コージェネシステムによる寒地ハウス内環境制御の基本システム


[要約]
コージェネシステムを利用した寒地ハウス内の環境制御のための基本システムを構築した。本システムからの熱と電力を地中加温と補光に利用して、冬期間のハウス内環境を効率よく制御できる。
[キーワード]
  コージェネレーションシステム、寒地ハウス、環境制御
[担当]北農研・総合研究部・農地農業施設研究室
[連絡先]電話011-857-9233、電子メールgriese@naro.affrc.go.jp
[区分]北海道農業・総合研究
[分類]技術・参考

[背景・ねらい]
北海道において、ハウス・ガラス室の施設面積は増加しており、加温している施設面積も増加している。寒地ハウスでは、冬期間において環境制御に大量の化石燃料、電力が必要となることから、省エネ化、低コスト化が求められている。低出力で小型軽量、排気ガス中の窒素酸化物の少ないマイクロガスタービン(以下、MGT)で発電し、タービンの排熱を温水として回収するコージェネレーションシステム(以下、CGS)が開発されている。本研究では、このシステムから供給される電力、温水を寒地ハウス内の環境制御に効率よく利用するための基本システムの構築と地温管理を中心とした環境制御方法を明らかにする。
[成果の内容・特徴]
 
1. CGSを利用した寒地ハウスの環境制御のための基本システムは、熱と電気を供給するCGS(発電出力28kW、熱出力48,000kcal/h)、補光用ランプ(400Wメタルハロイドランプ)、地中加温用配管(地表下35cmにφ13mmポリエチレン管を埋設)、放熱用ラジエータ、バックアップ用ボイラーである(図1)。
2. 設置したハウス(縦20m×横 7m×高さ3.5mのビニールハウス2棟)における環境制御として、地表下15cmの地温で制御する。地中への加温はCGSの稼働する日中のみとして地温の変化を見ると、2〜3日の加温でその後3〜4日間無加温で設定温度を維持できる(図2)。
3. 地中温度が設定温度以上で排熱を地中に循環させない時でも、補光のためCGSを稼動させる場合が多く、この時にMGTを保護するためMGTの排熱を放出するラジエータが必要である。バックアップ用ボイラーは、CGSの保守点検、故障時、また補光を行わない時の施設内の熱環境を維持するために必要である。放熱用ラジエータとバックアップ用ボイラーを組み込んだ温度制御方法を図3に示す。
4. 設定温度によるが、同様の能力の温風暖房器によるハウス内加温に比べ、約2〜3倍の加温面積を確保できる。1時間当たりのランニングコストについて、本CGS(約780円/h)とエネルギー効率80%暖房機(約380円/h)+商用電力(従量電灯Cの料金単価で約570円/h)で供給する場合とを比較すると、本システムの方が約17%低減できる。
[成果の活用面・留意点]
 
1. 本システムは寒地ハウスの環境制御を省エネ、低コストで行うための基本となるシステムであり、寒地ハウスでの利用拡大が期待される。
2. 本研究の受け渡し先として、農家一戸から数戸の団地レベルを想定しているが、基本システムや環境制御方法はCGSを利用する大規模施設にも適用可能である。
3. 燃料は、LPG、都市ガスの他にバイオガスを利用でき、道内での活用が期待される。
[具体的データ]
 
[その他]
研究課題名: 低温エネルギーと天然ガスエンジンを組み合わせた寒地生産施設の環境制御技術の開発
予算区分: 委託プロ(寒地生産環境制御)
研究期間: 1999〜2002年度
研究担当者: 後藤眞宏、中山煕之


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