報告書番号

M12003

タイトル（和文）

CO2ヒートポンプ給湯システムの高効率化を目指した貯湯タンク内温度分布計算手法の開発 －給湯・ふろ湯張システム用モデルの構築－

タイトル（英文）

Development of a simulation model to predict the temperature distribution in hot water storage tanks for improving the efficiency of CO2 heat pump water heaters -A Model for Heat Pump Water Heaters with Basic Functions-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

CO2ヒートポンプ給湯システムでは、貯湯タンク底部の水がヒートポンプへの入水となる。この入水温度は、ヒートポンプの効率を通じて、システム全体の効率に大きく影響を及ぼす。このため、タンク内の温度分布を再現・予測できる手法の開発が求められている。
そこで、本報告では、貯湯タンクをn等分し円柱形と仮定した一次元熱伝導解析による計算手法を提案した。貯湯タンクを頂部、底部、中間部の3つに分け、それぞれに実験から求めた熱通過率を用いる放熱モデル、出湯能力などからタイムステップ毎の出湯量を確定し、この部分を移動し、体積比により加重平均する出湯モデル、同様な給湯モデルを考案した。タンク内の温度分布について、JRA標準給湯モード等の試験結果と計算結果を比較したところ、両者はよく一致した。温度成層をなすタンク内の温度分布を再現・予測できる簡便な計算手法を開発できた。

概要 （英文）

In CO2 heat pump water heater systems, water at the bottom of hot water storage tanks usually flows into heat pumps. The heat pump inlet temperature affects significantly the total efficiency of the system through the heat pump efficiency. It is, therefore, needed to develop methods to predict the tank water temperatures.
In this report, a new method, based on one-dimensional heat conduction analysis, has been proposed. The hot water storage tank is assumed to be composed of cylinders of the same size. In hot water storage mode, the amount of hot water entering the tank was calculated and determined at each time step. The weighted average temperature by the volume ratio was the new temperature of each cylinder. In hot water supply mode, the temperature is calculated in the same way.
For considering the heat loss of the tank, the heat transfer coefficients are given for three parts of the tank, the top cylinder, the bottom cylinder and the rest cylinders. These coefficients were determined by the test results.
The calculated temperature distributions in the tank were compared with the separately performed test for conditions such as that of JRA standard test mode, and agreed well with the test results. The simple computational methods to predict the tank water temperature has been developed.

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