1.4MB - 新エネルギー・産業技術総合開発機構

ＮＥＤＯ省エネルギー技術フォーラム 2015
戦略的省エネルギー技術革新プログラム
フェーズ名：実用化開発
＜業務用ビル液冷空調システムの開発＞
事業実施法人名：(株）日建設計総合研究所/大成建設（株）/（株）朝日工業社
共同研究先：東京大学生産技術研究所/神奈川大学/山口大学
委託先：ダイキン工業（株）、ＭＤＩ(株)
研究開発期間：平成25年2月～平成27年2月
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１．研究開発の背景、目的、目標
１．１．背景
◆ZEBへの取り組みが喫緊の課題
◆空調設備はZEB実現の最大眼目の一つ
その他
3%
1.07
運輸部門
0.94
23%
日本の最終エネ
ルギー消費量
1.39
9
15×10 GJ/年
業務他部門
産業部門
44%
空調熱源
27%
照明コンセント
37%
（2010年度）
動力（空調・換気
ファン等）
30%
19%
対1990年度比
家庭部門
14%
1.30
出典）
経済産業省「エネルギー白書2011」を元に、
日建設計総合研究所作成
熱搬送（ポンプ）
3%
出典）
独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「住宅･建築物高
効率エネルギーシステム導入促進事業（建築物に係るもの）・（BEMS導
入支援事業）平成11～21年度補助事業における成果の総合的分析成果
報告書」（平成２４年２月）を元に、日建設計総合研究所作成
液冷空調システム
ＺＥＢ空調の一つのプロトタイプ
快適性の向上と一層の省エネルギーを実現できる技術
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１．研究開発の背景、目的、目標
１．２．従来の課題、目的、目標
液冷空調システムのキーコンセプト① 「内部発熱を室内に拡散前に処理」
従来システム
液冷空調システム
19℃
26℃
20℃
22℃
chilled water
7℃ 12℃
24℃
26℃
Uniform Temp.
of 26℃
Cold
Draft
28℃
30℃
Liquid
Cooling
32℃
Heating
element
26℃
Too Warm
1kW
26℃
Too Cold
33℃
Heating
element
Comｆort
1kW
Comｆort
33℃
Chilled water
21℃ 23℃
Generated Heat disperses into Room
Exhausting Heat of 1kW
Generated Heat is removed at Source
~ (33-26)℃×1.2kJ/m ℃×120m /h
低温冷水（7℃）が必要
3
3
~ (26-19)℃×1.2kJ/m3℃×120m3/h
温度分布ができ室内温熱環境にばらつき
~ (12-7)℃×4.2kJ/L℃×48L/h
高温冷水（21℃）で処理が可能
温度分布が少なく室内温熱環境向上
Exhausting Heat of 1kW ~ (23-21)℃×4.2kJ/L℃×120L/h
空調用エネルギーの大幅な削減と室内温熱環境の飛躍的向上が可能
液冷空調システムのキーコンセプト② 「システム連携によるZEB促進」
熱負荷
空調機
熱搬送機器
負荷抑制
潜顕分離処理
高効率熱搬送
内部負荷
抑制
液冷空調
外気負荷
抑制
デシカント
外調機
高効率熱製造
自然エネルギー
20℃
20℃
使用エネルギー
非化石
エネルギー活用
熱源機器
ポンプ
低揚程
液冷配水
排熱
液冷HP
排熱
再生可能
吸着
冷凍機
冷水の高温化を実現
高COP熱源の活用促進
再生可能・未利用エネルギーの利用拡大
空気熱源
HP
4
フリー
クーリング
液冷HP
排熱
太陽熱
再生可能
PV
購入電力
ZEBエネルギー管理
システム全体の統合監視
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開発システム概念図と開発課題①～⑥
⑥ＺＥＢエネルギー
管理システム
②ヒートポンプ熱源デシカントによる
外気潜熱負荷処理システム
デシカント
空調機
太陽熱
冷水
20℃
チルド
ビーム
温水
55℃
LED照明
液冷熱交換
ユニット
③室内の顕熱処理を液冷で行う冷房システム
クーリング
タワー
①内部負荷液冷システム
空気熱源
ヒートポンプ
放射
パネル
パソコン
液冷熱交換
ユニット
回収熱利用
吸着冷凍機
高効率液冷
ヒートポン
プ
冷水
中温水
21℃ （回収温熱）
液冷
コンセント
漏水
ブレーカー
⑤内部発熱回収温熱を
有効利用する熱源システム
④建物内液冷配水・接続システム
ZEB実現のための空調システムの要素技術、統合化技術を開発し、
標準的なビルの空調エネルギー消費量の55%削減を目指す。
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２．研究開発体制、研究開発内容
２．１．研究開発体制
技術開発責任者
日建設計総合研究所
日建設計総合研究所
大成建設（株）
（株）朝日工業社
⑤内部発熱回収温熱を有効利
用する熱源システムの開発
⑥ＺＥＢエネルギー管理システ
ムの開発
①内部負荷液冷システムの開
発
③室内の顕熱処理を液冷で行
う放射冷房システムの開発
②ヒートポンプ熱源デシカント
による外気潜熱負荷処理シス
テムの開発
④建物内液冷配水、接続シス
テムの開発
共同研究
山口大学
・回収熱利用
吸着冷凍機
の開発
委託（※1）
ダイキン工業
・高効率液冷
用ヒートポン
プの開発
共同研究
東京大学
・室内液冷空
調システム
の開発
委託（※２）
ＭＤＩ（株）
・液冷熱回
収ユニット
の開発
共同研究
神奈川大学
・建物内設
備結露リス
ク評価法の
開発
※1：平成25・26年度の参画、※2：平成24・25年度の参画、※3：平成27年1月より責任者変更
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２．研究開発体制、研究開発内容
２．２．研究開発内容
各要素技術を開発し、それらを統合した実証試験により
性能を検証した。
（１）内部負荷液冷システムの開発
ＬＥＤ照明、パソコン、複合機などの発熱機器に適し
た液冷熱交換ユニットを開発
（２）ヒートポンプ熱源デシカントによる外気潜熱負荷処
理システムの開発
ヒートポンプを熱源とした定格システムCOP 2以上
のデシカント空調機を開発
（３）室内の顕熱処理を液冷で行う放射冷房システムの
開発
省エネで快適性（ＰＭＶ±0.5以内）を考慮した全水
方式の空調システムを開発
２．研究開発体制、研究開発内容
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２．２．研究開発内容
（４）建物内液冷配水、接続システムの開発
低揚程配水システム、ノンリークで脱着可能な液冷
コンセント、漏水検知・遮断システムを開発
（５）内部発熱回収温熱を有効利用する熱源システムの
開発
高効率液冷用ヒートポンプ、回収熱利用吸着冷凍
機を開発
（６）ＺＥＢエネルギー管理システムの開発
エネルギーシミュレーターによるシステム性能の検
証・運転支援機能を搭載したエネルギー管理システ
ムを開発
３．成果、実績、展望等
３．１．成果「実証試験による効果確認」
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開発した要素技術を統合した実証試験を実施し、省エネ効果
を確認
※熱源は機器容量の関係で実証試験から除外
③
前室
机 3
ﾃﾞｽｸﾄｯﾌﾟ
PC
机 4
ﾉｰﾄPC
机 2
ﾃﾞｽｸﾄｯﾌﾟ
PC
机 5
ﾉｰﾄPC
机 6
ﾃﾞｽｸﾄｯﾌﾟ
PC
ﾉｰﾄPC
①
②
③
机 7
ﾃﾞｽｸﾄｯﾌﾟ
PC
机 8
ﾉｰﾄPC
①
④
②
(a）平面図（天井・床）
実験室の状況
机 9
ﾉｰﾄPC
机 10
ﾃﾞｽｸﾄｯﾌﾟ
PC
③
ﾁﾙﾄﾞﾋﾞｰﾑ 4
ﾁﾙﾄﾞﾋﾞｰﾑ 2
②
LED
④
6400
④
②
机 1
ﾁﾙﾄﾞﾋﾞｰﾑ 3
700
ﾁﾙﾄﾞﾋﾞｰﾑ 1
3200
①
④
3200
③
①
700
複合機
３．成果、実績、展望等
３．１．成果「実証試験による効果確認」
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天井：LED照明液冷ユニット、アクティブチルドビーム
デスク：パソコン液冷熱回収ユニット、パーティション放射パネル
φ25 冷水管(還)
φ25 冷水管(往)
一次空気
液冷熱
(ﾃﾞｼｶﾝﾄ空調機から)
回収ﾕﾆｯﾄ
ﾁﾙﾄﾞﾋﾞｰﾑ LED照明
一次空気
(ﾃﾞｼｶﾝﾄ空調機から)
液冷熱
回収ﾕﾆｯﾄ
ﾁﾙﾄﾞﾋﾞｰﾑ LED照明
天井
PMVｾﾝｻｰ
バルブ開閉信号
室内温湿度ｾﾝｻｰ
パーティション(1400×450×35)
ﾃﾞｽｸﾄｯﾌﾟﾊﾟｿｺﾝ
液晶ﾃﾞｨｽﾌﾟﾚｲ
液冷熱
回収ﾕﾆｯﾄ
液冷ｺﾝｾﾝﾄ(机)
φ6 ﾁｭｰﾌﾞ
ﾌﾟﾚｰﾄｺｲﾙ
(500×210)
φ8 ﾁｭｰﾌﾞ
液冷ｺﾝｾﾝﾄ(机)
ワークスペース
(W:1400×D:700×h:720)
液冷ｺﾝｾﾝﾄ(床)
φ10 冷水管(還)
φ10 冷水管(往)
ﾌﾟﾚｰﾄｺｲﾙ
(500×210)
液冷ｺﾝｾﾝﾄ(床)
床
パーティションとプレートコイル
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３．１．成果「（１）内部負荷液冷システムの開発」
発熱機器に適した液冷熱交換ユニットを開発
単体および実証試験で熱回収効率90％以上を確認
機器
LED照明
ﾃﾞｽｸﾄｯﾌﾟﾊﾟｿｺﾝ
ﾉｰﾄﾊﾟｿｺﾝ
複合機
水冷ﾌﾟﾚｰﾄ
気-液
熱交換器
LEDﾓｼﾞｭｰﾙ
気‐液
熱交換器
ファン
気‐液熱交換器
金属性冷却プレート
気‐液
熱交換器
液冷
熱回収
ﾕﾆｯﾄ
熱回収
効率
ノートPC
ﾌﾞｰｽ内設置
金属性冷却
ﾌﾟﾚｰﾄ
LEDを直接水冷
ﾌﾟﾚｰﾄに設置
CPUﾎﾙﾀﾞに
熱交換器設置
47％（単体）
70～90％(実証)
56％（単体）※１
39～57％(実証)
上部：気‐液熱交換器
フードタイプ
94％（単体）
30～80％(実証)※2
48％（単体）
97％(実証)
※1：H26年度開発中止。熱回収効率向上のためには、パソコン筐体と液晶ディスプレイからの熱回収が必要である。
※2：ｲﾝﾃｸﾞﾚｰｼｮﾝ試験では、圧損増大でポンプ動力が増加。システム全体効率を優先し、金属製冷却ﾌﾟﾚｰﾄのみで熱回収したため効率が低下。
３．１．成果「（２）ヒートポンプ熱源デシカントによる外
気潜熱負荷処理システムの開発」
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ヒートポンプを熱源としたデシカント空調を開発
実証試験にてシステムＣＯＰ2.2を確認
設計
条件
運用
条件
人員
密度
人／m3
処理
風量
m3／h
外気
温度
℃
外気
湿度
g/kg’
システ
ムCOP
0.2
300
(100%)
33.5
18.9
2.20
0.1
150
(50%)
32.0
19.2
2.67
0.07
105
(35%)
31.2
17.5
2.47
0.05
75
(25%)
29.4
17.4
2.28
３．１．成果「（３）室内の顕熱処理を液冷で行う放射
冷房システムの開発」
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液冷空調システムに適した二次側空調方式の開発
（アクティブチルドビーム＋パーティション放射パネル）
実証試験とシミュレーションで居住域の快適性を確認
（-0.5≦PMV≦0.5）
室内気流分布（シミュレーション結果）
室内温度分布（シミュレーション結果）
３．１．成果「（４）建物内液冷配水、接続システム
の開発」
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低揚程配水システムの開発
搬送動力が熱回収量の10%以下(2.85～4.12%)のシステム構築
液冷コンセントの開発
ノンリークカプラ（リーク量0.03ml）を利用した液冷コンセントの開発
漏水検知・遮断システムの開発
最小流量差30mL/minの漏水を検知し、遮断するシステムを開発
汎用サイズ９０×９０
大型サイズ１１０×１４０
液冷コンセント
３．１．成果「（５）内部発熱回収温熱を有効利用する
熱源システムの開発」
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高効率液冷用ヒートポンプの開発
20℃冷水、55℃温水同時取り出しの高効率液冷用ヒートポンプを開
発、冷温同時COP=7.2（冷水のみのCOP3.28）
回収熱利用吸着冷凍機の開発
回収熱、太陽熱を活用し、温水温度55℃以下でも冷水製造が可能
な小型の吸着冷凍機を開発
※蒸発器
※凝縮器
プレート熱交
※室外機
仕様検討結果
ユニット
高効率液冷用ヒートポンプ試作機
回収熱利用吸着式冷凍機試作機
３．１．成果「（６）ＺＥＢエネルギー管理システムの開発」
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エネルギーシミュレーターの開発
６階建ての事務所建物全体の液冷空調システムのシミュレーション
構築。年間エネルギー消費量を計算。
ZEBエネルギー管理システムの開発
機器の運転状況をリアルタイムで監視、実績値と計算値を比較し、
運転状況の確認、最適な運転方法を決定できる。
エネルギー収支、快適性表示画面
ZEBエネルギー管理システムの画面例
最適運転検討画面
３．１．成果「年間エネルギー消費量計算結果」
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液冷空調システムは、従来システムに比べ、年間空調用電力消費
量を83%削減された。
液冷空調システムは、ＺＥＢの空調システムとなりうることを確認
従来システムとの電力消費量比較
３．成果、実績、展望等
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３．２．実績等
学会発表等４６件（うち審査論文５本）
「液冷空調システムにおける液冷熱回収装置の熱回収性能」他
（日本建築学会大会、2013年度～2015年度）
業務用ビルを対象とする液冷空調システムの開発（第1報）～（第29報）
（空気調和・衛生工学、2013年度～2015年度）
業務用ビルを対象とした結露リスク評価に関する研究
（日本建築学会環境系論文集）
低温再生型吸着材を用いた吸着式冷凍機の開発
（空気調和・衛生工学会）
Performance Assessment of an Adsorption Refrigerator Driven by LowTemperature Wasted Heat
（ISTP(International Symposium on Transport Phenomena)）
Desiccant Air-Conditioning System Consisting of Heat Pump and Solar
Heat Collector
（ICOPE-15（International Conference on Power Engineering））
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３．成果、実績、展望等
３．３．今後の展望
日建設計総合研究所
大成建設
朝日工業社
【共同事業展開】
液冷空調システムに係わる
◆コンサル
◆設計／施工
◆機器販売／据え付け
◆コミッショニング（性能検証）
【個別事業展開】
液冷空調システムに係わる
◆コンサル
◆コミッショニング
（性能検証）
液冷空調システムに係わる
◆コンサル
◆設計／施工
◆機器販売／据え付け
2020年頃を目指して開発システ
ムを組み込んだＺＥＢ実現を推進
事務所建物だけでなくデータセン
ターや産業分野への展開を検討
液冷空調システムに係わる
◆コンサル
◆設計／施工
◆機器販売／据え付け
ZEB実証棟
技術センター本館
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３．成果、実績、展望等
３．４．原油換算省エネ効果
2020年時点： 41,046kL/年(累計：61,639kL )
2030年時点：303,924kL/年(累計：1,251,620kL )
2020年
国内
2030年
国外
国内
国外
指標A（効果量） (L/(年・㎡))
18.6
-
18.6
-
指標B（導入量） (千㎡)
2,207
-
16,340
-
省エネルギー効果量（ｋＬ/年）
41,046
-
303,924
-

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