2019 Fiscal Year Annual Research Report
Research on high efficiency and reliability of air conditioning system for production facility
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18H01591
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
羽山 広文 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80301935)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菊田 弘輝 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20431322)
森 太郎 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70312387)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 省エネルギー / 空調設備 / 高効率化 / 信頼性評価 / データセンタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究「生産施設用空調方式の高効率化と信頼性に関する研究」は、主にIT機器を収容したデータセンタと高発熱の工作機器を収容した精密機械工場の空調設備に関し、室内作業者の労働環境を確保しながら機器の発熱を確実に高効率で冷却することを目的に以下の事項を実施した。
１．冷涼な外気を活用した潜熱・顕熱冷却空調方式の開発では、①空調機内にダブルの熱交換器を設置し、一方は冷水チラーからの冷水を、他方にはブラインを室外機との間で循環させる「間接外気冷房方式」に関し、実大規模の実証実験と空調設備のシステムシミュレーションにより、システム効率の推定方法を構築し、顕熱冷却空調方式を検討した。また、実在するデータセンタでその性能を検証した。②散水方式による気化冷却方式により冷涼な外気の活用する方式に関し、空調設備のシステムシミュレーションにより、冷却特性を評価する手法を構築し、潜熱冷却空調方式の可能性を検討した。
２．空調設備の保全データの定量化と室温変化を伴う信頼性評価ツールの開発では、①DCで実際に稼動している空調設備の保全データ（故障毎の故障間隔・修理時間）を多数収集し、これらの保全データをワイブル確率紙にプロットし、回帰直線の係数から平均故障間隔（MTBF）を得た。また、対数正規確率紙にプロットし、その回帰直線の係数から平均修理時間（MTTR）を得た。②これらの基礎データをもとに、前年度に作成した信頼度計算プログラムの機能を強化し、ネットワーク状に構成された複雑な空調システム（例えば、A系統－B系統の混在型システムなど）も評価可能な信頼度評価方法を確立した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
特に支障なく遂行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究「生産施設用空調方式の高効率化と信頼性に関する研究」は、主にIT機器を収容したデータセンタと高発熱の工作機器を収容した精密機械工場の空調設備に関し、室内作業者の労働環境を確保しながら機器の発熱を確実に高効率で冷却することを目的に、以下の事項を進める。
１．置換換気空調方式の温度成層形成要因のモデル化と予測手法の開発では、生産施設における高発熱機器からの排熱はプルームにより拡散する。また、その排熱や汚染物質の排出はファンによる強制排気が多く、排出位置も個々に異なる点が特徴的である。本研究では、①縮小模型を用い置換換気の空調給気量、機器換気量、排熱高さ、発熱量、天井高さなどの各パラメータと、機器が設置される領域の温度分布の関係を実験的に解明し、領域の基準化温度差比kv =(θi-θSA)/(θEA-θSA)を用い、アルキメデス数との関係を明確にする。②図7に示すモデルを用い基準化温度差比kvを用い外気冷房併用型置換還気方式のモデルを構築する。これを用いることで、建物条件、気象条件、室内の機器設置条件が変化した場合の空調設備のシステムシミュレーションが可能になり、各種条件での省エネルギー効果の予測手法を開発する。
２．研究成果の取り纏めでは、(1)室内の温熱環境・空気環境の適正化、(2)空調設備の高効率化、(3)空調設備の信頼性確保の3点を主眼に据え、①「空調効率の決定要因解明とIT機器と空調設備を連成した空調方式の開発」、②「冷涼な外気を活用した潜熱・顕熱冷却空調方式の開発」、③「空調設備の保全データの定量化と室温変化を伴う信頼性評価ツールの開発」、④「置換換気空調方式の温度成層形成要因のモデル化と予測手法の開発」の4つの課題について、適応範囲、構成基準、その対策と効果を定量的に明らかにし、実用性の高い成果として取り纏める。
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