← 論文一覧に戻る

Retrofit Pathways for HVAC Decarbonization: A sustainable solution for harnessing ultra-low-grade waste heat for energy efficiency and net-zero buildings

冷暖房脱炭素化のためのレトロフィット経路：超低温廃熱を活用したエネルギー効率とネットゼロビルへの持続可能なソリューション (AI 翻訳)

Asim Muhammad, Muhammad Furqan Siddiqui, F. Siddiqui

E3S Web of Conferences📚 査読済 / ジャーナル2026-01-01#省エネ経営インパクト: コスト削減対象セクター: construction回収年数ヒント: 3.8年
DOI: 10.1051/e3sconf/202671604027
原典: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202671604027

🤖 gxceed AI 要約

日本語

本研究は、既存の冷暖房システムに有機ランキンサイクルを組み込むレトロフィット手法を提案。冷媒R1234ze(E)とORC用混合冷媒R365mfc/R152aの組み合わせで、総合COPが3.76%向上し、発電コスト0.061USD/kWh、投資回収期間3.8年、年間7000万トンのCO2削減が可能と示した。

English

This study proposes a retrofit strategy integrating an organic Rankine cycle with conventional HVAC systems for waste heat recovery. The optimal working fluid pair (R1234ze(E) in VCC, R365mfc/R152a in ORC) achieves a 3.76% COP improvement, levelized electricity cost of $0.061/kWh, discounted payback of 3.8 years, and annual CO2 reduction of 70×10⁶ kg/year.

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

📝 gxceed 編集解説 — Why this matters

日本のGX文脈において

日本の建築物はZEB（ネット・ゼロ・エネルギー・ビル）化が進むが、既存ストックの改修が課題。本手法は超低温廃熱を活用し、エネルギー効率向上と都市ヒートアイランド緩和に貢献する。経済性も示されており、国交省の建築物省エネ基準や補助金制度との親和性が高い。

In the global GX context

Globally, buildings account for a quarter of energy use, with HVAC as a major consumer. This retrofit offers a scalable solution for decarbonizing existing building stock, reducing both operational carbon and urban heat island effects. The clear economic payback (3.8 years) strengthens the business case for retrofits under tightening energy performance standards (e.g., EU EPBD, US building codes).

👥 読者別の含意

🔬研究者:Provides a detailed 4E analysis of ORC-integrated HVAC retrofit, offering a reference for working fluid selection and system optimization.

🏢実務担当者:Demonstrates a technically and economically viable retrofit for building owners to reduce energy costs and carbon footprint, with a clear payback period.

🏛政策担当者:Supports the design of retrofit incentive programs by quantifying both energy savings and emission reductions.

📄 抄録（日本語訳）

建物は世界のエネルギー消費の約4分の1を担っており、その需要の30〜50%は暖房・換気・空調（HVAC）システムに起因している。室内の快適性を確保するために不可欠である一方、従来の蒸気圧縮サイクル（VCC）ユニットは、超低品位熱（<80°C）の相当な割合を都市環境に排出している。これは有用エネルギーの大きな損失を意味するだけでなく、局所的な気温上昇に寄与し、都市ヒートアイランド現象を悪化させることで、さらなる冷房需要を生み出している。本研究では、従来のVCCシステムの復水器に単段有機ランキンサイクル（SS-ORC）を統合する、レトロフィットベースの戦略を提案する。新規の過熱除去駆動型廃熱回収アプローチを適応的ピンチポイント（APP）法と組み合わせることで、変動する運転条件下で回収可能な仕事ポテンシャルを最大化する。複数の作動流体（WF）組み合わせが評価され、VCC用には低GWP流体（R1233zd（E）、R1234ze（E）、R1336mzz（Z））、ORC用には共沸混合流体（R600/R600aおよびR365mfc/R152a）が含まれる。提案システムの性能と持続可能性を評価するため、包括的なエネルギー、エクセルギー、経済性、環境（4E）分析が実施される。試験した構成のうち、VCCにR1234ze（E）を、ORCにR365mfc/R152a（0.1/0.9）を組み合わせた場合が最も良好な結果を示した。この組み合わせは、全体のCOPを3.76%向上させ、ORCエクセルギー効率は52.5%を達成した。経済的観点からは、このシステムは最低の均等化発電コスト（0.061 US$/kWh）を実現し、割引回収期間はわずか3.8年であった。環境面では、このレトロフィットにより年間70×10⁶ kgのCO₂排出削減を達成した。技術的・経済的実現可能性に加えて、この統合は都市キャノピーへの放熱を低減し、間接的に周辺の冷房負荷を下げ、室内環境の持続可能性を向上させる。これらの知見は、提案システムがHVACシステムのエネルギー効率向上と炭素フットプリント最小化のための効果的かつ経済的に実行可能なレトロフィット手法であり、省エネルギー、ネットゼロ移行、持続可能な建築環境を支援することを確立している。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

📄 Abstract（原文）

Buildings are responsible for nearly one quarter of global energy consumption, with 30-50% of this demand arising from Heating, Ventilation and Air-Conditioning (HVAC) systems. While essential for ensuring indoor comfort, conventional vapor compression cycle (VCC) units reject a substantial share of ultra-low-grade heat (<80°C) to the urban environment. This not only represents a significant loss of useful energy but also contributes to local temperature rise and intensifies urban heat island effects, thereby driving further cooling demand. In this work, a retrofit-based strategy is proposed to integrate a single-stage organic Rankine cycle (SS-ORC) with the condenser of a conventional VCC system. A novel desuperheating-driven waste heat recovery approach, combined with an Adaptive Pinch Point (APP) method, is used to maximize the recoverable work potential under varying operating conditions. Multiple working fluid (WF) combinations are assessed, including low-GWP fluids (R1233zd (E), R1234ze (E), R1336mzz (Z)) for the VCC and zeotropic mixtures (R600/R600a and R365mfc/R152a) for the ORC. A comprehensive energy, exergy, economic and environmental (4E) analysis is conducted to evaluate the performance and sustainability of the proposed system. Among the tested configurations, coupling R1234ze (E) in the VCC with R365mfc/R152a (0.1/0.9) in the ORC delivered the most favourable outcomes. This pair achieved a 3.76% enhancement in overall COP, and ORC exergy efficiency of 52.5%. From the economic standpoint, the system yielded the lowest levelized cost of electricity (0.061 US$/kWh) with a discounted payback period of only 3.8 years. Environmentally, the retrofit achieved an annual emission reduction of 70×10 6 kg of CO 2 / yr. Beyond technical and economic viability, the integration reduces heat rejection into the urban canopy, indirectly lowering surrounding cooling loads and improving the sustainability of indoor environments. The findings establish the proposed system as an effective and economically feasible retrofit method for enhancing energy efficiency and minimizing the carbon footprint of HVAC systems to support the energy conservation, net-zero transition and the sustainable built environment.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

🔔 こうした論文の新着を逃したくない方は キーワードアラート に登録（無料・3キーワードまで）。

gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。