成果報告書詳細
管理番号20150000000714
タイトル平成26年度‐平成27年度成果報告書 太陽熱エネルギー活用型住宅の技術開発に係る太陽熱活用システムの評価方法の検討
公開日2015/11/21
報告書年度2014 - 2015
委託先名佐藤エネルギーリサーチ株式会社
プロジェクト番号P11005
部署名省エネルギー部
和文要約件名:平成26年度‐平成27年度成果報告書 太陽熱エネルギー活用型住宅の技術開発に係る太陽熱活用システムの評価方法の検討

要約
わが国の住宅におけるエネルギー消費構造は、暖冷房・給湯の熱需要が過半を占め、太陽熱を直接的に利用する太陽熱利用が期待されている。太陽熱利用を促進するには、導入前にシステム採用時の効果を簡易に把握することができる簡易評価法を用意することが重要である。
本調査では空気集熱暖房・給湯システムの省エネ性能を簡易に算出可能なモデルの構築を目的とする。空気集熱暖房・給湯システムはいくつかの手法があるが、ここで対象とするシステムは屋根面一体型の空気集熱器に外気を取り入れ集熱し、給湯熱交換器で貯湯槽水と熱交換後、床下空間に温風を供給し、基礎や土壌に蓄熱後、居室へ吹き出す手法である。冬期は集熱分を暖房に優先的に利用するため暖房需要がなくなるまでは貯湯槽との熱交換は行わない。提案する簡易評価法では、空気集熱暖房・給湯システムを採用していない住宅の時々刻々の暖房負荷、給湯負荷は既知である前提で、システム導入時の暖房負荷、給湯負荷の削減量を簡易的に求める方法である。
簡易評価法はシステムを構成する空気集熱器、給湯用熱交換器、床下空間、土間下の土壌についての熱収支モデルを基礎に床下空間の温度を求め、時々刻々の暖房負荷、給湯負荷の削減量を求める。前述の通り、空気集熱暖房・給湯システムを有さない場合の時々刻々の暖房負荷、給湯負荷は既知であるため、簡易評価法で求めた削減量から空気集熱暖房・給湯システム導入時の暖房負荷、給湯負荷が求まることとなる。簡易評価法は、地域や建物性能、空気集熱器の仕様について1万ケースを超える精緻なシミュレーションで検証するが、簡易化を行うにあたり実現象を再現できない部分については、補正係数を用意することとした。簡易評価法の検証に用いる精緻なシミュレーションについては、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(以下、NEDO)の「太陽熱エネルギー活用型住宅の技術開発」事業で収集した4棟の実証棟にける実証データにより検証作業を行った。
おおむね十分な精度の簡易評価法が構築できたが、精緻なシミュレーションの検証に用いた実証データが冬期4日間と限られていたことから、より長期間の実証データを収集後に再度検証を行う必要があるなどの課題も残ったが、簡易評価法の作成に関するプロセスの構築は行えたものと考えている。
英文要約Title : Development of Technology for Residents Using Solar Heat Energy (FY2014-FY2015) FY2015 Annual Report

Abstract
Most of Japan’s energy consumption structure for housing consists of demand for thermal energy related to home heating and cooling and to hot water supply. For the future, solar thermal is expected to provide direct utilization of heat energy. A simple evaluation method that can grasp the effects of system adoption for comparison with pre-adoption is important for the promotion of solar thermal utilization.
This study involves the construction of a model to enable easy calculation of energy savings performance of air-based solar heating and hot water supply system.. Although air-based solar heating and hot water supply system utilize a variety of design approaches, in this study we targeted a roof-integrated air heat collection system, with an air intake and heat collection that uses a hot water heat exchanger to fill a hot water storage tank with hot water and then supplies hot air to underfloor space after the heat is exchanged. Once heat is accumulated in the foundation and soil, the system blows heated air in room. During the winter, because heating is the highest priority use for the collected heat, heat exchange with the hot water storage tank is carried out only after heating demand is satisfied. The proposed simple evaluation method presumes that the moment-by-moment household heating and hot water load of without air-based solar heating and hot water supply system is already known. The method provides a means of easily obtaining the volume reduction in heating and hot water load after a system is introduced.
The simple evaluation method uses a heat balance model derived from the temperatures of the system components: the air heat collector, the hot water supply heat exchanger, the underfloor space, and the earth below ground level, as the basis for obtaining the temperature of the underfloor space and to obtain the reduced volume of moment-by-moment heating and hot water load. Because the moment-by-moment heating and hot water load prior to installation of the air-based solar heating and hot water supply system is already known as described above, the heating and hot water load after installation of the air-based solar heating and hot water supply system can be calculated from the reduced volume obtained by the simple evaluation method. Using the simple evaluation method, region and building performance and air heat collector specifications are validated by a finely detailed simulation of over one million cases, but a correction coefficient is employed for actual phenomena that cannot be reproduced by simulation on account of the simplification. The simplified evaluation method’s advanced, detailed simulation was validated using actual operation data of four demonstration buildings collected in a housing project, “Technical Development of Solar Energy Utilization House”, which is operated by the New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).
The construction of the simplified evaluation method is generally accurate enough, but the empirical data used to validate the precise simulation was limited to four days in the winter. Although another validation must be conducted after collecting longer-term empirical data, the construction process of the simple evaluation method has been achieved.
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