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 proposes a new method of flow control to reduce the power consumption of underground heat exchangers (LBHE) in the early stages of their use, and proves that the flow control method is effective in analyzing the flow characteristics of underground heat exchangers (GSHP). During the year, the results of the Group's operations were reviewed, and the results of the Group's operations under traffic control were reviewed. In this paper, the optimal control method for LBHE is discussed in the preceding paragraph, and the heat exchange performance of LBHE is evaluated by numerical analysis. In 2020, based on the results of the implementation of the cooling system, the consumption power of this system was introduced into the implementation of the system, and the utilization of the cooling system (air-cooled system) from the middle of the system was compared with the evaluation of the results of the system. As a result, under the test conditions, the reduction rate of daily cumulative power consumption is about 30% in the case of air-cooled power generation, and the maximum capacity of power generation is about 46% in the case of power generation, and the power generation effect of power generation is confirmed. Data analysis, heat analysis, and comparison of heat exchange performance of LBHE heat exchangers. After verifying the appropriateness of the thermal analysis of the LBHE and DUT, the LBHE conditions (diameter and length) affect the thermal exchange performance and the impact of the LBHE conditions on the DUT's thermal analysis. Performance comparison of ground heat exchanger As a result, the air conditioning operation time of the first day is shorter than that of the second day, and the thermal conductivity of the site is larger than that of the heat exchange performance of the LBHE. The results of this research are particularly relevant to the design and application of LBHE.

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