── 実施例 ── 六合エレメック本社ビル〜中小規模オフィスにおける省エネルギーを阻む課題を解決する『エコモデル』の提案〜㈱日建設計　設備設計部　田　中　宏　明 ■キーワード／潜熱蓄熱・放射冷房・ヒートポンプ・自然換気・エネルギーマネジメント排煙設備　自然排煙１．はじめに自動制御　自然換気制御，太陽集熱制御，放射冷暖房制御六合エレメック本社は，『中小規模オフィスビルにおけ中央監視　太陽光発電モニターを利用したエネルギーマネジメントシステムるエコモデル』の実現をめざして建設された延床面積 1,100㎡ 4階建てのオフィスビルです。低炭素化社会の実現には，ストックが多く省エネの取り組みが十分でない中小規模オフィスビルの省エネルギー促進が急務であり，３．環境・設備計画３－１　中小規模オフィスにおける省エネルギーの現状と課題これは業務部門挙げての重要課題です。六合エレメック本社ビルでは，中小規模オフィスビル特有の省エネルギー図－１にエネルギー・経済統計要覧および非住宅建築を阻害する課題に対して３つの解決策を提案しました。物の環境関連データベースDECC等の公表値から類推した業務建築部門の用途別床面積と１次エネルギー消費量を示す。国内における5,000㎡未満の中小規模オフィスビルの業務建築部門における床面積比率は約16％，エネルギー消費比率は10％弱を占める。中小規模オフィスビルのストックとエネルギー消費量は大きく，業務部門の温暖化対策にはその省エネルギー化は必須の課題である。業務部門業種別床面積事務所2,000㎡未満 5,000㎡未満 10.4% の事務所比率事務所2,000∼5,000㎡約16% 5.2% 劇場娯楽場２% 病院その他６% 11.9% ホテル旅館５% 事務所5,000㎡以上 10.4% 学校卸小売 20% 飲食店 24% ４% 写真－１　北側建物外観２．建物概要１次エネルギー消費量の比率２－１　建築概要建築主　六合エレメックその他 17.4% 劇場娯楽場 3.2% 所在地　愛知県名古屋市東区白壁三丁目病院 12% 建物用途　事務所敷地面積　527.02㎡デパート，スーパー１% 事務所2,000㎡未満 5.3% 5,000㎡未満事務所2,000∼5,000㎡の事務所比率約9.2% 3.9% 事務所5,000㎡以上 10.1% 卸小売 19% デパート，スーパー２% ホテル旅館学校飲食店 11% ７% ９% 延面積　1,155.33㎡図－１　業務部門業種別床面積と１次エネルギー消費量の比率主体構造　鉄骨造階　数　地上４階図3−９−１設計監理　㈱日建設計中小規模オフィスでは大規模オフィスとは異なる省エ施　工　㈱竹中工務店ネルギーを阻む特有の課題がある。六合エレメックで取評価分析　名古屋大学大学院　奥宮正哉，飯塚悟り組んだ空調設備技術にかかわる課題を以下に示す。（図－２）竣工年月　2011年12月課題①　立地の制約や建物高さが低いため自然換気を効２－２　設備概要率的に利用できない空調設備　電気式マルチ型空冷ヒートポンプパッケージ，中小規模オフィスは，総じて敷地面積が小さいため隣 PCM組込型放射冷房システム換気設備　全熱交換器＋空気汚れセンサによる外気量制御，集風ウォール＋PCM活用型自然換気システムヒートポンプとその応用　2014．11．No.88 棟間隔が狭い場合が多く，自然換気を効果的に利用できる場所に換気窓を配置できない場合が多い。また，低層 ─ 38 ─ ── 実施例 ── の建物となる場合が多く，給気開口と排気開口の高低差が小さいため浮力換気の効果を期待しづらい。課題②　利用可能な省エネルギー方策が限定的である中小規模ビルは，省エネメニューの豊富な中央熱源を採用できる規模ではないため，個別分散空調方式を採用する場合が多く省エネメニューが少ない。このため省エネルギー性能を個別分散空調機の単体性能に頼っているのが現状である。課題③　エネルギーマネジメントが十分でない中小規模ビルでは，大規模ビルに比べて建築設備の監視・制御のIT化が遅れており，マネジメントで省エネルギーをはかりづらい。加えて，専門家でない執務者が運転管理を行う場合が多く，エネルギーマネジメントを十分行うことができない。写真－２　エコウォール内部＜PCM活用ソーラーチムニー＞ PCMの調温効果により夜間の浮力換気を促進北側換気窓東側換気窓図－２　３つの課題解決策３－２　課題解決策①　自然換気促進策『集風ウォール＋PCM （潜熱蓄熱材）活用型自然換気システム』＜集風ウォール＞北西の卓越風を集めて風力換気効果を促進図－３　自然換気フロー図図３−９−３戸建住宅が近接し間口が限られた低層オフィスにおい集風ウォールて自然換気を促進させるために，集風ウォールにより立地の制約を解消し風力換気効率を向上させ，PCM活用ソーラーチムニーにより浮力換気を促進させる自然換気システムを採用した。（写真－２，図－３）北西風北側換気窓東側換気窓 ⑴　風力換気効果を高める集風ウォール建物東側には『高さ11ｍ×長さ24ｍの集風ウォール』を設け，中間期と初夏の北西風を建物東側に導き十分な開口面積を有する東側換気窓から室内全域へ自然風を取り込む計画とした。東面から自然風を取り込むこ東側換気窓オフィス東側換気窓とで，間口に設置した北面換気窓だけでは不足する開口面積を補い，かつオフィス全域へ自然風が行き渡るようになるため，自然換気を効果的に利用できるよう天井パス（廊下へ）になる。東側カーテンウォールを『のこぎり形のかたち』にすることで，集風ウォールの通過風に対し給気口を正面向きに設け風力換気の効果を向上させた。 N PLAN 階段室上部へ図－４　自然換気ルート（平面図）（図－４） ─ 39 ─ 図３−９−４ヒートポンプとその応用　2014． 11． No.88 ── 実施例 ── ⑵　浮力換気効果を高めるPCM活用ソーラーチムニー数が３回/h程度多くなり，昼で16〜17回/h，夜間で階段室天井をトップライトにしてソーラーチムニーも15回/h以上の換気回数を確保でき効率の高い自然として利用することで浮力換気を促進させ，さらにチ換気性能を発揮している。（図－５・６）ムニー内にPCMルーバーを設置して，朝から昼過ぎまでの太陽熱を蓄熱し夕方から夜間にかけて放熱することで夕方以降の浮力換気を促進させる。PCMを設置しない場合に比べて，昼間のチムニー内空気温度は低くなり浮力換気効果は減少するが，外気とオフィス室温の温度差が大きくなる夕方以降に浮力換気を促進させることで日合計の自然換気効果を高めることが狙いである。特に，６月〜初夏には，昼間に外気温が室温より高くなり自然換気を利用できない時間が多くなるが，PCMを活用することで昼に蓄熱した太陽熱を夜間の自然換気に有効利用できるようになり，省エネ図－６　PCM表面サーモ画像ルギー性能が向上する。PCMの融解温度は32℃とし３－３　課題解決策 ②　空調省エネメニュー拡大策ている。（写真－３）『PCM （潜熱蓄熱材）組込型　空気対流式放射冷房システム』中小規模ビルでは，個別分散空調機を採用する場合が PCM組込ルーバー多いため利用可能な省エネルギーメニューが限定的であり，採用している空調の省エネ手法が全熱交換器のみであるというビルも多く，省エネルギー性能を個別分散空調機の単体性能に頼っているのが現状である。汎用の排気窓パッケージ空調機にさまざまなアレンジを加えることで快適性と省エネ性を高めることができれば，事業者や設計者が目的に応じて省エネルギー性能を選択することができ，中小規模ビルの省エネルギー化に一役買うことができる。六合エレメック本社ビルでは，汎用パッケージ空調機をそのまま使うのではなく，PCMと放射冷房を組み合わせることで快適性・節電空調システムへ発展させた。（図－７）写真－３　PCM活用ソーラーチムニー ⑴　提案システムの概要 2013年５月の実測結果より，３階オフィスの自然換クールビズの普及にともない室温設定を28℃にする気回数は昼に最大14回/h，日射量が少なくなる17時運用が定着しつつあるが，室温を高くした分，風速，でも12回/hの換気回数を確保でき，夕方以降も昼間と放射，湿度の温熱３要素を適切に制御して熱的快適感同等の換気回数を達成できることを確認した。２階のを確保する必要がある。本計画では『放射』に着目しオフィスでは浮力換気効果が増える分３階より換気回て図－７に示すパッケージ空調機を利用した空気対流式放射冷房を提案した。天井パンチングパネル一体の２階自然換気流入風量（回/h） 20 18 7,000 16 6,000 5,453 5,330 4,866 4,736 4,898 14 5,000 12 5,319 5,234 4,919 4,767 4,315 4,000 10 17.7 17.0 17.3 17.3 8 3,000 15.8 15.5 15.9 15.4 16.0 6 2,000 14.0 4 1,000 2 0 − 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 （h）時間（㎥/h） 8,000 換気回数図３−９−５ヒートポンプとその応用　2014． 11．No.88 RA 換気回数２階自然換気流入風量図－５　自然換気実測結果（２階） ▽FL 空冷パッケージ SA 冷暖切り替えダンパ天井チャンバ △天井 SA アネモ吹出口 PCM組込SAチャンバ（天井アルミパンチング） ▽FL 図－７　空調システムフロー図 ─ 40 ─ 図３−９−７ ── 実施例 ── SAチャンバ内に空調空気を送風しパンチングパネル＝24℃，PMV＝0〜0.2の快適な温熱環境を実現できる表面を冷却しながら微風速で吹き出すことで，パネルことを確認した。図－９に７/24㈫9：00〜11：00のサー表面からの冷放射効果により27〜28℃の室温でも暑さモオフする時間帯の実測結果を示す。9：00過ぎに室を軽減でき，かつドラフトのない室内環境を実現でき温が25℃まで下がると冷房モードからサーモOFFにる。さらにSAチャンバにPCMを組み込むことで快切り替わり，吹出温度は10：00までの間に13℃から適性と省エネルギー性のさらなる向上をめざした。 22.0℃まで９℃も上昇する。この間，PCMの表面空気（写真－４，図－８）温度はパッケージ吹出温度より低くなり，PCMから特徴①　PCMの調温効果を利用して冷放射パネル表の冷放熱＋送風運転により室内温熱環境を維持する状面温度の変動を抑えることができるため，吹出空気温態になる。室温はサーモオフ後に上昇し10：00に28℃ 度の変動が大きいパッケージ空調機でも安定した冷放になると冷房モードに戻るが，サーモオフ時間帯中，射効果を得ることができる。PCMの融解温度は放射放射パネル表面空気温度は18〜24 ℃，MRTは22〜冷房効果を考慮し20℃としている。太陽集熱に使う場 27℃となり，おおむね冷放射効果を持続できていた。合と冷房に使う場合で融解温度を変えている。 9：50〜10：20の30分間には，PMVは0.5を超え最大特徴②　PCMの蓄熱効果を利用して，低負荷時には PMV＝0.85，PPD（執務者の予想不満足）まで大きくな送風運転とPCMからの放熱のみで室温をある程度維るが，冷放射効果がない場合を模擬した計算結果持できるようになる。これにより，効率の低い低負荷（MRT＝室温として計算）ではPMV＝1.2，PPD＝37％の運転時間を短縮することができ省エネルギーをはかとなることから，提案方式によりサーモオフ時のPPD ることができる。（不満足率）を半減できている。 30 （℃） PCM組み込み放射パンチングメタル 28 室温 PCMによる冷却効果 26 温度 24 放射パネル表面空気温度 22 2.4℃低下 20 放射パネルSAチャンバ 18 16 PCM表面空気温度 14 12 9：00 パッケージ吹出温度 9：30 10：00 時刻 10：30 11：00 図－９　PCMの冷房効果実測値図３−９−９３－４　課題解決策③　EMS促進策『汎用モニターのカスタマイズ化によるEMS構築』 ⑴　太陽光発電パネル汎用モニターを利用したEMS （エ写真－４　放射パネル天井ネルギーマネジメントシステム）中小規模オフィスでは制御や監視項目が少ないた SAダクト接続口150φ×２め，コストのかかる中央監視装置を設置する事例は少ない。このため，エネルギーマネジメントに利用できるデータは，もっぱら月別の電気や都市ガス使用量等カット面⑴ に限定され，システムの性能検証に必要な用途別・時刻別のデータを入手することができない。この現状をふまえ，本計画では太陽光発電パネルに標準装備されるデータ収集装置に用途別・時刻別電力消費量の収集 PCM平板機能を付加させることで，コストの増加を抑えてエネ ▲放射パンチング天井面表面⑴ ルギーマネジメントを行える簡易EMSを構築した。さらに，省エネルギー効果を分かりやすく伝えるため図－８　PCM組込型SAチャンバ内部の温度風速分布 ⑵　性能実証結果に，「エコパネル」と称した設計者自作によるオリジ図３−９−８ナルのエコ画像を映す見える化モニターをエントラン 2012年７月の実測結果より，室温27℃の時にMRT ─ 41 ─ スホールに設置した。（図－10）ヒートポンプとその応用　2014． 11． No.88 ── 実施例 ── 図－10　オリジナルエコパネル ⑵　デザイン・エコパネル＆デザインタンクによる見え６ａ　全景る化憩いの場である屋上テラスに設置した「雨水貯留デザインタンク（写真－６ａ，６ｂ，６ｃ）」や，執務者に自然換気を利用できる外気条件であることを知らせる「自然換気エコランプ（写真－５）」，エネルギー消費状況の把握と省エネルギーの取り組みを説明するために１階エントランスに配した「エコパネル」，コーポレートカラーであるグリーンで彩られた「エコウォール」など，「見せる環境デザイン」の採用により，環境配慮の姿勢を社内外に積極的にアピールしている。６ｂ　雨水タンク写真－５　自然換気エコランプ６ｃ　ポンプ写真－６ａ，６ｂ，６ｃ　雨水利用の見える化４．エネルギー消費量実績 1,300MJ/㎡年と比べて40％の削減実績を達成した（図－ 2012年１月〜12月の年間１次エネルギー消費量は 11）。太陽光発電による年間発電量は6,150kWh/年（１次 791MJ/㎡年となり，DECCデータベースで公表されてエネルギー消費量で54MJ/㎡年）であり，建物全体の電いる2,000㎡未満の民間小規模オフィスビルの平均値力消費量の約６％を節電した。ベースライン① 省エネセンター５．おわりに 1,737 ベースライン② DECC 六合エレメック本社ビルは中小規模低層オフィスにお 1,300 ける省エネルギーを阻む課題を解決する『エコモデル』六合エレメック初年度実績 500 空調省エネルギーメニュー拡大策，③エネルギーマネジ 40% 791 0 の実現をめざした環境建築です。①自然換気促進策，② 36% 1,112 設計目標値 1,000 54% 1,500 １次エネルギー消費量図－11　年間１次エネルギー消費量実績比較図３−９−11 ヒートポンプとその応用　2014．11．No.88 メントシステム促進策，の３つの課題解決策を提案し， 2,000 （MJ/㎡年）１次エネルギー消費量40％の削減率を達成しました。ご支援をいただきました多くの方々に感謝の意を表するとともに，紙面を借りて厚く御礼申しあげます。 ─ 42 ─