節電と省エネを両立するガス冷暖房システム「GHP XAIR（エグゼア）Ⅱ」
＜受賞履歴＞
・平成28年度 日本エネルギー学会表彰 「進歩賞（技術部門）」
・第21回 資源循環型ものづくりシンポジウム事例研究発表表彰 (公財)中部科学技術センター会長賞
1. 研究／開発のねらい
当社は、節電と省エネ性を両立するガス冷暖房システムである超高効率ガスエンジンヒートポンプ「GHP XAIR（エグゼア）Ⅱ（以下、本製品）」を、東京ガス株式会社、大阪ガス株式会社、アイシン精機株式会社、パナソニック株式会社、ヤンマーエネルギーシステム株式会社と共同で開発しました。2015年10月から順次、本製品の販売を開始しています。
2014年4月より施行された改正省エネ法では、需要家側の電力ピーク対策として、省エネに加えて「節電」が努力義務化され、経済産業大臣から告示された「節電の指針」にはガス冷暖房の活用が明確に位置付けられました。そのため、節電に大きく貢献するガス冷暖房システムであるガスエンジンヒートポンプ（以下、「ＧＨＰ」）は、今後の普及拡大が大いに期待されています。このような背景のもと、本製品は、さらなる省エネ性向上を図るため、ＧＨＰが年間を通じて低負荷領域での運転時間が長いことに着目し、年間運転効率の大幅な改善を図りました。
2. 研究／開発の成果
ガスエンジンの低回転数化などを行うことで、低負荷運転時の効率を平均約40％向上させました。また、熱交換性能およびファンの送風効率を向上させました。これらの結果、本製品は、従来機の同じ冷房能力のもの（45～85kW（16～30馬力））と比べ、年間運転効率が平均約25％向上し、一次エネルギー消費量を年間約20％削減します※1。
※1 事務所ビル用途でのガス三社試算。GHP XAIR（エグゼア）Ⅱシリーズ45～85kW（16～30馬力）と、従来機XAIR同等機種との比較。なお、設置条件、運転条件により効果は異なります。
本製品の外観写真
アイシン製品
パナソニック製品
ヤンマー製品
本製品の特長※2
- （1）エンジンの低回転数化等により、低負荷運転時の効率を約40％向上
ＧＨＰは、年間運転時間のうち、低負荷状態※3での運転の割合が大きい（約75%）ため、低負荷状態における運転効率の向上が年間運転効率の向上につながります。そこで、エンジンの最低回転数を低回転数化し、回転数範囲の拡大を図ること等により、最低出力を平均約15％低減し、低負荷まで連続運転を可能にしたことで、エンジンの作動・停止によるエネルギーロスを低減しました。
低回転数化するには、エンジン振動が他の構造部品に与える影響の増大や、回転ムラによるエンストの発生、圧縮機の回転数も下がることによる圧縮機効率の低下といった課題がありましたが、振動特性の解析による振動の抑制および、エンジンプーリー※4径の拡大によるエンジン回転数に対する圧縮機回転数比の最適化などにより解決しました。
これらにより、エンジンの発停ロス低減を実現した結果、低負荷運転時の効率が平均約40％向上しました。 - （2）室外機熱交換器の伝熱面積拡大等により、熱交換性能を向上
冷媒を空気で冷却するための熱交換器のチューブ列数を、従来の2列から3列に増加させたこと、熱交換器の形状を変更したことなどにより、伝熱面積を拡大し、熱交換器の熱交換性能を向上しました。 - （3）室外機ファンのプロペラ径の大口径化等により、室外機熱交換器ファンの送風効率を向上
室外機ファンのプロペラ径を大口径化したこと、シュラウド（プロペラの流路ガイド）形状の最適化を図ったことなどにより、室外機ファンの送風効率を向上しました。
（1）（2）（3）の技術開発等により、従来機の同じ冷房能力のものと比較すると、年間運転効率を平均約25％向上、一次エネルギー消費量を年間約20％削減しました。
※2 各特長の具体的な技術手法については、各メーカーにより異なります。
※3 定格能力に対する負荷率が50％以下の状態を低負荷状態と呼んでいます。
※4 円盤状の滑車のような部品で、エンジンプーリーの外周にベルトを掛けて回転させることで、エンジンの動力を圧縮機へ伝える。