家庭用デシカント換気システム導入による省エネルギー効果に関する研究 [ PDF

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(1)家庭用デシカント換気システム導入による省エネルギー効果に関する研究. 金日 1. はじめに熱源熱源. 2003 年度に実施された建築基準法の改正により、. 排熱（80℃程度）. 新築物件では居室における 24 時間換気が義務付け. 再生ライン. 70℃. られるようになった。この 24 時間換気の義務付けに排気. 外気. より、住宅における空調負荷の増大が懸念されてい. 換気. る。本論文ではデシカント換気システムの冷房負荷. 処理空気外気 33℃ 60%RH. 60℃ 11%RH. 供給空気. 37℃ 34%RH. ﾃﾞｼｶﾝﾄﾛｰﾀｰ. 処理ライン. 削減効果を検討するとともに、その熱源として固体. 上水. 顕熱ﾛｰﾀｰ. 冷却器. 29℃ 55%RH. 高分子形電熱源（以下 PEFC-CGS）と併用した際の. 図 1 デシカント換気システムの仕組み. 運転システムにおける省エネルギー効果を数値シミュレーションにより検討する。 2. デシカント換気システムの概要. デシカント換気システム. 外気排気. デシカント換気システムとは乾燥剤を用いて換. 天井裏スペース. 気する際に除湿を行う換気システムである。図 1 に. 供給空気. 供給空気供給空気. 室内からの還気. デシカント換気システムの仕組みを示す。デシカン. 温水配管. トローター、顕熱交換ローター、熱交換コイル、蒸熱源機. 発冷却器、給排気ファンなどによって構成される。外気を室内に導入する際、まず、デシカントローターで除湿するが、同時に空気温度も上昇する。次に、. 図 2 住宅への導入イメージ. 顕熱交換ローターで外気と室内からの還気を顕熱交. によって加熱された後、デシカントローターに通さ. 10. 10. 9. 9. 8. y = -0.1323x + 11.457. 7 6 5. れ、デシカントローターの水分を奪って排気される。. 4. 熱交換コイルの熱源には PEFC-CGS からの排熱を利. 2. 用する。図 2 にデシカント換気システムと. システム除湿量[g/kg ]. 給する。顕熱ローターの排気側空気は熱交換コイル. システム冷却温度[K]. 換することで、上昇した空気温度を下げ、室内に供. 3. 1. 8. y = 0.0743x + 0.5526. 7 6 5 4 3 2 1. 0. 0 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 90. 100. 0. 10. 20. 30. 外気相対湿度[%RH]. PEFC-CGS の住宅への導入イメージを示す。デシカ. 40. 50. 60. 70. 80. 90. 外気相対湿度[%RH]. (b) システム除湿量 (a) システム冷却温度図 3 システム冷却温度と除湿量. ント換気システムは天井裏スペースに、PEFC-CGS は屋外に設置し、その排熱を利用し、デシカント換. 8645. 気システムに必要な熱供給を行う。図 3(a)、(b)に本. 2275. 1820. 1820. 8645. 2730. 3185. 910 1820. 2730. 和室. 湿度変化は外気の相対湿度によって変化する。外気. 5005. 3640 8645. 相対湿度が高いほどシステム冷却温度が下がり、シ. 寝室2. 5005. 3640 8645. (a)1 階平面図. (b)2 階平面図図 4 標準住宅モデル. ステム除湿量が上がる。. 38-1. 3640. 1820. 3185. 7280. 910. 寝室1. 差である。デシカント換気システムを通る空気の温. 2730 910 3640. 居間. 3640. 気システム処理ラインの外気と供給空気の絶対湿度. 4095. 気の温度差、同じくシステム除湿量はデシカント換. 寝室3 ホール. 4095. 浴室. 予備室. 3185. ホール. 1820. シカント換気システム処理ラインの外気と供給空気. 洗面. 玄関台所. 7280. テム除湿量を示す。ここでシステム冷却温度とはデ. 3185. デシカント換気システムのシステム冷却温度とシス. 100.

(2) 3 負荷削減効果の検討. 表 1 住宅モデル仕様. 3.1 シミュレーション概要計算には多数室室温変動・熱負荷計算プログラム. 断熱モデル. 盛岡. 東京. 福岡（東区）. 鹿児島. 熱損失係数 [W/m2K]. 1.78. 2.52. 2.59. 2.59. 夏期日射取得係数. 0.063. 0.064. 0.065 0.064 押出法押出法硬質ウレタンフォー硬質ウレタンフォー断熱材ポリスチレンフォーポリスチレンフォームムム2種ム2種外張屋根断熱・天外張屋根断熱・天外張屋根断熱・天外張屋根断熱・天屋根井断熱井断熱井断熱井断熱又は天井 115 115 140 140 外張断熱外張断熱外張断熱外張断熱断熱厚壁 70 70 65 65 さ [mm] 基礎外断熱・充填基礎外断熱・充填基礎外断熱・充填基礎外断熱・充填床断熱床断熱床断熱床断熱床 110 110 85 85 窓仕様ペアガラス単板ガラス単板ガラス単板ガラス. TrP1）を使用した。計算対象地域は福岡市である。外気温度が高い 7 月∼9 月を冷房期間とする。冷房条断熱仕様. 件は間欠冷房と全室終日冷房の 2 パターンを想定した。計算対象住宅には日本建築学会の標準住宅モデル（図 4）を使用し、次世代省エネルギー基準の地域区分ごとに、熱損失係数および夏期日射取得係数の基準値を満たす仕様（表 1）とした。標準年拡張. デシカント換気制御全熱交換換気全熱交換換気. アメダス気象データを用いて検討期間の外気温度、 15%. 外気相対湿度からデシカント換気システムを用いた. 25%. 10%. ュール及び内部発熱量はSCHEDULE Ver2.02）にて作成した。計算結果として一般換気、デシカント換気、全熱交換換気、制御全熱交換換気の 4 パターンの冷房負荷を比較した。一般換気とは一般の換気扇を利. 20%. 冷房負荷削減率. 冷房負荷削減率. 場合の室内給気温度を算出した。1 日の生活スケジ. 5% 0% -5% -10%. 図5. 換器を利用して建物内の換気を行うことである。制御全熱交換換気とは外気温度と室内からの還気. 顕熱負荷. 鹿児島福岡. 潜熱負荷. 房の冷房負荷削減効果をそれぞれ示す。各地域にお. 5. 5.04 4.15. いて間欠冷房及び全室終日冷房ともにデシカント換一般換気. デシカント換気. (a) 相対湿度設定 70％. が削減でき、他の地域より冷房負荷削減効果が大き. 3. 5.34 4.15. 2. 0. 0. 房時に 10.3％、全室終日冷房時に 19.7％の冷房負荷. 4. 1. 1. 気の冷房負荷削減率が最も高い。鹿児島では間欠冷. 顕熱負荷. 6. 0.53. 2. 盛岡. 冷房負荷削減率. 4 3. 東京. (b) 各地域全室終日冷房. 冷房負荷[GJ/3ヶ月]. 5. 冷房負荷[GJ/3ヶ月]. 図 5 の(a)、(b)に地域別の間欠冷房及び全室終日冷. 盛岡. 6. エンタルピー（冷房）交換率 60％として計算した。 3.2 シミュレーション結果. 東京. (a) 各地域間欠冷房. カント換気システムと同じとし、温度交換効率 74％、. 0% -5%. の換気を行うことである。全熱交換換気とは全熱交. うことである。全熱交換器による、換気風量はデシ. 5%. -10%. 換気とはデシカント換気システムを利用して建物内. 交換を行い、逆の場合は全熱交換せずに換気を行. 10%. -20%. 鹿児島福岡. の平均温度を比較し、外気温度が高い場合は全熱. 15%. -15%. 用して建物内の換気を行うことである。デシカント. デシカント換気制御全熱交換換気全熱交換換気. 一般換気. デシカント換気. (b) 相対湿度設定無し. 図 6 冷房負荷（7 月∼9 月）. い。よって蒸暑地は寒冷地より間欠冷房、全室終日冷房にかかわらず冷房負荷削減率が高くなることを. PMV制御とはPMVが 0.5 より大きい時、時間ごとの. 確認した。なお、デシカント換気システムを導入し. 室内空気相対湿度とPMV＝0.5 の条件で室内冷房設. た場合の室内温熱環境(PMV)は他の換気方式での室. 定温度を計算し、冷房を行う制御である。計算には. 内温熱環境と比べ大きな違いはない。. 熱と水分と空気の複合移動計算ソフトTHERB for. 4. HAM3）を使用した。計算対象住宅は住宅の次世代省. PMV 制御によるデシカント換気システム導入効果. 4.1 シミュレーション概要. エネルギー基準と指針の標準住宅モデルを使用した。. 前述計算では室内空気温度のみを制御しているた. 計算対象地域は福岡市である。室内相対湿度は 70％. め、PMV の変動がなりゆきになる。しかし、デシカ. 以下に設定するケースと設定しないケースの 2 ケー. ント換気システムは除湿が期待でき、PMV により冷. スを想定した。冷房期間は 7 月~9 月、室内の換気回. 房温度を算出する制御方法（PMV 制御）を考えた。. 数は 0.5 回/ｈとし、室内の内部発熱は考えない。PMV. 38-2.

(3) 図 6 (a)に PMV 制御を行い、相対湿度を 70％以下. -2. 25. に設定した冷房負荷を示す。デシカント換気は一般. -3. 換気より冷房負荷が 25.6％削減された。図 6(b)に負荷を示す。デシカント換気では一般換気より冷房負荷が 22.3％削減できた。デシカント換気では換気空気の除湿により、室内空気の相対湿度が常に 70％以下になり、潜熱負荷が発生しない。図 7(a)に相対. 6 12 18 0. 6 12 18 0. 8月8日. 8月9日. 20. 80 60 40 20 0. 0. 湿度を 70％以下に設定したケース、(b)に相対湿度設 PMV 及び室内空気温湿度を示す。冷房を行い、PMV. -2. 25. -3. 0. 6 12 18 0. 6 12 18 0. 8月8日. 8月9日. 20. 6 12 18 0. 6 12 18 0. 8月8日. 8月9日. 30 20 10 0. 80 60 40 20 0. 0. 6 12 18 0. 6 12 18 0. 8月8日. 8月9日. 30 20 10 0. (b) 相対湿度設定無し. (a) 相対湿度設定 70％. 定無しのケースの一般換気とデシカント換気の. 30. 100. 100. 室内空気相対湿度 [%]. PMV 制御を行い、相対湿度設定無しのケースの冷房. 0. -1. 室内空気温度[℃]. 30. デシカント換気. 0. 室内空気絶対湿度 [g/kg] 室内空気相対湿度 [%]. PMV. 0 -1. 4.2 シミュレーション結果. 一般換気 . 1. 室内空気絶対湿度 [g/kg]. デシカント換気. PMV. （58.2W/㎡）、着衣量は 0.5cloと設定した。本計算では一般換気とデシカント換気の比較を行った。. 一般換気 . 1. 室内空気温度[℃]. の計算では気流速度を 0.1ｍ/s、人間の代謝量は 1met. 図 7 居間の PMV 及び室内空気温湿度. が 0.5 になる場合、相対湿度設定の有無にかかわら. 50. 房設定温度が高くなる。冷房を行わず、PMV が 0.5 未満の場合、デシカント換気システムの除湿効果により、室内の相対湿度と絶対湿度ともにデシカント換気の方が一般換気より低い。よって PMV はデシ. PMV出現率[%]. ント換気では一般換気より相対湿度が低いため、冷. デシカント換気. 40 30 20 10 0. カント換気の方が一般換気より低くなる。. 一般換気 . PMV出現率[%]. ず、デシカント換気システムの除湿により、デシカ. 図 8(a)、(b)に相対湿度設定 70％の時と相対湿度. -3 (a). 50. 図8. デシカント換気. 40 30 20 10. -2 -1 0 +1 相対湿度設定 70%. 設定無しの時の PMV 出現率を示す。相対湿度設定. 一般換気 . 0. -3 -2 -1 0 +1 (b) 相対湿度設定無し PMV 出現率. の有無に関係なく、一般換気とデシカント換気と. 表 2 基本仕様. もに、-0.5≦PMV≦+0.5 に集中し、室内の快適性. PEFC-CGS. に大きな違いはない。 5. 発電効率/排熱回収効率 31.5%/51.5% 定格発電出力 1kW 定格排熱出力 1.63kW 発電出力変化速度最大増加速度 70W/min 最大減少速度 70W/min 貯湯温度 60℃ 貯湯容量 200L デシカント. デシカント換気システムと PEFC-CGS併用システム導入効果. 5.1 シミュレーション概要これまではデシカント換気システムの負荷削減効果の検討を行ったが、デシカント換気システムには熱供給が必要となる。本計算でデシカント換気システムへの熱供給は PEFC-CGS からの排熱利. デシカント熱需要熱交換器入口温水温度. 用を検討する。表 2 にデシカントシステム及び. 470W 75℃∼80℃. PEFC-CGS の実機（荏原バラード社製 1kW PEFC-CGS）の仕様を示す。実機の仕様を用い、さらに実運転試験結果に基づき、電力負荷追従制御、. 給湯. 起動時消費エネルギーの特性と貯湯槽からの熱損失. デ換シ気カシンストテム. も考慮した PEFC-CGS モデルを用いて検討を行った。排熱利用により貯湯利用システム（図 9）と排熱分離システム（図 10）の 2 種類のシステムについて検討を行った。貯湯利用システムは PEFC-CGS からの. 40度. 75度以上. 温水層 80℃. 交排換熱器. 市水層貯湯槽. 排熱を利用し、貯湯槽に 80℃の湯を貯めてデシカン. 図 9 貯湯利用システム. 38-3. P E F C C G S.

(4) ガスボイラー. ト換気システムへの熱供給を行うシステムである。. デシカント換気システム. 排熱分離システムとは PEFC-CGS からの排熱を、まずデシカント換気システムへの熱供給に用いてから、. 温水層. 40℃. 貯湯槽に 60℃の湯を貯めるシステムである。. 給湯. 60℃. 5.2 シミュレーション結果次エネルギー消費量比較を示す。貯湯槽内の湯利. 貯湯槽. 用システムと排熱分離システムともにデシカント. 図 10 排熱分離システム. 換気システムを 24 時間運転した際には従来シス. 表 3 システムパターン. テム運転時より 1 次エネルギー消費量が増加している。原因として、PEFC-CGSだけではデシカント換気システムへの 24 時間熱供給は賄えず、ガスボイラーによって熱供給を行うことにより 1 次エネ. A 従来システム. Ｃ貯湯利用システム（ＰＥＦＣ-ＣＧＳ+デシカント）. ＢＰＥＦＣ-ＣＧＳ. Ｄ排熱分離システム（ＰＥＦＣ-ＣＧＳ+デシカント）. ルギー消費量が増加する。よって、デシカント換 10. る。また、貯湯利用システムは排熱分離システム. 9. 1次エネルギー消費量[GJ]. 気システムの運転を変更する必要があると思われより比較的 1 次エネルギー消費量が大きい。そのため、排熱分離システムを用いて、デシカント換気システムの運転時間（表 4）について検討を行った結果、パターン 4（18 時∼24 時）の運転で 1 次エネルギー消費量削減効果が最も大きくなった. 8. 買電 A B C D. A B C D. A B C D. 図 11 1 次エネルギー消費量比較表 4 パターンの定義パターン運転時間 PEFC デシカント 1 18時∼23時無し 2 20時∼24時 20時∼24時 3 19時∼24時 19時∼24時 4 18時∼24時 18時∼24時 5 17時∼24時 17時∼24時 6 16時∼24時 16時∼24時 7 15時∼24時 15時∼24時 8 14時∼24時 14時∼24時 9 13時∼24時 13時∼24時 10 12時∼24時 12時∼24時 11 24時間 24時間. を把握し、住宅への導入効果を検討した結果、地域において冷房負荷削減効果が大きかった。また、 PMV制御による冷房を行った結果、デシカント換気での冷房負荷削減効果が向上し、PMV制御の有効性が確認でき、更にデシカント換気システムの除湿性能が確認できた。また、PEFC-CGSとデシカント換気システムの併用に関する検討では、 PEFC-CGSからの排熱だけではデシカント換気システムへの熱供給を 24 時間賄えず、省エネルギー効果が見られなかった。しかし、間欠運転を行った結果、12 時~24 時の運転までがPEFC-CGSより 1. 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 -5.00 -10.00. 1次エネルギー消費量 CO2排出量. 削減率[%]. 次エネルギー消費量が削減でき、その中で 18 時∼. 【参考文献】徹夫：マイクロによる住宅の多数室室温変動・熱負荷計算プログラムの開. 発,住宅総合研究財団研究年報,No20,pp.334-346,1992 年空気調和・衛生工学会シンポジウム「住宅における生活スケジュールとエネルギー消費」テキストと付属プログラム「SCHEDULE Ver2.0」,2000 年 3）. CGSガス. 2. デシカント換気システムの除湿性能と冷却性能. 2）. ボイラーガス. 3. おわりに. 林. デシカント用ボイラーガス. 4. 果及び光熱費削減効果も大きい。. 1）. 9月. 5. 0. 排出量削減効果及び光熱費削減効果も大きい。. 8月. 6. 1. ことが分かった。なお、18 時~24 時の運転ではCO2. 調理用ガス 7月. 7. （図 12）。なお、パターン 4 ではCO2排出量削減効. 24 時の運転が最も省エネルギー効果が期待できる. C G S. 市水層. 表 3 に検討したシステムパターン、図 11 に 1. 6. P E F C. 排熱交換器. 光熱費. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 パターン. Ozaki A, Watanabe T. and Takasae S: Simulation Software of the Hygrothemal Environment of Buildings Based on Detailed Thermodynamic Models, eSim 2004. 図 12 削減効果（3 ヶ月）. of the Canadian Conference on Building Energy Simulation, pp.45-54,2004. 38-4.

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