天井放射空調システムの設計へのCFD活用の取り組みと課題についてはじめに～水冷媒天井放射空調システムへのＣＦＤ解析を事例として～

第1章 ＯＩＴ梅田タワーの事例より
第2章 設計段階でのCFD解析の活用
第3章 上田市庁舎の事例より
最後に
木村博則
石本建築事務所 環境統合技術室 顧問
脱炭素社会と放射(輻射）空調 ～脱炭素社会に向けた日本の取り組み～
放射(輻射)冷暖房協議会セミナー2022年3月2日

はじめに～研究の対象になってきた設計手法～
脱炭素社会へ向かうにあたり、設計における予測する解析技術が重要になってきた
計画資料に基づいたマニュアル設計からトライ＆フィードバックによる設計へ

先行建築でのトライ＆フィードバック → 次の設計へ活かしてゆく

環境統合技術の時代

個人、組織を超えて取り組む時代へ
1

事例紹介～水冷媒放射空調システムの設計へのCFD活用を事例として～3階～4階基準階

14階～18階高層階基準階
水冷媒天井放射空調方式と床吹き出し対流空調

水冷媒天井放射空調方式と天井吹き出し対流空調

OIT梅田タワー

上田市庁舎

3次元空間の2次元のCFD解析モデル化による設計効率化の研究

3次元空間CFD解析による温熱環境シミレーションを行い、天井放射空調方式による空間デザインの設計を確認

都市の低炭素化の促進に関する法律に基づく低炭素認定第1号適合建築

OIT梅田タワー（大学キャンパス）地上22階

2016年10月竣工 延床約33800m²
2013年第2回住宅・建築物省CO2先導事業採択

上田市庁舎（市庁舎施設）地上5階

2021年3月竣工 延床約13000m²
2018年第2回サステナブル建築物等先導事
業（省CO2型）採択

2

第1章 OIT梅田タワーの事例より
OIT梅田タワー基準階 水冷媒天井放射パネル空調システムの計画のテーマ●2005年竣工の先行事例の実績から得られたフィードバックによる設計
１．パッシブなデザインを行い、日射による空調冷房負荷削減の徹底を行う
２．天井に占める放射空調パネルの面積率は一般的に約50％、OIT梅田タワーでは54％３．汎用性のある普及レベルの水冷媒天井放射パネルの能力(顕熱冷房）は、性能評価のための実験室（ARCH 2017CHTRS Ver.1.1)での実測結果から約63W/m2（室内温度26度、送水温度18℃）から、換気の空気を活用した対流空調の併用が必要である●本設計におけるテーマ
１．個別ゾーン空調に対応できる天井放射パネル空調方式を実現する
２．天井放射パネルの特長を活かした負荷の変化に追従できる室温制御を実現する

3

2005年竣工の水冷媒天井放射空調システムの会議室での計測からのフィードバック
2005年竣工 ササクラテクノプラザ

水冷媒天井放射空調方式の室温制御

34
パネル運転

3230

温度 [℃]

2826

ペリメータ 温度24

インテリア 温度
パネル 表面温度

22

外気 温度

20

ササクラテクノプラザ会議室

181602468101214
時刻 [h]

161820

22

1.5
パネル運転

1.0ペリメータ
インテリア

PMV0.5

照明OFF

0.0
-0.5
-1.0
快適範囲-1.5

ササクラテクノプラザ会議室天井レイアウト

024681012141618202224

参照 放射空調システムの室内環境に関する研究 その１ <空気調和・衛生工学会学術講演論文集2006年9月>～
4
事例（設計 石本建築事務所）の会議室の計測結果の報告等～

天井放射＋床吹出し空調システム概要
天井放射空調+床吹出し空調
タスク・アンビエント照明制御（システムイメージ）
放射冷暖房（天井放射パネル）
人感センサーで在席感知

コミュニケー
ションボイド（北側）※不在エリアVAV 最⼩風量

近接エリア⇔在籍エリア
空調制御

ダブルスキン（南側）

空調床吹出し（VAV）• 天井放射空調と床吹出し空調を組み合わせ、床吹出し側の送風量を熱負荷に応じて可変風量制御（ＶＡＶ制御）〈天井放射パネルと床吹出し空調システムイメージ（南北断⾯図）

5超高層ビルにおける自然エネルギーの安定利用を可能とする外装多機能化技術
南面エコロジカルスキン：多機能ダブルスキン
太陽光発電パネル
排熱口

外気取入口

80㎝
太陽光発電パネル一体型庇による日射遮蔽

スタジオ（断⾯イメージ）

多機能ダブルスキンによる温熱排除と回収、自然換気
天井放射パネル

アンビエント照明

南
コミュニケーションボイド

高層部南⾯（エコロジカルスキン）

床吹出空調

変風量装置

6

超高層ビルにおける自然エネルギーの安定利用を可能とする外装多機能化技術
北面エコロジカルスキン：超高断熱ガラス
三層複層真空ガラス詳細図
真空ガラス（FL5-V-LE5 ）中空層 t16
Low-Eガラス t12

Ｕ値＝0.85Ｗ/㎡Ｋ（熱貫流率）※RC 外壁＋断熱材外装と同等

北面

南面

コミュニケーション
ボイド※8層吹き抜けコミュニケーションボイドガラス

超高断熱ガラスの採用

高層階の南北断⾯（自然通風イメージ）

7

OIT梅田タワーの水冷媒放射パネル
OITにおいて採用した放射パネルの仕様：リブ型
冷房能力77W/m2 :平均19℃（入り口18℃ 出口20℃）室温26℃＜ササクラ パネル定格仕様＞
暖房能力74W/m2 :平均31℃（入り口32℃ 出口30℃）室温22℃＜ササクラ パネル定格仕様＞＜＊天井放射冷暖房パネル性能試験規格

ARCH 2017 CHTRS Ver.1.1による能力表示とは異なる＞

水冷媒放射パネルを有するワークスペース
8

天井放射＋床吹出し空調システムの計測
天井放射空調+床吹出し空調
タスク・アンビエント照明制御

計測場所、CFD解析モデル空間

CFD解析モデル空間(1スパン)

9基準階学修室南側ペリメータゾーンの室温変化＜参考文献 日本建築学会学術講演梗概集（東海）40883 2021年9月＞

CFD解析モデル空間とした、実建物の基準階学修室の各ゾーン別の夏季(2019年）1日の室温の分布と外気温度の計測結果を示す。
〇基準階学修室の空調システムの自動制御方式

35343332313029282726252423

17F Dｽﾀｼﾞｵ 室温117F Dｽﾀｼﾞｵ 室温417F Dｽﾀｼﾞｵ 室温7

外気温度

0:00
0:40
1:20
2:00
2:40
3:20
4:00
4:40
5:20
6:00
6:40
7:20
8:00
8:40
9:20
10:00
10:40
11:20
12:00
12:40
13:20
14:00
14:40
15:20
16:00
16:40
17:20
18:00
18:40
19:20
20:00
20:40
21:20
22:00
22:40
23:20
23:59

温度（℃）

室温設定26℃、水冷媒天井放射パネルは表面温度23℃一定制御＋室温設定値±１℃にて、送水バルブON-OFF制御、床吹き出し空調換気制御はVAV制御の給気温度リセット制御＋最小風量設定35%

時刻（2019年7月25日）

基準階学修室南側ペリメータゾーンの室温変化（ゾーン室温1,4,7）
2019年7月25日（場所：大阪中心市街地）

10

天井放射空調の室内環境計測●７月２５日：人感センサー動作OFF 天井放射パネル室温制御ON・OFF
天井放射パネルゾーン別表面温度変化11天井放射空調の室内環境計測●天井放射パネル冷水送水温度変化
７月２５日から２６日の冷水往還温度変化12天井放射空調の室内環境計測

天井放射パネルゾーン別 時刻別 処理負荷熱量(人感センサーOFF)

天井放射パネル冷房処理熱量計測結果

放射パネル、VAV処理負荷熱量計測結果

2019年7月25日計測結果
13

天井放射空調+床吹出し空調
天井放射空調の室内環境計測
タスク・アンビエント照明制御

7/25 北側吹抜け（コミュニケーションボイド）に面した空間の室温分布
28.5

凡 例

28.0

最大値

27.5

第3四分位数

27.0
26.5

平均値

26.0

中央値

25.5

第1四分位数

25.0

最小値

24.5
24.0
14F-5

14F-6

15F-5

14F

15F-6

16F-515F

16F-6

17F-616F

17F-7

17F-8

17F

18F-6

18F-7

18F-8

18F

＜人感センサーOFF＞

18F

27.6

27.7

27.8

2626.6

26.6

17F

26.7

2727.22626.4

26.3

16F

26

26.6

15F

24.8

25.6

14F

25.8

26.2

空調
ON25.52625.1

25.7

25.2

26

8：00
22℃

9：00
28℃

14

天井放射空調+床吹出し空調
梅田タワーの実績から得られたフィードバック事項
タスク・アンビエント照明制御
１．水冷媒天井放射空調システムと換気のための給気量を活用した床吹き出しVAV空調方式について・ゾーン別制御により、ゾーン毎の負荷に追従し、終日において、室温制御されていることを確認
・空調終了後、翌日の空調開始時までの室温変化の変動は少なく、朝の立ち上がり時間は短時間
・VAV空調方式の空調処理能力に余裕を持たせたことで、放射空調で処理する熱量は定格値の部分負荷処理熱量で推移した。

２．窓際の日射負荷遮蔽するとともに、外皮負荷の徹底削減について・南面（ダブルスキン）および北面（高断熱ガラス）のパッシブな外皮負荷抑制により、南ペリメータゾーンおよび北側吹き抜けに面する居住域の環境維持ができている。

３．天井放射パネル各ゾーン別の流量制御を行い天井放射パネルのゾーン別の表面温度一定制御＋室温による流量制御弁ON-OFFとしてことについて・室内設定温度およびゾーン負荷に応じ、放射パネルの通水および表面温度制御が機能して、室温を制御しているとを確認した。
15

第2章 設計段階でのCFD解析の活用
水冷媒天井放射空調システムの普及のためには、設計時のモックアップ等による試験室でのテストによるのではなく、空間デザインを考慮したCFD解析によるシミュレーションを行わなければならない。

〇 CFD解析の課題
１）室温と内装の表面温度は等しいと仮定してきたこれまでの熱貫流率による外皮負荷等の空調負荷計算法とは異なり、放射による計算法が必要となる。

２）空調換気との併用となるので放射・対流による連成解析が必要となる。

参照文献
１）天井放射空調システムを活用した設計とその運用についての考察 (第2報）床吹き出し空調との併用方式のCFD解析によるシミュレーション結果 木村博則 2020年空気調和衛生工学会 C-61２）水冷媒天井放射空調システムの設計へのCFD活用に向けた検討とその考察 ー床吹き出し空調換気方式との併用の事例を解析モデルとしたシミュレーション結果ー 木村博則 2021年9月日本建築学会学術講梗概集 40883
16

CFD解析の設計への効率的活用
冷房時を対象とし、水冷媒天井放射空調システムと対流方式の空調換気システムの併用方式について、３次元空間について、２次元空間に近似させてCFD解析を行い、事前の実験に頼らないで、効率よく実際の状況を予測する。
◇CFD解析の入力において配慮する事項
１．演算時間の短縮のため、3次元空間を2次元モデルに近似させる。
２．発熱体は温度規定（放射パネル、人体）によるものと、発熱量規定（照明、太陽熱）よるものに分ける。
３．壁体の熱伝導、内装材、人体等の、熱容量を考慮する。
４．空間にある全ての物質、人体の放射率を設定する。

◇本CFD解析の出力において評価する事項
・空間対象領域内の室温・放射温度・風速の各分布及び各部材の処理熱量◇本CFD解析の条件設定
・計算対象の実建物の定常状態の実運用時の設定値、外気温度、日射量等の気象条件によります。
17

放射空調の理論式■放射を考慮した空間の熱伝導について
これまでの空調負荷計算においては、外皮の室内側は、対流熱伝達率、放射熱伝達率からなる総合熱伝達率を用い、以下の式にて熱流∅の空調顕熱負荷を算定している。
∅＝∅c+∅r- - - - （１）
ここに、∅c：熱流（対流成分）、∅r：熱流（放射成分）- - - - （２）∅＝αC（θS－θa）+ αｒ（θ1－θ2）ϕ
ここに、θS外皮内壁表面温度（対流）、θ1：外皮内壁表面温度（放射）、θa：室温、θ2：室内壁表面温度、ϕ：形態係数、αC：対流熱伝達率、αｒ：放射熱伝達率
ここにおいて、壁をとりまくすべての物体は空気温と等しいと仮定しており、θ2＝θa、θS＝θ１とすると、∅＝α（θｓ－θa）- - - -（３）
ここに、総合熱伝達率α＝αC＋αｒ
式（３）は、例えば、物質1と物質2の間の放射の熱流は、温度係数を1.0と仮定する考え方により、1次式にて略算している。
物体1と物体2の間での放射熱伝達率αｒは、
αｒ＝ε１ε2σ[（T１３＋T１２T２＋T１T２２＋T２３）]-- - -（４）＝ε１ε2σ×10８
ここに、[（T１３＋T１２T２＋T１T２２＋T２３）/10８]≒1.0
ε１、ε2：物体1、2の各吸収率（放射率）
σ：Stefan-Boltzmann 定数5.6678E-8 W/(m2K4)
本CFD解析では、外皮の熱伝導率を室内側の熱伝達率は用いないで補正した熱伝導率を用い、空間を構成する各部材の表面の放射率を与えて、ステファンボルツマンの法則を用いて、放射による熱量を演算している。
18

CFD解析対象の空間の形状、熱負荷、設備等◇CFD解析対象の空間

太陽光パネル活用日射遮蔽庇

基準階ワークプレイス（学修室）のCFD解析対象空間の断面、平面イメージ図を示す。
X方向:7.0m（窓部からの奥行）
Y方向:6.0m（窓を含む1スパン）
Z方向:5.0m(階高）,3.3m(天井高さ）

空調換気

空調換気

水冷媒天井放射パネル

天井内リターン

南側
窓面

在来天井

天井間接LED照天井間接LED照明

天井リターンスリット

・水冷媒天井放射パネル（表面温度規定）
・外壁熱負荷（外皮表面相当温度規定）
・日射負荷（天空日射）＊外庇、Wスキンにて直達日射は100%遮蔽

・人体発熱（人の平均表面温度規定）
・照明発熱（熱量規定）＊天井下吊下照明器具から天井面への間接光

・床吹き出し給気温度（VAV給気温度規定）
・床吹き出し給気風量（VAV最小風量設定）
・天井内還気風量（給気風量とエアーバランス）

在来天井

天井リターンスリット

南側 窓Wスキン
天空日射

Z方向

基準階ワークプレイス
空調換気床吹出空調換気床吹出床下アクセスフロア◇解析対象の空間の熱負荷、設備等

天井内リターン

VAV装置

X方向

天井放射パネルを有する2次元モデル空間の断面

南側
窓
Wス
キン

人体モデル
4人 2列

間接照明ラインボックス
２列

床吹き出し口
定格風量150CMH
4ヶ所

窓際1スパンのモデル空間の平面と室内条件

Y方向

X方向
19

CFD解析のモデル空間
CFD解析対象の3次元モデル空間を示す。窓からの奥行と高さ方向の2次元モデル（X-Z)空間となるように人体と床吹き出し口の入力形状の簡略化を行っている。

採用モデル
図６ 3次元モデル空間における2次元解析モデル

人体
モデルの簡略化

CFDガイドブック空気調和・衛生工学会編

2次元モデル化のため、人体、空調換気吹き出し口、照明器具の形状について、その性能は同じとして、窓幅方向Y方向で切断した断面形状については同じとなるようにモデル化した。

20

CFD解析の概要
放射と対流の連成解析のできるCFD解析ソフトにて、解析対象モデルと同じ外部条件、内部条件を与えて、定常状態の室温等を予測する。
１．CFD解析ソフト
・PHOENICS 2019Ver1.1 放射伝熱解析はIMMERSOLモデルを採用
乱流モデル：標準ｋ－εモデル、空気密度は一定、非圧縮性流体、温度差浮力はブジネス
ク近似、外部表面温度（外壁、窓）、内壁近傍の熱伝達には対数測を用いる、天井放射パネル及び人体は表面温度規定、窓際床部へは日射集熱（直達日射は遮蔽されており天空光のみ）及び照明発熱は発熱量を規定、床吹き出しの給気量と給気温度を規定
・解析手法：放射伝熱モデルは放射温度をT3として解くIMMERSOLモデルを用い、流体温度TEM1と放射温度T3による各エネルギー方程式を有限体積法により離散化し、SIMPLEST法による繰り返し計算（ここでは上限40000回の設定）を行い収束判定を行った。
メッシュ：３次元空間を２次元空間モデル化X方向93×Z方向52（一部調整あり）

２．天井放射空調方式を考慮した熱量の演算について
天井放射空調方式では、これまでの空調負荷計算において仮定してきた室温と周壁（天井含む）の温度は等しい、とはみなせず、放射を考慮した熱量の演算は、空間全体を計算領域としたCFD解析に頼らざるをえない。
本ソフトについて、ご質問等のある方は以下にお願いします。
問い合わせ先メール(CHAN-JAPAN 技術営業部）

info@phoenics.co.jp
WEB: http://www.phoenics.co.jp/

メッシュ分割（X方向×Z方向） 21

CFD解析の入力について－１
１．空気の物性値２．固体の物性値

表1 空気の物性値

表２ 固体の物性値

項目
温度
気圧
密度
動粘性係数
比熱
熱伝導率
体積膨張率

数値

単位34 ℃

1 atm
1.15 kg/m3
1.15E-05 m2/ｓ
1,020 J/kg・K
0.0268 W/m2・K
3.41E-03 l/K

項目単位

外壁
窓
床(奥側）
床(中央）
床（窓際
＊注記：本解析では屋外の空間は計算領域に含め 天井放射パネルていない。
システム天井人密度

比熱 熱伝導率 放射率ｋｇ/m3 J/kg・K W/m・K 無次元

400
200
0.183
2,500
800 0.0315
2,000879
4.737
2,000879
4.737
2,000879
4.737
2,700
900
236
700
30.2
1,530 1,380 0.0556
照明カバー（アルミ） 標準値 標準値 標準値

0.9
0.9
0.90.90.90.95
0.90.90.4

厚さｍ
0.145
0.015
0.160.160.16＊注記：各個体の放射率の数値は、空気調和衛生工学会便覧を参考とした。

22CFD解析の入力について－２３．発熱体の規定
表３発熱体の規定

項目
規定種別
天井放射パネル 温度規定：23℃

物質情報
巾6ｍ×長さ4.8ｍ

人体(8名） 温度規定：32℃ 表面面積 1.6ｍ２×8名
照明（間接光） 熱量規定：147W×2 巾0.2ｍ×長さ6ｍ
床（太陽熱集熱） 熱量規定：206W×2 床（窓際）、床（中央）外皮(屋外上側） 温度規定：34℃ 外皮(上部）巾6ｍ×高さ1.5ｍ
外皮(屋外下側） 温度規定：34℃ 外皮(下部）巾6ｍ×高さ0.6ｍ
窓面（屋外側） 温度規定：34℃ 窓面 巾6ｍ×高さ2.7ｍ＊補足説明・4人分の表面積に等しい直方体(長さ6m×高さ0.4m×幅0.1m)を2列に配置、その表面温度を32℃一定と仮定して温度規定。
・太陽熱集熱（天空光）は床（窓際）、床（中央）へ窓面積相当の透過熱量が床に集熱されたと想定し、発熱量を規定。
・屋外壁、窓部は庇にて直達日射は遮蔽されており、外気温度に等しいと想定した。
・照明器具は上面（間接光）へ放熱されていると想定し発熱量を規定。

＊補足説明
・床吹出口：ライン型とし、長さ６ｍ×幅0.02ｍの床開口部とし、斜角度30度で給気、本CFD解析
表４ 制気口の仕様等
では、定格風量の最小風量設定値35％とした。
項目
形状
風量・天井開口のスリットは長さ６ｍ×幅0.02ｍを2列にて配置して天井内リターンチャンバーとする
床吹出口
巾0.2m×長さ6mが2列 定格300CMH×2
・天井内還気口：給気圧にて、天井内チャンバーか天井内還気口 巾0.1ｍ×長さ6m
体積流量
ら給気風量を排風
天井リターンスリット 巾0.1ｍ×長さ6mが2列 体積流量
・給気温度18.5℃（VAV給気温度一定リセット制御）

４．給気と還気の規定

23CFD解析の結果－1
・CFD解析結果は、流体の温度による熱量（対流）と放射温度による熱量（放射）バランスはともに収束しており、その連結した熱量バランスの誤差は約0.3％で、十分収束していたと言える。
天井放射パネル表面温度23℃、・演算時間40分27秒。
床吹き出し風量定格の35％、給気温度18.5℃の定常状態
天井内

天井内

天井面

基準階学修室窓部

床面上下の室温分布のCFD解析結果
モデル空間の中央部の断面方向の室温の分布（木）床～天井～天井内上部）

3次元空間における2次元室温分布のCFD解析結果〇考察：空間の室温分布は床面廻りを除き十分均質であり、空調領域の平均室温約26.1℃、天井内平均温度26.0℃であった。

24

CFD解析の結果－2
床吹き出し風量はVAV装置の最小風量設定35％、人員8名の場合のCFD解析結果の室温分布、放射温度分布の解析結果を示す。

窓部

室温分布（℃）＜室温平均26.1℃＞～床吹き出しは定格のVAV装置の給気量の最小風量設定35％である。室温は床吹き出しの影響のあるエリアを除き、均質性のあることが示されている～

窓部

放射温度分布（℃）～CFD解析において、人体の表面温度は32℃、天井放射パネルは23℃一定となるように、熱量の授受のバランスが調整されている。窓際ゾーンにおける、外皮、人体、床から放射による影響、天井放射パネルからの放射による影響のあることが示されている～
25

CFD解析の結果－3
参考文献：空気調和衛生工学会学術講演論文集 C-61 （2020.9)

CFD解析結果の風速の分布を示す。

＊解析結果の考察
窓廻り、床き吹き出し、人からの発熱による空気の上昇がみられる。天井下の照明器具発熱廻りで気流が旋回し、天井下の空間内においては、均質な室温分布となっている。

居住域空間における風速の分布＊解析結果の考察
居住域、足元全体において、風速は0.2m/s以下であり、人はドラフトを感じないことが確認できる。

居住域空間における風速の分布26

第２章 まとめ

１．CFD解析を3次元空間の2次元モデル化を行うことで、演算時数約8時間から約40分へとへと短時間で設計に活用できることを確認した。

２．水冷媒天井放射空調システムのCFD解析において、放射パネルの表面温度一定値として、空間の室温を予測できることを確認した。

３．CFD解析結果の空間を構成する部材、設備機能別の熱量の計算結果から空間の空調負荷処理顕熱量について分析が行えることを確認した。

27

第３章 上田市庁舎の事例より

水冷媒天井放射空調システム
上田市庁舎の事例
新たなデザインニーズが計画に加わる

建築計画：高さ制限から、階高の制限：3.9m
意匠計画」から、放射パネルの天井面は傾斜したデザイン
照明計画：放射パネル面は間接照明のリフレクターの機能を有する

28

①歴史ある街並みの特徴である「門、塀、庇、格子」と言った要素を取り入れた外皮のパッシブデザイン
夏季

歴史ある町並みにおいて、東⻄⾯の窓⾯においては夏季には⻑い庇と格⼦の組み合わせにて夏季の庇による日射遮蔽(基準階東⻄窓において冷房代表日１日の冷房負荷を約４０％削減）

冬季

晴天率の⾼い気象から、基準階の東⻄に⾯する窓⾯からの日射取得を⾏い、窓の⾼断熱化によって、厳しい上田市の冬季においても日射集熱で暖房負荷が負担できるように計画

ポイント︓景観に配慮した庇⻑さと格⼦の組み合わせのパッシブデザインを計画

29

基準階⽔冷媒天井放射空調システムCFD解析対象エリア
西面

東面
執務室天井は各スパンの空間モジュール単位で傾斜している

30

②限られた階高においての統合環境装置（⽔冷媒天井放射空調＋タスク・アンビエント照明）
ヒートパイプ除湿、再熱
空調VAV制御

換気CO2制パルス換気

VAV給気温度リセット制御

対流空調系室温制御

放射パネル冷水制御
放射パネルゾーニング

窓下放射パイプ温水

パネル表面温度制御
冷水2方弁変水量制御

冷水変水量制御

地中熱利用熱交換器

表面温度リセット制御

放射空調系室温制御

ボアホール地中熱交換器

31

②限られた階高においての統合環境装置（⽔冷媒天井放射空調＋タスク・アンビエント照明）
・限られた階高なか、天井高さを確保しつつ質の高い省エネ空調、換気が可能
天井放射パネル⾯は間接照明のリフレクターとして利用されている

執務室（３、４階放射空調エリア）断⾯イメージ

明るさ判定シミュレーション画像

非常に明るい

耐え難い

明るい

不快である

ちょうど良い気になる

暗い気になり始める

非常に暗い

グレアなし

グレア判定シミュレーション画像
32

②限られた階高においての統合環境装置（⽔冷媒天井放射空調＋タスク・アンビエント照明）

33

②限られた階高においての統合環境装置（⽔冷媒天井放射空調＋タスク・アンビエント照明）
水冷媒天井放射空調システムのゾーニング
冷温水量をゾーンごとにパネルチューブへ二方弁で比例制御し、パネル表面温度を制御して室温をコントロール。

◆水冷媒天井放射パネル空調ゾーニング（3階）
東側系統：3ゾーニング
西側系統：3ゾーニング34

③3次元実空間のCFD解析の概要
水冷媒天井放射空調方式 3次元空間へのCFD
解析への応用展開の解析結果〇対象：窓際3スパンを解析対象〇入力：2次元モデルの基礎データによる〇人体モデルは、直方体の2次元の簡易モデルとし、表面温度32℃一定
3スパンを解析対象

天井面は傾斜している
天井放射パネル温度23℃外気温度34℃〇天井放射＋天井給気方式
窓は日射遮蔽にて、天空日射のみが室内へ入射として床面へ吸熱するとしている

35

②3次元空間のCFD解析モデル③3次元実空間のCFD解析結果-1（⽔冷媒天井放射空調＋タスク・アンビエント照明）
水冷媒天井放射空調システムの実施設計段階のCFDによる検証

実施設計時にはシステムの検証として放射温度分布を含めたCFD解析を実施。

解析ソフト：CHAM社3次元汎用熱流体解析ソフトPHOENICS

36

③3次元実空間のCFD解析結果-2
演算時間は約31時間にて誤差3％にて収束、演算終了時SEEP：10000

窓際
サーモカメラ計測結果（オフィス）〇オフィスの室温分布（床上0.8m）
・均質な26℃前後の室温分布を示す

サーモカメラ計測結果（天井）窓際〇オフィスの気流分布
・気流は0.2m/s前後のドラフトの感じない傾向を示す
37

③3次元実空間のCFD解析結果-3
天井面がフラットな水平の場合には、放射パネル表面温度23℃では、室温は平均29.4℃であり、目標の室温26℃±1℃のためには、放射パネル表面温度を23℃以下に下げる必要がある〇考察
水冷媒天井放射パネルの傾斜により、室内顕熱負荷処理熱量の性能アップにかかかわることが示された。

床上0.7mの室温の水平分布

解析領域中央部の断面の風速分布38④計測結果（夏季冷房時）
３階水冷媒放射空調システム~８月３日

放射パネル温度と室温、往還冷水温度、躯体温度の関係 中央監視BEMSデータより～

外気温度

外壁躯体温度

屋外相対湿度

相対温度

室内温度

床スラブ温度

パネル表面温度

還水温度
送水往温度

地中熱利用専用熱源システム(夏季冷房時計測結果）：COP：約5.9、COPｓ：約5.339

④計測結果（夏季冷房時）
水冷媒天井放射空調システムの実測結果

設計時のCFD解析に対して現地実測・竣工後の検証を行った
3階執務室の室温（℃） 2021年8月3日~4日

室温が下限値に達したので2方弁が全閉

夜間でも28℃未満を維持

執務時間帯（空調運転）

執務時間帯（空調運転）

総評：放射パネルは適切に制御されている。室温は概ね25℃~26℃で推移している（設定温度25.5℃）
断熱性能が良いため夜間でも室温は28℃未満であり、立上り負荷の削減となっていると推測できる。

※グローブ温度：放射の影響も含めた等価温度

40

⑤計測結果の考察

36343230
2826242220
1816
14121086420

放射パネル
冷房時空調顕熱
負荷処理熱量（吸熱量）のCFD解析結果

0:10
0:50
1:30
2:10
2:50
3:30
4:10
4:50
5:30
6:10
6:50
7:30
8:10
8:50
9:30
10:10
10:50
11:30
12:10
12:50
13:30
14:10
14:50
15:30
16:10
16:50
17:30
18:10
18:50
19:30
20:10
20:50
21:30
22:10
22:50
23:30

系統別冷房顕熱負荷処理熱量（MJ/J)
外気温度(℃）

3階フロアの水冷媒天井放射空調パネル 6ゾーン別の消費エネルギーデータの評価と考察

8月25日

3F天井放射パネル1 瞬時熱量

3F天井放射パネル2 瞬時熱量

3F天井放射パネル3 瞬時熱量

3F天井放射パネル4 瞬時熱量

3F天井放射パネル5 瞬時熱量

3F天井放射パネル6 瞬時熱量

外気温度(℃）

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⑥その他適用技術：空調機ヒートパイプ
3階、4階外調機 ヒートパイプコイル組込排気熱回収・再熱システム

出展

新晃工業ヒートパイプ組込型空調機リーフレットより

外調機内部

予冷側
再熱側

ASHRAE STANDARD 90.1 ENERGY REQUIREMENTS:WARP-AROUND HEAT-PIPESHUMID CLIMATES/42

第3章 まとめ●考察〇3次元モデル空間の２次元モデルとなるように工夫した入力によるCFD解析を行うことで、設計ツールとして効率よく活用できる。
〇水冷媒天井放射パネルが傾斜した空間デザインについて、その性能をCFD解析にて予測できる。
〇大部屋オフィスでの負荷処理系統ゾーニングにて部分負荷制御に対応できる。
〇室温の制御は、放射パネル表面温度のリセット制御を行うことで室温制御できる。

●課題〇更なるCFD解析の活用、計測による検証が必要である。
〇コンピューテショナルデザインの展開において、空間形態のモデルの簡略化の必要性などを意見していく必要がある。
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最後に脱炭素社会に向けて、水冷媒放射空調システムの普及が、設計における解析手法の向上とともに期待される。

18℃の冷水の送水にて、一般のオフィスビルであれば、表面パネル温度制御で、質の高い冷房時の温熱環境を創出できる。

水冷媒天井放射空調システムは、パッシブデザインと換気システムによる健康的な空気環境への配慮ともに計画することが大切である。

本2事例はともに、空調熱源は地中熱利用のシステムであり、水冷媒天井放射空調システムを採用することで、空調熱源システムの効率の向上ととともに、将来の設備更新による更なる省CO2の促進が期待される。

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～本セミナーの資料の作成に関わられた石本建築事務所の所員～◆OIT梅田タワー
大阪オフィス 東堂博文 （機械設備の設計担当及び計測評価担当）
東京オフィス 海老原昌貴（評価分析担当）
東京オフィス 橋本侑美 （評価分析担当）◆上田市庁舎
東京オフィス 上田仁人 （機械設備の設計担当及び計測評価担当）
東京オフィス 行谷拓哉 （ＣＦＤ解析担当）

脱炭素社会と放射(輻射）空調 ～脱炭素社会に向けた日本の取り組み～
放射(輻射)冷暖房協議会セミナー2022年3月2日

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