昭和61年度 研究報告 大分県工業試験場

有機化学棟のソーラーシステム（第4報）（5年間の計測結果と性能評価）

化学部有機化学科 稗 田怜（1ⅠⅠ）5年間の性能評価

はじめに工業試験場有機化学棟の冷暖房は，ソーラーシス（ⅠⅤ）まとめテムによって行われており，本年で6年目にはいっている。 昭和57年から昭和61年度までの5年の間に（Ⅰ）5年間の運転状況概況

はいくつかの機械的トラブルはあったが，各シーズ

1．運転実績

ン毎に実用に供してきた。この間計測を行いデータ

昭和57年度からの5年間，冷房，暖房運転を行いを収集してきたので，5年間のデータをまとめ，性実用に供した期間は，表卜1の通りである。データ

能評価を行ってみる。尚既に，第1報（計画から設収集日数は，データ欠落日を省いているので全日数置まで），第2報（計測データの処理方法），第3報とは合致しない。空調日数は休日等で空調を行なっ（初年度の計測結果）として，一部のものは報告していない日を除外している。夏期の冷房期間は約2．5ている。

月で空調日数は約2月，冬期の暖房期間は約4．5月，今回の報告は，次の事項よりなっている。

空調日数は約3．5月となり，大分では冷房より暖房日（王）5年間の運転状況概況

数の多いことが分る。

（ⅠⅠ）5年間の計測データ

表1−1冷暖房運転期間と空調日数
暖間 デ ー タ 空 調期房計

間デ ー タ 空 調 デ ー タ 空 調105
44 5711／24〜58 4′′′7 135
185

149 i

⊥¶．．Ⅳ〈．

140

冷房

∃59年

62 5912′／3〜60 4ノノ／3 119

76

66 6011ハ4〜614′／3 139

61年 ≦616′′′26〜9／′1279

57 6111′／11〜62 4ノ／16 157

平均72

59 喜 M

60年 60 7′／5〜9／21

2．運転時における各種の対応
5年間の運転中に機器の故障等種々のトラブルが発生した。またいくつかの改善対策を行ったので参22317とミ

191

151

215

179

115

236

172

107

ご1り

16言」

89

【113138② ソーラーシステム配管の故障
平板型集熱配管の保温，フードバルブ点検，平板型及び真空管型集熱配管の水もれ等考のために記しておく。

③ 計測システムの故障① ソーラーシステム機器の故障

熱量計，記録計，FDD，流量計等④ ソーラーシステム機器の改善対策

ガス焚冷温水発生機故障（夏期に多い）と機器の取り換え，ソーラーシステム冷凍機の故障，真空ガラス管集熱器故障，ポンプ故障等

ソーラー冷凍機効率改善，ガス焚冷温水発生機

効率改善，平板型集熱器集熱制御盤改良，蓄熱槽¶ 65 仙￣一】

昭和61年度 研究報告 大分県工業言式験場

雨水逆流防止対策等

表2−1昭和57年度冷房，暖房計測結果
表22 昭和58年度 ノノ⑤ 計測システムの改善対策
計測デ」夕収集プログラム改良 デ」夕解析プ

表2−3 昭和59年度 〃 Jノ

ログラム改良，熱量計温度計の性能チェック，流表24 昭和60年度 ノJ ノ／量計保温箱取付等

表25 昭和61年度 ノノノ／ノノ

表2¶6 昭和57〜61年度冷房暖房計測結果（H）5年間の計測デ叫夕

5年間の冷暖房の実運転時の計測データを，各年（IlI）5年間の性能評価度別に，月毎に集計し季節執こまとめた。更に5年1．システムの熟収支フロー間のデータを年度毎にまとめた。

システムの熱収支フローを図3【1に示す。

QSIAoユーQSIB

平板型コレクター
＿真空管型
コレクター

フアンコイ／レ⊂＝コ
工Q2

ソ冷 軌

IQ4 ・ ヾ図3−1システムの熟収支フロー2。日射量について
年度弘季節毎の傾斜面日射量の合計量と平均日水平面日射量との比をみると，当然のことながら冬期は大きくなっている。

射量を表3¶1に示す。5年間の夏期に於ける値は3，60O〜も000Kcal／m2。dayで，総平均3，750Kcal／m29day，冬期に於いては，2，200〜2，800Kcal／／m2。
day，総平均2，50（）Kcaいda）7となり，特に昭和59年

3．集熱器の性能
真空ガラス管型と平板型の2種の集熱器を併設しているが，表3−3に示す如く全集熱量の58％〜69％度の冬期が少なかった。これは表32に示す如く12を真空ガラス管型で得ている。特に冬期に於て真空月，2月の日射量が他の年に比べて少なかったためガラス管型の割合が大きい。

である。表3−2に設計時の値を示しているが，特に7月，2札3月に於て実測値が小さくなっている。
66、、・′

集熱効率は，一般には集熱板基準で示されるが，真空ガラス管型で，夏期50％弱，冬期43％程度であ昭和61年度 研究報告 大分県工業試験場

表3−1 傾斜面日射量

表3−2 月平均日射量（Kcal／m2da）T）と水平面日射量との比

表3−3 集熱量

67 v……

昭和61年度 研究報告 大分県工業試験場

り，平板型では，各々20％，13％となった。計画時でも平板型に比べ約2倍となり，真空ガラス管型のメーカーの値より，真空ガラス管型で約5％，平性能の良さが分る。

板型で約10％低い値となった。（表3−4）集熱器の総体的には，本システムでは集熱器を設置した設置面積でみた集熱器基準の効率でみると，当然のに注ぐ太陽熱の約24％（夏期），19％（冬期）を得ことながら真空ガラス管型の値は低下するが，それいることになる。

表3−4 集熱効率
集 熱 器 基 準

集 熱 板 基 準

年度
30％

16％

2918361960年

2961年

2657年

宴夏23％ 49％18％30％

47203028592136ly2447172942

季 節

2331192824

12 き19】冬 57年 58年 59年 2628 26 12124．集熱量有効利用率

42 1325≠19ロス等が考えられる。（表3−5）

集熱された熱が，冷水，温水生成に使用された比率を集熱量有効利用率としてみると，約86％（夏期・5．太陽熱用冷凍機，熱交換器の効率冬期の差はみられない。）となり，残り14％は熱損失

太陽熱による冷房では，冷凍機の効率が最大の言となる。これはタンクからの放熱，始動時の熱ロス，題とされているが，この5年間の成績係数（冷温水生成まで水温上昇をさせ得なかった時の集熱

表3−6 太陽熱用冷凍機。熱交換機の効率

表3−5 集熱量有効利用率

57年 書 47％

！5締】41「¶∨
夏冬太「H 59年60年

47

書 61年

4557年

9758年

大戸9959年

101 熱∃

60年

lO2

61年 95】ヽ ヽ l l一 68 −

昭和61年度 研究報告 大分県工業試験場

0．41〜0．47となった。これは小型であること，生成

表3−7 冷温水発生機効率と稼動率

冷水の水温がひくいこと等によることも考えられるが，結果的には，平均としては0，5以Fの値しか得られず効率のひくさが目立つ結果となった。（表3−6）
熱交換器の効率は，きわめて高く，この点では問トn！

題はなかった。

6，ガス焚冷温水発生機の効率60年

補助熱源として，ガス焚冷温水発生機を設置し太於て仇28〜0．38，平均0．32となった。ガス熱量の70

夏57年

H
58年

冬％が有効に利用されたとすれば0．46となり太陽熱用
60年

冷凍機効率と大体合致する。冬期に万′‡ては61年

0．69〜0．74となった。
ガス焚冷温水発生機の稼動状況を稼動時間に関係なく稼動日数でみると，夏期では4割，冬期では5．5割で，冬期では半分以上の日が稼動したことになる。

46383961年 ∃陽熱の不足を補っている。この機械の効率を使用ガスの総熱量の比としてみると，表3−7の如く夏期に29q7。生成冷温水熱量
太陽熱用冷凍機及び熱交換器並びにガス焚冷温水

しかし平均稼動時間は短かく，稼動日平均で2時間発生機による生成冷温水熱量を表3−8に示す。夏期程度である。に榊ナる全冷水の約80％が，冬期に於ける全温水のガス焚冷温水発生機で困ったことは，故障の多発約70％が太陽熱によって得られていることが分る。

である。真空度の低下による冷水生成不能が毎シーズン発生し，管理上最大の課題となった。
表3−8 太陽熱及び補助機による冷温水熱量

88 蓄熱量有効利用率
生成された冷温水は，蓄熱槽に蓄えられ，空調に使用される。この方式の利点は，土，日曜等の休日に得られる太陽熱による冷温水が蓄積され有効に使用されることにある。蓄えられた熱量の中，実際に冷暖房に使用された熱量が，どの程度であるかを示
69 −日嗣口61年度 研究報告 大分県工業試験場

す値を，蓄熱量有効利用率としたが，夏期に於て約に約85MCとなった。空調時間や空調面積を厳密81％9 冬期に於て約57％となり，冬期に机ナる利用計算しなければ正確にいえないが，かりに8時間、率が特に低くなっている。（表3−9）これは蓄熱槽

100m2とすれば，単位負荷熱量は100〜106Kcal／n

内水混と外気温との温度差が冬期に大きいための蓄hrとなり，空調エネルギーの少ない建物といえる。

熱槽よりの放熱，夜間空調しないことによる未利用

これは建物を南面させていることや開口部の少なし熱量の増加，負荷が全体的に小さいこと等によるもこと等が考えられる。のと考えられるが，制御センサ仰の位置や蓄熱槽の保温対策等をふくめ，大きな課題といえる。

表3−10 空調熱量

表3−9 蓄熱量有効利用率

10．太陽依存率

このシステムに於て，太陽熱に依存している率は9。空調熱量についてどの位あるかと考える時，何を基準としてとるかに

有機化学ソーラー棟は，2階建の建物で，ソーラよって，いくつかの依存率が考えられる。一般にはーによる冷暖房は5室を行うようになっている。し実際の空調熱量に対して，太陽熱による冷温水熱量

かし常時全ての部屋を使用することは少ないため空がどの程度得られたかをみることが多い。その不足

調総熱量はあまり大きくはない。実際に使用された分が補助熱源によるものとの考え方になるが，この熱量を，表3−10に示す。この値を空調日数で除したシステムのように二次蓄熱方式では，別な基準も考

1日当りの空調熱量は，夏期に於て約80MC，冬期えられるので，いくつかの依存率を算出してみた。

空調基準＝生成基準＝による冷温水熱量
岬 IQ。
碧南京熱雷
頂
太陽熱による冷温水熱量
太陽熱によるIQ。

IQ4＋IQ6＋補助熱源による70、1

IQl＋IQ2
集熱基準二頂纂禁慕豆lリ

太陽熱による熱源水熱量

供給基準＝

太陽熱による熱源水熱量十ガス熱量¶IQ3

蓄熱基準

太陽熱による冷温水熱量＋補助熱源による空調水熱量

IQ3
IQ41机IQ6■∧】

頂昭和61年度 研究報告 大分県工業試験場

表3−11太陽依存率「蒜年度笑顔藷丁妻盛農芸
86％

80％

75％

214％

108％

998175270

1237028585

126

i 81271

132

78

69256

132

6961

134

166

7468

149

17160年

11061年

103≡ 84

57年114至126▲

冬59年∃10761

126 F176 1．26 皇169

60年

lO964

5761年

149

77

71∋172 n

この基準による値を，表311に示す。

（lV）まとめ

空調基準太陽依存率をみると，夏期に於て約100本システムで冷暖房するために必要な熱量の中，％，冬期に於て約120％となった。このことは空調に太陽熱で夏期約90％，冬期約70％（生成基準）を得必要な熱量を，太陽熱によって得ていることになる。ている。

一方生成基準太陽依存率をみると，夏期に於て約ソーラーシステムによる冷暖房を行い，データを80％，冬期に於て約70％が太陽熱によって得られて収集してみて，太陽熱による冷暖房のむつかしさがいる。補助熱による冷温水生成熱量には，試験運転分った。折角希薄な太陽エネルギーを集めたにかゝ（故障，修理時の）による値を含んでいるので，こわらず，その後の機器効率，制御方式，蓄熱方式等れを考慮すると夏期には約90％となる。この空調基に多くの改善の余地が残されているように思われ

準，生成基準の債は，夏期に於て満足すべきものでる。同時に太陽熱を有効に利用させ得る分野についある。冬期に於ては，太陽熱による温水生成が充分ての示唆が与えられた。現在は石油需給が緩和してにあるにかゝわらず，補助熱の応援を必要としていいるが，化石燃料は有限であることは確かであるのることは，課題ヒして残されている。蓄熱基準依存でソーラーシステムについての研究がひきつゞき行

率は，蓄熱量有効利用率の逆数であるが，冬期に於われることによって，有効に活用される分野を見出ては，空調熱量の約1．7倍の熱量を蓄熱し，その内訳すことも必要であろう。

が太陽熱1．2倍，補助熱0．5倍となる。この0．5倍の補助熱の低減化が必要となる。

一 71¶

昭和61年度 研究報告 大分県工業試験場、ゝ￣

表2−1昭和57年度冷房、暖房計測結果

ガス冷温
水

全 集 熱

熱量 ⊆∃ソーラニ高温を⊥嘉「 1 攣しビス量僅鮎葦i細水〈IQ6Glい竺諾生霊熱 源

Fj数％ h／Ical≧ nfl％

31321・6喜 4些

52119−2122．4 95．6

J23291．0 20．5
34

可血w 722771．626．5

2940．489．4

18．8

875．6 17．7

772．588．2

許昭和61年度 研究報告 大分県工業試験場

表2−2 昭和58年度冷房、暖房計測結果
傾斜面

年 月
IQユ （99．48） （91．2）％
58．7 7／′1へ／31Mcal

日射量8 8／′′1〜31131≡ 130，297 3773．2 】31．7 H 〜 51．7

9 9／1〜21

巨 21

小計％％

1943．1 16．9 】18・4
2641．353，788 ∃1247．5 ∃ 25．4

41．4

83 299，614 ∃ 7952．3書 29．0

756．6

47．4

5341．0 17．9 臣 19・5

58．11
12／′1〜31

31

1／ 1〜3131

翫 80，514∃ 2102．4 28．6

46．6

986．8 12．3

13．4

42．7

623．0 9．0

9，92 至 2／1〜29

69，2吋 1656，7 26．2
29 79，277≦ 2145．6 29．6

3 3／′1〜3l

31 jlOl，258芦 2796．2 29．6

18

4 4／′ 1〜18

140

12／′1〜4／ノ18

全集

熱㌢ 59，225…

熱 源 水

48，3 936．8 1．9 13．0 49・3r1380・1 巨13．7 ⊇14．91277．0∃ 23．6

巨 ソーラー冷温水

ガ ス 冷 温 水
熱量月

全集熱量 集熱効率A 集熱効率B 熱量 集熱量有 効利月］率 熱量 墓凄禁要望

iQl十IQ2 （190．9） （147．2）％
Mcal ％≧／ 担 4874．7書 22．1

臣 8 6414．封 25．8

【28，7ガス量
健鮎葦 削

稼動

IQ3 …IQ3′′′IQl十2

Ⅸical％

円

日数几′Ical 1％

4300．3 88．2

1760．0 【 40．9 712．7 615 ≧ 28．3

1533．45817．8 90．7

2422．4

41．6

255．1

20330．7

25．3

1660．2 82．8

691．0

41．6

203．2

16230．6

30．1

11778．3 88．64873．4

41．4

四 ≡ 3089．2 20．1

26．1

2651．3 85．8

2637．9∃ 99．5

2279，7 17．2

22．4

1855．3 81．4

26．4

2719．1 88．2

1845．8 99．5 1487．6 497 巨 73．0 】 22 H
2723．1 100．2 1180、：7 389 ∈ 74．0 萱 19

28．0

3627．3 86．9

3585．5

98．8

565．4

189

73．0

97．8

273．6

90

74．2

4347，4

1448

9

小計

1171．0

980

8

29，1

33

840．1 ∃ 283 ⊇ 72．4

14田 萱

3082．4 20．4
34

小計4176．3

21．6

21.99

1570．4 82．2

1536．925．412423．4

12329．2

85．5

99．2

‑‑ 7.112473．271

昭和61年度 研究報告 大分県工業試験場

表2−3 昭和59年度冷房、暖房計測結果

一 74

昭和61年度 研究報告 大分県工業試験場

表2−4 昭和60年度冷房、暖房計測結果

年月 期 間 日数jDAYH R射量 真空管型コレクター妄平板型コレクター 集熱量 集熱効率A集熱効率BF菓熱量 集熱効率A（9．48） 】集熱効率Bい91▼2） E2 IQ2 （91．4）（56．0）ヱQl％ n′ical
傾斜面

8 ∃8′′／1〜3171，497

小計 書7′／5〜9′／2176

60．11 11／′14′、30

1735，996

3161，301 1296．1 23．1 】37．8

12 12′／′1〜31308，306

8113．9

28．8

860．2

】 26．147．0】42．7

61，1 1／′1〜31（除1′／5） 30 喜 68，758 1557．5 24．8
2′／1〜2844．73139

集10，776355，550

167．7

17．0

27．8

8167．625．1

41．0u 熱 源 水 〜 ソーラー冷温水

熱IQl十iQ2 （190．9） ∈（147・2）

Mcal ％
24．9

IQ3IQ3′′′IQl＋2IQ4

IQ4′／IQ3

Mcal ％

32．2

4627．7 89．1

2176．5 47．0 書 687．2

5389．122・1

28．8

4711．1 87．4

2154．63383．824．8

32．2

2817．11361．3 48．3

20．4

12 1925，5 16．5

30．812155．9

87．0

541．6 15．1

16．5

Gl稼動
1ぜ8

小計 13969．4喜 23．7

20．8

IQ6

ルIcal ％

83．35855．5 19．1

ガス冷温水 熱量ガス量望遠歪葦笹÷。∴・％

911≡1401．8

22．0

4263．2 12．1

月

5196．520．1

629．4 10．3 1 ．3

40．5

28喜4 ．4／1〜3 n

7％≡≡9′／′1′）219 ；（除9′′′15．9／16）

全％49．22176．l

30．2

45，7

n

410 40．9

331．0

239

13

68

3

5692．4

j 46．81111．6

717

37．8

30

26．5

1157．7 82．6

1174．4【101．4433．3

16鋸 66．1

13

21．3

1525．3 79．2

1563，9 102．5 書1721・6 577 72．8

24

1868．8 82．0 1928∴〕 103．2 2055．4 661 75．8 75．0
101．9

257．9喜 99．2

1239．8
O2312403

O090¶ 75昭和61年度 研究報告 大分県工業試験場

表2仙5 昭和61年度冷房、暖房計測結果
年 月

期 間日数

⊇ 日射量 ぎ 至 集熱量 集熱効率A 集熱効率B ∃ 集熱量 集熱効率A 集熱効率B

IQ2 （91．41） （56．0） ，E2％

DAY ∃Kcal′ノ′が巨 と Mcal ％61。6 6／ 26／、6／′30
凹 7／′1〜7′′′31〇 喜 17，104j 臣 428．4 27．6
98，660 2198．8 24．4

8 8／′1〜8′／3131％％45．0 】299．1 H 17．7

19．3

トⅧ≠一一＝椚 川m 】M∃ 39．8 ト 1406．9 114・3

133，484 3181．2 26．1
35，654 868，7 26．7

15．6

42．6 と 2553．4 19．2

21．0

u 666．8喜18．8

20．5

43．5−■

9 ■9／′1〜9′／12 ∋ 12

IQl （99．48） （91．2）
Mcal

フ ∃6′′′26〜9′／12 2 79

1284，902 6677．l 25．6
2061。11∃11′／11〜11／／30

12 ∃12／′1〜12′／31 E 31

39，388

848．2

23．6

63，258 1422，9 24．6
78，972 1881．9 26．1

41．9 ㌻ 4926．2 17．4

19．0

38．5

14．6

15．9

40．2

897．1 14．3

15．6

42．6

1106．8 14．1

15．4

572．5

62。1 ∃1′／′1〜1′′／31

31

2／′1〜2／／28

28

76，355 1794．8 25．7 臣 42．0

1087．9 14．3

15．6

3／1（）3／′31

3182，852 1974．6 26．1

42．6

1222．8 14．816．2

1648，26533，7639．4 13．3

14．5

4 と4′／1〜4／′16

集月熱 源 水

熱全集熱量 集熱効率A 集熱効率B 熱量

IQl＋IQ2％75526．5

ガ ス 冷 温ソーラー冷温水

集熱量有
効利用率 熱量

IQ3 IQ3／IQl＋2

Mcal

IQ4 IQ4／IQ3 IQ6 Gl IQ6ノ／QG

Mcal ％

283．6 42．9

727．5

22．4

29．1

661．1

19．2

24．8

3130．5 86．8

90．9

水冷i東機交 換機効率 熱量 ガス量 冷温水発 生車幾効率

Mcal 巨 ％3605．7620．6

157 389，090 】■8831・8

小計 11／11〜4′／16

全909．4

巨日数 n7 0024．0

85734．6

22．529．2

5270．9 91．9

2371．5芦 45．0

91535．522．6

29．3

1356．6 88．4

655．9

48．4

27．7

10419．1

4677．7449

24．5

1292．8 9LO

1197．2

92．6

24．9

2067．5 89．1

1977．1

95．6

73．0

16

25．7

2680．4 89．7

2585．0 L 96．4 711．5 260 66．7

1825．72641．22523．9

小計 11603．3 21．3
田 1420．7218．9 n
四 2320．0 19．2

∃1 298．7 19．8 」13 28 ．7 19．8

91．6

95．6

椚 76・一冊

587

370．5

1302．2

．

旦

89．8

768．3

．31．9

366

1126

172．8
1134．0

28．2

63379

二ル

24．7
66．9

12495．395．44151345．2 94．7 204．3 78 』63．9
91．3

1028．

95，613102．4

103631．4

1278

62

昭和61年度 研究報告 大分県工業試験場

表2−6 昭和57〜61年度冷房、暖房計測結果

冬57 12195．5 18．7
5814538．3

19．6

25．4 臣12423，4喜 85．5599307．6

18．9

24．57817．2 【 ⊥84・0 H ∃ 7884・8 100．9 5129．3 1684 74．3

23．8 10564．6 85．0 10720．8 101．5 5948．5 1977 73．4 F 9両
j60 12430．8 18．3 61 14358．3 19、3∃12329．2 99．2 4347．4 1448 73．1

25・1【13102・491．3 12495．3 95．4 3631．4 1278 69．377