ヒートポンプ・蓄熱月間レポート ❸奨励賞

アマダ土岐事業所
水蓄熱式空調システムの継続的な性能検証と改善効果

1

発表者

中部電力株式会社

申請者

愛知工業大学／中部電力株式会社／株式会社アマダホールディングス

設備オーナー

株式会社アマダホールディングス

はじめに【表 1】熱源システムの概要

水蓄熱式空調システムの性能検証と改善を進める

中部電力株式会社は、アマダ土岐事業所の協力を得て、水蓄熱式空調システムの継続的な性能検証と改善を進めました。
その改善事例について紹介します。
省エネ運用改善の対象とした熱源システムは、1台のター

一瀬 茂弘 氏部位

記号仕様

ターボ冷凍機

R-1

冷却能力 300USRT､ 17℃→ 7℃

空冷チラー

CR-1-1 〜 3

冷却能力 355kW､ 17℃→ 7℃
加熱能力 372kW､ 40℃→ 50℃

水蓄熱槽

-

竪型温度成層型 600㎥

注：熱源出入口温度は設計値

ボ冷凍機と3台の空冷チラー、600㎥の竪型温度成層型水蓄熱槽から構成されており、夏季は1台のターボ冷凍機が冷水、【図 1】熱源システムの課題（夏季）25/7/25（木）22時～7/26（金）21時
30

量制御用センサーで、蓄熱量は目標蓄熱量で制御されます。

1614200

部分負荷運転 1,000

800
600

流量

8現在蓄熱量

4006222324 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021 時間

41,400
1,200

熱源出力

ΔT9℃
10 熱源出口温度

105

熱源入口温度

123時

15

平成25年7月25日（木）22時～26日（金）8時200

22 23 24

123456708 時間

kW﹈、熱源流量﹇ ㎥／ｈ﹈の内、最上部と最下部を除く8点が蓄熱コントローラの蓄熱GJ﹈

蓄熱槽内には温度センサーが10点設けられています。こ

蓄熱量﹇

冬季は26年度以降、35℃→45℃で運用しています【表1】。

2518現在蓄熱目標
現在蓄熱量

水温﹇ ℃﹈

入口温度は夏季が17℃→7℃、冬季が40℃→50℃でしたが、目標設定値25GJ

熱源出力﹇

冬季は3台の空冷チラーが温水を生成します。熱源の設計出

蓄熱時間帯には熱源出口温度を安定化させることが重要で、熱源入口温度が夏季は17℃を上回った場合、冬季は35℃を下回った場合には、熱源出口温度制御が稼働して、出口温度がそれぞれ７℃と45℃一定となるよう制御します。お客さまより完工後の BEMS データを頂き、分析・評価したところいくつかの運用上の課題が見出されました。

2

改善内容

【図 2】凍結防止運転起動時の熱源システムフロー図
空冷HPCR-1～3

高温側
23:00

10℃を下回っても熱源機が停止せず【図1右】、非効率な部分負荷運転を繰り返している原因となっていました。また、
冬季では夜間の凍結防止運転の流量が多く、蓄熱時間帯の蓄熱量が減少したほか、送水温度の45℃に対して、還り温度が43℃〜45℃であったため、熱源入口温度が高くなり、部

20●2017 NO.52

245℃

32:00

456 600m3

CR-1-1 AHP100RT

45℃

BV1-1

CR-1-2 AHP100RT

86:00
低温側

④蓄熱
運転

45℃

R-1 WHP 300RT

流量計
HCHS-1⑤ヘッダ

ターボ冷凍機（R-1）停止①蓄熱槽還りBV1-335℃

冷水17℃

冷水7℃

温度計

35℃

②バイパス弁

45℃

BV1-2910

冷水17℃
温水40℃
CR-1-3 AHP100RT

45℃

7

調査の結果、夏季は蓄熱量が午前3時の段階で、24GJ 近たため【図1左】、熱源入口温度が17℃の設定値に対して45℃

1:00

熱源出口温度制御、凍結防止流量設定値見直し

くまで蓄熱できているものの、目標値の25GJ に到達しなかっ

1往45℃

HCHR-1

転③凍結防止運転
HCC×3系統負荷還43～45℃

分負荷運転の要因となっていることがわかりました【図 2 】。

【図 3】蓄熱運転制御の改善結果

このほか夏冬共通の課題として、熱源機の運転が不安定にな

22時
2時

24時

温度

温 度９

温 度８

温 度７

温 度６

温度５

温度 ４

温 度３さまのご協力を頂きながら設定変更を行いました。夏季は熱

温度 ２

温度 １

調査結果を受けて、熱源システムの省エネ化に向けてお客2422201816141210GJ
86420

基準温度17℃

目標蓄熱量

現在蓄熱量﹈●夏季の改善策と結果

8：00

蓄熱量﹇明らかとなりました。

温度﹇ ℃﹈

ることを理由に、熱源出口温度制御が除外されていることも

27/8/5 22：00～8/6

20191817166時
1514134時
12 8時
1110987蓄熱完了7℃
651027目標蓄熱量
27現在蓄熱量
27/8/5 22：00～8/6222324123458：00

678時刻

源出口温度制御を本来の動作設定値の7℃としました。さらに熱源出口温度制御起動時や運転開始時に7℃の冷水が熱源入口側に急激に送水されないようにするため、運転開始時のバイパス弁開度を0％、比例帯を2℃から16℃に拡大し、バイ【図 4】設定変更前後の熱源能力と COP
26入口温度
26出口温度

パス二方弁の動作速度を遅くしました。このほか、蓄熱完了

26COP

27COP

ＣＯＰ﹇

イルが改善され、熱源機の入口側となる蓄熱槽最上部の温度1の温度も、蓄熱時間帯は継続して17℃以上となりました【 図﹈﹈7℃に対して、やや7℃を下回って安定したため、温度プロファ

27能力

26能力

能力﹇

これらの設定変更により、熱源出口温度が蓄熱完了温度の出入口温度﹇ ℃﹈

目標蓄熱量は過去の運転実績から25GJを23GJに変更しました。

27入口温度
27出口温度

2461200
26年度:8/6～7、27年度8/5～6、22：00～8：00
2227年入口温度
27COP
205100018
26年入口温度
16480014
27能力
26年出口温度
3600
1226COP
10kW 26能力
2 400
8612004
27年出口温度2
26年度:8/6～7、27年度8/5～6、22：00～8：00
000
22 23 24 1
234567
8 時刻
22 23 24 1
234567
8 時刻

Fig. 改善前後のターボ冷凍機の運転状況（左：出入口温度､右：能力とCOP）

3 左 】。また蓄熱量も最上部の制御用センサーとなる温度2が7℃に近づいた段階で、目標蓄熱量に到達し【 図 3 右 】、蓄熱運転後半の部分負荷運転を回避することができています。

【図 5】設定変更前の凍結防止運転と設定変更の経緯
蓄熱流量左 】、蓄熱時間帯は継続して全負荷運転となり、熱源 COPも改善されました【 図 4 右 】。

80流量﹇ ㎥／ｈ﹈

ルが改善されたことにより、熱源出入口温度も安定し【 図 4904948474043.430100

冬季は凍結防止運転の改善に取り組みました。運用改善前

5060
5044.444.7 44.8 44.7

改善前

熱源入口温度
27/1/28～1/29

7020●冬季の改善策と結果

凍結防止流量

熱源機流量設定値80m3/h

45.4 45.3

464544434241.6
23時 24時 1 時 2 時 3 時 4 時 5 時 6 時

27/2/17設定

120

凍結防止流量設定﹇ ㎥／ｈ﹈

運用改善前となる平成26年度と比較して、温度プロファイ

28/2/12 設定

112

改善前

1008027/2/1設定変更60現設定

404020410707070120

3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9-10
外気温度［℃］

では低外気温時には、凍結防止のための流量が、熱源定格流量とほぼ同流量で、還り温度が高く蓄熱運転を阻害していました【 図 5 左 】。そこで凍結防止運転時の二次側流量と往還温度差のデータから、冷温水配管が凍結しないよう流量設定【図 6】厳冬期における凍結防止運転流量の低減状況
261217-18凍結（前）28122-23凍結（後）261217-18外気温（前）28122-23外気温（後）①26/12/17～18（改善前）、②28/1/22～23（改善後）値を段階的に見直しました【 図 5 右 】。

0な流量低減効果があったことを確認できています【 図 6 右 】。

60-550-6402920-922時 23時 24時 １時 ２時 ３時 ４時 ５時 ６時 ７時 ８時

31%、28年度は24% の消費電力量が削減され、設定変更の効果を確認することができました。今回の設定変更を通して得られた知見を元に、さらなる省エネ化が達成できるよう、今後も継続して熱源システムの運転管理に努めていきます。

凍結防止流量（28年1月）807060504026/1

3020101000-1028/1-8-6②凍結流量-4-202468

外気温［℃］

Fig. 凍結防止流量の低減状況（左：代表日、右：代表月（１月））

中負荷時 ①26/12/17～18（改善前）、②281/1/22～23（改善後）【図 7】熱源システム電力量の年度別集計結果
400,000
熱源システム消費電力﹇ ／年度﹈

により、実運用を開始した24年度と比較すると、27年度は30-8-10

熱源システム消費電力量の実績値
26年度冬季より着手した一連の熱源システムの設定変更

9080-4れたため、冬季の蓄熱不足や熱源機の部分負荷運転を回避で

390
70以上から−4℃以下の極低外気温時を除いて、流量が低減さきる可能性が高まったといえます。

100

-3-7

厳冬期となる1月代表月では、0℃〜−4℃の範囲では、大幅

①外気温

72

①凍結流量

100

凍結防止流量﹇ ㎥／ｈ﹈

変更後は最大でも29㎥ /h まで低減されました【 図 6 左 】。

-2

外気温﹇ ℃﹈

凍結防止流量は、蓄熱時間帯を通して70㎥ /h 前後でしたが、-1

凍結防止流量（26年1月）最低気温-4℃以下

凍結防止流量﹇ ㎥／ｈ﹈

設定変更の改善効果を冬季代表日で比較すると、変更前の②外気温

kWh350,000【100】 【100】356,288 354,610【85】
302,410300,000
250,000

各年度集計結果【76】【69】
246,790269,9102015(27)2016(28)200,000150,000
100,000
50,00002012(24)2013(25)

2014(26)※【 】は2012年度の熱源システム
電力量を100とした場合の相対値●

2017 NO.5221