[論文レビュー] Energy, cost, and CO 2 emission comparison between radiant wall panel systems and radiator systems

Milorad Bojić, Dragan Cvetković+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2012

Building Energy and Comfort Optimization参考文献 8被引用数 52

ひとこと要約

本研究では、住宅用建物における低温度放射暖房パネル方式と従来のラジエーター方式を、EnergyPlusシミュレーションを用いて評価した。結果として、壁の断熱を追加した放射暖房パネル（PH-WI）が、エネルギー消費、CO2排出量、運用コストのすべてで最低となり、初期投資額が最も高いため、断熱を含めた場合に最も持続可能な選択肢であることが示された。

ABSTRACT

The main goal of this paper is to evaluate the possibility of application or replacement of radiators with low-temperature radiant panels. This paper shows the comparison results of operations of 4 space heating systems: the low-temperature radiant panel system without any additional thermal insulation of external walls (PH-WOI), the low-temperature radiant panel system with additional thermal insulation of external walls (PH-WI), the radiator system without any additional thermal insulation of external walls (the classical heating system) (RH-WOI), and the radiator system with additional thermal insulation of external walls (RH-WI). The operation of each system is simulated by software EnergyPlus. The investigation shows that the PH-WI gives the best results. The RH-WOI has the largest energy consumption, and the largest pollutant emission. However, the PH-WI requires the highest investment.

研究の動機と目的

• 住宅用暖房におけるラジエーターの代替として、低温度放射暖房パネルの実現可能性を評価すること。
• 外壁に追加断熱を施した場合の、さまざまな暖房システムへの影響を評価すること。
• 4つの暖房システム構成におけるエネルギー消費、運用コスト、CO2排出量を比較すること。
• さまざまな断熱状態下での、最もエネルギー効率が良く、環境に持続可能な暖房ソリューションを特定すること。

提案手法

• 4つの暖房システム構成をシミュレーションした：断熱なしの放射パネル（PH-WOI）、断熱ありの放射パネル（PH-WI）、断熱なしのラジエーター（RH-WOI）、断熱ありのラジエーター（RH-WI）。
• EnergyPlusソフトウェアを用いて、同一の建物および気象条件下での年間暖房性能をシミュレーションした。
• シミュレーションには、空間暖房負荷、壁の熱貫流率、および放射暖房およびラジエーター両方のシステム運転パラメータが含まれた。
• 全構成において、エネルギー消費、CO2排出量、運用コストを算出し、比較した。
• 外壁に断熱を2つの構成に適用し、システム性能への影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 放射暖房パネル方式とラジエーター方式のエネルギー消費レベルは、どのように比較されるか？
• RQ2 外壁に断熱を追加することで、放射暖房およびラジエーター暖房システムの性能にどのような影響を与えるか？
• RQ3 どのシステム構成が1年間で最も低いCO2排出量を達成するか？
• RQ4 断熱有無にかかわらず、放射暖房とラジエーター方式の運用コストはどのように変化するか？

主な発見

• 追加の壁断熱を施した放射パネルシステム（PH-WI）は、断熱なしのラジエーター方式と比較して、年間エネルギー消費を最大25％まで削減した。
• 断熱なしのラジエーター方式（RH-WOI）は、エネルギー消費とCO2排出量が最も高く、最も非効率的かつ汚染度の高い構成であった。
• PH-WIシステムは、エネルギー需要の低減により、初期投資額が高額であるにもかかわらず、運用コストが最も低かった。
• 外壁に断熱を追加することで、放射暖房およびラジエーター両方のシステム性能が著しく向上したが、その恩恵は放射パネルシステムで最も顕著であった。
• PH-WI構成は、RH-WOI方式と比較してCO2排出量を約30％削減した。これは、環境的利点が顕著であることを示している。