ヒートポンプ・蓄熱月間レポート ❹奨励賞

クリスタルタワー
大規模施設における氷蓄熱を含めた熱源システム改修による改善
株式会社竹中工務店

申請者

株式会社竹中工務店／株式会社アサヒファシリティズ

設備オーナー

株式会社竹中工務店

はじめに

建物の長期運用、社会的ニーズ、環境変化に対応

クリスタルタワーは、大阪ビジネスパークに立地する延床粕谷 敦 氏【図 1】改善方針と効果の概要
ニーズ

1発表者

建設
段階

情報化社会（インテリジェント化）方針

インテリジェントビルの機能を電力負荷平準化・省エネルギ－で実現 する計画
建物長期運用の適正化と社会環境の変化への対応

面積約86,000㎡、地下2階、地上37階建ての超高層ビルです。
ンと、地上3階から37階までの事務所が入居する高層ゾーンに分かれています。設備概要は、新築時は熱源にダイナミッ
ク型氷蓄熱システムを全館に採用し、給湯は空調熱源の熱回

リニュー

地下2階から地上2階までの店舗・ホールを有する低層ゾーている点です。
新築時、クリスタルタワーはインテリジェントビルの機能を改
善アル・運用段階

低層ゾーンにおける省エネルギー性と運用管理性の向上

オフィスゾ－ンにおける省エネルギー性と機能性のさらなる向上

新型氷蓄熱システムの開発と低層熱源システムの改善

省エネルギー性とデマンド抑制を追求した高層熱源システムの改善

ＢＥＭＳを活用した運用改善

熱源システムの改善による効果

効果

収 + 電気ヒータの中央方式を採用しています。特徴は、屋上にある高層熱源の氷蓄熱槽を建物の制震装置として機能させ電力負荷平準化・省エネルギ－

・ 全館電力デマンドの低減率 23％（1,174kW低減）
・ 全館一次エネルギ－消費量の低減率 30％（1,890MJ/㎡/年）【図 2】低層熱源システムの改善計画
改善前
冷水往5℃ 温水往45℃

改善後

温水還40℃ 冷水還15℃

冷水往5℃ 温水往45℃ 温水還40℃ 冷水還15℃

貯湯槽

電力負荷平準化・省エネルギーで実現する形で建設されまし

熱交換器

熱交換器

た。その後のリニューアル時や運用段階では、竣工から年月がたっていることを考慮し、建物の長期運用の適正化、社会的ニーズ、環境変化への対応が課題となっていました【図1】
。

2製氷
チラー

改善内容

製氷
チラー

製氷
チラー

製氷
チラー

製氷
チラー

製氷
チラー

製氷
チラー

新型氷蓄熱・低層熱源システム改善で電力48％低減

ンでは、これまで全館で氷蓄熱を使用していましたが、2基の氷蓄熱槽を切り替えて放熱運転を行っていたため、冷水送

氷蓄熱槽既設の低層熱源システム概念図

改善後の低層熱源システム概念図【図 3】既設の高層熱源システム
温水熱源 ３系統
温水還

温水往

温水往

温水還

温水還

温水往

水温度が不安定な状態でした。また、運転管理の面では空調と給湯のシステムが混在しており、改善の余地がありました。
【図2】は低層熱源システムの改善前・改善後の図です。改製氷
チラー

製氷
チラー

製氷
チラー

製氷
チラー

製氷
チラー製氷チラー

製氷チラー

製氷
チラー

製氷
チラー

善のポイントは2点です。まず、高効率の新型氷蓄熱システ
ムを導入して氷蓄熱槽1基に集約し、放熱の切り替え運転をなくしてシンプルな運転とすること。2点目は、空調熱源と給湯熱源を完全に分割して、給湯は蓄熱式ヒートポンプへ切り替えることです。

氷蓄熱槽

冷水往

冷水還

氷蓄熱槽

冷水往

冷水還

冷水熱源 ９系統

既設の高層熱源システム概念図22●2017 NO.52

製氷
チラー

氷蓄熱槽
氷蓄熱槽

リニューアル時は、低層ゾーンで新型の氷蓄熱システムの開発と低層熱源システムの改善に取り組みました。低層ゾー

製氷
チラー

氷蓄熱槽

冷水往

冷水還これらの改善により、安定した冷送水温度を確保することができました。また、店舗の営業時間帯に計画的に氷蓄熱を放熱することで効率化を図りました。
こうした新型氷蓄熱システムの導入と運転制御の適正化に【図 4】改善後の高層熱源システム
温水熱源 １系統

外調機系統

温水往

熱回収空冷ヒートポンプ
製氷チラー 12 台
（蓄熱槽 1 基に対してチラー2 台）

外調機系統

温水還

高効率水冷スクリューチラー
3 セット（4 モジュールで 1 セット）

よって、年間電力消費量が48％低減しました。
●高層ゾーンにおける熱源システムの改善
一方、高層ゾーンにおいては、①省エネルギー化と電力デ製氷
チラー

マンドの抑制②氷蓄熱槽が建物の制震装置として機能させる

製氷
チラー

製氷
チラー

氷蓄熱槽

こと③熱源システムが9系統に分割されていて熱負荷アンバランスに対応できていない、との課題がありました。

製氷
チラー

氷蓄熱槽

熱交換器

冷却塔

冷却塔

制振装置の氷蓄熱槽 6 基を改修利用
IPF 既設 50％→改修後 40％（蓄熱時の効率向上）

水冷
チラー

水冷
チラー

熱源系統の集約化（負荷アンバランスへの対応）
冷水
既設 9 系統→改修後 1 系統
温水
既設 3 系統→改修後 1 系統

熱交換器

【図3】は改善前の高層熱源システムです。3台の製氷チラーに対して、氷蓄熱槽1基を1セットとして9セットありましたが、外調機系統改善後の高層熱源システム概念図

らつきへ対応する必要性③既存 VCS に適合した低温冷水、まず、電力デマンド抑制を追求する熱源計画では、夜間蓄熱機と昼間運転機をそれぞれ単独にし、夜間蓄熱機と昼間追掛の熱源機の最適な組み合わせを実施。同時に、氷蓄熱の熱源は、冬季の冷暖房共存時に熱回収運転を最大限に使えるシステムとしました。

運用状況確認
BAデータ分析①（STEP1）

調査・分析

改善ターゲットの設定
BAデータ分析②（STEP2）

計
画

改善項目案の抽出と採否検討
改善項目案の具体化計画

実施・フォ改善項目の実施（オーナー・ビル管理の確認）

ロー

負荷のバランスが悪い部分は、熱源を1系統に集約するこ【図 5 】ＢＥＭＳを活用した運用改善のフローと検討例

BAによる確認（STEP3）
次のリニューアルでの対応とでフレキシブルに対応できるようになりました。これで、● BEMS 活用で運用調整とエネルギー利用適正化を目指す○→●○→● 放熱時間8～14時，19～22時

送水圧力設定値を見直し○→●

オフィスゾーンの熱源タ活用にあたっては、試運転の調整と運用状況を確認し、オフィスゾーンの空調・換気チューニング効果を検証します。

給湯改善事例のひとつに外調機の分散ポンプ制御があります。

系統毎に放熱時間を変更○→● 冷水0～3℃

冷却塔・冷却水ポンプ制御方法の変更（水冷チラー1組で冷却水ポンプ4台＋ファン4段制御）○→● Ⅴ期工事より対応

末端差圧設定値を見直し○→● 二次ポンプ系統毎の末端差圧設定を調整△→● 最低周波数30Hz→20Hzに見直し中

凝縮器・蒸発温度（圧力）設定を季節により緩和△→○ 凝縮温度7～9℃

ファンのインバータ最低周波数を見直し△→● 最低周波数40Hz→25Hzに見直し中

冬季の給気温度設定の見直し給気温度を季節により緩和△→● 冷房給気温度20～26℃

フィルトレーション方法・フィルター仕様の見直し△→○ 検討により撤去予定

外気冷房許可条件の見直し△→● 自動判断で自動切替にて運転

蒸発温度36～40℃

暖房給気温度16～22℃

季節により給湯温度設定を緩和

貯湯槽温度55～60℃で末端水栓55℃確保が可能か確認要△【図 6】全館電力デマンド・一次エネルギー消費量の既設と改善後の実績
改修前

改修後

kW

日最高外気温度℃

日別電力デマンドの比較（7～9月）

一次エネルギー消費量

電力デマンド館内人員30％低減

kW﹈

館一次エネルギー消費量は30％削減が実現されました【図6】。

にて運用実施（Ⅰ期工事はそのまま）

電力デマンド﹇すると、全館電力デマンドの低減率は23％（1174kW 低減）、全温水40～48℃

分散ポンプのインバータ最低周波数を見直し

MJ／ ㎡／年﹈

快適性が高められたと考えています。2006 年と2015年を比較検討中△

冷水・温水出口温度を季節により緩和

改善③ BEMS を活用した運用改善の3つの改善を行った結果、
電力デマンド抑制、省エネルギー化、運転管理性能の向上、にて運用実施リニューアル時に検討○→● 系統毎に放熱時間をスケジュール変更﹈

改善②省エネルギー性と機能性を高める高層熱源システムの温水40～45℃△

館内人員﹇人﹈一次エネルギー消費量﹇

以上のような、①新型氷蓄熱の開発と低層熱源システムの○→● 冷水6～9℃

水冷チラーを1モジュール毎に台数制御（3組×4モジュール＝12モジュール）電力デマンド﹇まとめ対応

優先度

空調機コイル仕様・制御バルブの見直し【図5】はチューニングの基本的な考え方です。
「調査・分析」

3

Ｄ：低い
×：不採用

店舗テナントの運営状態を考慮して、氷蓄熱の放熱時間を調整
放熱用熱交換器の冷水出口温度設定，製氷チラーの温水出口温度設定を季節により緩和

ニング、チューニング後の効果の確認などを行っています。

行った結果、ポンプ電力量が低減しました。

Ｃ：普通
△：検討

暖房が必要な時期は熱回収モードとする

目指して、BEMS 工事中の対応も含めて、竣工後の確認、チュー

ポンプの最低周波数下限値と制御弁動作のチューニングを

Ｂ：高い
○：採用

改善検討項目（案）た運用改善計画では、運用調整とエネルギー利用の適正化をで BA データを活用して分析・フォローをしています。BA デー

Ａ：最優先
●：採用済

項目

BEMS（Building Energy Management System）を活用し「計画」「実施・フォロー」の3ステップがあり、各ステップ

[優先度]
[対 応]

検討例
低層ゾーンの熱源

年間 COP は3.87、年間消費電力は47％低減しました。

ＢＡ活用のフロー

201
0年
201
1年
201
2年
201
3年
201
4年
201
5年のように改善しました。

外調機系統

冷水還
冷水熱源 １系統の増加など社会的なニーズへの対応②熱源系統ごとの負荷ばまた制震装置として6基の氷蓄熱槽を活用するため、
【図4】

冷水往

200
6年
200
7年
200
8年
200
9年

①夜間蓄熱のインセンティブ低下や電力デマンド抑制ニーズ

改修時期

低層熱源

高層熱源

オフィス空調・換気

全館一次エネルギ－消費量の推移●

2017 NO.5223