環境技術が創る未来

地球環境と空調技術〜特許庁庁舎の空調システムを通して〜
武内 俊之

特許審査第二部冷却機器 審査官

1. はじめに

2. 空調設備が地球環境に与える影響

環境技術を考える時、日本の技術力は国際的に高い

近年の地球環境問題の代表といえば地球温暖化問題評価があるようです。それは、日本がバックグラウンです。上述のように日本の省エネルギー技術は世界でドとして持っている特殊な事情によるところが大きいもトップランクの技術力を備えていますが、温室効果といえます。日本は2度の大きなオイルショックを経験ガスの排出量は世界で第4位となっています。また、京していること、国土が狭いため汚染物質の発生源と住都議定書の温室効果ガス削減目標6％（1990年の排出環境が隣接していること、多くの資源を持たないこと量に対する2008−2012年の排出量）に対して2006年など、産業界において省エネルギー技術・環境技術を現在、逆に6.2％の増加となっています。

開花させなければ競争力を維持していけない、ある意

この増加の大きな原因がいわゆる民生部門（オフィ

味厳しい “試練” が存在したためと思われます。そして、スビル・住宅など）からの二酸化炭素排出量の増加でそのエネルギー効率の高さは単位GDP（国内総生産）あり、産業部門、運輸部門と比較して高い伸びを示しあたりの一次エネルギー使用量の統計にも大きく現れています。この民生部門だけで日本の二酸化炭素排出ています（表1参照）。

量の25％を占め、1990年比において業務分野（オフィ

表1 GDP当たりの一次エネルギー供給の各国比較（2005年）
出典：エネルギー白書2008

20.0

17.4

18.0
16.0
14.0
12.0
10.0

8.1

8.0

6.0

2.0

1.0

1.9

27

4.0

本

6.0
2.0

7.9
3.0

3.2

3.1

2.4

8.6

6.0

ア

界
世

シ

ン

国

ド
ロ

イ

中

ア
シ

東イ

ン

ド

ネ

中イ
タ

国
韓

ナ

ダ

州カ

豪

国
米

EU

日0.0

資料：IEA「Energy Balances of OECD Countries 2004-2005」（注）一次エネルギー供給（原油換算トン）/実質GDPを日本＝1として換算。

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3

tokugikonスビル等）で＋45％、住宅分野で＋37％も増加していもう一点大きな問題として取り上げられるのがヒーます（表2参照）。民生部門の排出量のうちおよそ1 ／トアイランド問題です。ヒートアイランドとは、人工3にあたるのが空調設備から排出されるもので日本の排排熱の増加や緑地の減少などによって都市エリアにお出量の約8％を占めています。これは運輸部門（自動車・いて気温が異常に上昇してしまう現象のことです。こ船舶等）からの排出量の半分近くに達する量です。さのヒートアイランドの原因としてやはり空調設備かららに、温室効果ガスにはフロンやメタンも含まれておの排熱が大きな要因となっていることが指摘されていり、エアコンや冷蔵庫等に使用されるフロンは同量のます。建築物からの排熱は全体の実に50％にも及び、二酸化炭素に対して1000倍以上の地球温暖化係数（温その伸び率も非常に大きいものがあります（表3参照）。

暖化への影響度）を備えていることから、空調設備かこれは、近代建築（特にオフィスビル）が密閉されたら排出される温室効果ガス（二酸化炭素やフロン）の執務空間に多くの内部発熱因子（パソコンやサーバ、影響は想像以上に大きいものとなっています。そして、照明器具など）を詰め込み、それらすべてを空調によっ日本の民生部門のエネルギーの消費は他国に比べて相て冷却しているためです。特に東京都心の発熱量はす対的に低いことから、地球規模で見ても空調設備からさまじいものがあり、大手町・丸の内・日本橋エリア排出される温室効果ガスの影響度が高いことが予測さの単位面積あたりの発熱量は太陽からの日射量の実に2れます。

倍に達する量となっています（図1参照）。そして、乱表2-1 二酸化炭素の排出量推移

表3 東京23区の8月の人工排熱の変化

国立環境研究所温室効果ガスインベントリのデータをもとに作成

出典：ヒートアイランド（東洋経済新報社）尾島俊雄著

2010年度目安 目標迄 のとしての目標 削減 率[%]

人工排熱量︵Ｔ・Ｊ／日︶

1200[百万トンCO2 ］

500

産業（工場等）400300産業
435

−4.5

運輸
250

−2.7

1000

運輸（自動車・船舶等）
業務（オフィスビル等）

−30.6

家庭

家庭
137

−21.4

転換
69−12.1

1999 年

人間

工場

800
600
400
200
0

業務
165

1972 年

自動車

建物

200

100
エネルギー転換（石油精製等）
01990

1995

2000

2005

表2-2 エネルギー使用内訳
出典：（財）日本エネルギー経済研究所「エネルギー経済統計要覧2007」

業務

家庭

冷房用
11.1％
照明・その他
51.3％

暖房用
20.9％
給湯用
16.7％

冷房用
2.4％
照明・
その他
41.2％

暖房用
27.0％
給湯用
29.5％

図1

都市排熱の様子（東京・夏季12時）

出典：ヒートアイランド（東洋経済新報社）尾島俊雄著

tokugikon

4

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環境技術が創る未来す。平成元年の計画時点で出願業務の完全ペーパレス化を視野に入れていたこともあり、サーバの容量増大やコンピュータの台数増からの発熱量増を見越した冷房計画が盛り込まれたと思われます。
まず、導入エネルギー源について空調設備に供給されるのは電気もしくはガスというのが一般的ですが、特許庁庁舎のエネルギー源は蒸気と電気の組み合わせを採用しています。この蒸気に関しては庁内で作られたものではなく、隣の新霞ヶ関ビルの地下プラントか
図2 ヒートアイランド現象に伴う汚染物質の伝播イメージら供給を受けているものです。この霞ヶ関エリアは蒸

出典：ヒートアイランド（東洋経済新報社）尾島俊雄著

気を熱媒とする地域冷暖房の供給対象地域となっています。地域冷暖房とは、一箇所の熱供給プラントから周辺の複数の建築物等に主に空調・給湯用熱媒を供給

立する高層オフィスは海風を遮断し、都心で発生したする事業のことです。東京都内の大規模オフィス街（大汚染ガスを都市上空に上昇させオキシダントとして郊手町・新宿・品川・渋谷など）にはこの地域冷暖房シ外のベットタウンに着地させる大きな循環気流を形成ステムが採用されています。
では、実際に冷房・暖房を行う際にどのように冷熱・しています（図2参照）。

温熱が生み出され室内に搬送されてくるのかを見てい3. 特許庁庁舎の空調設備きましょう。この庁舎の各フロアを冷房・暖房するための冷温熱の搬送は「水」によって行われています。

このように空調設備の運転は、地球温暖化問題やヒーこの冷水・温水を作り出している場所は特許庁庁舎のトアイランド問題に代表される地球環境問題に対し多大空調設備の心臓部である地下3階の熱源機械室です。熱

な影響を与えてしまうことがご理解頂けたと思います。

源機械室には地域冷暖房から供給される高圧蒸気の受それでは、我々が普段業務を行っている特許庁庁舎

け入れ設備をはじめ、空調用冷水・温水を生成する各の空調設備はどのようなシステムを採用し、地球環境種冷凍機や熱交換器、冷水や温水を上の各フロアに搬に対してどの程度配慮した設計となっているのかを考送するポンプ、システムを制御する自動制御盤などがえてみます。

配置されています。特許庁の空調システムフローが図

特許庁庁舎は平成元年に竣工したオフィスビルです。

3です。熱源機械室内に引き込まれた蒸気は主に吸収

竣工から20年が経過し霞ヶ関エリアでも新しくはない式冷凍機といわれる大型冷凍機と温水用熱交換器に供建物ですが、竣工当時として最新・最高の空調設計が給され、冷水と温水が作り出されます。吸収式冷凍機採用されています。

は蒸気を熱源に吸収式冷凍サイクル（水の気化熱を利建物規模は地上16階地下3階述べ床面積8.8万㎡の大用した熱回路）を利用して冷水を生成する機械です。

規模オフィスビルです。建築計画としての特徴は、柱また、もう一つのエネルギー源としての電気は、ターの配置間隔を20mまで長スパン化した大空間執務室のボ冷凍機という家庭用エアコンと同じ圧縮式冷凍サイ採用、光庭による自然採光計画、窓面を建物内部側にクルを利用した、やはり大型冷凍機に投入され冷水を後退させた省エネルギーペリメータ（建物の外皮）計画、作り出します。このターボ冷凍機は主に夜間に運転さ東西にエレベータ・機械室等の縦動線を配置したセパれ、安価な深夜電力（昼間に対して4割程度の電気料金）レートコアプランなどが挙げられます。外観は石張りを使用して地下4階レベルの冷水蓄熱槽（3000㎥の巨の重厚なもので周囲のオフィスビルと一線を画してい大プール）に約5℃の冷水を夜間の約10時間をかけてると言っていいでしょう。

蓄えておきます。このプールの冷水を昼間の膨大な冷特許庁の空調設備は一般的な霞ヶ関の庁舎と大きく房負荷に供給しています。これらの冷凍機で冷水を生異なる計画が行われています。それは冷房負荷対策で成したときに出る排熱は屋上にある冷却塔に冷却水を2008.11.12. no.251

5tokugikon冷却塔（冷房による排熱を大気に放出）

熱媒流体凡例

37.5℃

冷水
温水
冷却水
蒸気

32℃

一般事務室系（冷暖切替）
CH（1 コイル）

8℃
15℃

55℃
42℃

一般事務室

55℃

ペリメーター
ファンコイルユニット（冷暖切替）
CH（1 コイル）

42℃

一般事務室
OA 対応
（冷のみ）
C（1 コイル）24H 電算系
C＋（C）＋H

46℃
40℃

一般電算系
C＋H
（2 コイル）

8℃

15℃

冷水系
カロリー
メーター

給湯系へ
加湿系へ

一般系二次ポンプ︵要求熱量による台数制御＋インバータ制御︶↓搬送動力低減
電算系二次ポンプ︵要求熱量による台数制御＋インバータ制御︶↓搬送動力低減

電算系
2 次ポンプ（台数制御）

温水系
カロリーメーター
冷凍機

42℃

（吸収式）
700RT

8℃

55℃

SR
15℃

シェルアンドチューブ
熱交 ×3 台
2K

冷凍機

（吸収式）
700RT

減圧弁
R

冷凍機

S

（吸収式）
8℃
13℃

ドレン
M
8K

700RT
15℃

CS
冷水用プレート型熱交 ×3 台
13℃

6℃

CRDTR

C

大温度差送水による水系搬送動力の低減（3 コイル）

冷温水同時取出型
ターボ
冷凍機
250RT

5℃

TR
電力

C
圧縮式
ターボ
冷凍機
600RT

冷水蓄熱槽 3000 ㎥（5℃）

電力

637℃ 40℃

15℃

46℃

HP

電力

ヒートポンプ
温水機
蒸気と電力をバラン
9℃
スよく活用したエネ
ルギー利用計画

温水蓄熱槽 250 ㎥（MAX37℃）

図3 特許庁空調システムフロー図

tokugikon

蒸気供給
DHC
地域冷暖房
（新霞が関ビル地下プラントより）

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深夜電力での蓄熱により昼間電力のピークシフトを実現→CO2 排出量削減、安価な深夜電力の使用が可能

環境技術が創る未来
4. 特許庁空調設計における省エネルギー計画

介して搬送され大気に放出されます。霞ヶ関の省庁街をYahoo!地図の航空写真で見ると特許庁の屋上の半分が冷却塔に埋め尽くされており、周囲の同規模のオフィそれでは、大きな空調負荷を持つこの庁舎にどのよスビルと比べて膨大な排熱を出していることが見て取

うな省エネルギー手法が採用されているのかを見ていれます。

きましょう。

特許庁の建築平面計画は光庭を中央に配置したロの近年のオフィスビルの執務室は内部発熱の増加から字型のプランです。一般事務室系統の空調計画はこの窓際の一部のエリアを除いて年間冷房要求があります。

ロの字の四隅に配置された空調機械室に地下の熱源機特許庁も例外ではなく気密度の高い執務空間は冬季の械室で作り出した冷水・温水を縦配管により搬送する朝の立ち上がりを除いては冷房要求が支配的です。そ計画となっています。そして、各フロアを4つにゾーンのため、室内は暑いのに室外は涼しいという期間（春分けし四隅の空調機械室内に配置された空調機で冷水・や秋など）がかなりの割合で出現します。この涼しい温水から冷風・温風を熱交換して作り出し室内に供給外気を強制的に室内に供給するシステムが外気冷房でしています（図4参照）。設計当初の室内計画温度は夏す。上記のように各フロアの四隅に配置された空調機

季で26℃、冬季で22℃です。またサーバ等が設置されには外気の状態を検知して、冷水による冷房ではなくる電算室系統は年間を通して24℃で計画されています。

外気による冷房を選択する制御が組まれています。一

この電算室系統は温度だけではなく湿度も厳重に管理

般的にこの外気冷房だけで年間10％以上の省エネルされるため、複数の熱交換コイルによる質の高い空調ギーが可能になります。また、冷水・温水による冷暖が行われています。

房の期間は、室内から空調済みの冷たい空気や暖かい空気をそのまま外気に捨ててしまうのはもったいない

56.2m
空調機械室②

北執務室
冷・温風
冷・温風
空調
ゾーン②
73.5m

空調
ゾーン①

冷水
温水

光庭
南執務室
冷・温風
B3F より空調機械室③

冷水
温水

空調機械室①

冷・温風

空調
ゾーン③

空調
ゾーン④

B3F より

冷水
温水

冷水
温水

空調機械室④

B3F よりB3F より図4 特許庁空調平面計画概要図

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7tokugikon可変風量装置（VAV）（室内熱負荷により風量を変更）

補助冷房専用空調機
外壁

供給空気
外壁

メイン空調機（ファンインバータによる空気搬送動力の低減）

天井内

排熱回収用全熱交換器
機械室 （外気冷房バイパス回路付）
外気冷房回路により春・秋は外気による冷房を行う

還り空気

C.L.
窓面
F.L.

執務室

INV

コイル

コイル

F

外気F

排気

冷水
温水
ペリメータ窓面用ファンコイルユニット

温水

F

FINV

冷水

窓面を外壁から後退させ直射日光をカット

F
照明兼用
空気吸込口

8℃

55℃

B3F 熱源機械室より

図5 特許庁執務室空調フロー図
表4 発電方式による二酸化炭素排出量（g-CO2/kWh 送電端）

出典：エネルギー白書2004

1000

ら捨てています（図5参照）。
熱源計画としては、蒸気と電気をミックスしたエネルギー計画が挙げられます（図3参照）。蒸気は上述のように地域冷暖房から供給されています。地域冷暖房

600
400
200
中小水力

地熱風力

太陽光

ことにより各建築物に小型の熱源を分散配置し細かいＬＮＧ火力︵複合︶率で運転することができるメリットがあります。この

ＬＮＧ火力

0発電
種類

石油火力

築物のピーク負荷が分散され大型の蒸気発生機を高効設備・運用

石炭火力

は複数の需要建築物に同時に熱を供給することで各建発電燃料燃焼

800

原子力

１ＫＷｈ当たりのＣＯ ２排出量ので、全熱交換器という熱交換器で排熱回収をしてか火力発電

容量制御を行うよりも需要建築物全体としてエネル

資料：電力中央研究所（注）1.発 電燃料の燃焼に加え、原料の採掘から発電設備等の建設・燃料輸送・情報・運用・保守等のために消費される全てのエネルギーを対象としてCO2排出量を算出。
2.原 子力については、現在計画中の使用燃料国内再処理・プルサーマル利用（1回リサイクルを前提）・高レベル放射性廃棄物処理等を含めて算出。

ギー効率を高めることが可能になります。もう一点は深夜電力を利用した蓄熱システムの採用です。深夜電力をターボ冷凍機で冷熱として蓄熱槽に蓄えることで深夜の原子力発電の比率の高い（火力発電の割合の低い）電力の利用が可能となり二酸化炭素の排出量を抑蓄えておいた冷熱を使用可能となり熱源設備全体の容量を小さくすることができます（図6参照）。

冷熱を作って蓄えるための運転

熱搬送計画として採用されている技術は、部分負荷運転時（100％全開運転以外）の容量制御運転技術に特22長があります。一般的なオフィスビルでは水系・空気

81822 時

冷房する時間系を合わせた搬送動力は空調動力の1 ／ 3近くを占める

図6 夜間蓄熱利用のイメージ大きな負荷となっています。また、年間の運転の中で

tokugikon

すぐ使う冷熱を作るための運転﹁蓄熱﹂を利用した場合の設備利用きると共に、発電所のピーク負荷も低減することがで設備容量を低減の熱を利用することでピーク冷房負荷を下げることが﹁蓄熱﹂しないシステムで必要な設備容量の大きさ一日の冷房負荷えることができます（表4参照）。また、昼間に蓄熱槽

出典：（財）ヒートポンプ蓄熱センターウェブサイト

8

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環境技術が創る未来

表5 経済産業省全体及び特許庁のエネルギー使用量の現状（平成13年度及び平成16年度実績）
エネルギー使用量（単位：GJ）
計134,497GJ

空調機
(45%)

計128,255GJ

計261,091GJ
本省
82,405(32%)

電気92,421(69%)

本省
75,781(30%)

特許庁
134,497(52%)

13年度

照明(14%)

電気
91,194(71%)

その他(15%)

特許庁
128,255(51%)
地域熱供給
39,633(30%)

地方局等
44,189(17%)

サーバー
(26%)

計253,706GJ

13年度

その他
2,438(2%)

地方局等
496,550(20%)

地域熱供給
34,842(27%)

16年度

その他
2,219(2%)

16年度

100％全開運転以外の出現時間が大半を占めるため、こでいます（表5参照）。消費エネルギーの内訳は空調にの容量制御技術が非常に重要になります。まず冷水・起因する地域熱供給と電力で全体の約60％、サーバー・温水搬送ポンプに採用されているのが複数台ポンプのパソコンの電源消費で約20％、照明その他で20％と台数制御とインバータによるモータの回転数制御です。

なっており、一般のオフィスビルに比べて空調とコン

これは、空調機の負荷容量（要求水量）に合わせてポピュータ系の消費が高い比率になっています。

ンプの吐出圧力をきめ細かく変化させる変流量制御で、そして、竣工当時としては教科書通りの良くできた

例えば要求水量が1 ／ 2になれば理論値上の動力は1 ／

特許庁の空調システムも、20年の月日の経過とともに8となることでもわかるように効果が大きい制御技術で古くなってきていることは否めません。そこで次章です。そして、空気系では室内の空調負荷に合わせ、天は最新オフィスの空調システムについてご紹介します。

井からの吹出し風量を調整する可変風量装置（VAV）

5. 最新オフィスに採用される空調システムの紹介が天井内に配置されています。そして、この可変風量装置の開度に合わせて空調機の送風機をインバータにより回転数制御しています（図5参照）。この送風機の21世紀に入り、東京では様々な地域で大規模な再開

変風量制御も上述のポンプと同じ省エネルギー効果が発事業が行われました。代表例としては、丸の内・品川・あります。

汐留・六本木などが挙げられます。これらの再開発事

さらに冷水・温水を搬送する際には、空調機側の熱業で中心として建設されたのがオフィスビルです。こ交換器で往き還りの温度差を大きく取り（冷水側で通れら最新オフィスビルはOA化に伴う内部発熱を処理す

常5℃差のところを7℃差）、搬送水量自体を同一熱量でるため様々な空調技術が投入されています。

あれば3割以上削減しています。

そこで採用されている技術のキーワードが、自然エ

このような、様々な省エネルギー技術の採用の成果

ネルギーの積極採用・ペリメータレスシステム（窓面と し て、 特 許 庁 の 年 間 一 次 エ ネ ル ギ ー 消 費 量 は 約

専用空調を省略するシステム）・パーソナル化（個人空1600MJ ／㎡・年と一般的なオフィスビルの2000MJ調）・高効率熱源の採用・ビルエネルギーマネージメン／㎡・年と比較しても良好なエネルギー効率を誇ってトシステム（BEMS）などに代表される最新空調技術でいます。しかし、特許庁の年間エネルギー消費は、上す。これらの技術は特許庁庁舎が竣工した時代の後に述のような冷房負荷の処理を背景に本省を大きく凌い実現されてきた技術です。図7の最新オフィスビルの一2008.11.12. no.251

9tokugikon電動ブラインド
外気導入型ダブルスキン（全面２重ガラス）→全面ガラス貼りによる開放感
ペリメータレスシステム

排熱回収用全熱交換器→窓面の断熱性能を向上させ窓面専用空調を省略
冬

夏

C.L.

F

人体領域のみの置換空調（28℃保証）
F.L.

F

春・秋
外気との調和→冷房負荷の低減
開閉

開

開

閉

外気
排気

外気処理空調機

コイル

F INV

コイル

室内負荷処理空調機
パーソナル（個人）空調開閉機構

ダブルスキン開閉機構

フリーアクセスフロア内を空調空気搬送ルートとして利用→必要部分のみ空調

図7 最新オフィスビル空調フロー例

例を参考にいくつかの技術を見ていきます。

高効率熱源としては近年大きく進歩を遂げているまず、自然エネルギーの積極採用ですが、外界からヒートポンプ技術が挙げられます。ヒートポンプは主の負荷変動を最小限に抑えるダブルスキン（二重窓）に大気を採熱源とし上述した圧縮式冷凍サイクルによ計画が挙げられます。これは窓を二重化しその内部にり採熱源から熱を汲み上げる技術です。主にフロンや外気を流通させたり密閉したりすることで夏季と冬季、二酸化炭素を熱媒とし、圧縮機をインバーターで容量中間季（春・秋）の切り替えを行い、外部からの外乱制御することで部分負荷特性に優れた性能を備えていを抑制するペリメータ（建物の外皮）計画です。一般ます。次章で詳しく記しますが、特許庁にも導入され的に窓面は断熱するのが難しく、直射日光も透過するているターボ冷凍機は近年のヒートポンプ技術の革新ので、空調の負荷として大きな割合を持っています。

で、投入エネルギー 1に対して5以上の冷熱出力を得る

近年のオフィスビルは窓面積も大きいため、窓面の計ことが可能になっています。

画次第で空調計画まで影響を与えます。この外気導入

そして、空調設備全体を制御する中央監視設備にも型ダブルスキンは外界と建物の調和を図り、必要時に変化があります。ビルエネルギーマネージメントシスは密閉された執務空間を積極的に外界に開放し冷房負テム（BEMS）に代表される監視システムは、ビル運用荷を削減する効果もあります。

中の空調・照明・動力などのエネルギー消費をデータ

次に、空調設備のパーソナル化が挙げられます。ことして保存・分析し、ビル全体としてより高効率な運れは床吹き出し空調などで人間の存在する場所のみの用が可能となるように管理するものです。設計時点の吹出口を各自が好みの開度だけ開き、部分的に空調を目標性能が実際に出ているか？ エネルギー消費にロス行うシステムです。

はないか？効率の悪い機器はないか？ など、その膨大これにより必要部分のみの空調が可能となり、また、な監視点数の中から分析・判断することができます。

各自の温熱感に即した空調を行うこともできます。

これらの技術革新を背景に地球環境に配慮した空調

この床吹き出し空調に付随した空調方式が置換空調設備の計画・設計が実現されてきています。特許庁で方式です。置換空調は執務室の下層半分（人間が居るも今年度、2大熱源機器である蒸気熱源吸収式冷凍機と領域）のみに冷気を溜め、上層半分の空気条件は成りターボ冷凍機の両方を最新の機器に入れ替える改修工行きとする空調方式です。ゆっくりとした吹き出し速事を行っています。地球環境への影響度を下げるため度により室内に温度成層を形成します。には、新築の建物に良いシステムを採用することは当

tokugikon

10

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環境技術が創る未来然として、実は特許庁のような既存の膨大な建物群（ス

湯を沸かすため熱効率が100％を超えることは理論上トック）に最新のシステムを導入していくことが今後ありえません。しかし大気から熱を汲み上げるヒート非常に重要になるといわれています。そういう意味でポンプ給湯器では圧縮機の入力に対して3〜4倍の熱量も今回の熱源改修はモデルケースになり得る意義をを得ることが可能です。これはヒートポンプサイクル持っていると思われます。

を利用して空気の熱を水に移動させているためです。
近年のヒートポンプの効率改善は目覚ましく、家庭用

6. 空調関連技術の動向

エアコンでは圧縮機の入力に対して5〜6倍の冷温熱量を出力として得ることが可能となっています（図8参冒頭で日本の省エネルギー技術・環境技術は国際的照）。また、圧縮機の容量制御により出力を自在に調整にも高い評価があると述べましたが空調関連技術にもできる点も特徴です。大型空調熱源としてはインバー評価の高い技術が存在します。日本は機器等のトップターターボ冷凍機などが高効率ヒートポンプ熱源としランナー方式（もっとも効率の高い機器を標準品とすて注目されています。採熱源としては空気だけではなる規制）を採用することで分野によってはここ数年でく、海水・河川水・地下水などの天然水や、下水や人大きな効率改善を遂げています。

工排熱などの未利用エネルギーからも熱を汲み上げるその1つがヒートポンプ技術です。ヒートポンプは身ことが可能です。

近なところで家庭用エアコンに用いられているほか、ここでもう一点ヒートポンプ技術として注目しなけ冷蔵庫、ヒートポンプ給湯器（エコキュート（登録商標））ればならないのが動力源となる電気の二酸化炭素排出などにも採用されている技術です。ヒートポンプ技術

量です。電気を作るときの二酸化炭素排出量は表4のよがなぜ地球環境に良いのかというと、熱をゼロから作うに1次エネルギーの種類によって全く異なります。つり出すのではなく、熱を採熱源から汲み上げる点にあまり、原子力や太陽光、水力、風力などのエネルギーります。例えば燃焼式給湯器ではガスを燃焼させてお源によって作られた電気を使いヒートポンプで熱を作

表6

ヒートポンプ・蓄熱システムのCO2排出抑制のポテ
ンシャル

図8 ヒートポンプの仕組み
出典：中部電力株式会社ウェブサイト

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出典：中部電力株式会社ウェブサイト

11

tokugikon

り出せば二酸化炭素排出量が限りなくゼロに近い冷温ギーシステムです。

熱を得ることができます。逆にどんなに効率的なヒー分散型エネルギーシステムとして実績のある技術が、トポンプを使っても、電気を作る段階で大量の二酸化天然ガスコージェネレーションです（図9参照）。天然炭素を排出したのでは意味がないことになります。ヒー

ガスコージェネレーションは、天然ガスを燃焼させてトポンプ技術はそこに投入される電気の発電効率とペガスエンジンやガスタービンを駆動し発電を行うととアで考えるべき技術です。日本のヒートポンプ技術はもに、燃焼排熱を回収し蒸気や高温水を得る技術です。

他国の追随を許さない高効率なものであり、発電効率

このような熱のカスケード利用により電気と熱を同時との掛け算でも非常に有効な環境技術となっています。に出力させることで総合エネルギー効率を80％程度ままた、夜間蓄熱と組み合わせることで二酸化炭素発生で高めることが可能となります。この排熱は需要家の量抑制の大きなポテンシャルを秘めています（表6参すぐ傍で発生するためそのまま冷暖房熱源や給湯熱源照）。

として利用することができます。また、発電した電気2つ目に挙げられるのが分散型エネルギーシステムでは一般電源やヒートポンプ機器のコンプレッサ動力とす。一般的な需要家（オフィス・工場・住宅など）がして利用可能です。

必要とするエネルギーは電気と熱ですが、従来電気にコージェネレーションの新しい技術として近年実用関しては大型発電所から送電線で供給を受けてきまし化されてきているのが燃料電池です（図10参照）。上記

た。しかし、発電の大きなウェイトを占める火力発電の天然ガスコージェネレーションは比較的大型の需要所の発電効率は40〜50％程度であり、発電ロスとして化向けのシステムですが、燃料電池は個人住宅にも導の熱は需要家から距離が遠いため利用されることなく入可能な製品となっています。燃料電池は、天然ガス排熱として海水等に捨てられています。これに加えてなどの化石燃料を改質して得た水素を空気中の酸素と送電時のロスも見逃せません。そこで各需要家の近く反応させ水を合成する過程で電力と熱を同時に得る技で発電を行い、そのとき発生する排熱をも同時に冷暖術です。燃料電池の発電原理は水の電気分解と逆の反房や給湯の熱源として利用する技術が分散型エネル応であり、反応生成物は水のみというクリーンな発電

図9

ガスコージェネレーションシステム

図10

出典：
（社）日本ガス協会ウェブサイト

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燃料電池システム

出典：（社）日本ガス協会ウェブサイト

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2008.11.12. no.251

環境技術が創る未来技術です。発電した電気は照明やエアコン、冷蔵庫等の電源となります。そして、排熱は給湯に利用することができます。
また、自然エネルギーを利用した、太陽光発電、太陽熱利用、風力発電、地熱発電、バイオマスエネルギー利用なども分散型エネルギーシステムの一例です。

7. 環境技術の今後の展望
このように日本の持つ省エネルギー技術・環境技術は空調関連技術に絞って見ても先進的なものです。そして何より実績のある技術として製品化されているものが多く存在します。これらの技術を地球環境の改善のために世界的に普及させていくことが今後重要になってくると思われます。特に上述のような単位GDP（国内総生産）あたりの二酸化炭素排出量の高い国や、経済発展の速度の早い新興国にこれらの環境技術を移転し、地球全体の温室効果ガスの排出量を抑えていく努力が必要です。新興国では現在公害問題がクローズアップされており、省エネルギー技術・環境技術を移転するインセンティブは存在しています。そして、日本から海外へ環境技術の移転を安定的に行うために、各国での知的財産権の活用もさらに重要になると思われます。
最後に、これはよく言われていることですが、技術がいくら進歩しても人間の意識が変わらなければ低炭素社会や低環境負荷社会の実現はむずかしいと思われます。実際に日本の住宅やオフィスビルなどからの二酸化炭素排出量は、近年の高い技術の進歩にもかかわ

profileらず大きな伸びを示しています。これは私たち使う側が、より快適な環境を求めて資源を消費している部分

武内 俊之（たけうち としゆき）があるようです。地球環境を維持していくために大き平成6年4月〜平成17年4月
建設会社にて空調システムの機械・制御設計に従事
平成17年5月 特許庁入庁（特許審査第二部冷却機器）
平成19年5月 審査官昇任

な社会構造の変化が求められていますが、その前に各個人が考え、少しずつ努力をしていくことが必要となっています。

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