新制御理論に基づくライニング地中熱交換器を利用したGSHPシステムの高度化検討

基于新控制理论的衬里地下换热器升级改造地源热泵系统研究

• 批准号: 21J14777
• 负责人: 鈴木 遥介
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: University of Fukui
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J14777/
• 关键词: ライニング地中熱交換器; GSHPシステム; 流量制御; 省エネ; 単位採放熱係数

本研究はライニング地中熱交換器(LBHE)を用いた地中熱ヒートポンプ(GSHP)システムの初期コストおよび消費電力量の削減を両立させるために提案した流量制御方法に関して，実証実験および数値解析の両面からその有効性を明らかにすることが目的である．本年度は実証実験の結果から，流量制御下におけるGSHPシステムの省エネ効果を検討した．さらに，LBHEにおける最適な制御方法を検討する前段として，数値解析によりLBHEの基礎的な熱交換性能を評価した．実証実験に関して，2020年度に実施された冷房実験の結果を基に，本システムの消費電力量を実験施設に導入する前に利用されていた従来の冷暖房システム(空冷式ヒートポンプシステム)と比較し，省エネ効果を評価した．その結果，本試算条件下では空冷式ヒートポンプシステムから本システムへと更新した場合の日積算消費電力量の削減率は約30%，さらにヒートポンプの省エネ機能である能力上限セーブ制御を組み合わせることで約46%となり，流量制御下における本システムの省エネ効果を確認した．数値解析に関して，伝熱解析モデルを用いた数値シミュレーションによりLBHEの熱交換性能を一般的な地中熱交換器であるダブルUチューブ(DUT)と比較した．まずLBHEおよびDUTの伝熱解析モデルの妥当性を検証した後，LBHEの仕様条件(直径および長さ)がその熱交換性能に与える影響を把握した上で，LBHEおよびDUTを対象に空調利用を想定した数値シミュレーションを実施した．性能を比較する際は地中熱交換器の性能指標である単位採放熱係数を用いた．その結果，1日当たりの空調運転時間が短いほど，また地盤の有効熱伝導率が大きいほどLBHEの熱交換性能はDUTと比較して増大することが分かった．これらの研究成果は特にLBHEの設計などの実用面においても大きな意義を持つと考えられる．

本研究对一种流量控制方法进行了演示实验和数值分析，该方法旨在降低使用内衬地下热交换器（LBHE）的地热热泵（GSHP）系统的初始成本和功耗。双方。今年，我们根据示范实验结果，研究了流量控制下地源热泵系统的节能效果。此外，作为研究 LBHE 最优控制方法的第一步，我们通过数值分析评估了 LBHE 的基本换热性能。关于示范实验，根据2020年制冷实验的结果，我们将该系统与引入实验前使用的传统供暖制冷系统（风冷热泵系统）的功耗进行了比较。设施的节能效果进行了评价。因此，在本次试算条件下，从风冷热泵系统升级到该系统后，日累计耗电量降低幅度约为30%，结合热泵的节能功能，容量上限节能控制下，节能率约为30%，结果为46%，证实了该系统在流量控制下的节能效果。在数值分析方面，通过传热分析模型的数值模拟，将LBHE的换热性能与常见的地下换热器双U型管（DUT）的换热性能进行了比较。首先，验证LBHE和DUT传热分析模型的有效性，并了解LBHE规格条件（直径和长度）对其换热性能的影响后，我们可以开发LBHE和DUT的空调应用我们根据假设进行了数值模拟。在比较性能时，我们采用单位排热量和辐射系数，它是地下换热器的性能指标。结果表明，每天空调运行时间越短、地面有效导热系数越高，LBHE 的换热性能相对于 DUT 就越大。这些研究成果被认为具有重要意义，特别是在LBHE设计等实际方面。

项目成果

COOLING DEMONSTRATION EXPERIMENT OF A FLOW-RATE CONTROLLED GROUND SOURCE HEAT PUMP SYSTEM USING A LINING BOREHOLE GROUND HEAT EXCHANGER

衬砌钻孔地换热器流量控制地源热泵系统冷却示范实验

• DOI: 10.2208/jscejer.77.7_iii_231
• 发表时间: 2021
• 作者: 柏岡美咲;鈴木遥介;寺﨑寛章;福原輝幸;谷口晴紀;安本晃央
• 通讯作者: 安本晃央

ライニング地中熱交換器を用いたGSHPシステムの省エネ効果の検討―2020年度夏季冷房実験―

采用内衬地下换热器的地源热泵系统节能效果研究-2020年夏季降温实验-

• 发表时间: 2021
• 作者: 鈴木遥介;柏岡美咲;寺﨑寛章;福原輝幸;安本晃央;谷口晴紀
• 通讯作者: 谷口晴紀