ヒートポンプ式外気換気装置の動作原理

目次[隠れる]

• 1. 基本構成
• 2. 動作原理
  • （１）換気
  • （2）熱回収とヒートポンプの調整
  • （３）空気浄化と換気
• 3. 作業モード
• 4. 省エネとメリット
• 5. 典型的なアプリケーションシナリオ
• 要約する

ヒートポンプ式外気換気装置は、外気換気とヒートポンプ技術を組み合わせた装置です。室内および屋外の空気の熱または冷気を回収することで、効率的な換気と省エネを実現します。その動作原理は、主にヒートポンプの冷暖房サイクルと空気熱交換技術に基づいています。詳細な動作原理は以下のとおりです。

1. 基本的な構成

ヒートポンプ式外気換気装置には通常、次のコアコンポーネントが含まれます。

• ヒートポンプシステム: コンプレッサー、蒸発器、凝縮器、膨張弁、熱伝達用の冷媒が含まれます。
• 全熱交換器（または顕熱交換器）: 屋内と屋外の空気間の熱や水分の交換に使用されます。
• 新鮮な空気と排気ダクト：屋外の新鮮な空気を導入し、屋内の汚染された空気を排出します。
• ファン: 空気の流れを駆動します。通常は給気ファンと排気ファンが含まれます。
• ろ過システム: 室内に入る新鮮な空気を浄化し、粒子状物質、汚染物質などを除去します。
• 制御システム: 動作モード、温度、風量などのパラメータを調整します。

2. 仕組み

ヒートポンプ式外気換気装置の動作プロセスは、換気そして熱回収/調節2つの主な部分:

（１）換気

• 新鮮な空気の導入: 屋外の新鮮な空気は外気ダクトを通じてファンに吸い込まれ、フィルターによって浄化され、ほこりやPM2.5などの汚染物質が除去されます。
• 排気：室内の汚れた空気（二酸化炭素、臭気などを含む）は排気ダクトを通じて屋外に排出されます。
• 2 つの空気流は全熱交換器内で合流しますが、直接混合しないように仕切りによって分離されます。

（2）熱回収とヒートポンプの調整

ヒートポンプ式外気換気装置の核心は、ヒートポンプシステムと熱交換器を通じてエネルギーを効率的に利用することです。具体的なプロセスは以下のとおりです。

• 全熱交換（または顕熱交換）：
  • 全熱交換器では、室内の排気と屋外の新鮮な空気が熱と湿度を交換します。
  • 夏：室内の冷たい空気（低温・低湿度）を屋外の熱い空気（高温・高湿度）と入れ替え、新鮮な空気を予冷し、新鮮な空気の温度と湿度を下げます。
  • 冬：室内の暖かい空気（高温低湿）を屋外の冷たい空気（低温高湿）と交換し、新鮮な空気を予熱し、新鮮な空気の温度を上昇させ、湿度の一部を回復します。
  • 交換効率は通常60%-80%に達し、新鮮な空気の温度差負荷を大幅に軽減します。
• ヒートポンプシステムの規制：
  • ヒートポンプは冷媒の循環を通じて新鮮な空気の温度をさらに調整します。
  • 冷房モード（夏）ヒートポンプの蒸発器は新鮮な空気から熱を吸収します。冷媒は蒸発後、コンプレッサーによって圧縮され、凝縮器で排気または室外に熱を放出します。新鮮な空気は冷却され、室内に送り込まれます。
  • 暖房モード（冬）：ヒートポンプが逆回転し、冷媒が排気または外気から熱を吸収し、コンデンサーで熱を放出して新鮮な空気を加熱し、室内に送り込みます。
  • ヒートポンプシステムは、逆カルノーサイクルを通じて効率的な熱伝達を実現し、エネルギー効率比（COP）が高く、大幅な省エネ効果をもたらします。

（３）空気浄化と換気

• 熱交換とヒートポンプによって調整された新鮮な空気は、ろ過システムを通じてさらに浄化され、空気の質が確保されます。
• 浄化された新鮮な空気は送風機によって室内に送り込まれ、正圧を維持しながら室内の空気を新鮮に保ち、外部の汚染物質の侵入を防ぎます。

3. 作業モード

ヒートポンプ外気換気装置は、環境やニーズに応じてさまざまなモードに切り替えることができます。

• 完全熱交換モード：熱と湿度の回収は熱交換器のみで行いますので、気温差の大きい季節にも適しています。
• ヒートポンプアシストモード: ヒートポンプ システムが新鮮な空気の温度をさらに調整し始め、極端な天候 (猛暑や極寒など) に適しています。
• バイパスモード：室内と屋外の温度差が小さいとき（春や秋など）、熱交換器をバイパスして新鮮な空気を直接導入することで、エネルギーを節約できます。
• 一方向換気モード: 新鮮な空気または排気のみを供給し、特定のシナリオ(急速な汚水排出など)で使用されます。

4. エネルギーの節約と利点

• 高効率と省エネ：70%-90%の冷熱能力は熱交換器を通じて回収され、ヒートポンプシステムによりエネルギー消費がさらに削減され、総合的なエネルギー効率は一般の換気設備をはるかに上回ります。
• 快適：外気温度が室内温度に近くなり、冷気・温気の直接流入を避け、室内の温度・湿度を安定させます。
• 空気の質：継続的に新鮮な空気を導入し、汚れた空気を排出し、汚染物質をろ過し、室内環境を改善します。
• 柔軟性ヒートポンプシステムは気候条件に応じて冷房または暖房が可能で、一年中使用できます。

5. 典型的なアプリケーションシナリオ

• 住宅、オフィス、学校、その他高い空気質が求められる場所。
• 省エネビルやパッシブハウスでは、密閉構造を採用することで換気と省エネを実現しています。
• 気候が過酷な地域では、新鮮な空気の温度を調節するためにヒートポンプが使用されます。

要約する

ヒートポンプ式換気装置は、全熱交換器を通して室内と室外の空気の熱と湿度を回収し、ヒートポンプシステムの冷暖房機能を組み合わせることで、効率的な換気、省エネ、空気浄化を実現します。その動作原理は熱伝達と空気循環に基づいています。逆カルノーサイクルとヒートポンプの熱交換技術を応用し、空気の温度を室内温度に近づけながら、空気の清浄性を維持します。このタイプの装置は、省エネ、快適性、空気質の面で大きな利点があり、現代の建物の換気システムに広く使用されています。

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