蓄熱槽

蓄熱槽：効率的な空調システムを実現する技術

蓄熱槽は、太陽熱や余剰電力などを利用して熱を蓄え、必要な時に放出することで、空調システムの効率化を実現する重要な設備です。近年、省エネルギー化への関心の高まりから、その重要性が増しています。

蓄熱方式

蓄熱槽には、蓄熱方式によって様々な種類があります。主な方式は以下の通りです。

顕熱型: これは、物質の温度変化に伴う熱エネルギーを蓄える方式です。最も一般的なのは水蓄熱で、水に熱を蓄えて空調などに利用します。特に、基礎梁二重スラブを利用した空気調和用蓄熱槽は日本独自の技術として知られています。
潜熱型: 物質が相変化（例えば、固体から液体へ）する際に発生する熱を蓄える方式です。顕熱型に比べて、単位体積あたりの蓄熱量が大きいため、省スペース化に貢献します。
熱化学型: 化学反応を利用して熱を蓄える方式です。反応が可逆的であるため、熱の貯蔵と放出を繰り返すことができます。
光化学型: 光化学反応を利用して熱を蓄える方式です。太陽光などの光エネルギーを効率的に熱エネルギーに変換することができます。

配管回路

蓄熱槽と空調機の間には、熱を運ぶための配管回路が設置されます。配管回路には、開放式と密閉式の2種類があります。

開放式配管回路

開放式配管回路では、冷却された水が蓄熱槽に直接送られ、空調機へと送られます。シンプルでコストが低い反面、ポンプの揚程が大きくなり、動力消費が大きくなるという欠点があります。また、水質管理が重要になります。

密閉式配管回路

密閉式配管回路では、蓄熱槽と空調機の間に熱交換器が設置され、熱交換器を介して熱を伝えます。空調機が高所にある場合など、開放式に比べてポンプの負荷を軽減できるメリットがあります。

蓄熱槽の長所と短所

蓄熱槽には、多くのメリットとデメリットが存在します。

長所

熱源機の設置費用削減: 蓄熱槽を利用することで、熱源機の容量を小さくすることができ、設置費用を削減できます。
ピークカット運転によるコスト削減: 需要のピーク時に蓄熱した熱を利用することで、電力料金のピークカットを実現し、受電設備のコンパクト化や基本料金の削減に繋がります。
冷凍機効率の向上: 冷凍機の高負荷運転を可能にし、効率を向上させることができます。
部分負荷運転: 負荷状況に合わせて運転を調整することができるため、エネルギー効率を高めることができます。
停電時対応: 短時間であれば、蓄熱槽に蓄えられた熱で空調を維持することができます。
生活用水利用: ろ過と消毒により、蓄熱槽の水を生活用水として利用できます。
深夜電力利用: 安価な深夜電力を利用して蓄熱することで、ランニングコストを削減できます。
将来の負荷増加への対応: 運転時間を延長することで、将来的な負荷増加にも対応できます。

短所

建設費: 蓄熱槽の建設には高額な費用が必要となります。ただし、二重スラブを活用できる場合は、構築費を削減できる可能性があります。
熱損失: 蓄熱槽から熱が逃げ出す熱損失が発生します。これは、断熱材の性能や蓄熱槽の形状に依存し、夏季における熱損失は2.5%程度、断熱が不十分な場合は5～7%程度とされています。
開放式配管回路の動力消費: 開放式配管回路では、ポンプの揚程が大きくなり、動力消費が大きくなります。
夜間運転時の管理コスト: 夜間運転を行う場合は、管理者の費用が必要になる場合があります。自動運転システムの導入で削減可能です。
蓄熱槽効率: 蓄熱槽の形状や大きさによって、蓄熱効率が大きく異なります。最適な設計を行う必要があります。蓄熱槽最適設計プログラム(TESEP-Wなど)を用いることで、効率的な設計を行うことが可能です。
水質管理: 二重スラブを利用した開放式蓄熱槽では、水質悪化による配管腐食の問題があります。

まとめ

蓄熱槽は、空調システムの省エネルギー化に大きく貢献する技術です。導入にあたっては、様々な方式や配管回路、長所短所を理解し、最適なシステムを選択することが重要です。また、適切な設計と維持管理を行うことで、その効果を最大限に発揮させることが可能です。

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