Comments
Description
Transcript
建築設備の省エネルギー計算
須賀 TECHNICAL 技術報告 REPORT■NO.30694 建築設備の省エネルギー計算 ● ＰＡＬ/ＣＥＣ基準の計算と 空調システムシミュレーションについて 須賀工業株式会社 SUG A TECHNIC AL REPORT NO.30694 はじめに わが国のエネルギー消費量は、昭和 48 年及び昭和 54 年の 2 度にわたる石油危機を契機に「エネルギー の使用の合理化に関する法律」 (以下「省エネルギー法」という。) に基づく種々の省エネルギー対策が推 進されたことにより、ほぼ横ばい傾向にありました。しかし昭和 62 年度以降、総エネルギー消費量の約 4 分の 1 を占める家庭用・業務用などの民生部門において、エネルギー消費量の伸びが顕著になってきてい ます。今後も住環境の水準の向上に伴い、さらに需要が増大するものと思われ、省エネルギー対策をより 一層推進する必要があります。 一方、近年新たに、オゾン層の破壊、地球温暖化などの地球規模での環境問題がクローズアップされて います。その中で、地球温暖化の主たる原因とされる二酸化炭素の排出の抑制が国際世論として強く求め られており、その原因となる化石燃料の使用を削減するために、さらに省エネルギー対策を推進すること が大きな課題とされています。 このような状況のなか、平成 5 年 3 月 31 日「省エネルギー法」の一部改正等を骨子とする「エネルギー 需給構造高度化のための関係法律の整備に関する法律」が公布され、省エネルギー法を強化・拡充されま した。この時、省エネルギー法で対象とするエネルギー用途が空調用だけから、照明用、給湯用、換気用、 エレベーター用と拡大され、省エネルギー基準に対しても５種類のエネルギー用途が追加されました。ま た、平成 11 年 3 月に「建築物に係わるエネルギーの使用の合理化に関する建築主の判断の基準」が改正さ れ、基準値の強化および対象建築物の用途が追加されています。 そして、京都議定書の発効を受けて、平 成 17 年８月に省エネルギー法の改正が行われ、一定規模以上の建築物を新築（増・改築を含む）する場合 に加え、大規模修繕等を行う場合の省エネルギー措置の届出と定期報告が義務づけられました。 このように、建築計画に携わる設計・施行者等に対しても、建築物の建築・使用段階における環境負荷 の低減、エネルギーの効率的な利用のために、これらに関する知識及び技能の向上が強く求められていま す。 そこで当社においては、設計、特に基本計画の段階での省エネルギー計画を積極的に推し進めるため、 これらの検討に役立てることを目的に、 「省エネルギー法」に基づいて公表されている、省エネルギーの判 断基準としての指標「年間熱負荷係数(PAL)」及び「設備システムエネルギー消費係数(CEC)」の計算プロ グラムを、また空調設備の計画段階において、その計画設備システムのエネルギー消費量の分析や年間経 常費の算出等の要求に対応するため、これらの計算を行う計算プログラム「空調システムシミュレーショ ン」を開発し、その空調設備の省エネルギー性、経済性を評価するための指標として活用しています。 本書では、 「省エネルギー法」に基づき制定されている建築物の省エネルギーに関する判断基準の概要を 簡単に解説し、その利用法について、また当社の「空調システムシミュレーション」の概要についてご紹 介します。 須賀工業株式会社 須賀工業株式会社 SUG A TECHNIC AL REPORT NO.30694 目 1. 2. 次 建築物の省エネルギー基準 1.1 省エネルギー性能評価の概要 1.2 性能規定による省エネルギー基準 1.3 仕様規定による省エネルギー基準（通称“ポイント法”） 1.4 大規模修繕等における省エネルギー性能の評価 1.5 ＰＡＬ・ＣＥＣ計算の利用法 ・・・ ・・・ ・・・ ・・・ ・・・ 1 2 5 7 9 空調システムシミュレーション 2.1 プログラム利用の目的 2.2 計算プログラムの概要 2.3 計算例 ・・・ ・・・ ・・・ 10 10 11 須賀工業株式会社 SUG A TECHNIC AL REPORT NO.31194 1. 建築物の省エネルギー基準 建築物の省エネルギーに関する法律としては、 「エネルギーの使用の合理化に関する法律」いわゆ る「省エネルギー法」があります。 その中で、平成 15 年および平成 18 年にその一部が改正された「建築物に係わるエネルギー使用の 合理化に関する建築主の判断の基準」の概要を、その改正内容を中心に簡単に解説し、判断基準とし ての指標である「年間熱負荷係数(ＰＡＬ:Perimeter Annual Load factor)」及び「設備システムエネ ルギー消費係数(ＣＥＣ:Cofficient of Energy Consumption)」について説明します。 1.1 省エネルギー性能評価の概要 平成 14 年の 6 月に省エネルギー法が改正され、建築主は建築物の省エネルギー措置に関する届出を 義務づけられることになり、この法改正に関連して省エネルギー基準も改正されることになりました （平成 15 年 2 月告示） 。 その主要な改正点の一つは、住宅を除く床面積が 2000 ㎡以上の全用途の建物に対して、当該建築物 の新築・増改築時の省エネルギー措置（省エネルギー計画書）に関して、所管行政庁への届け出が義 務づけられたことです。また、建築物の省エネルギー性を評価し、省エネルギー基準に関わる適否を 判定する評価方法が策定されました（通称「ポイント法」と言われ、床面積が 5,000 ㎡以下の建物に 対してのみ適用が出来ます）。 このように、省エネルギー基準は、 「年間熱負荷係数(ＰＡＬ)」と「設備システムエネルギー消費係 数(ＣＥＣ)」を用いた｢性能型の基準｣か、建物や設備の仕様を判断の根拠とした「仕様型の基準」の どちらか一方を選択し、当該建物の省エネルギー性を判定します。 （表 1.1 参照） 表 1.1 項 建築物（非住宅）の省エネルギー基準の構成 目 性能規定による判断方法 仕様規定による判断方法 １．外壁・窓等を通しての熱 損失の防止 PAL≦判断基準値 ﾎﾟｲﾝﾄ≧100 ２．空気調和設備に係るエネ ルギーの効率的利用 CEC/AC≦判断基準値 ﾎﾟｲﾝﾄ≧100 *1 ３．機械換気設備に係るエネ ルギーの効率的利用 ４．照明設備に係るエネルギ ーの効率的利用 すべての 規模に適 用できる CEC/V≦判断基準値 CEC/L≦判断基準値 延べ床面積 が 5000 ㎡以 下の建物に 適用できる ﾎﾟｲﾝﾄ≧100 ﾎﾟｲﾝﾄ≧100 ５．給湯設備に係るエネルギ ーの効率的利用 CEC/HW≦判断基準値 ﾎﾟｲﾝﾄ≧100 ６．昇降機設備に係るエネル ギーの効率的利用 CEC/EV≦判断基準値 ﾎﾟｲﾝﾄ≧100 *1 分散型システム(パッケージ方式)のみ適用可 この建築物の省エネルギー性に関する評価は、住宅を除く床面積が 2000 ㎡以上の全ての建物が対象 となり、対象建築物を新築・増改築する時には省エネルギー基準を満足するように計画する必要があ ります。 なお、性能規定における判断基準値は、建物のエネルギーの使用状況に応じて分類された用途ごと 1 須賀工業株式会社 SUG A TECHNIC AL REPORT NO.31194 に定められており、この用途は、「ホテル等」、「病院等」、「物品販売業を営む店舗等」、「事務所等」、 「学校等」、「飲食店等」、「集会場等」、「工場等」の８種類に区分されています。参考に、各用途区分 に該当する建物の具体例を表 1.2 に示します。 表 1.2 建物の用途区分 用途の区分 1.2 具 体 例 ホテル等 ホテル等とは、ホテル、旅館その他エネルギーの使用状況に関してこれらに類す るものをいう 病院等 病院等とは、病院、老人ホーム、身体障害者福祉ホームその他エネルギーの使用 状況に関してこれらに類するものをいう 物品販売業を 営む店舗等 物品販売業を営む店舗等とは、百貨店、マーケットその他エネルギーの使用状況 に関してこれらに類するものをいう 事務所等 事務所等とは、事務所、税務署、警察署、消防署、地方公共団体の支庁、図書館、 博物館、郵便局その他エネルギーの使用状況に関してこれらに類するものをいう 学校等 学校等とは、小学校、中学校、高等学校、大学、高等専門学校、専修学校その他 エネルギーの使用状況に関してこれらに類するものをいう 飲食店等 飲食店等とは、飲食店、食堂、喫茶店、キャバレーその他エネルギーの使用状況 に関してこれらに類するものをいう 集会場等 集会所等とは、公会堂、集会場、ボーリング場、体育館、劇場、映画館、パチン コ屋その他エネルギーの使用状況に関してこれらに類するものをいう 工場等 工場等とは、工場、畜舎、自動車車庫、自動車駐車場、倉庫、観覧場、卸売市場、 火葬場その他エネルギーの使用状況に関してこれらに類するものをいう 性能規定による省エネルギー基準 1.2.1 年間熱負荷係数(ＰＡＬ)と設備システムエネルギー消費係数(ＣＥＣ)の考え方 省エネルギーに関する判断基準としての指標「年間熱負荷係数(ＰＡＬ)」及び「設備システムエネ ルギー消費係数(ＣＥＣ)」の考え方と求め方についてその概要を説明します。なお、ここで「設備シ ステム」としては前述したように「空気調和設傭」、「機械換気設備」、「照明設備」、「給湯設備」、「昇 降機」の 5 種類に分けられます。 (1) 年間熱負荷係数(PAL) 建築物の外壁、窓等を通しての熱の損失の防止に関する指標です。年間熱負荷係数(PAL)を式で表 すと次式のようになります。 ＰＡＬ＝ ぺリメータゾーンの年間熱負荷(MJ/年) ぺリメータゾーンの床面積(㎡) ここでいうぺリメータゾーンとは、外壁、窓等を通して外界の気象条件の影響を受ける建築物の 内部空間のことで、地下階を除く各階の外壁中心線から水平距離 5m 以内の屋内の空間と屋根の直下 の階の屋内空間及び外気に接する床の直上の屋内空間をいいます。 また、年間熱負荷とは、建物用途毎に建物使用(空調)時間の標準スケジュールを設定し、この間 に生じる暖房負荷と冷房負荷を年間積算したものです。従って、空気調和設備の現実の運転スケジ 2 須賀工業株式会社 SUG A TECHNIC AL REPORT NO.31194 ュールとは関係なく、上記の設定時間にペリメータゾーンに生じる負荷を計算することになります。 この時に考慮する熱としては、外壁、窓等からの貫流熱、日射熱、ペリメータゾーンの内部発生熱 及び取入れ外気と屋内空間との温度差により取得または損失する熱の 4 つです。 この年間熱負荷係数(PAL)の値が、建物用途別に設定された判断基準値にその建物の建物規模によ って得られる補正値を掛けて求めた値以下になるように、外壁、窓等の断熱化、日射の遮へい等を 工夫することが求められています。 (2) 空調エネルギー消費係数(CEC/AC) 建物の空気調和設備に係わるエネルギーの効率的な利用を評価するための指標で空調エネルギー 消費係数(CEC/AC)を式で表すと次式のようになります。 ＣＥＣ／ＡＣ＝ 年間空調消費エネルギー量(MJ/年) 年間仮想空調負荷(MJ/年) 年間空調消費エネルギー量とは、空気調和設備が１年間に消費するエネルギー量のことで、空気 調和設備の定格入力値に全負荷相当運転時間を掛けて求めた値のことをいいます。ここでいう全負 荷相当運転時間は、対象設備がある固定条件のもとで、年間に定格運転時の入力で何時間運転され るかを示す値です。この値は、対象とする設備機器の用途や建築物の所在地等により異なり、さら にその設備機器に対して省エネルギー手法を採用することにより変化します。 年間仮想空調負荷とは、建物用途やその所在地別に設定された固定条件のもとで、空調負荷を仮 想計算したものを年間積算したものです。 従って、この値が小さいほど、その空気調和設備のエネルギー利用効率は良いことになります。 (3) 換気エネルギー消費係数(CEC/V) 建物の空気調和設備以外の機械換気設備に係わるエネルギーの効率的な利用を評価するための指 標で換気エネルギー消費係数(CEC/V)を式で表すと次式のようになります。 ＣＥＣ／Ｖ＝ 年間換気消費エネルギー量(MJ/年) 年間仮想換気消費エネルギー量(MJ/年) 年間換気消費エネルギー量とは、換気設備の動力に、各設備の運転時間と省エネルギー制御を行 う場合はこの効果に応じた係数を掛けて求めた値をいいます。 また、年間仮想換気消費エネルギー量とは、設計換気風量を処理するために必要な標準的な年間 消費エネルギー量のことで、建物全体の換気量に対して、全圧損失、送風機効率、伝達装置効率、 余裕率をほぼ標準的な値に設定した場台の送風機軸動カ容量を計算し、それに年間運転時間を掛け て求めた値をいいます。 従って、この値が小さいほど、その機械換気設備のエネルギーが効率的に利用されていることに なります。 (4) 照明エネルギー消費係数(CEC/L) 建築物に設置される照明設備に係わるエネルギーの効率的な利用を評価するための指標で照明エ ネルギー消費係数(CEC/L)を式で表すと次式のようになります。 3 須賀工業株式会社 SUG A TECHNIC AL REPORT NO.31194 ＣＥＣ／Ｌ＝ 年間照明消費エネルギー量(MJ/年) 年間仮想照明消費エネルギー量(MJ/年) 年間照明消費エネルギー量とは、照明設備システムが１年間で実際に消費すると予想されるエネ ルギー量のことをいいます。 仮想照明消費エネルギー量とは、一定レベルの照明環境を確保するために現在の社会情勢や技術 水準からみて最低限必要と想定される標準的な照明消費エネルギー量のことをいいます。 従って、この値が小さいほど照明設備に係わるエネルギーが効率的に利用されていることになり、 計画される照明設備のエネルギー量の妥当性を評価することになります。 (5) 給湯エネルギー消費係数(CEC/HW) 建築物に設置される給湯設備に係わるエネルギーの効率的な利用を評価するための指標で給湯エ ネルギー消費係数(CEC/HW)を式で表すと次式のようになります。 ＣＥＣ／ＨＷ＝ 年間給湯消費エネルギー量(MJ/年) 年間仮想給湯負荷(MJ/年) 年間給湯消費エネルギー量とは、各種用途で必要となる温度・量の湯を実際の給湯システムで供 給する場合に必要となる熱量を年間積算した値をいいます。ここでは、後述する仮想給湯負荷と同 様の考えで求められる給湯負荷に、給湯配管や貯湯槽等からの損失熱損及び循環ポンプ等の運転動 力のエネルギー量を加算することによって求めます。 仮想給湯負荷とは、必要となる温度・量の湯を当該建物に供給される水から熱損失なしで製造す るのに必要となる熱量を年間積算した値のことをいいます。 なお、この給湯エネルギー消費係数と比較すべき指標値は、総配管長ΣＬ(ｍ)を年間仮想使用湯 量の日平均値ⅤHD(ｍ3/日)で割った値であるＩｘ値に基づき求められる。従って、同じ用途の建物で あってもＩｘ値が異なる場合、CEC/HW の指標値が異なることになります。これは、建物規模が同一 でも、敷地その他の関係で総配管長が長くならざるを得ない場合には、その長さに対して適切な CEC/HW の指標値が合理的に与えられるようになっています。 (6) エレベーター消費エネルギー係数(CEC/EV) 建築物に設置されるエレベーター設傭に係わるエネルギーの効率的な利用を評価するための指標 でエレベーター消費エネルギー係数(CEC/EV)を式で表すと次式のようになります。 ＣＥＣ／ＥＶ＝ エレベーター消費エネルギー量(MJ/年) 仮想エレベーター消費エネルギー量(MJ/年) エレベーター消費エネルギー量とは、計画されているエレベーターが 1 年間に消費するエネルギ ー量のことをいい、計画されているエレベーターの仕様(台数、速度、定員等)で、計画されている 速度制御方式における消費エネルギー量を求めます。 仮想エレベーター消費エネルギー量は、計画されているエレベーターが現時点で基本的と考えら れる速度制御方式で運転した場合の消費エネルギー量のことをいいます。 この両者を比較することにより、省エネルギー的なエレベーター設傭となっているかを判断する 4 須賀工業株式会社 SUG A TECHNIC AL REPORT NO.31194 よぅになっています。但し、この係数(CEC/EV)による評価は、交通計画の手法、標準的なサービス 水準、消費エネルギー量の計算方法などが明確になっている事務所及びホテル・旅館のみに限定さ れています。 1.2.2 建築主の判断基準 性能規定による性能指標（ＰＡＬとＣＥＣ）の判断基準値を表 1.3 に示します。 表 1.3 性能指標の判断基準値 ホテル等 病院等 物品販売 業を営む 店舗等 事務所等 学校等 飲食店等 集会所等 工場等 PAL 420 340 380 300 320 550 550 － CEC/AC 2.5 2.5 1.7 1.5 1.5 2.2 2.2 － CEC/V 1.0 1.0 0.9 1.0 0.8 1.5 1.0 － CEC/L 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 － － － ０＜Ix≦７の場合 ７＜Ix≦12の場合 12＜Ix≦17の場合 17＜Ix≦22の場合 22＜Ix の場合 CEC/HW CEC/EV 1.0 － － 1.0 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 － Ix：給湯に係る総配管長ΣＬ(ｍ)を年間仮想使用湯量の日平均値ⅤHD(ｍ3/日)で割った値 このように、省エネルギーの判断基準としての指標が建物用途別に設けられており、前述した各 指標に対する概念にて求めた値がこの基準値以下になることを求めています。 1.3 仕様規定による省エネルギー基準（通称“ポイント法”） 建物や設備の仕様を判断の根拠とした「仕様型の基準」 （通称“ポイント法” ）の概要を説明します。 なお、この「仕様型の基準」は、床面積が 5,000 ㎡以下の建物に対してのみ適用が出来ます。 1.3.1 外壁・窓等を通しての熱損失の防止 以下に示す４つの省エネルギー項目を対象として、各々の評価項目における点数を合計し、更に、 これら４項目の合計点に、地域及び用途による違いを補正する用途補正点を加算し、得点を集計しま す。この得点が多い（高い）方が省エネルギー性が高く、各用途共通で評価点 100 点以上となること が判断基準として要求されます。 ・ 建築物の配置計画及び平面計画に関する評価点 ・ 外壁及び屋根の断熱性能に関する評価点 ・ 窓の断熱性能に関する評価点 ・ 窓の日射遮蔽性能に関する評価点 5 須賀工業株式会社 SUG A TECHNIC AL REPORT NO.31194 1.3.2 空気調和設備に係るエネルギーの効率的利用 床面積が 5000 ㎡以下の建築物で、空調設備が空冷式パッケージエアコン又はガスヒートポンプエア コンの場合に仕様基準（ポイント法）による判断が出来ます。 空冷式パッケージエアコン又はガスヒートポンプエアコンにはビルマルチ方式も含みます。空冷式 パッケージエアコン又はガスヒートポンプエアコン以外の方式の場合は、5000 ㎡以下の建築物であっ ても仕様基準（ポイント法）による判断は出来ないので注意が必要です。評価項目は以下に示す３項 目で、前項と同様に各評価点を合計し、評価点 100 点以上となることが判断基準として要求されます。 ・ 外気負荷の軽減（全熱交換器、予熱時外気シャットオフ） ・ 配管長さ（冷媒管長） ・ 熱源機器（室外機）の効率 1.3.3 機械換気設備に係るエネルギーの効率的利用 以下に示す３つに記載された措置がなされている場合は、措置の状況により点数が与えられ、その 合計点に 80 を加えた数値が評価点 100 点以上となることが判断基準として要求されます。 ・ 制御方法 ・ 高効率低圧三相かご形誘導電動機を採用している割合 ・ 給気機及び排気機による換気 1.3.4 照明設備に係るエネルギーの効率的利用 以下に示す３つの項目について、その措置の状況により点数が与えられ、その合計点に 80 を加えた 数値が評価点 100 点以上となることが判断基準として要求されます。なお、ポイント法の評価は、 「照 明区画」ごとになされますが、多くの場合は複数の照明区画が評価の対象となります。このような場 合は、それぞれの照明区画について評価点をそれぞれの床面積で加重平均し、その平均値を総合評価 点とします。それに基礎点 80 点を加えて、その数値が 100 を超えるか否かを判定します。 ・ 照明器具の照明効率に関する評価点 ・ 照明設備の制御方法に関する評価点 ・ 照明設備の配置、照度の設定並びに室等の形状及び内装仕上げの選定に関する評価点 1.3.5 給湯設備に係るエネルギーの効率的利用 以下に示す５つの項目について、その措置の状況により点数が与えられ、その合計点に７０を加え た数値が評価点１００点以上となることが判断基準として要求されます。 ・ 配管設備計画（循環配管の保温、循環配管に係るバルブ及びフランジの保温、一次配管の 保温、一次配管に係るバルブ及びフランジの保温、循環配管の経路及び管径、先止り配管 の経路及び管径、一次配管の経路）に関する評価 ・ 給湯設備（循環ポンプ、共用部の洗面所給水栓、シャワー）の制御方法に関する評価 ・ 熱源機器の効率に関する評価 ・ 太陽熱の利用に関する評価 ・ 給水を予熱した場合の評価 6 須賀工業株式会社 SUG A TECHNIC AL REPORT NO.31194 1.3.6 昇降機に係るエネルギーの効率的利用 以下に示す２つの項目について、その措置の状況により点数が与えられ、その合計点に 80 を加えた 数値が評価点 100 点以上となることが判断基準として要求されます。 ・ エレベーターの制御方法に関する評価点 ・ エレベーターの設置台数に関する評価点 1.4 大規模修繕等における省エネルギー性能の評価 京都議定書の発効を受けて、平成 17 年８月に省エネルギー法の改正が行われ、床面積が 2000 ㎡以 上の全用途の建物に対して、大規模修繕等を行う場合には、所轄行政庁に省エネルギー措置の届出が 義務づけられました。届出対象となる修繕・模様替え、設備改修の規模を表 1.4 に示します。 表 1.4 届出対象となる修繕・模様替え、設備改修の規模一覧 ﾛ.全体の 1/2 以上の改修等 ﾊ.1 フロア全ての改修 改修を行う屋根の面積が屋根全体の 1/2 以上 － 改修を行う床の面積が床全体の 1/2 以上 － 下記（※）参照 － ｲ.一定規模以上の改修等 屋根、壁、又は床 屋根 床 改修を行う屋根・壁・床の面積 の合計が 2,000 ㎡以上 壁 空気調和設備 熱源機器(暖房用) 定格出力合計が 300kW 以上 定格出力合計が全体の 1/2 以上 － 熱源機器(冷房用) 定格出力合計が 300kW 以上 定格出力合計が全体の 1/2 以上 － ポンプ(暖房用) 定格流量合計が 900L/min 以上 定格流量合計が全体の 1/2 以上 － ポンプ(冷房用) 定格流量合計が 900L/min 以上 定格流量合計が全体の 1/2 以上 － 空気調和機 定格風量合計が 60,000ｍ3/h 以 上 定格風量合計が全体の 1/2 以上 １つの階に設置されて いる全ての空気調和機 を交換する場合 定格出力合計が 5.5kW 以上 定格出力合計が全体の 1/2 以上 － 改修を行う床面積の合計が 2,000 ㎡以上 改修を行う床面積の合計が全体の 1/2 以上 熱源機器 定格出力合計が 200kW 以上 定格出力合計が全体の 1/2 以上 － 配管設備 交換する配管長さが 500ｍ以上 交換する配管長さが全体の 1/2 以上 － － － 空気調和設備以外の換気設備 照明設備 １つの階の居室に設置 されている全ての照明 設備を交換する場合 給湯設備 昇降機 交換する昇降機が２基以上 ※ 改修を行う壁の面積が近接隣地の壁面（道路以外の敷地境界線から水平距離が 1.5ｍ以下）を除く外壁面積の 1/2 以上 7 須賀工業株式会社 SUG A TECHNIC AL REPORT NO.31194 このように、一定規模以上の建築物を新築（増・改築を含む）する場合に加え、以下の①、②、③のい ずれかに該当する工事や大規模修繕等を行う場合には、省エネルギー措置の届出が必要となります。 ① 一定規模以上の改修等 ② 全体の 1/2 以上の改修等 ③ １フロア全ての改修 届出の対象となる改修工事を行う場合は、基本的には新築や増改築と同様に、性能基準（ＰＡＬあ るいはＣＥＣ）または仕様基準（ポイント法）で改修後の省エネルギー性能を評価方法することにな ります。 但し、部分的な改修工事においても届出の対象となることから、改修部分だけの省エネルギー性能 の向上で建物全体の省エネルギー基準を満たすことは困難であると考えられることから、対象となる 改修工事内容の省エネルギー基準に対する適合性を判断する方法が新たに示されています。 ここでは、 「空気調和設傭」、 「給湯設備」について、その考え方の概要を紹介します。 1.4.1 空気調和設備 部分的な改修工事を何回か行い、空調設備全体が更新されたときに省エネルギー基準を満たすこと が出来るように、改修部分だけを取り出して省エネルギー性能を評価する方法が示されています。 改修部分だけで評価する場合も性能基準（ＣＥＣ／ＡＣ）を用いる方法と仕様基準（ポイント法） を用いる方法があります。 ＣＥＣ／ＡＣを用いて改修部分だけを評価する考え方を以下に示します。 ① 改修前のＣＥＣ／ＡＣの値をＸ、ＣＥＣ／ＡＣの基準値をＹとし、ＣＥＣ／ＡＣをＸからＹ に下げる割合Ｋ（＝(Ｘ－Ｙ)÷Ｘ）を算出します。 ② 次に、改修部分における改修前の１次エネルギー消費量がＡ、改修後の１次エネルギー消費 量がＡ’の場合の改善率ｋ（＝(Ａ－Ａ’)÷Ａ）を算出します。 ③ 最後に、①で求めたＫを省エネルギー性能の「改善率基準値」とし、②で求めた改修工事に よる「改善率」とを比較し、改善率ｋ≧改善率基準値Ｋであれば省エネルギー基準を満たし ているとみなします。 ポイント法での評価方法は、改修部分だけで評価することを除いて新築時の評価方法と全く同様で す。従って、新築時と同様に建物の延べ床面積が 5,000 ㎡以下でパッケージ方式の場合のみ適用する ことが出来ます。 1.4.2 給湯設備 新築時と同様に、基本的には性能基準（ＣＥＣ／ＨＷ）を用い、床面積が 5,000 ㎡以下の場合は仕 様基準（ポイント法）を選択することもできます。 ここでは、性能基準（ＣＥＣ／ＨＷ）を用いた評価方法について紹介します。 性能基準を用いて評価する場合、以下に示す３つの評価を行う必要があります。 ① 改修前のＣＥＣ／ＨＷの算出：改修前の仕様でＣＥＣ／ＨＷの値を算出します。 ② 実況のＣＥＣ／ＨＷの算出：改修部分を改修後の仕様に改めてＣＥＣ／ＨＷを算出します。 ③ 仮想的ＣＥＣ／ＨＷの算出：全ての配管・熱源が改修後の仕様になった場合のＣＥＣ／ＨＷ 8 須賀工業株式会社 SUG A TECHNIC AL REPORT NO.31194 を算出します。 以上、３種類のＣＥＣ／ＨＷを算出します。なお、基準合否の判定は、新築の場合のＣＥＣ／ＨＷ の基準値を用い、「仮想的なＣＥＣ／ＨＷ」で行います。 1.5 ＰＡＬ・ＣＥＣ計算の利用法 エネルギー利用の効率が良い建築物とするためには、その建物の設計課程であらかじめその性能(省 エネルギー性)を予測評価し、その評価に基づいて設計を改良してゆかなければなりません。この時最 も重要となることが、基本設計の段階でエネルギーの利用効率が良い設傭システムを計画することで す。 例えば、基本設計で全面ガラス窓を採用した場合など、その後の実施設計で冷暖房負荷を減少され るには大変な努力が必要となりますし、いかに努力してもそれには限界があります。また空調設傭に 関しても、その省エネルギー手法として空気熱源ヒートポンプを採用した場合、温暖な地域では有効 な手法であると考えられますが、寒冷な地域ではむしろ逆にエネルギー多消費型の方式になってしま います。 このように、基本設計の段階で建物の立地条件や建物用途、規模に適した熱源システムを採用する ことが重要であり、この点に不備があればその後の実施設計でいかに努力しても効率の良い空調設傭 を実現することは難しいといえます。 従って基本計画時において、その設備システムが建物の各種の条件(立地条件や利用用途)に対して どの程度の省エネルギー性を有しているかを判断することが重要となります。このとき、その建物の 省エネルギー性を評価するための指標として考えられた「年間熱負荷係数(以下 PAL という)」及び「設 備システムエネルギー消費係数(CEC)」が、それを判断する指標の一つとして利用できます。このよう に、これらの評価指標は建築物の建築確認の申請時に必要となるだけでなく、その建物の計画段階の 省エネルギー性を評価する指標として大いに役立つものです。 しかしこれらの計算は、手計算にて求めることができるように、簡略化した計算方法が採用されて いますが、手計算にて行うにはかなりの手間と煩雑さが伴います。そこで当社では、この PAL/CEC の 計算をできるだけ手軽に行えるようにするため、これらの計算プログラムを開発し、運用しています。 現在当社では、PAL 及び「設備システムエネルギー消費係数(CEC)」のうち、特に当社と関係が深い 設傭である「空気調和設備(CEC/AC)」、 「機械換気設傭(CEC/V)」、 「給湯設備(CEC/HW)」の 3 つについて、 市販の表計算ソフト(エクセル)を利用して、簡単に計算できるようにしています。 これら計算プログラムを利用することにより、例えば空調設備の大規模改修工事を計画する場合、 現状空調システムで消費しているエネルギー量と、改修後の空調システムにおける消費エネルギ量を 簡単に比較することができ、種々の空調方式を想定して改修方法を検討することができます。その結 果、必要となる省エネルギー効果を最も経済的に得るために必要となる改修計画(手法)を容易に判断 することが可能となります。 このように、計画設備システムが省エネルギー基準を満足するかどうかを評価するためだけに PAL/CEC の計算を行うのではなく、これらの計算を利用して各種方法の設備システムについて、その 省エネルギー性を比較・検討し、その計画建築物に適した、より省エネルギー性に優れた設備システ ムを提案するための手段としても利用しています。 9 須賀工業株式会社 SUG A TECHNIC AL REPORT NO.31194 2. 空調システムシミュレーション 近年、前述したような社会情勢から省エネルギー性が重要視されるようになり、建築物(設備投資) のコストを評価する際にも、初期建設費(以下イニシアルコストという)に比べ、その建物を運用管理 していくうえで生じる保全費・修繕更新費・一般管理費・運転費などの運用管理コスト(以下ランニン グコストという)を重視するという指向が強くなってきています。 このような背景から、建築物の計画段階においてランニングコストを試算し、それらを含めて建築 物のコストを評価することが望まれています。 このような要求に対応するため、当社においてはランニングコストの中でも最もウエイトが大きい 運転費(エネルギー費)に関して、その試算を行うための計算プログラムの概要を紹介します。 2.1 プログラム利用の目的 一般に建築物のコストを考えるとき、イニシアルコストのみを対象として評価しがちです。しかし 建築物のコストは、ランニングコストを同時に含めたライフサイクルコスト(以下 LCC という)を算出 し、この LCC を対象として評価する必要があると云われています。 特に空調設備の LCC は、建物全体の LCC の約 6 割を占めると云われており、その構成比率を試算す ると、イニシアルコストに比べ、建物を使用(運用)してからの費用、すなわちランニングコストが非 常に大きく、その中でも特に運転費(機器を運転するためのエネルギー費や機器を維持管理するための 人件費)が占める割合が非常に大きいことが特徴として挙げられます。 このことから、空調設備を計画するに当たっては、設備システム全体に対するエネルギー消費量の 検討を行い、エネルギーの消費が少ないシステムを採用し、低コストのエネルギーを採用するなど、 省エネルギー対策に関する事前検討が充分になされるべきだということです。 また、エネルギーの大半は一次エネルギーベースで考えれば化石燃料に依存しているといえます。 前述しているように地球レベルの環境問題として、 「地球温暖化」が取り上げられており、この問題に 対して最も影響を与えているものが、化石燃料の燃焼による炭酸ガスです。従って、エネルギー消費 量を検討し、計画設備システムに省エネルギー対策を施すことは、経済性の面からメリットがあるば かりでなく、地球温暖化防止などの環境問題に対しても充分に貢献することになります。 このように、建築物の計画段階においてその設備システムの省エネルギー性、経済性を評価し、積 極的に省エネルギー計画を推し進めることが強く望まれています。このような要求に対応するため、 設備システムのエネルギー消費量を試算するプログラムを積極的に利用し、省エネルギー計画を提案 しています。 2.2 計算プログラムの概要 当社で利用している空調システムシミュレーションプログラムは、(社)建築設備技術者協会により 開発された空調システム標準シミュレーションプログラム「HASP/ACSS/8502」を基本に運用していま す。 「HASP/ACSS」は、空調機器の運転をシミュレートし、計算によって各機器の運転状態を把握するた めのプログラムです。すなわち、予め動的熱負荷計算によって求められた熱負荷と、空調設備の各機 10 須賀工業株式会社 SUG A TECHNIC AL REPORT NO.31194 器の仕様、運転方式、制御方式を入力することにより、各装置間のエネルギー収支を非線形方程式で モデル化し、これを解くことにより装置の運転状態を判断し、時刻毎のエネルギー消費量を計算しま す。そして、この結果を累積した日、月、年間の積算値を出力します。 また、「HASP/ACSS」にて求められたエネルギー消費量に料金体系を組み込むことによってエネルギ ー料金を算出し、各エネルギー料金に諸費用項目(人件費・維持修理費)を加えることで年間経常費の 計算を行うことも可能です。 図 2.1 に空調システムシミュレーションプログラムの概略を示します。 空調システム標準シミュレーションプログラム（ＨＡＳＰ／ＡＣＳＳ／８５０２） 動的熱負荷計算 年間負荷 （冷暖房負荷） 年間気象 データ エネルギー量 室温・湿度 運転状態 空調システム シミュレーション エネルギー料金 計算 ランニング コスト 空調設備機器 データ 建物データ 図 2.1 プログラムの概略 2.3 計算例 12 階建ての事務所ビルを想定し、空調システムシミュレーションを行った例を示します。 当社においては、このようにして計画設備システムの消費エネルギー量を試算し、その内容を検討 することにより、より省エネルギー性、経済性に優れた設備システムとするための提案を積極的に行 っています。 (1)建物概要・負荷計算条件 ・ 建物規模 階数 地上 12 階、地下 1 階 基準階面積 1250m2 延べ床面積 16250m2 ・ 基準室温 24℃、50% ・ 内部発熱 人員合計 2304 人 (事務室 0.2 人/m2) 照明合計 288kW(事務室 25w/m2) 図 2.2 平面図 ・ 気象条件 東京の標準気象データ (2)空調システム概要 ・ 各階に空調機 1 台を設置、南北ぺリメータにファンコイルを設置する。 ・ 冷水槽・温水槽を設けて、ダブルバンドル冷凍機で熱回収を行う。他に 2 台の空気熱源ヒートポ ンプがあり、1 台は冷房専用、1 台は夏に冷房、冬は暖房に使う。 ・ 冷水槽及び温水槽では熱源を 22 時に強制起動する。冷水槽が 7℃(温水槽では 45℃)になれば自 動停止する。 11 須賀工業株式会社 SUG A TECHNIC AL REPORT NO.31194 ・ 電力の夜間割引時間帯は 22:00～8:00 とする。 図 2.3 システム図 図 2.4 運転スケジュール (3)年間エネルギー消費量 ・ 年間総除去熱量 <年間総量> 冷房 : 1,021,040 Mcal/年 ・ 年間総エネルギー消費量 暖房 : 102,249 Mcal/年 <年間総量> 電力消費量 : 887,189 kWh/年 (昼間電力:497,852kWh/年、夜間電力:389,337kWh/年) 水消費量 : 1,841 t/年 消費エネルギー量の内訳 機器名 室内ユニット 空調機 熱源機器 冷却塔 搬送ポンプ 合計 系統 FC1 FC2 AC1 AC2 AC3 HP1 HP2 DRF CT1 PFC PFH PAC PAH PCT PC1 PC2 PC3 PH2 PH3 電力(kWh/年) 水(t/年) ファン ポンプ 熱源 夜間電力 加湿 補給水 7,970 0 7,970 0 11,439 0 3 111,897 0 33 13,654 0 2 0 189,127 109,474 0 149,551 84,058 0 302,157 195,805 7,011 0 0 1,803 923 0 1,477 0 19,239 0 791 0 34,984 0 5,284 0 5,284 0 9,960 0 4,261 0 4,207 0 159,941 86,410 640,835 389,337 38 1,803 12 運転時間 (h/年) 1,845 1,845 2,745 2,745 2,745 1,860 3,360 3,506 3,187 945 900 1,806 696 3,187 1,860 1,860 3,506 1,500 1,481 - 須賀工業株式会社 SUG A TECHNIC AL REPORT NO.31194 室内ユ ニット, 2% 空調機, 15% 冷却塔, 1% 搬送ポンプ, 10% 熱源機器, 72% 室内ユニット 空調機 冷却塔 搬送ポンプ 熱源機器 図 2.5 年間総電力内訳 引用・参考文献 1) (財)住宅・建築省エネルギー機構:建築物の省エネルギー基準と計算の手引 新築・増改築の性能基準、 平成 18 年 9 月 20 日発行 2) (財)住宅・建築省エネルギー機構:建築物の省エネルギー基準と計算の手引 大規模修繕等、平成 18 年 9 月 20 日発行 2) (財)住宅・建築省エネルギー機構:建築物の省エネルギー基準と解説 仕様基準(ポイント法)、平成 15 年 5 月 31 日発行 4) 松縄 堅:建築ならびに建築設備における最近の省エネルギー技術、 空気調和衛生工学 第 61 巻 第 2 号、 昭和 62 年 2 月発行 13 須賀工業株式会社 ■建築設備の省エネルギー計算 省エネルギー法に基づいた、建築計画時に必要となる省エ ネルギーの判断基準指標 [年間熱負荷係数(PAL)]および [設備システムエネルギー消費係数(CEC)]の計算システム と、現実的な年間稼動を想定した厳密な省エネルギー分析 ができる空調システムシミュレーションの紹介。 ●キーワード: 建築設備／省エネルギー／シミュレーション／プログラム 分 類 : 須賀 技術報告 SUGA TECHNICAL REPORT No.30694 V119404-2000 資料名 : 建築設備の省エネルギー計算 発行者 : 須賀工業株式会社 編 集 : 技術研究所