既存建築物の暖房期の消費エネルギー管理に関する研究前原研究室 09513 絹見健太郎 1．研究背景現在、既存建築物のエネルギー消費量の削減が重要な課題となっている。学校施設でも省エネルギー化のために空調機の室温設定や運転時間の管理など環境負荷を削減する取り組みが行われている。これまでに建築学科棟空調機の冷房時の特性解析と省エネルギー対策の検討を行った。差[kJ/kg] V：ファン風量[㎥/ｓ] ρ：空気密度＝1.2[kg/㎥] E：消費電力[kw] Q₀：定格暖房能力[kw] ただし、待機電力などの運転時以外に発生する消費電力量を除外した。 2．研究目的本研究では暖房運転時の性能評価と省エネルギー対策の評価を行う。実測データに基づき暖房時の COP（成績係数）を求める。さらに LCEM ツールを用いて暖房時の 2 重サッシ化、温度設定値制限また、室内機の変更などケース設定を行ない省エネルギー効果等を検討する。 COP[-] 4 3 2 1 0 0 0.5 1 3．LCEM ツール LCEM とは、ライフサイクルエネルギーマネジメントの略で建築物の消費エネルギーを「ライフサイクル全体で」管理することである。LCEM ツールとは国土交通省が無料配布している LCEM の手法を実現するために開発されたフリーソフトである。Excel の知識があれば使用することができる。図 1 から COP の値が定格 COP3.34 に比べて小さいことが読み取れる。このことから現在のアトリエの暖房時の空調機の運転効率が良くないことがわかる。 4．実測概要米子高専建築学科棟 2 階に設置されているマルチ型空調システムを対象に解析を行う。1 台の室外機に対してアトリエに室内機 2 台、教員室に 6 台、コラボレーションゾーンに 1 台の計 9 台の室内機で構成されている。室外機の吹き出し口（3 か所）・吸い込み口の温度（3 か所）、吸い込み口の相対湿度（1 か所）、消費電力量の測定を行なった。温湿度は 10 分間隔で測定を行なっている。 6．省エネルギー対策の評価まず、LCEM ツールで計算を行なう上で必要となる入力数値として室負荷は負荷計算ソフト micropeak による計算値、気象条件は拡張アメダスのデータを用いた。部分負荷消費電力補正値（補正値）は実測値と LCEM ツールに組み込まれている標準値に大きな誤差があり、より正確な結果を求めるため実測値を使用した。図 2 は補正値が大きいと消費電力も大きくなることを表す。負荷率[-] 図1 47 実測値標準値 1.5 補正値[-] 5．解析概要本研究では、平成 24 年 12 月 1 日～平成 25 年 3 月 31 日までの実測データを使用した。3 台の室外機の吹き出し口・吸い込み口の温度、吸い込み口の相対湿度、消費電力量の測定結果をもとに COP、負荷率の実測値を求めた。負荷率μ、COP （成績係数）は以下の式を用いて算定を行なった。 μ＝P/Q₀ COP＝P/E P=（hai-hao）×V×ρ+E P：暖房能力[kw] hai-hao：吸い込み・吹き出し比エンタルピー COP と負荷率の関係 1 0.5 0 0 0.2 0.4 0.6 負荷率[-] 図 2 負荷率、補正値の関係 0.8 1 図 3 は電力消費量の実測値と LCEM 計算値を示している。計算期間は 12 月 1 日～3 月 31 日とし、空調機の土日停止の場合、長期休暇の運転判定を室内機の吸い込み・吹き出し口の温度差から考慮した場合を示す。土日停止のみに比べ、長期休暇を考慮したとき実測値をよく再現している。 3 月は室内機データに 18 日間欠値があり、停止が確認できない日は運転としているため誤差が大きい。実測値を LCEM を用いて再現するためには、室内機運転の判定できるデータが必要であることがわかる。電力消費量[kWh] 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 case1 cace2 case3 case4 case5 図 5 電力消費量実測値計算値（土日停止）表 1 に示した 5 つのケースを長期休暇を考慮して LCEM を用いて計算した。図 4 を見ると Case2 から室温設定を上げると室負荷が上がること、 Case3 から 1 重窓にするとさらに室負荷が上がること、Case4・Case5 から室内機を変更すると未処理負荷を処理できることがわかる。図 5 から Case3 の消費電力が大きいことがわかる。これは負荷率の値が 0.25 以上であり補正値が変化し消費電力量が上がったと推察した。Case4・Case5 は共に 2％程度の消費電力の増加となった。計算値（長期休暇考慮）電力消費量[kWh] 2000 1500 1000 500 0 12月 1月 2月 3月図 3 電力消費量 7．まとめ今回のシミュレーションから、現在のアトリエの暖房期の空調機は室負荷を処理しきれていないことがわかった。既存の室内機と同等のファン消費電力を持つ暖房能力の高い室内機を取り入れることで、2%程度の消費電力の増加で未処理負荷をなくすことができる。室外機吹き出し口、吸い込み口の温湿度データと室内運転判定と LCEM を用いて、改修時の機種変更の効果を推定することができる。表 1 ケース設定 Case1(現アトリエ) Case2 Case3 Case4 Case5 室温設定 22℃ 24℃ 22℃ 22℃ 24℃ 処理負荷窓 2重窓 2重窓 1重窓 2重窓 2重窓暖房能力 2.5kW 2.5kW 2.5kW 4.0kW 4.0kW 未処理負荷参考文献 1)永峯章・高草木明・成實悠樹・吉野大輔「東洋大学の４箇所のキャンパスにおけるエネルギー消費量に関する調査研究」日本建築学会環境系論文集 2010 年７月 2)梛原勝・川瀬貴晴・瀧巌・田原雄一郎「小規模建築のエネルギー消費および温熱環境に関する研究」日本建築学会環境系論文集 2012 年 4 月室負荷[kWh] 2500 2000 1500 1000 500 0 cace1 cace2 cace3 cace4 cace5 図 4 各ケース室負荷積算 48