指導教員記入欄 担当教員宋城基 印 卒業論文 冬期におけるヒートポンプ式リタンエアデシカント 空調システムの性能調査 指導教員 : 宋城基准教授 広島工業大学環境学部 環境デザイン学科 215 年度 山之内喜一
目次 第 1 章序論 1-1 研究背景 1 1-2 既往の研究 2 1-3 研究目的 8 1-4 論文構成 9 第 2 章建物と空調システムの概要及び実測方法 2-1 建物と空調システム概要 1 2-2 実測方法 14 第 3 章 213 年 12 月 ~214 年 3 月実測結果 3-1 温度 16 3-2 絶対湿度 21 3-3 相対湿度 26 3-4 加湿量と処理熱量及び電力量 31 3-5 COP と負荷率及び SHF と加湿負荷率 35 3-6 回帰分析による給気温湿度に関する検討 38 第 4 章 215 年 1 月 19 日 ~23 日実測結果 4-1 温度 4 4-2 絶対湿度 42 4-3 相対湿度 44 4-4 加湿量と処理熱量及び電力量 46 4-5 COP と負荷率と SHF 47 4-6 回帰分析による給気温湿度に関する検討 48 第 5 章比較検討と考察 5 第 6 章まとめ 51 参考文献謝辞 AIJ 論文
第 1 章 序論
第 1 章序論 1-1 研究背景 地球温暖化によって省エネルギーや CO 2 排出量削減が求められている オフィスビルのエネルギー消費量の約 4% が空調関連分野であり 省エネルギーの空調システムが求められている 従来デシカント空調システムでは冬期の低湿度の外気をデシカントロータで加湿し 排熱でデシカントロータを再生させる方式を採用している しかし 従来デシカント空調システムでは 6 程度の低温排熱で再生させる場合は加湿不足となるため 外気を予め加湿する必要がある そのため新しく開発されたヒートポンプ式リタンエアデシカント空調システム 1) ( 以下 デシカント空調システム ) は 排熱温度が 4~6 程度でも十分にデシカントロータが再生可能であるとされている しかし デシカント空調システムはイニシャルコストが高く 空調機本体が大きいため設定面積が大きくなるなどのデメッリトもある 図 1-1 従来デシカント空調システム ( 出典 : リタンエアデシカント空調機 - リタンエア除湿方式による高効率外気処理 -) - 1 -
1-2 既往の研究 1) 低炭素化と知的生産性に配慮した最先端オフィスにおける潜熱顕熱分離型空調の研究 - 第一報レタンエアデシカント空調機の実負荷運転における最適能力調整 - 研究目的レタンエアデシカント空調システムの実負荷運転時における性能調査及び性能改善のための検討をし 更なる省エネ運転への最適化を目的としている 定格風量 42m 3 /hに対して実運用風量は 1~15m 3 /hであったため デシカントロータと全熱交換機の設定回転数が最適でないことが考えられた 研究方法対象建物は 東京都清瀬市に建設された地上三階立て延べ床面積 3,37 m2の研究所である 顕熱は自然対流を使用したタスクパネル 潜熱はレタンエアデシカント空調システムにより処理を行う 風量による影響を確認するため 表 1-1 に示す条件で可変させて検証を行った また 最適な回転数を設定するために 定格風量時 42m 3 /hではデシカントロータと全熱交換器回転数をそれぞれ 6~7rph と 3~18rph に 実運用風量時 12m 3 /hではデシカントロータ回転数を 6~29rph に変化させて検証を行った 研究結果表 1-1 と図 1-2 に示すように 風量に対して回転数が早すぎた場合 デシカントロータに顕熱交換量が多くなることによる除湿性能の低下が見られた また 風量が減少し風速が遅くなりすぎた場合 全熱交換器に偏流が発生することによる除湿性能の低下が見られた 図 1-3 に示すように 定格風量時では回転数が 17~41rph のとき除湿性能が確保され 17rph が最も温度上昇が少なかった 図 1-4 に示すように 実運用風量時では回転数が初期設定 29rph で大きな除湿性能の低下が見られ 17rph 以下では大きな変化は見られなかった このことからデシカントロータ適正回転数は 17rph であることがわかった 図 1-5 に示すように 回転数 15rph 以下では熱交換後の性能が安定せず 15rph 以上では飽和状態の傾向が見られた このことから全熱交換器適正回転数は 15rph であることがわかった また遮蔽版により面風速を上げることで 偏流を防げることがわかった 考察全熱交換器では 偏流により素子に均等に風が接触せず除湿性能の低下が起きていることが考えられたが デシカントロータでは偏流については考えられていなかった デシカントロータに遮蔽版を取り付けた場合の影響を検証する必要があると考えられた - 2 -
表 1-1 風量の各可変条件 ( 左 ) 風量変化時の全熱交換機の結果 ( 右 ) 図 1-2 風量変化時のデシカントロータの各結果 図 1-3 回転数可変時の定格風量時におけるデシカントロータの各結果 - 3 -
図 1-4 回転数可変時の実運用風量時におけるデシカントロータの各結果 図 1-5 回転数変化時の定格風量時における全熱交換器の各結果 - 4 -
2) ヒートポンプ式デシカント空調システムの性能調査 - 夏期における実測調査 - 2) 研究背景及び目的地球温暖化によって省エネルギー化や CO 2 排出量削減が求められている 従来型の冷却減湿処理の空調方式では 温度制御は可能でも湿度制御は成り行きになる そこで 従来型に比べ湿度をよりコントロールでき 潜熱をより効率よく処理できるように改良され 排熱も利用できるデシカント空調システムが注目されている 本研究では ヒートポンプ式リタンエア型デシカント空調システムの性能を明確にすることを目的に実測調査を行った 研究方法対象建物は広島市に建設された地下 2 階 地上 12 階建ての延床面積 13, m2のオフィスビルである 除湿冷却能力は 143kg/h と 133kW 加湿加熱能力は 79kg/h と 121kW である 冷房時の給気設定温度は 27 給気設定絶対湿度は 1.5g であり 空調運転時間は平日の 8:3~18: である 実測は 213 年の 7 月 ~9 月の期間で行い リタンエアデシカント空調機の外気と出入口の温湿度の実測を行い リタンエアデシカント空調機の外気と還気と給気の温湿度変動と除湿量および処理熱量 COP SHF を調査した 実測結果図 1-6 に 7 月 ~9 月の空調時間内における温度頻度を 図 1-7 に絶対湿度頻度を示す 給気温度 27 以下は 7 月が 95% 8 月は 4% 9 月は 6% であった 給気絶対湿度 1.5g 以下は 7 月が約 2% 8 月は約 1% 9 月は約 5% であった 図 1-8 に 7 月 ~9 月の空調時間内における日積算の処理熱量と電力量を示す 7 月の電力量は欠測している 7 月 ~9 月で処理熱量は約 31MJ/day~5,2MJ/day で そのうち顕熱は約 4MJ/day~5MJ/day で潜熱は約 27MJ/day~4,7MJ/day であった このことから 7 月 ~9 月における処理熱量の平均は約 2,5MJ/day で そのうち顕熱は 2~3 割 潜熱は 7 ~8 割であった 8 月と 9 月の電力量は約 25kW/day~ 約 65kW/day であった 図 1-9 に 8~9 月の空調時間内における除湿負荷率と熱負荷率 COP の関係を示す 除湿負荷率 8 月と 9 月ともにまんべんなく散布されていた 8 月の熱負荷率は.6~.8 に集中しており この時の COP は定格以上の 4~8 を示した 9 月の熱負荷率は.1~.3 に集中しており この時の COP は ほぼ定格を下回っていた 8 月よりも温度が低かったため負荷率が低くなったと考えられた 考察給気温度の約 4 割 給気湿度の約 8 割が設定温湿度に達していないことがわかったが その原因分析は行われなかった 空調機出入口だけでなく 内部の測定を行う必要があることが考えられた - 5 -
頻度 [%] 図 1-6 温度頻度 1% 6.~ 1.5~ 14.~ 17.~ [g/kg(da)] 8% 6% 4% 2% % 外気還気給気外気還気給気外気還気給気 7 月 8 月 9 月 図 1-7 絶対湿度頻度 - 6 -
図 1-8 処理熱量と電力量 図 1-9 除湿負荷率と熱負荷率及び COP の関係 ( 上 :8 月下 :9 月 ) - 7 -
1-3 研究目的 従来型に比べ性能が向上したヒートポンプ式リタンエアデシカント空調システムであるが 性能調査の研究事例はほとんどなく詳しいデータは明らかになっていない 既往の研究 2) ではこのヒートポンプ式リタンエアデシカント空調システムの夏期における性能を明確にすることを目的に実測を行い デシカント空調機の外気と還気と給気の温湿度変動と除湿量および処理熱量 COP SHF 等を調査した そこで本研究では 新しく開発されたヒートポンプ式リタンエアデシカント空調システムの冬期における外気と還気と給気の温湿度変動と加湿量および処理熱量 COP SHF 等を明確にすることを目的に実測調査を行った - 8 -
1-4 論文構成 図 1-1 に本研究における研究の流れを示す 研究背景 空調システム概要など理解したうえで目的を決め 収集データを整理し データ解析を行う データ解析は 213 年 12 月 ~214 年 3 月と 215 年 1 月 19 日 ~23 日で それぞれの期間の比較を行い考察とまとめを述べる 第 1 章の序論では研究の背景 既往の研究 本研究の研究目的を示す 第 2 章の建物と空調システム概要では本研究における対象建物と対象空調システムの概要を示す 第 3 章と第 4 章では 213 年 12 月 ~214 年 3 月と 215 年 1 月 19 日 ~23 日の温湿度変動 加湿量と処理熱量及び電力量 COP と負荷率及び SHF と加湿負荷率 回帰分析による給気温湿度に関する検討を示す 第 5 章では比較検討と考察を行い 第 6 章ではまとめを行う 文献調査 ( 既往の研究 ) データ解析 ( 温湿度変動 加湿量と処理熱量及び電力量 COP と負荷率及び SHF と加湿負荷率等 ) 比較検討と考察 (213 年 12 月 ~214 年 3 月と 215 年 1 月 19 日 ~23 日 ) まとめ 図 1-1 研究の流れ - 9 -
第 2 章 建物と空調システム概要
第 2 章建物と空調システム概要 2-1 建物概要と空調システム 2-1-1 建物概要 図 2-1 に対象建物の外観を示す 対象建物は広島県広島市に位置するオフィスビルである このオフィスビルは 1973 年 3 月に竣工された地上 12 階 地下 2 階のSRC 造で 延床面積は 13, m2である この建物の 1 階と 2 階は銀行 3 階から 11 階はオフィス 12 階は監視室になっている デシカント空調システムは屋上に設置されており この建物の空調方式は個別分散方式であり 室内負荷はビル用マルチエアコンにより処理し 外気負荷は 2 台設置されているデシカント空調システムによって処理する 図 2-1 対象建物の外観 - 1 -
2-1-2 空調システム概要 ビル用マルチエアコンの室外機の冷房能力は 9kW 暖房能力は 1kW のものが屋上に 9 台あり 室内機は冷房能力 2.2kW~9kW のものが計 27 台ある 表 2-1 と図 2-2 にデシカント空調システムの性能表とデシカント空調システムの内部構成と外観図を示す にデシカント空調システムはデシカントロータと全熱交換器 蒸発器と凝縮器 加湿器により構成されており デシカントロータと加湿器で加湿を 全熱交換機で給気温湿度管理を行っている また 除湿冷却能力は 143kg/h と 133.2kW 加湿加熱能力は 79kg/h と 121.8kW であり 給気風量は 13, m3 /h 排気風量は 13,67 m3 /h 還気風量は 9,765 m3 /h バランス用外気風量は 3,95 m3 /h である バランス用外気風量とはヒートポンプの熱バランスを合わせるために必要な風量のことである 全熱交換器とデシカントロータの回転数はそれぞれ 16rpm と 5~2rph である 冬期の定格運転時の COP と SHF はそれぞれ 3.35 と.45 定格運転時の全熱交換器の温度交換効率と湿度交換効率はどちらも 69% デシカントロータの加湿効率は.26g/kJ である 夏期の定格運転時の COP と SHF はそれぞれ 3.76 と.23 定格運転時の全熱交換器の温度交換効率と湿度交換効率はどちらも 68% デシカントロータの除湿効率は.9g/kJ である 暖房時の給気設定温湿度は 2 と 1g で 冷房時の給気設定温湿度は 27 と 1.5g となっている また 空調運転時間は 8:3 ~18: で土 日 祝日は運転休止である - 11 -
表 2-1 デシカント空調システムの性能表 仕様 電源 kw 送風機 13,m3 /h 45Pa( 機外 ) 5.5 排風機 9,765m3 /h 45Pa( 機外 ) 7.5 除湿冷却能力 133.2kW( 顕熱 3.9kW 除湿量 143.7kg/h) 加湿加熱能力 121.8kW( 顕熱 55.5kW 加湿量 79.1kg/h.) 圧縮機 22.4 デシカントロータ.2 全熱交換ロータ.75 図 2-2 デシカント空調機 ( 上 : 内部構成 下 : 外観 ) - 12 -
2-1-3 ダクト系統図 図 2-3 に対象建物のダクト系統図を示す デシカント空調機で空調された空気はダクトを通り まず防火ダンパー ( 以降 FD と表記 ) を通過する FD とは 火災時の延焼防止や熱い空気の噴出を防ぐためのダンパーで ダクトが防火区画を貫通する場合に取り付けられる 次に防火ダンパーを通過した空気は 各階の風量調整防火ダンパー ( 以降 FVD と表記 ) に送られる FVD とは 風量調整を兼ねる防火ダンパーで 通常は風量調整 火災発生時は防火ダンパーとして作動する 最後に FVD で風量調整された空気は 各可変低風量ダンパー ( 以降 VAV と表記 ) に送られ 室内に空気を供給する VAV とは 室内負荷に応じて送風量を変えることにより冷暖房能力を調整することができる そして 排気される室内空気は まず風量調整ダンパー ( 以降 VD と表記 ) に送られる VD とは 風量調整用のダンパーである 次に VD に送られた空気は ダクトを通り FD に送られる FD に送られた空気はデシカント空調システムに戻され 排気される 図 2-3 ダクト系統図 - 13 -
2-2 実測方法 図 2-4 に測定位置を示す 測定期間は 213 年 12 月 ~214 年 3 月の 4 ケ月間と 215 年 1 月 19 日 ~23 日で 213 年 12 月 ~214 年 3 月はデシカント空調システムの外気 還気 給気の 3 箇所における温湿度と電力を測定した 図 2-5,6,7 に内部 6 箇所を示す 215 年 1 月 19 日 ~23 日はデシカント空調システムの外気と給気 還気の3 箇所と給気側全熱交換器交換後 凝縮器通過後 再生側デシカントロータ通過後 排気側全熱交換器通過後 蒸発器通過後 排気側デシカントロータ通過後の内部 6 箇所における温湿度と電力を測定した また 温湿度の間隔は 5 分 電力量は 1 時間間隔で測定した デシカント空調機 2 台の温湿度変動は同じであったため 1 台のデータを用いた 図 2-4 デシカント空調システムの測定位置 - 14 -
図 2-5 左 : 給気側全熱交換器通過後 右 : 凝縮器通過後 図 2-6 左 : 再生側デシカントロータ通過後 右 : 排気側全熱交換器通過 図 2-7 左 : 蒸発器通過後 右 : 排気側デシカントロータ通過後 - 15 -
第 3 章 213 年 12 月 ~214 年 3 月実測結果
第 3 章 213 年 12 月 ~214 年 3 月実測結果 3-1 温度 3-1-1 各月の温度変動 図 3-1,2 に 12 月 ~3 月の空調時間帯 8:3~18: における外気と還気と給気の温度変動を示す 12 月の外気温度は 2 ~11.2 還気温度は 14.3 ~22.1 給気温度は 6.1 ~2.9 の変動であった 1 月の外気温度は 1.7 ~12.6 還気温度は 14.6 ~21.2 給気温度は 9.7 ~21.5 の変動であった 2 月の外気温度は 1.8 ~19.4 還気温度は 15.1 ~21.8 給気温度は 6.8 ~21 の変動であった 3 月の外気温度は 6.3 ~25 還気温度は 17 ~23.3 給気温度は 12.1 ~21.5 の変動であった 12 月の外気温度は 2 日 25 日 3 日の午前を除けば 5 以上の変動であった 還気温度は立ち上がり 8:3 ~9: と 12 日 3 日を除けば 2 以上の変動であった 給気温度は立ち上がり 8:3~ 9: と 12 日 2 日と 3 日の午前を除けばほとんどが 15 以上の変動であったが 設定温度 2 に達しているのは 24 日だけであることがわかった 1 月の外気温度は 6 日 7 日 23 日 24 日の午後を除けば 1 以下の変動であった 還気温度は立ち上がり 8:3~9: を除けば 2 以上の変動であった 給気温度は立ち上がり 8:3~9: と 1 日を除けば 15 以上の変動であったが 設定温度 2 に達しているのは 7 日と 16 日だけであることがわかった 2 月の外気温度は 2 日以降が 1 以上の変動であった 還気温度は立ち上がり 8:3~9: を除けば 2 以上の変動であった 給気温度は立ち上がり 8:3~9: と 6 日 7 日を除けば 15 以上の変動であったが 設定温度 2 に達しているのは 17 日 24 日 26 日 28 日だけであることがわかった 3 月の外気温度は 6 日 ~11 日の午前を除けば 1 以上の変動であった 還気温度は立ち上がり 8:3~9: を除けば 2 以上の変動であった また 28 日は還気温度より外気温度の方が高いことがわかった 給気温度は立ち上がり 8:3~9: を除けば 15 以上の変動であったが 設定温度 2 に達しているのは 14 日と 28 日だけであることがわかった このことから各月において給気温度は設定温度 2 にほとんど達していないことがわかった また 外気と給気が変動しても還気はほぼ一定の変動であることがわかった - 16 -
温度 [ ] 温度 [ ] 25 還気 2 15 1 給気 5 外気 25 2 還気 15 1 給気 5 外気 図 3-1 各月の温度変動 ( 上 :12 月 下 :1 月 ) - 17 -
温度 [ ] 温度 [ ] 25 2 還気 15 1 給気 5 外気 3 25 還気 2 15 1 給気 5 外気 図 3-2 各月の温度変動 ( 上 :2 月 下 :3 月 ) - 18 -
温度 [ ] 3-1-2 代表週の温度変動 データの欠損がなく 外気 還気 給気の変動が安定している 12 月 16 日 ~2 日を代表週とする 図 3-3 に代表週 12 月 16 日 ~2 日の空調時間帯 8:3~18: における外気と還気と給気の温度変動を示す 外気温度は 1.6 ~11.2 還気温度は 14.5 ~21.9 給気温度は 8.9 ~2 の変動であった 外気温度は 2 日の午前を除けば 5 ~1 の変動であった 給気温度と還気温度は立ち上がり 8:3~9: を除けば 15 ~2 と 2 ~21.9 の変動であった このことから代表週 12 月 16 日 ~2 日では給気温度は設定温度 2 にほとんど達していないことがわかった また 外気と給気が変動しても還気はほぼ一定の変動であることがわかった 25 2 還気 15 1 給気 5 外気 図 3-3 代表週 12 月 16 日 ~2 日の温度変動 - 19 -
頻度 [%] 3-1-3 外気と還気と給気の温度頻度 図 3-4 に 12 月 ~3 月の空調時間帯 8:3~18: における外気 還気 給気の温度頻度を示す 外気温度が 1 以下は 12 月が約 8% 1 月は約 9% 2 月は約 65% 3 月は約 2% であった 還気温度が 2.1 以上は 12 月が約 7% 1 月は約 5% 2 月は約 6% 3 月は約 9% であった 給気温度が 15.1 以上は 12 月が約 65% 1 月と 2 月は約 7% 3 月は約 9% であった また 給気設定温度 2 に達しているのは 12 月が約 1% 1 月は約 3% 2 月は約 6% 3 月は約 2% であった このことから各月において設定温度 2 に達しているのは 6% 以下であったが 15 以上は約 7% であることがわかった ~1 1.1~15 15.1~18 18.1~2 2.1 ~ 1% 8% 6% 4% 2% % 外気還気給気外気還気給気外気還気給気外気還気給気 12 月 1 月 2 月 3 月 図 3-4 冬期の温度頻度 - 2 -
3-2 絶対湿度 3-2-1 各月の絶対湿度変動 図 3-5,6 に 12 月 ~3 月の空調時間帯 8:3~18: における外気と還気と給気の絶対湿度変動を示す 12 月の外気絶対湿度は 2.1g~6.1g 還気絶対湿度は 4g~8.4g 給気絶対湿度は 3.8g~1.5gの変動であった 1 月の外気絶対湿度は 2.1g~5.5g 還気絶対湿度は 4.2g~8g 給気絶対湿度は 5.8g~1.3gの変動であった 2 月の外気絶対湿度は 2.2 g~9g 還気絶対湿度は 3.8g~8.4g 給気絶対湿度は 5.3g~1.4gの変動であった 3 月の外気絶対湿度は 2g~9.5g 還気絶対湿度は 4.2g~8.7g 給気絶対湿度は 5.9g ~11.1gの変動であった 12 月の外気絶対湿度は 12 日 13 日 2 日 25 日を除けば 3g 以上の変動であった 還気絶対湿度は 9 日 1 日 19 日を除けば 8g 以下の変動であった 給気絶対湿度は立ち上がり 8:3~9: と 12 日を除けば 8g 以上の変動であったが 設定絶対湿度 1gに達しているのは 9 日 1 日 19 日だけであることがわかった 1 月の外気絶対湿度は 1 日 21 日 22 日を除けば 3g 以上の変動であった 還気絶対湿度は 8 日を除けば 8g 以下の変動であった 給気絶対湿度は立ち上がり 8:3~9: と 1 日を除けばほとんどが 8g 以上の変動であったが 設定絶対湿度 1gに達しているのは 8 日だけであることがわかった 2 月の外気絶対湿度は 6 日 ~2 日までは 2.5g~4gの変動で 2 日以降は 4g 以上の変動であった 還気絶対湿度は 27 日 28 日を除けば 8g 以下の変動で 27 日が外気絶対湿度より低くなっていることがわかった 給気絶対湿度は立ち上がり 8:3~9: を除けばほとんどが 8g 以上の変動であったが 設定絶対湿度 1gに達しているのは 27 日と 28 日だけであることがわかった 3 月の外気絶対湿度は 5 日と 11 日 ~31 日はほぼ 4g 以上の変動であった 還気絶対湿度は 5 日 13 日 28 日を除けば 8g 以下の変動で 12 日が外気絶対湿度より低くなっていることがわかった 給気絶対湿度は立ち上がり 8:3~9: と 12 日を除けば 8g 以上の変動であったが 設定絶対湿度 1gに達しているのは 9 日 1 日 19 日だけであることがわかった このことから各月において給気絶対湿度は設定絶対湿度 1gにほとんど達していないことがわかった - 21 -
絶対湿度 [g/kg(da)] 絶対湿度 [g/kg(da)] 12 1 給気 8 6 還気 4 2 外気 12 1 給気 8 6 4 還気 2 外気 図 3-5 各月の絶対湿度変動 ( 上 :12 月 下 :1 月 ) - 22 -
絶対湿度 [g/kg(da)] 絶対湿度 [g/kg(da)] 12 1 8 給気 6 4 2 外気 還気 12 1 給気 8 6 4 2 外気 還気 図 3-6 各月の絶対湿度変動 ( 上 :2 月 下 :3 月 ) - 23 -
絶対湿度 [g/kg(da)] 3-2-2 代表週の絶対湿度変動 図 3-7 に代表週 12 月 16 日 ~2 日の空調時間帯 8:3~18: における外気と還気と給気の絶対湿度変動を示す 外気絶対湿度は 2.3g~5.8g 還気絶対湿度は 4g~8.2g 給気絶対湿度は 3.1g~11.6gの変動であった 給気絶対湿度と還気絶対湿度は立ち上がり 8: 3~9: を除けば 8g~1gと 6g~8gの変動であった このことから代表週 12 月 16 日 ~2 日では給気絶対湿度は設定絶対湿度 1gに近いことがわかった 12 1 給気 還気 8 6 4 2 外気 図 3-7 代表週 12 月 16 日 ~2 日の絶対湿度変動 - 24 -
頻度 [%] 3-2-3 外気と還気と給気の絶対湿度頻度 図 3-8 に 12 月 ~3 月の空調時間帯 8:3~18: における外気 還気 給気の絶対湿度頻度を示す 外気絶対湿度が 5g 以下は 12 月が約 9% 1 月は約 95% 2 月は約 8% 3 月は約 65% であった 還気絶対湿度が 7.5g 以下は 12 月が約 8% 1 月と 2 月は約 9% 3 月は約 75% であった 給気絶対湿度が 7.6g 以上は 12 月が約 85% 1 月は約 75% 2 月は約 7% 3 月は約 9% であった 設定絶対湿度 1gに達しているのは 12 月が約 5% 1 月と 2 月は約 2% 3 月は約 8% であった このことから各月において設定絶対湿度 1gに達しているのは 8% 以下であったが 7.6g 以上は約 8% であることがわかった 1% 8% ~5g 5.1~7.5g 7.6~1g 1.1g~ 6% 4% 2% % 外気還気給気外気還気給気外気還気給気外気還気給気 12 月 1 月 2 月 3 月 図 3-8 冬期の絶対湿度頻度 - 25 -
3-3 相対湿度 3-3-1 各月の相対湿度変動 図 3-9 1 に 12 月 ~3 月の空調時間帯 8:3~18: における外気と還気と給気の相対湿度変動を示す 12 月の外気相対湿度は 26.7%~88.2% 還気相対湿度は 38.1%~51% 給気相対湿度は 48.7%~88.7% の変動であった 1 月の外気相対湿度は 34.2%~85.9% 還気相対湿度は 38%~57.8% 給気相対湿度は 51.9%~84.3% の変動であった 2 月の外気相対湿度は 29.3%~86.8% 還気相対湿度は 35.4%~54.7% 給気相対湿度は 47.1%~ 87.4% の変動であった 3 月の外気相対湿度は 24.6%~88.2% 還気相対湿度は 34.8%~ 55.6% 給気相対湿度は 44%~83.5% の変動であった 12 月の外気相対湿度は 12 日が低く 3% を下回っていることがわかった 給気相対湿度も 12 日が低く 5% を下回っているがわかった 還気相対湿度はほぼ一定で 4%~5% で変動であった 1 月の外気相対湿度は 8 日 1 日 2 日が高く 8% を超えていることがわかった 還気相対湿度はほぼ一定で 4%~5% で変動であった 給気相対湿度は 6 日 7 日 9 日 16 日が 6% を下回っていることがわかった 2 月の外気相対湿度は 2 日が低く 3% を下回っていることがわかった 還気相対湿度はほぼ一定で 4%~5% で変動であった 給気相対湿度は 25 日が低く 5% を下回っていることがわかった 3 月の外気相対湿度は 5 日と 13 日が高く 8% を超えていることがわかった 還気相対湿度は 13 日を除けばほぼ一定で 4%~5% で変動であった 給気相対湿度は 28 日が低く 5% を下回っていることがわかった このことから各月において還気相対湿度はほぼ一定で 4%~5% で変動であった - 26 -
相対湿度 [%] 相対湿度 [%] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 還気 給気 外気 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 給気 還気 外気 図 3-9 各月の相対湿度変動 ( 上 :12 月 下 :1 月 ) - 27 -
相対湿度 [%] 相対湿度 [%] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 外気 還気 給気 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 外気 給気 還気 図 3-1 各月の相対湿度変動 ( 上 :2 月 下 :3 月 ) - 28 -
相対湿度 [%] 3-3-2 代表週の相対湿度変動 図 3-11 に代表週 12 月 16 日 ~2 日の空調時間帯 8:3~18: における外気と還気と給気の相対湿度変動を示す 外気相対湿度は 29.3%~91.1% 還気相対湿度は 37.4%~52.9% 給気相対湿度は 28.7%~95.6% の変動であった 還気相対湿度は 4%~5% で変動し ほぼ一定であった このことから代表週 12 月 16 日 ~2 日では給気相対湿度は設定相対湿度 7% に達していることがわかった また 還気温湿度が 2 以上 38% 以上であることから室内の推奨温湿度環境は満足していることがわかった 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 給気 外気 還気 図 3-11 代表週 12 月 16 日 ~2 日の相対湿度変動 - 29 -
頻度 [%] 3-3 3 外気と還気と給気の相対湿度頻度 図 3-12 に 12 月 ~3 月の空調時間帯における外気 還気 給気の相対湿度頻度を示す 外気相対湿度が 4.1% 以上は 12 月と 1 月が約 85% 2 月は約 8% 3 月は約 6% であった 還気相対湿度が 4.1~55% は 12 月と 1 月は約 95% 2 月と 3 月は約 85% であった 給気相対湿度が 55.1% 以上は 12 月 2 月 3 月は約 95% 1 月は約 75% であった 設定相対湿度 7% に達しているのは 12 月と 1 月は約 7% 2 月は約 65% 3 月は約 45% であった このことから各月において給気相対湿度は設定相対湿度 7% に達しているのは約 6% であったが 給気相対湿度 55.1% 以上は約 95% であることがわかった また 還気相対湿度 4.1% 以上は約 9% であることから 室内の相対湿度は満足していると考えられる 1% 8% ~4% 4.1~55% 55.1~7% 7.1%~ 6% 4% 2% % 外気還気給気外気還気給気外気還気給気外気還気給気 12 月 1 月 2 月 3 月 図 3-12 冬期の相対湿度頻度 - 3 -
3-4 加湿量と処理熱量及び電力量 3-4-1 各月の時間積算加湿量と処理熱量及び電力量 図 3-13 14 に 12 月 ~3 月における空調時間帯の時間積算加湿量と時間積算処理熱量及び電力量を示す 加湿量は立ち上がり 8:3~9: と 12 月 12 日と 3 月 12 日を除けば 12 月は 47kg/h~16kg/h 1 月は 47kg/h~14kg/h 2 月は 21kg/h~1kg/h 3 月 12kg/h~ 12kg/h の変動をしており 平均加湿量は 71 kg/h であった このことから 12 月 1 月 2 月が 3 月より加湿量が多いことがわかった 処理熱量は立ち上がり 8:3~9: と 12 月 12 日と 3 月 12 日を除けば 12 月は 238 MJ/h ~396MJ/h で そのうち顕熱と潜熱はそれぞれ 122MJ/h~132MJ/h と 116MJ/h~265MJ/h であった 平均処理熱量は 36 MJ/h でそのうち顕熱と潜熱はそれぞれ 126MJ/h と 181MJ/h であった 1 月は 191MJ/h~41MJ/h で そのうち顕熱と潜熱はそれぞれ 58MJ/h~14MJ/h と 133MJ/h~261MJ/h であった 平均処理熱量は 317 MJ/h でそのうち顕熱と潜熱はそれぞれ 136MJ/h と 181MJ/h であった 2 月は 99MJ/h~41MJ/h で そのうち顕熱と潜熱はそれぞれ 47MJ/h~16MJ/h と 52MJ/h~241MJ/h であった 平均処理熱量は 36 MJ/h でそのうち顕熱と潜熱はそれぞれ 119MJ/h と 177MJ/h であった 3 月は 33MJ/h~383MJ/h で そのうち顕熱と潜熱はそれぞれ 33MJ/h~128MJ/h と MJ/h~256MJ/h であった 平均処理熱量は 262 MJ/h でそのうち顕熱と潜熱はそれぞれ 86MJ/h と 175MJ/h であった このことから 各月とも顕熱は 3~4 割 潜熱は 6~7 割であった 電力量は立ち上がり 8:3~9: と 12 月 12 日と 3 月 12 日を除けば 12 月は 5kW/h~ 24kW/h 1 月は 8kW/h~26kW/h 2 月は 7kW/h~27kW/h 3 月は 7kW/h~27kW/h の変動をしており 平均電力量は 17 kw/h であった このことから 各月とも電力量の変動幅はほぼ同じであることがわかった - 31 -
処理熱量 [MJ/h] 加湿量 [kg/h] 8:3 15: 12: 9: 16: 13: 1: 17: 14: 11: 8:3 15: 12: 9: 16: 13: 1: 17: 14: 電力量 [kw/h] 処理熱量 [MJ/h] 加湿量 [kg/h] 8:3 16: 14: 12: 1: 8:3 16: 14: 12: 1: 8:3 16: 14: 12: 1: 8:3 16: 14: 12: 電力量 [kw/h] 45 4 35 3 25 2 15 1 5 潜熱 顕熱 加湿量 電力量 4 35 3 25 2 15 1 5 9 1 11 12 13 16 17 18 19 2 24 25 26 27 3 45 4 35 3 25 2 15 1 5 潜熱 顕熱 加湿量 電力量 4 35 3 25 2 15 1 5 6 7 8 9 1 15 16 17 2 21 22 23 24 図 3-13 時間積算加湿量と処理熱量及び電力量 ( 上 :12 月 下 :1 月 ) - 32 -
処理熱量 [MJ/h] 加湿量 [kg/h] 8:3 13: 8:3 13: 8:3 13: 8:3 13: 8:3 13: 8:3 13: 8:3 13: 8:3 13: 8:3 13: 8:3 13: 電力量 [kw/h] 処理熱量 [MJ/h] 加湿量 [kg/h] 8:3 15: 12: 9: 16: 13: 1: 17: 14: 11: 8:3 15: 12: 9: 16: 13: 1: 17: 14: 11: 電力量 [kw/h] 45 4 35 3 25 2 15 1 5 潜熱 顕熱 加湿量 電力量 4 35 3 25 2 15 1 5 6 7 1 12 13 14 17 18 19 2 21 24 25 26 45 4 35 3 25 2 15 1 5 潜熱 顕熱 加湿量 電力量 4 35 3 25 2 15 1 5 3 4 5 6 7 1 11 12 13 14 図 3-14 時間積算加湿量と処理熱量及び電力量 ( 上 :2 月 下 :3 月 ) - 33 -
処理熱量 [MJ/day] 加湿量 [kg/day] 電力量 [KW/d] 3-4-1 各月の日積算加湿量と処理熱量及び電力量 図 3-15 に 12 月 ~3 月における空調時間帯の日積算加湿量と日積算処理熱量及び電力量を示す 加湿量は 255kg/day~99kg/day の変動をしており 4 ヶ月の平均加湿量は 73 kg/day であった 3 月は外気温湿度が他の月より高いため加湿量が少ないと考えられる 処理熱量は 12 月 ~2 月で 12 月 12 日と 2 月 25 日を除けば 2,166 MJ/day~3,544MJ/day で そのうち顕熱と潜熱はそれぞれ 71MJ/day~1,61MJ/day と 1,49MJ/day~2,145MJ/day であった 12 月 ~2 月の 12 月 12 日と 2 月 25 日を除いた処理熱量の平均は 3,114 MJ/day で顕熱と潜熱はそれぞれ 1,31MJ/day と 1,813MJ/day であった 3 月は 912MJ/day~ 3,21MJ/day で そのうち顕熱と潜熱はそれぞれ 264MJ/day~1,96MJ/day と 648MJ/day~ 2,114MJ/day であった 3 月の処理熱量の平均は 2,51MJ/day でそのうち顕熱と潜熱はそれぞれ 812MJ/day と 1,698MJ/day であった このことから処理熱量は 912MJ/day~3,544MJ/day の変動をしており 処理熱量の 4 ケ月の平均は 2,93MJ/day で そのうち顕熱が 3~4 割で潜熱は 6~7 割であることがわかった また 処理熱量が変動しても顕熱と潜熱の割合はあまり変わらないことがわかった 電力量は 12 月 ~2 月で 141kW/day~23kW/day であった 12 月 ~2 月の電力量の平均は 186kW/day であった 3 月の電力量は 131kW/day~239kW/day であった 3 月の電力量の平均は 26kW/day であった このことから電力量は 131kW/day~239kW/day の変動をしており 4 ケ月の平均は 19 kw/day であった このことから 1 月から電力量が多くなっていることがわかった 潜熱顕熱加湿量電力量 4, 4 3,5 35 3, 3 2,5 25 2, 2 1,5 15 1, 1 5 5 9 12 17 2 26 6 9 16 21 24 1 14 19 24 3 6 11 14 12 月 1 月 2 月 3 月 図 3-15 各月の日積算加湿量と処理熱量及び電力量 - 34 -
COP[-] COP[-] COP[-] COP[-] 3-5 COP と負荷率及び SHF と加湿負荷率 3-5-1 各月の COP と負荷率 図 3-16 に 12 月 ~3 月の立ち上がり 8:3~9: を除く空調時間帯における COP と熱負荷率の関係を示す 12 月の熱負荷率は.2~.9 COP は 2~6 の変動であった 熱負荷率が.6~.9 に集中しており このときの COP は 4~6 に集中していた このことから熱負荷率が.6 以上の時に定格 COP3.35 を超えていることがわかった 1 月の熱負荷率は.44~.91 COP は 3~7 の変動であった 熱負荷率が.6~.9 に集中しており このときの COP は 3~ 6 に集中していた このことから熱負荷率が.6 以上の時に定格 COP3.35 を超えていることがわかった 2 月の熱負荷率は.23~.92 COP は 2~7 の変動であった 他の月と比べると散らばっているが熱負荷率が.6~.9 に集中しており このときの COP は 3~6 に集中していた このことから熱負荷率が.6 以上の時に定格 COP3.35 を超えていることがわかった 3 月の熱負荷率は.8~.88 COP は 2~7 の変動であった 熱負荷率が.5~.8 に集中しており このときの COP は 2~5 に集中していた このことから熱負荷率が.6 以上の時に定格 COP3.35 を超えていることがわかった 8 8 6 6 4 定格 COP3.35 4 定格 COP3.35 2 2.2.4.6.8 1 熱負荷率 [-].2.4.6.8 1 熱負荷率 [-] 8 8 6 6 4 定格 COP3.35 4 定格 COP3.35 2 2.2.4.6.8 1 熱負荷率 [-].2.4.6.8 1 熱負荷率 [-] 図 3-16 COP と熱負荷率 ( 左上 :12 月 右上 :1 月 左下 :2 月 右下 :3 月 ) - 35 -
SHF[-] SHF[-] SHF[-] SHF[-] 3-5-2 各月の SHF と加湿負荷率 図 3-17 に 12 月 ~3 月の立ち上がり 8:3~9: を除く空調時間帯における SHF と加湿負荷率の関係を示す 12 月の加湿負荷率は.59~1.34 SHF は.29~.56 の変動であった 加湿負荷率が.7~1.2 に集中しており このときの SHF は.3~.5 に集中していた このことから加湿負荷率が.9 以上の時に定格 SHF.45 を下回ることがわかった 1 月の加湿負荷率は.6~1.32 SHF は.27~.61 の変動であった 加湿負荷率が.7 ~1.2 に集中しており このときの SHF は.3~.55 に集中していた このことから加湿負荷率が 1 以上の時に定格 SHF.45 を下回ることがわかった 2 月の加湿負荷率は.45~1.26 SHF は.2~.54 の変動であった 加湿負荷率が.8~1.2 に集中しており このときの SHF は.3~.5 に集中していた このことから加湿負荷率が 1 以上の時に定格 SHF.45 を下回ることがわかった 3 月の加湿負荷率は.5~1.29 SHF は.21~.44 の変動であった 加湿負荷率が.7~1.2 に集中しており このときの SHF は.3~.55 に集中していた このことから加湿負荷率が.7 以上の時に定格 SHF.45 を下回ることがわかった.6.7.5.4.3.2 定格 SHF.45.6.5.4.3.2 定格 SHF.45.1.1.2.4.6.8 1 1.2 1.4 1.6 加湿負荷率 [-].2.4.6.8 1 1.2 1.4 加湿負荷率 [-].6.5.5 定格 SHF.45.4 定格 SHF.45.4.3.2.3.2.1.1.2.4.6.8 1 1.2 1.4 加湿負荷率 [-].2.4.6.8 1 1.2 1.4 加湿負荷率 [-] 図 3-17 SHF と加湿負荷率 ( 左上 :12 月 右上 :1 月 左下 :2 月 右下 :3 月 ) - 36 -
SHF[ ] COP[ ] 3-5-3 冬期の COP と負荷率及び SHF と加湿負荷率 図 3-18 に 12 月 ~3 月の立ち上がり 8:3~9: を除く空調時間帯における COP と熱負荷率の関係を示す 熱負荷率は.8~.92 COP は 2~7 の変動であった 熱負荷率が.6 ~.9 に集中しており このときの COP は 3~6 に集中していた このことから定格 COP3.35 以上は約 85% であり 熱負荷率が.6 以上の時に定格 COP3.35 を超えていることがわかった 図 3-18 に 12 月 ~3 月の立ち上がり 8:3~9: を除く空調時間帯における SHF と加湿負荷率の関係を示す 加湿負荷率は.45~1.34 SHF は.2~.61 の変動であった 加湿負荷率が.8~1.2 に集中しており このときの SHF は.3~.5 に集中していた このことから定格 SHF.45 以下は約 75% であり 加湿負荷率が.9 以上の時に定格 SHF.45 を下回ることがわかった 8 6 4 定格 COP3.35 2.2.4.6.8 1 熱負荷率 [ ].7.6.5.4 定格 SHF.45.3.2.1.5 1 1.5 加湿負荷率 [ ] 図 3-18 上 :COP と熱負荷率 下 :SHF と加湿負荷率 - 37 -
3-6 回帰分析による給気温湿度に関する検討 給気温湿度に影響を与えている因子を探るため 回帰分析によりそれぞれの測定箇所の温湿度と電力量の影響度を調べた 回帰分析の結果 給気温度に影響を与えている因子は外気温度 (θ OA ) 還気湿度(x RE ) 電力量 (kw) であった また 給気湿度に影響を与えている因子は外気温度 (θ OA ) 外気湿度 (x OA ) 還気湿度(x RE ) 電力量(kW) であった 回帰分析により得られた給気温湿度の回帰式を (1) と (2) に示す θ SA =.18θ OA +1.42x RE +.7 kw+4.3 (1) x SA =-.31θ OA +.139x OA +.722x RE +.4 kw+2.526 (2) 図 3-19 に回帰式の計算結果から得られた給気温湿度と測定した給気温湿度との関係を示す この結果から回帰式から得られた給気温湿度と測定した給気温湿度に相関関係が確認できた 係数の絶対値の大きさから各因子の影響度を考えると給気温度は還気湿度 (x RE ) 外気温度 (θ OA ) 電力量(kW) の順に大きいことがわかった また 給気湿度は還気湿度 (x RE ) 外気湿度 (x OA ) 外気温度(θ OA ) 電力量(kW) の順に大きいことがわかった 表 3-1 に各因子の変動を示す 求めたい因子を変数とし そのほかの因子には表 1 の最小値を回帰式に代入し計算した結果 給気温度を 2 以上にするためには還気湿度は 1.8 g 以上 外気温度は 51.2 以上 電力量は 129 kw 以上必要であることがわかった また 給気湿度を 1g 以上にするためには 還気湿度は 9.8g 以上 外気湿度は 29g 以上 電力量は 96 kw 以上必要であることがわかった しかし それぞれの測定箇所の温湿度と電力量だけでは正確な値を求めることが出来なかった - 38 -
計算給気温湿度 [ ][g/kg] 25 2 y =.9878x R² =.5594 15 1 y =.9911x R² = -.66 給気温度 5 給気湿度 5 1 15 2 25 測定給気温湿度 [ ][g/kg(da)] 図 3-19 計算結果と測定結果の関係 表 3-1 因子の変動 因子 変数 変動幅 外気温度 θ 1.8 ~25 外気湿度 x 2.g~9.5g 還気湿度 x 4.5g~8.6g 電力量 kw 3kW~27kW - 39 -
第 4 章 215 年 1 月 19 日 ~23 日実測結果
温度 [ ] 温度 [ ] 第 4 章 215 年 1 月 19 日 ~23 日実測結果 4-1 温度 4-1-1 温度変動 図 4-1 に 1 月 19 日 ~23 日の空調時間帯 8:3~18: における温度変動を示す 外気温度は 5.4 ~12.3 還気温度は 18 ~21.1 給気温度は 15.8 ~22.1 給気側全熱交換器交換後は 16.5 ~23.3 凝縮器通過後は 33.3 ~46.8 再生側デシカントロータ通過後は 21.2 ~3.2 排気側全熱交換器通過後は 6.3 ~12.6 蒸発器通過後は -.9 ~5.7 排気側デシカントロータ通過後は 8.8 ~15.5 の変動であった 給気温度は 15 以上の変動であったが 設定温度 2 に達しているのは 2 日だけであることがわかった 25 還気 2 15 給気 1 5 外気 5 4 凝縮器通過後 3 再生側デシカントロータ通過後 2 給気側全熱交換器通過排気側デシカントロータ通過後 1 排気側全熱交換器通過 蒸発器通過 -1 19 日 2 日 21 日 22 日 23 日図 4-1 1 月 19 日 ~23 日の温度変動 ( 上 ; 外部 3 箇所 下 ; 内部 6 箇所 ) - 4 -
温度頻度 [%] 4-1-2 外気と還気と給気の温度頻度 図 4-2 に 1 月 19 日 ~23 日の空調時間帯 8:3~18: における外気 還気 給気の温度頻度を示す 外気温度が 1 以下は 76% であった 還気温度が 2.1 以上は 76% であった 給気温度が 15.1 以上は 1% であった また 給気設定温度 2 に達しているのは 12 % であった このことから設定温度 2 に達しているのは 12% 以下であったが 15 以上は 1% であることがわかった ~1 1.1~15 15.1~18 18.1~2 2.1 ~ 1% 8% 6% 4% 2% % 外気還気給気 図 4-2 1 月 19 日 ~23 日の温度頻度 - 41 -
絶対湿度 [g/ kg (DA)] 絶対湿度 [g/kg(da)] 4-2 絶対湿度 4-2-1 絶対湿度変動 図 4-3 に 1 月 19 日 ~23 日の空調時間帯 8:3~18: における絶対湿度変動を示す 外気絶対湿度は 2.7g~6.3g 還気絶対湿度は 5g~8.8g 給気絶対湿度は 5.5g~9.2gの変動であった 全熱交換器交換後は 6.5g~1.7g 凝縮器通過後は 4.8g~8.4g 再生側デシカントロータ通過後は 9g~13.5g 排気側全熱交換器通過後は 3g~6.2g 蒸発器通過後は 3g~5.8g 排気側デシカントロータ通過後は 1.3g~2.9gの変動であった 給気絶対湿度は設定絶対湿度 1gに達している日はないことがわかった 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 還気 外気 給気 16 14 12 再生側デシカントロータ通過後 1 給気側全熱交換器通過 8 6 凝縮器通過後 4 蒸発器通過 2 排気側全熱交換器通過 排気側デシカントロータ通過後 19 日 2 日 21 日 22 日 23 日 図 4-3 1 月 19 日 ~23 日の絶対湿度変動 ( 上 ; 外部 3 箇所 下 ; 内部 6 箇所 ) - 42 -
絶対湿度頻度 [%] 4-2-2 外気と還気と給気の絶対湿度頻度 図 4-41 月 19 日 ~23 日の空調時間帯 8:3~18: における外気 還気 給気の絶対湿度頻度を示す 外気絶対湿度が 5g 以下は 8% であった 還気絶対湿度が 7.5g 以下は 8% であった 給気絶対湿度が 7.6g 以上は 2% であった 設定絶対湿度 1gに達しているのは % であった このことから設定絶対湿度 1gに達しているのは % であったが 7.6g 以上は 2% であることがわかった ~5g 5.1~7.5g 7.6~1g 1.1g~ 1% 8% 6% 4% 2% % 外気還気給気 図 4-4 1 月 19 日 ~23 日の絶対湿度頻度 - 43 -
相対湿度 [%] 相対湿度 [%] 4-3 相対湿度 4-3-1 相対湿度変動 図 4-5 に 1 月 19 日 ~23 日の空調時間帯 8:3~18: における相対湿度変動を示す 外気相対湿度は 35.1%~87.4% 還気相対湿度は 36.5%~56.7% 給気相対湿度は 33.8%~68.4% の変動であった 全熱交換器交換後は 43%~77.3% 凝縮器通過後は 9.1%~3.1% 再生側デシカントロータ通過後は 39.6%~81.5% 排気側全熱交換器通過後は 33.7%~83.2% 蒸発器通過後は 69.8%~96% 排気側デシカントロータ通過後は 15%~27.6% の変動であった 還気相対湿度はほぼ一定で 4%~6% で変動であった 還気相対湿度はほぼ一定で 4%~ 55% で変動であった 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 外気 還気 給気 1 9 8 7 6 蒸発器通過 給気側全熱交換器通過 5 4 3 2 排気側デシカントロータ通過後 再生側デシカントロータ通過後排気側全熱交換器通過 1 凝縮器通過後 19 日 2 日 21 日 22 日 23 日 図 4-5 1 月 19 日 ~23 日の相対湿度変動 ( 上 ; 外部 3 箇所 下 ; 内部 6 箇所 ) - 44 -
相対湿度頻度 [%] 4-3-2 外気と還気と給気の相対湿度頻度 図 4-6 に 1 月 19 日 ~23 日の空調時間帯 8:3~18: における外気 還気 給気の相対湿度頻度を示す 外気相対湿度が 4.1% 以上は 9% であった 還気相対湿度が 4.1~55% は 8% であった 給気相対湿度が 55.1% 以上は 24% であった 設定相対湿度 7% に達しているのは % であった このことから設定相対湿度 7% に達しているのは % であったが 給気相対湿度 55.1% 以上は 24% であることがわかった また 還気相対湿度 4.1% 以上は約 9% であることから 室内の相対湿度は満足していると考えられる 1% ~4% 4.1~55% 55.1~7% 7.1%~ 8% 6% 4% 2% % 外気還気給気 図 4-6 1 月 19 日 ~23 日の相対湿度頻度 - 45 -
処理熱量 [MJ/h] 加湿量 [kg/h] 8:3 11: 14: 17: 1: 13: 16: 9: 12: 15: 8:3 11: 14: 17: 1: 13: 16: 電力量 [kw/h] 4-4 加湿量と処理熱量及び電力量 図 4-7 に 1 月 19 日 ~23 日の空調時間帯 8:3~18: における時間積算加湿量と時間積算処理熱量及び電力量を示す 加湿量は立ち上がり 8:3~9: を除けば 3.8kg/h~ 61.5kg/hの変動をしており 平均加湿量は 39.6 kg/h であった 1 月 19 日 ~23 日ではあまり加湿されていないことがわかった 処理熱量は立ち上がり 8:3~9: を除けば 225MJ/h~292MJ/h で そのうち顕熱と潜熱はそれぞれ 122MJ/h~166MJ/h と 77MJ/h~154MJ/h であった 処理熱量の平均は 241MJ/h で顕熱と潜熱はそれぞれ 142MJ/h と 99MJ/h であった そのうち顕熱が 6~7 割で潜熱は 3 ~4 割であることがわかった 処理熱量が最も多いのは 22 日の 17 時で最も少ないのは立ち上がり 8:3~9: を除けば 19 日の 9 時であった 電力量は立ち上がり 8:3~9: を除けば 6kW/h~24kW/h の変動をしており 平均電力量は 17kW/h であった 電力量は安定していないことがわかった 3 25 潜熱 MJ/h 顕熱 MJ/h 加湿量 kg/h 電力量 kwh 3 25 2 15 1 5 2 15 1 5 19 日 2 日 21 日 22 日 23 日 図 4-7 加湿量と処理熱量及び電力量 - 46 -
SHF[ ] COP[ ] 4-5 COP と負荷率及び SHF と加湿負荷率 図 4-8 に 1 月 19 日 ~23 日の空調時間帯における COP と熱負荷率の関係を示す 熱負荷率は.52~.67 COP は 3~5 の変動であった 熱負荷率が.55~.65 に集中しており このときの COP は 3~4 に集中していた このことから定格 COP3.35 以上は 8% であり 熱負荷率が.55 以上の時に定格 COP3.35 を超えていることがわかった 図 4-8 に 1 月 19 日 ~23 日の空調時間帯における SHF と加湿負荷率の関係を示す 加湿負荷率は.4~.78 SHF は.44~.66 の変動であった 加湿負荷率が.45~.6 に集中しており このときの SHF は.55~.65 に集中していた このことから定格 SHF.45 以下は 3% であり 加湿負荷率が.78 以上の時に定格 SHF.45 を下回ることがわかった 6 5 4 3 2 1.1.2.3.4.5.6.7.8 熱負荷率 [ ].7.6.5.4.3.2.1.2.4.6.8 1 加湿負荷率 [ ] 図 4-8 上 ;COP と熱負荷率 下 ;SHF と加湿負荷率 - 47 -
4-6 回帰分析による給気温湿度に関する検討 給気温湿度に影響を与えている因子を探るため 回帰分析によりそれぞれの測定箇所の 温湿度と電力量の影響度を調べた 回帰分析の結果 給気温度に影響を与えていると考えられる因子は給気側全熱交換器後 (θ 1 ) 排気側全熱交換器後(θ 2 ) 蒸発器後(θ 3 ) であった 給気湿度に影響を与えていると考えられる因子は外気湿度 (x OA ) 給気側全熱交換器後(x 1 ) 排気側全熱交換器後(x 2 ) 蒸発器後 (x 3 ) であった 回帰分析により得られた給気温湿度の回帰式を (1) と (2) に示す O SA =.62θ 1 +.25θ 2 +.29θ 3 +3.77 (1) x SA =.94x OA +.75x 2 +.9x 3 +.68x 3-1.97 (2) 回帰式の計算結果から得られた給気温湿度と 測定した給気温湿度との関係を図 4-9 に示す 回帰式の計算結果から得られた給気温湿度と測定した給気温湿度の重相関係数 R 2 の値が 1 に近いことから 回帰式から考えられた影響を与えている因子は妥当だと考えられる 係数の絶対値の大きさから各因子の影響度を考えると給気温度 (O SA ) は給気側全熱交換器後 (θ 1 ) 給気湿度(x SA ) は排気側全熱交換器後 (x 2 ) が最も影響を与えていることがわかった 表 4-1 に各因子の変動を示す 求めたい因子を変数とし そのほかの因子には表 1 の最小値を回帰式に代入し計算した結果 給気温度を 2 以上にするためには給気側全熱交換器後は 21.5 以上 排気側全熱交換器後は 15.7 以上 蒸発器後は7.4 以上必要であることがわかった 給気湿度を 1g 以上にするためには 給気側全熱交換器後は 12.6g 以上 排気側全熱交換器後は 7.8g 以上 蒸発器後は 8.8g 以上 外気湿度は.5g 以上必要であることがわかった - 48 -
計算温湿度 [ ][g/kg(da)] 25 2 15 1 5 y =.9992x R² =.9687 y =.9996x R² =.9444 給気湿度 給気温度 5 1 15 2 25 測定温湿度 [ ][g/kg(da)] 図 4-9 計算結果と測定結果の関係 外気湿度 給気側全熱交換器 通過後温湿度 排気側全熱交換器 通過後温湿度 蒸発器通過後温湿度 表 4-1 因子の変動 因子変数変動幅 x θ 1 x 1 θ 2 x 2 θ 3 x 3 2.8g~6.3g 14.6 ~23.4 6.7g~1.7g 6.4 ~12.7 3g~6.2g.3 ~5.7 3.2g~5.7g - 49 -
第 5 章 比較検討と考察
5 章比較検討と考察 213 年 12 月 ~214 年 3 月の代表週 12 月 16 日 ~2 日と 215 年 1 月 19 日 ~23 日では給気温度は 215 年 1 月 19 日 ~23 日のほうが高く 設定温度 2 を超える割合も多いことがわかった 給気絶対湿度は 213 年 12 月 16 日 ~2 日のほうが高いが 設定絶対湿度 1g に達するのは 5% しかなくどちらも低いことがわかった 還気相対湿度はどちらもあまり変わらず 4%~5% でほぼ一定であった また どちらも還気温湿度が 2 以上 38% 以上であることから室内の推奨温湿度環境は満足していることがわかった 電力量はあまり変わらないが処理熱量は 213 年 12 月 16 日 ~2 日のほうが多く処理しており 顕熱と潜熱の割合が逆になっていることがわかった また 加湿量も 213 年 12 月 16 日 ~2 日のほうが多いことがわかった COP はほぼ同じであることがわかった SHF は 213 年 12 月 16 日 ~ 2 日のほうが定格以下を示す割合が多いことがわかった 213 年 12 月 ~214 年 3 月の代表週 12 月 16 日 ~2 日と 215 年 1 月 19 日 ~23 日で差がみられたのは デシカントロータと全熱交換器の回転数が違うか加湿器が停止していることが考えられる - 5 -
第 6 章 まとめ
第 6 章まとめ 新しく開発されたヒートポンプ式デシカント空調システムの実測調査を行い 以下の知 見を得た 1)213 年 12 月 ~214 年 3 月の各月において給気温度は設定温度 2 に達しているのは 6% 以下であったが 15 以上は約 7% であることがわかった また 外気と給気が変動しても還気はほぼ一定の変動であることがわかった 215 年 1 月 19 日 ~23 日では 設定温度 2 に達しているのは 12% 以下であったが 15 以上は 1% であることがわかった 2)213 年 12 月 ~214 年 3 月の各月において給気絶対湿度は設定絶対湿度 1gに達しているのは 8% 以下であったが 7.6g 以上は約 8% であることがわかった 215 年 1 月 19 日 ~23 日では 設定絶対湿度 1gに達しているのは % であったが 7.6g 以上は 2% であることがわかった 3)213 年 12 月 ~214 年 3 月の各月において給気相対湿度は設定相対湿度 7% に達しているのは約 6% であったが 給気相対湿度 55.1% 以上は約 95% であることがわかった 215 年 1 月 19 日 ~23 日では 設定相対湿度 7% に達しているのは % であったが 給気相対湿度 55.1% 以上は 24% であることがわかった また どちらも還気相対湿度 4.1% 以上は約 9% であることから 室内の相対湿度は満足していると考えられ 還気温湿度が 2 以上 38% 以上であることから室内の推奨温湿度環境は満足していることがわかった 還気相対湿度はほぼ一定で 4%~5% で変動であった 4)213 年 12 月 ~214 年 3 月の 4 ヶ月の平均加湿量は 73 kg/day で 4 ケ月の平均電力量は 19 kw/day であった 4 ケ月の平均処理熱量は 2,93MJ/day で そのうち顕熱が 3~4 割で潜熱は 6~7 割であることがわかった また 処理熱量が変動しても顕熱と潜熱の割合はあまり変わらないことがわかった 215 年 1 月 19 日 ~23 日の平均加湿量は 39.6 kg/h で平均電力量は 16kW/h であった 平均処理熱量は 241MJ/h で そのうち顕熱が 6~7 割で潜熱は 3~4 割であることがわかった 5)213 年 12 月 ~214 年 3 月において定格 COP3.35 以上は約 85% であり 熱負荷率が.6 以上の時に定格 COP3.35 を超えていることがわかった 定格 SHF.45 以下は約 75% であり 加湿負荷率が.9 以上の時に定格 SHF.45 を下回ることがわかった 215 年 1 月 19 日 ~23 日では 定格 COP3.35 以上は 8% であり 熱負荷率が.55 以上の時に定格 COP3.35 を超えていることがわかった 定格 SHF.45 以下は 3% であり 加湿負荷率が.78 以上の時に定格 SHF.45 を下回ることがわかった 6)213 年 12 月 ~214 年 3 月において係数の絶対値の大きさから各因子の影響度を考えると給気温度は還気湿度 外気温度 電力量の順に大きく 給気湿度は還気湿度 外気 - 51 -
湿度 外気温度 電力量の順に大きいことがわかった 給気温度を 2 以上にするためには還気湿度は 1.8g 以上 外気温度は 51.2 以上 電力量は 129 kw 以上必要であることがわかった また 給気湿度を 1g 以上にするためには 還気湿度は 9.8g 以上 外気湿度は 29g 以上 電力量は 96 kw 以上必要であることがわかった しかし それぞれの測定箇所の温湿度と電力量だけでは正確な値を求めることが出来なかった 215 年 1 月 19 日 ~23 日において係数の絶対値の大きさから各因子の影響度を考えると給気温度は給気側全熱交換器後 給気湿度は排気側全熱交換器後が最も影響を与えていることがわかった 給気温度を 2 以上にするためには給気側全熱交換器後は 21.5 以上 排気側全熱交換器後は 15.7 以上 蒸発器後は7.4 以上必要であることがわかった 給気湿度を 1g 以上にするためには 給気側全熱交換器後は 12.6g 以上 排気側全熱交換器後は 7.8g 以上 蒸発器後は 8.8g 以上 外気湿度は.5g 以上必要であることがわかった - 52 -
今後の課題 本研究では 冬期のみの結果であり中間期の解析は行っていない よって中間期において デシカント空調システムがどのような運転を行い どれほどの性能なのかは不明である そこで 年間を通してデシカント空調システムがどのような運転を行い どれほどの性能なのか明確にするために中間期の解析を行う必要がある また 213 年 12 月 ~214 年 3 月の測定箇所は外気 還気 給気の三箇所 215 年 1 月 19 日 ~23 日の測定箇所は給気側全熱交換器交換後 凝縮器通過後 再生側デシカントロータ通過後 排気側全熱交換器通過後 蒸発器通過後 排気側デシカントロータ通過後の 6 箇所であるが 空調機内部の解析は行いきれていない そこで より詳細な性能調査を行うために空調機内部 6 箇所における再生温度 デシカントロータの加湿効率 全熱交換器の交換効率などの解析を行う必要がある また 本研究では加湿器が運転しており 加湿器なしの性能を明確にする必要がある - 53 -
参考文献 1) 安松直樹永田久美 : 低温再生デシカントと全熱交換による還気負荷の軽減 日本冷凍空調学会 86 pp.9 13 211-1 2) 上村紘世宋城基 : ヒートポンプ式デシカント空調システムの性能に関する研究夏季における実測調査 日本建築学会中国支部研究報告集 38 pp.317-32 215-3 3) 伊藤剛安松直樹平田清中山和樹 : 低炭素化と知的生産性に配慮した最先端オフィスにおける潜熱顕熱分離型空調の研究第一報レタンエアデシカント空調機の実負荷運転における最適能力調整 日本冷凍空調学会論文集 29 pp69~79 211-11 4) 永田久美 : リタンエアデシカント空調機リタンエア除湿方式による高効率外気処理機 クリーンエネルギー pp39~44 21-12
謝辞 本研究を遂行するにあたり 様々な御指導してくださった宋城基准教授に感謝の意を示 します また実測に協力してくださったダイダン ( 株 ) 昭和鉄工 ( 株 ) パナソニック ES エンジニアリング ( 株 ) 対象建物の皆様 宋研究室の皆さんに感謝の意を示します