2022年度日本建築学会大会発表論文

ZEB-Readyを目指したある庁舎の改修計画において、BESTを活用して省エネの達成度を確認するとともに、室内温熱環境や室温変動の把握、エネルギー多消費箇所における省エネ対策の効果、あるいは省エネ運用の大切さを定量的に評価している。省エネ改修計画・設計時の参考にして欲しい。
建築エネルギー・環境シミュレーションツール BEST の開発
第 101 報 ZEB 化を目指した改修案件における BEST の活用例
正会員
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BEST

ZEB 化改修○野原文男*1
村上周三*3

正会員
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石野久彌*2
長谷川巌*4

脱炭素

はじめに建築や設備の設計者にとって、これまで改修は新築とている。また、改修案の冷熱源や温熱源の容量は既存に比較すると地味な存在のように思われてきた。しかしな

照明改修や全熱交換器の効果と言える。

がら、2050 年の脱炭素社会実現に向けて、既に我が国に２．年間一次エネルギー消費量
図 １ に 年 間 一 次 エ ネ ル ギ ー 消 費 量 の BEST 試 算 値

は 30 億㎡近い非住宅建築があることから、その ZEB 化は比べて大きく減少しており、これは窓や外壁の断熱強化、極めて重要な政策課題であり、我々建築設計に携わる者［594MJ/㎡年］を示す。図中には 2020 年度の一次エネ実への期待と責任はとても大きい。そこでここでは、寒冷績値［941MJ/㎡年］、ならびに参考までに Web プログラム

地（地域区分Ⅳ）に建つある大型ビル（延面積約 36,000

試算値［796MJ/㎡年］と基準一次エネ［1,380MJ/㎡年］を㎡）の改修案件における BEST の活用例を紹介する。これ示している。

により、今後の改修案件におけるシミュレーションの大切さや面白さ、ヒントを感じて頂ければ幸いである。
１．熱源設備容量の最小化
この改修案件では外壁やサッシュの老朽化が著しく、×0.64

また寒冷地でありながら窓ガラスは単層で外壁には断熱材が使用されていない。屋根だけは改修履歴が残されていて断熱が施されていた。そこで今回は窓と外壁の断熱改修を優先的に行うこととした。
次に照明は FRL 蛍光灯が未だ使用されていたのでこれを LED に改修する方針をたてた。改修案の空調方式は、セントラル外調機＋インテリア各階 AHU＋ペリメータ

図１

改修案の一次エネ消費量予測結果［MJ/㎡年］

FCU とし、全熱交換器のスペースを確保する計画とした。

改修の場合には既存建物のエネルギー消費量の実績値

既存と改修案の主な比較を表 1 に示す。なお、表中の冷熱が存在する。また、運用時間などの建物の使い方も定ま源容量と温熱源容量は、これらの改修方針と実情をもとっており、改修前の設備仕様、建築仕様も明確である。に人員密度やコンセント負荷を想定して算出した。

したがって ZEB 化の目標となる基準値としては、これら

表１窓※
外壁※

屋根
照明※

既存と改修案の主な比較の実態や実際とは違う条件で求めた基準一次エネを当て

既存改修案嵌めることにやや違和感を覚えた。そこで今回は一次エ単層+ブラインド

Low-e 複層+ブラインド

ネ実績値と BEST 試算値を較べることとした。その結果を断熱なし

断熱㋐50 ㎜

図中に示す。なお、ZEB の定義からコンセントは除かれ断熱㋐50 ㎜

同左（既存のまま）るが、脱炭素の目標や意義からみればコンセントは含む

FRL：7.3W/㎡

LED：4.3W/㎡

べきと考えた。このため、図中のグラフはすべてコンセ

各階 AHU

セントラル外調機＋ントを含む数値で表現した。因みに実績値と比較した改

北側ペリのみセインテリア各階 AHU＋

ントラル AHU

ペリメータ FCU

修案の一次エネルギー削減率は 0.64 となり ZEB-Ready の全熱交換器※なし

あり（η=50%）

冷熱源容量

4,000kW（100％）

2,614kW（65％）

温熱源容量

4,944kW（100％）

2,603kW（53％）

空調方式

※

※相違点を代表的な基準階事務室で示している

表 1 を見ると既存は窓や外壁の断熱性能が劣るため温熱源容量の方が冷熱源のそれよりも 20％以上も大きくなっ目標値 0.5 にやや届かない結果となった。
３．室内温熱環境の検証
表 1 にあるとおり、温熱源の容量をほぼ半減する予定にしている。その結果、本当に室温が維持できるのか、あるいは断熱を強化したために冬の晴れた日の南側のペリメータゾーンは２管式のままで大丈夫なのか、といった疑問が生じる。これらの疑問について、BEST の室内環境

Development of a Building Energy and Environment Simulation Tool, the BESTPart 101 Availability of the BEST in a renovation project aiming at ZEB

NOHARA Fumio et alの計算結果を調べて検証した。結果を図２、図３に示す。

図２

真冬の北側ペリメータ室温

外壁・窓の断熱性能と室温の関係（真冬）
図３図２
冬の晴れた日の南北のペリメータ室温の変化

図２を見ると、厳冬期の北側ペリメータ室温は空調停止後に急激に低下し朝方には７℃程度まで低下していたものが、外壁・窓の断熱強化によって室温の降下速度は遅くなり朝方も 15℃を下回らなくなっている。断熱強化の効果が空調停止後の室内環境にも表れている。
次に図３を見ると、外壁・窓の断熱強化によって冬の晴れた日には南側のペリメータ室温が 29℃近くまで上昇しているのが分かる。このような日には窓開けによって凌ぐのか、この程度であれば許容範囲と考えるのか、それとも 4 管式を採用すべきかなどを検討することになる。
４．既存の食堂・厨房の空調換気方式
既存の食堂と厨房は図４のようなシステムになっている。厨房の排気量に見合う新鮮空気を食堂用の定風量の空調機に常に導入し送風している。この方式だと膨大なエネルギーの浪費を招くだけでなく、梅雨時などは食堂の湿度が上がるか、これを防ぐには寒すぎるくらいに冷房しなければならない。そこで、厨房専用の外気調和機を設け厨房に給気し、厨房の給排気量をガス消費量に比例させると同時に、給気温度を年間 20℃一定（中間期を*1 日建設計総合研究所*2 東京都立大学名誉教授 工博*3 建築環境・省エネルギー機構*4 日建設計

工博除く）としてエネルギー消費量を計算したところ、建物全体に均しておよそ 12［MJ/㎡年］の削減効果のあることが分かった。
５．電気室の冷房によるエネルギー消費量
既存の電気室には図５のような給排気ファンと床置き
PAC 空 調 がある。この建物の電力消費量の実
図 5 既存の電気室の空調換気方式
績値から銅損・鉄損を推定すると外気温度 30℃までは給排気ファンだけで電気室の冷房が可能であることが推測された。また、時間帯によって電気室の発熱が変動するため給排気ファンの変風量制御が省エネに有効であることも分かった。そこで、給排気ファンにインバータを搭載し変風量制御し、さらに、30℃を超える時のみに PAC を運転するとして電気室の冷房、即ち、給排気ファンと PAC の運転に必要な年間一次エネルギー消費量を調べたところ建物全体に均しておよそ 1.1［MJ/ ㎡年］で足りることが分かった。因みに Web プログラムにおいては電気室の冷房機は換気代替空調機として計算することになっており、その方法で計算するとこの建物の場合 180［MJ/㎡年］となり極めて大きな違いのあることが分かった。
おわりに先述したように脱炭素社会の実現は改修プロジェクトの ZEB 化が鍵を握っている。改修プロジェクトは、建築面積や階高、床荷重、そして斜線制限などの法的な制約もあり設計の自由度が小さい。反面、実測も可能で実績データもあることから省エネや室内環境の改善点をあきらかにすることが比較的容易で、しかもその効果が目に見えて分かるという面白さがある。エネルギーシミュレーションを味方に ZEB 化の実現を目指して欲しい。

*1 NIKKEN SEKKEI RESEARCH INSTITUTE*2 Emeritus Prof., Tokyo Metropolitan Univ., Dr. Eng.
*3 Institute of Building Environment and Energy Conservation, Dr. Eng.
*4 NIKKEN SEKKEI, Ltd