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りえあきくぼ
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実施例秋田市庁舎の環境設備計画日本設計環境設備設計群星野聡基山形史人竹部友久キーワード事務所環境計画省エネルギーヒートポンプ性能評価１はじめに秋田市庁舎は東日本大震災年３月の直後に設計プロポーザルが行われその後約２年をかけて設計が行われた市庁舎である寒冷地に立つ災害に強い環境建築をめざし

千代田シブヤ田村JV 施工協力 LED照明全面採用庇ルーバーによる日射調整利用床放射冷暖房による居住域空調給排水設備互大設備工業雨水の雑用水への再利用電気設備ユアテック 2,8.4 建築面積,798.28 延床面積 3,66.

6mの大平面の低層建物となった秋田市は冬季日本海側からの強い北西風各月の平均風速基礎杭ボアホールによる地中熱利用３環境設備計画の概要３１３層分の熱溜まり吹抜側は閉鎖広場既存庁舎跡地空調設備新菱冷熱工業敷地面積トップライトからの自然採光自然換気を促進する逆流防止窓常時負圧側を開く放射冷暖房パネルによるスポット空調高天井高のと床染出空調

8MJ/ 年床染出空調方式の採用による空調効率化と快適性の実現水を持ち込まない冬の暖房方式床染出空調方式の採用全面染出空調のファン動力低減 VAVレスFAN_INV,自動調整吹併用寒冷地の大きな外気負荷を最小化クールヒートトレンチと全熱交換器 CO2濃度制御外気冷房制御建物全体でのエアバランス隙間風防止トイレ換気回数低減制御地中熱ヒートポンプを利用した熱源等高効率機器

1 実施例秋田市庁舎の環境設備計画日本設計環境設備設計群星野聡基山形史人竹部友久キーワード事務所環境計画省エネルギーヒートポンプ性能評価１はじめに秋田市庁舎は東日本大震災年３月の直後に設計プロポーザルが行われその後約２年をかけて設計が行われた市庁舎である寒冷地に立つ災害に強い環境建築をめざし自然換気や自然採光を活用するパッシブ建築をベースとして省エネ性の高い寒冷地に適した設備システムの構築再生可能エネルギーの導入等が主要な計画テーマとして計画された写真１図１表１写真１２建物概要名称吹抜を利用した自然通風所在地秋田市山王一丁目１番１号主用途庁舎集会所建築主秋田市設計監理日本設計渡辺佐文建築設計コスモス設計施清水千代田シブヤ田村JV 施工協力 LED照明全面採用庇ルーバーによる日射調整利用床放射冷暖房による居住域空調給排水設備互大設備工業雨水の雑用水への再利用電気設備ユアテック 2,8.4 建築面積, 延床面積 3,66. 構造 RC 一部PC造階数地上７階地下１階工期 3年2月 6年４月委員会室市民SC 市民ホール中央吹抜市民の座環境調整装置 BEMS導入による運用最適化図１寒冷地環境建築の全体像表１図３９１環境設備計画の概要建築計画概要と環境建築としての配慮建物形状は周辺建物との調和から高さを抑えること整形のを広く確保したいといった要件から１フロア約9m 6mの大平面の低層建物となった秋田市は冬季日本海側からの強い北西風各月の平均風速基礎杭ボアホールによる地中熱利用３環境設備計画の概要３１３層分の熱溜まり吹抜側は閉鎖広場既存庁舎跡地空調設備新菱冷熱工業敷地面積トップライトからの自然採光自然換気を促進する逆流防止窓常時負圧側を開く放射冷暖房パネルによるスポット空調高天井高のと床染出空調太陽光発電パネルによる電源活用秋田市新庁舎工秋田市庁舎外観免震層を利用したクールヒートトレンチによる外気導入パッシブ建築市民の座を中心とした自然換気通風自然採光暖房に有利な大平面低層建築と冬期隙間風防止対策風除室と防風板高天井 3, 等建物各所ハイサイドライトでの自然採光高断熱木ルーバーによる日射遮蔽等 PAL 6.8MJ/ 年床染出空調方式の採用による空調効率化と快適性の実現水を持ち込まない冬の暖房方式床染出空調方式の採用全面染出空調のファン動力低減 VAVレスFAN_INV,自動調整吹併用寒冷地の大きな外気負荷を最小化クールヒートトレンチと全熱交換器 CO2濃度制御外気冷房制御建物全体でのエアバランス隙間風防止トイレ換気回数低減制御地中熱ヒートポンプを利用した熱源等高効率機器省エネ制御の徹底最適負荷設計装置が過剰にならないよう同時使用率を考慮大空間空調の変風量化換気効率の高い給気還気口位置エントランス空間への床放射冷暖房と放射暖房パネルスポット空調全館LED照明７W/ 調光高効率PAC 高効率モーター IE3 太陽光発電 7kWの導入蓄電池併用は４m/sを超えるが吹き雪が多く大変厳しい環境になることを考えれば熱ロスが少ない理想的な形状である大きくなった平面の中央部分は光や風の届かないエネルギーが必要となるエリアになるため中央部に最適なボリュームの吹抜市民の座を設けここを光や風の通り道建物全体の環境調整装置として位置づけることとした吹抜上部は大きなガラス面による自然採光が可能であるまた主風向を考慮して東西面にはバランス式逆流防止窓を設け建物全体の効率的な自然写真２換気も可能である表１図２写真２３ 37 中央吹抜写真３東面の水平ルーバー 7 No.9

市民サービスセンターがブラインド操作等の環境調整がしやすい個室を中心に２F には

方位や場所による温熱環境の違いが考置を均一に設定し物を動かさずに人が動くユニバー

をクールヒートトレンチとして活用した地下系統と外気を直接導入可能な屋上に外気取入口

地下系統の空調機で不足する場合と外気冷房有効時には上階の外気処理空調機を運転するまた

ながっていることを生かし冬季は熱溜まりとなる上約2,48 最大通過風量 29, /h

7 m/s ドライエリアから外気導入し地中に接しているエリアをクールヒートトレンチ

エアバランス 2FL 部から夏季は最も涼しい下部から吸い込みを取ること FL クールヒート

2 実施例屋外熱源機械機械室置場用しやすいこと冬季の強い西風の影響を受けにくいということ等を考慮した結果であるまた西側は個人市民サービスセンターがブラインド操作等の環境調整がしやすい個室を中心に２F には部署構成に依存せずにデスクの構成や配市民の座る図２６F 市民サービス４F センター正庁多目的ホール２層２層吹抜吹抜配置しバルコニーを兼用した深い庇大空間には縦ルーバーを計画するなど西日に対する配慮が行われてい発電機室けることができること中間期の季節風を自然換気に利東に配置されたこれは寒い冬の朝太陽の恵みを受慮されているまず最も滞在時間が長くなるは電気室平面計画では方位や場所による温熱環境の違いが考置を均一に設定し物を動かさずに人が動くユニバーサルプランの考え方を採用するとともに長期的な建物１F 図２運用の観点から設備計画全般に対してレイアウトの３F 平面計画自由度に対応しやすい計画であることが求められた執５F 議会２層吹抜図３９２務空間は天井高さ3.m 面積が約,8 の一体空間であるの窓廻りは外観を特徴づける水平木外ルーバーと軒天部分に木をあしらったバルコニー兼庇により日射調整をしている換気窓はシンプルな外側へ突き出す仕様で開閉度合いが微調整しやすくなっている内側には網戸が設けられており強風時や雨天時夜間等でも自然換気の利用ができるように配慮されている写真３４３２省エネ型集中外気供給システム写真４上議場左下自然換気窓右下寒冷地における省エネを考える上で冬季の暖房負荷の大部分を占める外気負荷の削減を徹底することが最全 B１F 外気処理空調機へも重要であると考えた外気処理空調機は地下にでき表る大きな免震ピット図３をクールヒートトレンチとして活用した地下系統と外気を直接導入可能な屋上に外気取入口クールヒートトレンチ集約設置し各空調機個室単位でVAVを設け全体の要求風量に応じて台数制御している外気量の多い系統はCO2濃度制御としている外気処理空調機の風量は過大にならないよう各 VAVの合計ではなく実職員数を考慮し同時使用率図３理空調機のうち１台のみとしクールヒートトレンチ経７FL 由の外気導入を行いながらベース運転する要求風量が集中排気ファン地下系統の空調機で不足する場合と外気冷房有効時には上階の外気処理空調機を運転するまた全熱交換 6FL 器への排気を効率的に戻すため各室が中央の吹抜でつ 3FL ながっていることを生かし冬季は熱溜まりとなる上約2,48 最大通過風量 29, /h 通過面風速.7 m/s ドライエリアから外気導入し地中に接しているエリアをクールヒートトレンチとして利用図３９３３層分の熱溜まり各階空調機冬季EA CO2濃度制御熱回収結露防止ファントップライトバランス式逆流防止窓切替ダンパ熱回収外気冷房集中排気ファン外気処理空調機 OAC-S-6F 外気冷房用吹抜を利用して建物全体でエアバランス 2FL 部から夏季は最も涼しい下部から吸い込みを取ること FL クールヒートトレンチ地中でより効率的な熱回収を行っているさらに全熱交換器の効率を高めるために十分な排気量が得られない EA 場合はトイレ更衣室等の排気量を段階的に低減する 7 No.9 積クールヒートトレンチ概要外気処理空調機外気冷房有効時優先運転 OAC-N-7F ンスと費用対効果を考慮し全熱交換器は４台の外気処約37 m 免震ピット階平面図を8 として装置容量の低減をはかっているエアバラ制御も行っている図４面長夏季EA ＳＡ RA 外気処理空調機 OAC-NS2-BF 各階空調機 CO2濃度制御各階へVAVで送風全熱交換器付外気処理空調機ベース運転 OAC-NS-BF 図４ 38 省エネ型集中外気供給システムフロー図図３９４自然換気窓は手動で開閉

実施例 3-3 寒冷地に適した全面床染出空調システムの空調は, レイアウトの自由度への対応, 寒冷地の快適性と省エネ性および水損事故等への配慮から, 全面床染出空調システムとした全面床染出空調は冬季に足元が暖かくなるため効率的な暖房が可能で, 設定温度が低めでも快適性が得られやすいメリットがある一方, 夏季は, 床面からゆっくり冷気が染み出すため, 送風温度を低くして,

ゾーンごとの専用ファンをダイレクトにインバータ制御することとした ( 図 -) 設計送風量は, 約 2CMH/ m2 3CMH/ m2で,m2ごとに, ファンを設けているペリメータについては, 空気搬送ファンをブラインドの室内側に設けて, 窓面からの負荷を増やさずに, ゆるやかなエアバリアを形成することで, 専用の空調機を設けず, インテリアと同一系統の空調機から送風し,

3 実施例 3-3 寒冷地に適した全面床染出空調システムの空調は, レイアウトの自由度への対応, 寒冷地の快適性と省エネ性および水損事故等への配慮から, 全面床染出空調システムとした全面床染出空調は冬季に足元が暖かくなるため効率的な暖房が可能で, 設定温度が低めでも快適性が得られやすいメリットがある一方, 夏季は, 床面からゆっくり冷気が染み出すため, 送風温度を低くして, 風量を減らしすぎると足元が寒くなってしまうという弱点があり, これまでの全面床染出空調では, 定風量方式が一般的であったそこで, 本計画では, 寒冷地における暖房を主体とした計画であることから, 室内温度による変風量制御を行うこととした約 m2のゾーンごとに床下を仕切った上で, フィルムダクトで空調機と接続し,VAVによる抵抗をかけるのではなく, ゾーンごとの専用ファンをダイレクトにインバータ制御することとした ( 図 -) 設計送風量は, 約 2CMH/ m2 3CMH/ m2で,m2ごとに, ファンを設けているペリメータについては, 空気搬送ファンをブラインドの室内側に設けて, 窓面からの負荷を増やさずに, ゆるやかなエアバリアを形成することで, 専用の空調機を設けず, インテリアと同一系統の空調機から送風し, 自動風量調整型床吹出口を設け, ペリメータ温度で制御している ( 図 -6) 3-4 熱源システム ⑴ 計画の基本的なコンセプト熱源システムには, 計画地の豊富な地下水の活用が可能な地中熱ヒートポンプを導入するとともに, 効率よく最大限活用できるようさまざまな工夫を行うこととしたまた, 震災の影響から, 中長期的なエネルギー事情 ( コストやCO2 排出係数 ) の変化に対応できること, 信頼性の向上, 市民サービスセンター併設のため土日休日や夜間の部分負荷運転が長時間あること等を踏まえ, 電気熱源とガス熱源をバランス良く組み合わせることとした地中熱ヒートポンプは, サーマルレスポンス試験の結果が良好だったことから, メインの熱源として, 水蓄熱槽と組み合わせ, 深夜電力による蓄熱を行い昼間もベース運転する夜間, 中間期等の低負荷対応用および停電時の稼働熱源として空気熱源ヒートポンプユニット, ピーク負荷対応としての冷温水発生機から構成することとした ( 表 -2, 図 -7) 熱源装置容量は, 負荷計算の結果に対して, 外気負荷に, 同時使用率として8 を乗じ, 冷房は.6( の3 乗 ), 暖房は.22( の4 乗 ) の余裕率を乗じた上で, 冷房 6.23GJ/h, 暖房 6.7GJ/hが必要容量となった地中熱ヒートポンプの熱源容量は全体の. であるが, ベース運転することで年間冷房負荷の, 暖房負荷の2, 通年では3 をカバーすると予想したマルチファン床吹型空調機 OA ダクト ( 外気処理システムから ) CHR CH 高機能制御バルブ ( 各種計測冷温水還温度補償制御 ) VAV 配線レタン等スペース CH CHR 大梁 CO2 濃度センサ冷温水コイル消音チャンバー 2 次ポンプ4 台分割 2 次側より ( 送水差圧設定制御 (VWV) 冷却塔または推定末端圧制御を選択 ) /3 M / 送水温度可変制御 (VWT) 熱源送水温度設定を変更冷温水発生機 3 台 RH- ~3 4 温度成層型水蓄熱槽 2 m3 プレフィルタ窓口廊下フィルムダクトで床下と接続スパン = 約 m2で系統高効率ファン ( モーター直結プラグファン IE3 仕様インバータ制御 ) 系統あたり約 2,~3, m3 /h 空気熱源ヒートポンプユニット2kW AHP プレート式熱交換器 9 32 温度センサ ( 床上.m) ペリメータ T インテリア (3CMH/ m2 ) 地中熱ヒートポンプユニット空調用 GH-A - 冷却水および一次ポンプは INV 制御基礎杭 (6m) 36 本夏 : 開ペリメータ上部で還気し外乱影響を抑えている CH=3, フリーアクセスフロア ( H=) 図 - 全面床染出空調システムフロー図余剰空気は吹抜へ図 -6 代表階空調ゾーニング自動風量調整機能付床吹出口 2~3 個 / スパンエアバリアファン ( ブラインドの内側で送風 ) ファン INV 制御単位 ( 約 m2 ) フィルムダクトにより各ゾーンまで接続ペリメータエリアは吹出口を併用床染出空調機の設計仕様 (4 ゾーン, 約 m2 ) 風量 ( m3 /h),7 (4ファン計 ) コイル能力ファン動力設計用 ( 往還 ) 温度条件 (kw) (kw) 冷 :36.6 冷 :8.6/28. 4 暖 :2.6 暖 :28.7/22 表 -2-2 熱源機器構成および計画原単位熱源機器構成及び計画原単位冷却能力加熱能力 COP 温度条件 kw kw 冷房暖房冷房暖房 GH-A- RH-~3 地中熱ヒートポンプ半密閉レシプロ式冷温水発生機二重効用吸収式 AHP 空気熱源ヒートポンプユニット散水仕様杭利用採熱 / 放熱管 ( 冷房時は杭 +ボアホール併用 ) 杭 m 36 本ボアホール m 2 本 HEC-GH- 水蓄熱槽放熱用水熱交換器冷温水発生機のCOPは一次エネルギー COPでガスは高位発熱量換算中央熱源の容量は, 延床面積あたり, 冷房 / 暖房 = /9(W/ m2 ) 個別空調機であるEHPとGHPの容量は冷房 / 暖房 =3/2( W/ m2 ) 空調の装置容量の原単位は冷房 / 暖房 =8/84(W/ m2 ) である融雪用 GH-U - 6F/ 屋上 BF/ 屋外外構融雪へ ( 冬期 ) 冬期融雪 / 空調兼用ボアホール (m) 2 本 VWV 制御 /VWT 制御 : 二次側空調機のバルブ開度 ( = 空調機の制御目標値 ( 送風温度等 ) を満足しているか ) を見ながら, 満足していれば, 送水圧力を下げる (VWV), または送水温度を緩和 (VWT) する図 -7 熱源システムフロー図 No.9

4 実施例 ( 全負荷相当運転時間を既存庁舎を参考に冷房 6 時間, 暖房, 時間として想定 ) ⑵ 熱源システムの効率をさらに高める工夫地中熱ヒートポンプは, 冬季, 杭から採熱しているが, 夏季は使われていない融雪用のボアホールを連結して利用可能とした放熱設備として, 夏季に約程度の余裕を有することになり運転の高効率化に寄与する設計送水温度は, において全面染出空調方式を採用 ( 給気温度約 8 ) していることや, 集約した外気処理空調機のコイルの列数を増やすことで送水温度の緩和を行っている空調機のコイル列数が過剰にならない範囲を検討し, 熱源の設計温度条件は冷水, 温水, T=9 とした地中熱ヒートポンプの温度条件は, 水蓄熱槽, 熱交換器を経由して熱を供給するため, 冷水, 温水 4 となり, 一般的な設計条件の冷水 7, 温水 4 に対して,COPは冷房で 8, 暖房で3 向上する特徴的な制御として, 送水差圧設定制御 (VWV) と送水温度可変制御 (VWT) を採用している ( 運用時はどちらかを選択 ) 送水温度可変制御により送水温度を冷水, 温水 3 まで緩和することでヒートポンプの効率は冷房で36, 暖房で2 それぞれ向上することになる ( 図 -8) なお, 夜間休日運転が必要な系統や, 個別の冷暖房に対応する必要がある系統には, 個別空調機を計画し, 中央熱源が稼働しなくとも運用が可能なよう配慮した 4. 空調システムの運用実績 4- 熱源システム ⑴ 冬季夏季代表週の運転実態冬季の代表週では, 地中熱ヒートポンプが夜間蓄熱, 日中放熱運転を行い, 冷温水発生機が熱負荷に追従して運転を行っている温水は37 で送水, 還り温度は2 3 であった夏季の代表週もほぼ同様の運転パターンで, 冷水はで送水, 還り温度で, ほぼ設計条件で推移しているなお, 送水温度が一定でない時間帯があるが, 冷温水発生機の不具合が原因であるまた, 市民サービスセンターが土休日も毎日 8 時から2 時まで運営を行っているため, 夜間土日も負荷が一定量あることが分かる ( 図 -9 ) ⑵ 年間運転の状況月 6 月や月は, 中央熱源の負荷が非常に小さいこれは, 毎日, 中央熱源を運転しているものの, は自然換気を積極利用し, 窓がない居室や市民 SCではEHPまたはGHP 等を利用しているためであるまた, 夏季, 冬季ともにシーズン途中から地中熱ヒートポンプの処理熱量が小さくなっている ( 図 -) これは, 負荷が想定以上に小さく, 冷温水発生機による最大 36 向上 4.9 最大 2 向上設計仕様 4.3 送水温度C送水温度に対して 7 に対して8 向上向上 4. 一般的図 -8 地中熱ヒートポンプの送水温度とCOPの関係 COPOP設計仕様一般的温度HEC-GH- 冷温水積算熱量 RH- 冷温水積算熱量 RH-2 冷温水積算熱量 RH-3 冷温水積算熱量 AHP- 冷温水積算熱量 GH-A- 冷温水 2 次側積算熱量冷温水 2 次側還温度 ( 負荷側 ) 冷温水 2 次側往温度荷3 3. 熱2 3. 負外気温度 (GJ/h) / 図 -9 冬季代表週の熱源運転状況熱温度 8/ 図 - 夏季代表週の熱源運転状況量(GJ),., ( 月 ) 内訳 ( 初年度 ) ガス冷温水機空気熱源 HP 地中熱 HP (GJ/h) RH- RH-2 RH-3 ガス冷温水機負荷算熱計画段階積図 - 熱源別処理熱量 (GJ/h) 熱負荷ピーク負荷 3.7GJ/h 3. ( 設計想定の6,27.4W/ m2 ) 2.. 設計想定ピーク負荷の設計想定ピーク負荷.GJ/h 装置容量 6.7GJ/h(8.6W/ m2 ) 年間運転時間 2,84h (h) 図 -2 暖房デュレーションカーブ (/~6/3,/~4/3) (GJ/h). ピーク負荷 4.39GJ/h 設計想定ピーク負荷.38GJ/h 装置容量 6.23GJ/h(4.W/ m2 ) 3. ( 設計想定の 82,39.W/ m2 ) 想定ピーク負荷の 3 熱負荷2.. 年間運転時間,462h 図 -3 冷房デュレーションカーブ (6/4~/4) (h) 7..No.9

5 年目を含めて算出した値2 実施例ガス消費量が大きな影響を受けたことから, 都市ガスの契約使用量に近づけるため運転設定を変更したためであるこの結果, 地中熱ヒートポンプの年間処理熱量は想定の/3 程度となった年間空調負荷は, 冷房 3,GJの想定に対して,874GJで4, 暖房,GJ の想定に対して2,8GJで38 であった特に冬季の想定と実績の乖離が大きい ⑶ デュレーションカーブによる分析ピーク負荷は暖房 3.7GJ/h, 冷房 4.39GJ/hであり, それぞれ設計想定の6,82 であった暖房運転では, 想定ピーク負荷 3 以上の時間帯が約 3 時間程度, 冷房運転では約時間程度であり, 負荷の小さい時間帯が非常に多いことが分かる年間の熱源運転時間は4,33 時間で, 庁舎としては比較的長時間であった ( 図 -2 3) ⑷ 地中熱ヒートポンプの運転実態冬季,2 月は夜間時間運転, 昼間の追いかけ運転無しで運用されている熱源水の温度は, おおむね8 で熱源から杭に送水され,2 3 で熱源に戻ってきている夏季,7 月は昼間の追いかけ運転を行っており, 熱源水の温度はおおむね23 2 程度で熱源から杭およびボアホールに送水され,8 で熱源に戻ってきている夏季, 冬季ともに, 外気温度の影響を受けず, 地中熱ヒートポンプのCOPは良好に推移している ( 図 -4 ) 地中熱ヒートポンプの運転効率について, 負荷率との相関を確認した蓄熱槽を介した定格運転を想定したが, 二次側の戻り温度等により, 蓄熱槽の温度が影響を受け, 時間としては少ないが, 熱源機が部分負荷運転している時間帯もあった全体的には良好な運転効率であった ( 図 -6 7) ⑸ 熱源運転実態まとめ地中熱ヒートポンプの運転効率は, ボアホール併用としたことで, 熱源水の温度条件が有利に働き, 冷房時は, 定格 COP.に対して,.4であった暖房時は, 定格 COP4.3に対して3.7であった熱源水ポンプも含めたシステムCOPは, 冷房期間平均 4., 暖房期間平均 3.7であった暖房運転時のCOPが低いのは, 暖房期間の途中からガス熱源優先となり蓄熱槽の温度維持のために運転していた影響である初年度, 熱源全体のシステムCOPは, 冷房.9, 暖房.77, 通年で.82であった年間空調負荷原単位は冷房 6[MJ/ m2 年 ], 暖房 67.6[MJ/ m2 年 ], 全負荷相当運転時間 ( 熱負荷ピーク負荷 ) は, 冷房 h 暖房 686hで, 設計想定の72,69 であった冬季の負荷が予想よりも小さく, これは, 外気負荷低減の設計上の工夫や, 建物の断熱性能の高さによるものと考えている度C GH-A- 採熱水還温度 GH-A- 採熱水往温度外気温度 COP( GH-A-) 2 月時刻別データ温 2 - 図 -4 冬季の熱源水温度と地中熱ヒートポンプ COP 3 凡例は上図と共通温 3 2 度 C 7 月時刻別データ図 - 夏季の熱源水温度と地中熱ヒートポンプ COP 2 月時間平均値熱源機単体 COP 7 月時間平均値熱源機単体 COP () () 図 -6 地中熱ヒートポンプ運図 -7 地中熱ヒートポンプ運転負荷率とCOP( 冬季 ) 転負荷率とCOP( 夏季 ) 図図表 -3 熱源運転実績まとめ製造熱量 (GJ) 単体 COP システム COP WTF 地中冷温冷温冷温空気合計ピーク地中冷温冷温冷温空気地中熱源水搬熱 HP 水機水機水機熱源熱 HP 水機水機水機熱源全体送 COP COP 熱 HP 2 GH- A- GH- GH- 二次 RH- RH-2 RH-3 AHP RH- RH-2 RH-3 AHP A- (GJ/h) A- ポンプ月月月月月月月月月月月月月月月月月冷房 , 冷房 2 年目 , 暖房 , 年間 876,36,48, , 冷温水機, 熱源全体の COP は, ガス高位発熱量基準, 一次エネルギー COP 灰色網掛け部分は計測上の不具合があり, 全体熱量から按分した推計値 2 地中熱ヒートポンプのシステム COP は, 単体 COP に採熱ポンプの消費電力 OP OP 4 表 No.9

6 実施例初年度は, 冷房, 暖房期間の途中で冷温水発生機の使用を優先した運転となり, 地中熱ヒートポンプや空気熱源ヒートポンプの運転が制限されていた影響が大きい地中熱ヒートポンプは,2 年目から, 設計の想定どおりベース運転している月 ~9 月の実績で単体 COPで.6, システムCOPは2で, 処理熱量は増えているが, 年目と同程度の効率であったまた, 空気熱源 HPの単体 COPは6., 熱源全体でのCOPは.32で, 良好な運転状態が確認されたこのまま地中熱ヒートポンプをベース運転すると, 年間熱負荷の 6 をカバーすることになるなお, 暖房システム COPについては.9~ 程度には向上すると予想している 4-2 省エネ型集中外気供給システムの運用実績 ⑴ クールヒートトレンチの効果クールヒートトレンチを経由して空調機に入る空気温度は, 夏季, 約 2 で安定しており, 外気よりも8 低くなっている冬季の温度は約 8 で安定しており, 日中は外気よりも程度高くなっており, 非常に有効に機能している ( 図 -8 9) ⑵ 省エネ効果の確認年間運転実績から外気負荷対策を行っていない場合の理論積算熱量と比較を行った ( 図 -) 理論積算熱量は, 外気温度と給気温度の計測値のエンタルピー差に定格風量を乗じて算出した夏季の評価には, 実際は露点温度まで下げて送風しているため, 外気負荷だけでなく室内顕熱処理分の熱量も含まれているクールヒートトレンチやCO2 濃度制御, 全熱交換による排熱回収といった省エネシステムの採用により, 夏季は (MJ) 温度算3 3 除去2 熱量 3 積 8/8 8/9 8/ 8/ 8/2 8/3 8/4 積算除去熱量外気温トレンチ内温度図 -8 夏季代表週のクールヒートトレンチ運用状況 2 (MJ) 3 温度 3 積 /7 2/8 2/9 2/ 2/ 2/2 2/3 積算除去熱量外気温トレンチ内温度算除去熱量積算熱約 32, 冬季は約 7 の外気負荷に対する省エネ効果があった ( 図 -) 夏季はクールヒートトレンチとCO2 濃度制御による省エネ効果が大きく, 冬季は, 全熱交換器の削減効果が大きく寄与している夏季は, クールヒートトレンチを通った空気が, ほぼ室内温度にまで冷却されていたため, 全熱交換器の効果が小さくなっている ( 図 -2) (GJ) 6 32 削減 7 削減 3 量 ( 月 ) OAC-NS-BF OAC-NS2-BF OAC-S-6F OAC-N-7F 理論積算熱量図 - 年間運転実績値と理論値の比較による評価削減熱(GJ) 28 2 量, 風 ( 月 ) 6, 量3, 8,, クールヒートトレンチ VAV(CO2 濃度制御 ) 全熱交換器月平均風量定格風量 OAC-NS-BF 風量図 -2 外気負荷削減効果の内訳分析. 建物全体の運用実績 ( m3 /h) 7, 6, - 電力消費の実態年間電力消費量は2,42MWhで, 延床面積あたり原単位は68.7[kWh/ m2 年 ] であったピーク電力 ( 時間データ ) は夏季 8 月の46kWで, 延床面積あたり原単位は 7.W/ m2であった ( 図 -22) (W/ m2 ) 延床面積あたり原単位延床面積あたり原単位ピーク電力 ( 月 ) 図 -22 ピーク電力および床面積あたり原単位 (kwh) ピーク電力図 -9 冬季代表週のクールヒートトレンチによる運用状況 7..No.9 42

7 実施例 -2 一次エネルギー消費量 CO2 排出量建物全体 ( 本庁舎 ) の年間の一次エネルギー消費量は 26,7GJであった各月では,OAコンセントやUPS, UPS 損失といったエネルギー消費が各月で占める割合が大きい空調以外で各月 MJ/ m2を消費している ( 図 - 23) (MJ/ m2 ) 年合計 26,7GJ/ 年一次エネルギー消費原単位空調用 ( 月 ) 図 -23 月別一次エネルギー消費量原単位変圧器ロス融雪売店銀行食堂厨房 ESC ELV 給湯給排水 OA コンセント UPS 損失 UPS 照明換気空調機 FAN 水搬送 ( 床放射 ) 2 次ポンプサーバー PAC パッケージ GHP 食堂厨房 GHP( 庁舎 ) GHP( 市民 SC) 熱源補機地中熱 P 熱源 ( ガス ) 熱源 ( 電気 ) 年間の延床面積あたり一次エネルギー消費原単位は, 88MJ/ m2 年であった OAコンセントが最も大きく 4.3, また, 空調関連 ( 熱源, 熱源補機, 水搬送, 空気搬送 ) が全体のを占めている照明が. で, 他の使用先は比較的小さいサーバや, 防災無線等の系統であるUPS 系統は, エネルギー消費に占める割合が大きく, さらには電力のロスが程度生じていた再生可能エネルギーである太陽光発電 ( 定格発電容量 7kW) の年間発電量は67MWhで, 秋田の気象条件下において良好な発電電力量が得られており, 延床面積あたりでは約 22MJ/ m2で, 電力消費量の3.2, 全体のエネルギー消費量の約 2. に相当する ( 図 -24) 一般的な庁舎との比較では,OAコンセントも含む一次エネルギー消費原単位は32 削減となる ZEB 評価として,OAコンセントによるエネルギー消費量を除くと 3 削減となり, 太陽光発電による発電量の評価と合わせて,ZEB-Readyとなる ( 図 -2) なお,CO2 排出量については, 供給電力会社の温対法の平成 29 年度報告用係数にて換算すると,,442t-CO2/ 年, 46.2kg-CO2/ m2 年であった給排水.3 給湯.2 換気.2 テナント 3.6 OA コンセント 4.3 昇降機.4 88 MJ/ m2 年融雪その他 ( 変圧器ロス ).7 照明. 熱源 28.7 図 -24 年間一次エネルギー消費先割合,, 8 6 空気搬送 8.,26 88,96 (MJ/ m2 年 )(MJ/ m2 年 )(MJ/ m2 年 )(MJ/ m2 年 )(MJ/ m2 年 ), 次エ削減一ネルギー消費原単位リファレンス32 年間実績値熱源補機 2.8 水搬送.8 太陽光発電量 2.MJ/ m2 年は全て建物内で消費 ( 本消費に含む ) < 参考文献 > ) 気象庁 HP より 2) リファレンスは省エネルギーセンター統計値 ZEB評価リファレンス3 削減 2) 図 -2 一次エネルギー消費原単位の評価年間実績値熱源熱源補機水搬送空気搬送照明 OAコンセント換気給排水給湯テナント昇降機融雪その他 ( 変圧器ロス ) 6. まとめ寒冷地においてさまざまな環境負荷低減の取り組みを行っている庁舎の建築計画および主要な設備システムの概要について報告するとともに, 運用初年度の熱源システム, 外気供給システム, 建物全体のエネルギーの消費実態等についての分析結果について報告した No.9

三建設備工業つくばみらい技術センター汎用機器を用いた潜熱処理システムの運転実績

三建設備工業つくばみらい技術センター汎用機器を用いた潜熱処理システムの運転実績三建設備工業技術本部技術研究所佐藤英樹キーワード / ZEB 潜熱処理システム汎用機器 1. はじめに三建設備工業つくばみらい技術センターでは, ゼロエネルギービル (ZEB) をめざして, 地中熱利用の天井放射空調システムを中心とした改修工事を行い 1),2010 年 1 月より運用を開始した 2011 年度は,