調査研究報告

No. 398

RESEARCH REPORT 2019. 3

ＺＥＨ対応も踏まえた枠組壁工法住宅の高性能外皮・空調システムに関する開発
Development of High-Performance Envelope and Air
Conditioning System for Wood Frame Construction Houses
Include Zero Energy Houses

北谷 幸恵 1)、下ノ薗 慧 2)、飯泉 元気 3)、遠藤 卓 4)、糸毛 治 1)
Yukie Kitadani1), Kei Shimonosono2), Genki Iizumi3), Suguru Endo4), Osamu Itoge1)
村上 知徳 5)
Tomonori Murakami 5)

今福 昌克 5)

永井 渉 5)

Masakatsu Imafuku5)

市川 真梨恵 5)

Wataru Nagai5)Marie Ichikawa5)

地方独立行政法人北海道立総合研究機構
建築研究本部
北方建築総合研究所
Northern Regional Building Research Institute
Building Research Department
Local Independent Administrative Agency Hokkaido Research Organization

三井ホーム株式会社
Mitsui Home Co.,Ltd.
1)建築研究部建築システムグループ主査2) 地域研究部環境防災グループ研究職員

3) 建築研究部建築システムグループ研究職員
三井ホーム株式会社
1) Chief of Building Engineering System Group2) Researcher of Disaster Prevention and Environment Group3) Researcher of
Building Engineering System Group 4) Researcher of Performance Testing and Evaluation Section, Building Performance Testing
Center 5) Mitsui Home Co.,Ltd. Research & Development Group, Technology Research Institute4) 建築性能試験センター安全性能部評価試験課主任

5)

概
要
Abstract
ZEH 対応も踏まえた枠組壁工法住宅の高性能外皮・空調システムに関する開発
Development of High-Performance Envelope and Air Conditioning System for Wood
Frame Construction Houses Include Zero Energy Houses
北谷 幸恵 1)、下ノ薗 慧 2)、飯泉 元気 3)、遠藤 卓 4)、糸毛 治 1)
Yukie Kitadani1), Kei Shimonosono2), Genki Iizumi3), Suguru Endo4), Osamu Itoge1)
村上 知徳 5)
Tomonori Murakami 5)

今福 昌克 5)

永井 渉 5)

Masakatsu Imafuku5)

市川 真梨恵 5)

Wataru Nagai5)Marie Ichikawa5)

キーワード ： 住宅、断熱、暖房、冷房、太陽光発電
Keywords : houses, Thermal insulation, Heating, Cooling, photovoltaic power generation
１．研究概要１）研究の背景
住宅の省エネルギー化のため、国では省エネ基準適合義務化のみならず、より高性能な ZEH1)の定着を目指す等、関連施策を進めている。民間においても HEAT202)が外皮性能の誘導水準を自主的に提示している事例がある。
こうした省エネルギー住宅を普及定着させるには、EB3)と NEB4)の両立が必要である。EB については、
高性能な外皮を有することで暖冷房負荷は低減する。しかし、低負荷な住宅では、暖冷房の熱源の部分負荷効率の低下や、搬送動力を含む空調システム全体の効率低下が生じることがある。低負荷な住宅において高効率に稼働する空調システムが必要である。NEB については、冬期の非居室の室温向上等の居住環境改善が求められる。これらを実現するには、高性能外皮と低負荷型の高効率空調設備が一体となったシステムが必要である。
２）研究の目的
本研究は枠組壁工法の戸建住宅を対象に、ZEH や様々な誘導水準への対応も視野に入れ、EB・NEB、費用対効果を考慮し、実用性に優れる高性能外皮・低負荷型空調システムの開発を主な目的とする。
２．研究内容１）高性能外皮・空調システムの開発の前提条件の検討（H28～29 年度）
・ねらい：高性能外皮については各種性能（断熱、気密、防露、夏期日射遮蔽、防耐火）とイニシャルコ
ストの検討を行い、低負荷型空調システムについては、長期的なエネルギー効率の確保に配慮し、実現可能な前提条件を設定する。
・試験項目等：既往研究調査、エネルギー・温熱環境解析、壁体温湿度・含水率解析、外壁の防耐火試験

1)北方建築総合研究所建築研究部建築システムグループ主査2) 北方建築総合研究所地域研究部環境防災グループ研究職員
3) 北
4) 建築性能試験センター安全性能部評価試験課主任
5) 三井ホーム株
方建築総合研究所建築研究部建築システムグループ研究職員
式会社
1) Chief of Building Engineering System Group, Northern Regional Building Research Institute2) Researcher of Disaster
Prevention and Environment Group, Northern Regional Building Research Institute 3) Researcher of Building Engineering
System Group, Northern Regional Building Research Institute 4) Researcher of Performance Testing and Evaluation Section,
Building Performance Testing Center 5) Mitsui Home Co.,Ltd. Research & Development Group, Technology Research Institute２）低負荷型空調システムの技術的課題整理と開発目標の提示（H28～29 年度）
・ねらい：１）で設定する前提条件への対応とイニシャルコストを考慮して、低負荷型空調システムの開発上の技術的課題を明確化し、実用化に向けた開発目標（空調容量・機器効率・制御、熱分配方式等）
を明らかにする。
・試験項目等：シミュレーション解析、実大実験
３）高性能外皮・空調システムの技術検討・提案（H29～30 年度）
・ねらい：２）で示した技術的課題に対応する検討を行い、高性能外皮・低負荷型空調システムを提案する。省エネ基準評価 web プログラムとは異なる TCOP の特性を考慮した計算方法を示し、一次エネル
ギー消費量を評価する。本システムを用いた住宅における ZEH 対応方法を示す。
・試験項目等：シミュレーション解析、実大実験
３．研究成果１）高性能外皮・空調システムの開発の前提条件の検討（H28～29 年度）
・高性能外皮の前提条件として、既往の水準を満たす外皮平均熱貫流率を設定した（表 1）。イニシャルコ
ストをふまえ、前提条件を達成する部位別の仕様を決定した。外壁は 140 ㎜の充填断熱に 50 ㎜または70mm の付加断熱、窓はハニカムスクリーン等により夏期日射熱取得量を低減し、相当隙間面積は
1[cm2/m2]以下とした。
・低負荷型空調システムの前提条件について検討を行い、部材（熱源、換気等）毎の交換を可能とし、換気と暖冷房で共用できる熱分配システムを有することとした。
２）低負荷型空調システムの技術的課題整理と開発目標の提示（H28～29 年度）
・技術的課題と開発目標を整理した（表 2）。技術的課題の 1 つであるトータルコストの増大に対応するため、ダクトのコストダウンを図るべきであることを示した。
・低負荷型空調システムの使用部材や熱・空気循環方法等を示すイメージを作成した。
３）高性能外皮・空調システムの技術検討・提案（H29～30 年度）
・低負荷型空調システムのエアハンドリングユニット内部の機器配置等について、室間温度差の抑制やエ
アコン COP の低下防止を図る方法を実験等から明らかにした。室内への吹き出し方法の工夫によりダクト長さを短縮して熱分配システムのイニシャルコストを低減できることを、CFD 解析等から明らかにした。
・高性能外皮と低負荷型空調システムを組み合わせたシステムを提案した（図 1）。本システムが開発目標を概ね達成することを示した。低負荷型空調システムの設計・施工時における注意点をまとめた。
・本システムを導入した住宅モデルを設定し、省エネルギー基準の 1～7 地域に位置する 7 地点を対象に、ZEH 対応のために必要となる太陽光発電の容量の試算結果を示した（図 2）。
＜具体的データ＞
表1

設定した高性能外皮の前提条件（外皮平均熱貫流率[W/m2･K]）
地域区分
対応する既往の
水準
1
2
3
4
5
6
7
ZEH、G1 以上 0.34 0.34 0.34 0.46 0.48 0.56 0.56
ZEH+、G2 以上 0.28 0.28 0.28 0.34 0.34 0.46 0.46

表2

空調の技術的課題と開発目標

技術的課題･熱源（エアコン）の COP の低下･送風ファンによる動力の増大･トータルコストの増大

開発
目標･エネルギー効率（TCOP）はエアコン同等程度･トータルコスト（イニシャル、メンテナンス、電力
料金、機器更新）がエアコン同等以下※送風ファンの動力は全地点で一律としたが、旭川と札幌では外気温-10℃以下の場合にファン動力が増加する可能性がある。

図1

高断熱外皮・低負荷型空調システムの概要

図2

一次エネルギー消費量と太陽光発電容量

４．今後の見通し・高性能外皮・空調システムについては、2019 年度に共同研究機関が実住宅に導入し、その住宅での検証を経て、本格的な販売を行う予定である。
・３．３）に記した室内への吹き出し方法については、共同研究機関の主要販売地域を考慮して、外気温-10℃の場合の検討を行った。寒冷地で実用化していく場合は、外気温がより低い場合の検討を要する。
（-10℃は、旭川で 95％、札幌で 99％の年間での日時をカバー）
1)ZEH ： Zero Energy House の略。本研究における定義は、ZEH が環境省の ZEH 等による低炭素化促進
事業、ZEH+が経産省の ZEH+実証事業による。
2)HEAT20 ： 2020 年を見据えた住宅の高断熱化技術開発委員会。2015 年 3 月・12 月、全国を対象に外皮
誘導性能水準 G1・G2 グレードを公開した。
3)EB ： Energy Benefit の略。
4)NEB ： Non Energy Benefit の略。

目

次

１．研究の背景と目的 .......................................................................................................... 1（１）背景 ............................................................................................................................. 1（２）目的 ............................................................................................................................. 1
２．研究内容 ......................................................................................................................... 1（１）高性能外皮・空調システムの開発の前提条件の検討 ................................................ 1（２）低負荷型空調システムの技術的課題、開発目標の提示 ............................................. 1（３）高性能外皮・空調システムの技術検討と提案 ........................................................... 1
３．本研究で用いる住宅の計算モデル ................................................................................. 1
４．高性能外皮・空調システムの開発の前提条件の検討 .................................................... 1（１）高性能外皮の前提条件の検討 ..................................................................................... 1（２）低負荷型空調システムの開発の前提条件の設定........................................................ 4５．低負荷型空調システムの技術的課題、開発目標の提示 ................................................ 4（１）低負荷型空調システムのイメージの作成 .................................................................. 4（２）比較対象とする空調システムの設定 .......................................................................... 6（３）技術的課題の検討 ....................................................................................................... 6（４）開発目標の設定 .......................................................................................................... 7
６．高性能外皮・空調システムの技術検討と提案 ............................................................... 7（１）技術検討 ..................................................................................................................... 7（２）高性能外皮・空調システムの提案 ........................................................................... 10（３）高性能外皮・空調システムの評価 ........................................................................... 12（４）ZEH 対応のための太陽光発電の容量の試算 ........................................................... 13
７．まとめ ........................................................................................................................... 14

1.研究の背景と目的

ステムを開発するうえでの技術的課題を示す。

(1)背景・開発目標を示す。

住宅の省エネルギー化のため、国では省エネ基

この内容は、5.にて報告する。

準適合義務化のみならず、より高性能な ZEH 注 1)の定着を目指す等、関連施策を進めている。民間(3)高性能外皮・空調システムの技術検討と提案においても HEAT20・低負荷型空調システムについて、開発目標を踏

注 2)

が外皮性能の誘導水準を自主的に提示している事例がある。

まえた技術検討を行う。

こうした省エネルギー住宅を普及定着させるに・高性能外皮・低負荷型空調システムを提案する。

は、EB 注 3)と NEB 注 4)の両立が必要である。EB

・開発目標の達成状況、一次エネルギー消費量、については、高性能な外皮を有することで暖冷房

暖房期における非居室の室温について評価する。

負荷は低減する。しかし、低負荷な住宅では、暖・高性能外皮・低負荷型空調システムを用いた住冷房の熱源の部分負荷効率の低下や、搬送動力を宅が ZEH に対応する際に必要となる太陽光発含む空調システム全体の効率低下が生じることが電の容量を試算する。

ある。低負荷な住宅において高効率に稼働する空

この内容は、6.にて報告する。

調システムが必要である。NEB については、冬期の非居室の室温向上等の居住環境改善が求められ

3.本研究で用いる住宅の計算モデル

る。これらを実現するには、高性能外皮と低負荷

図 1 にコスト、一次エネルギー消費量、室温等型の高効率空調設備が一体となったシステムが必の計算で用いるモデルの平面図を示す。延べ床面要である。

積は 139.94m2 である。

(2)目的
本研究は枠組壁工法の戸建住宅を対象に、ZEH
や様々な誘導水準への対応も視野に入れ、 EB・
NEB、費用対効果を考慮し、実用性に優れる高性
能外皮・低負荷型空調システムの開発を主な目的
1階

とする。

図1

2階

住宅の計算モデルの平面図

2.研究内容本研究の内容を(1)～(3)に記す。

4.高性能外皮・空調システムの開発の前提条件の検討(1)高性能外皮・空調システムの開発の前提条件の(1)高性能外皮の前提条件の検討

検討

1)外壁の耐火性能の検討

・高性能外皮について、外壁の耐火性能、窓の日①目的

射遮蔽の性能、気密性能に関する検討およびイ

外壁の高断熱化手法として発泡プラスチック保

ニシャルコストの試算を行い、実現可能な前提

温板の付加断熱の設置が考えられる。しかし、告条件を設定する。

示仕様ではこうした付加断熱のある壁体に対応で・低負荷型空調システムについて、長期的なエネ

きず、大臣認定の取得が必須となる。そのため、ルギー効率の確保に配慮し、開発の前提条件を

準耐火構造の大臣認定を取得できる壁体構成を明設定する。

らかにする。

この内容は、4.にて報告する。

②検討方法
検討は外壁の試験体を用いた防耐火試験による。

(2)低負荷型空調システムの技術的課題、開発目標③外壁の試験体の概要
図 2 に試験体の平断面図を示す。表 1 に試験体の提示と防耐火試験の概要を示す。試験体は 4 体とした。

・低負荷型空調システムの使用部材や熱・空気搬

付加断熱の厚みを 2 種、石膏ボードの種類を 2 種

送方法のイメージを作成する。
・イニシャルコストを考慮して、低負荷型空調シ

設定した。
1

④試験方法に庇に透光性（半透明乳白色）を持たせて日中の試験は（地独）北海道立総合研究機構 建築研究

輝度を向上させた手法を検討対象とする。

本部の壁炉を用いて実施した。柱に長期許容応力

東西の窓における日射遮蔽効果が高い既存手法度に相当する荷重を載荷しながら、ISO834 標準として、窓の屋外側に設置するブラインドやシェ

加熱曲線に合うように加熱を行った。試験は屋外ードがある。しかし、特に外開き窓に適用する場

加熱と屋内加熱の両方を行った。

合には電動化が必要で高額になる。本研究では、⑤試験結果

コストに配慮して窓の内側にハニカムスクリーン

表 1 中に示すとおり、試験体 1、2、4 では 60を設置する手法を検討対象とする。

分間の試験で遮熱性を喪失しなかった。試験体 3③検討方法

は遮熱性を喪失した。これは試験途中で外装材が検討は、一定条件下での日射熱取得量を把握す

脱落したことが影響している。試験体 3 と 4 の比るための実験室実験および日時等の条件が異なる

較からわかるとおり、加熱性断熱材（付加断熱）

場合の日射熱取得率を把握するための計算による。

が厚い方が脱落は生じやすい。そのため、外装材④日射熱取得量に関する実験の止付け方法の改良が必要と考えられる。

a.実験方法

⑥結果を踏まえた方針

実験では、ガラス面に対する日射のプロファイ

仕様の改良は必要だが、準耐火構造への技術的

ル角と日射熱取得量の関係式を導いた。実験には対応は可能であると推測された。このことから、

予めヒータを用いて内部発熱量と給排気温度差の付加断熱を採用する方針で以降の検討を進めるこ

関係を明らかにした断熱箱（図 3）を用いた。断ととした。

熱箱内部に入射する日射を内部発熱とみなして給

外装材：サイディング 厚 14
通気胴縁 厚 15

排気温度差を測定することで、日射によって得ら

付加断熱：XPS 厚 15、100
構造用合板 厚 9れる熱量（日射熱取得量）を求めた。
ランプ

たて枠：206（38×140）
充填断熱：ロックウール 厚 140
内装材：普通せっこうボード 厚 12.5

図2
表1

試験体の平断面図

電気ヒータ

試験体と防耐火試験の概要
試験体 1

試験体 2

試験体 3

試験体 4

充填断熱

140mm

140mm

140mm

140mm

付加断熱

100mm

100mm

100mm

15mm

図3

石膏ボート 普通

強化

普通

普通

（ハニカムスクリーンの例）

加熱

屋内側

屋外側

屋外側

実験結果

屋内側

60 分 クリ 60 分 クリアア

59 分 23 秒
で遮熱性喪失

日射熱取得量の測定概要

b.実験結果60 分クリ

図 4 に日射熱取得量の測定結果および前述の関ア係式を示す。測定結果から、ハニカムスクリーンはプロファイル角が小さい（太陽高度が低い等）

2)窓の日射遮蔽性能の検討

場合、半透明乳白色の庇はプロファイル角が大き①目的い（太陽高度が高い）場合に日射遮蔽の効果が得られることが示された。各日射遮蔽部材は、②で冷房負荷の低減には日射遮蔽が有効である。しかし、日射遮蔽の効果が明らかな既存手法は限ら

設定した方位の窓に適していると言える。

れている。そのため、日射遮蔽の効果を明らかに⑤日射熱取得率に関する計算

したうえで、日射遮蔽手法を設定する。

a.計算方法
計算は立地（省エネルギー基準の 1～7 地域に②検討を行った日射遮蔽手法の概要
南の窓における既存手法として庇がある。しか位置する 7 地点）、窓の方位、日射遮蔽部材、時刻

し、室内から見たときにうっとうしさを感じるこ（毎時）ごとに行った。計算には前述の関係式をとがある。本研究では、うっとうしさ緩和のため用いた。ガラスや日射遮蔽部材によって減衰する
2

前の全日射熱量に対する減衰した後の日射熱取得

気の温度差は 10～30[℃]とする。屋外の風の影響

量の比率を日射熱取得率とした。全日射熱量はプは無視する。

ロファイル角が 0°の条件で得られたガラスのみ④計算結果の日射熱取得量とガラスの透過率から逆算して求図 6 に計算結果を示す。第 1 種換気で相当隙間めた。その他の角度ではコサインに比例すると仮面積が 2[cm2/m2]の場合には、隙間換気量が 35～

定して幾何学的に算出した。

70[m3/h]程度になった。機械換気と合わせた全体

b.計算結果

換気量は 163～197[m3/h]程度である。これは機械

図 5 に計算結果の例を示す。日射遮蔽の部材を

換気の 128[m3/h]を大きく上回る場合があり、全設置した場合に設置しない場合（ガラスのみ）よ

体換気量を制御できているとは言えない。相当隙

りも日射熱取得率が低減することを確認できる。

間面積を 1[cm2/m2] 以下として、隙間換気の影響⑥結果を踏まえた方針

をなるべく抑えることが望まれる。第 3 種換気の場合には、相当隙間面積が 2[cm2/m2]以下で、隙日射遮蔽の効果を得られることが確認されたことから、②に記した手法を採用する。日射熱取得

間換気量を 15[m3/h]程度以下になった。

率の計算結果は、6.(3)における暖冷房負荷等の計⑤結果を踏まえた方針
後述 5.(1)にて機械換気に第 1 種を選択した。こ

算に反映する。

700
600
500
400
300
200
100
0

検討し、本研究では検討しないこととした。

y = -0.026x2 - 1.9155x + 359.08
y = -0.0799x2 - 0.3812x + 409.14

140

y = -0.0486x2 + 2.6883x + 154.5510図4日射熱取得率[－]た。この性能を実現する手法は共同研究機関にて

y = -0.061x2 - 1.3429x + 605.540

図5

れを踏まえ、相当隙間面積は 1[cm2/m2] 以下とし

ガラスのみ
半透明乳白色の庇

隙間換気量[m3/h]

日射取得熱量[W/㎡]

全入射熱量
ハニカムスクリーン20

30 40 50 60 70
プロファイル角[°]80

90 100

機械換気の種類 内外温度差
第1種 10℃
第1種 20℃
第1種 30℃
第3種 10℃
第3種 20℃

120
100
80
60
40
20
0

日射熱取得量の測定結果

012相当隙間面積[cm2/m2]

0.40
0.30

図6

ガラスのみ

3

隙間換気量の計算結果

0.20

4)イニシャルコストの試算

0.10
0.00
8:00

ガラス＋透光性の庇
9:00

10:00

11:00

12:00

①目的

13:00

外皮の高断熱化に伴うコストアップ額を試算に日射熱取得率の計算結果の例（南の窓に透より把握する。

光性の庇を設置した場合、東京、6 月 21 日）②試算内容
試算には図 1 の住宅の計算モデルを用いる。コ

3)気密性能の検討

ストアップ額は、共同研究機関における現行仕様①目的と屋根、外壁、窓、床等の高断熱化を図った仕様

高性能外皮の相当隙間面積を設定する。

の差額とする。現行仕様の外皮平均熱貫流率（以下「UA 値」と記す。）は 0.56[W/m 2･K]である。

②検討方法

コストアップ額

検討は、隙間換気量の計算による。隙間換気量
は、隙間換気が生じる場合における機械換気のみの場合と比較した換気量の増分とする。
③計算条件
計算には図 1 の住宅の計算モデルを用いる。計

土間
開口部
屋根

0

算方法は既往研究に基づく 1)。機械換気は第 1 種
または第 3 種とする。機械換気量は換気回数
0.5[回/h]に相当する

図7128[m3/h]とする。屋内と外

0.56

床
壁

0.46
0.34
UA [W/m2･K]

0.28

外皮のイニシャルコストの試算結果（本図では都合により金額は示さない）
3

③試算結果部の部品が故障した際には、交換する場合がある。

図 7 に試算結果を示す。 UA 値 0.34 と 0.28

しかし、導入できる部材は全館空調専用部材のみ[W/m 2･K]では、外壁に付加断熱を設置している。

である。したがって、今後において各種部材の高

この場合のコストアップが大きいことが分かった。

効率化や高効率部材の低コスト化がなされても、導入できる部材は限られる。長期的エネルギー性

5)前提条件の設定

能確保のためには、部材ごとの高効率機器への交表 2 に示すとおり、前提条件として既往の水準換を可能とする必要がある。

を満たす UA 値を設定した。これは、前述の外壁

全館空調ではダクトや室内への吹き出し口等かの準耐火構造への対応やイニシャルコストを踏まらなる熱分配システムを換気と暖冷房で共用してえ、実現可能と考えた条件である。

いる。暖冷房負荷の大きな住宅において暖冷房の前提条件を達成する部位別の仕様を決定した。

熱を空気で搬送すると、大風量となり室内で気流

表 3 に部位別の熱貫流率を示す。外壁はロックウを感じやすくなる等の問題を生じる。しかし、暖ール 140[mm]の充填断熱に加え、UA 値が 0.34 ま

冷房負荷が小さな住宅では、換気との共用化によ

たは 0.28[W/m 2･K]の場合には押出法ポリスチレ

り設備と動力の無駄を省くことができる。この方ンフォーム 50 または 70[mm]の付加断熱を有す

法は低負荷型の住宅に適している。

る。付加断熱については、前項 4.(1)の 4)で示した以上を踏まえ、次の前提条件を設定した。

とおりコストアップ額が大きいが、高断熱化のた
め に 必 要 と 判 断 し 採 用 する こ と と し た 。 窓 には低負荷型空調システムは、部材（熱源、送風フ

4.(1)の 2)に記した日射遮蔽手法を採用する。相当

ァン、換気等）ごとの交換を可能とし、換気と暖隙間面積は 1[cm 2/m2]以下とする。

冷房で共用できる熱分配システムを有する。

表2

5.低負荷型空調システムの技術的課題、開発目標

設定した高性能外皮の前提条件（UA 値[W/m2･K]）

の提示

既往の水準
(1)

(2)

表3

ZEH
HEAT20 G1
ZEH+
HEAT20 G2(1)低負荷型空調システムのイメージの作成

地域区分

対応する
1

2

3

4

5

6

0.34

0.34

0.34 0.46 0.48 0.56 0.56

0.28

0.28

0.28 0.34 0.34 0.46 0.46

1)本システム全体のイメージ

7

図 8 に示すとおり、使用部材や熱・空気搬送方法等のイメージを作成した。本システムでは、換気 の 取 り 入 れ 外 気 を エ アハ ン ド リ ン グ ユ ニ ット
（以下では「エアハン」と記す。）内に吹き出す。
その空気をエアハン内に設置した熱源で加温する。

設定した部位別の熱貫流率

U A 値[W/m 2･K]

0.28

0.34

0.46

0.48

0.56

部 位 別 の 熱 屋根

0.18

0.18

0.31

0.31

0.31

貫

率 外壁

0.18

0.21

0.36

0.36

0.36

床

0.36

0.36

0.36

0.36

0.45

土間床

1.64

1.64

1.64

1.64

1.64

窓

1.00

1.00

1.60

1.60

2.33

ドア

1.75

2.33

2.33

2.33

2.33

流

[W/m 2･K]

送風ファンと熱分配システムを用いて居室等に送る。換気の排気およびエアハンへの還気について
は、非居室を経由させることでダクト等のコストダウンと非居室の冬期室温向上を図る。熱源、送風ファン、換気は別個の部材を交換のしやすさに配慮して設置する。
熱源、送風ファン、換気、熱分配システムの部
材や手法の検討概要を以下に記す。

(2)低負荷型空調システムの開発の前提条件 の設

2)熱源

定

高断熱化による暖房負荷低減を踏まえ、1 台の前提条件の検討にあたっては、共同研究機関の熱源で住宅全体の暖冷房負荷に対応する。図 9 に、

現行仕様である全館空調の課題等を踏まえること

新築時および機器更新時に導入する熱源として検とした。

討したものを示す。(a)はエアコンであり、暖房と

全館空調の室内機には、ヒートポンプ、換気、冷房を担える。現行技術のなかでは、再生可能エ

送風ファン等の多くの部材が収められている。一ネルギーと燃料電池を除けばエネルギー効率が高4

①エアハン（エアハンドリングユニット）
・熱源を内蔵・送風ファンを内蔵

熱源（エアコン）

②換気

熱源
（放熱器）

クーラー
熱源
居室

還気

ファン

吹き出し

(a)温風・冷風式(b)温風式（エアコン）（ガス・灯油の潜熱回収型を熱源とするファンコンベクター等）

階段等

居室
熱源
（コイル等）

熱源（コイル等）③熱分配システム
暖冷房と換気で共用⇒コストに配慮

図8④還気搬送経路（建築空間）⇒ダクトのコストダウン⇒非居室の室温向上

クーラー

作成した低負荷型空調システムのイメージ

い方の機器である 注 6)。 (b)は給湯と熱源を共有できる。(c)は冷房時にエアハン内で生じる結露水の処理が必要となる。(c)と(d)は再生可能エネルギー、(d)は燃料電池の利用が期待される。これらについ(c)温水・冷水式(d)温水式（電気ヒートポンプ、地中熱利用等）※冷房時に熱源で生じる
結露水の処理が必要（電気ヒートポンプ、
燃料電池、太陽熱利用、地中熱仕様等）図9ては、現時点ではコスト等の面で課題があるが、熱源の種類

将来の機器改修時において導入の可能性がある。
(b)と(d)は冷房を要する地域では別途クーラーが外気

外気必要となる。本研究では、冷房がしやすく多くの地域で採用可能であることを踏まえ、(a)のエアコ

エアハン

エアハン
トイレ

ンを熱源とすることとした。
3)送風ファン

居室

設置台数は 1 部屋につき 1 台または LDK のよ
うに大きな部屋では複数台とした。1 台毎の風量

ダクト
トイレ

浴室

居室

浴室

(e)第 1 種換気-全熱交換 (f)第 1 種換気-顕熱交換調整を可能とし、空き部屋への送風量を低減することで世帯人数の変化等に対応する。後述 6.(3)に外気おける計算では、空き部屋は無い条件とする。
エアハン

4)換気
図 10 に示す換気の 3 手法について比較検討を
行った。

居室

(e)第 1 種換気-全熱交換(g)第 2 種換気
図 10

浴室およびトイレに第 3 種換気を設置する。そのため、第 1 種換気における排気量が給気量を下

換気の種類

回り温度交換効率が低下すると推測される。
(f)第 1 種換気-顕熱交換(g)第 2 種換気

第 1 種換気にトイレの換気を組み込み、排気量

換気設備のコストを低減できる。熱交換の効果低下に起因する温度交換効率低下を抑制する。

は得られない。
5本研究では、共同研究機関における実績を踏まムの概要を示す。間歇エアコンと連続エアコンは、

えて(e)を採用した。

熱源がエアコンである点が本システムと同じである。間歇エアコンは本州以南における一般的な運5)熱分配システム

転方法である。比較対象のなかでは一次エネルギ

図 11 に示す熱分配システムの 3 手法について

ー消費量が最も少ない。連続エアコンは、使用す比較検討を行った。

る設備は間歇エアコンと同じだが、居室で連続運(h)ダクト転する点が本システムに近い。全館空調は現行のダクトを用いて送風する。

システムである。

(i)チャンバー

式 1)～3)に本システムおよび比較対象の空調シ

1 階の天井懐をチャンバーとする方法や小屋裏

ステムのエネルギー効率（以下では「TCOP」と記にチャンバーを設置する方法がある。チャンバー

す。）の本研究における定義を示す。

下面（天井板）のガラリから室内に吹き出す。上記(h)よりもコストを低減できる可能性がある。住表 4宅のプランに応じた設計が必要になる。

テムの概要

本システムおよび比較対象とする空調シス(j)床下暖房

暖冷房の運転方法
居室

床下等に暖房の温風を吹き込み、床面のガラリ
から室内に吹き出す。基礎断熱が条件となる。(h)

非居室

本システム

連続

洗面室：連続間歇エアコン間歇なし

連続エアコン

連続

なし

全館空調

連続

連続

玄関：加温

よりもコストを低減できる可能性がある。冷房の冷風を吹き込むと床下で結露が生じる恐れがある。
本研究では(h)を採用した。これは住宅プランの影響が少なく、床断熱の住宅や暖房と冷房に利用

間歇：居住者が滞在時のみ暖冷房できるためである。

連続：常時暖冷房
間歇・連続エアコン：居室 1 部屋ごとにエアコン 1 台を設置する。換気は第 1 種-全熱交換とする。
ガラリ

TCOP1= L/(A+V+F)… 式 1)
TCOP2= L/(A+V)… 式 2)
TCOP3= L/(Z)… 式 3)
TCOP1：本システムの TCOP[-]
TCOP2：間歇・連続エアコンの TCOP[-]
TCOP3：全館空調の TCOP[-]
L：供給熱量[W]A：エアコンの電力消費量[W]V：換気の電力消費量[W]F：送風ファンの電力消費量[W]Z：全館空調の電力消費量[W]チャンバー(h)ダクト(i)チャンバー(3)技術的課題の検討

ガラリ

5.(1)で 示 し た 本 シ ス テ ム の イ メ ー ジ を 踏 ま え
ると、次の技術的課題が挙げられる。

(j)床下暖房
図 11･熱源（エアコン）の COP の低下

熱分配システムの種類

エアコンを室内ではなくエアハン内に設置するため、通常よりも COP が低下する恐れがある。

(2)比較対象とする空調システムの設定･送風ファンによる動力の増大

以降の検討で利用するため、本システムの比較

送風ファンを用いることで TCOP が低下する

対象として既存の空調システムを設定した。

恐れがある。

表 4 に本システムおよび比較対象の空調システ
6

･トータルコストの増大

6.高性能外皮・空調システムの技術検討と提案

トータルコスト（イニシャルコスト、電力料金、(1)技術検討

メンテナンス費用、機器更新費用の合計）の増

1)室間温度差に着目したエアハン内の機器配置に大が懸念される。図 12 にイニシャルコストの関する検討

試算結果を示す。本システムは、特に熱分配シ①目的

ステムのダクトが高額であることが課題である。

度が異なる空気を吸い込むことで、住宅内での室ダクトにかかわるコスト

間温度差が助長されることが懸念される。そのた本システム
間歇・連続エアコン
全館空調

め、エアハン内の機器配置について、室間温度差を抑制する方法を検討する。
050②検討の方法100

全館空調を100とした場合の比率
全館空調 材工
エアコン 材工
熱交換換気 材工ファン
グリル・フード
ダクト・チャンバー
熱分配システムの施工

図 12

エアハン内において送風ファンが 1 台ごとに温検討は、エアハン内部の送風ファン近傍等の温度に関する熱流体解析（以下では「CFD 解析」と記す。）により行った。
③検討を行ったエアハンの概要
エ ア ハ ン の 寸 法 は 、 床 面 積 910× 910、 高 さ

低負荷型空調システムのイニシャルコス

2450mm とした。搬送ファンは上部 4 台、下部 4トの試算結果台の計 8 台設置した。エアコンの吹き出し空気が(4)開発目標の設定

特定の搬送ファンに直接吹きかかることがないよ

技術的課題を踏まえ、次に記す開発目標を設定

う に 機 器 配 置 を 設 定 し た。 換 気 の 取 入 れ 外 気は133[m 3/h]、空調の還気は 133[m 3/h]、8 台の送風した。

ファンの合計風量は 266[m 3/h]とした。
A. TCOP は間歇エアコン同等程度とする。
B.トータルコストは間歇エアコン同等以下とする。
空調の還気換気の取入れ外気送風ファン

図 13 に開発目標 A のイメージ、図 14 に開発目
標 B のイメージを示す。本システムは、冬期にお断熱材
XPS 3b20mm 厚

エアコン
合板
邪魔板

ける非居室の加温を行うことで NEB に配慮しつ

連続
エアコン

開発目標 A：
高性能外皮と組み合わせた場合の TCOP が間
歇エアコン同等程度

全館空調→

非居室の冬期室温

図 13
安価←トータルコスト

2450

間歇
本
エアコン システム

TCOP

→高効率

つ、開発目標 A と B を達成する。

高い

開発目標 A のイメージ
全館空調

連続
エアコン
間歇
エアコン

本
システム

非居室の冬期室温

図 14

910

910

910

(k)邪魔板無し
断熱無し(l)邪魔板あり
断熱無し(m)邪魔板あり
断熱あり

30

21

開発目標Ｂ：
トータルコストが間
歇エアコン同等以下
→

36

図 15

高い

開発目標 B のイメージ

7

33

27

24

18℃

エアハン内の温度分布（縦断面、暖房）

④計算結果湿度はなりゆきとなった。エアハンの吸い込み空図 15 に暖房の場合におけるエアハン内の温度

気の温度と相対湿度は JIS に示される値に設定で分布の計算結果を示す。図(k)に示すとおり、邪魔きない場合があった。

板と断熱材が無い場合には、空調の還気と換気の③隙間の面積に着目した実験

取入れ外気がエアコンに吸い込まれず、加温されa.実験条件ないまま送風ファンで吹き出されている。図(l)に

隙間の面積は 252 または 1102[cm2]とした。送

示すとおり、邪魔板を設置すると換気の取入れ外風ファンの合計風量は 601～675[m3 /h]とした。外気がエアコンに吸い込まれやすくなる。しかし、

気温（室外機周辺温度）は 2[℃]程度、エアハン吸上部の送風ファンと下部の送風ファンの周辺温度

い込み空気温度は 18[℃]程度とした。エアコンのが若干異なる。図(m)に示すとおり、断熱材を設置

吹き出し風量は「自動」に設定した。別途行ったすると上部の送風ファン周辺の温度が上昇し、下測定から最大で 500[m 3/h]程度と推測される。

部と上部の温度差が低減される。

b.実験結果図 17 に 実 験 結 果 を 示 す 。 COP は 隙 間 が⑤結果を踏まえた方針
図 15(m)の機器配置を暫定的に採用し、次項 2)1102[cm2]のときに 252[cm 2]よりも低下した。

の検討を行うこととした。
隙間

隙間2)エアコンの COP 低下防止等に着目したエアハン
内の機器配置等に関する検討
①目的

邪魔板

エアコン
エアコン

図 16 に示すとおり、エアコン周辺には隙間があり、エアハン内に導入した空調の還気や換気の隙間

逆流

取入れ外気の一部が流れるルートとなっている。
隙間を完全にふさぐことは、圧力損失が大きくな

平断面

り、風切音が生じることがあるためできない。予

図 16

縦断面
エアコン周辺の隙間備実験からエアコンが吹き出した空気が隙間を通って逆流しエアコンに再度吸い込まれると COP5が低下することが分かった。こうした COP 低下

吹き出し4を防止する方法を明らかにする。また、前項で検討した送風ファンの吸い込み空気の温度差についCOP[-]

エアハン
吸い込みて検証する。

エアコン
隙間 設定温度
[℃]
[cm2]
252
20
252
23
252
30
1102
23
1102
30

3
2

②検討方法
1

検討は、エアハンの実大試作機を用いた実験室実験による。

吹き出し（床下ピット内へ）

エアハン内部の機器配置は、図 15(m)で示した

0
0

1

2

3

4

5

6

7

暖房能力[kW]配置とした。写真 1 にエアハンの設置状況を示す。
写真 1

実験では、隙間の面積と送風ファンの風量を複

エアハン

図 17

隙間の面積と COP数設定した。エアハンの吸い込み空気および送風
ファンの吸い込み空気の温度と露点温度、送風フ④送風ファンの風量に着目した実験

ァンの風量、エアコンの電力消費量を測定した。

a.実験条件

測定結果から COP を推定した。

隙間の面積は 252[cm2]とした。送風ファンの風

実験方法および COP の計算方法は、JIS B8615-

量は 211～2013[m3/h]とした。エアハンの吸い込

1:2013 の附属書 D「室内側空気エンタルピー試験

み空気の温度は 18[℃]程度、外気温-15、-7、2、法」を参考とした。JIS と異なるのは以下の点で7[℃]程度とした。エアコンの吹き出し風量は「自ある。エアハン内にエアコン室内機を設置するた動」に設定した。

め、室内機とその周辺機器の設置方法が異なる。

b.実験結果図 18 に実験結果を示す。図の横軸は、住宅の省

実験室の都合により、室外機の吸込み空気の相対8エネルギー基準の評価方法に基づく値を示す。こ
れは解説書

とする。

2) に示される計算方法を基に、実験で3)ダクト長さの短縮とファン動力低減に着目した

得た外気温、暖房能力、電力消費量等の値を用い

室内への吹き出し方法に関する検討て算出した。送風ファンの合計風量がエアコンの①目的

風量を上回る 600[m3/h]以上において、実験結果

室内への吹き出し方法を工夫することでダクトの COP は、省エネルギー基準の評価方法に基づ長さを短縮し、イニシャルコストを低減する手法

く COP と同程度となった。

を検討する。
②検討の方法65

COP[-]（実験結果）

検討は、室内温度むらの抑制に着目した CFD 解

送風ファン合計風量600[m3/h]以上（601～963[m3/h]）析および実験住宅における実験により行った。
③検討対象とする吹き出し方法

1000[m3/h]以上
4（1774～2013[m3/h]）

検討した手法は下記の 3 種である。
(n)天井付近で下向き吹出：これは従来手法であり、

3

比較対象として設定する。部屋のペリメータゾーンの天井付近から下向きに吹き出す。

2(o)天井付近で水平吹出：インナーゾーンの天井付

1200[m3/h]以上（211～474[m3/h]）

近から水平に吹き出す。コアンダ効果を利用す

3(n)よりも、ダクト長さが短くなる。

0
0

図 18

1

2

4

5

る手法である。ペリメータゾーンから吹き出す

6

COP[-]（省エネ基準）(p)床付近で水平吹出：インナーゾーンの床付近か

送風ファンの風量と COP

ら水平に吹き出す。ペリメータゾーンから吹き出す(n)よりも、ダクト長さが短くなる。

⑤室間温度差に着目した搬送ファンの吸い込み空④CFD 解析

気温度の確認a.計算条件図 19 に CFD 解析のモデルを示す。これは図 1

a.目的
6.(1)の 1)では、空調の還気の風量を 133[m3/h]に示した住宅の計算モデルの一部である。計算でとして室間温度差に関する検討を行った。しかし、は、外気-10[℃]、UA 値 0.28[W/m 2･K]、居間への本項の検討結果に基づき風量を増加させることに吹き出しの熱量 749[W]とした。吹き出しの風量なった。そのため、送風ファンの吸い込み空気温

は 100、200、390[m3/h]とした。これは送風ファ度を実測により確認する。

ン 1 台あたりの風量にあたる。送風ファン 8 台のb.実験条件

合計風量は、エアコン風量を下回らない。

隙間の面積は 252[cm2]とした。送風ファンの合b.計算結果963[m3/h]とし

図 20 と図 21 に室内温度分布の計算結果を示た。エアハン吸い込み空気の温度は 18[℃]程度、す。(o)と(p)は、(n)よりも上下温度むらが小さい。

計風量は、エアコン風量を上回る
外気温は 2[℃]程度とした。
c.実験結果4095

床面積

送風ファンの吸い込み空気温度は 1 台ごとに異14.9[m 2]

なり、1 時間平均値で見ると最小 41.2[℃]、最大② ③

Ｋ

42.0 [℃]、温度差 0.8[℃]になった。風量を多くし

A’

3640

A

ても室間温度差に対する悪影響はないと考えられ

居間

る。

①

Ｄ

⑥結果を踏まえた方針
送風ファンの風量をエアコン風量より多くし、

図 19

隙間を小さくすることとした（252[cm2]程度）。また 、 6.(3)の 電 力 消 費 量 の計 算 で は 、 エア コ ンの
COP を省エネルギー基準の評価方法に基づく値
9CFD 解析のモデル

風量(n)天井付近で[m 3/h](o)天井付近で

下向き吹出
① ②

水平吹出

(p)床付近で外気温は 26.3～30.7℃であった。吹き出し風量は

水平吹出

40 [m3/h]とした。本実験は 6.(1)の 2)の実験より先に実施したため、風量が少ない条件となってい100る。窓にカーテン等の日射を遮る部材を設置せず③①に実施した。

②

b.暖房期の実験結果

200

図 23 に日射の無い時間帯における室温の測定③①

結 果 を 示 す 。 ASHRAE Standard 3) で は 床 か ら②

100[mm]と 1700[mm]の高さにおける温度差 3℃

390以内が推奨されている。部屋中央における測定結

③
0

図 20

6

12

18

30℃

24

果から、温度差は 3℃前後であった。FL（床面）とCL（天井面）の温度差を見ると、南窓近傍におい

CFD 解析の結果（暖房）て部屋中央や西窓近傍よりも大きい。これは吹き（図 18 の A-A’断面の位置）

出し口の近傍では天井付近の温度が高くなるため

床面からの高さ[mm]

である。

2,500

100m3/h

200m3/h

390m3/h(n)天井付近で(o)天井付近で(p)床付近で

下向き吹出

水平吹出

水平吹出

c.冷房期の実験結果
図 24 に室温の測定結果を示す。FL（床面）等において温度が上昇している時間があるのは、温2,000度センサーに直達日射が入射したためである。部

1,500

屋中央の床から 100[mm]と 1700[mm]の温度差は

1,000

1～3℃程度となった。上下温度むらの問題は無い

500と考えられる。

0
16 18 20 22 24 16 18 20 22 24 16 18 20 22 24
温度[℃]

図 21

温度[℃]

⑥結果を踏まえた方針(o)の手法を採用することとした。ただし、暖房

温度[℃]

CFD 解析の結果（暖房・上下温度分布）

期における上下温度むらは小さいとは言えないた
め、今後における改良の余地がある。

⑤実験住宅における実験
a.実験条件3640

前述の手法(o)、(p)について検討した結果、吹き出し空気の 気流が家具に阻害されに くい (o)について、上下温度むらの検証を行うこととした。

Kitchen

部屋中央

4550

図 22 に実験を実施した部屋の平面図を示す。
実験を行った部屋は、南、西、北側に窓がある。

西窓近傍
500
Dining

実験住宅の UA 値は高性能外皮の前提条件のうち、

南窓近傍

6 地域の(1)の 0.56[W/m 2 ･K]程度に調整した。以

吹き出し位置

上の条件は、実験住宅のプランおよび前提条件の500

範囲内において上下温度むらが生じやすい条件に2

床面積 16.6[m ]

している。

図 22

実験は暖房期と冷房期に行った。

Living

実験住宅の概要

暖房期の実験は、なるべく外気温が低下する時期を選び、2019 年 2 月 22 日に行った。外気温は(2)高性能外皮・空調システムの提案

0.9～4.3℃であった。室内への吹き出し風量は 84[m3/h] と し た 。 こ れ は 、 CFD

ここまでの検討を踏まえ、高性能外皮と低負荷

解析で設定した型空調システムを組み合わせたシステムを提案し100[m 3/h]になるべく近い風量を目標 に設定したた。その際、低負荷型空調システムの設計・施工

ものである。

時における注意点をまとめた。

冷房期の実験は、2018 年 9 月 15 日に行った。
10

図 25 に提案の概要を示す。

Entrancehall

FL （床面）
FL+600
FL+1700

凡例の数値は床面からの高さ[mm]を示す
30
29
28
部屋中央
27
26
25
24
23
22

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

14:00

13:00

12:00

11:00

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

4:00

3:00

5:00

西窓近傍

図 24

2:00

10:00

30
29
28
27
26
25
24
23
22

暖房期における実験結果

1:00

0:00

西窓近傍

図 23

南窓近傍

9:00

5:00

4:00

3:00

2:00

室温[℃]

27
26
25
24
23
22
21
20
19
18

1:00

南窓近傍

30
29
28
27
26
25
24
23
22

9:00

5:00

4:00

3:00

2:00

室温[℃]

26
25
24
23
22
21
20
19
18

1:00

部屋中央

0:00

室温[℃]
室温[℃]

FL+100
FL+1200
CL（天井面）

室温[℃]

25
24
23
22
21
20
19
18

0:00

室温[℃]

FL （床面）
FL+100FL+600
FL+1200
D-FL+1700
CL（天井面）凡例の数値は床面からの高さ[mm]を示す

冷房期における実験結果

低負荷型空調システムの概要
エアハン（エアハンドリングユニット）
第 1 種全熱交
換換気
①外気
外気

・高性能外皮を有する低負荷な住宅での採用を前提とする・居室と洗面室・浴室を空調対象空間とし、エアコン 1 台
で賄う
・エアハンを有し、暖冷房と換気のダクトを共有化する
・室内に天井 付近から水 平に吹き 出 し、ダクトの 長さを 短
縮する
・還気搬送経 路として階 段室など を 利用すること で、階 段室などを加温し、還気ファンを不要とする

低負荷型空調システムの
吹き出し

送風ファン

⑦還気
⑦還気

エアコン
⑨開閉扉

②邪魔板

③邪魔板
その他の居室設計・施工時の注意点⑧パン

その他の居室
階段室

吹き出し

⑥吹き出し

玄関ホール

④スイッチ
⑤温度センサー

洗面室

⑦開口

主たる居室

図 25

①エアコンの COP 向上のため、換気の取り入れ外気と空調の還気を、エアコンの吸い込み口付近に吹き出す。(エアコンの吸い込み空気と吹き出し空気の温度差を大きくする)②エアコンの COP 低下防止のため、空気の逆流を防ぐ。
・吹き出し空気の逆流を防ぐ邪魔板を設置する。
・送風ファンの風量＞エアコンの風量 とする。
③各送風ファンの吸い込み空気の温度差を軽減するため、邪魔板、断熱材、エアコン、送風ファンの配置を工夫する。
④送風ファンとエアコンの動力低減のため、送風ファンの切り替えスイッチを設置する。
・強(暖冷房期) ・弱(中間期、空き室)⑤エアコンの温度センサーは、空き室にならない主たる居室に設置する。
3⑥室内の温度むら軽減のため、吹き出し風量を 100[m /h･部
屋]程度以上とする。
⑦居室と階段室などとの間に、還気のための開口を設ける。
⑧エアコンのドレン水が漏れた場合でも、送風ファンにかからないように、パンを設けるなどの対策を講じる。
⑨エアハンには、メンテナンス用の開閉扉を設置する。

提案した高性能外皮・空調システムの概要
11

(3) 高性能外皮・空調システムの評価

暖房負荷が大きい旭川（1 地域）では、エアコ
ンを 2 台とすることでエアコンの部分負荷効率が1)目的
本システムの開発目標の達成状況、一次エネル

改善し、TCOP が向上した。このため寒冷地では、ギー消費量、暖房期における非居室の室温を評価

図 25 のシステムをベースに改善を図る余地があする。

ると考えられる。

2)検討方法表5

検討は次の計算により行った。熱・換気平衡計
算を行う自作プログラムを用い、室温および供給
熱量（暖冷房負荷）を計算した。この計算結果を用い、エアコンの毎時の COP を推定した。COP

トータルコストの計算条件

イ ニ シ
ャ ル コ
スト

共同研究機関が部材メーカや施工会社から得た見積もりに基づく。諸経費は 20％とする。

電 力 料
金

公益財団法人全国家庭電気製品公正取引協議会の「電力料金の目安単価」（平成 26 年 4 月
28 日）に基づき、27[円/kWh]とする。

機 器 更
新 の 間
隔

エアコンが 10 年、熱交換換気と搬送ファンが15 年で、社団法人日本冷凍空調工業会の「定期的な保守・点検のすすめ」を参考に設定。全館
空調は 30 年で、共同研究機関の経験に基づく。

メ ン テ
ナンス

本システム、各室エアコンでは、メーカが示す
フィルター等の耐用年数に基づく。全館空調は共同研究機関の経験に基づく。

他

経年による価格変動および機器更新によるエ
ネルギー効率向上は見込まない。

の計算は、省エネルギー基準の評価方法に基づく
2) 。供給熱量を COP で除することでエアコンの電力消費量を推定した。エアコン、換気、送風ファンの電力消費量および供給熱量を 5.(2)で示した
式 1)～3）に代入し、TCOP を計算した。エアコ
ンの電力消費量を一次エネルギー消費量に換算した。
3)住宅と空調設備の計算条件
計算は、住宅の省エネルギー基準に示される地

本システム
連続エアコン

5

域区分の 1～7 地域に位置する 7 地点を対象とし

間歇エアコン
全館空調
エアコン2台4

TCOP[-]

た。気象データは拡張アメダス 2000 年版の標準
年のデータを用いた。本システムを導入した住宅の計算モデル（図 1）を設定した。高性能外皮の前提条件は(2)とした。エアコンの容量は、本シス

東京

3

札幌

旭川

2
1

テムにおいては住宅全体の最大負荷を担える

各プロットは地域区分の1～7地域
0

4.0[kW]とした。間歇・連続エアコンにおいては、

0

10

各部屋の最大負荷に応じて 2.5、2.8、4.0[kW]の中
図 26から選定した。換気の電力消費量は 37[W]、送風

20
30
40
供給熱量[GJ/年]

50

60

70

TCOP の計算結果

ファンの電力消費量は 3 [W/台]とした。これはメ6)トータルコストの計算結果

ーカのカタログ値である。一次エネルギー消費量

図 27 に低負荷型空調システムのイニシャルコの計算にあたっては、空調以外の設備も加えた。
給湯はガス潜熱回収型、照明は LED とした。

ストの計算結果を示す。ダクトのイニシャルコス
ダクトにかかわるコスト

4)トータルコストの計算条件
表 5 に計算条件を示す。電力料金の計算には、

本システムの低負荷型空調システムの電力消費量の計算結果

間歇・連続エアコン

を用いた。

全館空調
0
50
100
全館空調を100とした場合の比率

5)TCOP の計算結果
図 26 に TCOP の計算結果を示す。本システムの供給熱量が間歇・連続エアコンよりも多いのは、非居室の加温を行っているためである。本システ
ムの TCOP は間歇エアコンと概ね同等以上とな

全館空調 材工
熱交換換気 材工
グリル・フード等
熱分配システムの施工

図 27っており、開発目標 A を達成できている。
12

エアコン 材工
送風ファン
ダクト・チャンバー

イニシャルコストの計算結果

本システム間歇エアコン

連続エアコン

全館空調

8)暖房期における非居室の室温の計算結果
図 30 に暖房期の玄関の室温の計算結果を示す。
本システムの温度は、全館空調と比べると低い。

12,000

コスト[千円]

10,000

しかし、間歇エアコンと比べると高く、加温の効

札幌

東京

果が認められる。

8,000
6,000
4,000

(4)ZEH 対応のための太陽光発電の容量の試算

2,000

1)目的

0
0

10

20

0

30

10

20

高性能外皮・空調システムを採用した住宅にお30

いて ZEH に対応する際に必要となる太陽光発電

竣工からの経過年数[年]図 28

トータルコストの計算結果の容量を試算した。

トは、当初試算（図 12）より 3 割程度の減額にな

2)試算方法試算には図 29 に示した一次エネルギー消費量った。
図 28 にトータルコストの計算結果を示す。本の値を用いた。太陽光発電は南向きに設置し、傾システムのトータルコストは、間歇エアコンと概斜角は 20°とした。容量 1[kW]あたりの発電量は、

ね同等となっており、開発目標を達成できている。

省エネルギー基準の評価方法 2)に基づく。

7)一次エネルギー消費量の計算結果

3)試算結果図 29 に計算結果を示す。本システムでは非居図 31 に試算結果を示す。

室を加温しているが、加温をしていない連続エア

旭川～仙台で Nearly ZEH に対応するために必コンよりも一次エネルギー消費量は少ない。これ

要な容量は、5～7[kW]程度となった。寒冷地でもは TCOP が高いためである。

屋根に設置可能な容量で Nearly ZEH 対応可能で一次エネルギー消費量[GJ/年]

100ある。

間歇エアコン
全館空調

宇都宮～鹿児島で ZEH に対応するために必要80な容量は、4～6[kW]程度となった。全館空調と比60

較すると容量が小さくなった。これにより屋根形40状の設計自由度の向上を期待できる。
鹿児島

Nearly ZEH
本システム
間歇エアコン
連続エアコン
全館空調

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

累積相対度数[％]

室温[℃以下]
100

8
6
4
2
0

札幌
50

図 31
0
11

図 30

12

13

14 15 16 17
室温[℃以下]

18

19

20

暖房期における玄関の室温
13

太陽光発電容量の試算結果

鹿児島

0

10

東京

東京
50

屋根に設置可能な
太陽光発電の容量

12

宇都宮

100

ZEH、ZEH+

14

仙台

全館空調

盛岡

間歇エアコン

連続エアコン

札幌

本システム

ZEH対応のために必要な太陽光発電パネルの容量[kW]一次エネルギー消費量の計算結果

旭川

東京

宇都宮

仙台

盛岡

旭川

0

札幌

20

図 29

累積相対度数[％]本システム
連続エアコン

7.まとめ10[℃]の場合の検討等を行った。寒冷地で実用化(1)高性能外皮・空調システムの開発の前提条件のしていく場合には外気温がより低い場合の検討を検討要する等、適用条件に留意する必要がある。

・高性能外皮の実現可能な前提条件について検討

参考・引用文献し、既往の水準を満たす UA 値を設定した。前

1)村田さやか、峰野悟、田島昌樹：住宅用換気設

提条件を達成する部位別の仕様を決定した。

備の換気負荷シミュレーションプログラムの開・低負荷型空調システムの開発の前提条件についその 2 隙間を含む住宅全体換気量の推定方

発て検討し、部材（熱源、送風ファン、換気等）

法、日本建築学会四国支部研究発表会梗概集、ごとの交換を可能とし、換気と暖冷房で共用でpp.67-68、2014.5。
2)省エネルギー基準の解説書 ： 平成 25 年省エ

きる熱分配システムを有することとした。

ネルギー基準に準拠した算定・判断の方法及び(2)低負荷型空調システムの技術的課題、開発目標

解説

Ⅱ住宅、2013.5.29

3) ASHRAE Standard 55-2010の提示・低負荷型空調システムについて、熱源（エアコン）と送風ファンを内蔵するエアハン、換気、

注

熱分配システムからなるイメージを作成した。

注 1)ZEH ： 本研究における定義は、ZEH が環・技術的課題について検討し、エアコンの COP の

境省の ZEH 等による低炭素化促進事業、ZEH+
が経産省の ZEH+実証事業による。

低下、送風ファンによる動力の増大、トータル
コスト（イニシャルコスト、電力料金、メンテ

注 2)HEAT20 ： 2020 年を見据えた住宅の高断

ナンス費用、機器更新費用の合計）の増大を挙熱化技術開発委員会。2015 年 3 月・12 月、全げた。

国を対象に外皮誘導性能水準 G1・G2 グレード・開発目標として、 TCOP は間歇エアコン同等程を公開した。

度とすること、トータルコストは間歇エアコン

注 3)EB ： Energy Benefit

同等以下とすることを掲げた。

注 4)NEB ： Non Energy Benefit
注 5)エネルギー消費性能計算プログラム ： http://house.app.lowenergy.jp/(3)高性能外皮・空調システムの技術検討と提案

注 6)既存空調システムの一次エネルギー消費量

・エアハン内部の機器配置等について、室間温度差抑制とエアコン COP 低下防止を図る方法をを参考図 1 に示す。

明らかにした。室内への吹き出し方法の工夫に計算は省エネルギー基準のエネルギー消費性能

より、ダクトのイニシャルコストを低減できる計算プログラムによる 注 5)。立地は地域区分の 2 地ことを明らかにした。

域とした。計算には図 1 に示した住宅の計算モデ・高性能外皮と低負荷型空調システムを組み合わルを用いた。UA 値は 0.34[W/m 2･K]とした。暖冷せたシステムを提案した。低負荷型空調システ

房設備は、全館空調のほか、エアコン、FF 暖房機、ムの設計・施工時の注意点をまとめた。

パネルラジエータを用いる温水暖房を設定した。

・本システムを導入した住宅の計算モデルを設定

温水暖房の熱源は、電気ヒートポンプ、ガス潜熱し、全国 7 地点を対象とする計算を行った。そ回収型、灯油潜熱回収型、ガス従来型とした。換の結果から、本システムが開発目標を概ね達成

気は熱交換換気とし、温度交換効率 65％とした。

することを示した。また、連続エアコン（各居「評価方法の選択」は全て「評価しない」とした。

室に設置したエアコンを連測運転）と比べ、一

暖房

冷房

エアコン
FF暖房機
電気ヒートポンプ
ガス潜熱回収型
灯油潜熱回収型
ガス従来型
全館空調

次エネルギー消費量が少なく、非居室の室温が高いこと等を示した。
・ZEH 対応の際に必要となる太陽光発電の 容量
を示した。

パネルラ
ジエータ

0

なお、室内への吹き出し方法については、共同

換気

20

40

60

80

100

一次エネルギー消費量[GJ/年]

研究機関の主要販売地域を考慮して、外気温-

参考図 1
14

一次エネルギー消費量の計算結果