BA協会／カーボンニュートラルに貢献する建築設備の動向とBEMS活⽤ZEBの動向とカーボンニュートラルの実現に向けて

⽇建設計総合研究所

丹⽻英治

空気調和・衛⽣⼯学会／ZEB価値評価⼿法検討⼩委員会主査 経済産業省／ZEBロードマップフォローアップ委員会委員
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これまでの背景
１）ZEB化の世界的な動向

2005年頃～エネルギー資源保護・地球温暖化防止の観点から、ZEBの実現が急務であることが世界的に認識されてきた。
２）エネルギー自給（自立）の必要性

2010年頃～

特に日本では、東日本大震災以後、エネルギーセキュリティの観点から建築・都市のエネルギー自給（自立）の必要性が強く認識された。
３）ZEBの定義や評価方法の確立

2015年頃～ZEB の定義や評価方法の確立、デザインメソッドの体系化が求められ、国や学会等での議論がなされた。また、普及・支援方策が検討された。
４）脱炭素・カーボンニュートラル社会への移行

2020年頃～

世界的な脱炭素・カーボンニュートラル社会への移行の要請を受けて、あらためて、建築物のZEB化の必要性が認識されてきた。

1

日本の伝統的家屋にみるエネルギー自立の手法
1） 室内環境の変化を享受する
2） 負荷を制御、抑制する
3） ⾃然エネルギーを利⽤する
4） ⾃然の素材を利⽤する

日本の伝統的家屋の例

“京町屋”

2

省エネルギー建築からZEBへ◇サスティナビリティに関する動き
ʼ73 第⼀次オイルショック
ʼ72 成⻑の限界（ローマクラブ）ʼ62 沈黙の春（レイチェル・カールソン）
1900

1960

◇デザイントレンド

⾃然エネルギー利⽤

1970

ʼ76 省エネルギー法

ʼ92 地球環境サミット（リオ）アジェンダ21

ʼ86 「持続可能な開発」（ブルトラント委員会）
1980

省エネルギー建築
パッシブデザイン

1990

エコロジカル建築
グリーン建築ʼ11 東⽇本⼤震災

ʼ97 京都議定書（COP3）
ʼ08 洞爺湖サミット
2000

環境親話型建築
サスティナブル建築

2010

低炭素建築

ZEB

3

近代建築における省エネルギー手法
⾃然採光と⾃然換気による省エネルギー

⾃然換気を促進するアトリウム

1960年代⽇射を制御する庇

1980年代4環境配慮型建築におけるパッシブデザイン手法
夏を涼しく過ごすために

パッシブデザイン⼿法の例 化⽯エネルギーに依存しない冷房システム（1995）

5

サスティナブル建築におけるデザイン手法
1) ⾃然換気2) ⾃然採光
3) 地熱利⽤

4) 太陽光発電
5) 太陽熱利⽤

Solar collector

PVLight shelf
Project room

Summer, Mid-season: Natural ventilation
Winter: Heat recovery

Wind Power
Louver

Entrance

Lobby

Meeting room

AtriumCooling and Heating
TrenchCompleted in 20026

国際的なZEBの定義

NREL（2006年）

REHVA（2013年）

DOE（2015年）
7

ZEBの実現と展開に関する研究会●2009年４⽉、経済対策閣僚会議合同会議において、「建築物のゼロエミッション化加速（2030年までに新築公共建築物での実現を⽬指した開発等）」●経済産業省︓「ZEBの実現と展開に関する研究会」

出典︓ＺＥＢ（ネット・ゼロ・エネルギー・ビル）の実現と展開について
平成21 年11 ⽉〜2030 年でのＺＥＢ達成に向けて〜

ＺＥＢの実現と展開に関する研究会報告書
8日本の動向（２）ゼロエネルギー化の推進施策●国⼟交通省・⽂部科学省 2011年度
学校ゼロエネルギー化推進⽅策検討委員会●経済産業省資源エネルギー庁 2012年度
ネット・ゼロ・エネルギー化推進事業（ネット・ゼロ・エネルギービル実証事業）●環境省・国⼟交通省・経済産業省合同 2012年4⽉
低炭素化社会に向けた住まいと住まい⽅推進会議 中間報告

9

ZEBのデザインアプローチ（SHASE-G）
ガイドライン「ZEBの定義と評価⽅法」（SHASE-G-0017-2015）より
net Zero Energy Building

基準化供給量G*
Supply0.5

net Minus Energy Building

net Plus Energy Building
nearlyZEB
レベルⅠ
nearlyZEB
レベルⅡ

再生可能エネルギー
導入
000.125

ZEB
OrientedZEB
Ready0.25

エネルギー消費量削減
0.65

0.5

Reference Building

1.0

基準化需要量 C*DemandG* ：基準化需要量＝評価対象建築物の生成エネルギー／レファレンスビルの消費エネルギー
C* ：基準化供給量＝評価対象建築物の消費エネルギー／レファレンスビルの消費エネルギー

ZEBの段階的評価とアプローチ⽅法
10

ZEBの定義と評価方法（SHASE-G）
Ｒ：再生可能エネルギー
Renewable Energy

供給側
SupplyG：生成エネルギー
Energy Generation

建築物

D：配送(外部から供給された)エネルギー
Delivered Energy

敷地境界
electricity

E：逆送(外部へ供給した)
エネルギー
Exported Energy

electricity
fuel
外部供給

heatelectricity
heat

自己消費

C：消費エネルギー
Energy Consumption
用途別エネルギー消費

需要側
Demand

空調

照明 ｺﾝｾﾝﾄ その他

・敷地境界線を物理的な境界とする。
・Ｇ（生成エネルギー）／Ｃ（消費エネルギー）バランス、D（配送(外部から供給された)エネルギー）／Ｅ（逆送(外部へ供給した)量）バランス
・原則として年間積算値で評価する。
・消費用途は、空調・照明・コンセント・その他（換気・衛生・EV等）とする。
・コンセントの消費電力については、建築物の品質に直接関係しないこと、設計者がコントロールできないこと等から、計量可能な場合、対象消費用途から外してもよい。

ZEBの需要と供給のバランス

11ZEBの定義と評価方法（SHASE-G）
ガイドライン「ZEBの定義と評価方法」（SHASE-G-0017-2015）より

0.5

net Plus
Energy Building

基準化供給量G*Ｇ*︓normalized energy generation

NetZeroEnergynet Zero
EnergyBuilding

nearlyZEB
Positive
レベルⅠ
nearlyZEB
ZEB
nearlyレベルⅡ

ZEB

000.125

0.25

ZEB Oriented
ZEB
Oriented

ZEB
Ready

ZEB
Ready0.5

Reference
Building
Reference
Building

0.65

1.0

基準化需要量 C*
DemandC*︓normalizedenergy consumption*G ：基準化需要量＝評価対象建築物の生成エネルギー／レファレンスビルの消費エネルギーＧ*：基準化供給量＝評価対象建築物の生成エネルギー／レファレンスビルの消費エネルギー
C*：基準化供給量＝評価対象建築物の消費エネルギー／レファレンスビルの消費エネルギー
Ｃ*：基準化需要量＝評価対象建築物の消費エネルギー／レファレンスビルの消費エネルギー

ZEB（ネット・ゼロ・エネルギー・ビル）の段階的評価
12経済産業省のZEBロードマップ●経済産業省 2015年12⽉
ZEBロードマップ検討委員会とりまとめ

定義・評価⽅法とロードマップ

13経済産業省／ZEBの定義
国の定義 SHASEの定義を踏襲

出典︓経済産業省「平成30年度／ＺＥＢロードマップフォローアップ委員会とりまとめ」

14オンサイトZEBからオフサイトZEBへ
再⽣可能エネルギーの供給⽅法分類Ⅰ〜ⅢによるZEBを「オンサイトZEB」、分類ⅣによるZEBを「オフサイトZEB」、分類ⅤによるZEBを「オフサイト・サプライZEB」と称する。
V. Off-site supply
Ⅳ. Off-site generation
Ⅲ. On-site generation from off-site renewable
Ⅱ. On-site generation from on-site renewable
Ⅰ. Generation on buildings footprint
Footprint

On-siteOｆｆ-site

再⽣可能エネルギー供給⽅法の概念図
15再生可能エネルギーの段階的導入によるZEBの実現
省エネルギーと再⽣可能エネルギー供給オプションを組み合わせることでネット・ゼロ・エネルギーを実現することが可能となるNormalized energy Generation: G*
基準化供給量G*

net Zero Energy Building

0.5

net Plus
Energy Building
Renewable Energy
Off-site Supply（Option Ⅴ）

nearlyZEB
レベルⅠ

Renewable Energy
Off-site Generation（Option Ⅳ）

nearlyZEB
レベルⅡ

Renewable Energy
On-site Generation（Option Ⅰ･Ⅱ･Ⅲ）

00ZEB

ZEB

ReadyOriented

Reference Building

On-site Energy Saving
0.125

0.25

0.50.65

1.0C*
Normalized基準化需要量energy Consumption:
C*
Demand

再⽣可能エネルギーの段階的導⼊によるZEBの実現
16日本のZEB指向建築
公共建築物

民間建築物（都心型）

民間建築物（郊外型）

（寒冷地）

17

世界のZEB指向建築

18

ZEBの実現状況調査

2013年

空気調和・衛⽣⼯学会／ZEB定義検討⼩委員会 2013年調査
net Zero Energ y Building
日本のZEB→
指向建築20選

net Plus Energ y Building
0.500

nearlyZEB
レ ベルⅠ

T
基準化供給量 G*（ -）

0.375

韓国
NIER

0.250

R

米国
Leg acy Center

ZEB
Oriented

net Minus Energ y Building

日本（ 公共）日本（ 民間）米国
ＥＵ
アジア

nearly
ZEB
レ ベルⅡ

米国
Lew is Center
シ ン ガポールBCA
マレ ーシアGEOビ ルU

0.125

フ ラ ンスElithis Tow er
フ ィ ンラ ンド環境セン タ ー

0.000
0.000

0.125

ZEBReady

マレ ーシ ア台湾
成功大学 ﾀﾞ ｲｱﾓﾝﾄﾞ ﾋﾞ ﾙ

日本

DECC事務所ビ ル平均値

S0.250

0.375

0.500
0.625
マレ ーシ ア
LEOビ ル
基準化需要量 C*（ -）

0.750

0.875

1.000

G *： 基準化供給量＝評価対象建築物の生成エ ネルギー／レ フ ァ レ ン スビ ルの消費エ ネルギー
C*： 基準化需要量＝評価対象建築物の消費エ ネルギー／レ フ ァ レ ン スビ ルの消費エ ネルギー※)本グラ フ 中のレ フ ァ レ ン ス ビ ルの消費エ ネルギーは一律2000M J/㎡・ 年(日本のDECC事務所ビ ル平均値)と し た

19

ZEBの実現状況調査

2016年

空気調和・衛⽣⼯学会／ZEB定義検討⼩委員会 2016年調査

4 ZEB
2 nearly ZEB
7 ZEB Ready
1 ZEB oriented

Mapping of Best Practices of nZEB in Japan

20

ZEBからカーボンニュートラルへ◆2015年12⽉ パリ協定／「2050年までにカーボンニュートラル社会の実現」◆2020年10⽉ 菅義偉総理⼤⾂所信表明「2050年までに温室効果ガスの排出をゼロ、すなわち、カーボンニュートラル、脱炭素社会の実現を⽬指す」◆2020年12⽉ 経済産業省「2050年カーボン・ニュートラルに伴うグリーン成⻑戦略」◆2021年6⽉ 国・地⽅脱炭素実現会議
地域の脱炭素ロードマップの策定、100か所以上の脱炭素先⾏地域◆2021年7⽉「2050年カーボンニュートラル達成に貢献する⼤学等コアリション」設⽴
ロードマップ策定へ◆2021年8⽉ 国・地⽅脱炭素実現会議
経済産業省の「脱炭素社会に向けた住宅・建築物の省エネ対策等のあり⽅検討会」
21

カーボンニュートラル実現へのアプローチ（１）
再⽣可能エネルギー量※Primary Factor of
non-renewable energy

ZEB Chart供給量

Net Zero Energy※fPnren1nearly
ZEB
レベルⅡ

⽬標

空気調和・衛生工学会
SHASE-G-0017-2015をもとに作成

nearly
ZEB
レベルⅠ

ZEB
Oriented

オフサイト
再⽣可能エネルギー

Ｄ:低炭素インフラの利⽤

オンサイト
再⽣可能エネルギー

Ｃ:オンサイト再⽣可能エネルギー活⽤

ZEB
Ready

エネルギー消費量
省エネルギー
Ａ:負荷の抑制
Ｂ:エネルギーの⾼効率化

基準

現状
需要量

①省エネルギー（負荷の抑制×エネルギーの⾼効率化）②オンサイト再⽣可能エネルギーの活⽤③オフサイト再⽣可能エネルギーの利⽤（低炭素インフラの利⽤）
22

カーボンニュートラル実現へのアプローチ（２）排出原単位
Carbon Chart※Primary Factor ofnon-renewable energy

Ｄ:低炭素インフラの利⽤

1ds︓基準原単位20d︓排出原単位10※fPnren

Ｅ:樹⽊等
による吸収

Ｃ:オンサイト
再⽣可能エネルギー活⽤

数値は⽬安⽐（例）8030100

省エネルギー
Ａ:負荷の抑制
Ｂ:システム⾼効率化

＋

基準

現状－10

CarbonNeutral

エネルギー消費量

需要量

A︓負荷を抑制する（断熱を⾼める、⾃然エネルギー利⽤等）
B︓システムを⾼効率化する（エネルギー効率を⾼める）
C︓オンサイトの再⽣可能エネルギーを活⽤する（太陽光発電等）
D︓低炭素インフラを利⽤する（排出原単位を⼩さくする）
E︓樹⽊等により温室効果ガスを吸収・除去する23

カーボンニュートラルの評価方法と実現の目安

需要側︓オンサイトの取り組み
A:負荷の抑制×D:低炭素インフラの利⽤
・オフサイトの再⽣可能エネルギー
・カーボンニュートラル燃料等

C:オンサイト再⽣可能エネルギーの活⽤

B:システムの⾼効率化

b エネルギー効率ａ
負荷－×dｃエネルギー消費量

負荷

オンサイト
再⽣可能エネルギー
活⽤量

0.6

効率２倍相当

×

0.5

0.1

排出原単位ｅ××
エネルギー消費量※fPnren≒

CO2吸収量・除去量※Primary Factor ofnon-renewable energy

ds︓基準排出原単位

１／３再エネ活⽤－

E:CO2の吸収・除去

CO2
排出量

カーボンニュートラル実現の⽬安（⽬標設定例）
負荷40％低減

供給側︓オフサイトの取り組み

×PF0.5相
当0.5

基準値の10％相当＝0.1

省エネルギー率70％24カーボンニュートラル実現のためのデザインメソッド

供給側︓オフサイトの取り組み

需要側︓オンサイトの取り組み
パッシブデザイン

アクティブデザイン

A:負荷の抑制①屋内環境の適正化③負荷の抑制C:オンサイト再⽣可能エネルギーの活⽤樹⽊等によるCO2吸収④⾃然エネルギーの利⽤

Carbon

マネジメント

D:低炭素インフラの利⽤

B:システムの⾼効率化②屋外環境の適正化

インフラ計画蓄熱・蓄電⑤システムの⾼効率化⑦再⽣可能
エネルギーの活⽤

カーボンニュートラルの実現⑧低炭素
インフラの利⽤⑩エネルギー
マネジメントの実施

Emission

E:CO2の吸収・除去⑥再⽣可能
エネルギー熱の活⽤⑨資源循環の⾼度化

カーボンニュートラル実現のためのデザインメソッド
25

カーボンニュートラル実現のためのデザインメソッド③負荷の抑制①屋内環境の適正化
１）日射の遮蔽
1）温熱環境の適正化
落葉樹等、建物形状による遮蔽
適正な温湿度条件、放射、気流の考慮
2）外皮の断熱強化
2）光環境の適正化
窓面積比の適正化、複層ガラス
適正な照度設定
ダブルスキン、屋上緑化
3）空気質の適正化
3）内部発熱の低減
適正な外気量設定、換気量設定
待機電力の低減、クラウド化、ナイトパージ②屋外環境の適正化
１）建物配置の適正化
敷地内風通しの確保、適切な建物配置・方位２）外構計画の適正化
緑地、水面の確保、適切な外構材料の選定
３）樹木等によるCO2吸収⑥再生可能エネルギー熱の活用
1）温度差エネルギーの活用
地下水、地熱2）周辺排熱の活用
清掃工場排熱、下水処理水排熱PV（太陽電池）

熱交換器

光庭
風庭

⑤システムの高効率化
１）照明設備
高効率照明（LED等）、自動調光
タスク＆アンビエント照明
2）空調・換気設備
高効率機器、省エネ制御
3）熱源設備
高効率機器、高効率システムの採用
4）電気設備高効率トランス、高効率配電方式
5）その他設備
高効率給湯、昇降機、節電衛生器具6）制御
潜顕分離制御、ゼロエナジー制御

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④自然エネルギーの利用
1）自然採光
トップライト、ライトシェルフ、光ダクト
2）自然換気重力式自然換気、風力式自然換気
3）地熱の利用
アースチューブ、地中熱ヒートポンプ
4）太陽熱の利用
パッシブ利用、アクティブ利用⑦オンサイト再生可能エネルギーの活用
１）太陽光発電
２）風力発電３）バイオマス発電等⑧低炭素インフラの利用
1）オフサイト再生可能エネルギー利用
2）カーボンニュートラル燃料の利用⑩エネルギーマネジメントの実施
１）統合EMSの構築
2）Cx・LCEMの実施
3）可視化・AI分析・最適化制御⑨資源循環の高度化
1）水資源
2）材料
3）廃棄物
4）CO2の吸着・除去

26

カーボンニュートラル実現のための統合マネジメントシステム⑩統合マネジメントシステム
Application

データ可視化・分析

不具合検知・最適化制御

データ収集・送受信・蓄積

IoT/Platform

計測・計量

Simulation/Emulation

制御
省エネルギー（nZEB化）①屋内環境の適正化
On-site④⾃然エネルギーの利⽤②屋外環境の適正化③熱負荷の抑制

樹⽊等によるCO2吸収⑤システムの⾼効率化⑥⑦オンサイト再⽣可能エネルギー（電気・熱）の活⽤⑨資源循環の⾼度化

供給

Off-site⑧低炭素インフラの利⽤
オフサイト再⽣可能エネルギー・カーボンニュートラル燃料等

カーボンニュートラル実現のための統合マネジメントシステム
27

統合マネジメントシステムの基本フレーム

目的① 最適化目的② 可視化

目的③ 性能検証

入力

仮想
EMS

EMS
Application層

最適化制御

評価関数

IoT／platform層

可視化・分析

出力
制御設定値
制御パラメータ

指令

出力

熱源制御器

熱・エネルギーシステム

検出

FF操作

指令

FB操作

制御変数

出力

制御器

検出

計測
計量

発停 状態

情報

操作
最適化制御

制御対象
（熱源群）

制御センサ

・ヒートポンプ
・冷温水ポンプ

・温度・流量

操作部

制御対象
（空調機）

・コイル
・送風機

制御センサ

建築設備

・温度・湿度・風速
・・照明
・換気・ＥＶ・センサ

外部情報

シミュレータ・LCEM
・Popolo
・HVACSIM+・BEST等

・気象条件
・PMV
・CO2濃度 ・スケジュール・イベント情報
・人流・・照度

統合マネジメントシステムの基本フレーム
28

ライフサイクルエネルギーマネジメント◆企画・設計〜運⽤のライフサイクルのエネルギーマネージメントの普及が重要◆現状では業務⽤ビルの⼀部を除き、同上の考えは殆ど適⽤されていない
企画

設計
Plan

施⼯

検収

Do

Check

運⽤改修

Action共通したツールの活⽤

顧客の要求性能の竣⼯後の検収による設計性能としての実現性能確認・調整
設計要求性能の施⼯仕様による実現

運⽤の各段階における性能の確認
ライフサイクルエネルギーマネジメントの概念
29

今後の展望ストック建築のカーボンニュートラル化
一次換算エネルギー原単位（MJ/㎡年）
消費量

生成量
-1000

-500

0500

1000

Reference

1500

2000

2500

2050
100 150

800

350

600

100

50

Model 2000

自然エネルギー利用
従来省エネルギー技術

1,559

Model 2010

66 13076

29

継続的性能検証（Ｃｘ等）
省エネルギー活動595

245

494

1,373
69 135

514

288

340

東日本大震災27

Model 2015

1,167
289

437

245

59115
23

Model 2018

再生可能 260
化石エネルギー エネルギー
Model 2020

939-4-603

22059115

262

23716-112
156 132262

41 10335465767
省エネルギー意識改革
節電とエネルギーマネジメント

次世代省エネルギー技術導入(1)照明システム高効率化

次世代省エネルギー技術導入(2)空調システム高効率化
熱源システム高効率化
再生可能エネルギー導入

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30

今後の展望カーボンニュートラル建築は実現可能か？

空気熱交換器Heat Exchanger

太陽電池■エネルギーを創る－発電する屋根－PV

屋根や外壁の一部を建材一体型PV（太陽電池）とし、建物外皮を最大限に利用して太陽光発電を行う。

RF排熱
Exhast Heat

■熱をくみ上げる－吸熱・放熱する外皮－P1F
18F
17F

光庭

光

ペントハウスレベルに空気熱交換器をビルトインし、空調ヒートポンプの放熱（冬は吸熱）を効率的に行う。

16F
15F

■光を取り込み、熱を遮る－光と熱の選択ガラス－

14F
13F

ガラス面は、Low-eエアフローガラスに自動角度制御ブラインド、ライトシェル
フ、光ダクト、ライトウェル（光庭）等を組み合わせることにより、熱を遮りつつ、光を建物奥深くに取り込む。

12F
11F

熱

10F
9F

■風をよびこみ、熱を逃がす－呼吸する外皮－

8F
7F

風 6F

風

外気温度が建物内温度より低い場合、建物内温度上昇を感知して外皮から必要量の外気を導入する。そして、内外温度差によって光庭に生じる通風力によって建物全体を換気し、熱を逃がす。

5F
4F
3F

緑

2F

▽GFL

緑と水の蒸発冷却で風を冷やす。

1F

水
進化する高層建築のパッシブ制御技術と再生可能エネルギーによるエネルギー自立型建築
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reserved.

■緑と水で冷やす－クールトンネル－

大地■大地の熱を使う－アースチューブ－地中空気熱交換器により、新鮮外気を冷却・加熱し、建物内に導く。

31