建物・工場における省エネ診断ツールの作成と効果検証

種谷
1.

皐希

空調、工場特有の省エネ項目の 3 つに大きく分類した。

はじめに地球温暖化対策として、日本政府はCO2 などの温室2.2. 照明

効果ガスの排出量を 2030 年度に 2013 年度比で 46%削

2.2.1.

①照明の適正化減することを表明した。しかし、既存建物での省エネ

照明分野の 1 つ目の省エネ項目は、「①照明の適正は進んでおらず、省エネ診断等によって、運用の改善化」である。入力項目は、現状と改善後の点灯率選択と設備の改修を進めていく必要がある。省エネ診断に

𝛼11 , 𝛼12（0.6～1.0）、現状と改善後の作業面照度𝐸11 ,ついては様々な企業や団体が取り組んでいるが、診断𝐸12（lx）、現状の照明器具消費電力𝑃11（W/台）、現状とをサポートする効果的なツールは十分には開発されて改善後の照明器具台数𝑛11 , 𝑛12 、照明器具の点灯時間おらず、特に短時間の診断で効果が大きい項目を抽出ℎ11 , ℎ12（h/月）となる。点灯率の選択は、人感センサし、経済的メリットも含めて提示するツールが求めらの有無が関係してくる要素であり、プルダウンで 0.6れている。そこで本研究では、対象建物を訪問した際～1.0 という数値を選択する方式となっている。このに、専門知識を持つ調査員が、その場で得た情報を入

数値については参考文献 1)～3)を基に、人感センサの力して効果の提示に用いることを前提として、短時間導入により最大約 40%の電力削減が見込めると判断しで入力できる省エネ診断ツールの開発に取り組んだ。

た。これにより現状電力消費量𝑊11 = 𝛼11 𝑃11 𝑛11 ℎ11 の式で求めることができる。また𝐸12 の入力により、改善後2.

ツールの概要の目標とする照度が小さくなり、消費電力や必要台数

2.1. ツールのコンセプトと仕様が 小さく なるため、 改善後の照明の消費電力 𝑃12 =本研究で作成する省エネ診断ツール（以下、本ツー

𝑃11 (𝑛11 𝐸12 /𝑛12 𝐸11 )となる。この𝑃12 を利用して、改善後ルとする）は Excel ソフトを用いて作成した。実際に電力消費量𝑊12 = 𝛼12 𝑃12 𝑛12 ℎ12 の式で求め、その差を建物に赴き、一定の項目を実測し、Excel のセル上に入とって削減電力消費量を算出する。実際の本ツールの力することで、各分類別の現状電力消費量や改善後電①照明の適正化シートの画面を図 1 に示す。

力消費量、電気代削減量などが自動的に算出され、表2.2.2.

②LED 誘導灯の採用示されるというシンプルな構成になっている。省エネ

照明分野の 2 つ目の省エネ項目は、「②LED 誘導灯の項目の選定では、（財）エネルギーセンターが発行する採用」である。入力項目は、現状と改善後の誘導灯消「ビルの省エネルギーガイドブック 2021」と「工場の費電力𝑃21 , 𝑃22（W/台）、現状と改善後の誘導灯台数𝑛21 ,省エネルギーガイドブック 2021」を参考にし、省エネ

𝑛22 、現状と改善後の誘導灯点灯時間ℎ11 , ℎ12 （h/月）

ルギーセンターが過去の省エネ診断で提案した改善項となる。点灯時間については、誘導灯の場合 24 時間

目のうち件数が多いものを抽出し、省エネ項目を照明、365 日点灯していることがほとんどであるため、基本①照明の適正化
現状の照明状況(lx)
名前・場所

改善後の照明状況

(W/台)

(h/月)

(kWh/月)

(lx)

照度

点灯率

消費電力

台数

点灯時間

現状電力消費量

照度

講義室

800

17313180170.8

製図室

1000

17320180

262.8(h/月)(kWh/月)(kWh/月)想定消費電力 点灯時間

(W/台)

改善後電力消費量

電力削減量

点灯率

台数

600.0

11354.8

180128.1

42.7

800.00.9

1673.0

150

157.7

105.1

応接室

700

1150860

72.0

500.0

16142.96051.420.6

製造工場

1000

1150

9180

243.0

800.0

19120.0

180

194.4

48.6

倉庫

700

11503

180

81.0

300.0

0.8

296.4

120

18.5

62.5

食堂

600

1731530

32.9

500.0

11276.0

30

27.4

5.5

事務室

900

180

9180

129.6

700.0

16

93.3

160

89.6

40.0

照度計読み取り型番から読み取り

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667.1

325.0

992.1

照度計読み取り

読み取り

図 1：「①照明の適正化」の画面と入力例
43-1

的には 24×365=720h を入力することになり、例外の場（h/月）を入力する。またポンプ本体の要素として、合のみ別の値を入力する。以上の入力項目から、現状現状と改善後の吐出圧力𝑃𝑑1 , 𝑃𝑑2（kPa）を入力する。イ

電 力 消 費 量 𝑊21 = 𝑃21 𝑛21 ℎ11 と 改 善 後 電 力 消 費 量

ンバータ機種の選択については、インバータ効率を算𝑊22 = 𝑃22 𝑛22 ℎ12 と算出されるため、その差をとって削出するために、プルダウンから 3 種類の機種を選択し、減電力消費量を求める。

機種ごとに実測から得られたインバータ効率の算出関2.3. 空調数へ、モーター負荷率をあてはめることで求める。実2.3.1.

③空調設定温度調節＆機器更新

測で得られた 3 種のインバータ効率関数を表 1 に示す

空調分野の 1 つ目の省エネ項目は、「③空調設定温（x はモーター負荷率）。ここで、現状電力消費量の算度調節＆機器更新」である。この項目では、空調設定

出に向け力率𝐹、電動機消費電力𝑃42 、モーター負荷率

温度を現在の温度から 1℃調節した場合と、空調をよ𝐿4 が必要になってくるため、それぞれ𝐹 = 𝑃41 ・100 /り高効率なものに更新した場合の 2 つの省エネ効果に

𝑉41 𝐼41 √3、𝑃42 = √3𝑉42 𝐼42 𝐹、𝐿4 = 0.9𝑃42 /𝑃41 の式で算出

ついて評価する。入力項目は、現状と改善後の空調のする（電動機効率は 90%で計算している）。以上から、

APF𝐴31 , 𝐴32 、空調能力𝐶31（kW/台）、空調運転時間ℎ31

現状電力消費量が𝑊41 = 𝑃42 ℎ41 で求められる。さらに、（h/月）、空調台数𝑛31 となる。空調温度を数度調整す

現状吐出圧力と圧力調整後の改善後吐出圧力の入力、ることによる省エネ効果を求めるのは難しく、かつ無インバータ効率𝛼4 により、改善後電力消費量𝑊42 =理な温度設定により不快感が高まる可能性も高い。そ𝑃42 ℎ42 (𝑃𝑑2 /𝑃𝑑1 )3/2 /𝛼4 の式で求めることができ、その差こで一般的には設定温度を 1℃調整すると、現状の約をとって削減電力消費量を求める。

10%の省エネ効果があると言われているため、本ツール

2.3.3.

⑤ファンのインバータ化

では、設定温度を現状から 1℃調節した際の省エネ効

空調分野 3 つ目の省エネ項目は、「⑤ファンのイン果を求めることとした。なお、機器更新による効果はバータ化」であり、空調用ファンの電動機をインバー

𝐴31 , 𝐴32 の比率により算出するため、機器更新を行わタ化した際の省エネ効果について評価する。入力項目ない場合、𝐴32 は𝐴31 と同じ値を入力する。以上から、は、電動機定格出力𝑃51（kW）、モーター定格電流𝐼51（A）、

現状電力消費量𝑊31 = 𝐶31 ℎ31 𝑛31 /𝐴31 、改善後電力消費

モーター実測電流𝐼52（A）、風量𝑄5（%）、現状軸動力比量𝑊32 = 0.9𝑊31 𝐴31 /𝐴32 と算出され、これらの差をとっ𝑆𝐻𝑃1（%）、現状と改善後の運転時間ℎ51 , ℎ52（h/月）、イて削減電力消費量を算出する。本ツールにおける実際ンバータ機種の選択（2.3.2 と同様）、定格周波数𝜈51の③空調設定温度調節＆機器更新の画面を図 2 に示す。

（Hz）、インバータ後運転周波数𝜈52 （Hz）である。𝑄5

2.3.2.

は、現在使用しているダンパを見たうえで、その開度④ポンプのインバータ化

空調分野の 2 つ目の省エネ項目は、「④ポンプのイからどのくらいの風量が出ているかを推定する。𝑆𝐻𝑃1

ンバータ化」である。この項目では、空調用ポンプをは、推定した𝑄5 を基に、風量と軸動力の関係のグラフ動かす電動機をインバータ化した場合の省エネ効果をから目視で読み取り、ツールに入力する。風量と軸動算出する。入力項目は、電動機の要素として定格出力

表 1：3 種の機種ごとのインバータ効率関数

𝑃41（kW）、定格電圧𝑉41（kV）、定格電流𝐼41（A）、現状電インバータ機種インバータ効率関数

圧値𝑉42（kV）、現状実測電流𝐼42（A）、現状運転時間ℎ41

高圧インバータ１(HV5)

y=-0.001x^2+0.2359x+83.593

高圧インバータ2(HV5-S) y=-0.001x^2+0.2404x+82.466（h/月）、インバータ機種の選択、改善後の運転時間ℎ42③空調設定温度の調節と高効率機器への更新

低圧インバータ(616G)

y=-0.0016x^2+0.3543x+75＊設定温度調節においては、現状の設定温度から1度調節した際の省エネ効果を算出してい↓空調機器の更新を行わない場合は、現状と同じ値を入力

冷房(PPM)(kW/台)

エアコンの名前・型番

空調内容

夏季設定温度

CO2濃度

講義室

天カセ

24800

3.2

応接室

天カセ

25800

3.6

製図室

他

24820

食堂

天カセ

25

事務室

天カセ

25800

現状冷房APF 更新後冷房APF(h/月)(kWh/月)(kWh/月)(kWh/月)

冷房能力

運転時間

台数

現状電力消費量

改善後電力消費量

電力削減量

5.1

16160

43200.0

1807.11392.93.612802533.3

480.0

53.3

3.9

3.9

13160

42133.3

1920.0

213.3

4.4

4.4

825

2

90.9

81.8

9.1

4.1

4.1

12160

2

936.6

842.9

93.7

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6894.25131.81762.4

1000PPMを目安に喚起を行う。

読み取り

読み取り

図 2：「③空調設定温度調節＆機器更新」の画面と入力例
43-2

力の関係のグラフを図 3 に示す。またインバータ効率率の測定は、配管の末端を閉鎖してからコンプレッサ

𝛼5 の算出は 2.3.2 と同様に、モーター負荷率を関数にの運転を開始し、上限圧力𝑝61 に達したらコンプレッサ当てはめて算出する。この項目でのモーター負荷率は、を停止する。その後停止時からの漏れにより圧力が減

𝐿5 = 𝐼52 /𝐼51 で求める。以上から、現状電力消費量𝑊51 =少し下限圧力𝑝62 になるため、このときの𝑝62 から𝑝61 に𝑃51 𝐿5 ℎ51 𝑆𝐻𝑃1 、改善後電力消費量𝑊52 = 𝑃51 𝐿5 ℎ52 (𝜈52 /なった時間𝑡1 および𝑝61 から𝑝62 になった時間𝑡2 を計測

3𝜈51 ) /𝛼5 で算出されるため、これらの差をとって削減することで測定する。これにより、コンプレッサの漏電力消費量を求める。

れ率𝐿𝑝 = 𝑡1 /(𝑡1 + 𝑡2 )で求められる。また、改善後の目

2.4. 工場特有の省エネ項目

標漏れ率を 0.2MPa とし、前後の漏れ率 比 𝛽7 = 1 −工場特有の省エネ項目は、「⑥吐出圧力の適正化」、(𝐿𝑝 − 0.2)で求めることができるため、改善後の電力消「⑦エア配管の漏れ防止」、「⑧コンプレッサインバー費量𝑊72 = 𝛽7 𝑊62 で求めることができる。これと𝑊62 のタ制御」の 3 つとなっているが、この 3 種類の要素は差をとることで⑦での削減電力消費量が分かる。

全てコンプレッサが関係しており、照明や空調のよう

2.4.3.

⑧コンプレッサインバータ制御にそれぞれの省エネ項目を独立したものとして扱うこ⑧では、現在オンロード・アンロード運転で制御しとはできない。従ってこの分野に関しては、3 種の省ているコンプレッサをインバータ化した際の省エネ効エネ要素を⑥→⑦→⑧と順番に行っていくこととした。

果について評価する。入力項目は、定格周波数𝜈81（Hz）

2.4.1.と運転周波数𝜈82（Hz）のみであり、その他コンプレッ⑥吐出圧力の適正化⑥では、コンプレッサの圧力調整弁の調節により、サの定格事項は⑥から引き継いだものを用いる。また、吐出圧力を小さくした場合の省エネ効果について評価

この項目の対象となるのは、⑥において制御方法をオする。入力項目は、制御方法の選択（オンロード・アンロード・アンロード運転と選択したもののみである。

ンロードかインバータを選択）、コンプレッサ定格出力以上から、改善後電力消費量𝑊82 = 𝑊72 (𝜈82 /𝜈81 )3 の式

𝑃6 （kW）、圧縮段階の選択（1 段 or2 段）、運転時間ℎ6で求められ、𝑊72 との差をとって、⑧での削減電力消費（h/月）、調整前と調整後の圧力調整弁圧力𝑝61 , 𝑝62量を求める。

（MPa）を制御方法に関わらず入力する。オンロード・

2.5. 合計シート

アンロードの場合は加えてオンロード時間𝑡𝑜𝑛（s）、ア

本ツールには、①～⑧それぞれの省エネ項目での月ごンロード時間𝑡𝑢𝑛（s）、インバータの場合は加えて定格との現状消費電力量、改善後電力消費量、電力削減量、電流𝐼61 （A）、実測電流𝐼62 （A）、定格周波数𝜈61 （Hz）、削減電気代とそれらの合計をまとめた「合計シート」

運転周波数𝜈62（Hz）、インバータ機種の選択（2.3.2.とを組み込んでいる。ただ、削減電気代の算出にあたり、同様）となる（この項目でのインバータ効率を𝛼6 とする）。モーター負荷率の算出が必要となるが、オンロー
ド ・ ア ン ロ ー ド の 場 合 は 𝐿6 = (𝑡𝑜𝑛 + 0.25𝑡𝑢𝑛 )/(𝑡𝑜𝑛 +𝑡𝑢𝑛 )、インバータの場合は𝐿6 = 𝐼62 /𝐼61 で算出する。これにより、現状電力消費量𝑊61 = 𝑃6 𝐿6 ℎ6（オンロード・アンロード）、𝑊61 = 𝑃6 𝐿6 ℎ6 (𝜈62 /𝜈61 )3 /𝛼6 （インバータ）の式で求められる。次に圧力調整弁調節前後の動力比𝛽6 を、1 段圧縮機・2 段圧縮機それぞれにおいて実測により得られた吐出圧力―理論所要動力関係の関数に前後の吐出圧力を代入したものの比を求めることにより算出する。圧縮段階ごとの吐出圧力―理論所要動力関係と、前後の動力比𝛽6 の算出方法を表 2 に示す。これ
により、改善後電力消費量𝑊62 = 𝛽6 𝑊61 の式で求め、そ図 3：風量と軸動力の関係の差をとって削減電力消費量を算出する。
2.4.2.

⑦エア配管の漏れ防止𝟒)

表 2：圧縮段階ごとの吐出圧力―理論所要動力⑦については、エア漏れを発見して塞ぐことによる関係と、前後の動力比𝜷𝟔 の算出方法省エネ効果について評価する。この項目では漏れ率の1段圧縮f(x)=-1.6517x^2+6.5563x+0.907測定を行い、その値に⑥から引き継いだコンプレッサ

２段圧縮f(x) =-1.465x^2+5.3533x+0.9583の定格事項等を当てはめて電力消費量を求める。漏れ前後の動力比β6=f(p62)/f(p61)43-3

各電力会社の電気代プランにおける従量単価（円/kWh）

この省エネ項目を全キャンパス内で総力を挙げて行えの入力を行う必要がある。

ば、莫大な効果を得られるということも分かった。

3.

4.

ツールの運用と効果検証

3.1. 工場の運用結果とその分析おわりに本研究のツールの作成では、簡易的に省エネ効果を本ツールの精度確認や運用検証のため、まず工場に算出できるということを目標としていた。今回実測をおいて本ツールを使用した。工場での実測においては行った工場では 4 項目で 1 時間強、オフィス空間では設備の関係で、①③⑥⑧のみ運用を行った。ただし、3 項目で 30 分ほどと短い時間で行うことができたので空調機器更新については実現可能性の点から行わなか簡易性という面では目標を達成できたと考える。ただ、った。工場での運用結果の合計シートを図 4 に示す。

今回の実測では④⑤⑦については運用を行えていない

運用結果から、項目内では③→①→⑧→⑥の順に電のと、②や工場特有の省エネ項目全般においては大き力削減量が大きく、③だけで全体の約 79%の省エネ効な省エネ効果が見込めないという結果が出たため、大果となっている。電気代としては、約 29000 円の削減

きな省エネ効果を効率よく得る、という点では課題がとなった。照明、空調両項目において、面積が大きい見えた。そのため今後はより多くの実測を行い精度を部屋の方がより大きな省エネ効果を得やすいという結高めるとともに、省エネ項目の見直しを行うことで、果となっているため、この工場においてはなるべく大さらに高効率な省エネ診断ツールの作成を目指す。

きな部屋に対して、③や①を優先的に行うことで、効率の良い省エネができるということが判明した。

【謝辞】本研究にあたり、（株）コンシェルジュ小嶋卓二様、堀3.2. オフィス空間の運用結果とその分析

川弘様、（株）上野製作所の皆様に多大なご協力を頂きました。

オフィス空間でも運用を行い、今回は大学の研究室深く感謝申し上げます。の一室を用いて実測を行った。オフィス空間において【参考文献】

は①②③の運用を行った。ただし、空調機器更新につ1).

小野林功昇, 三木光範, 榊原佑樹, 池上久典, 間博人：人

いては、空調が高性能の物であったため行わなかった。

感センサを用いた照明制御システムと知的照明システム

オフィス空間での運用結果の合計シートを図 5 に示す。の消費 電力削減効果の比較, 同志社大学理工学研究報告,運用結果から、②においては省エネ効果がほとんど

55 巻, 2 号, pp.202-208, 2014.7

見込めず、実質①と③のみの省エネ効果となった。工2).

場での実測と同様にやはり空調設定温度調節による効一般社団法人

日本照明工業会：「照明制御装置による消費電力削減効果の評価手法」, 技術資料 130-2001

果が最も大きいという結果になっている。電気代とし

3).

電気設備学会地球環境委員会：高効率照明、照明の制御ては約 9100 円の削減となった。この建物では、空調の(https://www.ieiej.or.jp/activity/environment/pdf/2

設定温度をこまめに調節するということや、窓際の空

015_reconsideration03.pdf), 2023 年 1 月参照

間において、明るすぎる場合にはなるべく照明をつけ4).

ないことが効率的であるとともに、これはキャンパス

尾形俊輔編著 「改訂 ファン・ブロワ」（財）省エネルギーセンター p.10, 11, 147 （2003 年）

内の一つの建物の、一つの部屋のみでの効果のため、照明照明の適正化 LED誘導灯の採用
現状電力消費量(kWh/月)
改善後電力消費量(kWh/月)
電力削減量(kWh/月)削減電気代(円/月)

空調
照明合計

工場

設定温度調節&ポンプ

ファン

機器更新

インバータ化インバータ化空調合計

吐出圧力の適正化 エア配管の漏れ防止

コンプレッサインバータ制御

工場合計

総合計

127.9

13605.9962.2

0.0

962.2

12515.8

0.0

0.012515.8

733.4

0.0

733.4

10307.90.0

0.010307.9

22.311063.6

228.8

0.0

228.8

2207.80.0

0.0

2207.8

15.6

0.0

90.0

105.6

2542.3¥2,655¥0¥2,655¥25,611¥0¥0¥25,611¥181¥0¥1,044¥1,225¥29,490.7

工場合計

総合計

0.0

5125.2127.9
22.3

図 4：工場での運用における合計シート
照明
照明の適正化 LED誘導灯の採用
現状電力消費量(kWh/月)
改善後電力消費量(kWh/月)
電力削減量(kWh/月)削減電気代(円/月)

空調
照明合計

工場

設定温度調節&ポンプ

ファン

機器更新

インバータ化インバータ化空調合計

吐出圧力の適正化 エア配管の漏れ防止

コンプレッサインバータ制御

167.7

8.2

175.9

4949.20.0

0.0

4949.2

0.0

130.9

5.8

136.6

4454.30.0

0.0

4454.30.0

4591.0

36.8

2.4

39.3

494.9

0.0

0.0

494.9

0.0

0.0

0.0

0.0

534.2

¥626

¥42

¥668

¥8,414¥0¥0¥8,414

¥0

¥0

¥0

¥0

¥9,081.30.0

図 5：オフィス空間での運用における合計シート
43-4