附属書G(コージェネレーション設備)¶
G.1 発電効率補正¶
| 定数名 | 説明 | 単位 | 値 |
|---|---|---|---|
\(f_{ cgs, e, cor }\) |
発電効率補正 |
- |
0.99 |
既往調査 [3] により得られた3件の実測データから実際の発電効率とカタログ値(JIS B 8122に規定される性能試験方法による)との比較を行ったところ、 図 4 を得た。 これに基づき安全側の発電効率とするため、発電効率の補正として \(f_{ cgs, e, cor } = 0.99\) とした。
G.2 排熱の熱損失率¶
| 定数名 | 説明 | 単位 | 値 |
|---|---|---|---|
\(f_{ hr, loss }\) |
排熱の熱損失率 |
- |
0.97 |
CGS稼働時間中の配管表面からの熱損失と間欠運転による配管内の循環水の温度低下による損失の計算を行った。 2件の実建物について排温水回路の配管仕様を得て、それに基づき計算した。 想定した配管使用について 表 48 に示す。 表 48 に示した仕様に基づいて排温水回路の配管表面からの熱損失を計算した結果が 表 49 である。 ここでは循環水の温度を85℃、周囲温度を15℃と想定している。 次に配管内の循環水の温度低下による熱損失の計算結果について 表 50 に示す。 CGSが停止後、循環水の温度が85℃から15℃まで冷えると想定し、この分が利用不可能な排熱損失となるものとした。 これを基に配管からの熱損失を集計し、CGSの定格排熱量との比較を行ったものが 表 51 である。 この際、CGSの運転時間は12時間と想定している。 この結果、建物Aでは2.7%、建物Bで1.7%の損失が見込まれる結果となった。 これを基に得られる排熱のうち3%程度は損失として失われるものと考え \(f_{ hr, loss } = 0.97\) と設定した。
| 建物 | CGSの定格排熱量合計 | 配管長(配管径) |
|---|---|---|
建物A |
38.4kW × 1台 |
47.8m(25A) + 5.2m(32A) |
建物B |
52.5kW × 4台 |
14.0m(50A) + 11.0m(80A) + 27.0m(100A) |
建物 |
配管長 |
配管径 |
想定保温厚 [4] |
保温仕様 [5] |
線熱損失係数 |
温度差 |
熱損失 |
熱損失合計 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
- |
m |
A |
mm |
- |
W/(m・K) |
K |
W |
W |
建物A |
47.8 |
25 |
20 |
保温仕様2 |
0.270 |
70 |
903 |
1032 |
5.2 |
32 |
20 |
保温仕様2 |
0.354 |
70 |
129 |
||
建物B |
14.0 |
50 |
20 |
保温仕様3 |
0.388 |
70 |
380 |
2089 |
11.0 |
80 |
20 |
保温仕様3 |
0.388 |
70 |
478 |
||
27.0 |
100 |
25 |
保温仕様2 |
0.651 |
70 |
1230 |
建物 |
配管長 |
配管径 |
保有水量 |
温度差 |
熱損失量 |
熱損失量合計 |
|---|---|---|---|---|---|---|
- |
m |
A |
m3 |
K |
Wh |
Wh |
建物A |
47.8 |
25 |
0.0023 |
70 |
1904 |
2243 |
5.2 |
32 |
0.0040 |
70 |
339 |
||
建物B |
14.0 |
50 |
0.0270 |
70 |
2231 |
23928 |
11.0 |
80 |
0.0550 |
70 |
4487 |
||
27.0 |
100 |
0.0080 |
70 |
17210 |
建物 |
表面熱損失 |
運転時間想定 |
表面熱損失量 |
間歇運転による熱損失量 |
熱損失量合計 |
日積算排熱量 |
熱損失比率 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
- |
W |
時間 |
kWh |
kWh |
kWh |
kWh |
% |
建物A |
1032 |
12 |
12.4 |
2.2 |
14.6 |
537.6 |
2.7 |
建物B |
2089 |
12 |
25.1 |
23.9 |
49.0 |
2940.0 |
1.7 |
G.3 CGS補機動力比率¶
| 定数名 | 説明 | 単位 | 値 |
|---|---|---|---|
\(f_{ esub, cgswc }\) |
CGS補機動力比率(冷却塔があるとき) |
- |
0.05 |
\(f_{ esub, cgsac }\) |
CGS補機動力比率(冷却塔がないとき) |
- |
0.06 |
既往調査 [3] により得られた1件の実測データから運転時間中の補機動力と発電出力について平均をとったところ、 表 53 を得た。 本プログラムの参考としたCASCADEⅢ [6] においては補機動力は発電出力の5%と見込まれているが、実態は6%に近い結果であった。 特に冷却塔ファンと冷却塔ポンプが1%程度を占めており、放熱用の冷却塔を設置する大型のCGSでは補機動力が大きくなると想定されることから、放熱用ラジエータを持つため冷却塔が不要なマイクロCGS(発電出力50kW以下)については従来通り \(f_{ esub, cgsac } = 0.05\) とし、それよりも大型のCGSについては \(f_{ esub, cgswc } = 0.06\)と設定した。
建物ID01 |
CGS発電出力 |
補機動力 |
|||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
CGS本体 |
温水循環ポンプ |
冷却塔ファン |
冷却塔ポンプ |
合計 |
|||
冬期 |
電力 |
700W |
17.4W |
11.1W |
0.4W |
3.3W |
32.2W |
発電出力比 |
- |
2.5% |
1.6% |
0.1% |
0.5% |
4.6% |
|
中間期 |
電力 |
700W |
22.4W |
11.1W |
2.9W |
3.4W |
39.8W |
発電出力比 |
- |
3.2% |
1.6% |
0.4% |
0.5% |
5.7% |
|
夏期 |
電力 |
700W |
22.6W |
11.0W |
4.2W |
3.3W |
41.1W |
発電出力比 |
- |
3.2% |
1.6% |
0.6% |
0.5% |
5.9% |
|
G.4 CGSが間欠運転する場合の最大稼働時間¶
| 定数名 | 説明 | 単位 | 値 |
|---|---|---|---|
\(T_{ STn }\) |
CGSが間欠運転する場合の最大稼働時間 |
h/日 |
14 |
既往調査 [3] により行われたアンケート調査で回答があった77件のCGS導入建物におけるCGSの時間帯別稼働率を分析し、 表 55 を得た。 表 55 では全用途平均及び主要用途の集計結果を示している。 建物用途ごとに多少の違いはあるが、夏期の平日にはおおよそ8時から19時のCGS稼働率が高い。 最も運転時間が長い病院では夏期の平日の平均運転時間が14時間程度となっている。 ホテルは他の用途と運転時間帯の傾向が大きく異なるが、運転時間は11時間程度となっており、運転時間で見れば他の用途と大差ない。
また、別途実施されたシステム設計者へのヒアリング調査では、CGSの耐用年数を15年~20年と想定し、その中で耐用運転時間数(機器ごとに異なるがおよそ60000時間程度)を割り当てると年間の運転時間は3000~4000時間程度が目安となるとの設計思想が示されている。 アンケート調査の結果とヒアリング調査の結果を踏まえて、休日や中間期などで負荷が小さい日にはCGSを稼働しない、または運転時間が短くなることを想定すると、1日の最大運転時間は14時間程度と考えるのが妥当であると判断し、建物用途によらず \(T_{ STn } = 14\) と設定した。
G.5 排熱投入型吸収式冷温水機の排熱利用時のCOP¶
| 定数名 | 説明 | 単位 | 値 |
|---|---|---|---|
\(f_{ COP, link, hr }\) |
排熱投入型吸収式冷温水機の排熱利用時のCOP |
- |
0.75 |
排熱投入型吸収式冷温水機のメーカーより提示された2機種の排熱投入可能率とガス消費量の削減率(図 5、図 6)から排熱のみで冷熱製造を行っている場合のCOPを算出したところ、0.79~0.82程度の数値となった。そのため、 \(f_{ COP, link, hr } = 0.75\) と設定した。
G.6 運転判定基準必要電力比率および運転判定基準必要排熱比率¶
| 定数名 | 説明 | 単位 | 値 |
|---|---|---|---|
\(f_{ eopeMn }\) |
運転判定基準必要電力比率 |
- |
0.5 |
\(f_{ hopeMn }\) |
運転判定基準必要排熱比率 |
- |
0.5 |
運転判定基準必要電力比率は、定格発電出力に対してどれだけの電力負荷があればCGSの運転を行うかを表す。 運転判定基準必要排熱比率も同様に定格排熱回収量に対してどれだけの熱負荷があれば運転を行うかを表す。 負荷が小さいときに運転を行うかどうかの判断は、建物ごとに異なり、現場の運転管理者に判断が委ねられることが多い。 そのため、どの建物にも適用できる一律の数値を設定することが難しいが、JIS B 8122におけるCGSの性能試験方法において負荷率50%での試験が示されており、実運用でも50%程度の部分負荷で運転を行う建物が散見されることから \(f_{ eopeMn } = 0.5\) 、 \(f_{ eopeMn } = 0.5\) と設定した。
G.7 CGSによる電力負荷の最大負担率¶
| 定数名 | 説明 | 単位 | 値 |
|---|---|---|---|
\(f_{ elmax }\) |
CGSによる電力負荷の最大負担率 |
- |
0.95 |
現状では、電力負荷のすべてをCGSの発電により賄う制御は行わず、一部は必ず買電を行う制御を導入して、逆潮流が発生しないようにする運用が一般的となっている。 CASCADEⅢ [6] においては、年間のピーク電力の5%分は買電量として確保する設定がデフォルトとなっている。 これを参考に本プログラムでは、電力負荷のうち5%は少なくとも買電を行うものと想定し、 \(f_{elmax} = 0.95\) と設定した。
G.8 排熱投入型吸収式冷温水機の定格運転時の排熱投入可能率(定格条件)および排熱投入型吸収式冷温水機が排熱のみで運転できる最大負荷率(定格条件)¶
| 定数名 | 説明 | 単位 | 値 |
|---|---|---|---|
\(f_{ link, rated, b }\) |
排熱投入型吸収式冷温水機の定格運転時の排熱投入可能率(定格条件) |
- |
0.15 |
\(f_{ link, min, b }\) |
排熱投入型吸収式冷温水機が排熱のみで運転できる最大負荷率(定格条件) |
- |
0.3 |
これらの数値についてはCASCADEⅢ [6] におけるデフォルト値を採用した。
G.9 排熱温度による排熱投入可能率の低下率¶
| 定数名 | 説明 | 単位 | 値 |
|---|---|---|---|
\(f_{ link, down }\) |
排熱温度による排熱投入可能率の低下率 |
- |
0.125 |
既往調査 [3] による2件の実測値では、排熱投入型吸収式冷温水機の排温水入口温度として 図 7 に示す分布が得られている。 2件の実測値では、いずれも排熱投入型吸収式冷温水機の定格入口温度よりも実際の入口温度は低い状況である。 建物ID04は排熱投入型吸収式冷温水機2台が連続して接続されており、1台目で利用された後の排温水が2台目に投入される方式となっていることも排温水の入口温度が機器の定格値より低い要因と考えられる。 これらの結果から排熱投入型吸収式冷温水機の排温水入口温度は定格値よりも少なくとも2℃程度は低下しているものと考えた。 そこで、排熱投入型吸収式冷温水機の排温水入口温度が2℃低下した場合の排温水投入可能量についてメーカー2社の特性を調べた。 温度低下による影響がより大きかった機器の特性を 図 8 に示す。 図に示すとおり排温水温度が2℃低下することにより、負荷率1.0の時では排熱投入可能量が12.5%低下している。 このことから \(f_{ link, down } = 0.125\) と設定した。
G.10 他の設備の計算結果の読み込み¶
G.10.1 日積算消費電力(一次エネルギー換算)¶
空気調和設備、機械換気設備、照明設備、給湯設備、昇降機、効率化設備(太陽光発電)、その他の各項目について、以下の通り日積算消費電力を出力する。 これらはコージェネレーションの電力負荷を算出するために必要となる。
- 空気調和設備 \(E_{ AC, total, d }\)
次の4つの日積算値 [MWh/d] を出力する。
- 空調機群の電力消費量(MWh)\(E_{AC, ahu, i}\)
- 二次ポンプ群の電力消費量(MWh)\(E_{ AC, pump, i }\)
- 熱源群主機の電力消費量(MWh)\(E_{ AC, ref, i }\)
- 熱源群補機の電力消費量(MWh)\(E_{ AC, ref, sub, i }\)
ただし、以下の点に留意する。
- 熱源群主機の一次エネルギー消費量 \(E_{AC, ref, i }\) (式2.1.98/ [5] p191)についてはエネルギー源を電力とする熱源機のみを対象とし、その他のエネルギー源による熱源機の一次エネルギー消費量は積算の対象外とする。
- 様式7-3「⑪排熱利用する空調熱源群名称(温熱源)」で指定した温熱源システム群にある主機の電力消費量については積算の対象外とする。
これは、排熱利用によって温熱負荷を賄った場合に、排熱利用する温熱源システムの主機の一次エネルギー消費量が削減されるため、この分の電力をコージェネレーションの電力負荷として見込むと電力負荷を大きく見込みすぎる可能性があるためである。
- 機械換気設備 \(E_{ V, total, d }\)
機械換気設備の電力消費量(MWh)\(E_{ v }\) (式2.2.1/ [5] p283)を日単位に分解した日積算値の一次エネルギー消費量を出力する。
- 日単位への分解時には平日と休日で運転スケジュールが規定されているものについてはそれに従い、年間での運転時間が規定されているものについては年間積算値を年間日数で除して1日分の値とする。
- 照明設備 \(E_{ L, total, d }\)
照明設備の電力消費量(MWh) \(E_{ L }\) (式2.3.1/ [5] p295)を日単位に分解した日積算値の一次エネルギー消費量を出力する。
- 日単位への分解時には平日と休日で運転スケジュールが規定されているものについてはそれに従い、年間での運転時間が規定されているものについては年間積算値を年間日数で除して1日分の値とする。
- 給湯設備 \(E_{ W, total, d }\)
給湯設備(エネルギー源を電力とする給湯機器のみが対象)の電力消費量(MWh)\(E_{ w }\) (式2.4.1/ [5] p306)を積算した値を日単位に分解した日積算値の一次エネルギー消費量を出力する。
- 日単位への分解時には年間給湯日数が365日の室に由来するエネルギー消費量については365で除し、それ以外の室で年間給湯日数と室使用パターン1の年間日数が一致するものは給湯設備の年間一次エネルギー消費量をその日数で除したエネルギー消費が室使用パターン1の日にあるものとする。そうでないものは給湯設備の年間一次エネルギー消費量を年間給湯日数で除したエネルギー消費が室使用パターン1と室使用パターン2の日にあるものとする。
- 様式7-3「⑫排熱利用する給湯機器名称」で指定した給湯機器の燃料種類が電力の場合、この機器の一次エネルギー消費量は積算の対象外とする。
これは、排熱利用によって給湯負荷を賄った場合に、排熱利用する系統と同じ系統にある給湯機器の一次エネルギー消費量が削減されるため、この分の電力をコージェネレーションの電力負荷として見込むと電力負荷を大きく見込みすぎる可能性があるためである。
- 昇降機 \(E_{ EV, total, d }\)
昇降機の電力消費量(MWh)\(E_{ EV }\) (式2.5.1/ [5] p314)を日単位に分解した日積算値の一次エネルギー消費量を出力する。
- 日単位への分解時には昇降機の年間運転時間 \(T_{ EV, i }\) ( [5] p316)の計算に合わせて、昇降機が「主にサービスを提供する室」の室用途の標準使用条件における年間照明点灯時間の割り付けと同一とする。つまり「主にサービスを提供する室」の照明用一次エネルギー消費量を日単位に分解した際と同様の日に昇降機の消費電力を割り付ける。
- 効率化設備(太陽光発電)\(E_{ PV, total, d }\)
太陽光発電設備による発電量における自己消費量 \(E_{ PV_consumption }\)(式2.6.5・式2.6.6/ [5] p327)の日積算値を出力する。
- その他 \(E_{ M, total, d }\)
その他の電力消費量(MWh)\(E_{ M }\) (式3.6.1/ [5] p402)を日単位に分解した日積算値の一次エネルギー消費量を出力する。日単位への分解は各室用途の機器発熱のスケジュールに従う。
G.10.2 排熱利用する排熱投入型吸収式冷温水機(吸収式冷温水機(一重二重併用形))の主機の日積算一次エネルギー消費量(冷熱源群)\(E_{ AC, ref, c, d }\)¶
様式7-3「⑩排熱利用する空調熱源群名称(冷熱源)」に存在する次の熱源機種について、当該熱源主機の日積算一次エネルギー消費量 \(E_{ AC, ref, i }\) (式2.1.98/ [5] p191)を冷熱源システムとして稼働した期間のみ出力する。
ただし、「排熱利用する空調熱源群」に蓄熱槽がある場合、「追掛」運転用の熱源群について当該処理を行うこととする。
機種 |
XML |
|---|---|
吸収式冷凍機(蒸気) |
AbcorptionChiller_Steam |
吸収式冷凍機(冷却水変流量、蒸気) |
AbcorptionChiller_Steam_CTVWV |
吸収式冷凍機(温水) |
AbcorptionChiller_HotWater |
吸収式冷凍機(一重二重併用形、都市ガス) |
AbcorptionChiller_Combination_CityGas |
吸収式冷凍機(一重二重併用形、冷却水変流量、都市ガス) |
AbcorptionChiller_Combination_CityGas_CTVWV |
吸収式冷凍機(一重二重併用形、LPG) |
AbcorptionChiller_Combination_LPG |
吸収式冷凍機(一重二重併用形、冷却水変流量、LPG) |
AbcorptionChiller_Combination_LPG_CTVWV |
吸収式冷凍機(一重二重併用形、蒸気) |
AbcorptionChiller_Combination_Steam |
吸収式冷凍機(一重二重併用形、冷却水変流量、蒸気) |
AbcorptionChiller_Combination_Steam_CTVWV |
G.10.3 排熱利用する排熱投入型吸収式冷温水機(吸収式冷温水機(一重二重併用形))がある冷熱源群の代表負荷率 \(mxL_{ AC, ref, c, d}\)¶
様式7-3「⑩排熱利用する空調熱源群名称(冷熱源)」の代表負荷率 \(mxL_{ AC, ref, i(m,n) }\) (式2.1.91・式2.1.93/ [5] p189)を日別に出力する。
ただし、「排熱利用する空調熱源群」に蓄熱槽がある場合、「追掛」運転用の熱源群について当該処理を行うこととする。
G.10.4 排熱利用する温熱源群の主機の日積算一次エネルギー消費量 \(E_{ AC, ref, h, hr, d }\)¶
様式7-3「⑪排熱利用する空調熱源群名称(温熱源)」の熱源群の主機の日積算一次エネルギー消費量 \(E_{ AC, ref, i }\)(式2.1.98/ [5] p191)を温熱源システムとして稼働した期間のみ出力する。
- 燃料種別によらず対象熱源群にある全ての熱源機を積算対象とする。
ただし、「排熱利用する空調熱源群」に蓄熱槽がある場合、「追掛」運転用の熱源群について当該処理を行うこととする。
G.10.5 排熱利用する温熱源群の熱源負荷 \(q_{ AC, ref, h, hr, d }\)¶
様式7-3「⑪排熱利用する空調熱源群名称(温熱源)」の温熱源群の熱源負荷 \(Q_{AC, ref, i, d }\) (式2.1.86/ [5] p184)を日別に出力する。
ただし、「排熱利用する空調熱源群」に蓄熱槽がある場合、「追掛」運転用の熱源群について当該処理を行うこととする。
G.10.6 排熱利用する給湯系統の一次エネルギー消費量 \(E_{ W, hr, d }\)¶
様式7-3「⑫排熱利用する給湯機器名称」の給湯機器の給湯設備の年間一次エネルギー消費量 \(E_{ w }\) (式2.4.1/ [5] p306)を日単位に分解した値を出力する。
- 日単位への分解の方法は、「①日積算消費電力(一次)」で記載した給湯の項目と同一とする。
G.10.7 排熱が利用できる系統の給湯設備の給湯負荷 \(q_{ W, hr, d }\)¶
様式7-3「⑫排熱利用する給湯機器名称」の給湯機器の年間給湯負荷 \(Q_{ wr, i }\) (式2.4.2/ [5] p306)を日別に出力する。
G.10.8 日積算空調運転時間(冷熱源群) \(T_{ AC, c, d }\)¶
様式7-3「⑩排熱利用する空調熱源群名称(冷熱源)」の熱源群を冷熱の熱源群名称として様式2-7.(空調)空調機入力シートで指定している空調機群の冷房運転時間 \(T_{ AC, ahu, c, i, d }\)(式2.1.57~61/ [5] p173)を日別に出力する。
ただし、「排熱利用する空調熱源群」に蓄熱槽がある場合、「追掛」運転用の熱源群について当該処理を行うこととする。
G.10.9 日積算空調運転時間(温熱源群) \(T_{ AC, h, d }\)¶
様式7-3「⑪排熱利用する空調熱源群名称(温熱源)」の熱源群を温熱の熱源群名称として様式2-7.(空調)空調機入力シートで指定している空調機群の暖房運転時間 \(T_{ AC, ahu, h, i, d }\)(式2.1.62~64/p174)を日別に出力する。
ただし、「排熱利用する空調熱源群」に蓄熱槽がある場合、「追掛」運転用の熱源群について当該処理を行うこととする。
G.11 係数 \(f_{ eopeHi }\) (建物の運用時間帯と比運用時間帯の平均電力差)の算出方法¶
1) 計算対象建築物に存在する室用途について、時々刻々の①空調運転スケジュール、②照明発熱スケジュール、③機器発熱スケジュールを取得する(8760×1の行列)。
* 使用するデータベース ROOM_COND.csv
* 空調運転スケジュール(小数もあり)については、0より大きければ「1」、0であれば「0」とする。その他のスケジュールは小数も可とする。
2) 計算対象建築物に存在する全ての室について、次の時刻tの床面積重み付けスケジュール(8760×1の行列)を算出する。
様式1に記載のある室のうち「空調計算対象室」について、
様式1に記載のある室のうち「照明計算対象室」について、
様式1に記載のあるすべての室について、
3) 上項で求めた時刻別のスケジュールを元に、各日の積算値を1とした比率を算出する(8760×1の行列)。
ここで、
\(Sawdsum _{ac}(d)\) : 日付dの \(Sawt_{ac}(t)\) の積算値(各日の1〜24時の値を積算した値)
\(Sawdsum _{lt}(d)\) : 日付dの \(Sawt_{lt}(t)\) の積算値(各日の1〜24時の値を積算した値)
\(Sawdsum _{oa}(d)\) : 日付dの \(Sawt_{oa}(t)\) の積算値(各日の1〜24時の値を積算した値)
4) 計算対象建築物全体の日付dの時刻tにおける電力消費量 \(Et_{ele}(t)\) を算出する(8760×1の行列)。
ここで、
\(Eac_{ele}(d)\):日付dにおける空気調和設備の日積算電力消費量 [MWh/day]
\(Ev_{ele}(d)\):日付dにおける機械換気設備の日積算電力消費量 [MWh/day]
\(Elt_{ele}(d)\):日付dにおける照明設備の日積算電力消費量 [MWh/day]
\(Ehw_{ele}(d)\):日付dにおける給湯設備の日積算電力消費量 [MWh/day]
\(Eev_{ele}(d)\):日付dにおける昇降機の日積算電力消費量 [MWh/day]
\(Eoa_{ele}(d)\):日付dにおけるその他の日積算電力消費量 [MWh/day]
5) 日付dについて、係数 \(f_{eopeHi}(d)\) を算出する。
ここで、
\(Epv_{ele}(d)\):日付dにおける太陽光発電設備の日積算発電量 [MWh/day]
であり、
とする。