collaEb.
eco + collaboration + laboratory

東北大学大学院環境科学研究科

1

2

背景・概要
Outline建築としてのエコラボ

エコラボの外観

Ecollab. and its Architecture

環境科学研究科 教授 土屋範芳（建物委員会委員長）
1. 設計の基本的な考え方（3）木構造の特性を活かしたデザイン

環境科学研究科は、いくつかのキャンパスに点在した材を加えて、地産地消による身近な地域の木材を無垢材いわゆるたこ足研究科です。その為中心となっている環として活用いたしました。付属複合生態フィールド教育

環境科学研究科のシンボル的研究施設として設計

木構造が本来もっている力強さや柔らかさを活かす

境科学本館には多くの研究科機能を収める必要があり研究センターの杉材は、従前の伐採計画にあるものを利したエコラボは、先端的研究も行われることを前提とため、梁や野地板の構造部材はそのままシンプルに表し、ます。しかし本館を含む環境科学研究科全体のキャンパ用し、環境に負荷をかけないよう配慮いたしました。

して、フレキシビリティを確保した上で、現代的でシ緊張感と落ち着きのある空間となるよう設計しました。
見通しのよい開放的な空間

ス環境はきわめて非効率的でした。この状態を少しで環境科学研究科が建築したこのやわらかい建物 “ エコンプル・軽快な空間となるようデザインしています。

も解消するために、新館の建設計画が持ち上がったのがラボ ” が、人間と自然との関係を見つめ直し、そして新た木造が本来もつ「暖かさ」や「柔らかさ」といった長所

3. 環境設計2007年の夏です。環境科学を体現するシンボリックで、な創造の拠点となることを切に願います。

を活かしながらも、断熱性能や気密性能といった機能（1）自然換気 :1階エントランスホールから上部天窓までかつ斬新な建物を建設してみよう。新校舎の建築プロジェクトが始まりました。

本プロジェクトを遂行するにあたり、谷口尚司前環境性も満足する建物として設計しました。の吹抜け（= 風の道）を利用して、建物内外の温度差による「重力換気」と風の圧力差による「風力換気」を自科学研究科長、田路和幸前環境科学研究科長、井奥洪二
2. 空間コンセプト動で行うシステムとしています。夏期と中間期は建物

2007年11月22日に建築企画に対する設計事務所の建物委員会委員長代理、建物委員各位、環境科学研究科コンペを実施し、この企画設計に基づいて年度内に基本事務職員の方々からは大きなご支援を賜りました。さら研究者や学生だけではなく一般市民にも開かれた内の熱を天窓の「自動開閉換気窓」から排出し、電気設計が終了し、さらに2009年春に実施設計が終了、仙台に、工学研究科の担当事務の方々にはひとかたならぬご建物として「内外に開かれた空間」を基本コンセプトエネルギーはほとんど使用しません。一方、冬期は上市による建築計画の承認を待って、2009年夏に着工さ協力をいただきました。事務方の献身的なご協力がなけとしています。

部の暖かい空気を、天窓の「エアスイングファン」かれ、年度末に引き渡しが行われました。

れば、このプロジェクトはとうてい実現できないもので（1）
外部空間 : 内外空間がゆるやかに連続した構成

ら1階まで吹き降ろし、エントランスホールを暖めます。

この “ エコラボ ” は、材料や構法を工夫し、施設利用のした。記して御礼申し上げます。また、農学研究科の関・1階 : 南側と東西面はガラス面として、外部に対して変化に対応可能なフレキシビリティを確保した建物で係する方々、建築に携わった多くの関係各位に感謝申しあり、また、農学研究科付属複合生態フィールド教育研上げます。

究センターの杉を利用し、これに同じ県北地域からの木吹抜けを利用した自然換気

開放的な雰囲気となっています。
・2階 : 芝生の上に「格子スクリーン」が浮いているイメージで、柔らかな表情を演出しています。
・PH 階 : 採光と換気を兼ねた天窓で、夜間は行灯のように光るシンボルとなります。
エコラボの外観
エコラボの外観

夏季・中間期

冬期（2）採光・照明 : エントランスホール廻りは、天窓からの採光によって昼間の照明点灯は殆ど必要ありません
し、最新の高効率照明器具（LED 照明など）の使用で、消費電力を抑えることが可能となっています。
（3）調湿効果 : 木材の調湿機能を活用するため、壁や天井は杉材の仕上げを基本としていますが、さらに調湿（2）
内 部空間 : 閉鎖的研究施設から開放的な研究施設へ
吹抜けやガラス面を通して、水平・垂直方向共に見通しがよく、互いの気配が感じられる空間としています。
見通しのよい開放的な空間
見通しのよい開放的な空間機能のある素材を壁に使用して室内環境の安定をはかっています。
（4）地産地消 : 身近な地域の資源を有効活用することは、間伐などの手入れによる里山の保全や森の存続に繋がっていきます。今回の設計は構造材・骨組みから仕上げに至るまで、東北大学農学研究科が管理する、川渡農場の杉間伐材を主とした地産地消による身近な地域の材料と造り手を活用した計画とし、普段地場の職人が扱い慣れている、木造軸組工法を採用し、地域経済の活性化に貢献しています。

1Outline

Ecollab. and its Architecture2

3

エコラボができるまで

1516171819202122

How to Build Ecollab.

213

1. 杉の産地、川渡の山々。
2,3.伐採は木の成長活動が休眠する冬に行われました。
4. 樹齢は40〜80年。
5. 伐倒後は葉枯らし乾燥させます。
6. プロセッサーによる丸太の枝払と玉切り。
7. 土場に集積された丸太。

415. 刻み加工場の様子。

716.日本の伝統工法継手仕口の図解。製作
金物を用いずに木材を接合させる技術です。
17-21.加工は一本一本手作業で行われました。エコラボの先端技術を伝統の技が支えます。

2352425

26

27

689

8. リングバーカーによる皮むきが進みます。
9,10. 皮むきの後の丸太の製材作業。
11. 材料の木口（こぐち）。
12.製材後は燻煙乾燥庫で乾燥させます。
13,14. 乾燥後に搬出される材料。

22. 建て方完了。
23. ダブル梁の継手（追掛大継）
24.ダブル梁に軸組方杖工法を用い強度を確保しています。
25.2010年1月12日の様子。
26. 鉄骨階段設置完了。
27. 完成間近、2010年3月17日の様子。
28. 完成2810123

How to Build Ecollab.

1113144直 流

変換損失 交 流

変換損失

直 流

急速充放電性能

1 時間で 90％以上の充電

4

直 流

急速充放電性能
低環境負荷
1 時間で 90％以上の充電
電極にはレアメタルではなく急速充放電性能

エコラボのテクノロジー

低環境負荷
長寿命
電極にはレアメタルではなく低環境負荷
鉄を使用
長寿命
高い安全性
10 年以上の期待寿命
熱安定性に優れる
長寿命

従来の直流機器への給電
従来の直流機器への給電

直 流

太陽光パネル

10 年以上の期待寿命

高い安全性
熱安定性に優れる
高い安全性

売電から自家消費へて、直流で電力を供給すれば、無意識に交流と直流変換の電力損失（10% 以上）を簡単に無くすことができます。また、売電を前提とした従来的な太陽光発電

太陽光発電も直流を交流に変換して電力ラインに逆潮流させるため、電力損失が極めて大きいです。このように、低炭システムではパワーコンディショナーが素社会の構築には、電力を直流で供給するという発想の転換が必要のように思います。そこで、鍵となるキーデバイスは、必要なため、自立運転が困難です。また、リチウムイオン2次電池であり、それを中心とする太陽電池システムの構築、さらに家庭内で捨てられている微弱な未太陽光発電の出力が変動するため、売電利用エネルギー利用なども蓄電池の設置で利用可能となります。このような発想から新しい概念で家庭内の電力シスの際には系統電力の品質低下を引き起こテムを再構築し、民生部門の省エネルギーと大幅な CO2削減を目指すのが、エコラボのエネルギーシステムです。エコす可能性があります。エコラボのシステ

ラボには5.8kW の太陽光パネルとリチウムイオン蓄電池10kW を導入し、システムの実証を行っています。

ムでは蓄電池を導入することで、パワー太陽光パネル

太陽光パネル

太陽光パネル

パワーコンディショナー

直 流

急速充放電性能

太陽光パネル

パワーコンディショナー

低環境負荷

く、残量があるうちに充電しても容量が減ることなく、微電極にはレアメタルではなく鉄を使用量の電気でも取り込むことが出来ます。この特性を活かし、エコラボでは蓄電池を電力のバックアップとしてだけで太陽光パネル パワーコンディショナー AC/DCコンバータ

従来の直流機器への給電の取り込みと安定供給に利用しています。

高い安全性

熱安定性に優れる

直流変換損失 交 流

変換損失

エコラボのシステム

太陽光パネル

太陽光

出 力

電池から不足分を補充し、電力供給を安発電電力
太陽光

必要電力

太陽光発電池から一定時間の電力供給が可能です。

陽光発電で生じる電気は直流です。一般的にはこの電力低環境負荷
電極にはレアメタルではなくを利用するために一度交流に変換しています。
しかし、ノー
鉄を使用

トパソコンや液晶テレビといったデジタル機器は直流で長寿命動くため、これらの家電には交流から直流に再度変換し従来システム
従来の直流機器への給電

熱安定性に優れるなくなっています。

5

DC/AC インバータ

太陽光パネル

蓄電池システム DC/DCコンバータ
太陽光パネル

出 力
蓄電池

DC/DC コンバータ

エコラボの直流機器への給電
エコラボのシステム

Technology in Ecollab.

気候による変化太陽光

夜間発電力低下

光発電由来という結果が示されました。

夜間
夜間

朝
DC24V
朝

DC24V

直流電圧変換・合成

AC/DC

エコミノールⓇ
AC200V

います。エアコンの稼働試験では、一日に消費する電力のうち平均62% が太陽

夕方
夕方

朝

DC24V

消費電力て電力を供給する必要があります。この変換の際にそれ高い安全性 直流で動く電化製ぞれ10% 程度の変換ロスが生じます。
品が増加をみせる今日、変換による電力損失が見過ごせ

昼

夜間

PV 46W×54 枚

ため、一部の館内照明とエアコンへ、太陽光発電から直流のまま電力を給電して夕方

昼

PV 46W×54 枚

エコラボでは電力の変換ロスをなくす

直流10 年以上の期待寿命

家電への直流給電

補充

太陽光発電
PV 46W×54 枚

商用電源

夜間発電力低下
夜間発電力低下

補充

太陽光発電

急速充放電性能

太陽光パネル
パワーコンディショナー
太陽光パネル パワーコンディショナー AC/DCコンバータ 出 力

夜間発電力低下補充

発電電力必要電力

昼

1 時間で 90％以上の充電 太
従来システムでの太陽光発電を考えてみましょう。

DC/DC コンバータ

気候による変化エコラボの直流機器への給電定化させます。夜間や停電の時にも蓄電

直流

DC/DC コンバータ

蓄電池

気候による変化

太陽光費に対し不足する場合はリチウムイオン

蓄電池システム DC/DCコンバータ

DC/AC インバータ

エコラボのシステム

発電電力

天候が悪化し、太陽光発電の電力が消消費電力
消費電力

DC/DC コンバータ
DC/AC インバータ

蓄電池

太陽光パネル
エコラボのシステム蓄電池
気候による変化直 流

10 年以上の期待寿命なく、不安定かつ微弱な再生可能エネルギー由来の電力

太陽光パネル

発電力変動時にも安定的に電力を供給 必要電力

長寿命

消費電力

DC/AC インバータ

太陽光パネル
出 力

商用電源
商用電源

従来システム従来システム利用します。

1 時間で 90％以上の充電

リチウムイオン電池は自己放電がなく、蓄電能力も高直流給電により電力変換損失をゼロに変換損失
交 流 再生可能エネルギーを確実に変換損失
直 流ることで、商用電源

パワーコンディショナーら独立した使用が可能になりました。売オリビン型リン酸鉄リチウム二次電池の特徴

蓄電池システム DC/DCコンバータ

従来システム
太陽光パネル

AC/DC
AC/DC

直流電圧変換・合成
直流電圧変換・合成

AC200V

DC300V

エコミノールⓇ
エコミノールⓇ

AC200V出

蓄電池システム DC/DCコンバータ

エコラボの直流機器への給電
エコラボの直流機器への給電

コンディショナーが不要となり、系統か電はせず、発電した電力を館内で使い切

直 流
蓄電池システム DC/DCコンバータ

エコラボの直流機器への給電

熱安定性に優れる化により高機能と省エネルギーの両立を図っています。すなわち、電力は交流で供給され、直流で利用されています。よっ直直
出

太陽光パネル パワーコンディショナー AC/DCコンバータ
直 流
太陽光パネル パワーコンディショナー AC/DCコンバータ

10 年以上の期待寿命
鉄を使用
電極にはレアメタルではなく家庭の電力システムは交流ありきで考えられてきました。しかし、近年の電子機器は、コンピュータ制御とデジタル変換損失

従来の直流機器への給電

鉄を使用1 時間で 90％以上の充電Technology in Ecollab.

変換損失 交 流

直 流
変換損失 交 流 変換損失
太陽光パネル パワーコンディショナー AC/DCコンバータ

ACDC

DC300V
DC300VACACDCDC

Technology in Ecollab.

6

5

省エネルギーなライフスタイル
Energy Saving Lifestyle

私たちが生活のレベルを下げずに低炭素化をするにの照明をつくりだします。そうすることにより、節電効は、直流給電を前提とした高いテクノロジー用いたエネ果を高め、快適な生活空間をつくり出す事が出来ます。

ルギー制御と、「自然エネルギーの利用」
・「無駄を少なくエネルギーを供給する「現代の囲炉裏」ともいえる DCすること」
・「小さなエネルギーもこつこつためて使うこテーブルは、「洗面」「 キッチン」「 ダイニング・書斎・リビと」を生活のリズムにスムーズに挿入することが必要とング」を直線的に並べたテーブルです。DC ライフスペー

なります。これらを可能にした住宅のモデルが、「DC ラスでは、給電する箇所を DC テーブルに集約しています。

イフスペース」です。

住宅内での「充電ステーション」の役割をテーブルに与DC ライフスペースは、DC（Direct Current 直流）給えることで、「充電する」はますます身近で気軽なものと電などのエネルギー供給やキッチンなどの給排水などして生活サイクルに組み込まれます。将来、非接触給電生活を支えるライフラインの役目を担う「DC テーブル」、などの技術が実現すれば、自転車発電など、生活で発生DC テーブルとの高さや距離の関係で 休む・食べる・仕事する身近な電気を気軽に蓄電することができるでしょう。

をするなどの生活の一連の活動を誘起する「起伏床」、直私たちの身体を取り巻く細々としたモノやエネルギー流電源で点灯しパソコンなどの情報機器で操作する「LEDとの関係を繊細にデザインすることで、壁や部屋によっ照明」、照明や自然の光と折り重なって空間を柔らかくて生活行為が区切られるのではなく、日常生活が一連の間仕切る「カーテン」で構成されています。

動作として自然につながっていく空間をつくることが人の振る舞いに対応して快適な明るさを制御する LEDできました。生活することと、エネルギーを生み出すこ

照明は、ベースとなる LED 照明と手元の LED 照明を組みとが、ゆるやかにつながるライフスタイルを見ていただ

合わせる事により、それぞれの生活シーンに必要なだけければと思います。

PHPH
PH

外部仕上表

外部仕上表
屋

外部仕上表
屋

根屋根 -1（Z2）

外屋根 -5（ZR1） FL 鋼板 t ＝ 0.4 瓦棒葺き

2F

壁

外壁 -2

スクリーン
建具

2F

スクリーン
建

木製ルーバー（米杉）建築概要

G 鋼板 t ＝ 0.4 スパンドレル
アルミニウム製、木製＋木材保護塗料、鋼製＋ FUE

棟 名 称 ： 研究棟（エコハウス）
工
種 ： 新営
構 造・ 階 数 ： 木造 2 階（塔屋 1 階）
建 築 面 積 ： 669.22 m2
延 べ 面 積 ： 997.55 m2
1 階 床 面 積 ： 516.00 m2
2 階 床 面 積 ： 450.85 m2
PH 床 面 積 ： 30.70 m2

1F

外壁 -2

米杉張り t ＝ 18（不燃材）

屋根 -5（ZR1） FL 鋼板 t ＝ 0.4 瓦棒葺き

具

米杉張り t ＝ 18（不燃材）

G 鋼板 t ＝ 0.4 スパンドレル

外2F

木製ルーバー（米杉）アルミニウム製、木製＋木材保護塗料、鋼製＋ FUE

1F

壁

外壁 -1

米杉張り t ＝ 18（不燃材）

外壁 -2

G 鋼板 t ＝ 0.4 スパンドレル

建

アルミニウム製、木製＋木材保護塗料、鋼製＋ FUE

スクリーン
具

木製ルーバー（米杉）

建築概要
棟 名 称 ： 研究棟（エコハウス）
工
種 ： 新営
構 造・ 階 数 ： 木造 2 階（塔屋 1 階）
建 築 面 積 ： 669.22 m2
延 べ 面 積 ： 997.55 m2
1 階 床 面 積 ： 516.00 m22 階 床 面 積 ： 450.85 m2
PH 床 面 積 ： 30.70 m2

棟 名 称 ： 研究棟（エコハウス）
工
種 ： 新営
構 造・ 階 数 ： 木造 2 階（塔屋 1 階）
建 築 面 積 ： 669.22 m2
延 べ 面 積 ： 997.55 m2
1 階 床 面 積 ： 516.00 m2
2 階 床 面 積 ： 450.85 m2
PH 床 面 積 ： 30.70 m2

建築概要

7

壁

外壁 -1

FL 鋼板 t ＝ 0.4 W 融着工法

屋根 -4（ZR1） FL 鋼板 t ＝ 0.4 W 融着工法

屋根 -5（ZR1） FL 鋼板 t ＝ 0.4 瓦棒葺き

屋根 -4（ZR1） FL 鋼板 t ＝ 0.4 W 融着工法

FL 鋼板 t ＝ 0.4 W 融着工法

屋根 -3（ZR2） FL 鋼板 t ＝ 0.4 樹脂溶接工法（ハゼ @500）

屋根 -4（ZR1） FL 鋼板 t ＝ 0.4 W 融着工法

屋根 -3（ZR2） FL 鋼板 t ＝ 0.4 樹脂溶接工法（ハゼ @500）

外壁 -1

屋根 -2（ZR1）

屋根 -3（ZR2） FL 鋼板 t ＝ 0.4 樹脂溶接工法（ハゼ @500）
FL 鋼板 t ＝ 0.4 W 融着工法

根

屋根 -1（Z2）

FL 鋼板 t ＝ 0.4 W 融着工法

屋根 -2（ZR1） FL 鋼板 t ＝ 0.4 W 融着工法

屋根 -2（ZR1） FL 鋼板 t ＝ 0.4 W 融着工法

外根

屋根 -1（Z2）

屋1F

Energy Saving Lifestyle867

震災とエコラボ
Disaster and Ecollab.

自然エネルギーで地域を支えるTo be a Local Energy Center

2011年3月11日、東日本は未曾有の震災に襲われま

震災の経験を活かし、非常時にも平時にも給電可能なに搭載された蓄電池を「移動する蓄電池」と捉え、給電スした。送電は止まり、雪降る中で皆が暗く不安な夜を過公共の電源として再生可能エネルギーを利用し、災害時テーションと EV との間で電力融通を行うことで、これごしました。独立電源を持つエコラボの機能が発揮さにもエネルギーの途切れない、安全安心なまちづくりにまで館内に限られていた電力供給の範囲を、地域単位にれたのはこの時です。地震の後、帰宅できなくなった学貢献する。その実現のために、震災後、エコラボの前庭広げることが可能になります。環境科学研究科では、こ生と教職員はエコラボに集まり、停電の中、蓄電池の電に複数の給電ポートと多目的給電ステーションを設置のような自然エネルギー活用型の電源システムを地域力で明かりを灯し、携帯を充電し、食事をすることがでしました。これらの給電装置には太陽光発電からの電力の公共施設に導入し、「地域のエネルギー拠点」を形成すきました。太陽光発電パネルと蓄電池の充放電システが蓄電池を介して供給されており、だれでも無料で情報る事業を行っています。

ムはその後、石巻の被災地域に貸し出され、1ヶ月以上機器の充電などに利用することが出来ます。多目的給電にわたって電力供給の断たれた地域に電気を供給しま

ステーションでは、電力系統によらない電力の輸送とバッした。

クアップ手段として電気自動車（EV）を活用します。EV

家庭における独立電源の重要性を再認識することと給電ポートなった東日本大震災を受け、災害に強い家やまちをつくるという重要な目的に向かって、エコラボは進歩を続けています。

接続箱

AC/DC
USB
コンセント

AC100V
蓄電池

常夜灯

AC/DC

非接触型認証コンセント

AC100VPC 用 DC
コンセント
USB
コンセント

DC
蓄電池

9

避難所に設置した太陽光パネル（石巻市北上町十三浜大指地区）

被災後初めて石巻市立渡波中学校に灯った光充放電システムを設置する田路教授

充放電セットを避難所に設置する平野准教授

Disaster and Ecollab.

DC48V 20A

PV 46W×9 枚

接続箱AC研究開発推進事業」の支援を受けて実施されています。

多目的給電ステーション

PV 46W×18 枚

地震発生当日夜のエコラボ（DC ライフスペース）蓄電システムの電力で明かりを灯し食事をする学生教職員※本研究は文部科学省「東北復興のためのクリーンエネルギー電気自動車

常夜灯

To be a Local Energy Center1010

東北大学大学院環境科学研究科
Graduate School of Environmantal Studies〒980-8579 仙台市青葉区荒巻字青葉6-6-20
TEL：022-795-7414 FAX：022-795-4309
http://www.kankyo.tohoku.ac.jp