一般財団法人 大成学術財団
2017 年度 助成研究梗概書

小中学校のゼロ・エネルギー化と室内環境質の向上に関する研究
早稲田大学 ○對馬聖菜*1
早稲田大学
酒井健太*3

静岡理工科大学
早稲田大学

Pawel Wargocki *5

Technical University of Denmark
小中学校
実測調査

ZEB
被験者実験

石川春乃*2
田辺新一*4

室内環境
生体発散物質0. 研究の目的
エネルギー基本計画において、2020 年までに公共建築物（１）WEB プログラム計算による設計一次エネルギー消費で、2030 年までに新築建築物の平均でゼロ・エネルギー・と、S 区は基準値を実測値が 2 割程上回った。これは、自校ビル（以下、ZEB）を実現すると述べられている。小中学式給食と学校地域開放による基準エネルギー消費量算出に量と運用上の全エネルギー換算による実測値とを比較する

校の一次エネルギー消費量は事務所の 2 割程度であるが、算入しない要素が多いためと考えられる。一方、S 市では基近年の導入設備の高機能化に伴い増加が懸念される。身近

準値を実測値が 2 割程下回った。これは、WEB プログラムな公共施設である学校のエネルギー消費量の影響は社会的計算に算入するエネルギー利用のうち、主に換気や照明なに大きく、学校建築を ZEB とすることは喫緊の課題である。 ど実際の使用量が、設計想定使用時間を下回っているもの同時に学習のための良好な室内環境を両立する必要がある。 と考えられる。
本研究では都市部および地方の既存小学校のエネルギ（２）普通教室に冷房設備を設置していない S 市が仮に普ー消費実態を把握し、改修による ZEB 化の実現可能性を通教室に冷房設備を設置した場合、設計一次エネルギー消検討した。加えて、これまでの実測において教室内の CO2費量は 250 MJ/(m2・年)程度、BEI は 0.6 程度となり、都市濃度が基準より高くなる事例が確認されたことから、温型 S 区の「標準仕様」の設計一次エネルギー消費量 300

熱環境に加え知覚空気質悪化の原因となる生体発散物質

MJ/(m2・年)程度より 50 MJ/(m2・年)程度少ない。これは、Sに着目し、効果的な冷房・換気方法検討のための基礎的知区の方が床面積に対する空調床面積が多く、また教室に利用見の獲得を目的とした実測調査および被験者実験を行った。 する空調対象スペースが多いことに起因すると考えられる。
（３）BEI 0.5 を下回り ZEB_ready とするには、S 区の「新1. 既存小学校のエネルギー実態把握と改修による ZEB 化の実現可能性試算
公立小学校の消費エネルギー量は、自治体の設備機器件を併用し改修する必要があること、S 区の「従来仕様」の導入方針の違いや地域の気候や運営管理により大きく

B 小学校及び S 市の A・O 小学校では、照明設備の全灯異なることが予想される。そこで、公立小中学校におけLED 化を実施する必要があることが分かった。

仕様」A 小学校においては外皮断熱性能の向上・空調設備の高効率化・照明の LED 化及び居室調光制御など複数条る冷房設置率が 99.9%である東京都の S 区の代表 2 校、お表 1

よび設置率が 7.9%（平成 29 年 4 月時点）である地方 S 市

全校の公立小学校における代表 2 校を対象に、一次エネルギー実測値消費実態の把握及び ZEB 化を目指した改修を行った際の消91校
488

S 区における公立小学校は、1990 年代以降に建設された新仕様
B校

A校

年 70 年代の集中的に建設された「従来仕様」（300～の代表校 2 校（それぞれ A 校、B 校）を対象とした。S 市

外⽪性能

従来仕様「新仕様」（400～900 MJ/(m2・年)に幅広く分布）と 1960
600MJ/(m2・年)に集中分布）に二別されることから、各群

対象校

A校
S区

S市

87校
192

冷房設備 LED化 複数項⽬

現況

平均費エネルギーの試算を告示 265 号による WEB プログラム試算（以下、WEB プログラム計算）を用いて行った。

都市型 S 区と地方型 S 市の比較

地域内

断熱有

教室AC有

屋根：プール、全熱交換機

屋上緑化

照明Hf

断熱無

教室AC有

屋根：屋上緑化

壁換気扇有
照明Hf

断熱無O校

教室AC無換気扇無市街地

郊外地

現況教室設備照明Hf
断熱無教室AC無換気扇無
照明Hf

導⼊後

改修後

改修後

実測値 設計値

設計値

設計値

設計値

/BPI/BEI/BEI/BEI/BEI

585

454

ー

414

339/0.62/0.68/ー/0.61/0.49

449

341

ー

315

ー/0.88/0.57/ー/0.43/ー

149

197

250

183

ー/0.7/0.57/0.59/0.48/ー

149

179

254

220

ー/0.79/0.57/0.6/0.5/ー

における公立小学校は、1960 年 70 年代に集中的に建設されているものの、年次による仕様はほぼ相違なく、無断外住宅地」から代表校 2 校（それぞれ A 校、O 校）を選定

2. 生体発散物質に着目した効果的な冷房・換気を行うためのメカニズムの解明
近年の学校施設は冷暖房設備の設置率の増加により換し対象とした。

気の機会が減少し、冷暖房設備が導入されておらず窓の熱である。市域が広域であるため、「中心市街地」と「郊以下に結果を示す。表 1 に比較結果をまとめた。
Zero energy school building with high quality indoor environment

開閉による自然換気を行っている学校と比較して外気負Sayana TSUSHIMA, Haruno ISHIKAWA, Kenta SAKAI,
Shin-ichi TANABE, Pawel WARGOCKI

荷は少ないが劣悪な空気環境であることが指摘されていToluene が、HP/LC 分析により Ammonia が定量下限値を超る。近年では、冷暖房使用時の省エネな空気環境改善策える値で検出された。特に Acetone は 23oC 条件と比較しとして全熱交換器を導入する小学校も存在するが、全熱て 30oC 条件で有意に放散量が大きかった（図 1）。また、交換換気を行う学校教室の空気環境や換気設備の運用実皮膚ガス成分の室内濃度と知覚空気質への影響を検討し態に関する知見は少ない。また、現行の基準では CO2 濃

た結果、同等の換気量が確保されている場合でも、室内度が一様な換気指標とされているが、同等の CO2 濃度が温度が異なれば室内空気に含まれる臭気物質濃度が異な維持されている場合でも生体発散物質臭気の影響が大きる可能性が示された。

い場合知覚空気質が異なる可能性があり、臭気物質に着目した空気環境制御の検討が有効であると考えられる。
そこで、①冷房設置率 100%の東京都 S 区、M 市の公立小学校を対象とした温熱・空気質環境の実測調査、②生体発散物質に着目した大学授業時の実測調査、そして③温熱環境が生体発散物質放散量に与える影響の把握を目的

図1

各温度条件における皮膚ガス成分の放散量とした被験者実験を実施した。
3. 研究の成果、新知見（１）都市型 S 区の小学校では冷房化が進むとともに高度熱交換換気を行う小学校（S 区）では、換気設備が正常に稼働している場合良好な教室空気環境が形成されていた。 な 利 用 が 行 わ れ て お り 平 均 エ ネ ル ギ ー 消 費 量 は488MJ/(m2・年)と、地方型 S 市の 192 MJ/(m2・年)と比べる
一方で、メンテナンス不足等の原因で換気風量が低下しと 2.5 倍以上であり、ZEB 化に向けた取り組みが必須であた場合、窓開けによる環境調節が習慣付いておらず、換ると考えられた。そこでそれぞれの地域の性格の異なる既気設備の無い教室よりも劣悪な空気環境となる可能性を
存小学校を対象に WEB プログラム計算により、外皮性能と示した。定期的なメンテナンスなど運用面での注意が必設計及び基準一次エネルギー消費量の計算を行い、実測値要である。また、M 市調査より、教員が担任教室の換気である運用時一次エネルギー消費量と比較した。本研究の設備の有無を認識していない場合があるため、換気設備ように既存の小学校を実際に実測調査した上で具体的なの運用に関する適切なインストラクションが必要である
ZEB 化改修方法を提案したことは新規性があると言える。
ことがわかった。教室内化学物質濃度に関しては、S 区の（２）冷房設備を完備する学校において、換気設備の認調査より、同等の換気量が確保されていても冬季と比較識を高め適切なメンテナンスを行うなど効果的な運用のして夏季の方が生体発散物質の空気中濃度は高くなる可必要性を示した。さらに、現在までに行われていない、能性が示唆された。M 市の調査では、CO2 濃度の上昇に伴人体が曝露される環境温度の違いが生体発散物質によるい物質濃度が上昇したアルデヒド類（Heptanal, Octanal,
室内空気質悪化に与える影響に関して被験者実験を行い、Decanal）は衣服等を含めた人体周辺から放散している可基礎的な知見を示したことは、新規性が認められる。
能性を示した。
①

冷房設備を完備する小学校教室の実測調査より、全②

大学授業時の実測調査より、授業時の知覚空気質を低下させた可能性のある生体由来の化学物質を示した：

今後の予定
既存小学校のエネルギー実態把握と改修による ZEB 化のEthyl acetate, Acetone, 2-Ethyl-1-Hexanol, 6-Methyl-5-hepten-

実現可能性試算に関する研究は、対象地域を拡大し引き続2-one, E-Geranyl acetone.

き研究を行う。生体発散物質に着目した効果的な冷房・換③

温熱環境条件が皮膚ガス放散量に与える影響の把握
oo

気を行うためのメカニズムの解明については、新たに人間を目的に、23 C および 30 C に設定した温熱環境室に男子の代謝条件が室内知覚空気質に与える影響に関してテー

学生 4 名の被験者を滞在させ、在室者の皮膚表面から皮膚マを掘り下げ研究を進め、建築の特性や運用方法に応じたガスを直接捕集する被験者実験を実施した。皮膚ガスの空気環境の制御方法に関する基礎的知見の獲得を目指す。

捕集には㈲ピコデバイス製の小型皮膚ガス捕集プローブ

Acetaldehyde, Ethanol, Acetone, Acetic acid, 2-Ethyl-1-Hexanol,【謝辞】助成頂いた一般財団法人大成学術財団に深謝の意を表する。2017 年度共同研究者の当時早稲田大学大学院の中村大介様、調査に協力頂いた当時早稲田大学大学院の酒井健太様、現修士課程の村上航様、研究実施にあたり熱心に協力頂いた S 区教育委員会教育施設課の東海林伸篤様をはじめとした職員の皆様、M 市教育部教育企画課の高橋徹様、渡邉克利様をはじめとした職員の皆様、S 市教育委員会教育局教育施設課の朝比奈直樹様をはじめとした職員の皆様、実測対象校の皆様他数多くの関係者の皆様に深く感謝の意を表する。

*1 早稲田大学創造理工学部建築学科・講師・博士（工学）*2 静岡理工科大学理工学部建築学科*3 元早稲田大学大学院創造理工学研究科修士課程*4 早稲田大学創造理工学部建築学科・教授・工博*5 デンマーク工科大学・准教授・博士（工学）*1 Assistant Prof., Dept. of Architecture, Waseda University, Dr. Eng.
*2 Shizuoka Institute of Science and Technology*3 Former Graduate student, Waseda University*4 Prof., Dept. of Architecture, Waseda University, Dr. Eng.
*5 Associate Prof., ICIEE, Technical University of Denmark, Dr. Eng.

を用いた。設定した GC/MS 条件で定量が可能な物質全般を本実験における化学分析対象物質とした。また、人体由来の臭気物質として知られる Ammonia のみ HPLC にて分析を行った。捕集した試料から、GC/MS 分析により