粒状潜熱蓄熱材と空気との高い熱交換特性を活用した種々の熱利用システムに関する研究

利用颗粒潜热蓄热材料与空气高换热特性的各种热利用系统的研究

• 批准号: 14655202
• 负责人: 長野 克則
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655202/
• 关键词: 潜熱蓄熱; 粒状潜熱蓄熱材; 直接熱交換; 空気; マイクロカプセル; 躯体蓄熱; 床吹出し空調; 換気システム; 床吹き出し空調

本研究は、粒状潜熱蓄熱材(以下粒状PCMと略)と空気との高い熱交換性能を活用した種々の熱利用システムを提案し、その適用可能性と導入効果を定量的に把握することを目的として進められてきた。本年度は、潜熱蓄熱と躯体蓄熱を併用した床吹出し空調システムの開発に向け、実証実験を行い、システム適用時の効果について評価を行った。まず、床面積9.2m^2の実規模環境試験室を構築した。粒状PCMとしては、昨年度検討を行い、適用に充分な熱交換性能が確認されたマイクロカプセル粒状PCM(以下、FMC-PCMと呼ぶ)を使用した。オフィス空調を模擬した日単位の蓄放熱実験の結果、PCMを用いない場合には夜間移行率ηは50.1%であったのに対し、FMC-PCMを用いて変風量方式で行った場合には、ηは84.8%まで上昇した。この場合の室内温熱環境を、PMVを用いて評価した結果、10:00以降に快適な温冷感となることが示された。数値シミュレーションにより、PCMの相変化温度を変化させて検討した結果、設定室温が26℃の場合には、19-22℃の相変化温度を持つPCMを用いる場合にηは100%となった。このシステムにおいては、床面からの冷放射の効果が得られるため、設定室温を27℃または28℃としても、昼間を通して快適な温冷感が得られることがわかった。さらに、PCMを用いない条件では空調立ち上がり時に足元の0.5m以下において快適な温冷感にならなかったのに対し、PCMを用いた条件では室内各位置で均一に快適で中立に近い温冷感となり、PCMの利用による温熱環境改善の効果を明らかとすることができた。さらに、自然外気の導入による負荷削減効果を検討した結果、年間の空調機負荷は、東京で13%、札幌で53%削減された。札幌では特に、5月、10月において約90%以上の空調機負荷が削減された。夜間に外気を導入することにより、年間の空調機負荷、ランニングコストの削減率は20-30%となることがわかった。

This study aims to improve the heat utilization of granular latent heat storage materials (hereinafter referred to as granular PCM) and their high heat exchange performance. This year, the development direction of latent heat storage and body heat storage, as well as the evaluation of the application results of air conditioning system, were carried out. A full-scale environmental test room with a bed area of 9.2 m^2 was built. Granular PCM is currently in use, and its heat exchange performance is fully recognized. The results of heat storage and heat dissipation in air conditioning and PCM applications show that the night shift ratio η increases by 84.8% when the air volume mode is used. In this case, the indoor temperature environment, PMV, and temperature are evaluated. The temperature is reduced by 10:00. The temperature of PCM phase change is 100% when the room temperature is set to 26℃ and when the phase change temperature is 19-22℃. The room temperature is set to 27℃ and 28℃, and the daytime temperature is set to 27℃ and 28℃. In addition, PCM can be used to improve the temperature and temperature of the room. The load reduction results of the introduction of natural gas in Tokyo and Sapporo were 13% and 53% respectively. In Sapporo, the air conditioning load is reduced by more than 90% in May and October. The reduction rate of air conditioner load during the night is 20-30%.

项目成果

長野克則, 武田清香, 持田徹, 嶋倉一實, 中村卓司: "粒状潜熱蓄熱材を利用した蓄熱型床吹き出し空調に関する研究 その3 蓄熱量および熱移動係数の分析"空気調和・衛生工学会北海道支部 学術講演会学術講演論文集. 37. 37-40 (2003)

Katsunori Nagano、Kiyoka Takeda、Toru Mochida、Kazumi Shimakura、Takuji Nakamura：“使用粒状潜热蓄热材料的蓄热型地板通风空调的研究第3部分蓄热量和传热系数的分析”空气学会北海道分会空调与卫生工程师学术讲座论文集 37. 37-40 (2003)。

S.Takeda, K.Nagano, T.Mochida, K.Shimakura, T.Nakamura: "Evaluation of thermal characteristics of building structure thermal storage augmented with granulated phase change materials"Proceedings of 4^<th> International Conference on Cold Climate Heating, V

S.Takeda、K.Nagano、T.Mochida、K.Shimakura、T.Nakamura：“用颗粒相变材料增强建筑结构蓄热的热特性评估”第四届寒冷气候供暖国际会议论文集

長野克則, 武田清香, 持田徹, 嶋倉一實: "粒状潜熱蓄熱材利用による給気調温効果と夏季における住宅の換気システムヘの適用可能性"日本建築学会計画系論文集. 第562号. 61-67 (2002)

Katsunori Nagano、Kiyoka Takeda、Toru Mochida、Kazumi Shimakura：“使用粒状潜热蓄热材料的送风温度控制效果及其在夏季住宅通风系统中的适用性”日本建筑学院学报，第 562. 61-67 期（ 2002）

武田清香, 長野克則, 持田徹, 中村卓司: "躯体蓄熱床吹出し空調への粒状潜熱蓄熱材の適用に関する実験的検討"日本建築学会大会学術講演梗概集. D-2. 1077-1078 (2002)

Kiyoka Takeda、Katsunori Nagano、Toru Mochida、Takuji Nakamura：“颗粒潜热蓄热材料在建筑框架蓄热地板出口空调中应用的实验研究”日本建筑学会会议论文集 D-2。 1078 (2002)

長野克則, 武田清香, 林達也, 持田徹, 嶋倉一實, 中村卓司: "粒状PCMを組み込んだ躯体蓄熱床吹出し空調に関する研究 (その3)オフィス空間模擬試験における蓄放熱特性"空気調和・衛生工学会平成15年度学術講演会講演論文集. 2. 921-924 (2003)

Katsunori Nagano、Kiyoka Takeda、Tatsuya Hayashi、Toru Mochida、Kazumi Shimakura、Takuji Nakamura：“采用粒状 PCM 的建筑框架蓄热地板出风口空调的研究（第三部分）办公空间模拟试验中的蓄热和释放特性” 空调卫生工程2003年学术会议论文集2. 921-924 (2003)。