省エネルギー効果の高いヒートポンプと温風暖房機のハイブリッド運転方式

要約

開発したハイブリッド運転方式は、ヒートポンプを主暖房、温風暖房機を補助暖房として両者を自動制御して温室暖房を行う。本方式は、慣行と比較して投入エネルギー、運転経費および二酸化炭素排出量の削減が見込まれる。

  • キーワード:ヒートポンプ、省エネルギー、ハイブリッド暖房、温室
  • 担当:野菜茶研・高収益施設野菜研究チーム
  • 区分:野菜茶業・野菜栽培生理
  • 分類:技術・普及

背景・ねらい

最近の原油価格の高騰により施設園芸における暖房用燃料消費量の削減が急務となっている。ヒートポンプ(以下、HPとする)は、 省エネルギー技術として期待されているが、単独で暖房をまかなえる大型のHPでは高額になるため導入が進んでいない。このため、安価な小型HPを主暖房、 温風暖房機を補助暖房とするハイブリッド暖房が考案されたが、連携動作できる仕組みが無く、運転経費の安いHPの運転を優先しようとしても、設定温度差を 大きくとらなければ、HPと補助暖房の双方がon-offを繰り返すため実用上の問題になっている。
  そこで、室内温度に応じてHP単独運転モードとハイブリッド暖房運転モードとを自動切替で制御するハイブリッド運転方式を新たに開発し、その省エネルギー効果を検証する。

成果の内容・特徴

  • 新たに開発したハイブリッド運転方式では、暖房開始時にはHP単独運転モードであり、室内温度が設定温度を1.0℃下回るとHPを単独で稼働させ、1.0℃上回ると停止させる動作を繰り返す。この状態で室内温度が維持される場合には、HP単独運転モードが継続される(図1、2)。
  • 1.の状態からさらに暖房負荷が増大し、室内温度が設定温度を2.0℃下回るとハイブリッド暖房運転モードに切り替わり、 HPと温風暖房機が同時運転される。ハイブリッド暖房運転モードでは、室内温度が設定温度を0.4℃下回ると温風暖房機を稼働させ、0.4℃上回ると停止 させる動作を繰り返す。ハイブリッド暖房運転モード移行時にHPの停止温度が設定温度+2.0℃に修正されるため、本運転モード下ではHPが事実上連続稼 働の状態となる。外気温の上昇に伴い暖房負荷が減少し、室内温度が設定温度+2.0℃に達するとHP単独運転モードに戻る(図1、2)。
  • 暖房負荷が異なる国内3地点(盛岡、名古屋、宮崎)を抽出し、温風暖房機単独での暖房を慣行として試算すると、投入エネル ギーの削減率は各地点でそれぞれ30.6%、45.3%、58.6%、運転経費の削減率は18.5%、24.5%、29.1%、二酸化炭素排出量の削減率 は23.2%、34.5%、45.1%となり、それぞれの削減率は暖地ほど大きい。一方、削減量は寒地ほど大きい(表1)。

成果の活用面・留意点

  • 温風暖房機が既設であっても、ハイブリッドコントローラとHPを導入することでハイブリッド運転方式による暖房が可能にな る。市販価格は、HP(市販機の暖房能力は28.0kW)とハイブリッドコントローラのセットで約1,300千円/台、HPのみで約1,100千円/台で ある。
  • 投入エネルギー、運転経費および二酸化炭素排出量の試算結果は、環境条件や温室の仕様(形状、大きさ、被覆条件など)、光熱単価などの前提条件により変化する。

具体的データ

図1 ハイブリッド運転方式の各運転モードにおけるヒートポンプ(HP)と温風暖房機(AH)の運転動作と設定温度との関係

 

図2 慣行(温風暖房機)暖房時とハイブリッド暖房時の室内温度、外気温、燃料消費量ならびにヒートポンプ(HP)の消費電力の推移

 

表1 暖房負荷の異なる地点における投入エネルギー、運転経費およびCO2排出量の試算

 

その他

  • 研究課題名:トマトを中心とした高収益施設生産のための多収、低コスト及び省力化技術の開発
  • 課題ID:213-a
  • 予算区分:基盤研究費
  • 研究期間:2006~2007年度
  • 研究担当者:川嶋浩樹・高市益行・馬場勝(ネポン(株))・安井清登(三菱重工空調システム(株))・中野有加
  • 発表論文等:川嶋ら(2008)野菜茶研報、7:27-36