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新エネルギー技術開発研究

太陽エネルギー新利用システム技術開発研究

空気集熱式ソーラー除湿涼房システムの研究開発

委託先名 オーエム計画株式会社 1 原簿 P.ⅴ-1 「太陽エネルギー新利用システム技術開発研究事業」 （事後評価） 第１回分科会資料 資料 ７－５

概要

原簿 P. ⅴ-1 2 ＜研究開発の背景＞ ‡ OMソーラーシステムは空気集熱式太陽熱暖房・換気・給湯システムである。 ‡ 施設建築（宿泊施設・病院などを除く）は給湯需要が少ない。 ‡ 施設建築では夏季の集熱空気を利用せず屋外に排気する。 ‡ 日本の夏季は高温多湿で、冷房負荷中に潜熱負荷が比較的に大きい。 ‡ 通常のデシカント空調機は大型・重量・高価である。 ＜研究開発の目的＞ ‡ 施設建築を対象に夏季の集熱空気を有効利用する。 ‡ 既存のOMソーラーシステムを用いるデシカント空調システムとする。 ‡ 小型・軽量・安価なシステムを目指す。 ‡ できる限り、再生可能な自然エネルギーを利用する。 ‡ 「除湿冷房」ではなく、乾燥による涼しさを感じる「除湿涼房」を目指す。

研究課題と目標

原簿 P. ⅴ-1 3 ＜デシカント再生技術に関する研究＞ ‡ 建物の冷熱源の調査： 建物内で利用可能な冷熱源の潜在量の調査 ‡ デシカント・モジュールの開発： 圧力損失15mmAq（147Pa）以下、再生30分以内、除湿30分以上 ‡ デシカント・モジュールの試作・設置実験： 原価13万円以下、晴天日に5時間以上・湿度20％（80％→60％）削減 ＜ハンドリング（制御部含む）に関する研究＞ ‡ デシカント・ハンドリングボックスの制御アルゴリズムの開発： 動作制御完成 ‡デシカント・ハンドリングの性能評価： 原価145万円以下、風量1000CMH、湿度20％（80％→60％）削減 ＜集熱パネルの高効率化に関する研究＞ ‡ 集熱パネルの集熱性能向上に関する研究開発： 現行より集熱量10％向上 ‡ オーバーヒート対策機能の研究開発： 集熱温度制御システムの構築 ‡ 集熱パネルの性能評価： 晴天日に集熱温度80℃以上を6時間継続

研究成果：建物の冷熱源の調査

原簿 P. ⅴ-2 4 OMソーラーハウスの特徴であるベタ基礎の土間コンクリートに蓄えられる冷熱 量を調べた結果、真夏日の昼間に換気回数0.5回/hの外気を約10℃冷やして 室内に供給でき、日積算取得冷熱量は20～30MJ/dayであった。 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 温度 [℃ ] -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 取 得冷熱 ［ kW ］ 取得冷熱 外気 床吹出

8月12日(Sat) 8月13日(Sun) 8月14日(Mon) 8月15日(Tue) 8月16日(Wed) 8月17日(Thu) 8月18日(Fri) 8月19日(Sat)

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 温度[ ℃] -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 取得冷熱［ kW ］

7月19日(Thu) 7月20日(Fri) 7月21日(Sat) 7月22日(Sun) 7月23日(Mon) 7月24日(Tue) 7月25日(Wed) 7月26日(Thu) 2006年

2007年

原簿 P. ⅴ-4 5 通常OMハンドリングに組み込める形状とし、高温集熱時に30分でデシカントモ ジュールの再生が完了し、除湿性能は30分以上維持できるデシカントモジュー ルを開発した。また、最大風量時の圧力損失は130Pa以下であった。

研究成果：デシカント・モジュールの開発

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 [℃] 集熱空気 第1ﾃﾞｼｶﾝﾄ入口 第1ﾃﾞｼｶﾝﾄ出口 再生 再生 ハンドリング全体の圧力損失 ※特許出願中 目標：圧力損失147Pa以下、再生30分以内、除湿30分以上（達成度：○） 原簿 P.ⅴ-5 6 設置試験目標の晴天日に5時間以上継続して導入空気の相対湿度を20％削減 することが実現できた。また、今回の試作費から計算すると、ハンドリング1台の デシカントモジュールのコストは約7万円であった。

研究成果：

デシカント・モジュールの試作・設置試験

20 40 60 80 100 120 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 [％ ] ハンドリング入口 ハンドリングA出口(再生時) ハンドリングB出口(再生時) ハンドリングA出口(除湿時) ハンドリングB出口(除湿時) デシカントハンドリング1台＝137万円 通常OMハンドリング1台＝ 130万円 デシカントモジュール1台＝ 7万円 -20％以上 目標：原価13万円以下、晴天日に5時間以上・湿度20％削減（達成度：○） ※実物件導入・好評：世界初

原簿 P. ⅴ-5 7 再生運転時の第1デシカントモジュール出口の空気相対湿度と再生制限時間を 用いた本システムを有効利用する制御アルゴリズムを開発した。

研究成果：デシカント・ハンドリングボックスの

制御アルゴリズムの開発

0 20 40 60 80 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 [％] ハンドリングA(再生時) ハンドリングA(除湿時) ハンドリングB(再生時) ハンドリングB(除湿時)

第1デシカントモジュール出口の空気相対湿度

※特許出願中 目標：動作制御完成（達成度：○） 原簿 P. ⅴ-6 8 最終的なシステム性能は除湿20％以上であり、風量は約1000CMHであった。 今回の製作原価は約137円であった。

研究成果：デシカント・ハンドリングの性能評価

総制作費＝550万円 ハンドリング4台 強制排気ファン2台 ハンドリング1台＝137万円 0 500 1000 1500 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 [m 3/h ] 20 40 60 80 100 120 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 [％ ] ハンドリング入口 ハンドリングA出口(再生時) ハンドリングB出口(再生時) ハンドリングA出口(除湿時) ハンドリングB出口(除湿時) -20％以上 ハンドリングA ハンドリングB 相対湿度 風量 目標：原価145万円以下、風量1000CMH ・湿度20％削減（達成度：○）

原簿 P. ⅴ-6 9 現行パネルの黒色波形鋼板に選択吸収膜処理を施すことで、集熱効率が10％ 向上した（ソーラーシミュレータ）。また、屋外設置実験でも集熱量が10％以上増 加した（社屋敷地内の試験場）。

研究成果：集熱パネルの集熱性能向上に

関する研究開発

0 5 10 15 20 25 3/15 3/18 3/21 3/24 3/27 3/30 4/2 4/5 4/8 [M J / da y] 0 10 20 30 40 50 [％ ] ソーラーシミュレータの性能実験 屋外設置実験（社屋敷地内の実験場） 集熱効率η_t 高性能パネル 現行パネ ル 高性能 高性能 現行 現行 現行パネル集熱量 高性能パネル集熱量 集熱量増加率 日積算集熱量と高性能パネルの集熱量増加率 目標：現行より集熱量10％向上（達成度：○） 原簿 P. ⅴ-7 10 強制排気ファンを設けて、集熱パネル（屋根）のオーバーヒートを防止する システムと集熱空気温度による制御方法を開発した。

研究成果：オーバーヒート対策機能の研究開発

0 200 400 600 800 1000 1200 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 [W / m 2 ] 20 40 60 80 100 120 140 [℃] 集熱空気温度 _{集熱面日射量} 集熱温度制御 目標：集熱温度制御システムの構築（達成度：○）

原簿 P. ⅴ-7 11 集熱面積を増やすことで、目標集熱量を確保し、晴天日に集熱空気温度80℃ 以上を6時間継続させることが実現できた。

研究成果：集熱パネルの性能評価

20 40 60 80 100 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 [℃] 集熱温度80℃以上：約6時間

晴天日における集熱空気温度（実証試験場）

目標：晴天日に集熱温度80℃以上を6時間継続（達成度：○） 原簿 P. ⅴ-7 12

研究成果：実証試験結果

太陽熱利用除湿冷房システムの運転時（本システム＋エアコンによる空調） と停止時（エアコンによる空調）の比較により、冷暖房エアコン消費電力量の 40％程度の削減効果が見られた。 13 21 0 5 10 15 20 25 30 OM (除湿涼房)運転ON OM (除湿涼房)運転OFF [k W h /d ay] 日積算エ ア コ ン 消費電力量（ 9:00～17:00） -36% 17 29 0 5 10 15 20 25 30 OM (暖房)運転ON OM (暖房)運転OFF [k W h /d ay] 日積算エ ア コ ン 消費電力量（ 9:00～17:00） -40%

夏

冬

※比較対象日は気象条件及び室内温熱条件が類似している日である。

原簿 P. ⅴ-7 13

研究成果：省エネ試算

本システムの省エネ効果は、冷房時36％、暖房時40％（実証試験結果）であり、 一般事務所ビルに導入した場合、ハンドリング1台当り0.4kL/yearの原油節約 が推測される。 原油削減推定 年間1.5kL（年間0.4kL/台） ※1：省エネルギーハンドブック、IBEC ※2：冷暖房省エネ率＝40％ ※3：原油換算：38.7MJ/L、CO₂排出係数：2.649kg-CO₂/L 冷暖房エネルギー削減推定 （一般事務所ビル換算※1_） 年間57.6GJ CO₂排出量削減推定 年間4ton（年間1ton/台） 年間30物件 ハンドリング4台/物件 原油削減推定 年間45kL CO₂排出量削減推定 年間120ton 原簿 P. ⅴ-7 14

研究成果：普及活動

国内論文発表 １．日本太陽エネルギー学会／風力エネルギー協会講演論文集 2006～2008 ２．日本建築学会大会学術講演梗概集2008 ３．日本太陽エネルギー学会論文集2008-2009（予定） 国外論文発表（予定） １．EuroSun 2008（ポルトガル・リスポン）（○） ２．RE2008（韓国・釜山）（△） 特許 特許出願：1件（審査中）、ハンドリングボックス及び制御方法 新聞発表 親建新聞（親建ハウジング）、2008.1.10 雑誌 １．ソーラーシステム、2007.5 ２．建築設備と配管工事、2008.4 講演会・見学会・展示会 １．OMゼミナール、2007.2.27～28 ２．OM経営者会議、2007～2008 ３．OM施設見学会、2007.8.30 ４．環境対応型太陽エネルギー利用シンポジウム2008 in 厚木、2008.1.19 ５．日本太陽エネルギー学会研究講演会、2008.716 ６．NEDO成果報告会、2008.7.31 その他 １．OM Report、2008.3 ２．OM計画ホームページ、http://www.omplan.co.jp ３．国内外からの見学

原簿 P. ⅴ-7 15

研究成果：まとめ

本研究開発では、施設建築を対象に通年で

太陽エネルギーが有効利用できるシステムを

開発し、実用化できた。

今後は、住宅用を開発する予定である。

（年間1,000戸の戸建住宅にOMソーラーが

採用されている。）

弊社の施設建築事業として、普及を進めていく。

（施設建築への自然エネルギー利用提案により、

年間30物件にOMソーラーが採用されている。）