温室暖房システムにおける代替エネルギーの貢献度

• 担当機関: （独）農業・食品産業技術総合研究機構 農村工学研究所
• 研究期間: 2009～2009
• 研究担当者: 奥島里美; 佐瀬勘紀; 石井雅久; 森山英樹
• 発行年度: 2009
• 要約: 暖房システムに蓄熱水槽を加えることで熱利用率を高めることができる。また、暖房構成機器の台数や能力が増すにつれて代替エネルギーの貢献度は増加するが、それには飽和点がある。
• キーワード: 代替エネルギー、燃料電池、ヒートポンプ、工場廃熱
• 背景・ねらい: 1970年代のオイルショック時に多くの省エネ技術が研究・開発され、商業温室の省エネ化が着実に進展した。現在の技術開発の視点は、これら省エネ温室において、化石燃料に代わる暖房に必要なエネルギー源に移っており、具体的には燃料電池、ヒートポンプ、廃熱等の利用が検討されている。しかし、日本ではこういった設備を温室に導入するだけに終わり、全体として効率的な暖房システムを設計するといった視点が欠けがちである。そこで、燃料電池、ヒートポンプ、および工場からの廃熱利用の可能性について、シミュレーションにより、代替エネルギーの貢献度やシステム最適化の方向性を明らかにする。

成果の内容・特徴

1. 燃料電池システムにおいては、燃料電池の出力熱量のすべてが温室暖房へ利用できるわけではない。また、燃料電池が提供できる熱量は、温室の暖房に必要な熱量に満たないことも多い。しかし、燃料電池に蓄熱水槽を加えることで、これら熱量のアンバランスを小さくすることができ、熱利用率(温室の暖房必要熱量に対する燃料電池による温室暖房熱量の比率)を高めることができる。(図1)
2. ヒートポンプシステムにおいて、ヒートポンプの能力、温風器(水→空気型熱交換器)の台数、蓄熱水槽の能力が増大するにつれて、温室へ提供される年間総熱量は増加するが、いずれかが律速因子となるため、提供熱量の増加率は能力や台数の増大とともに鈍化していく。そのため、経済的に最適なシステムを考える上では、ヒートポンプの能力、温風器台数、蓄熱水槽の能力、およびそれらの組み合わせが重要である。(図2)
3. ヒートポンプシステムに地下水利用を追加した場合、一定水温が確保できるため、ヒートポンプが提供するエネルギーは、地下水を利用しない場合に比べて大幅に増加する。しかし、いずれのヒートポンプ性能でも、ほぼ同じポイントで増加率の飽和点が存在し、増加率は鈍化する。(図2)
4. 廃熱利用システムにおいて、床暖房システムや温風器の組み合わせによって,補助暖房が必要な年間時間数や補助暖房機の能力が異なる。(図3)

成果の活用面・留意点

1. 化石燃料に代わる温室暖房システムを導入しようとしている生産者に対して、代替エネルギーの貢献度や検討すべきシステムの最適化の方向性を示す。
2. 基本的な傾向を示すものであり、個々の具体的なシステム設計に当たっては、より精緻な検討を要する。

• カテゴリ: 省エネ・低コスト化 ヒートポンプ