Vol.4 No.3 2011

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シンセシオロジー 研究論文−132−Synthesiology Vol.4 No.3 pp.132-139(Sep. 2011)1 研究目的民生業務部門では、エネルギー消費量が徐々に増加している。つまり、民生部門ではトップランナー方式の導入で個別機器の省エネ化が図られる一方で、生活の利便性・快適性追求の流れや世帯数の増加等が原因となって、エネルギー消費は右肩上がりである。特に、業務部門ではオフィスのOA化等が進み、エネルギー消費は増大している。表1は業務用ビルのエネルギー消費構造を統計的に調べた結果[1]である。これによると、照明・コンセントが42.4 %と最も高く、熱源が31.2 %で続いている。前者についてはOA機器の省エネ化やLED照明の導入で対策が取られつつある。後者については、20年以上前に設置導入された効率の悪い冷凍機やボイラ等が、エスコ事業等によってCOP(成績係数)の高い機器と入れ替えられ、徐々に改善が進んでいる。このようなハードの入れ替えによる省エネ促進は効果的ではあるが、初期投資に大きな予算が必要となる点は否めない。この研究ではビルの空調には欠かせない熱搬送、その中でも循環水を用いた冷温水搬送の動力削減に焦点を当てた。表1の中で冷温水1次ポンプおよび2次ポンプ動力の占める割合は2.6 %以上と推測され、エネルギー消費の絶対値は少ない。しかし、界面活性剤を利用した流動抵抗低減技術を導入すると、既存の熱搬送システムを改造する必要なく使用電力を低減させることができる。この技術は1949年Tomsが界面活性剤の存在下で流動抵抗が数十%低減できると指摘[2]した現象に基づいており、日本でも基礎研究やビル空調システムに導入する実用化がなされている。しかし、導入したデータの公表がほとんどなく、界武内 洋近年、二酸化炭素の排出量が民生業務部門でも増加している。この実験ではビルの冷暖房用循環水の搬送動力を低減させることを目的として、循環水に高分子や界面活性剤を混ぜると発現する流動抵抗低減効果、いわゆるToms効果を利用し、その有効性を検証した。この効果については、多くの基礎研究やビルへの適用例もいくつかあるが、複雑な配管路から構成される実際のビルの循環水に界面活性剤をどのように注入するか、注入後管内の流動や伝熱の性能はどのように変化するか、さらにこの効果を長期にわたり維持継続する方法等について明確にした報告がなく、この技術の普及の妨げとなっている。この論文では札幌市役所本庁舎の冷暖房システムを使用して行った実証実験で得られた知見を示し、それを一般化してこの技術の普及につなげたい。札幌市庁舎ビルの空調システムの省エネルギー化実証実験− 界面活性剤を用いた流動抵抗低減によるポンプ動力の低減 −Hiromi TakeuchiDemonstration test of energy conservation of central air conditioning system at the Sapporo City Office Building- Reduction of pump power by flow drag reduction using surfactant -In recent years, the amount of carbon dioxide emission in the civilian sector has been increasing. In this experiment, the so-called Toms effect, i.e. the effect of flow drag reduction when surfactant is injected to circulating water, has been verified to reduce the transfer power of circulating water for air conditioning systems of buildings. Concerning this effect, much basic research and a few applications to buildings have been reported. There is no clear report, however, on how to add the surfactant to the circulating water in buildings constructed with complicated pipework, how the flow and heat transfer performance change after the injection of the surfactant, and how to maintain the effect for a long time. Consequently, the technology using this effect has not yet been put to practical use. This paper presents the findings of the demonstration test using the air conditioning system at the Sapporo City Office Building. Generalization of the results will hopefully lead to the spread of this technology.キーワード:界面活性剤、流動抵抗低減、ビル空調システム、省エネルギー、実証実験Keywords:Surfactant, drag reduction, central heating/cooling system, energy conservation, demonstration test次世代化学材料評価技術研究組合 〒305-8565 つくば市東1-1-1 産総研つくば中央第5-2Chemical Materials Evaluation and Research Base AIST Tsukuba Central 5-2, 1-1-1 Higashi, Tsukuba 305-8565, Japan E-mail:Original manuscript received October 29, 2010, Revisions received August 22, 2011, Accepted August 24, 2011

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