空気環境の調整7
冷却塔・蓄熱槽・地域冷暖房方式
冷却塔
空調用途における冷却塔は、主として冷凍機の凝縮熱を大気に放出するための装置として利用され、冷却水の循環系統の一部を形成する。
開放型冷却塔
開放型冷却塔は、充填材、下部水槽、散水装置、送風機等から構成される。
冷却水は主に自ら蒸発して、その潜熱により冷却される。←これ重要(外気が冷却水より低い乾球温度であれば、顕熱を空気に渡しても冷やされる)その場合でも、いくらでも蒸発していくらでも冷却されるのではなく周囲空気の 湿度より限界がある。冷却塔内の冷却水表面は丁度濡れたガ―ゼで包まれて、気流の当たっている湿球温度計と同じ状態になり、その時測っているのは冷却塔入口空気の湿球温度である。
冷却水の温度は理論上この湿球温度よりも低くはなり得ない。冷却水の出口温度と外気湿球温度の差をアプロ―チといい、通常は5℃程度である。 一般に外気の湿球温度が低く、冷却水温度が低い方が冷凍機の凝縮温度が低くなってCOPが向上する。
密閉型冷却塔
冷却水と空気の熱交換は間接的となるので、冷凍機に廻る冷却水の水質悪化の心配がない。しかし同じ冷却能力を得るのに開放型より大型になる。
また熱交換器による通風抵抗の増加に伴い送風機動力が増加するうえ、冷却ポンプとは、別に散水ポンプが必要で高価である。
冷却塔の性能低下の原因
- 散水の不均一
- 送風装置の不具合
- 充填物破損
- 外気の湿球温度が設計値を上回った時
この項目も丸暗記
密閉型は、冷凍機への循環冷却水の大気による水質悪化はないが、塔内の循環散水(一次冷却水)は水質悪化する。
一次冷却水は大気の汚染物質などによって汚染され、レジオネラ属菌の繁殖の危険は開放型と同じである。
冷却塔の設置場所
- レジオネラ症や冷却水の水処理剤による汚染の危険があるので建物の外気取り入れ口から離して設置する。
- 風通しがよく、強風が当たらない場所。
- 屋上に設置する場合は給水圧力を確保するために高置水槽より3m(30kPa)は低くする。
開放型冷却塔の水管理
電気伝導度の変化を連続的に測定し、補給水量を調整する。濃縮管理方法が普及している。
電気伝導度の変化を測定ですから、たまにpHを測定など出ますのでだまされないように、電気伝導度です。
スライムやレジオネラ属菌の増殖を抑制するために、殺菌剤を添加する。
熱源方式
熱源方式は、使用するエネルギーの種類や建築物用途等を考慮して選定されます。
主な方式に以下のようなものがあります。
- 電動冷凍機+ボイラ方式
- 吸収冷凍機+蒸気ボイラ方式
- ヒートポンプ方式
- 直焚吸収冷温水機方式
- コージュネレーション方式
| 方式名称 | 投入エネルギー種別 | 熱媒体種別 | ||
|---|---|---|---|---|
| 冷熱源 | 温熱源 | 冷熱源 | 温熱源 | |
| 電動冷凍機+ボイラ方式 | 電気 | ガス・油 | 冷水 | 温水・蒸気 |
| 吸収冷凍機+蒸気ボイラ方式 | ガス・油 | 冷水 | 蒸気(温水) | |
| ヒートポンプ方式 | 電気 | 冷水 | 温水 | |
| 直焚吸収冷温水機方式 | ガス・油 | 冷水 | 温水 | |
| コージュネレーション方式 | ガス・油 | 冷水 | 温水 | |
電動冷凍機+ボイラ方式
冷熱源として電動機駆動のレシプロ冷凍機やターボ冷凍機を、温熱源として、ガスまたは油焚のセクショナルボイラや炉筒煙管ボイラを用いる方式である。
吸収冷凍機+蒸気ボイラ方式
冷熱源として吸収冷凍機を、冷凍機吸収液再生用の高圧蒸気源および温熱源として蒸気ボイラを用いる方式である。
空調以外の給湯・洗浄・消毒等の用途に高圧蒸気を必要とする病院・ホテル・工場等での採用例が多い。
ヒートポンプ方式
ヒートポンプは1台の機器で冷熱源と温熱源としての動作が可能であり、冷房・暖房切り替えにより冷水、または温水を製造する。
この方式には、空気熱源方式と水熱源方式があり、現在主流は機器本体の使用条件の少ない空気熱源方式である。
最近ではガスエンジン駆動のヒートポンプ(GHP)も採用されている。
ガスエンジンヒートポンプ方式(GHP)とは、圧縮機の駆動用にガスエンジンを用いるヒートポンプ方式をいい、ガスエンジンの排熱を回収して有効利用することができるので、電動機駆動ヒートポンプ方式(EHP)に比べ、寒冷地の暖房熱源に適している。
直焚吸収冷温水機方式
直焚吸収冷温水機方式は、ガス、または油を直接燃焼させ、1台の機器で冷水、または温水、あるいは必要に応じて冷水と温水を同時に製造する機器である。
冷水製造時の基本動作は吸収冷凍機に準ずる。
吸収冷凍機+蒸気ボイラ方式に比べ高圧蒸気ボイラが不要であることから、機器コスト、設置スペースおよび取扱い資格者が不要となる点で有利である。
高圧蒸気を必要としない一般施設で多く用いられている。
コージュネレーション方式
コージュネレーション方式は、ガス、または油を投入エネルギーとして、エンジン、タービン・燃料電池等を用いた発電装置によって発電すると同時に、装置の排熱を空調・給湯などその他のシステムに利用
することにより、エネルギー効率を高めたシステムをいう。
従来の発電方式が投入エネルギー基準の発電効率で見れば30～40%程度とされているのに対し、コージュネレーション方式では排熱の有効利用により、エネルギー利用効率は70～80%となり、
効率向上に応じて省エネルギーが達成される。
蓄熱槽(蓄熱方式)
蓄熱の目的は、熱を計画的に効率よく蓄積し、必要な時に必要なだけ取り出して利用することがある。このため、間欠運転対応、熱源容量削減、熱回収、排熱利用、太陽熱利用、深夜電力利用等の目的で使用される。蓄熱槽の種類
- 密閉式
- 槽が密閉構造で配管や機器の摩擦損失分だけの動力ポンプ容量でよい。
- 開放式
- 槽が大気に開放されている。密閉型に比べ、ポンプの実揚程の分だけ余分な動力が必要で、電気量が高くなる。開放されているので水質汚染に注意が必要。
蓄熱方式のメリット
- 安価な深夜電力の使用が可能
- 熱源機器が故障したときや停電時に短期間であるが、水槽の熱で対処できる
- 夜間運転では凝縮圧力が低くなりCOPが向上する。
- ピ―クカットにより、熱源装置容量を小さくできる。(これにより、設備費、受変電設備容量、及び機械室面積を小さくできる)
- 部分負荷運転の対処が容易にできる(テナントが延長するときなどに)
- 蓄熱槽の水を火災時に消火用水として利用できる。
蓄熱方式のデメリット
- 開放式水槽の場合は実揚程がかかるためポンプの動力が増加する
- 氷蓄熱では蒸発器出口の冷媒温度が低くなりCOPが低下する
- 水槽の構築費が高価
- 夜間運転移行により管理人件費の増大
- 槽内の水混合の、熱損失または熱取得時によって、一般的に蓄熱した熱量を全部有効にくみあげることができない。蓄熱槽の蓄熱効果は一般に60～85%である
上記に主な蓄熱槽のメリット、デメリットを上げていますが、毎年この中から蓄熱槽関連の問題が出題されていますので、覚えましょう。
間違えやすい個所としてはポンプの動力増加は開放型です。たまに密閉型はポンプの増加などで出題されてますから、間違えないように。
地域冷暖房方式
地域地域冷暖房システムとは、複数の建物に対して、一か所にまとめた冷暖房・給湯設備で製造した冷・温水などを供給するシステムです。
一定規模以上の熱媒体を供給する能力をもつ熱源プラントは、熱供給事業法の適用を受け、安定した熱供給が義務付けられています。
- 地域冷暖房方式は大気汚染防止等の公害防止対策が徹底され、個別熱源に比べ、熱源が集中することから高効率の大型機器の使用が可能となり、環境負荷の低減となる。
- 熱源プラントから熱媒体を需要家に供給するための地域配管が必要となり、そのためのスペ―スが必要である。
- ごみ焼却廃熱や未利用エネルギ―の活用がし易く省エネルギ―が図れる。
- 設備の能力が21GJ/h以上で不特定多数の需要家に熱供給する能力を持つ施設は、熱供給事業法の適用を受ける熱供給事業として経済産業大臣の許可を受けなければならない。
- 普通各建築物に最大負荷は同時刻に発生することはないので熱源プラントの設備容量は、各建物の最大負荷の合計より小さくすることが可能である。
赤字で書かれた1 4 5 の項目が確実に暗記すること。
特に設備の能力21GJ/h以上は熱供給事業の適用を受ける。
熱源プラントの設備容量は各建築物の最大負荷の合計より小さくできる。
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これ重要
