新制御理論に基づくライニング地中熱交換器を利用したGSHPシステムの高度化検討

基于新控制理论的衬里地下换热器升级改造地源热泵系统研究

• 批准号: 21J14777
• 负责人: 鈴木 遥介
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: University of Fukui
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J14777/
• 关键词: ライニング地中熱交換器; GSHPシステム; 流量制御; 省エネ; 単位採放熱係数

本研究はライニング地中熱交換器(LBHE)を用いた地中熱ヒートポンプ(GSHP)システムの初期コストおよび消費電力量の削減を両立させるために提案した流量制御方法に関して，実証実験および数値解析の両面からその有効性を明らかにすることが目的である．本年度は実証実験の結果から，流量制御下におけるGSHPシステムの省エネ効果を検討した．さらに，LBHEにおける最適な制御方法を検討する前段として，数値解析によりLBHEの基礎的な熱交換性能を評価した．実証実験に関して，2020年度に実施された冷房実験の結果を基に，本システムの消費電力量を実験施設に導入する前に利用されていた従来の冷暖房システム(空冷式ヒートポンプシステム)と比較し，省エネ効果を評価した．その結果，本試算条件下では空冷式ヒートポンプシステムから本システムへと更新した場合の日積算消費電力量の削減率は約30%，さらにヒートポンプの省エネ機能である能力上限セーブ制御を組み合わせることで約46%となり，流量制御下における本システムの省エネ効果を確認した．数値解析に関して，伝熱解析モデルを用いた数値シミュレーションによりLBHEの熱交換性能を一般的な地中熱交換器であるダブルUチューブ(DUT)と比較した．まずLBHEおよびDUTの伝熱解析モデルの妥当性を検証した後，LBHEの仕様条件(直径および長さ)がその熱交換性能に与える影響を把握した上で，LBHEおよびDUTを対象に空調利用を想定した数値シミュレーションを実施した．性能を比較する際は地中熱交換器の性能指標である単位採放熱係数を用いた．その結果，1日当たりの空調運転時間が短いほど，また地盤の有効熱伝導率が大きいほどLBHEの熱交換性能はDUTと比較して増大することが分かった．これらの研究成果は特にLBHEの設計などの実用面においても大きな意義を持つと考えられる．

This study aims to reduce the amount of electricity consumed in the initial stage of the geothermal heat exchanger (LBHE) by using the geothermal heat exchanger (GSHP).を両立させるためにProposalした traffic control methodに关して,実证実験およびnumerical value analysisの両面からそのeffectivenessを明らかにすることがpurposeである． The results of this year's certification and traffic control have been confirmed, and the results of the GSHP and GSHP have been reduced under traffic control.さらに, LBHE におけるoptimal control method を検 するfront section として, numerical analysis によりLBHEのbasic なheat exchange performance を価した.実证実験に关して, the 2020 annual cold room 実験の results をbased に, the power consumption of this システムを実験 facilities に introduction I used the air-cooled heating and cooling room システム (air-cooled ヒートポンプシステム) to compare with the されていた従, and the saving effect was evaluated. As a result, under the conditions of this trial calculation, the air-cooled ヒートポンプシステムから本システThe reduction rate of daily accumulated power consumption is about 30% in the occasion of the update.トポンプの Province and エネfunction であるAbility limit セーブcontrol をgroup み合わせることで约46% となり, flow control under the における本システムの Province and the effect is confirmed した． Numerical value analysis is used, and thermal analysis is used for numerical analysis. The heat exchange performance is compared with that of an ordinary underground heat exchanger (DUT).まずLBHEおよびDUTの伝Thermal analysis モデルのvalidity certificationしたAfter that, LBHEのShi様conditions (diameterおよびlengthさ)がそのheat exchange The performance and influence of the air conditioner can be controlled and controlled, and the air conditioner utilization of the LBHE can be determined based on the assumptions and the number of factors. Performance comparison is based on the performance index of the underground heat exchanger and the heat release coefficient is used in the single position. As a result, the operating time of the air conditioner is short on the 1st day, and the effective thermal conductivity of the ground is the same. Comparison of the heat exchange performance of LBHE and DUT.これらのResearch resultsは特にLBHEのDesignなどの実面においても大きなmeaningをholdつとtestえられる．

项目成果

COOLING DEMONSTRATION EXPERIMENT OF A FLOW-RATE CONTROLLED GROUND SOURCE HEAT PUMP SYSTEM USING A LINING BOREHOLE GROUND HEAT EXCHANGER

衬砌钻孔地换热器流量控制地源热泵系统冷却示范实验

• DOI: 10.2208/jscejer.77.7_iii_231
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. G (Environmental Research)
• 作者: Tomita;S. A.;Koike;K.;Goto;T. N.;& Suzuki;K.;柏岡美咲，鈴木遥介，寺﨑寛章，福原輝幸，谷口晴紀，安本晃央
• 通讯作者: 柏岡美咲，鈴木遥介，寺﨑寛章，福原輝幸，谷口晴紀，安本晃央

ライニング地中熱交換器を用いたGSHPシステムの省エネ効果の検討―2020年度夏季冷房実験―

采用内衬地下换热器的地源热泵系统节能效果研究-2020年夏季降温实验-

• 发表时间: 2021
• 作者: Nakata Masahiro;Yasuda Takumi;Miyamoto Masayuki;Kitada Atsushi;Okazaki Yutaka;Oda Reiko;Murase Kuniaki;Fukami Kazuhiro;鈴木遥介，柏岡美咲，寺﨑寛章，福原輝幸，安本晃央，谷口晴紀
• 通讯作者: 鈴木遥介，柏岡美咲，寺﨑寛章，福原輝幸，安本晃央，谷口晴紀