技術研究報告第 47 号 2021.11

戸田建設株式会社

環境配慮型事務所建築に関する研究（第１報）カーボンマイナスを目指したグリーンオフィス棟の概要
STUDY OF ENVIRONMENTALLY-FRIENDLY OFFICE BUILDINGS
Part1 Overview of a GREEN OFFICE, aiming to achieve carbon-minus

竹 中 優 揮*1, 村 江 行 忠*2, 栗 木 茂*1, 伊 藤 優*3, 市 川 勇 太*4
Yuki TAKENAKA, Yukitada MURAE, Sigeru KURIKI, Yu ITO and Yuta ICHIKAWA
Aiming not only to reduce CO2 emissions through energy conservation by ZEB, but also to reduce the CO2 balance in the life cycle including factors other than energy, theEnvironmental Technology Demonstration Building was refurbished and exhibited it while being used as an office. In this paper, we report on the plan of the newly constructedoffice, the wall greening unit that is a feature of the exterior, geothermal heat utilization by an open loop system with high heat recovery efficiency, and latent separation that allows
the desiccant rotor to be refreshed with return air. We also report on environment-friendly technologies such as air conditioning, task ambient floor blowing air conditioning, anatural ventilation system that combines a sloping ceiling and dimming glass, and automatic air conditioning control equipment that is premised onAI control demonstration.
In addition, a part of the summer energy consumption data after the start of operation is also reported.
Keywords : Carbon-minus, Net Zero Energy Building, Wall Greening, Utilization of geothermal heat, Task &ambient air conditioning,
カーボンマイナス，ネットゼロエネルギービル，壁面緑化，地中熱利用，タスク・アンビエント空調

1. はじめにパリ協定での締結国の合意を受け，我が国でもカーボンニュートラルへの政策目標が示されことにより，低炭素社会実現に向けての取り組みは重要度を増している．筆者らは，建築物の省エネルギー化に資すべく，環境技術実証棟を建設し，様々な環境配慮技術に対して検証を行ってきた１）．今回，ZEB による省エネルギーに伴う CO2排出量の削減だけではなく，エネルギー以外の要素を含めた建物のライフサイクルでの CO2収支をマイナスすることを目指し，環境技術実証棟をグリーンオフィス棟にリニューアルし，オフィスとして使用しながら実証的に取り組むこととした．

図 1 カーボンマイナスの概念

本報では，新たに構築したオフィスに採用した環境配慮技術の概要と運用開始後の夏期消費エネルギーデータの一部を報告する．

2. 計画コンセプト
本施設は ZEB である事を前提とし，リニューアル工事から解体に至るまでの CO2収支をマイナスとするカーボンマイナスを目指すことをコンセプトに計画した．本取組においては，図 1 に示すように，改修，エネルギー消費，維持管理，解体にともなうCO2 排出量（プラス要因）と，木材などの低 CO₂資材への代替や木材による CO₂の固定化，緑化など植物による吸収，太陽光発電、地中熱による再生可能エネルギー利用などによる CO2排出量削減効果（マイナス要因）の収支を概念としている．
写真 1 外観写真

3. 計画概要
写真 1 に外観写真，表 1 に計画概要を示す。設計省エネ性能*1*2*3*4Technology Development Center, TODACORPORATION
Technology Development Center, TODACORPORATION, M.Eng
Technology Development Center, TODACORPORATION, M.Eng
DesignAdministration Division (Building Construction), TODACORPORATION, M.Eng

戸田建設㈱技術開発センター
戸田建設㈱技術開発センター 工学修士
戸田建設㈱技術開発センター 修士（工学）戸田建設㈱建築設計統轄部 修士（工学）1-1環境配慮型事務所建築に関する研究（第 1 報）

（BELS）に関しては BEI：0.00で ZEB認証を取得している．

表 2 環境配慮技術一覧

なお，CO2 収支対象範囲として本施設南側に位置するビオトー
No.

プなどを含む敷地約 1,200m2を想定している．

概概要

低 室省省
炭 内エ資素 環
ネ源化 境

眺望・採光と日射遮蔽両立と○CO2 吸収2 屋上緑化
断熱・蒸散効果と CO2 を吸収 ○3 調光ガラス
階段室の熱・光環境制御○
真空ガラス・Low-E ガラスの採○4 高断熱ガラス用
5 ブラインド制御
防眩を考慮した自然採光制御 ○6 木質材料の活用
CO2 固定化と室内環境の向上
7 伐採樹木の活用
実証棟時伐採した樹木の活用
8 バイオフィリック 壁面緑化を考慮した室内緑化
吹抜けを利用した自然換気制○
9 自然換気御10 傾斜・曲面天井
効果的な自然換気・自然採光 ○11 軽量天井材
地震・環境への配慮
12 超薄型断熱材
ヒートブリッジ低減○
13 太陽光パネル
最大面積を設置○
14 地中熱利用
オープンループ方式○
15 免震ピット給気
換気による外気負荷低減○
16 潜顕分離空調
効率的な潜熱処理○
タスクアンビエン 床吹出し空調方式による ABW○
17ト対応
18 IoT 制御
AI を用いた環境制御○
サーカディアン照19
無線式 LED による時間帯制御 ○明
20 空間環境音
環境音付加による環境向上
トイレでの脱臭効果による換○21 消臭壁紙気量低減
22 雨水利用
緑化灌水への利用
23 節水便器
節水により CO2 排出量削減

表 1 計画概要
項目

項目

1 壁面緑化ユニット

要

建設地

茨城県つくば市（戸田建設 筑波技術研究所内）
RC 造（免震構造） 地上 2 階建て
規模
建築面積：約 380m2，延床面積：約 674m2
高さ：約 14.2m，階高：4.45m（1F，2F），天井高；2.9m（1F），3.05～3.5m（2F）
約 285m2×（1,2F）
事務室 床：OA フロア（h250mm）＋フローリング
天井：システム天井（1F），在来工法傾斜天井（2F）
建物外皮性能（PAL）：260MJ/（m2･年）
設計省エネ
一次エネルギー消費量：422.67GJ/年（BEI：0.00）
性能
太陽光発電消費量（一次エネルギー）：429.37GJ/年（BELS）
BELS 認証：「ZEB」

4. 環境配慮技術
表 2 に採用した環境配慮技術の一覧を，図 2 に環境配慮技術のイメージ図を示す．
合計 23 の要素技術を採用し，一部実証を行いながらカーボンマイナスを目指す運用を行う．以降，その一部を概述する．
4.1 壁面緑化ユニット
壁面緑化ユニット（図 3）は本施設の外観上の特徴にもなっている．施設建設時に伐採した樹木を原料の一部とした人工木製

○ ○
○
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ルーバーを組み込んだユニットの寸法は 900w×400d×8,450h で，80 ユニットを 4 面に設置した．2FL と RFL に配置されるプラン拡大を図ると共に，日射負荷の制御及びルーバーによる捕風効

ターには，登攣植物と下垂植物を組合せて，上下方向に植物が果による自然換気の効率的な利用を図っている．

生育するよう植栽している．コンセプトに沿って，緑化面積の

図 2 環境配慮技術のイメージ図

1-2

技術研究報告第 47 号 2021.11

戸田建設株式会社

図 3 壁面緑化ユニット

4.2 空調設備
空調系統図を図 4に示す．
熱源は後述する地中熱利用を前提として，地中熱対応空水冷HP チラーを採用した．本チラーは熱源井の状況に応じて空冷運転への切替が可能となっている．
外気処理は潜熱処理の効率化の為，RA で再生可能なデシカントロータと全熱交換器を組み合わせた空調機を採用し，除湿空調の省エネ化を図っている．
また，外気処理空調機及び顕熱処理空調共にチラー系統のコ
図 4 空調系統図（上：熱源側 下：空調機側）

イルとは別に井水熱を直接利用する為のコイルを設け，チラー運転時間の低減を図っている．
4.3 地中熱利用（オープンループ方式）
本計画ではクローズループ方式に比べて，熱回収効率が高い

今回の調査断面オープンループ方式を採用している．地中に存在する帯水層よ今回調査箇所より150ｍ北側の断面（1991 年）り揚水した地下水の熱を熱交換器で採熱する事で 16℃前後の地中熱を冷暖房に利用する．
基本設計スタート前にオープンループ方式の可能性を確認する為の調査を実施した．掘削長 100ｍのボーリング調査の結果，GL-50ｍ付近に良質な砂礫層が有る事が判明した．この砂礫層の透水係数とオランダ地中蓄熱システム協会が提唱する経験式よ選定した第 4 帯水層上部
GL-44.5～-50.4m

り，推定揚水量と推定還元量を算出したところ，地下水を361L/min（推定還元量より）使用出来ると予測された．但し，水質に関しては鉄分が多く，マンガンも含まれている事から，揚水した地下水を水槽で貯めて，カスケード使用する方式ではな
く，熱交換器での採熱後，空気に接触させずに還元井に戻す密閉回路とした．

図 5 地層断面図

調査の結果把握出来た地層断面図を図 5 に，調査結果の一覧を

表 3 調査結果一覧

表 3に示す．

項目
選定帯水層

熱源井利用を前提で空調の実施設計を行った結果，本計画での使用水量は 135L/minとした．

地層、層相熱源井のケーシングパイプはスリット幅 0.6 ㎜のスクリーン加工がされているものとし，ケーシングパイプ周囲に充填するフィルタグラベルについても，粒径 0.8～1.25 ㎜のものを設置し水質水温た．

推定揚水可能量

表 4 に熱源井の仕様を，写真 2 にスクリーンパイプとフィルタ推定還水可能量

グラベルを示す．

1-3

調査結果
第 4帯水層上部 GL-44.5〜-50.4ｍ
砂礫層
細～中砂及び径 2〜30㎜の亜円礫主体
含水大
鉄分：8.5mg/L
16.1℃
180〜5,295L/min
Ave 753L/min
155〜1,161L/min
Ave 361L/min

環境配慮型事務所建築に関する研究（第 1 報）

表 4 熱源井仕様
項目
掘削深度
ケーシング管井戸ポンプ
揚水管

よる換気風量の促進を図った．ソーラーチムニー上部には調光仕様
55.0ｍ
口径 315A
材質 PVC
40A×135L/min×60ｍ
3相 200V 2.7kW
139Φ×H1,123
40A×4.0ｍ×8本（SUS304）ガラス（写真 3）も採用している．写真 4 に曲面天井を採用した
2階執務スペースを示す。
4.5 自動制御設備
今回の計画でも採用されており，近年主流となっている低負荷外装，高断熱建築の場合，冷房負荷，除湿負荷が増加する傾向が予想され，自然換気，地中熱利用，ク－ルピット給気，外気冷房などの自然エネルギーの効率的な利用方法が課題になると考える。設計時点でもある程度の自然エネルギーの自動制御は見込んでいるが，運用開始後により省エネ効果を上げる為の制御フローの改善を行っていく．
また，今回一部の制御に AI を用いた制御を採用し，画像を使用する空調制御，BEMS による消費エネルギーデータを利用する省エネ制御について実証実験を行う．

写真 2 スクリーンパイプ（左）とフィルタグラベル（右）5. 夏期消費エネルギーデータ

4.4 自然換気

夏期、7/12〜18 一日毎の太陽光発電量と消費電力量データと一

自然換気については，より効果を得る為の様々な手法をとっ週間の合計値のデータを図 10に示す．ている。前述の緑化ユニットに組み込まれている捕風ルーバー，取得しているデータは夏期の一部のデータであるが，運用上室内外の温湿度条件にて自動開閉する換気窓，南側窓面上部のは ZEB 以上，すなわちカーボンマイナスに寄与する可能性を示

自然換気口の配置及び曲面天井にて冷房効果が上がるよう計画唆するものとなった。今後は運用面で更なる改善を行い，使用している．特に曲面部の形状については，傾斜の角度，形状にエネルギー削減を目指す．

関して気流解析による検討を行い，気流が部屋奥まで到達する天井形状を採用した．図 8 に採用した天井形状の解析結果を示す．

太陽光発電量300

また，階段室上部の吹抜をソーラーチムニーとし，温度差に太陽光発電量

使用電力

1400

電力量［kWh］

250

電力量［kWh］

使用電力量

1600

200
150
100

1200
1000
800
600

50

400

2021/7/18

2021/7/17

2021/7/16

2021/7/15

2021/7/14

2021/7/13

2021/7/1202000

図 10 7/12〜18 の発電量と使用電力量（左:日毎、右:一週間合計）
図 8 自然換気の解析結果

写真 3 調光ガラス

6. おわりに新たに構築した環境配慮型事務所建築についてその概要を報告した．
エネルギー消費という面だけではなく，CO₂排出を削減するという社会的ニーズは今後，さらに増してゆくと考えられる．
今後，本計画で採用している環境配慮技術の効果等について実証・検討を重ねていく予定である．
参考文献
1） 伊藤他: 最適なオフィス環境の創造を目指した要素技術に関する研究(第１報)環境技術実証建物の概要と自然換気性能測定，空気調和・衛生工学会学術講演梗概集(札幌)，2017

写真 4 2 階執務スペース

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