空調のチューニングポイント

東洋ビル管理株式会社
省エネルギー技術研究室
室長　中村　聡

稼働電力と待機電力（1）

1、待機電力
　ビルの待機電力量が消費電力量の数％もあると云われているがどうなのであろうか。
消費電力量＝稼働電力量＋待機電力量
普通はこのようになる訳だが、稼働電力と待機電力の区別が難しい機器もある。
ビルの待機電力で主なものは、エアコン、OA機器、変圧器であろう。
エアコンやOA機器ならば、スイッチON時は稼働中、スイッチOFF時は待機中なので分かりやすいが、変圧器は各自がスイッチをON・OFFするものではないので、変圧器の無負荷損を待機電力といえるのか疑問ではある。
いろいろと迷うところはあるが、できるだけ待機電力だと考えるようにして、その待機電力を減らす対策を考えるようにしたい。

2、家庭用エアコン
　ビルであっても小さな部屋であれば家庭用エアコンと同じものを使っているだろう。
ブレーカーを切るか、プラグを抜けば待機電力をなくすこともできるが、毎日これをおこなうのは面倒であり問題でもある。
エアコンはテレビやパソコンのように節電タップを使うことはお勧め出来ないが、家庭用エアコンの待機電力は1W以下なので、無理に待機電力節約を考える必要はないだろう。
冷暖房時期はそのままでもよいので、中間期のようにエアコンを使わない時期だけ、エアコン専用のブレーカーを切るようにすればよい。
専用ブレーカーでなければコンセントのプラグを抜くしかないが、冷房と暖房時期前後の年4回抜き差しするくらいはできるだろう。
待機電力節約と思って、毎日のようにプラグを抜き差しするとコンセントが緩くなり、接触不良をおこす原因となる。
プラグ付け根部分は断線しやすく、頻繁に抜き差しすることで、この部分の心線が少しずつ断線していくと発熱が増えていき、場合によってはコードが焼けて穴が開くこともある。
この接触不良による発熱が原因でコンセントが焦げ付いて、熱で変形することもあるが、このような発熱による電力消費が増えては、僅かな待機電力を節約する以上の無駄となる。
エアコン運転中にプラグ部分を手で握って、少し温かい程度ならばよいが、熱いようなら接触不良や断線の問題があるはずなので、発熱箇所を中心に調べてみたほうが良いだろう。
発熱は電力消費であり電気抵抗にもなるので、エアコン運転中の損失になる。僅かな待機電力の節電を考えるよりも、接触不良を無くして電気の流れを良くしたほうが節電になるはずだ。
接触不良によりエアコンの効きが悪くなることもあるので、発熱に気を配ることは運転電力の節電にも効果的なのである。
エアコンのコードがエアコン用コンセントに届かなくて、延長コードを使うと接触箇所がそれだけ増えることになる。
1.25㎟×2芯の電源延長コードの定格電流が15Aで、エアコンの運転電流が15A以下であったとしてもコードが発熱するはずなので、そのような延長コードは使わないほうがよい。
冷房ピーク時に延長コードを使うと、エアコンの効きが悪くなるのが分かるはずだ。延長コードを使わずに、エアコン専用のコンセントに直接差し込むようにすれば、エアコンの効きが良くなることが実感できるだろう。どうしても延長コードが必要ならば、エアコン用の延長コードを使うようにしたい。
コードやコンセントの発熱に注意して、発熱が減るようにすれば節電になるのだから、コンセントや電源コードはエアコン運転中の節電ポイントといってもいいだろう。

3、業務用エアコン
　業務用エアコンは電源ケーブルをブレーカーに直接結線しているため、コンセントやケーブルが発熱する心配はないが、クランクケースヒーターという発熱体がある。
この写真はインターネットからの引用である。下部に巻き付けられているのがクランクケースヒーターだ。他にも検索してみて欲しい。

冷媒が潤滑油に溶け込まないようにクランクケース内の潤滑油を温めて、何時エアコンを運転してもよいようにしているヒーターだ。
エアコン運転時はヒーターがOFFになるが、停止時は通電された状態になるので電力を消費する。手で触れば暖かいのが分かるだろう。
機種によっては電源側に直結されて、運転時も通電状態のヒーターもある。消費電力の大きさから、ビルではこれが最も無駄な待機電力といってもいいだろう。
パッケージエアコンには圧縮機が室内機側にあり、室外機は放熱器だけの機種もあるので、室内機と室外機の両方のブレーカーを切るようにしたい。

表はエアコンメーカーの空冷チラーモジュールの仕様書だ。仕様書の一番下にクランクケースヒーター（W）という項目がある。「75×4」となっているのが分かるだろう。つまり、モジュール1台あたり300Wである。
チラー自体は運転時だけ電力を消費するが、クランクケースヒーターはチラー停止時に常時通電しているので、チラーを運転しない日であっても、24時間電力を消費している。
全く冷暖房をおこなっていないにもかかわらず、常時無駄に待機電力を消費しているのが、このクランクケースヒーターなのである。
ビルならばこのモジュールが何台も使われているのだから、ビル全体で何Wになるだろうか。
冷暖房をおこなわない時期を決めることができれば、その期間はブレーカーを切っておくだけでW数×台数×24h×日数の節電ができる。
ホテルでは難しいかもしれないが、オフィスビルや庁舎では冷暖房時期を決めている場合が多いので、ブレーカーを切ることは容易だろう。商業ビルや病院でもできないことはない。
このモジュールが20台あるビルが、チラーの不使用期間180日として、その間ブレーカーを切っておくだけでも
300W×20×24h×180＝25,920kWh
年間にこれだけの待機電力を節約できる。同時に、クランクケースヒーター以外のエアコン本体の待機電力も節約できるのだから節電効果は大きい。
間違ってクランクケースが冷えた状態のままエアコンを運転しないために、運転開始前日にはブレーカーをONにするように、注意書き等の工夫をしておきたい。
小型のチラーやマルチエアコンの室外機の場合はクランクケースヒーターのW数は小さくなるが、Ｗ数は小さくても、同じ規模のビルならば、台数が多くなるので、トータルではかなりのＷ数になるはずだ。
管理しているビルのクランクケースヒーター電力が合計で何Wになるのかを調べてみるのもよいだろう。

空調のチューニングポイント

東洋ビル管理株式会社
省エネルギー技術研究室
室長　中村　聡

吸収式冷温水機

1、運転台数
　同じ冷凍能力のガス焚き吸収式冷温水機2台で冷房をおこなっているビルがあるとする。2台運転ならば冷房能力に十分な余裕があるが、1台運転だと若干だが冷房能力が不足する。
ガス焚きとするのは、正確に使用量を把握できるので、説明する便宜上である。

1台の吸収式冷温水機を冷凍能力以上の冷房負荷で運転すると、設定した冷水出口温度を維持できなくなり、冷水温度が徐々に上昇するとともに、冷房中の室内温度も上昇する。
2台運転すればよいのだが、『吸収式冷温水機本体＋一次ポンプ＋冷却水ポンプ＋冷却塔ファン』、これらの電力だけでも相当に大きなものとなるので、電力デマンドを考えて、できるだけ1台運転で我慢をしているビルもあるはずだ。
2台運転すれば、設定した冷水出口温度を余裕で維持できるので、吸収式冷温水機の効率も良くなり、ガス使用量が減ることは間違いない。
吸収式冷温水機は100％負荷1台運転よりも50％負荷2台運転の方が省エネになるのだ。
これらのことが分かってはいても、ガス使用料金節減よりも電力の基本料金のほうが大きいと考えれば、2台運転できないのが実状だろう。

2、水使用量
　冷却塔での水使用量はどうなるのだろうか。
2台運転ならば水使用量も2倍になると思っている設備員もいるのではないか。
冷却塔で蒸発する水の気化熱はビルの冷房で奪った熱量とガスが燃焼した熱量の合計である。この熱量は、吸収式冷温水機が1台運転でも2台運転でも同じであり、2台運転すれば熱量が2倍になるわけではないので、吸収式冷温水機2台運転時の冷却塔1台当たりの放熱量は、吸収式冷温水機1台運転時の半分になるはずだ。
吸収式冷温水機を2台運転した結果、効率が良くなってガスの使用量が減れば、ガスの燃焼による熱量はさらに減ることになる。
冷却水温度を下げるための気化熱が少なくて済むので、冷却塔での水使用量は、吸収式冷温水機を2台運転したほうが少なくなるはずだ。

3、冷却塔
　冷却塔だけで考えても、2台運転ならば単純に冷却面積が2倍になり、放熱量当たりの冷却風量が増えることにもなるので冷却水温度が下がり、吸収式冷温水機の効率もよくなる。

冷却塔1台当たりの水の蒸発量が半分になれば冷却塔周囲の湿度も下がる。
周囲の湿度が下がれば水の蒸発効率は上がる。その結果冷却水温度が下がれば、冷却塔ファンが停止する時間も増える。まさに好循環である。ただし1台運転でも冷房負荷が80％しかないような時にまで2台運転する必要はない。

4、二次ポンプ電力
　ガスも水も吸収式冷温水機2台運転のほうが、使用量が減るのならば、問題は電力である。『吸収式冷温水機本体＋一次ポンプ＋冷却水ポンプ＋冷却塔ファン』の電力は確実に増える。特に冷却水ポンプの電力が大きい。ならば増えた電力以上に、減らすことができる電力はないのかを考えてみたい。
まず考えられるのは二次ポンプだ。
二次ポンプの場合は、吸収式冷温水機を2台運転して冷水出口温度を下げれば、空調機二方弁が閉まるので流量が減る。その結果、二次ポンプが回転数制御ならばインバーター運転周波数が下がり、台数制御ならば二次ポンプの運転台数が減って電力が減るはずだ。しかし二次ポンプの電力はそれほど減らないものである。
流量を減らすことを考えるよりも、空調機二方弁が丁度全開になるように、冷水温度をできるだけ高くコントロールする不快指数冷房をおこなったほうがよい。冷水出口温度を下げて搬送動力低減をおこなう二次ポンプの節電量よりも、不快指数冷房の省エネ量のほうが、エネルギー的にも金額的にも効果的なはずだ。
吸収式冷温水機2台運転で、冷水出口温度を下げる余裕ができても、実際の運転では下げるのではなく、室温を維持できるギリギリまで冷水出口温度を上げるようにするのだ。冷房能力不足による冷水出口温度上昇と、冷水出口温度が高くなるようにチューニングするのとでは、吸収式冷温水機の効率が違って来るからだ。
二次ポンプ電力の削減を考えるのならば、二次ポンプの吐出しバルブが閉まっていたら開けるように、往還ヘッダの圧力調整弁が開いていたら閉まるように、インバーターであれば最低周波数を必要最低限まで下げるように省エネチューニングをおこなうほうが効果的である。

5、空調機
　次に考えられるのは空調機だ。
空調機のSA・RAファンがインバーターによる回転数制御であればという条件付きである。
吸収式冷温水機1台運転で冷水出口温度が高くなり、冷房設定温度よりも室内温度が上がれば、空調機はSA・RAファンの回転数を上げて風量を増やし、室内温度を下げようとするが、最大周波数になっても室温は下がらなくなる。
回転数が上がれば消費電力も多くなる。吸収式冷温水機2台運転で冷水出口温度が上がり過ぎないようにできれば 、SA・RAファンの回転数を上げなくても室温が設定値になるため、SA・RAファンの消費電力は少なくなる。
インバーターでSA・RA量を制御する空調機が何十台もあるならば、『吸収式冷温水機本体＋一次ポンプ＋冷却水ポンプ＋冷却塔ファン』で増える電力よりも、SA・RAファンで減る電力のほうが多くなるため、吸収式冷温水機2台運転の方が節電になるだろう。吸収式冷温水機を1台運転で頑張っても、ガスも水も電力も節約にならない可能性のほうが高いのだ。
冷水温度とは関係なく、単にSAダンパーが閉まってファンの回転数が上がっているのならば、ダンパーを全開にするだけでもファンの回転数が下がるので、ファン電力の節電になるだろう。
ポンプのバルブやファンのダンパーが閉まっていることが多いのでできるだけ全開にしたい。

6、空調機二方弁

　空調機二方弁開度が1 00％以上になるような冷水温度では、室温をコントロールできない冷房になり、SA・RAファンの電力は最大となる。
空調機二方弁が100％開の時が、最も流量が増える時であり、二次ポンプの消費電力が増える時でもあるが、最も省エネになる時でもある。
二方弁の開度を90％～100％でコントロールできる冷水温度が、室温も維持できて、不快指数冷房としても省エネになり、SA・RAファンの節電にもなるベストの冷水温度となるだろう。