報告書番号

GD24015

タイトル（和文）

無給水加湿可能なヒートポンプ式除加湿機の提案とシミュレーションによる性能評価

タイトル（英文）

Proposal of a heat pump driven dehumidifier/humidifier with no water supply and performance prediction through simulation

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
建築物省エネ法の改正や、戸建住宅断熱性能の上位等級6・7 が新設されたことなどから、今後、高断熱・高気密住宅の増加に伴い、全館空調の市場規模の拡大が期待されている。全館空調の場合、家全体の温度を均一に保つことができるが、冬季の乾燥と夏季の高湿が課題である。特に、冬季の加湿については、既存加湿技術は手動給水の手間、自動給水の水配管工事、複雑な空気系統（ダクトなど）による大型化などの課題がある。
目　　的
外気の水分を回収した無給水加湿可能、かつ、空気系統を簡素化したコンパクトな除加湿機を提案し、シミュレーションによる性能評価を行う。
主な成果
1. 除加湿機の提案
除加湿機を2 種類提案した。それぞれを提案機とDB（デシカントブロック）付き提案機と称する。提案機（図1）は、加湿運転時にさらに3 つのモード・過程に分かれる。図1(a)の加湿水確保モードでは、圧縮機が作動し、冷媒の蒸発器となった熱交換器HE1 で外気中の水蒸気を着霜させる。図1(b)の霜融け過程では、還気の熱を利用してHE1 の霜を融かす。HE1 は高分子などで表面処理されており、融解した除霜水を保持できる。図1(c)の除霜水加湿過程では、還気が除霜水によって加湿される。DB 付き提案機（図2）は、提案機にDB を加えたものであり、HE1 を通過した空気中の水蒸気をDB でさらに吸着することで、外気からより多くの加湿水が確保できる（図3）。両提案機は無給水加湿が可能であり、空気系統の小型化や加湿と除湿の両方ができることが特徴である。
2. 除加湿機の性能評価
表1 の計算条件に基づき、シミュレーションを行い、計算結果を図4 と図5 に示す。
・両提案機は、外気温度と相対湿度が高いほど加湿能力が向上する。
・提案機は、外気相対湿度の高い金沢と福岡において、必要加湿量0.4kg/hour を上回る加湿能力を有し、かつ、電力消費量は蒸気加湿の場合より少ない。
・DB 付き提案機は、金沢と福岡に加え、外気温度の低い札幌や仙台、外気相対湿度の低い東京や大阪においても概ね必要加湿量を確保し、かつ、蒸気加湿より省電力である。
外気温湿度条件や必要加湿量に応じて、シンプルな提案機または加湿能力を重視したDB 付き提案機を選択することを推奨する。
今後の展開
要素技術（熱交換器、デシカントブロック）の性能把握と除加湿機の開発を行う。

概要 （英文）

Central HVAC (heating, ventilation, and air conditioning) systems are possible to maintain a comfortable and uniform temperature environment throughout the house, but constant ventilation causes indoor air-drying during winter. Existing humidification technologies, such as steam humidification, evaporative humidification and desiccant humidification, have issues about water supply and increased size due to multi-circuit air connections. In this study, a dehumidifier/humidifier is proposed for central HVAC systems, in which water supply is not required and air circuits are simplified. The proposed dehumidifier/humidifier consists of a heat pump that is composed of a compressor, an expansion valve and two heat exchangers, two air switching mechanisms, and an air chamber. By utilizing the cooling function of the heat pump, the vapor of outside air is condensed as frost on the evaporator. Then the frost is melted and utilized to humidify the indoor air. The relative humidity (RH) of the outside air significantly affects the humidification performance of the proposed dehumidifier/humidifier. When the RH of the outside air exceeds 60%, the required humidification capacity (0.4kg/hour) can be achieved with lower electric power consumption compared to steam humidification methods. However, the humidification performance decreases significantly under low RH conditions. To address this, we propose a hybrid humidifier that incorporates a desiccant block. In the outdoor conditions of six cities across Japan, this hybrid humidifier achieves a humidification capacity of approximately 0.4 kg/hour.

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