熱源・蓄熱・省エネルギーの一問一答

解説
吸収冷凍機は、冷媒の水を高い真空の中で蒸発させて冷水をつくり、蒸発した水蒸気を臭化リチウム水溶液（吸収液）に吸収させ、その吸収液をガスや蒸気などの熱で加熱して水を分離する（再生する）仕組みの冷凍機です。
圧縮機がないので電力の消費は少なく、騒音・振動も小さいのが長所です。
一方で、加熱に使った熱も冷却水で捨てるため、同じ冷凍能力の圧縮式冷凍機より冷却塔の容量が大きくなります。

他の選択肢が誤りである理由
・冷媒と吸収液の組合せが逆です。冷媒が水、吸収液が臭化リチウム水溶液です。
・吸収冷凍機は再生に使った熱も捨てるので、冷却塔の容量は圧縮式より大きくなります。
・吸収冷凍機は圧縮機を持たず、熱で駆動するため、電力の消費量は圧縮式より小さくなります。

覚え方のポイント
「吸収式＝冷媒は水・吸収液は臭化リチウム・熱で駆動・電力小・冷却塔は大きい・立ち上がりが遅い」。圧縮式との比較で出題されます。

解説
氷蓄熱方式は、夜間などに冷凍機で氷をつくって蓄え、昼間にその氷が融けるときの融解潜熱（約334kJ/kg）で冷水をつくる方式です。
水の温度差だけを利用する水蓄熱（顕熱蓄熱）に比べて、同じ量の熱をずっと小さな体積で蓄えられるため、蓄熱槽を小さくできます。
ただし、氷をつくるには冷媒の蒸発温度を低くする必要があるため、冷凍機の成績係数は冷水をつくる場合より低下します。

他の選択肢が誤りである理由
・潜熱は顕熱よりはるかに多くの熱を蓄えられるので、蓄熱槽は小さくできます。
・氷をつくるときは蒸発温度が低くなるため、成績係数は冷水製造時より低くなります。
・氷蓄熱は、氷が融けるときの潜熱を主に利用する方式です。

覚え方のポイント
「氷蓄熱＝潜熱で槽が小さい・冷凍機のCOPは下がる」「水蓄熱＝顕熱で槽が大きい」。夜間に蓄えて昼間のピーク電力を減らす（負荷の平準化）ことが蓄熱の目的です。

解説
温度成層型の蓄熱槽は、温かい水は軽く上へ、冷たい水は重く下へたまる性質を利用して、高温の水と低温の水を混ぜずに上下に分けて蓄える方式です。
冷水を蓄えるときは下部から冷水を入れて上部の温い水を取り出し、使うときは下部の冷水を取り出して、戻ってきた温い水を上部に入れます。
水が混ざると使える温度差が小さくなり、蓄えられる熱量が減るため、流入口の流速を小さくするなどして混合を防ぎます。

他の選択肢が誤りである理由
・かくはんして水温を均一にすると、温度成層が崩れて使える温度差が減ってしまいます。
・水温の高い水は軽いので、槽の上部にたまります。
・流入口の流速が大きいと槽内の水がかき混ぜられて成層が崩れるため、流入口の流速は小さく抑えます。

覚え方のポイント
「温かい水は上、冷たい水は下」「混ぜないほど多く蓄えられる」。連結完全混合槽型との違いも問われます。

解説
コージェネレーションは、発電の際に出る排熱を回収して使うことで、総合的なエネルギー効率を高める仕組みです。排熱の利用先がなければ排熱は捨てられるだけになり、発電だけの効率では系統電力を使う場合より不利になることもあります。熱と電気の需要のバランスが合う建物でこそ効果が出ます。

他の選択肢が正しい理由
・ガスエンジンなどで発電すると同時に、冷却水や排ガスの熱を回収して給湯や暖房などに使い、総合効率を高めます。
・ホテルや病院のように、給湯や暖房などの熱の需要が年間を通して多い建物に向いています。
・回収した排熱を吸収冷凍機の加熱源として使えば、夏期の冷房にも排熱を利用できます。

覚え方のポイント
「コージェネ＝発電＋排熱利用」「熱の需要が多い建物向き」。排熱で吸収冷凍機を動かす組合せも出題されます。

解説
全熱交換器は、排気と取り入れる外気の間で、温度（顕熱）と湿度（潜熱）の両方を交換して、外気負荷を減らす装置です。
ただし、交換素子の汚れや臭いの移行が問題になるため、厨房の油分を含む排気や、便所など臭気の強い排気には使いません。

他の選択肢が正しい理由
・全熱交換器は、顕熱と潜熱の両方を交換できる点が、顕熱だけを交換する顕熱交換器との違いです。
・外気の状態が室内より有利な中間期などは、熱交換すると逆効果になるため、バイパスして外気をそのまま取り入れます。
・外気負荷が減る分、熱源や空調機の容量を小さくできます。

覚え方のポイント
「全熱交換器＝顕熱＋潜熱を交換」「厨房・便所の排気には使わない」「中間期はバイパス」。

解説
外気冷房の可否は、温度だけでなく湿度も含めた熱量である比エンタルピーで判断します。外気の乾球温度が室温より低くても、湿度が高く比エンタルピーが室内より大きければ、取り入れると除湿の負荷が増えて冷房負荷がかえって大きくなることがあります。

他の選択肢が正しい理由
・外気の比エンタルピーが室内空気より低いときに外気を多く取り入れれば、冷凍機を使わずに室内の熱を取り除けます。
・内部発熱の多い事務所ビルでは、外気が涼しい中間期や冬期でも冷房が必要になることが多く、外気冷房で冷凍機の運転を減らせます。
・夜間の涼しい外気を取り入れて建物の躯体を冷やしておき、翌日の冷房負荷を減らす方法をナイトパージといいます。

覚え方のポイント
「外気冷房の条件＝外気の比エンタルピーが室内より小さい」「時期＝中間期、冬期」。温度だけで判断しない点がひっかけになります。

解説
圧縮式冷凍機の成績係数は、冷媒の蒸発温度と凝縮温度の差が小さいほど高くなります。
冷却水の温度を低くすると凝縮温度が下がり、圧縮機の仕事が減るため成績係数は高くなります。
同じように、冷水の出口温度を高めに設定すると蒸発温度が上がり、成績係数は高くなります。

他の選択肢が誤りである理由
・冷却水の温度を高くすると凝縮温度が上がり、成績係数は低くなります。
・冷水の出口温度を低くするほど蒸発温度が下がり、成績係数は低くなります。
・成績係数は、冷却水温度・冷水温度・負荷率などの運転条件によって変わります。

覚え方のポイント
「蒸発温度は高く、凝縮温度は低く＝COPが上がる」。冷却塔の性能維持（冷却水温度を下げる）や、冷水温度の設定の見直しが省エネ策になります。

解説
同じ熱量を運ぶとき、冷温水の往きと還りの温度差を大きくとれば、必要な流量は少なくて済みます（大温度差送水）。
流量が減るとポンプの動力が小さくなり、配管も細くできます。
さらに、負荷に応じてインバータでポンプや送風機の回転数を下げる変流量・変風量の制御を組み合わせると、搬送動力を大きく節減できます。軸動力はおよそ回転数の3乗に比例するためです。

他の選択肢が誤りである理由
・揚程に余裕を多く見込んで大きめのポンプを選ぶと、実際には必要以上の能力で運転することになり、弁で絞るなどして無駄な動力を使います。ポンプは必要な流量と揚程に見合ったものを選定します。
・弁の開度だけで流量を調整すると、弁での抵抗が増えるだけで、動力はあまり減りません。
・ダンパを絞るだけでは動力の節減効果は小さく、回転数制御のほうが大きな効果があります。

覚え方のポイント
「大温度差＋回転数制御＝搬送動力の削減」「弁やダンパで絞るより回転数を下げる」「ポンプや送風機の過大な余裕は無駄な動力になる」。

解説
熱源機器は、定格に近い負荷のときに効率が高く、極端に低い負荷で運転すると効率が落ちるものが多くあります。
熱源を複数台に分けておき、負荷に応じて運転台数を増減させる台数制御を行うと、各機器を効率の良い範囲で運転でき、省エネルギーにつながります。
また、1台が故障しても残りの機器で運転を続けられるという利点もあります。

他の選択肢が誤りである理由
・負荷が小さいときにすべての機器を運転すると、各機器が低い負荷率で運転され、効率が落ちます。
・熱源を複数台に分けておけば、1台が故障しても残りの機器で運転を続けられます。故障に弱くなるのは1台にまとめた場合です。
・1台にまとめると台数制御はできません。複数台に分割しておくことが前提です。

覚え方のポイント
「台数分割＝部分負荷に強い・故障に強い」。熱源の容量を決めるときの考え方として出題されます。

解説
冷房の設定温度を低くするほど、室内と外気の温度差が大きくなって冷房負荷が増え、冷凍機や搬送機器のエネルギー消費は大きくなります。省エネルギーのためには、快適性を損なわない範囲で冷房の設定温度を高めにします。

他の選択肢が正しい理由
・外気の取入れ量は在室者に必要な量を確保すればよく、CO₂濃度を検出して必要最小限に制御すると外気負荷を減らせます。
・始業前の予冷や予熱の時間帯は在室者がいないため、外気の取入れを止める（外気カット）ことで負荷を減らします。
・ポンプや送風機の軸動力は回転数のおよそ3乗に比例するため、インバータで回転数を下げると搬送動力を大きく削減できます。

覚え方のポイント
「外気量はCO₂で必要最小限に」「予冷や予熱の時は外気カット」「搬送は回転数制御」。外気冷房（涼しい外気は積極的に使う）との使い分けが問われます。