ＢＲＩ－Ｈ２８講演会テキスト

個別分散型空調システムの実働エネルギー効率評価に関する研究
環境研究グループ 主任研究員

西澤 繁毅

環境研究グループ 専門研究員

ﾅﾎﾟﾚｵﾝ ｱｶﾞｻﾝ ｴﾝﾃﾘｱ

Ⅰ はじめに
個別分散型空調システム(いわゆるビル用マルチエアコン)
は、中小規模の業務用建築物だけでなく、より規模の大きな建築物に導入される事例も増えている。個別分散型空調シス
テムを導入するメリットの一つとして、1台の室外機に接続した複数の室内機を、個々の設定室温、室内負荷の状況に応じて個別に制御できることが挙げられる。しかし、個々の室内機の運転状況が相互に影響しあうため制御が複雑となり、様々な運転状況に応じたエネルギー消費特性については十分な知見が得られていない。
JISの名称にあわせ「パッケージエアコンディショナ」として示されている省エネルギー基準における部分負荷特性は、評価の簡便性を優先し、室内機に負荷が均等に与えられた状況を想定した特性となっており、実働時とどの程度乖離しているか不明であった。本研究では、個別分散型空調システムの稼働実態に即したエネルギー消費特性について検討してき

図1 室外機1台＋室内機2台による実験の状況た。本稿は実験ならびにシミュレーションから得られた知見
表1 実験条件についてまとめたものである。
運転モード

Ⅱ エネルギー効率に及ぼす負荷偏在の影響の把握1)

室外気温
DB: 35℃

冷房
暖房

建築研究所の業務用空調システム性能評価施設に、個別分室内機設定温度27℃

負荷比率α0, 0.5, 1

部分負荷率
6-8段階

20℃

0, 0.5, 1

6-8段階

DB: 7℃, WB: 6℃※負荷比率α ： 室内機1、2が処理する負荷Q 1 , Q 2 [kW]の比率
α = min(Q 1 , Q 2 ) / max(Q 1 , Q 2 )散型空調システムとしては最小の構成となる、室外機1台(8馬力)、室内機2台(4馬力)を設置し、実働の負荷範囲および2価試験を実施し、空調システムの制御特性について検討した。
実験の概要を図1に、実験条件を表1に示す。
負荷比率αは2台の室内機が処理する負荷の比率であり、α=1では2台で同じ負荷を処理し、α=0では1台のみ運転(1台は停止)していることを示す。それぞれの負荷比率αにおいて，室内機1、2が処理する負荷の総量を6～8段階で変化させて実1.4
消費電力比[-]Ratio [-]Electric Consumption

台の室内機の負荷割合をパラメータとしてエネルギー効率評

y = 0.7276x2 + 0.2066x + 0.0774
R² = 0.9958

1.2

均等

1:2

片側停止

y = 1.5088x2 + 0.1779x + 0.072
R² = 0.9957

1.00.8y = 1.3021x2 + 0.5837x + 0.0265
R² = 0.984

0.6

基準

0.40.2

冷房時

0.00.00.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.70.80.91.0

部分負荷率[-]
Cooling
Load Ratio [-]験を行った。

α= 1.0

冷房時の結果を図2に、暖房時の結果を図3に示す。冷房運転では、同じ部分負荷率においても室内負荷比率の違いによ－ 81 －α= 0.5α= 0.0Prediction(In Standard)
現行省エネ基準における特性

図2 冷房時の室内負荷の偏在と部分負荷特性の関係

1.1

り消費電力比が異なることが分かる。室内負荷が均等な場合加する傾向が見られ、1台が停止している場合には、均等に稼働している場合に比べて最大で7割ほど多くの電力を消費する結果となっている。また、α=0及びα=0.5では、現行の一次エネルギー消費量算出に用いられている特性曲線より効率が消費電力比[-]Ratio [-]Electric Consumption(α=1)に比べて偏在する場合ほど(α=0.5, α=0)消費電力が増

1.4
1.2

y = 0.145x2 + 0.8895x + 0.0173
R² = 0.9992

1.0y = -0.1539x2 + 1.1489x + 0.001
R² = 0.9955

0.8

y = -0.2491x2 + 1.2003x + 0.0129
R² = 0.9939

0.6

1:2

片側停止

均等

基準

0.40.2暖房時

0.0低くなっており、室内負荷が偏在している場合には、特性の0.00.10.20.3

α= 1.0が低くなる傾向を示しているが、冷房運転ほど顕著ではない

加の主因であること(負荷の偏在により冷房時には圧縮機回転数は増加するが、暖房時には増加しない)、冷房における負荷偏在時の圧縮機回転数の増加は、能力を必要とする室内機

α= 0.5α=0Energy Consumption
入力比[-] Ratio [-]討から、圧縮機回転数の増加が負荷偏在における消費電力増

0.60.70.80.91.01.1Prediction(In Standard)
現行省エネ基準における特性

α= 0.0

図3 暖房時の室内負荷の偏在と部分負荷特性の関係

一方、暖房運転では、室内負荷が不均等な場合、若干効率

更なる実験データの分析およびシミュレーションによる検0.5

部分負荷率[-]
Heating
Load Ratio [-]変化を考慮する必要があることを示唆している。

(図3)。

0.4

α=0.25α=0.5

α=0.75

α=1

1
0.8
0.6
0.4
0.200にあわせて低圧側圧力を制御する(低圧を保つ)必要があるこ

0.20.40.6
LoadRatio [-]部分負荷率[-]

0.81

図4 負荷比率に応じた部分負荷特性モデルとから生じることが明らかになっている。
Ⅲ 実働エネルギー効率評価に向けたモデル化

表2 計算条件

実験結果をもとに作成した負荷割合αに応じた部分負荷特性モデル(図4)を、省エネルギー基準の一次エネルギー算定ロ
ジックに負荷計算プログラムNewHASPを組み込んで拡張したプログラムに適用し、負荷偏在による部分負荷特性の違いが年間一次エネルギー消費量に与える影響について検討した(表2)。図5に算定結果を示す。東室を事務所より負荷が大きい高負荷事務室としたCase02や、空調時間が事務室と異なり負荷が比較的小さいロビー、会議室を適用したCase03、04では、図4の負荷偏在を考慮したモデルを適用することで、従来の評価より一次エネルギー消費量が大きく算定された。この結果は、使い方の異なる室を同一の空調系統に設計した場合

Partial and Unbalanced Thermal Loadings, Journal of Thermal Science andCase02

偏在評価

従来

偏在評価

Case03

Case04ee

Case01

従来

0ee

Variable Refrigerant Flow (VRF) Air-Conditioning System Subjected to100

偏在評価

参考文献： 1) Napoleon ENTERIA et al.: Performance Evaluation of the200

従来

ついて実験を実施し、検討を進めている。

300ee

り多くの室内機で構成されるシステムの挙動と効率の関係に

暖房
冷房偏在評価現在、個別分散型空調システムの評価の精緻化に向け、よ400

従来

Ⅳ 最後に

ee

ギー消費量が増大することを示している。

一次エネルギー消費量[MJ/m2/yr]には、アンバランスな負荷が実働効率の低下を招き、エネル

図5 一次エネルギー消費量算定結果

Technology,Vol.11,No.1,2016－ 82 －