成果報告書詳細
管理番号20140000000317
タイトル平成22年度-平成25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 高密度冷熱ネットワークの研究開発
公開日2015/5/1
報告書年度2010 - 2013
委託先名学校法人東京電機大学 東洋熱工業株式会社
プロジェクト番号P10011
部署名省エネルギー部
和文要約 業務用空調用エネルギーの面的利用に関しては、地域・建物・室内環境といった範囲(レベル/スケール)が異なるシステム別に省エネ評価が行われている状況にあるが、実際には、地域内の空調に係るあらゆる構成要素(機器)間のトレードオフを踏まえての、網羅的なシステム統合が望まれる。一方で、よりシビアなエネルギーの活用が求められている現状においては、ヒートポンプ単体の効率向上と反比例して割合が高まる熱源以外の構成要素、とりわけ熱搬送の重要度が大きくなることは必至である。
 そこで本事業では、熱搬送の高効率(高密度)化が必須であること、業務用空調は冷熱需要が多いこと、建物側における環境形成と負荷低減に低温の活用が有効であること、ヒートポンプの高効率運用には蓄熱が有効であることから、氷のポテンシャルを地域単位で面的に利活用する「高密度冷熱ネットワーク」の開発を行った。
 本研究開発の目標は、高密度冷熱ネットワークの開発であり、(1)システム成立条件と効果予測、(2)氷混入装置の開発、(3)配管システムの開発、(4)高密度冷熱ネットワーク全体の実証の4つの研究内容を主軸にシステム開発を行った。さらに、システム機構上の「信頼性の向上」を目的として(5)氷充填率の計測と制御手法の確立を、また開発終了後の「事業化の推進」を目的として(6)普及促進および市場競争力強化の計画策定を実施した。
 結果として(1)システム成立条件の検討と効果予測においては、作成したシミュレーションプログラムにより従来比1.5倍の効率を達成できることを確認し、さらにイニシャルコストに関しても導入メリットが担保できることから実用化に向けた競争力を提示することができた。
 (2)(3)(4)(5)の要素技術の開発および高密度冷熱ネットワーク全体の実証においては、各要素技術および高密度冷熱ネットワークの網羅的統合ソフトウェアを開発し、従来比1.5倍以上の効率を実証した。なお主要な要素技術として、配管内氷充填率の計測方法を確立し、実運用にも適応可能であることを、さらに配管内氷充填率の制御方法の開発を実施し、広範囲の熱量が搬送可能かつ十分な制御性であることを確認した。
 (6)は事業終了後の事業化のために、成果の「市場競争力向上」と「普及促進」を推し進めることを目的とし、開発技術および既存技術の整理を行い各技術の導入効果および設計に係る留意点を取りまとめた。また、氷水搬送技術を除けば、ほぼ提案システムに近い設計思想を有する大学キャンパスを対象とし、提案システムの導入効果を提示した。さらに国内および諸外国の動向調査結果より、提案(開発)システムの普及促進の可能性を示した。
英文要約Title:“Next generation Heat Pump System Development / Development of High Density Cold Energy Network”(FY2010-FY2013) Final Report

1. BACKGROUND OF DEVELOPMENT
To enhance an air-conditioning efficiency with the heat pump system, especially for office buildings which requires whole year cooling in Japan, not only enhancement of heat pump section but also enhancement of cold energy transportation section is very important. On this commission, as for the fundamental study on “next generation heat pump system”, we proposed the development of "High Density Cold Energy Network" to contribute to efficient energy use in the near future.

2. CONCEPT OF HIGH DENSITY COLD ENERGY NETWORK
This proposal covers entire systems for air-conditioning in the area. As for the District Heating and Cooling (DHC) system, utilizing the ice character which is higher energy density than water enables efficient energy transportation. As for the building system, utilizing the lower temperature of ice enables efficient operation of water pumps and air-conditioning fans. Also as for the indoor condition, utilizing the lower temperature of ice enables lower humidity condition. Therefore, from the view of the thermal sensitivity of residents, the set value of cooling temperature can be set to higher, and it also contributes to the reduction of cooling load. In addition, "High Density Cold Energy Network" which enables the cold energy communication between buildings realizes more efficient energy use for air-conditioning.

3. POINTS OF DEVELOPMENT
For this proposal, six of subtasks had set up. Subtask 1 is requirements verification for the "High Density Cold Energy Network". Subtask 2 is engineering development of to get ice into the main piping of DHC. Subtask 3 is engineering development of piping system. Subtask 4 is to develop the integrated controlling system which covers from DHC (ice generation) to indoor air-condition (destination of cold energy). Additionally subtask 5 is enjineering deveropment of measuring method of ice packing factor and control. Subtask 6 is planning market competitiveness and promotion.

4. ACHIEVEMENTS SUMMARY
On this research, followings were shown. The estimated results which were set initially were achieved. Through the development of system simulation program, development sysytem was able to achieve an efficiency of 1.5 times compared with conventional system. Further, there was a reduction also in relation to the initial cost. We had developed comprehensive integrated software of high density cold energy network and technology of each element. Further, reliable data was obtained for the realization of the system. In addition, it was able to suggest the possibility of promotion of the development system.
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