技術研究報告第 47 号 2021.11

戸田建設株式会社

オフィス環境を対象とした環境創造技術に関する研究（その 6）運転データに基づく並列型潜顕分離空調機の性能評価
STUDY OF TECHNOLOGY TO ACHIEVE THE OPTIAL OFFICE ENVIRONMENT
Part6 Performance evaluation of air conditioning systems with parallel coils for sensible heat and latent heat separation
based on operation data

浅 野 涼 太*1, 村 江 行 忠*2, 竹 中 優 揮*3
Ryota ASANO, Yukitada MURAE and Yuki TAKENAKA
In recent years, there has been a demand for comfortable indoor thermal environments that also conserve energy. With the reduction of the sensible heatload due to a high performance which is achieved in heat insulation and airtightness for low-load building exteriors, if neither the sensible heat load nor thelatent heat load can be properly adjusted, the indoor thermal environment may deteriorate. In this study, we adopted an air conditioning system with parallelcoils for sensible heat and latent heat to reduce the installation area of air conditioners and evaluated operation data. The results are follows,.
1)

Stable temperature and humidity control could be achieved by an air conditioning system which separated latent heat and sensible heat.

2)

When operating an air-conditioning type which separates latent heat and sensible heat, the amount of heat processed by the latent heat coil increased
due to warm-up control operation. In order to achieve energy-conservation operation, it is necessary to efficiently handle the heat load with a sensible
heat coil.
Keywords : Office Building, Air Conditioning System with Parallel Coils for Sensible Heat and Latent Heat, Changing Heat Load,Sensible Heat Load, Latent Heat Load, Processed Heat Load by Cold Water
オフィス建築，潜顕分離空調方式，熱負荷変動，顕熱負荷，潜熱負荷，冷水熱量

1. はじめに
実証建物において 2017 年 4 月から運用を始め,2020 年 10 月まで各
種環境技術を検証した 1).近年,省エネルギーかつ快適な室内温熱環

RASA

顕熱境を求められているが,低負荷外装建築の高断熱高気密化による顕EA

熱負荷の低減に伴い,在室者等による潜熱負荷の割合が高くなるた

省スペース化

潜熱

め,良好な室内環境を維持するためには顕熱負荷だけではなく潜熱負荷を適切に処理する必要がある.

VAV

事務室

OA

潜熱処理にあたり, 顕熱処理コイルと潜熱処理コイルを有する空RA調機（以下，潜顕分離空調機）の採用が有効であるが,一方で設置面潜熱EA積を要するという課題もある.本施設ではオフィス建築を想定し,2つの潜顕処理コイルを並列に配置した並列型潜顕分離空調機(図 1)

顕熱SA

VAVOAを採用し,約 20%の省スペース化を図った.本報では並列型潜顕分離

事務室

空調機の運転データに基づく検証結果について報告する.
図 1 潜顕分離空調機概要図(上.並列型 下.直列型)

2. 概要
時は外気導入ダンパを閉,潜熱コイル側還気ダンパを開,在室開始時

2.1 空調方式概要に外気導入ダンパを開,潜熱コイル側の還気ダンパを閉に制御した.

本施設は 1 階と 2 階で異なる空調方式を採用しており,表 1 に空外気量は各方式それぞれ 1260CMH(1 フロアに 3 室あり,1 室当たり調能力を示す.1 階事務室は熱源として空冷式チラーを用いたエア420CMH)に設定した.

ハンドリングユニットの一般空調方式を採用している.2 階事務室
は 1 階と同様,熱源として空冷式チラーを用いており,大規模オフィ

2.2 実験概要

ス建築の熱源の効率運転を想定して,低温冷水で外気潜熱を処理し,中温冷水で顕熱を処理する潜顕分離空調方式を採用した. 運転条件

図2 に各測定室の内部発熱機器及び加湿機の設置状況と空調吹出については,在室開始想定時刻の 1 時間前からウォーミングアップ

口位置を示す.人体発熱を模擬するため,顕熱分として電気毛布(1 台運転を実施しており潜顕分離空調方式のウォーミングアップ運転

当たり 88W)を使用しており,在室者 14 人(1 人当たり 60W)を想定し*1 戸田建設㈱技術開発センター修士（工学）Technology Development Center, TODA CORPORATION, M.Eng.

*2 戸田建設㈱技術開発センター工学修士

Technology Development Center, TODA CORPORATION, M.Eng.

*3 戸田建設㈱技術開発センター

Technology Development Center, TODA CORPORATION

3-1

オフィス環境を対象とした環境創造技術に関する研究(その６)

10 枚設置した.上記にあわせて,14 人分の潜熱負荷(一人当たり

表 1 空調能力80L/h)を想定し,加湿能力 280mL/h を 3 台,加湿能力 320mL/h を 1 台使用した.また,機器発熱は 40W/㎡程度を想定し,1000 W のパネル

1F

空調方式
一般空調ヒータを 3 台設置した.内部発熱と加湿機の稼働時間(在室想定時間)

2F

潜顕分離空調は 9:00-18:00 とし,電源 ON,OFF をスケジュールタイマで管理した.

冷却能力39.9kW
17.6kW
顕熱コイル
潜熱コイル
30.2kW
低温側 7℃ 高温側 12℃

熱源冷水温度

これら全ての機器を稼働(負荷 100%)した日を Case1, 9:00-10:00 と15:00-18:00 に負荷 100%とし,10:00-15:00 に電気毛布 5 台とパネル
ヒータ 1 台，加湿能力 320mL/h の加湿機 1 台のみ稼働(負荷 36%)した日を Case2 とし,内部発熱量及び加湿量を変動させた測定を実施した.空調設定を表 2 に示す.空調時間はウォーミングアップ運転を7,200

含めて 8:00-18:00 とし,一般空調方式は設定温度 26℃,相対湿度を成行きとし,潜顕分離空調方式は設定温度 26℃,相対湿度 50%RH に設定した. 室内空気温度及び相対湿度は室内中央付近FL+1500 ㎜を測定しており,中央監視盤にて 1 分毎に記録している.また,各空調方式

Nの消費熱量は 3.3 に後述する方法で評価した.
2,200

8,000

2.3 外装概要

10,200既報 2)3)の外装熱性能評価でも報告したが, 本施設は図 3 表 4 に示

:温湿度測定点:空調吹出口すように事務室毎に異なった外装をしている.外装はそれぞれ,奥行690 ㎜の 2 層吹抜のダブルスキン,幅 1.2m の 2 層吹抜の奥行 385 ㎜のダブルスキン(薄型ダブルスキン)と幅 0.6m のパネル部(アルミ板

単位[mm]:電気毛布(88W/台):パネルヒータ:加湿機(280mL/h):加湿機(320mL/h)
図 2 測定機器設置平面図
表 2 空調設定

2.0 ㎜＋吹付ロックウール 25 ㎜)の合計 1.8m 幅×4 グリッド,長さ1.5m の庇と縦ルーバーの付いたバルコニーの 3 種類となる.

1F
2F

空調方式

事務室

設定温度

設定湿度

一般空調
潜顕分離空調

1,2,3
4,5,626℃
26℃

成行き50%RH

3. 測定結果

表 3 発熱スケジュール

3.1 室内温湿度
夏期の外気温度が高温の日を対象とし,Case1 の測定を 2020 年 8

Case1
Case2

月 18 日，Case2 の測定を 2020 年 8 月 17 日に実施した.
Case1 について,図 4,5 に室内温度変動,図 6,7 に室内相対湿度変動

9:00-10:00

10:00-15:00

15:00-18:00

負荷 100%

負荷 100%
負荷 36%

負荷 100%を示す.外装仕様が異なるため,空調開始時の温度が各室で異なるが,9 時以降は一般空調方式の事務室 1,2 は 27℃,事務室 3 は 26℃程度で推移しており,潜顕分離空調方式では事務室 4,5,6 ともに 26℃程度で推移した.
また,相対湿度は,一般空調方式では 50～65%RH で変化しながら事務室5事務室4

事務室61,550推移していたのに対し,潜顕分離空調方式では設定湿度 50％で安定

事務室1事務室22,900

Case2 について,図 8,9 に室内温度変動,図 10,11 に室内相対湿度変2,900ていた.
動を示す.一般空調方式では事務室 1,2,3 ともに負荷 100%時は 26～1,500

事務室3ルーバー

27℃,負荷 36%時は設定温度 25℃程度で安定していた.潜顕分離空調
690

方式では事務室 4,5,6 とも負荷 100%時は 25～26℃で推移し,負荷385

1)事務室 1,436%時は各事務室において 10 時～11 時に室内温度 25.3℃に低下するものの,15 時までは設定温度 26℃程度で安定しており, 両空調方

2)事務室 2,53)事務室 3,6

図 3 南面外装概要式ともに良好な温度制御が実施されていた.
また, 相対湿度 について, 一般空調方式で 負荷 100% 時は60~65%RH,10 時～15 時の負荷 36%時は 60%RH で推移していたの

事務室 1,4
事務室 2,5
事務室 3,6に対し,潜顕分離空調方式では負荷 100%時は 50%RH 程度,負荷 36%時では設定湿度 50%RH よりも低い 40%RH 程度で推移していた.

3-2

表 4 建物南面外装
外装仕様
ダブルスキン(2 層吹抜)
薄型ダブルスキン(2 層吹抜)
バルコニー＋縦ルーバー

奥行
0.69m
0.385m
1.5m(庇)

2,900

しており, 室内温度も一定であったことから良好な制御が実施され技術研究報告第 47 号 2021.11

事務室 1

事務室 2

戸田建設株式会社

事務室 3

外気

事務室 4

設定温度

空気温度 [℃]

空気温度 [℃]353025外気設定温度・設定湿度

78910111213141516173530

25

18 19時刻7

図 4 Case1:1 階事務室内温度変動(2020 年 8 月 18 日)

89101112131415161780
相対湿度 [%RH]70607060
5050
40789101112131415161740

18 19時刻

図 6 Case1:1 階事務室内相対湿度変動(2020 年 8 月 18 日)

891011121314151617

空気温度 [℃]30789101112131415

16

1718353025

1978910111213

14151617時刻
図 8 Case2:1 階事務室内温度変動(2020 年 8 月 17 日)

18 19時刻

図 9 Case2:2 階事務室内温度変動(2020 年 8 月 17 日)

80
相対湿度 [%RH]8070605040

18 19
時刻

4035257

図 7 Case1:2 階事務室内相対湿度変動(2020 年 8 月 18 日)

40

相対湿度 [%RH]

18 19
時刻

図 5 Case1:2 階事務室内温度変動(2020 年 8 月 18 日)

80
相対湿度 [%RH]

事務室 64040

空気温度 [℃]

事務室 5706050

789101112131415161740

18 19
時刻

図 10 Case2:1 階事務室内相対湿度変動(2020 年 8 月 17 日)

789101112131415161718 19時刻

図 11 Case2:2 階事務室内相対湿度変動(2020 年 8 月 17 日)

3-3

オフィス環境を対象とした環境創造技術に関する研究(その６)

3.2 室内露点温度
Case2 について,積算熱量を比較すると,一般空調方式は 813MJ,潜測定した空気温度と相対湿度を用いて,式(1)~(3)により室内露点

顕分離空調方式は 1054MJ と Case1 と同様の傾向がみられた.潜顕分

温度を算出した.
7.5T

Es = 6.1078 × 10(T+237.3)

(1)

E

(3)

E = Es×φ100

Td = log

6.1078×

冷水瞬時熱量が 306MJ/h となっており, Case1 と同様に空調運転開始時に潜熱負荷処理に多大なエネルギーを消費する傾向がみられ

(2)

237.3

E
6.10787.5−log

Es:飽和水蒸気圧[hPa] T:空気温度(℃)
φ:相対湿度[%RH]

離空調方式について, ウォーミングアップ運転開始時に潜熱コイルた.また,潜顕分離空調方式の顕熱コイル冷水処理熱量について, 9 時～10 時及び 15 時～18 時の負荷 100%においては 30～40MJ/h 程度推移し,10 時～15 時の負荷 36%においては約 20MJ/h で安定しており，図 9 に示した室内温度変動に追随した顕熱処理を実現していた.

E:蒸気圧[hPa]

Td:露点温度(℃DP)

潜顕分離空調方式の潜熱コイル冷水処理熱量はウォーミング
アップ運転時を除き,負荷 100%及び負荷 36%においても 60～70MJ/h 程度で推移していた.図11 に示した相対湿度変動で示した通Case1,Case2 の室内露点温度変動を図 12~15 に示す. Case1 について,外気露点温度 25℃に対し,一般空調方式では 16～20℃DP で推移り,負荷 36%で稼働していた 10 時～15 時では設定湿度 50%RH に対し,潜顕分離空調方式では 15℃DP で安定していた.また,Case2 では,

し 40%RH 程度であったのは,潜熱コイルの冷却能力が高く,室内加外気露点温度が 25~27℃DP で推移しているのに対し,一般空調方式湿負荷が減った時間帯でも潜熱負荷処理を行っていたためである.

では 16～20℃DP で推移し,潜顕分離空調方式では負荷 100%時で15℃DP, 負荷 36％時は 12℃DP 程度で安定していた.潜顕分離空調

4. まとめ方式では Case1,Case2 ともに室内露点温度が外気露点温度よりも実測結果から以下の知見を得ることができた.

10℃DP 低かったことから,導入外気の除湿運転が有効に実施されて・今回採用した並列型潜顕分離空調方式はほぼ安定した温湿度制御いた.

を実現することができた.また, 外気露点温度25℃DP に対して,室内3.3 冷水消費熱量の比較に実施されていた.

露点温度が 15℃DP 程度と 10℃DP 低く,導入外気の除湿運転が有効
中央監視盤にて,1 分毎に空調機冷却コイル出入口温度と冷水流量を測定しており,それらを用いて冷却コイル生成熱量を式(4)によ・潜顕分離空調方式において,ウォーミングアップ制御により潜熱り算出した.

コイル側の処理熱量が大きくなった.今後は,省エネ運転を実現する

Q = ρ ×C × V ×⊿ t ×0.06
Q:冷却コイル生成熱量[MJ/h]

ρ:密度(水:1000kg/㎥)

C:比熱(水:4.2kJ/kg K)

V:冷水流量[L/min](4)

ため，空調立ち上がり時の潜熱負荷が大きい時間帯は顕熱コイル側で効率的に顕熱負荷を処理する制御方法の検討が課題である.

⊿ t:冷却コイル出入口温度差[℃]・潜顕分離空調方式について,顕熱コイル側では室内発熱負荷に追随した顕熱処理を実現できていたが,36%負荷時においては設定湿Case1，Case2 について,一般空調方式と潜顕分離空調方式の冷水

度 50%RH に対して 40%RH となり,潜熱処理量は 100%負荷時と変瞬時熱量及び 1 日の積算熱量を図 16~19 に示す.冷水瞬時熱量は 1化が見られなかった.低負荷時における潜熱コイル側の制御や,過剰分ごとの瞬時冷水流量と冷却コイル出入口温度から式(4)により算な処理能力をもたないような機器選定をすることが課題となる.

出した冷却コイル生成熱量であり,積算熱量は測定対象日の冷水瞬時熱量の空調稼働時間帯の積算値である.
Case1 について,積算熱量を比較すると,一般空調方式は 853MJ,潜顕分離空調方式は1039MJとなった.一般空調方式は湿度を成行きに参考文献しており,潜熱負荷を処理していないため,潜顕分離空調方式と比較

1)

すると積算熱量が少なくなった.潜顕分離空調方式について,

伊藤他: オフィス建築を対象とした環境創造技術に関する実証研究(その 1),戸田技術研究報告第 43 号 ,2017.11

ウォーミングアップ運転開始時に潜熱コイル冷水瞬時熱量が2)

252MJ/h となっており,9 時以降は 60～70MJ/h 程度で安定していた

浅野他: オフィス建築を対象とした環境創造技術に関する実証研究(その 2), 戸田技術研究報告第 44 号 ,2018.11

ことから,空調運転開始時の潜熱負荷処理に多大なエネルギーを消3)費していた.

浅野他: オフィス建築を対象とした環境創造技術に関する実証研究(その 4), 戸田技術研究報告第 45 号 ,2019.113-4

技術研究報告第 47 号 2021.11

事務室 1

戸田建設株式会社

事務室 2

事務室 3

事務室 4

外気

露点温度 [℃DP]

露点温度 [℃DP]

3025201510

事務室 5事務室 67892520151010 11 12 13 14 15 16 17 18 19789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19時刻時刻

図 12 Case1:1 階事務室内露点温度変動(2020 年 8 月 18 日)

図 13 Case1:2 階事務室内露点温度変動(2020 年 8 月 18 日)

3030
露点温度 [℃DP]

露点温度 [℃DP]

外気30252015107892520151010 11 12 13 14 15 16 17 18 1978910 11 12 13 14 15 16 17 18 19時刻

時刻

図 14 Case2:1 階事務室内露点温度変動(2020 年 8 月 17 日)

図 15 Case2:2 階事務室内露点温度変動(2020 年 8 月 17 日)
顕熱コイル

積算熱量 853MJ/日

300
200
1000

潜熱コイル

400
熱量 [MJ/h]

熱量 [MJ/h]

4007892001000

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

積算熱量 顕熱コイル:356MJ/日
潜熱コイル:683MJ/日

300

789

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19時刻

時刻

図 16 Case1:一般空調機冷水瞬時熱量(2020 年 8 月 18 日)

図 17 Case1:潜顕分離空調機冷水瞬時熱量(2020 年 8 月 18 日)
400

積算熱量 813MJ/日300

熱量 [MJ/h]

熱量 [MJ/h]

400

20010007892001000

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19時刻

積算熱量 顕熱コイル:292MJ/日
潜熱コイル:762MJ/日

300

78910

11 12 13 14 15 16 1718 19時刻

図 18 Case2:一般空調機冷水瞬時熱量(2020 年 8 月 17 日)

図 19 Case2:潜顕分離空調機冷水瞬時熱量(2020 年 8 月 17 日)

3-5