平成 2１年度に終了した研究開発【運営費交付金による研究開発】２）－２

エネルギーの生成・貯蔵に関する新しい技術・機器の住宅・建築への適用とその選定手法に関する研究【個別重点】

Development of New Energy Supply System for House and Building Installed with New
Technology Related to Energy Production and Storage（研究期間特別客員研究員

坊垣和明

Visiting Research Fellow

Kazuaki Bohgaki

環境研究グループ

桑沢保夫

瀬戸裕直

Dept. of Environmental Engineering

Yasuo Kuwasawa

Hironao Seto

平成 19～21 年度）

Abstruct: Many new technologies for carbon dioxide reduction are developing such as the fuel cell(FC), photovoltaic systems(PV),gas co-generation system(GCS), heat pump water heater and so on. However, when we use those technologies effectively in houses
or buildings, it is necessary to combine with some energy storage systems, such as electric storage system. We developed newenergy supply system for house and building installed with those new technologies. And also, we developed new solar hot water
system for apartment house and estimation program for return on investment in each measures of energy saving.
［研究目的及び経過］［研究内容］

温暖化対応が喫緊の課題となる中で、住宅・建築分野

住宅・建築用の新しいエネルギー関連技術・システムには主としてエネルギーの消費段階における削減が求めの開発整備、およびそれらを含む各種省エネルギー技術られているが、近年、発生や貯蔵に係る新技術の住宅・選定のための設計支援システムの開発整備を行った。

建築への導入も重要な課題となっている。しかしながら、（１）住宅・建築への導入が期待されるエネルギー関連それら新技術は必ずしも住宅・建築の特性に合致してい技術の開発ないために効果的な活用に至らない面もある。本研究は、①住宅用エネルギーシステムの開発

それら課題の克服に向けて、発生・貯蔵も含むエネルギ太陽光発電、燃料電池・ガスエンジン等のコージェ

ー関連の新技術・システムの住宅・建築への最適化と実ネ設備等の住宅への最適な導入技術およびそれらによ用化をねらいとして実施したものである。

る最適システムを提案した。（注１：先導①）

本研究では、発生側の主に電力に係る新技術として②業務建築用エネルギーシステムの開発

太陽光や風力等の自然エネルギー利用発電、燃料電池

建物の用途・特性に応じた各種技術の適合性等を検やガスエンジン利用のコージェネシステム、熱発生に討し、最適なエネルギーシステムを提案した。

係る新技術としてヒートポンプ給湯器や太陽熱集熱器③新しいエネルギー関連技術の開発等を対象とし、貯蔵技術としては主に電気二重層キャ住宅・建築向けの新しい技術として、ソーラー給湯パシタを採り上げ、これらの様々な組み合わせの中かシステム（注２：先導②）、新照明システム（注３：

ら目的用途に応じた最適なシステム構成を探り、その先導③）、蓄熱装置の開発、などを実施した。

効果を明らかにするとともに実用化へのめどをたてる（２）効果的な省エネルギー技術選定のための設計支援ことを目的とした。また、これら新技術を含む各種省ツールの開発①エネルギー消費実態の把握

エネ技術の簡便な選定手法の検討・整備も主要な課題

主として非住宅建築物におけるエネルギー消費実態の一つとしている。
初年度には主に住宅用を対象とした研究開発を進め、データを取得し、用途別、規模別、地域別等のエネル

２年目には対象を建築レベルに拡張し、３年目には蓄ギー消費構造を明らかにした。

電装置としてキャパシタと二次電池のハイブリッド化②省エネルギー手法導入支援ツールの開発
設計段階で最適な省エネルギー手法選定のための簡などを検討した。併せて、太陽熱利用給湯システム、便な設計支援ツールを開発した。

省エネ技術選定システムの開発整備等を行った。

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平成 2１年度に終了した研究開発【運営費交付金による研究開発】［研究結果］太陽光太陽光発電モジュール
商用電力系統（屋上設置）

主要な研究結果として、住宅用エネルギーシステ

ガスエンジン発電ユニット

ム、太陽熱利用給湯システム、設計支援システムの
1kW × 3 台

概要を示す。
①住宅用エネルギーシステムの開発

配電盤
100V AC / 1Φ / 50Hz

蓄電装置を組み込んだ住宅用エネルギーシステム
については、20 年度までの検証実験

１）において、給湯負荷処理装置
制御・計測 PC

90～200V DC（屋外設置）

パワーコンディショナ

160AH

制御装置

太陽光発電(3ｋW)と蓄電装置(蓄電量 1.6ｋＷｈ)の最大 5kW

リチウムイオン電池組み合わせで、太陽光発電利用率 36%、電力自給27～54V DC
1.6kWh

率 65%の結果を得た。しかし、実用性向上のためにはさらなる高効率化が必要と考えられることから、

インバータ

キャパシタバンク

100V AC / 1Φ / 50Hz

スイッチ

負荷発生装置（屋外設置）

蓄電装置をリチウムイオン電池とキャパシタとのハ

実験棟（建築研究所構内）

イブリッドシステムとし、その効果を検証した。そ図－１の結果、利用率、自給率ともに約 10％の効率向上

蓄電装置として、キャパシタバンクとリチウムイオン電池のハイブリッドシステム、エネルギー供給装置として太陽光発電とガスエンジン発電ユニットを組み合わせているとなった。両電池への充電制御の精緻化とリチウムイオン電池の容量増加により、さらなる効率向上が住宅用エネルギーシステム図見込まれる。
②ソーラー給湯システムの実用化
近年、太陽熱利用は低調に推移している。しかし、住宅の最大用途である給湯エネルギー消費削減のためには、太陽熱利用は不可欠である。そこで、集合住宅のベランダ設置による次世代型ソーラー給湯システムを開発し実用化した。その結果、共同研究相手方である東京ガス㈱から平成 22 年 2 月に商品化・発売された。写真－１は製品設置例である。
開発段階での検証実験では、ソーラーパネル２枚(約2㎡)と100リットルの貯湯槽を持つシステムで、最大20%

写真－１

ソーラー給湯システム実用化製品設置例の年間給湯エネルギー削減効果が期待できることがわか［備考］

った。

（１）坊垣、三井、太陽光発電と蓄電装置を組み込んだ住宅用エネルギーシステムの開発、建築学会大会③省エネルギー技術選定用設計支援ツールの開発
住宅・建築に適用可能な省エネルギー手法の中から、梗概集、2007、2008 年度

コストパフォーマンスが高い手法を選定するための設（２）伊東、坊垣、次世代型ソーラー給湯システムに関計支援ツールを開発した。住宅用と非住宅用では手法する技術開発、建築学会大会梗概集、2008、2009

も効果も異なることから、別途に整備した。各手法の年度

施工難易度を考慮しつつ、費用対効果から容易に効果（３）伊東、坊垣、次世代型ソーラー給湯システムに関的な手法が判断できるツール「建築物における省エネする技術開発、空気調和衛生工学会大会論文集、ルギー対策の投資対効果算定プログラム（E-PRIMES：2008、2009 年度

Estimation Program for Return on Investment in each
Measures of Energy Saving）」を完成した。

（注１：先導①）同「新エネルギー技術と蓄電技術を組［参考文献］（注２：先導②）国土交通省先導技術開発助成事業補助み合わせた住宅・建築用エネルギーシス
テムの開発」
金「次世代型ソーラー給湯システムに関１）自立循環型住宅の開発にともなう実証試験に関するする技術開発」

研究（第６報）空気調和･衛生工学会大会学術講演（注３：先導③）同「新照明システムの開発

論文集 2004 年-8-