空調設備のレジリエンス

東京理科大学長井 達夫

はじめに 災害とレジリエンス・BCP
 感染流行時の空調設備対応
 空調設備の冗長性
 放射空調とレジリエンス

建築分野におけるresilience

Bruneau, M., et al.: A Framework to Quantitatively Assess and Enhance the Seismic Resilience ofCommunities, Earthquake Spectra, Vol.19, No.4, 733-752, 2003 より

OECD報告書 「レジリエントな都市」(2016)
Adaptive

過去から学んで行動する

Robustショックを吸収するシステム

Redundant

予期せぬニーズに対応する余力

Flexible

変化する状況に対応する

Resourceful

手持ち資源で緊急なニーズに対応する

Inclusive

多様な見方を取り入れられる

Integrated

境界を越えて協働できる

https://www.milt.go.jp/common/001136417.pdf

最近30年間の災害等のリスク発生
1990

2000
■兵庫県南部
■H5年8月豪雨

風水害■鳥インフル感染症■台風23号■SARS出現■広島土砂 ■台風15号
■MERS

■

レジリエンス

CoV-2■御嶽山■放射性物質

多発テロ

BCP■SARS-■新型インフル■米同時■■北海道胆振■台風12号 ■7月豪雨

■有珠山

その他
インフラ途絶

■熊本
■東日本

ヒト感染
■雲仙・普賢岳

2020■新潟県中越■北海道南西沖地震

噴火

2010の拡散■■■■BCPの策定手順

訓練・
見直し前提条件の整理(A)BCPの目的 (B) BCPで守る事業(C) 適用範囲

影響度分析(D) 重要業務 (E) 重要な経営資源(F) 重要業務の目標復旧時間

リスクアセスメント(G) BCPで対象とする脅威(H) 被害想定 (I) リスク対策

事業継続対策立案(J) 緊急人の組織体制と役割(K) 対策本部の招集と運営要件

緊急時行動プラン(L) 初動対応プラン(M) 事業継続対応プラン

文書化

奥野智久：建築設備とBCP (1)BCPの概要, 空気調和・衛生工学, Vol.88, No.1, p.99-105 より

平常時の環境配慮と災害時の機能維持
環境・機能維持技術
創エネ・創水エネルギーに少ない技術
依存しない エネルギー・水
災害時機能維
持のみ
環境配慮
のみ

負荷の抑制
自然エネル
ギー利用

災害時のエネルギー・水供給量を低減

日射遮蔽・断熱等
自然換気・自然採光等

機器の効率化
再生可能エネルギー
節水エネルギー
マネジメント省エネルギー& 災害時機能維持

可動ブラインド等
外気冷房・地中熱利用等
全熱交換器・
LED照明等

ライフライン
補完技術
非常用発電機・上水備蓄槽・緊急排水槽等

系統連携

CGS等

防災マネジメント

一般的な災害時
機能維持
多様なエネルギー
・水 供給

太陽光発電・風力発電等
雨水利用・節水型器具等
井水利用等
BEMS等
エネルギー・防災
マネジメント

空気調和・衛生工学会空調設備委員会成果報告書「環境配慮・防災併活用設備システム計画の動向と事例整理」、
地球環境委員会環境配慮・防災併活用設備システム計画小委員会、2018.2より編集して掲載

COVID-19前後の変化
beforewith

オフピーク・ワーク
ライフバランス

自粛・テレワーク

E-コマース

巣ごもり需要インバウンド

入国制限

二地域居住？
サテライトオフィス？
業務建物へのニーズの変化？
ワークプレイスの新しい価値？

快適性、知的生産性
自然換気、必要換気

after

密を避けるための換気

健康、WELL

除菌・消毒, 人員抑制

新たなレジリエンス？

省エネ、ESG投資

経済需要の急減

グリーンリカバリー？

感染流行時の空調設備対応(ASHRAE Building Readinessの例)

ASHRAE Building Readiness

感染流行中と流行後のフェーズに分けて、既存建物の設備の運転方法と運転状態の確認方法について具体的な方策・手順を示したドキュメント

https://www.ashrae.org/technical-resources/building-readiness#epidemic

感染流行時・流行後の運用方策
 設計図書、メンテナンス記録等の収集
 制御システムの仕様の確認、調整前の状態の記録・保存
 運用の確認・変更


導入換気量の増大
室圧制御（正圧・負圧の適正化）
非在室時の換気実施（3回分で95%源）
フィルターのアップグレード
人員低減・建物閉鎖時の「不在時モード」への移行
屋外排気の外気取入口への混入防止（陽性者収容時）
全熱（顕熱）交換器における排気→給気への混入防止
UVGI（紫外線殺菌照射）の利用

 フィルターを元に戻すかどうかの検討、元の設定値に戻すための再調整
 次期の流行に備えた監視・制御システムの構築
https://www.ashrae.org/technical-resources/building-readiness#epidemic導入外気量の増大
 室内温湿度維持のための能力・流量・圧損増大への考慮

流量×2

能力×3×2https://www.ashrae.org/technical-resources/building-readiness#epidemic導入外気量の増大
空調機OATVD

EA

SA

90%

RA 冷水バルブ開度＜90% かつ 給気温度=設定どおり なら、15minごとに3%ずつダンパーを外気増側へ調整（上記条件を満たさなければ逆方向に調整）
 給気温度リセット制御等は解除した状態で調整する
 室圧制御に悪影響がないことが前提

導入外気量の増大
空調機
OA

TVD

EA

SA

90%

RA

 感染流行が起きてからの仕様変更(“Resouceful”)は現実的か？
 余裕（Redundant）を持った設計が重要では？
 風量、圧損 → ファン・ポンプの、VAV・VWV制御
 能力 → 各機器の容量選定法の見直し

機器容量に関するRedundantと「過剰」

年間負荷率[%]あるホテル(客室)1物件の室外機の年間負荷率(冷房)
100~

90~99

80~89

70~79

060~69550~591040~495030~392020~2960

10~1915

室外機数[台]25

0~90~910~1920~2930~3940~49
50~59
60~69
70~79
80~89
90~99100~運転時間[千h]PACの稼働率の実態

4030

20

100

最大負荷率(上位１％)[%]

ホテル(客室)12物件の室外機
最大負荷率(上位１％)(冷房)「過剰設計」によるエネルギー増加

滝沢のオフィス標準問題
所在地：東京基準階床面積：826.56m2
対象：インテリア×2ゾーン
ペリメータ×6ゾーン

「過剰設計」によるエネルギー増加

Case1
標準

Case2
容量1.3倍

空調機

CAV

CAV

2次ポンプ

定流量
１台/1系統定流量１台/1系統

熱源

２台

２台

Case3
標準

Case4
容量1.3倍

空調機

VAV

VAV

2次ポンプ

変流量
２台/1系統変流量
２台/1系統熱源

３台

３台

「過剰設計」によるエネルギー増加
2500

11%増
年間電力[ＭWh]

2000

空調機
2次ポンプ
熱源群

1500
1000
500
0

Case1 CASE2過剰Case2 CASE3標準
Case3
Case2
CASE1標準
CASE4過剰
標準容量 容量×1.3 標準容量 容量×1.3
-良好率
-良好率
劣特性
劣特性
良特性
良特性

→容量に関するRedundancyは必ずしも省エネルギーに反しない

空調機と熱源の余裕度の相違
AHU

熱源
AHU

各室ごとに想定されるばらつき

×3

AHU

熱源容量算定時に見込まれた内部発熱

ゾーン1×3

ゾーン2
想定される
発熱密度変動(平均±ばらつき）

ゾーン3

実際に熱源で処理される内部発熱(太線は実際の発熱変動）→現状の最大熱負荷計算法では、熱源において相対的に「過剰」に容量選定をしているのではないか？

事務室の照明＋コンセント発熱密度のばらつき
50Lighting + Plug load
40 35 areas

2

Electricity power [W/m ]2Electricity power [W/m ]5030
20100061218
Hour of day

各室の平均日変動

2440

Lighting +Plug load

3020100035 areas
500 1000 1500 20002Floor area [m ]床面積vs日中平均発熱量

事務室の照明＋コンセント発熱密度のばらつき
50Lighting + Plug load
40 35 areas

2Electricity power [W/m ]2Electricity power [W/m ]5030
20100061218
Hour of day

各室の平均日変動

2440

Lighting +Plug load30
20100035 areas
500 1000 1500 2000
2Floor area [m ]床面積vs日中平均発熱量

2Percentile of lighting plus plug load [W/m ]対象床面積と内部発熱密度のパーセンタイル
50
40

95%

3090%
2Average(24.1W/m ]2010010050%
10%
5%1000
2Floor area [m ]10000

照明＋コンセントの日中平均発熱密度のパーセンタイル

2Percentile of lighting plus plug load [W/m ]対象床面積と内部発熱密度のパーセンタイル
50

41W/m2 for 100m2

4095%

3090%

AHU

30W/m2for 10,000m2

Chillers

2Average(24.1W/m ]2010010050%
10%
5%1000
2Floor area [m ]10000

照明＋コンセントの日中平均発熱密度のパーセンタイル

2Percentile of lighting plus plug load [W/m ]対象床面積と内部発熱密度のパーセンタイル
50

AHUに対して過負荷のリスク!
40

AHU

3030W/m2
for 10,000m2

95%
90%

Chillers

2Average(24.1W/m ]20
10010050%
10%
5%1000
2Floor area [m ]10000

照明＋コンセントの日中平均発熱密度のパーセンタイル

機器容量に関するRedundantと「過剰」
 容量に余裕がある ≠ 過剰設計（エネルギー的に）
 端末機器（AHU等）と熱源とで余裕度を揃えるべき
 過剰設計の悪さが出るところ（熱源・搬送動力、制御性等）と出ないところ（HEX等）の仕分け

放射空調とレジリエンス

対流式と放射式
送水温度高
熱源

熱源

送水温度低
伝熱面積大AHU

伝熱面積小

気温24.0℃
MRT27.3℃
PMV=0

パネル

OHU

気温26.5℃
MRT24.8℃
PMV=0
空気循環させなくても可

空気循環前提

（対流式）

（放射式）

空気循環無

小部屋間の汚染質伝搬なし※

伝熱面積大

送水温度高

井水、フリークーリングの可能性

MRTの低下室温の緩和

換気量増大時の負荷抑制※ SARS-CoV-2に関しては、現在のところ、還気による室間の感染拡大リスクは極めて低いと考えられている

循環の有無と除塵性能
𝐶𝐶𝑖𝑖 , 𝑄𝑄𝑖𝑖

𝐶𝐶, 𝑄𝑄𝑟𝑟𝜂𝜂𝐶𝐶, 𝑄𝑄

𝐶𝐶𝐺𝐺

𝐺𝐺 + 𝐶𝐶𝑖𝑖 𝑄𝑄𝑖𝑖 1 − 𝜂𝜂
𝐶𝐶 =𝑄𝑄𝑖𝑖 + 𝑄𝑄𝑟𝑟 𝜂𝜂
=0.035mg/m3（循環・フィルターあり）

𝐶𝐶𝑖𝑖 , 𝑄𝑄𝑖𝑖

𝐶𝐶𝐶𝐶, 𝑄𝑄𝑖𝑖

𝐺𝐺

𝐺𝐺 + 𝐶𝐶𝑖𝑖 𝑄𝑄𝑖𝑖
𝐶𝐶 =𝑄𝑄𝑖𝑖=0.067mg/m3（循環・フィルターなし）

外気量 𝑄𝑄𝑖𝑖 = 30 m3 ⁄h人, 人員密度0.2人/m2, 給気風量𝑄𝑄=6回/h,
𝐶𝐶𝑖𝑖 = 0 mg⁄m3 , 𝐺𝐺 = 2 mg⁄h人, 天井高2.8m, 除塵効率𝜂𝜂 = 0.5

循環の有無と除塵性能
𝐶𝐶𝑖𝑖 , 𝑄𝑄𝑖𝑖

𝐶𝐶, 𝑄𝑄𝑟𝑟𝜂𝜂𝐶𝐶, 𝑄𝑄𝐶𝐶

𝐺𝐺

𝐺𝐺 + 𝐶𝐶𝑖𝑖 𝑄𝑄𝑖𝑖 1 − 𝜂𝜂𝐶𝐶 =𝑄𝑄𝑖𝑖 + 𝑄𝑄𝑟𝑟 𝜂𝜂
=0.035mg/m3（循環・フィルターあり）

𝐶𝐶𝑖𝑖 , 𝑄𝑄𝑖𝑖

𝐶𝐶𝐶𝐶, 𝑄𝑄𝑖𝑖

𝐺𝐺𝜂𝜂𝐺𝐺 + 𝐶𝐶𝑖𝑖 𝑄𝑄𝑖𝑖
𝐶𝐶 =𝑄𝑄𝑖𝑖 + 𝑄𝑄𝑐𝑐 𝜂𝜂𝑐𝑐=0.034mg/m3（循環・フィルターあり）

外気量 𝑄𝑄𝑖𝑖 = 30 m3 ⁄h人, 人員密度0.2人/m2, 給気風量𝑄𝑄=6回/h,
𝐶𝐶𝑖𝑖 = 0 mg⁄m3 , 𝐺𝐺 = 2 mg⁄h人, 天井高2.8m, 除塵効率𝜂𝜂 = 0.5

𝑄𝑄𝑐𝑐 =4回/h

天井パネル＋成層空調（Hao2007）

 成層空調（新鮮外気導入）による換気効率の向上
 放射パネルによる快適性の向上
 デシカント除湿による夏期のカビ等による汚染の防止

Hao X, Zhang G, Chen Y, Zou S, Moschandreas DJ. A combined system of chilled ceiling, displacement
ventilation and desiccant dehumidification. Build Environ 2007;42:3298-3308.

天井パネル＋成層空調時の温度成層と換気効率（成層空調のみ）（天井パネル＋成層空調）

 成層空調のみ → 上下温度分布大 → 換気効率↑（快適性↓）
 天井パネル＋成層換気 → 温度分布小 → 換気効率中（快適性↑）
Behne M. Indoor air quality in rooms with cooled ceilings: mixing ventilation or rather
displacement ventilation? Energy Build 1999;30:155-166.

フリークーリングの可能性（Memon2008)

ET*と温冷感申告の関係






教室での申告に基づくPPD

中立 ET*=29.9℃
従来式の設定温度=26℃
放射冷暖房はCTを利用（2ACHの外気?も処理）
CTで処理できなくてもシーリングファンでしのぐ
従来方式に対して80%の省エネ率

Memon RA, Chirarattananon S, Vangtook P. Thermal comfort assessment and application of radiant cooling:a case study. Build Environ 2008;43:1185-1196.

自然換気との併用に関する研究事例
 アンビエントを自然換気、タスクを放射パネルとするもの（宋・金・加藤・村上ら）
 住宅における通風併用放射冷房（宿谷・岩松ら）

放射パネル
放射パネル

自然換気併用タスク放射冷房

開放空間の放射冷房空調設備のレジリエンス

リスクの多様化 → 新たなBCP対応
合理的にレジリエンスを実現するための技術力
室内環境の質、ワークプレースの価値の再認識
カーボンニュートラルに向けたニーズの切迫

環境・設備技術者の果たす役割と責任