日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿） 2014 年 9 月

41621

熱交換換気設備の回収熱量に関する研究
正会員○清水則夫 ＊ 1 、正会員
正会員 森本晋平 ＊ 5 、正会員
熱交換器

回収量

１．はじめに

澤地孝男 ＊ 2 、正会員
齋藤茂樹 ＊ １ 、

村田さやか ＊ 3 、正会員
小野政一郎 ＊ 4 、堀尾岳成 ＊ 4

消費電力

冷暖房時に空調された空気が室内ダクトを取付けた（上流側ダクト入口には整流格子で汚染すると換気設備により排気し新鮮外気が取り付）。また、設定した開口径で差圧-風量の関係（温入れられる。この排気する空気のもつエネルギーを度 20℃、相対湿度 60％、絶対圧力 760mmHg）を室内へ取り入れる外気に移し替えると空調エネルギ測定し風量計として使用した。実験住宅には２種類ーの削減になるため熱交換器が使用される。熱交換の全熱交換器（試験体 M と T）を設置し、OA・SA・器は圧力損失が大きく能力の高い送風機が必要とな

RA・EA 系統の SPI の差圧と試験体出入り口の空気り消費電力が大きくなるため、省エネを図るには、と室内外の温湿度を測定した。測定では、温湿度は一般的な換気を行う場合よりも増加した消費電力をVAISALA HMP110 を 、 差 圧 は 精 密 微 差 圧 計

上回る可能性のある熱量を熱交換により回収する必Baratron 220CD を使用した。実験住宅の 1 階平面要がある。本研究では、暖房時の熱交換器による回図と熱交換器の設置場所を図 1 に示す。

収熱量を実験住宅で実測し、そのデータより日本各屋外への排出エネルギー（熱交換器使用時 E 1 、未使用時 E 2：kJ/h）は、風量をＱi（kg/h）、空気の持地での回収熱量を試算し報告する。
実験は以下

つエネルギーを Ei（kJ/kg）、i を OA、SA、RA、の手順により行った。①市販されている全熱交換器

EA、有効換気量率を e（Q SA に含まれる外気の比率）の中で比較的性能の良い製品の温度交換効率・湿度とすると以下のようになる。

交 換 効 率 ・ 全 熱 交 換 効 率 と 有 効 換 気 量 率 を JIS B① Q EA >Q OA のとき

２．研究方法2.1

研究方法の概要

8628：2003「全熱交換器」の付属書４（規定）熱交

E 1 ＝Q EA ×(E EA －E OA )換効率測定方法（２室方式）と JRA 4056:2006「全E 2 ＝{Q SA ×e＋(Q EA －Q OA )}×(E RA －E OA )熱交換器

有効換気量試験方法」により測定する。

②Q EA ≦Q OA のとき②試験により性能が明らかになった全熱交換器を旭

E 1 ＝Q EA ×E EA ＋(Q OA －Q EA )×E RA －Q OA ×E OA川にある実験住宅に設置し暖房時の回収熱量を測定

E 2 ＝(Q SA ×e)×(E RA －E OA )する。③得られたデータから日平均外気温度と回収回収量⊿E（kJ/h）と回収率 r(％)は⊿E＝E 2 －E 1 、熱量の関係を求め、日本各地での回収熱量を試算す

３．測定結果る。
2.2

回収熱量の測定方法

実験は 2 階建て住宅

r＝（E 2 －E 1 ）÷E 2

JIS と JRA の試験方法に準じて測定した試験体 M と T の性能値を表 1 に示す。の 1 階部分（延べ床面積 67.9 ㎡、LDK・和室・サ

実験住宅での測定は、2013 年 11 月 4 日～2014

ニタリー部・玄関等）に換気システムの設置を想定

年 2 月 9 日まで実施し、1 分間隔で測定した温湿度

し、OA・SA・RA・EA 系統の最大圧力損失経路のと風量を 1 時間ごとに平均し、回収エネルギー量を静圧損失を算出し、熱交換器の各系統に負荷圧力損算出した。測定期間中、暖房機器の運転不備のため失を与えた。負荷圧力損失は、簡易オリフィス（以室内が設定温度に達しなかった日などを除くとデー下 SPI（スウェーデン Systemair 社製ｋファクター

タとして有効な日数は試験体 M が 72 日間、試験体による風量測T が 65 日間であった。1 日平均の室内外の温湿度を定器）という）

表 2 に示す。室内の温湿度は、設定値（20℃、40％）の開口径を調と比較すると温度は高め、湿度は低めであった。日

整し所定の値平 均 外 気 温 度 は 12.5～ － 14.8℃ と 広 い 範 囲 の デ ーに設定した。

タを得ることができた。

図 1 実験住宅の１階平面図と熱交換器の設置場所

SPI の上流側

熱交換器の 1 日の消費電力、JIS B 8628:2003「全には長さ 1ｍ、熱交換器」に準じて求めた温度交換効率ηt・湿度交

下流側には換効率ηx・全熱交換効率ηi と回収エネルギー量か0.5m の 塩 ビら算出した温度回収率（ｒ SH ）・全熱回収率（ｒ TH ）A Study on the Recovery Heat Capacity of Heat Exchange Ventilation Installation
SHIMZU Norio and et al.

― 1293 ―顕熱回収量SH
線形 (顕熱回収量SH)

表 1 試験体の性能値0510とした。試験体 M は DC モーター、全熱回収量TH
線形 (全熱回収量TH)

T は AC モーター仕様のため消費回収熱量 Ｑ（kＪ/8時間）

18,00014,000

1 日の平均外気温度と回収熱量12,000（全室 24 時間暖房・全室間欠暖た。全室 24 時間暖房時の結果を

8,000
6,000

ＱSH = -461.95Ｔo + 9821.9
R² = 0.9898

4,000-15-10

図 2 に示す。図中の顕熱回収量－
日 平 均 外 気 温 の 関 係 式 と 平 成 26-505
日平均外気温 Ｔo（℃）

10

年理科年表の各地の気温の月別平
年値(1981～2010 年平均値、表 6)

回収熱量と日平均外気温度の関係
M:全室24時間暖房
M:部分・間欠暖房
T:全室間欠暖房

5,000

から各地における回収熱量を算出

M:全室間欠暖房
T:全室間欠暖房
部分・T間欠暖房

した。暖房期間を 12～3 月の 4 ヶ4,500月間としこの期間に各地で回収さ4,000れる熱量を図 3 に示す。1 次エネ

3,500
3,000

ルギー効率をエアコン 1.1、ガス2,5002,000

FF 暖房 0.8 として求めた回収熱

1,500
1,000

回収熱量（MJ）
試験体M
試験体T
顕熱 全熱 消費電力 顕熱 全熱 消費電力
全室24時間暖房 2,562 2,847
2,250 2,411
4401,604
全室間欠暖房 898
987783832
部分間欠暖房 278306
243258

量に相当する一次エネルギーを表500

図 3 地域別顕熱回収量を表 3 に、熱交換器の各系統の風量を表 4 に示す。

福岡

鹿児島

広島

札幌

0大阪

熱交換器による回収熱量と年間消費電力房、部分間欠暖房）の関係を求め

試験体T

10,000

図 2

試験体Ｍ
試験体Ｔ
SA EA RA OA SA EA RA
114 117 94 126 131 113 117
121 127 105 131 135 115 120
110 89 64 111 118 111 114
267
3
211

電力が大きく異なった。

ＱTH = -434.53Ｔo + 10696
R² = 0.9434

16,000

東京rTH 消費電力
47%
14W
53%
15W
37%
13W
3%
0.2W
41%
52W
45%
52W35%
51W
2%
0.4W

-5

日平均外気温 Ｔo（℃）

名古屋

rSH
52%
54%
41%
2%
47%
49%
46%
1%

-10

顕熱回収量SH線形 (顕熱回収量SH)

新潟

ηi43%
48%
33%
3%
52%
61%
47%
3%

回収 エアコ ガス
熱量ン
FF
500
455
625
1,000 909 1,250
1,500 1,364 1,875
2,000 1,818 2,500
2,500 2,273 3,125
3,000 2,727 3,750
3,500 3,182 4,375
4,000 3,636 5,000
4,500 4,091 5,625
5,000 4,545 6,250
単位：MJ

ＱSH = -385.49Ｔo + 10859
R² = 0.862

6,000

熱交換器の各系統の風量(単位:m 3 /ｈ）

OA
平均116
最大121
最少109標準偏差 2

表5

ηx19%
25%
3%
4%
20%
39%
0%
9%

12月 1月 2月 3月
札幌 -0.9 -3.6 -3.1 0.6
旭川 -4.3 -7.5 -6.5 -1.8
仙台 4.5 1.6
2
4.9
長野 2.1 -0.6 0.1 3.8
新潟 5.6 2.8 2.9 5.8
東京 8.7 6.1 6.5 9.4
名古屋 7
4.5 5.2 8.7
大阪 8.666.3 9.4
広島 7.5 5.2
69.1
福岡 8.9 6.6 7.4 10.4
鹿児島 10.6 8.5 9.8 12.5

8,000

長野

表4

ηt
49%
55%
36%
3%
59%
64%
53%
2%

ＱTH = -337.92x + 12297
R² = 0.8063

試験体M

10,000仙台平均
最大最少標準偏差
平均
最大
最少標準偏差表 7 １次エネル
ギー換算値12,000

回収熱量 （MJ）

試験体M
試験体T

熱交換器の交換効率・回収率と消費電力

表 6 各地の気温の月別平年値（℃）

14,0004,000-15

室内外の温湿度

室内
屋外
温度 相対湿 温度 相対湿(℃) 度 (%) (℃) 度 (%)
平均
20.8
30-3.180
最大23.453
12.5
96
最少19.39-14.864
標準偏差 0.6
115.8
6

表316,000

回収熱量 Ｑ（kＪ/8時間）

表218,000

旭川

冷房条件
暖房条件
試験体Ｍ
SA 106 156
103 1643
風量（m /h）
RA 100 174
111 185
温度交換効率（％） 57 50
63 55
湿度交換効率（％） 18 10
28 20
全熱交換効率（％） 27 19
48 40有効換気量率：97.2％
試験体T
SA 86 105 121 88 105 123
3風量（m /h）
RA 81 103 118 84 104 126
温度交換効率（％） 58 55 52 75 70 66
湿度交換効率（％） 45 40 37 40 37 35
全熱交換効率（％） 48 43 40 60 56 53
有効換気量率：94.9％
測定条件

全熱回収量TH線形 (全熱回収量TH)

7 に示す。熱交換器の表 5 の年間消費電力を換算値 9760kJ/(kW・h)を用いて一次エネルギーに換算すると試験体 M は 1193MJ、T は 4351MJ になる。

表 1 と表 3 の JIS に準じて求めたηt、ηi とも試試験体 M は全室 24 時間暖房ではすべての地域で１験体ＴがＭより優れていたが、回収率 r は試験体 M年間の消費電力を上回るが、全室間欠暖房時にはエの結果が良く示された。これは、試験体 M の有効換アコンでは寒冷地、ガス FF 暖房では福岡と鹿児島気量率がよいことと、OA と EA の風量がほぼ等しを除く地域で上回った。熱交換器がなくて 24 時間

いため OA と EA 空気がすべて熱交換されたのに対換気のために使用する送風機の消費電力を今回の半し、試験体 T は EA が OA よりも約 10％風量が少な分とすると試験体 M はガス FF 暖房のとき旭川で部く、この空気が熱回収されずに排気されたためであ分間欠暖房でも消費電力を上回る。試験体 T は消費る。躯体からの漏気をなくした風量バランスの良い電力が大きいため省エネ効果は得られなかった。

換気設計を行う必要性が示されたといえる。

４．まとめ

熱交換器は、OA と EA の風量バラ有効なデータが得られた期間に回収された熱量とンスが崩れた状態で使用すると回収熱量が低下する

表 3 の平均消費電力で 1 年間熱交換器を運転した時ためバランスの良い設計を行う必要性が示された。の消費電力を表 5 に示す。この表では暖房時間を 6：暖房設備の 1 次エネルギー効率と、電力の 1 次エ00～9：00、18：00～23：00 の 8 時間（以後、間欠ネルギー換算値で回収熱量と消費電力を比較すると暖房という）とし、この時間帯に回収した熱量を間消費電力の小さい DC モーターを使用した熱交換器

欠暖房時の回収量、想定住宅の 1 階容積の約 31％にに省エネ効果が得られる可能性がみられた。

あたる LD 部分で暖房を実施するとし、間欠暖房時の回収熱量 の約 31％を部分間欠暖 房時の回収 熱 量＊ 1：（一財）ベターリビング、博士(工学)＊ 2： 国 土 交 通 省 国 土 技 術 政 策 総 合 研 究 所 、 工 学 博 士＊ 3： 北 海 道 立 総 合 研 究 機 構 北 方 建 築 総 合 研 究 所 、博士(工学)＊ 4：（一財）ベターリビング＊ 5： 東 プ レ (株 )今後は冷房時の回収熱量を明らかにし、年間での効果を検討することが必要と考える。

＊ 1： Center for Better Living, Dr. Eng.
＊ 2： National Land Management Research Institute Ministry of Land, Infrastructure ＆ Transport,
Dr. Eng.
＊ 3： Hokkaido Research Organization, Northern Regional Building Research Institute, Dr. Eng.
＊ 4： Center for Better Living,＊ 5： Topre corporation― 1294 ―