable than they should do simply with the actual temperature change. Therefore, the use of active swing air-conditioning may lead to energy saving without compromising thermal comfort even at the average temperature.
A survey program was developed to determine the resultant energy-saving, thermal comfort and productivity with active swing air-conditioning. The survey period was 35 days from July 23 to September 20, 2012, except Saturdays, Sundays and holidays. During the time, the air-conditioners were cycled through three operation modes: [1] active swing (room temperature 27°C±0.5°C), [2] regular (room temperature 27°C), and [3] constant temperature and humidity (room temperature 26°C). Power meters and hygrothermographs were used to measure 13 measuring items including power consumption, temperature and humidity.
The measurements obtained and the questionnaire collected were analyzed to determine the resultant temperature profile and energy consumption during the standard work time on each test date and evaluate the relationship with thermal comfort and productivity.
The result of the questionnaire showed that thermal sensation was almost same in active swing [1] and constant [3] modes, while more people claimed "hot" in regular mode [2].
Based on the result, some typical days with an almost same outside temperature were selected. It was then revealed that active swing mode [1] saved energy about 7.5% from the level in constant mode [3]. On the other hand, the questionnaire showed that occupants had almost same thermal sensation and productivity in active swing [1] and constant [3] modes. Thus it was verified that applying active swing air-conditioning to actual buildings would achieve energy saving while maintaining thermal comfort and productivity.
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