Journal of Japan Solar Energy Society, 47（2）,75-81（2021）••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••
Technical Paper
技術論文
技術論文

Study on Natural Energy Usage and Energy
Independencein Wooden
Detached
House（Part2）
Study on Natural
EnergyUsage andEnergyEvaluation of Outside Air Load Reduction for Roof
Independencein Wooden
House(Part2)
Thermal Collection
andDetached
Predictionof Energy
Evaluation of Outside
for Roof
Self-Sufficiency
Rate Air
by LoadSolarReduction
Power Generation
Thermal Collection and Prediction of Energy Self‐
Toshiaki KOIZUMI
Toyohiro NISHIKAWA Masanori MOCHIDA Hiroo MARUYA
Sufficiency
Rate by Solar Power Generation
*1‡

*2

*3

*4

木造戸建て住宅の自然エネルギー利用とToshiaki KOIZUMI*1‡
Toyohiro NISHIKAWA*2 Masanori MOCHIDA *3 Hiroo MARUYA *4
エネルギー自立に関する研究（第二報）
屋根集熱による外気負荷削減効果と太陽光発電による木造戸建て住宅の自然エネルギー利用とエネルギー自立にエネルギー自給率予測
屋根集熱による外気負荷削減効果と関する研究(第二報)小泉 寿明 *1 ‡太陽光発電によるエネルギー自給率予測
西川 豊宏
持田 正憲

小泉 寿明 *1‡

*2

西川

*3

豊宏 *2

持田

正憲 *3

丸谷 博男 *4

丸谷

博男 *4

Abstract
In our previous report, we evaluated the outside air load reduction effect of the natural energy
ventilation system by roof thermal collection and earth tube of house located in the city of Fujisawa(Kanagawa Prefecture). In this report, we evaluated the outside air load reduction effect, surveyed theelectric power consumption and predicted energy self-sufficiency rate of wooden house located in thecity of Kasukabe (Saitama Prefecture). The results the outside air load of this system is about 36 %reduction compared to the case without system. In addition, the annual electric power consumption of
the measured house was 6,796 kWh/year, and the energy self-sufficiency rate with the introduction ofsolar power generation and electricity storage system reached 81.1% at 5 kW of solar power generation.
It was expected that energy independence would be possible by reducing the outside air load of thissystem, optimizing of control conditions for switching, or energy conservation behavior by residents.
Keywords: Wooden detached house, Natural energy, Yearly measurements,
Roof thermal collection, Electric power consumption, Energy self‐sufficiency rate
キーワード：木造戸建て住宅, 自然エネルギー, 年間実測, 屋根集熱, 電力消費量, エネルギー自給率
根集熱もしくはアースチューブを経由した外気取入れ温1．はじめに度と外気温度の関係から年間を通じて有効な昇温･予冷処理が成されていることを確認した．
7)に所在する屋本報では，埼玉県春日部市(地域区分 6)に所在する木造根集熱及びアースチューブを利用した自然エネルギー利

戸建て住宅において，外気取入れ経路に屋根集熱面を利用換気システムを有する木造戸建て住宅を対象に，実居用した換気システムの全熱交換器一次側における外気負住下の実測データに基づき，当システムの外気取入れ状

荷削減効果を評価することに加え，実居住下での電力消況を確認し外気負荷削減効果を評価した．その結果，屋費量の調査を行い太陽光発電によるエネルギー自給率の*1 Graduate Student, Kogakuin University
1-24-2 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo 163-8677, Japan00 ‡e-mail: da15123@g.kogakuin.jp*2 Prof., School of Architecture, Kogakuin Univ., Dr.Eng.,*3 MOCHIDA Building Engineering*4 President of Arts and Architecture
Received: November 24, 2020, Accepted: February 15, 2021

*1 工学院大学大学院 工学研究科 建築学専攻 修士課程(〒163-8677 東京都新宿区西新宿 1-24-2)‡e-mail: da15123@g.kogakuin.jp*2 工学院大学 教授 博士(工学)*3 MOCHIDA 建築設備設計事務所*4 一級建築士事務所 株式会社エーアンドエーセントラル（原稿受付： 2020 年 11 月 24 日，受理日：2021 年 2 月 15 日）

前報(1)では，神奈川県藤沢市(地域区分1－ 75 －

Toshiaki KOIZUMI, Toyohiro NISHIKAWA, Masanori MOCHIDA and Hiroo MARUYA

予測を行った．なお，本論文は，関連する既発表論文(2)の太陽集熱が得られている内部温度 22 ℃以上での温度切替

内容の精査と新たな知見を加えたものである.

えになっている．

2．実測建物とシステム概要

2016 年 7 月 1 日～2017 年 6 月 30 日まで計測しており，屋Table 3 に実測建物の計測概要を示す．実測データは
上(及び屋外)では水平面日射量，屋根表面温度，外気温湿
実測建物は，埼玉県春日部市に所在する延床面積約 120

度を，室内では床下，1 階，2 階，小屋裏の温湿度，基礎

2 の木造 2 階建ての住宅である(Table 1)．外気負荷を削減

m

コンクリート表面温度を 10 分間隔で計測している．電力する目的で，太陽熱利用による屋根集熱・夜間放射冷却

消費量は Fig.2 に示すように用途ごとに 1 分間隔で計測しを利用した自然換気システムが導入されている．

た．また，吹出口からの風量は，竣工時の試運転調整後

Fig.1 にシステム系統図を示す．実測建物は Table 2 の制に熱線風速計で測定した．なお，日射量は 2016 年 10 月 22

御条件により，外気取入れ経路の切替え(屋根集熱面経由

日～同年 12 月 2 日，2017 年 3 月 4 日～同年 6 月 30 日まもしくは屋根軒下経由)を行っている．取入れた外気は，で欠測のため気象庁データ(東京都千代田区)を使用した．

2 階居室天井より還気された空気と全熱交換器で熱交換しTable 3 Outline of system and measurement

1 階，2 階床下を経由した後に，居室へ給気される. また,
2 階居室天井から還気された空気は，全熱交換器を通過しRoof thermalcollection

た後，2 階床下空間を経由して居室に給気される．外気取入れ経路の切替え条件は，夏期は，夜間放射冷却が期待できる 23 時の時刻切替え，冬期は，屋根集熱面においてTotal heat
Air volume : 170 m3/h
exchanger
Building direction 24 degrees from the south to the west
Measuring period 2016/7/1～2017/6/30
Humidity : Air outlet, Air inlet, Indoor, Outside air, etc.
Surface temperature : Foundation, Underground, Roof，
Radiation heating and coolingSolar radiation : Horizontal solar radiation
Measuring points
Electric power consumption : Total amount,
Hot water supply , Heating and colling
Total heat exchanger, etc.
Wind velocity : Air outlet, Air inlet
Temperature and humidity, Accuracy :Temperature ± 0.3 ℃・Humidity ± 5 %，Measuring sensor
Electric current, Accuracy：± 2.0 % rdg, ± 0.13 % f. s.
Helio-meter, Accuracy：± 0.5 % lower
Temperature, humidity, Surrounding weather: 10 minute
MeasuringElectric power consumption : 1 minuteintervalWind velocity : At the time of completion

Table 1 Overview of measured building
Location
Total floor area
Total air volume
Heat transmission coefficient
Outer wall
Heat transmission coefficient
Window glass
Heat transmission coefficient
Solar heat gain coefficient

Kasukabe City, Saitama Prefecture
Approx 120 m2
Approx 290 m3
UA: 0.58 W/(m2・K)
0.36 W/(m2・K)
2.33 W/(m2・K)
ηA: 1.6
Outside air intake
through roof thermal collection
or under the eaves

SensorRoof thermalcollection
24 °
RA
OA

SA

Wh

ELB

OA

IndoorHeating and coolingSA
Outside air

Ventilation

Circulation fan
SAFirst under floor: Temperature and humidity: Motor damper

Lighting and outlet

1φ3W

Total heatexchanger

Second under floor

SA

Area : 47.3 m2
The pitch of a roof : 24 °Use material : Galvalume steel sheet, Vent layer，Waterproof , Moisture permeation roofing, Sheathing roof
board, Heat barrier seat, Rafter

Hot water supply
EA

Each living room(100 V)
IH cooking heater(200 V)
Air conditioning(2 F, 3 F) (200 V)
Radiation heating andcooling (200 V)
Total heatexchanger (200V):Measuring points

Fig.2 Electric power system and measuring points

3．実測結果Air cleaner

3.1 実測期間内の外界気象と室内温湿度

Fig.1 System diagram

Fig.3 に実測建物で計測した室内外温度及び日射量のデータを日平均で示す．室内温度(2 階リビング)は，14.9～

Table 2 Control conditions for switching outside air
intake route in this system

Summer
WinterIntake outside air of
the roof thermal collection
23:00～5:00
At 22 ℃ higher

Intake outside air ofunder the eave
5:00～23:00
At 20 ℃ lower

Journal of Japan Solar Energy Society

28.2 ℃で周期的に変化し，評価期間での平均は 23.4 ℃であった．これに対し，夏期は日射の影響の少ない軒下部
からの取入れが主になるため，外気取入れ温度は，外気温度と同等であるが，冬期は屋根集熱により，外気温度に比べ高い温度で取入れられている．
2 －
－ 76

Vol.47, No.2, 2021

Study on Natural Energy Usage and Energy Independence in Wooden Detached House（Part2）Evaluation of Outside
Air Load Reduction for Roof Thermal Collection and Prediction of Energy Self-Sufficiency Rate by Solar Power Generation

60
Temperature [℃]50Outside air temperature : Max32.5 ℃ (8/9),Min0.5 ℃ (1/15),Average16.2 ℃
Indoor temperature : Max28.2 ℃ (8/17), Min14.9 ℃ (1/8), Average23.4 ℃
Temperature after the passage : Max35.4 ℃ (6/20), Min4.3 ℃ (11/24), Average19.4 ℃

Indoor40

Outside air intake

30
20
10

Outside air0
Outside air

Humidity [%]

80
60
40

IndoorSolar radiation [MJ/( m2･day)]20

Outside air intake
Inclined solar radiation integrated value : 4,285.5 MJ/(m2･year)
Horizontal solar radiation integrated value : 4,867.2 MJ/(m2･year)

Horizontal solar radiation30

No data

Inclined solar radiation
No data

20
10
0

Jul.
2016

Aug.

Sep.

Oct.

Nov.

Dec.

Jan.
2017

Feb.

Mar.

Apr.

May

Jun.

Fig.3 Weather data and indoor temperature over a year
40
Indoor dry-bulb temperature [℃]

3.2 室内外温度の比較
Fig.4 に実測期間における外気と室内乾球温度の関係を示す．計測データは一時間平均値で，外気温度は-4.2 ℃～
37.9 ℃の年間変動であるのに対し，室内温湿度は屋根集熱面を経由した予冷･昇温された外気を床下から居室へ給気されていることや，居室に設置された冷暖房機器(エアコン･輻射冷暖房)でコントロールされていることから 13.8℃～29.4 ℃の変動幅で推移し，年間を通じて概ね良好な

35
30
25
20
15
10

室内熱環境が保たれていた.
3.3 外気取入れ温度の年間推移

-5

0

5
10
15
20
25
30
Outside air dry-bulb
dry bulb temperature [℃]3540

Fig.4 Relationship between indoor dry-bulb temperature andoutside air dry-bulb temperature

Fig.5 に年間を通じた屋根集熱面経由の外気取入れと外気温湿度の推移を示す．夏期･冬期運転期間において，冷温効果を確認するため，外気温度と屋根集熱面経由の外

Temperature[℃]

暖房負荷が最大になりうる日の屋根集熱における予冷･昇6050Reference

Outside air intake

30
20
10
0

Outside air
Outside air

100
humidity [%]Reference

40

80
60
40
Outside air intake

20
0

Jul.
2016

Aug.

Sep.

Oct.

Nov.

Dec.

Jan.
2017

Feb.

Mar.

Apr.

May

Jun.

Fig.5 Outside air intake temperature through roof thermal collection
Vol.47. No.2

－ 773 －

太陽エネルギーToshiaki KOIZUMI, Toyohiro NISHIKAWA, Masanori MOCHIDA and Hiroo MARUYA

対して，外気取入れは 53.0～59.1 kJ/kg(DA)で推移してい気取入れとの温度差が最大になる日を代表日とした．
夏期運転の期間では，8 月 31 日 3 時において外気温度た．一方，冬期において外気取入れエンタルピ―は，室と屋根集熱面経由の外気取入れ温度との差が最大となり,

内エンタルピーと同等以上の外気が室内に取入れられて外気温度より 2.5 ℃低い 18.4 ℃で外気取入れされていた．

いる．

また，冬期運転の期間では，2 月 28 日 13 時における温度

Fig.8 に夏期代表週，Fig.9 に冬期代表週における外気取差が最大となり，外気温度より 35.2 ℃高い 44.6 ℃であっ

入れ状況を時系列で示す．夏期代表週における外気取入た．なお，2016 年 10 月～12 月は手動による外気取入れ経

れ温度は，夜間において外気温度に比べ同等もしくは概路の切替えに誤操作があったこと，中間期(2017 年 6 月)は

ね低いのに対し，絶対湿度は外気よりも低く推移してい頻繁に夏期･冬期運転モードを切替えていたことから評価ることから予冷･除湿効果が確認された．一方，冬期代表においては参考値とした．

週は，日中において外気取入れ温度が外気温度よりも高

3.4 自然エネルギー利用換気システムの外気取入れ状況

く，太陽熱による昇温効果が確認された．なお，日中にFig.6 に屋根集熱面及び軒下経由の外気取入れ時間を示

おける外気取入れ絶対湿度は，屋根集熱面経由の通気層

す. 屋根集熱面経由の外気取入れは 3,454 時間で年間の 4内で吸収された水分を放湿し高くなったと推察される．

割程度，軒下経由の外気取入れは 5,281 時間で年間の 6 割
冬期は屋根集熱温度で行われており，入居時における基本操作や切替え時期の説明により，一部の期間を除いて

300

Outside air intake

30
25
Outside air
zzzzzzzzzz

20
15

Outside air intake

10
5
0

8/6

8/7

8/8

8/9

8/10

8/11

8/12

Fig.8 The state of outside air intake for a week in summer

0

Temperature
[℃]

300
600

Outside air

40
35

Absolute
bsolute humidity[g/kg(DA)]600

Roof thermal collection
3,454 h/year

Under the eaves※White box : Reference
5,281 h/year
Jul. Aug. Sep. Oct. Nov. Dec. Jan. Feb. Mar. Apr. May Jun
2016
2017

Fig.6 Outside air intake temperature throughroof thermal collection and under the eaves

実測期間中の日平均外気温度が最高・最低となった日の前後 3 日間の連続 7 日間を夏期と冬期の代表週に選定しAbsolute
bsolute humidity[g/kg(DA)]

Outside air intake time [h]概ね良好な運転が成された.

45
Temperature[℃]程度であった．外気取入れ経路の切替えは，夏期は時刻,

外気取入れ状況を評価した．

50
40
30
20
10
0

Outside air intake

Outside air

Outside air intake

6

Outside air

4
2
0

1/12

1/13

1/14

1/15

1/16

1/17

1/18

Fig.9 The state of outside air intake for a week in winterFig.7 に屋根集熱面経由の外気と室内エンタルピ―の関係を示す．夏期においては，屋根集熱面経由の空気が概ね外気より低く，外気が 61.3～75.0 kJ/kg(DA)の変動幅に

Fig.10 に屋根集熱面経由の外気取入れ温度差(外気取入れ‐外気)の発生時間頻度分布を示す．Fig.6 で示した年間

Outside air intake through andindoor enthalpy [kJ/kg(DA)]120

における屋根集熱面経由の外気取入れ時間 3,454 時間の内:Indoor

熱損失が 868 時間，熱取得が 2,586 時間であった．屋根集:Outside air intake (Summer : 8/6~8/12)

100:Outside air intake (Winter : 1/12~1/18)

熱面経由の外気取入れ温度差は，夏期(6 月～8 月)におい80て，-2.7～32.3 ℃の範囲で推移しており，同期間の熱損失

60となる時間数は 210 時間，熱取得となる時間数は 574 時間であった．また，冬期(12 月～2 月)において，-3.3～35.3

40℃の範囲で推移しており，同期間の熱損失となる時間数

20
0は 251 時間，熱取得となる時間数は 636 時間であった．こ
-20

0

20
40
60
Outside air enthalpy [kJ/kg(DA)]80

Fig.7 Relationship of outside air intake throughroof thermal collection and indoor
Journal of Japan Solar Energy Society100のことから，屋根集熱面においては年間を通して，熱取得となる時間が多く，冬期の外気負荷削減に寄与していると判定される．

4 －－ 78

Vol.47, No.2, 2021

Study on Natural Energy Usage and Energy Independence in Wooden Detached House（Part2）Evaluation of Outside
Air Load Reduction for Roof Thermal Collection and Prediction of Energy Self-Sufficiency Rate by Solar Power Generation

𝑞𝑞𝑞𝑞ℎ𝑐𝑐𝑐𝑐 = 𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 (ℎℎ𝑐𝑐𝑐𝑐 − ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜 )Heat loss : 0,868 h/year
Heat gain : 2,586 h/year

600

Sep.〜Nov.
Heat loss : 249 h , Heat gain : 784 h

500

(1)

Fig.12 に外気取入れ予冷・昇温熱量を月積算で示す．7
月～9 月は夏期運転モードで稼働しているため，屋根集熱

400

Jun.〜Aug.
Heat loss : 210 h , Heat gain : 574 h

300

面での夜間放射冷却により，外気取入れは熱損失でありMar.〜May
Heat loss : 158 h , Heat gain : 592 h

外気が予冷されて室内へ取入れられている．一方，1 月～

200

0

4 月は冬期運転モードで稼働しているため，太陽熱によりDec.〜Feb.
Heat loss : 251 h , Heat gain : 636 h

100
-5

0

5

10
15
20
25
30
35
Difference in temperature(Outside intake of roof thermal collection – Outside air)

外気取入れは熱取得となり外気が昇温されていることが40

Fig.10 Difference in intake temperature throughroof thermal collection
Fig.11 に軒下経由の外気取入れ温度差の発生時間頻度分
布を示す．年間における軒下経由の外気取入れ時間 5,281
時間の内，熱損失が 1,129 時間，熱取得が 4,152 時間であった．軒下経由の外気取入れ温度差は，夏期(6 月～8 月)
において-1.9～5.0 ℃の範囲で推移しており，同期間の熱損失となる時間数は 716 時間，熱取得となる時間数は 683確認された．なお，Fig.5 同様に 2016 年 10 月～12 月，
2017 年 6 月は参考値とした．
Pre-cooling･heating [MJ/month]

Generation frequency [h/year]

700

3,000

1,000
0
-1,000-2,000-3,000

時間であった．冬期(12 月～2 月)において，-0.7～15.4 ℃(Heating)

2,000の範囲で推移しており，同期間の熱損失となる時間数は 2(Pre-cooling)Fig.12 Outside air intake pre-cooling･heating

時間，熱取得となる時間数は 1,271 時間であった．年間を通して屋根集熱面経由の外気取入れ温度差に比べて変動※White box : Reference

Jul. Aug. Sep. Oct. Nov. Dec. Jan. Feb. Mar. Apr. May Jun.
2016
2017

4.2 年間の外気負荷削減効果

幅が小さいことから，屋根集熱面経由と軒下経由の外気

Fig.13 は，年間積算での外気負荷削減を示す．内訳とし取入れ切替えが概ね良好に成されていた．なお，屋根集て室内エンタルピーを実居住下の計測データとした場合

熱面経由の外気取入れ時に軒下経路のダクト内で停滞しの自然エネルギー利用換気システムによる外気負荷はた空気が暖房室温から熱取得したことや運転切替えの直22,081 MJ/年で，屋根集熱面及び軒下経由の外気取入れ予後の熱的履歴(一部，外気取入れ切替えの誤操作を含む)

冷熱量 3,255 MJ/年と昇温熱量 9,151 MJ/年が削減され，外の影響から，軒下からの外気取入れ温度が外気温度より気の直接取入れによる外気負荷(式(2)から算出)34,487 MJ/

昇温されているが，概ね外気負荷削減に寄与していた.

年に比べて 36.0 %の削減である．

Generation frequency [h/year]

2,100
1,800

Heat loss : 1,129 h/year
Heat gain : 4,152 h/year

1,500

Sep.〜Nov.
Heat loss : 230 h , Heat gain : 921 h

1,200Jun.〜Aug.
Heat loss : 716 h , Heat gain : 683 h

900

Outside air load
(Direct intake)

-5

0

5
10
15
20
Difference in temperature(Outside intake of roof thermal collection – Outside air)

3,255 MJ/year

Heating

Dec.〜Feb.
Heat loss : 2 h , Heat gain : 1,271 h

300

9,151 MJ/year

Outside air load
(Measured house)

25

(2)

34,487 MJ/year

Pre-coolingMar.〜May
Heat loss : 181 h , Heat gain : 1,277 h

600

0𝑞𝑞𝑞𝑞𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 = 𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 (ℎ𝑖𝑖𝑖𝑖 − ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜 )022,081 MJ/year

36.0 % reduction

20,00010,00030,000Outside air load [MJ/year]

40,000

Fig.11 Difference in intake temperature through under the eaves

Fig.13 Outside air load reduction effect

4．自然エネルギー利用換気システムによる外気負荷削減効果

による外気負荷と外気直接取入れの外気負荷の関係を比Fig.14 は室内エンタルピーを基準とした場合のシステム
較したものである．データは実測期間における時間平均値であり，外気取入れ経路の切り替えが適切に行われて

4.1 屋根集熱面経由の外気取入れによる予冷･昇温熱量
自然エネルギー利用換気システムによる外気負荷削減

いた 2016 年 7 月～同年 9 月，2017 年 1 月～同年 5 月を評

量は，計測データをもとに，各外気取入れ経路の通過前

価対象期間とした場合の近似線の傾きは 0.61 であること

後のエンタルピー差(式(1))によって算出した．

から，外気負荷の削減率は，最適な運転切替え運転によVol.47. No.2

5－
－ 79

太陽エネルギーToshiaki KOIZUMI, Toyohiro NISHIKAWA, Masanori MOCHIDA and Hiroo MARUYA

Ventilation

り約 39％になると予想される．
Outsideutside air loadload(Measured
Measured house
house)) [MJ/day]

250

Heating and cooling6%: Evaluation period (Jul.～Sep. , Jan.～May): Reference (Oct.～Dec. , Jun.)

200

Hot water supply

18 %Electric power
consumption
6,796 kWh/year

y=0.61 x

150

33 %

100
50

43 %

0

0

50
100
150
200
Outside air load (Direct outside air intake) [MJ/day]Lighting and outlet

250

Fig.16 Annual electric power consumption

Fig.14 Relationship of outside air load for thenatural energy ventilation system

準として太陽光発電量との差により予測評価する.

5．太陽光発電によるエネルギー自給率の予測

𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃𝑃𝑃 = 𝐾𝐾𝐾𝐾･ 𝐻𝐻𝐻𝐻𝐴𝐴𝐴𝐴 ･ 𝑃𝑃𝑃𝑃𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 ･ 𝑓𝑓𝑓𝑓 / 𝐺𝐺𝐺𝐺𝐴𝐴𝐴𝐴

Table 4 Setting assumption of solar power generation

5.1 実測建物における電力消費量
Fig.15 に実測建物の各用途における月別電力消費量を示

Roof area
The pitch of a roof
Building dire
1 kW
Pannel area
(Occupancy ratio
3 kW
of panel)
5 kW
Power generation efficiency

す．電灯・コンセント，換気の電力消費量は年間を通じて概ね一定であり，給湯は冬期に，冷暖房は夏期，冬期増加している．
Electric power consumption [kWh/month](3)

47.3 m2
24 °24 degrees from the south to the west
6.7 m2 (14.2 %)19.7 m2 (41.6 %)32.8 m2 (69.3 %)15.2 %

1,000

Fig.17 は，基本ケース(直接外気取入れを行った場合)，

800

実測建物，実測建物に太陽光発電パネルを設置した場合(1kW・3 kW・5 kW)の一次エネルギー消費量に実測建物の600

延床面積を除したものと，各ケースのエネルギー削減量400を示したものである．実測建物のケースは，基準ケースに比べシステムによる外気負荷削減の効果で 15.8 %の省

200
0エネルギー性が期待できる．また，太陽光発電によるエネルギー削減率は 1 kW・3 kW・5 kW のケース各々で 27.6

Jul. Aug. Sep Oct. Nov. Dec. Jan. Feb. Mar. Apr. May Jun.
2016
2017
:Heating and cooling:Hot water supply:Lighting and outlet:Ventilation%・37.0 %・40.6 %となり，3 kW を超えるケースで余剰電力の発生が顕著であった．

Fig.15 Electric power consumption of each use
Fig.16 に実測建物の用途別年間電力消費量を示す．年間の電力消費量は 6,796 kWh/年で，内訳として冷暖房は全体の 33 %，電灯・コンセントは 43 %，給湯は 18 %，換気は6 %を占めている．年間を通して，温湿度コントロールは
輻射冷暖房を主体としたこと，就学前の子ども二人が居Primary energy consumption･year)]
year)][MJ/(m2･

1,200
1,000
800
600

れる．

27.6 %
Reduction

37.0 %
Reduction

40.6 %
Reduction

200
0
200
600

割合が大きく，給湯負荷の割合が小さくなったと推察さ

15.8 %
Reduction

400

400

住しており入浴時間を集約したことから，冷暖房負荷のElectric power consumption

Surplus power
Referencecase

Measured
house

1 kW
3 kW
5 kW
Solar power generation panel

Fig.17 Reduction in primary energy consumptionof measured house

5.2 太陽光発電量の試算とエネルギー自給率の予測
実測建物に太陽光発電パネル(1 kW・3 kW・5 kW)設置を想定した場合のエネルギー自給率を予測評価する．評

Fig.18 は太陽光発電に加え，蓄電システムを利用した場

及び Table 4 を用いて算出)と合における実測建物のエネルギー自給率(式(4)を用いて算

価は太陽光発電量(3)(式(3)電力消費量を一次エネルギーに換算(4)し，電力消費量を基Journal of Japan Solar Energy Society出)を試算したものである．

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Vol.47, No.2, 2021

Study on Natural Energy Usage and Energy Independence in Wooden Detached House（Part2）Evaluation of Outside
Air Load Reduction for Roof Thermal Collection and Prediction of Energy Self-Sufficiency Rate by Solar Power Generation

𝑃𝑃𝑃𝑃= 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃𝑃𝑃 / 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑈𝑈𝑈𝑈

次報ではこれまでの知見を踏まえ，自然エネルギー利(4)用換気システム及び太陽光発電パネルを導入している東実測建物において太陽光発電により期待されるエネル
ギー自給率は，1 kW で 14.1 %，3 kW で 25.2 %，5 kW で

京都日野市の木造戸建て住宅における外気負荷削減効果の評価とエネルギー自立性の評価を行う予定である．

29.5 %算出された．また，蓄電システムにより余剰電力分を吸収したエネルギー自給率は，蓄電システムに導入無

謝辞

しに比べ，1 kW で 2.1 %，3 kW で 23.5 %，5 kW で 51.6 %
上昇し，各ケースで 16.2%，48.7%，81.1%に達していた.

本研究の実施にあたり関係者の皆様には，多大な協力を頂きました．ここに記し深謝します．

100
Energy self-sufficiency rate[%]

81.1 %
80

Utilization of surplus power

60

48.7 %
23.5 %
rise

40
20
0

16.2 %
2.1 %
rise

使用記号
𝑞𝑞𝑞𝑞ℎ𝑐𝑐𝑐𝑐 ：：屋根集熱面による昇温・予冷熱量
𝑞𝑞𝑞𝑞𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 ：外気負荷𝜌𝜌𝜌𝜌 ：空気密度：空気密度(=1.26)
𝜌𝜌𝜌𝜌𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 ：全熱交換器の風量：全熱交換器の風量(=170)ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜 ：外気エンタルピーℎ𝑖𝑖𝑖𝑖 ：室内エンタルピ：室内エンタルピ―ℎℎ𝑐𝑐𝑐𝑐：外気取入れエンタルピー
𝐸𝐸𝐸𝐸𝑝𝑝𝑝𝑝 ：太陽光発電量
𝐾𝐾𝐾𝐾 ：総合設計係数
𝐻𝐻𝐻𝐻𝐴𝐴𝐴𝐴 ：傾斜面日射量
𝑃𝑃𝑃𝑃𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 ：太陽電池アレイ出力：太陽電池アレイ出力(=1, 3, 5)
𝐺𝐺𝐺𝐺𝐴𝐴𝐴𝐴 ：標準状態による日射強度：標準状態による日射強度(=1.0)
f ：一次エネルギー換算係数：一次エネルギー換算係数(=9.76)
P ：エネルギー自給率
𝐸𝐸𝐸𝐸𝑈𝑈𝑈𝑈 ：電力消費量

51.6 %
rise

No utilization of surplus power
1 kW

3 kW

5 kW

Fig.18 Energy self-sufficiency rate of measured house

6．おわりに埼玉県春日部市に所在する木造戸建て住宅を評価対象とし，実居住下における実測データを基に年間での外気負荷削減効果の評価と太陽光発電量を試算し，電力消費量の実測データからエネルギー自給率の予測を行った．
その結果，実測建物の外気負荷は，直接外気取入れを行った場合の外気負荷に対し約 36%の外気負荷削減が達成された．また，実測建物の年間電力消費量は 6,796 kWh/年であり，太陽光発電及び蓄電システムを導入したエネル
ギー自給率は太陽光発電 5 kW において 81.1 %に達した．
以上のことから，当システムによる外気負荷削減や運転の最適化，居住者による一層の節電行動によりエネル
ギー自立は可能だと予想された．

Vol.47. No.2

[kJ]
[kJ]
[kg/m3][m3/h][kJ/kg][kJ/kg][kJ/kg][MJ][-][kWh/m2][kW][kW/m2][MJ/kWh]
[-]
[MJ]

参考文献

1) T. Nishikawa, M. Mochida, H. Maruya, T. Koizumi, Study on Natural
Energy Usage and Energy Independence in Wooden Detached House(Part1) Evaluation of Outside Air Load Reduction for Roof ThermalCollection and Earth Tube Based on Yearly Measurements, Journal ofJapan Solar Energy Society, 46 (6), 55-60 (2020).
2) T. Watanabe, T. Nishikawa, H. Maruya, Reduction in External Air
Load of Wooden House with Ventilation System Using Natural Energy
and Prediction of Energy Autonomy by Solar Power Generation,
Proceedings of JSES/JWEA Joint Conference (2018) (Nov. 2018), 275278, Matsue, Shimane, Japan.
3) JIS C 8907, 太陽光発電システムの発電電力量推定方法, 5-6(2005)
4) 経済産業省 資源エネルギー庁, エネルギーの使用の合理化等に関する法律 省エネ法の概要, 7 (2017), 経済産業省, 東京

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太陽エネルギー