ソーラーポンドの熱利用時の性能評価に関する研究

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本研究では、農村における独立した熱源施設の開発を目的として、水熱源ヒートポンプによる熱利用時のソーラーポンド内の熱環境や、熱利用と蓄熱によるソーラーポンド内の環境制御を実験により解明する。実験室内に設置した高さ1.0m、奥行0.8m、幅4.2mの水槽に、蓄熱部分として底部から水深0.3mまで塩分濃度4%となるように、水深0.3mから水面まで濃度0%の塩分勾配が生じるように調整した水深0.7mのソーラーポンドを製作した。ポンド底部には、幅0.3m、長さ3.8mのシート状熱交換器を設置し、塩ビ管で出力2kW相当のヒートポンプと繋げてヒートポンプシステムを構築し、蓄熱及び熱利用実験を実施した。実験室内におけるソーラーポンドの蓄熱実験では、日射による蓄熱の影響を無視してヒートポンプを用いて蓄熱した。ヒートポンプを12時間冷房運転させると、室温18℃に対してポンドの蓄熱部分は水温31℃となり、約55 MJの熱量が蓄熱できることが明らかとなった。ポンド底部に断熱材を使用していない条件では、蓄熱部分の水温は24時間で室温と同程度になるため、熱源施設としてソーラーポンドを運用するためには蓄熱材が必要である。熱利用実験では、ソーラーポンドを熱源としてヒートポンプを6時間、暖房運転させることで評価した。熱利用実験中、ポンドの水深0.1から0.3mまでは室温より1から6℃ 高い水温を保っていた。しかし、水深0.05mの熱交換器付近の水温は2時間で室温と同程度となり、3時間経過すると、室温以下となった。したがって、ソーラーポンドに蓄熱した熱を有効かつ効率的に取り出すためには、蓄熱部分全体から採熱できるようにシート状熱交換器を底部に対して鉛直に設置した方が良い。また、熱源となるポンドの水温の低下とともに、熱交換量や熱交換器の熱通過率、システムCOPが低下することが明らかとなった。