―― 実施例 ―― JTBビルの全蓄熱空調システム ñ竹中工務店大阪本店設計部古寺典彦・粕谷敦 ■キーワード／全蓄熱・氷蓄熱・躯体蓄熱１．はじめに３．JTBビルにおける実施例３−１建物概要これからのエネルギー施策は環境重視がさらに強まり，エネルギーを消費する側には，これまで以上に効率３−１−１建築概要利用が望まれる。蓄熱システムは，エネルギーを効率よ建物名称 JTBビルく利用する一手法として注目され，CO2等の温室効果ガ建築地大阪市中央区久太郎町２丁目ス排出量削減効果が期待されている。一方，産業の高コ用途事務所・駐車場スト構造是正の行動計画により，日本の電力料金を欧米敷地面積 1,053.26ﬂ 並みにするため，電力負荷平準化，夏場のピークシフト延床面積 16,187.39ﬂ の課題に対して，蓄熱空調システムの研究・推進が大き階数地下３階・地上14階・塔屋１階なテーマになっている。また，建設業界においては，ビ最高高さ 59.6ｍルオーナーのコスト意識もイニシャルコストとランニン構造Ｓ造・SRC造・RC造（制振構造）グコストを含めたライフサイクルコスト重視の考え方へ工期平成11年２月∼平成13年２月と変化しつつあり，建物のライフサイクルコストに占め設計施工 ñ竹中工務店る割合の高い空調システムのコスト低減が強く望まれて３−１−２設備概要いる。熱源熱回収形空気熱源ヒートポンプ製氷チラー冷却能力 250.7kW×２台これら現代社会が求める「環境保全・電力負荷平準化・ライフサイクルコスト重視」を満足する蓄熱システムのメリットをさらに追求し，昼間の空調に要する熱源冷房負荷電力をすべて夜間の蓄熱だけでまかなう全蓄熱空調システムについて事例紹介する（図−１）。冷房負荷蓄熱による処理躯体蓄熱 0 ２．全蓄熱空調システムを経済的に実現する技術 8 非蓄熱システム 22 24時図−１熱源運転パターン全蓄熱空調システムは夜間の蓄熱だけで昼間の空調負荷をすべてまかなうため，従来の氷蓄熱のみによる方式では氷蓄熱槽が約２倍必要になり，機器容量・設置スペース・建築構造への負担などが大きく，システムを実現・展開するにはイニシャルコストが膨大になる。全蓄熱空調システムを経済的に実現するためには，氷蓄熱・躯体蓄熱・冷媒自然循環を組み合わせることで問題を解決している。氷蓄熱は，従来機種の改善により熱源機械の高効率化・省スペース化・省コスト化をはかった新形機種としている。躯体蓄熱は，一般空調機を兼用して建物自体に蓄熱するため，氷蓄熱槽容量・二次側システム容量を低減できる。躯体蓄熱は，蓄熱量を氷蓄熱槽と建物の躯体に配分させることにより，氷蓄熱槽容量を約30％低減できる。また，冷媒自然循環システムは，冷媒搬送動力を必要としない個別分散空調であり，夜間の躯体蓄熱の熱搬送に，その省エネルギー性を発揮する。写真−１建物外観ヒートポンプとその応用 2002．３．No.57 氷蓄熱 ―2― 0 8 全蓄熱システム 22 24時 ―― 実施例 ―― ３−３全蓄熱空調システムの実施計画氷・冷水併用取り出し形空気熱源製氷チラー計画主旨は，夜間電力を最大限に有効活用した全蓄熱冷却能力 250.7kW×３台空調システムを採用し，さらに省エネルギー手法を組み氷蓄熱槽 175„ 合わせることにより，エネルギー消費量および環境負荷空調個別分散形冷媒自然循環システム（VCS），の低減を実現することである。JTBビルの全蓄熱空調シ躯体蓄熱ステムは，システムをバランスよくかつ効率よく実現す換気全熱交換器（外気導入CO2制御，外気冷房），るため，氷蓄熱・躯体蓄熱・冷媒自然循環システムの高蒸気加湿排煙階段加圧防煙システム効率利用，熱負荷の最小化，BEMSによる適正運転管理中央監視機能分散形，BEMS などを効果的に組み合わせる計画としている（図−３）。その他 Hf50Ｗ蛍光灯連続調光（昼光・人感制御），３−３−１躯体蓄熱による冷凍機の高効率運転計画熱源は，氷蓄熱に躯体蓄熱を組み合わせることで，運節水形脱臭便器３−２計画主旨と全蓄熱の位置づけ転安定化および高効率化をはかる計画としている。冬期には，ヒートポンプによる暖房躯体蓄熱の排熱を回収し，本建物は，ビルオーナー，テナント，社会性を満足させるため，テナントビルの事業性をライフサイクルの観氷蓄熱として蓄え，冷暖房が共存するオフィスビルの省点より追求しており，現代社会が求める「環境保全・創エネルギー性をめざしている。夏期には，氷と冷水を併造的な執務環境・安全性」に配慮する計画としている用取り出しするダブルエバポレータ冷凍機の採用により，躯体蓄熱の利用冷水温度を高くすることで，冷凍機（図−２）。 COPを向上する（図−４，写真−２）。溶液・温水の搬送全蓄熱空調システムは，下記の位置づけにより採用しは，ポンプ台数制御による変流量システムとしている。ている。３−３−２躯体蓄熱量の増大計画・夜間電力を最大限に利用することで地球環境保全に躯体蓄熱は，ここ数年間で採用が増えてきているが，配慮その多くは天井内に設置された一般空調機に切り替えダ・氷蓄熱と躯体蓄熱の併用によりイニシャルコストのンパを設置して床スラブに蓄熱する方式である。この方低減を追求式は，天井内の空調機付近で蓄熱するため，天井内の平・電力料金を有効に活用することでランニングコストを低減・ライフサイクルコストと省エネルギーのバランス CLIS -HR HP-1 CLIS -HR CLIS CLIS CLIS CP-1×5 ビルオーナーのために（経済性と企業アピール）氷蓄熱槽 CP-2 社会のために（地球環境保全）テナントのために（創造的執務環境と安全性） HP-2 43℃ 経済性と執務環境に配慮した省エネルギー計画 48℃ CP-3 6℃ 1℃ 図−４熱源フロー図図−２設備計画の考え方氷蓄熱システム熱回収形空気熱源製氷チラー全熱交換器凝縮器躯体蓄熱氷蓄熱槽・外気導入CO2制御・外気冷房・ナイトパージの併用 CO2センサ自然採光室内ユニット高効率Hf蛍光灯・初期照度補正・昼光制御・人感制御冷媒自然循環システム Low-ε ペアガラス外壁の高断熱化蒸発器 BEMSによる運転・運用の最適化図−３全蓄熱空調システムの全体概念写真−２空気熱源ヒートポンプ製氷チラー ―3― ヒートポンプとその応用 2002．３． No.57 ―― 実施例 ―― 空調機冷房用凝縮器 CLISより溶液（還）︵冷蒸房気系流統︶室内ユニット冷風または温風夜昼吹き出し口一体形切り替えダンパ溶液（往）液流︵蒸暖気房流系統︶液流ファン温水（往）温水（還）図−５躯体蓄熱システム概念図暖房用蒸発器図−７冷媒自然循環システム概念図 10.000 1m/sec 断面図 30.000deg 12.00 19.00 19.00 22.00 12.00 15.00 18.00 14.00 18.00 20.00 12.00 13.00 16.00 17.00 17.00 19.0016.00 21.00 21.00 19.00 貸室E系統室内ユニット（シングルコイル）全熱交換器貸室W系統室内ユニット（ダブルコイル）加湿器 PR-NW 21.00 PR-N PR-N PR-N PR-NE 22.00 平面図 13.00 12.00 21.00 15.00 16.00 14.00 13.00 19.00 13.00 23.00 13.00 13.00 15.00 11.00 PR-W IN-N IN-N IN-N IN-N IN-N IN-N IN-N IN-N PR-E 23.00 14.00 12.00 23.00 23.00 PR-SW 14.00 図−６躯体蓄熱シミュレーション例階段室 B 面温度分布が大きく局部的な蓄熱となる。当ビルでは， PS PS PS PS PR-SE 通路自販機コーナー EV WC PS EV WC ホE EV ー V 福祉EV ル PS 附室非EV 階段室 A 図−８基準階の空調ゾーニング床スラブ全体を蓄熱体として有効に活用し，躯体蓄熱量を増大するため，平面的に均一に配置された天井吹き出準じて１系統の冷媒量が過大にならないように計画してし口と躯体蓄熱切り替えダンパを兼用した吹き出し口一いる。室内ユニットは，ペリメータゾーンは38ﬂ単位体形切り替えダンパを開発・実施している（図−５・６）。に冷暖共用ユニットを，インテリアゾーンは55ﬂ単位吹き出し口一体形切り替えダンパは，給気チャンバー・に冷房専用ユニットを設置し，個別温度制御を行っていダクト・制御線をユニット化することで，施工性も合わる。これにより，小単位での温度制御が可能となり，せて向上している。負荷の偏在にフレキシブルに対応できる計画としている。（図−８）均一な蓄熱により，放熱時は躯体表面温度と天井還気温度との差が小さいため，躯体放熱量の時間経過による室内ユニット風量は，躯体蓄熱のメリットである二次減少傾向を緩やかにすることで，放熱効果を空調ピーク側搬送動力の低減効果を得られるように，躯体蓄熱の放時（16：00）まで持続させる計画としている。さらに，躯熱効果が大きいときに弱風量に自動に切り替わる風量ス体蓄熱時は室内ユニット風量を自動でアップさせることテップ制御を行っている。で，躯体蓄熱時の躯体表面熱伝達率を向上している。３−３−４熱源容量を抑える空調負荷の低減計画３−３−３搬送動力の低減計画経済的な全蓄熱空調システムを実現するためには，空調ピーク日の熱負荷を低減して熱源容量を抑えることが氷蓄熱システムと組み合わせる二次側空調システム条件となる。は，氷の低温性を生かした冷媒自然循環システム（VCS：Vapor Crystal System）を採用し，個別分散空調外皮負荷の低減対策として，窓ガラスにLow−εペアを可能にしている。冷媒自然循環システムは，HFC134ａガラスを採用し，空調空気を天上面より給気して窓面ブの冷媒を採用している。（図−７）ラインドボックスより排気することで，ペリメータ熱溜りとコールドドラフトを解消し，室内快適性の向上とペ冷媒自然循環システムの冷房用凝縮器は，すべて屋上リメータ室内ユニットの容量低減をめざしている。に設置して，屋上より下階は冷媒の自然循環力を利用することで，冷房時の溶液搬送ポンプ動力が最小限になる外気負荷の低減対策として，全熱交換器と外気導入よう計画している。凝縮器・蒸発器は，溶液（温水）−冷 CO2制御を採用している。当建物は，執務室を禁煙とし媒プレート形熱交換器を採用し，溶液温度１℃→６℃，て，各階限られたゾーンでの喫煙を徹底しているため，温水温度48℃→43℃とそれぞれ５℃差の設計条件とし執務室内はCO2およびじんあいの１人当たりの発生量がている。少なく，外気導入CO2制御により外気負荷を効率よく低冷媒系統は，１フロア２系統とし，KHK自主基準にヒートポンプとその応用 2002．３．No.57 減している。全熱交換器は，市販メーカー標準品にCO2 ―4― ―― 実施例 ―― 円／Mcal 20 ピークシフト割引蓄熱ピーク調整割引従量料金（夜間）従量料金（昼間）基本料金 100％ 15 電力料金 57％ 10 31％ 5 0 −5 空気熱源氷蓄熱ヒートポンプチラー（昼間追いかけ運転）全蓄熱図−10 電力料金の試算ことで，運転・運用の適正化をはかっている。現地での保守管理支援として，各階に保守用端末接続口を設置し，ビル管理者がハンディ形ノートパソコンを写真−３基準階事務室の照明器具標準インターフェース（BACnet）防災 ICONT 防排煙設備 S 中継器照明 ICONT LC VCS ICONT VCユニット全熱交換器消火設備 S 中継器 LC VCユニット全熱交換器防災設備系携帯して接続することで，ビル点検記録，保守方法など BEMS 中央監視盤照明設備系 VCS系 RS RS （DDC）遠隔データ収集を現地にて確認・記録できる計画としている。また，遠隔データサーバ webサーバーを介して，テナントからの空調操作，ビルオーナーからの課金請求，ビル管理者からの点検お知ら WWW サーバせなどをテナント端末より操作・発信できるように計画テナント端末 T 蒸発器バルブセンサ RS （DDC）している。保守端末 RS （DDC）３−４導入効果の試算テナント端末全蓄熱による電力負荷パターンは，蓄熱運転を行う夜保守端末 T 熱源バルブセンサ空調設備系テナント保守系 T 凝縮器センサ間に電力ピーク負荷が発生するため，蓄熱ピークシフト割引が適用される。この料金制度を適用した場合の電力図−９ビル管理システム概念図料金の試算を行っている。比較対象は，空気熱源ヒートスタットを付加し，VCS室内ユニットと同じ通信制御ラポンプチラー方式（蓄熱なし，各階AHU〈VAV制御〉＋インとすることで施工性を向上している。便所の換気は， FCU方式）と氷蓄熱方式（昼間追いかけ運転，冷媒自然循衛生器具および床面の幅木部分から排気を行い，高効率環システム，躯体蓄熱なし）として，負荷条件は同一と換気により換気量を最小限にすることで，全熱交換器のしている。効率を上げて，換気ファン動力も抑える計画としている。全蓄熱の空調用電気料金は，空気熱源ヒートポンプチ照明負荷の低減対策として，事務所の照明は高効率器ラー方式（蓄熱なし）に対して69％低減，氷蓄熱方式（昼具Hf50Ｗの連続調光器具を採用し，北面窓からの安定間追いかけ運転）に対して45％低減できる試算結果となした昼光の利用と適正照度補正する照度センサによる連る（図−10）。全蓄熱システムのイニシャルコストは従続調光制御を行い，さらに在室検知によりゾーンごとの来方式より約20％高くなるが，単純償却で３∼５年の照度制御を行うことで，大幅なエネルギーを削減する計回収となる。画としている（写真−３）。また，事務所の基準照度は４．おわりに 500lxであり，テナントの要望により700lxまで調光可能な計画としている。エネルギーを使う建物側において，蓄熱のメリットを３−３−５ BEMSによる全蓄熱の運用サポート計画最大限に生かした全蓄熱空調システムの実施事例について紹介した。 BAシステムは，システムの統合化とオープン化として，BACnetプロトコルによる構成としている（図−９）。当事例では，ライフサイクル，安全性，地球環境への自動制御は，中央監視と統合したDDC方式としている。配慮などを含めたオフィスビルの事業性の追求として，また，中央監視によるデータ統合管理と通信標準化をめ全蓄熱空調システムを計画・実施している。運用を開始ざして，熱源コントローラ，冷媒自然循環システム集中して間もないので，計画の妥当性を検証するデータ等を制御コントローラはBACnetプロトコル対応としている。蓄積中であるが，今後も継続してフォローし，データをビル管理システムは，運用管理の効率化と適正化をめ公開することで，建物でのエネルギー利用計画の一事例ざして，ライフサイクル管理，運転性能検証をサポートとして少しでも役立てば幸いである。するBEMSを構築している。BEMSは，全蓄熱空調シス JTBビルの計画・設計・施工にあたり，多大なご協力テムのトータル運転管理サポートを目的としており，運をいただいたñJTBエステートをはじめ，建設に携わっ転状況，エネルギー消費量の予測値との比較などを行うた関係各位の皆さまに，厚くお礼申しあげます。 ―5― ヒートポンプとその応用 2002．３． No.57