PVT補助型地中熱ヒートポンプシステムのシミュレーションと性能解析:サクランボ温室における鉱山ピット季節熱貯蔵の事例研究

中国北部における高価値果樹温室の季節的な冷暖房負荷の変動、地中熱側の熱蓄積、石炭暖房による高い炭素排出の問題に対応するため、PVTシステム、鉱山ピット季節熱貯蔵ユニット、地中熱ヒートポンプ、冷却塔を組み合わせたエネルギー供給システムが提案された。山東省濰坊市の30,000 m2のサクランボ温室と15,000 m3の鉱山ピット熱貯蔵を対象に、SketchUp-TRNBuildとTRNSYSを用いて年間のシミュレーションが実施された。PVT面積と冷却塔出口温度は、離散的な感度分析と工学的制約を用いて決定された。暖房需要は主に11月から2月、冷房需要は6月から9月に集中した。選定された2452 m2のPVTシステムは34日間の直接暖房を供給し、季節暖房需要の23.05%をカバーし、貯蔵効率は69.17%を達成した。冷却塔がない場合、初年度の土壌温度は1.1°C上昇したが、冷却塔出口温度を26°Cに設定した場合、土壌熱不均衡率は2.4%に低下し、15年間の土壌温度上昇は0.28°Cに抑制された。推奨システムは年間132.39万kWhの純購入電力を必要とし、ベースラインと比較して年間約80.28万元(11.82万ドル)の運用コストと2027.8トンのCO2排出量を削減し、6.4年の回収期間となった。年間運用排出削減量は、固定された気象、負荷、機器性能、およびグリッド排出量の仮定の下で20年間の評価期間にわたって線形外挿され、シナリオベースの炭素削減しきい値は40,556トンCO2-eqとなった。建設、機器交換、および寿命末期処理からの追加排出量がこのしきい値を下回れば、正味のライフサイクル炭素削減が可能となる。