フジタ技術研究報告第 51 号 2015 年

省エネルギー提案のための簡易 BEMS の開発

病院の空調熱源システムへの省エネルギー提案事例の概要

田 中 幸 彦関 原

概*1

弦西 原 祥 雅*2

石 川 光 祥要省エネルギー提案をする上でエネルギー消費の現状を把握することは非常に重要である。建物のエネルギー消費を把握する上で、ビルエネルギー管理システム（以下 BEMS）のデータは非常に有用である。しかしながら、実際の運用の中では建設当初には想定していなかった測定項目が発生する場合や、コストの都合で運転制御に直接必要な最低限の項目以外のデータがないなどエネルギー消費を把握するために十分なデータが得られない場合が多いのが現状である。そこで、省エネルギー提案のためのエネルギー消費の現状把握を目的として簡易に短期間で既設の BEMS を補完するデータを得ることを目的とした簡易BEMS を開発した。本報では、この簡易 BEMS を使用して病院の熱源システムに対する省エネルギー提案を行った事例について報告する。

Development of Simplified BEMS used for a Proposal on Building Energy Conservation

Outline of Heat Source System for Energy Conservation in a Hospital Building

Abstract
When proposing energy conservation, it is very important to understand the current situation of energy
consumption. In order to understand the energy consumption of the building, it is useful to analyze datafrom the building energy management system (BEMS). However, in actual operations, it is sometimes
difficult to get comprehensive data about current energy consumption as not all properties will have been
incorporated into the BEMS during design and construction through oversight and/or lack of budget.
Therefore, we have developed a simple additional BEMS aimed at understanding the current energy
consumption to obtain the data that compliments the existing BEMS for energy saving proposals. In thispaper, we report on energy saving proposals for hospital heat source system made using the simplified
BEMS.

キーワード： BEMS、省エネルギー、熱源＊１ 建設本部 環境エンジニアリングセンター＊２ フジタビルメンテナンス株式会社－85－フジタ技術研究報告 第 51 号

図 1 熱量計測用簡易 BEMS の概要て病院の熱源システムに対する省エネルギー提案を行§１．はじめにった事例について、その概要を報告する。

省エネルギー提案をする上でエネルギー消費の現状§２．簡易 BEMS の概要を把握することは非常に重要である。建物のエネルギー消費を把握する上で、ビルエネルギー管理システム（以簡易BEMSの概略のシステム図を図1に示す。

下BEMS）のデータは非常に有用である。しかしながら、本システムでは、超音波流量計と温度センサで計測し実際の運用の中では建設当初には想定していなかったた熱源水の往き還りの温度差と流量の値を、計測盤のコ測定項目が発生した場合や、運転制御に直接必要な最低ンピュータに送り供給熱量を算出する。そのデータを通限の項目以外のデータがない場合や、BEMSそのものが信盤からパケット通信、インターネットを介して計測サ設置されていないなど、エネルギー消費を把握するためーバに蓄積される。蓄積されたデータは、イントラネッに十分なデータが得られないことが多い。

トを介して閲覧ダウンロードが可能であり、熱源システ

そこで、筆者らは省エネルギー提案のためのエネルギー消費の現状把握をするために、簡便に短期間で既設のムの供給熱量をリアルタイムで解析することが可能となる。

BEMSを補完するデータを得ることを目的とした簡易BEMSシステムを開発した。本システムには、主に空調§３．測定結果と省エネ提案事例用の水熱源システムの熱量計測を目的とするものと、系統毎の電力量計測を目的とするものの2種類のタイプがある。
本報では、熱量計測を目的とする簡易BEMSを使用し－86－

3.1 対象熱源システムの概要
簡易BEMSを設置し、計測・省エネ提案の対象となった熱源システムの概要を図2および表1に示す。今回対象

省エネルギー提案のための簡易 BEMS の開発

図 2 熱源システムの概要
表 1 熱源システムの仕様となった熱源システムは、冷温水発生器2台(RH1,2)と冷名房専用空冷チラー1台(R-1)と蒸気ボイラで作られた蒸気と熱交換をして温水を作る熱交換器1台(HEX-1)で構

RH-1

仕称

冷温水発生器様直焚 ( 油･ガス切替式 ,非常時のみ油焚 )1,055 kW

冷房能力

成されている。この熱源システムの供給熱量は冷水温水

暖房能力

883 kW

それぞれの合計としてエネルギー管理システム(BEMS)冷温水量

2,160 l/min

で計測されているが、個々の熱源機器の供給熱量を個別冷却水量に把握することはできない。

燃料消費量(ガス)5,100 l/min
冷房時

75.0 Nm3/h

暖房時

81.9 Nm3/h
17.2 kW電力

3.2 計測の概要

RH-2

冷温水発生器直焚 ( ガス )1,055 kW

供給熱量の計測は、各熱源機器の送水と還水の温度差冷房能力に送水量を乗じることにより求める。簡易測定が趣旨である

暖房能力

883 kW

冷温水量

2,160 l/min

冷却水量5,100 l/min

ので、送水温度および還水温度の測定は、保温材の内側の配管表面に白金測温体を貼り付けて測定している。この

燃料消費量(ガス)方法に関しては、事前にフジタ技術センターの熱源機械室
電力で同様の方法で想定を行い、挿入型のセンサを用いた熱R-1

空冷チラー量計測値と概ね差の無い値であることを確認した。
HEX-1 熱交換器

3.3 省エネ検討例
2012 年 8 月の冷温水発生器 RH-1,2 の定格能力に対する供給熱量の割合（以下負荷率）の計測結果を図 3 に示す。

－87－75.0 Nm3/h

暖房時

81.9 Nm3/h
9.5 kW

冷房専用
冷房能力355 kW

冷水量

730 l/min

暖房専用
交換熱量

1) 冷温水発生器の台数運転制御値の変更

冷房時

623 kW

一次側蒸気量

1,063 kg/h

二次側温水量

1,267 l/min

フジタ技術研究報告 第 51 号

なお、2 台の冷温水発生器が同時に運転している場合の負この変更では、供給熱量の削減ではないためガスの消費荷率は合計の供給熱量との対応を確保するため、各々の量は変わらないが、2 台の冷温水発生器のうちの 1 台を停負荷率の和を全体の負荷率としている。

止することにより補機類も含め 76.5kW の電力が削減できる。

夜間の負荷率は、おおむね 40~60%程度で推移しており、これに 2 台運転削減時間を乗じると、2010 年と比べて日中のピーク負荷率は高いときで 115%程度、低いときで6,273kWh、2012 年と比べて 9,945kWh の消費電力量削60%程度となっている。また、2 台目運転開始の負荷率の減となる。これらの削減量は決して大きいものではないが、設定値は 85％となっており、負荷率の低い日を除いておお運転制御の設定値の変更のみで、まったくコストをかけるこ

むね日中 2 台運転、夜間 1 台運転の状態になっている。
これらの計測結果を踏まえて、2 台目の冷温水発生器が運転開始する負荷率を 95%に変更し冷温水発生器が 2 台運転する時間を少なくする省エネ案を提案し 2013 年から実施した。2010～2013 年の 7 月と 8 月の省エネ効果の検証結果を図 4 に示す。なお、2011 年は震災の影響もあり特異なデータなので今回の検証からは除外した。
2013 年の 7 月の平均外気温は 2012 年より 2.2℃高く、2010 年より 1.6℃高い。また、8 月は 2012 年より 1.7℃高く、2010 年より 0.2℃低い。冷温水発生器が 2 台運転する
時間は、7 月が 2012 年より 98 時間少なく、8 月が 32 時間少なく、合計で 130 時間の運転時間削減となる。同様に2010 年と比較すると、7 月が 45 時間削減、8 月が 37 時間

図 3 冷温水発生器の負荷率の測定結果

30.0

2,500

29.0

2,300

28.0
27.0

7月
8月

26.0

供給熱量（GJ）

平均外気温（℃）

削減合計で 82 時間の削減となっている。

2,100
1,900
1,700
1,500
2010

25.0
2010

2012

(a)

2013

2013

2010

7月

平均外気2012

20138月(b) 供給熱量
300

56,0002台運転稼働時間（h）

54,000
消費ガス量（m3）2012

52,00050,00048,000
46,00044,00042,00040,000

250
200
150
100
5002010

2012

2013

2010

7月

20122010

2013

8月

2012

2013

2010

7月

(c) ガス消費量

8月(d) 2 台運転時間

図 4 省エネ効果の検証－88－2012

2013

省エネルギー提案のための簡易 BEMS の開発

3,000

提案する期間(10/23~11/26)

冷水
温水

2012年に中間期モードで運転した期間(10/4~11/16)

供給熱量(MJ/h)

2,500

2,000

熱交換器(HEX-1)能力(623kW = 2243MJ/h)

1,500

チラー(R-1)能力(355kW=1278MJ/h)

1,000

500

冷水
温水

010/1

10/11

10/21

10/31
2012年

11/10

11/20

11/30

図 5 中間期の熱源機器の供給熱量の計測値
表 3 変更後の熱源機器運転順位

表 2 変更前の熱源機器運転順位運転順位

夏期
(冷房期）

秋期
(中間期）

冬期
(暖房期)

春期
(中間期）

運転順位

123

冷水

冷温水発生器RH-1(1,055kW)

冷温水発生器RH-2(1,055kW)

空冷チラー
R-1(355kW)

温水

熱交換器
HEX-1(623kW)

冷水

冷温水発生器RH-1(1,055kW)

空冷チラー
R-1(355kW)

温水

冷温水発生器RH-2(883kW)

熱交換器
HEX-1(623kW)

冷水

空冷チラー
R-1(355kW)

温水

冷温水発生器RH-1(883kW)

冷温水発生器RH-2(883kW)

冷水

冷温水発生器RH-2(1,055kW)

空冷チラー
R-1(355kW)

温水

冷温水発生器RH-1(883kW)

熱交換器
HEX-1(623kW)

夏期
(冷房期）

秋期
(中間期）

冬期
(暖房期)熱交換器
HEX-1(623kW)

春期
(中間期）

2

3

冷水

冷温水発生器RH-2(1,055kW)

空冷チラー
R-1(355kW)

温水熱交換器HEX-1(623kW)

冷水

空冷チラー
R-1(355kW)

冷温水発生器RH-1(1,055kW)

温水熱交換器HEX-1(623kW)

冷温水発生器RH-2(883kW)

冷水

空冷チラー
R-1(355kW)

温水

冷温水発生器RH-1(883kW)

熱交換器
HEX-1(623kW)

冷水

空冷チラー
R-1(355kW)

冷温水発生器RH-1(1,055kW)

温水熱交換器HEX-1(623kW)

冷温水発生器RH-2(883kW)

季節

冷温水発生器の台数
運転制御値の変更

2台運転開始負荷率を85%から95%に変更

夏期

35.8 GJ/年

105 千円/年

中間期の暖房負荷を熱交換器で対応

春期

65.0 GJ/年

191 千円/年

秋期

25.7 GJ/年

78 千円/年

中間期の冷房負荷を空冷チラーで対応

春期

471 GJ/年

1,048 千円/年

秋期

356 GJ/年

642 千円/年

冬期

1.08 GJ/年

3 千円/年

918 GJ/年

1,963 千円/年954 GJ/年

2,068 千円/年のときには、10/4～11/16 の間、中間期(秋期)10/23～11/26 の間がその前後に比べて、冷果実施内容の供給熱量の計測のグラフを図 5 に示す。こモードで運転されたが、実際の熱負荷は効

省エネ提案項目

2) 熱源機器の運転順位の変更
2012 年 10 月 1 日～11 月 30 日の熱源機器

冷温水発生器RH-2(883kW)

表 4 2013 年省エネ効果の実績値となく実施できるので、有効な省エネ施策といえる。

1
冷温水発生器RH-1(1,055kW)

熱源機器運転順位の変更

暖房負荷に熱交換器を優先して使用水温水とも小さい値を示していることがわかる。

合中間期モードをこの期間に変更することにより、より能力の小さい機器を優先させて運転するこ合計

計

省エネルギー量

金額とができるようになり、負荷率を高めることにより
3） 効果の検証

熱源のより効率の高いところでの運転の可能性がある。
以上の検討に基づき、熱源機器の運転順位を表 2 に示

上記の提案を 2013 年度に実施し、その効果をまとめた結す従来の運転順位から、表 3 に示す運転順位に変更する

果を表 4 に示す。これらの提案による、エネルギー削減量提案をした。

は一次エネルギー換算で年間 954GJ、金額換算で年間－89－フジタ技術研究報告 第 51 号

206.8 万円であった。それに対して投入コストは冷温水発
生器の台数運転制御値の変更は、設定値の変更のみのため 0 円であり、熱源運転順位の変更については制御プログ
ラムの変更となるため数十万円程度であった。

§４．おわりに既設の BEMS で計測していない内容について簡易な測定装置を設置しその計測値をオンラインで遠隔でデータ収集を行う簡易 BEMS を開発し、その計測データをもとに省エネルギー提案を行い、効果があることを確認した。
今回の報告では熱量計測用の簡易 BEMS に関してのものであるが、同様に電力計測用簡易 BEMS も開発したので別の機会に報告する。
建築物のエネルギー消費を、計画設計施工時に正確に予測することは非常に難しいので、建物の環境や利便性を維持しながら更なる省エネルギーを推進するためには、運用時の対応が非常に重要であり、そのためには現状把握が必要である。しかしながら、詳細な現状把握をするための計測等のシステムのすべてを常設とすることはコストパフォーマンスの面からも難しい。常設システムに無い計測ポイントを一時的に設置し現状を把握する簡易 BEMSが、建築物のエネルギー管理と省エネルギー検討の有効なツールである。また、1 台のシステムを必要に応じて移設することにより多くに建築物のエネルギー管理に貢献できることも簡易 BEMS の大きな利点の一つである。
地球温暖化対策の重要な要素として民生用エネルギー消費の削減に注目が集まってなかで、簡易 BEMS が有効なツールとしてさらに普及していくことを期待している。
ひ と こ と省エネは人類永遠のテーマです。

－90－