東急建設技術研究所報 No. 43

U.D.C 624/628 : 620.9

既存中規模事務所ビルの ZEB 実現に向けた取組み―様々な熱エネルギーを用いたシステムの省エネルギー効果の検討―山口

要約：仁士 ＊

三好達也 ＊

富田健司 ＊

中規模事務所ビルの ZEB 実現に向け，熱源システムおよびダブルスキンの最適設計を目指し取組みを行った。
熱源システムは，モジュールチラーへの更新に加えて，地中熱および太陽熱を利用した熱源を組み合わせた熱源システムを検討し，省エネ効果を試算した。ダブルスキンは，ダブルスキン内の熱を冬期の暖房負荷の削減に利用した場合の負荷削減効果を試算した。その結果，熱源は 2016 年に対して 55% の電力量削減，ダブルスキンからの採熱により，1.29% の暖房負荷削減の効果と試算される。

キーワード：

ゼロ・エネルギー・ビル（ZEB），省エネ，事務所ビル，熱源システム，ダブルスキン目

1．はじめに

4．ダブルスキンの効果検討

2．対象建物の概要

5．まとめ

次：

3．熱源システムの最適化検討
1．はじめに3．熱源システムの最適化検討

2015 年に開催された COP21 では「パリ協定」が採択さ前報では，熱源を空冷 HP チラーからモジュールチラーれ，日本は「2030 年度までに温室効果ガスを 2013 年度比へ変更する設計計画に対してエネルギー計算を行った。本

26% 削減」を国際公約とした。その中で，事務所ビル等

報では運用実態を考慮し，更なる熱源の最適化を検討し，が対象となる「業務・その他部門」では，2030 年度まで詳細な熱源改修の計画を策定した。に 2013 年度比で約 40% 削減という目標が掲げられてお3.1

り，目標達成のためには，新築建築物だけでなく，既存建既報 2)において課題を提示したとおり，建物の使い方は築物の省エネ化が必要となる。

建物のエネルギー消費実態竣工当初に比べて少しずつ変化する一方で，基本的な熱源

2017 年度からの建築物省エネ法の施行により，延床面構成は変わっておらず，大小 2 台のヒートポンプチラーで2

積 2,000 m 以上の新築建築物に対しては，省エネルギー運用してきており，エネルギーの効率的利用の観点からは基準への適合が義務化されているが，2,000 m 2 以下の新築熱源の運用方法に改善の余地がみられた。そこで，2016建築物や既存建築物に対する義務・規制はほとんどない。

年より熱源の稼働台数を調整し，省エネ効果を検討した。

そのため，目標を達成するには，建築物所有者が自発的に運用方法の変更前である 2015 年および変更後である

省エネに取り組むよう，設計・施工者側からコストメリッ

2016 年の建物で消費される月別の積算熱量を図 1 に示す。

トや建物価値の向上といった視点での提案が必要となる。

各月の消費熱量は，概ね 2015 年より 2016 年の方が多くな

このような背景から，当社では既存建築物の省エネ改修っている。これは，2015 年 10 月から人員増加および稼動のモデルケースとして，当社技術研究所を ZEB 化するこ

床が増加しているため，室内負荷が多くなっていたことがとを目標に改修に取り組んでいる。前報 1)では，ZEB 化に原因と考えられる。11 月は 2015 年と 2016 年の人員およ向けた要素技術の省エネ効果の試算結果について示した。

び稼動床は同じ状況であるものの，2016 年の消費熱量が本報では，運用実績を踏まえた熱源システムの最適化と，大きくなっている。これは，図 2 に示す月平均外気温よダブルスキンによる夏期の排熱・冬期の採熱といった，り，2015 年に比べ 2016 年の方が 11 月の平均外気温が低「熱」に着目した効果検討結果を報告する。

かったため，外気による熱負荷が大きかったことが原因と考 え る。な お，年 間 の 積 算 消 費 熱 量 は，2015 年 が 140MWh に対し，2016 年は 178 MWh であった。

2．対象建物の概要
対象建物は当社の技術研究所で，神奈川県相模原市にあ一方で，熱源の運転効率改善について検討するため，熱り，1992 年竣工の鉄筋コンクリート造で地下 1 階地上 5

源稼働状況（熱源機器 2 台の合計稼動時間と稼動割合）の階建て，延床面積 3,853 m 2 の中規模事務所ビルである。

履歴を図 3，図 4 に示す。熱源機器は低負荷で運転するよ

建物内は大きく事務所用途と実験室用途がある。1 階にはりも高負荷で運転したほうが効率的に稼動するため，2016

2 層吹抜けのアトリウムがあり，アトリウムの北面外皮は年は各熱源機器が高負荷で運転することを意識した運用をガラスカーテンウォールとなっている。

行った。そのため，全体的な傾向として，2015 年に比べ＊技術研究所 温熱・風グループ

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2016 年は熱源が 2 台の同時稼動していることが少なく，熱負荷が大きい冬期は能力の大きい R‑1，熱負荷が比較的小さい夏期は能力の小さい R‑2 を主に稼動させた。そのため，2 月，3 月のように 2015 年に比べて 2016 年の消費熱量が多い期間においても，熱源機の合計稼働時間が削減でき，年間を通した熱源の稼働時間は 2015 年に比べて2016 年は約 7% の削減となった。
3.2

熱源の運用改善効果

建物の負荷率を検討するため，図 5 に負荷持続曲線を示す。2015 年と 2016 年を比較すると，2015 年は低負荷の時

図1

月別消費熱量図2

月平均外気温度間が長い傾向にある。2016 年は人員が増えたことも起因するが，2015 年に比べると高い負荷が持続する傾向となった。また，負荷持続曲線より，ピーク負荷，全負荷相当運転時間，平均負荷率を計算した結果を表 1 に示す。全負荷相当運転時間は，ピーク負荷を基準に計算すると，2016年は 2015 年に比べて冷房では 34% 程度，暖房では 20%程度延びた。平均負荷率も，全負荷相当運転時間が延びたことにより，2016 年のほうが高い値となり熱源の効率が向上した。
熱源の効率改善による年間の電力量の比較を図 6 に示す。冷房時は 1.8% の微増となったが，暖房時は 11.7% の削減効果が得られ，年間を通して 5.8% の電力量削減となった。
3.3

熱源システムの検討

前節にて，台数制御による効率運転の有効性を示したが，人為的な運転制御では細やかな負荷特性に応じた制御に限界があるため，本建物の熱源をモジュールチラーに変更し，負荷に応じた細やかな制御を実現することとした。
また，本建物の負荷特性上（図 5），低負荷での運転時間

図32015 年熱源稼動割合

図42016 年熱源稼動割合が長いことや，中間期のような低負荷時の空調稼動を考慮し，低負荷時かつベースの熱負荷処理を目的として，自然エネルギーの活用と蓄熱の利用もあわせた熱源システムを構築することとした。
そこで，熱源システムを図 7（更新前）から図 8（更新後）に示す熱源系統へ更新する計画とした。自然エネルギ
ーの利用としては，地中熱ボアホール 8 本（4 kW/本）と太陽集熱パネル 8 枚（2.15 kW/枚）を設置しており，温熱の安定的な利用を考え，温水槽に蓄熱し，間接的に利用できるようにしたことが特徴である。蓄熱した熱は，夏期はデシカント空調機の再生熱源水，冬期は暖房の熱源水として利用する。また，熱源機を空冷 HP モジュールチラーと水冷 HP チラーを組合わせたシステムとすることにより，自然エネルギーを活用した省エネルギーなシステムとすることを検討した。
3.4

エネルギー削減効果試算

熱源システム更新後（図 8）のエネルギー削減効果の概算を，2016 年度の負荷持続曲線と，更新する熱源機のCOP を用いて計算する。熱源機の能力等は表 2 に示す。
まず，自然エネルギーが利用できる熱量として，冷暖房
図5

時の地中熱採熱量 32 kW，暖房時の太陽集熱量 17.2 kW

負荷持続曲線（デュレーションカーブ）と し，こ れ を 水 冷 HP チ ラ ー（加 熱 COP：4.8，冷 却

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表1COP：6.0）により，目的とする温度まで昇温，冷却する

平均負荷率（ピーク負荷基準）と考えると，消費電力量は暖房時 10.36 MWh/年，冷房時6.92 MWh/年となる。次に，自然エネルギーを利用できな
い，残りの熱量を空冷 HP モジュールチラー（加熱 COP：3.94，冷却 COP：6.39）により処理すると考えると，消費電力量は暖房時 12.24 MWh/年，冷房時 5.54 MWh/年となる。負荷率や補機等の考慮はしていない概算値ではあるが，2016 年の電力量と比べ，約 55% の削減効果が期待できる。
4．ダブルスキンの効果検討
建物概要に示した通り，建物北面には 1，2 階が吹抜けのアトリウムがあり，その北東面および南東面はガラスのカーテンウォールとなっている。図 9 にアトリウム周辺の建物概要を示す。2016 年度にこのカーテンウォールをダブルスキンに改修している（図 9 中の斜線部）。
図6

本章では，冬期にダブルスキン内の暖気を室内へ取り込年間消費電力量

むことによる暖房負荷の削減効果について試算した結果を示す。
4.1暖房負荷削減効果の試算方法

暖房負荷の削減効果の試算には，建築物総合エネルギーシミュレーションツール「BEST 専門版」を用いた。図10 に当該アトリウムを模擬した計算モデルを示す。実際のダブルスキンは北東面と南東面が一体空間であるが，計算モデルでは方位別に分けている。
4.2

図7

既存の熱源概略系統図

図8

更新後の熱源概略系統図

ダブルスキン内の気温と暖房負荷削減効果

図 11 に，シミュレーションから得られた 11/1〜4/30 における外気温とダブルスキン内の気温の関係を示す。北東面は日射の影響を受けにくいためダブルスキン内気温は外気温と同等程度，もしくは 5℃程度高い温度となっており，かつ暖房期における室内の空調設定温度である 22℃以下となる傾向が見られる。一方，南東面は日射の影響により外気温より高温となり，22℃以上となる傾向が見られる。仮に，立ち上がり時間を含めた空調時間を 7 時〜18時とし，同時間帯においてダブルスキン内の気温が 22℃を上回った場合に南東面，北東面それぞれのダブルスキン内空気を風量 200 m 3/h で室内へ取り込むと仮定した場
合，得られる熱量を表 3 に示す。表 3 より得られる熱量は，北東面から 320 kWh，南東面から 14 kWh，全体で334 kWh となる。暖房期である 11 月〜4 月の空調負荷
表2（暖房負荷）はシミュレーションより 25,878 kWh と試算

熱源機器一覧

され，暖房期にダブルスキン内の空気を室内へ取り込むことで 1.29%（南東面 1.24%，北東面 0.05%）の暖房負荷の削減効果が期待できる。ただし，本試算ではダブルスキンの上下部にある開口が閉じられた状態においてダブルスキン内気温を算出しており，室内へ空気を取込むと，その分の空気を他のエリアからダブルスキン内へ取込む必要があり，取込む空気温度によってはダブルスキン内の気温が試算値まで上昇しない可能性がある。

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5．まとめ
本報では，当社技術研究所を一例として，熱源の運用実態調査から再生可能エネルギーの効率的な利用を実現する熱源機器とそのシステム構成を検討し，またダブルスキンの採熱効果について検討した。削減効果を試算した結果を以下に示す。
･ 熱源システムの更新により，2016 年に対して電力量を約 55% 削減できる試算となった。
図 10･ ダブルスキンの採熱量より，2016 年に対して，暖房計算モデル負荷を 1.29% 削減できる試算となった。
なお，当社技術研究所の改修工事は 2017 年度に完了し，2018 年度より本格的に建物の運用が開始されるため，本報で示した熱源システムおよびダブルスキンの効果試算値の妥当性の検証と，費用対効果を踏まえた検証を今後の課題とする。

図 11

外気温とダブルスキン内気温の関係

表3

図9

暖房負荷の削減効果

アトリウム周辺の概要

参考文献
1) 山口仁士，三好達也他：既存中規模事務所ビルの ZEB 実現に向けた取組み―エネルギー消費実態の把握と省エネ対策とその効果について―，東急建設技術研究所報，No. 42, pp. 47‑50, 2017.2
2) 山口仁士，富田健司他：中規模事務所建物における熱源システムのエネルギー消費実態調査（その 1）熱源機の稼働状況と年間エネルギー消費量の把握，日本建築学会大会学術講演梗概集，D‑2，環境工学Ⅱ，pp. 1439‑1440, 2014.9

STUDY ON THE ZEB REALIZATION OF AN EXISTING MIDDLE‑SCALE OFFICE BUILDINGEXAMINATION OF ENERGY SAVING EFFECT OF SYSTEMUSING VARIOUS THERMAL ENERGY
H. Yamaguchi, T. Miyoshi, K. Tomita
We tried to optimize the design of heat source system and double skin with the goal of making ZEB of medium officebuilding. The heat source system was a system combining a module chiller and a heat source utilizing geothermal and solar
heat. And we calculated the energy saving effect for that system. The double skins calculated the load reduction effectwhen the heat inside the double skin is used to reduce the heating load in winter. As a result, we obtained calculation resultthat reduces by 55% compared with electricity consumption in 2016 due to change of heat source system. By incorporating
double skin heat into the building, it was estimated that the heating load reduction effect was 1.29%.

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