堆肥発酵熱を利用した温室暖房に関する環境解析学的研究

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施設農業用の代替エネルギー源の一つとして、農畜産系廃棄物の堆肥化過程で発生する代謝熱(堆肥発酵熱)に着目し、その温室暖房への有効利用システムの開発を目的に、以下の実験的・理論的検討を行った。1)堆肥化過程におけるエネルギー変換構造の解明 堆肥化過程は燃料である堆肥材料の持つ化学エネルギーが微生物によって熱エルギーの変換される過程である。そこで、堆肥槽を完全混合槽と仮定した場合のエネルギー収支式、エクセルギー収支式を導いた。それを用いた計算結果によれば、堆肥発酵熱回収操作のエクセルギー効率は最大10%であることが分かった。2)試作熱交換器による堆肥発酵熱回収実験 円筒型のステンレス製容器(容積約200)の内壁に巻いた蛇管による内部熱交換と、槽上部に設置した凝縮器による外部熱交換を併用した「熱交換器付き堆肥槽」を試作し、発酵熱回収実験を行った。その結果、熱交換のエンタルピー効率は約20%、エクセルギー効率は0.4〜0.8%であった。凝縮器を改良すればエクセルギー効率をより高め得るものと思われた。また、通気に必要な動力など外部からの投入エネルギーがどの程度有効な熱エネルギーの生産に寄与したかを知るための指標としてエクセルギー効率を用いるのが最適であることが分かった。3)温室環境の解析と暖房負荷の解析 温室が3つのサブシステム(温室の空間部分、植物層、土壌層)から構成されると考えて、個体数動力学と輸送現象論を組み合せた新しい環境解析プログラムを開発した。しかし、このプログラムを用いての暖房負荷の計算は今後の課題として残された。