成果報告書詳細
管理番号20130000000306
タイトル平成22年度-平成24年度成果報告書 次世代型ヒートポンプシステム研究開発 次世代型ビル用マルチヒートポンプシステムの革新的省エネ制御の研究開発
公開日2014/9/27
報告書年度2010 - 2012
委託先名中部電力株式会社 国立大学法人三重大学 株式会社日本設計
プロジェクト番号P10011
部署名省エネルギー部
和文要約本研究では、ビル用マルチエアコンを対象に、「空調負荷率50%未満の低負荷領域におけるエネルギー消費効率向上」と「冷暖同時運転におけるエネルギー消費効率の向上」を実現する革新的省エネ制御(以下「新制御」という。)を開発した。開発に当たり、空調試験室と実際の業務用ビルの実測値に基づく年間エネルギー消費効率により、新制御の省エネ効果を検証した。
 平成22年度は、新制御を実証できる外気処理運転のビル用マルチエアコン(以下「外調機」という。)と冷暖同時運転のビル用マルチエアコン(以下「冷暖同時機」という。)が設置された業務用ビルを選定し、年間の空調負荷計算を行った。次に、選定した業務用ビルの空調負荷を用いて、従来制御に対する新制御の省エネ効果を、機器の設計仕様に基づく机上シミュレーションにより検証した。その結果、1.5倍以上の年間のエネルギー消費効率を達成できる目途を得た。さらに、実環境と同等の負荷試験を実施できる空調試験室で、外調機の部分負荷性能試験を実施した結果、前述の机上シミュレーション結果とよく一致した省エネ効果が得られた。
 平成23年度は、平成22年度に引き続き、空調試験室で冷暖同時機の部分負荷性能試験を継続実施し、機器性能データをさらに蓄積した。試験室で得られた機器性能データに基づくシミュレーションにより従来制御に対する新制御の省エネ効果を検証した。その結果、1.5倍以上の年間のエネルギー消費効率を達成できる目途を得た。同時に、平成22年度に選定した業務用ビルの基準階で稼動している外調機と冷暖同時機の各1系統を対象に、従来制御での試験データを収集した。さらに、冬季データの必要性から、1月より新制御での実証試験を開始し、機器の運転状況や年間の建物負荷等を分析した。
 平成24年度は、平成23年度に引き続き、新制御での実証試験を行い、年間を通じた試験データを収集した。収集した試験データを基に、従来制御と新制御それぞれの年間のエネルギー消費効率を比較、評価した。その結果、新制御の年間のエネルギー消費効率は、従来制御に比べて約1.7倍向上することを実証できた。さらに、建物負荷の分析で得られた建物使用状況および気象データをモデル化し、BESTプログラムを利用したエネルギー消費量の試算等による分析を行った。また、空調試験室の性能試験データを、外調機に関しては外気状態とCOPの関係、冷暖同時機に関しては外気状態と負荷率の関係を機器特性として整理しBESTへの提言資料にまとめ、併せて学会発表等にて提案した。
英文要約Title: Research and Development of a Next-generation Heat Pump System/Research and Development of Innovative Energy-saving Controls of Next-generation multiple air-conditioning systems for buildings (FY2010-FY2012) Final Report

The purpose of this research and development is to develop an innovative energy-saving A/C controller that can improve the energy efficiency of multi split type air conditioning system for buildings (A/C for outdoor-air processing + heat recovery VRV system with simultaneous cooling and heating operation) operated under low thermal load conditions and/or simultaneous cooling and heating mode. We examined the energy-saving effect of the newly developed A/C controller by partial thermal load performance tests made in a testing laboratory and field measurements of actual operations of A/C system in an office building.
In 2010, we selected a model office building in which the multi split type A/C system for buildings was equipped, and calculated its annual thermal load by BEST program. Then we evaluated the energy-saving effect of the new controller by numerical simulations based on its control logic and the thermal load of the building. It was predicted that the annual average COP could be increased by 50% by applying the new controller to the A/C system. Moreover, we conducted partial thermal load performance tests of new and conventional A/Cs for outdoor-air processing by using the testing apparatus that could reproduce actual operations of A/Cs in a building. The annual average COPs of the tested A/Cs agreed well with those predicted by numerical simulations.
In 2011, we conducted partial thermal load performance tests of heat recovery VRV systems with simultaneous cooling and heating operation. We also measured actual operations of the A/C system with conventional controllers equipped in the model building throughout the year. By combining COP data of A/Cs obtained by laboratory tests and actual operations of the A/C system measured in the building, we predicted the annual average COPs of A/C systems with conventional and new controllers. It was ascertained that 1.5 times higher annual average COP could be attained by the A/C system with the new controller.
In the final year, conventional controllers of the A/C system in the building were replaced by new ones, and operations of this new A/C system were measured throughout the year to evaluate the actual energy-saving effect of the new controller. By careful analyses of field data obtained in two years, it was demonstrated that 1.7 times higher annual average COP was achieved by the A/C system with the new controller. Moreover, detailed data of room usages and meteorology measured in the building were analyzed and modeled, and based on them the energy consumption of A/C system was calculated by BEST program. Detailed COP data of A/Cs obtained by laboratory tests were organized into proposals to BEST program and were presented in academic conferences.
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