調湿・放射パーソナル空調システムの開発と普及展 …26.3 18 20 22 24 26 28 30...

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調湿・放射パーソナル空調システムの開発と

普及展開による省エネルギー・快適空間の創出

株式会社竹中工務店

樋口祥明、鈴木厚志、粕谷敦、和田一樹

2018年日本建築学会賞（技術）受賞業績


1/28 要旨

１．要旨

２．システムの開発と普及への取り組み

2.1 システム開発への取り組み

2.2 放射パーソナル空調システム

2.3 調湿空調

2.4 システムの公表及び効果概要

３．システムの建物導入事例

４．まとめ


2/28 業績の概要

放射・対流・水分移動による人からの熱除去手段に対応した要素

技術群を継続的に開発し、設計手法の幅を広げることで、それら

を採用した数多くの建築作品を創出した。コンセプトや技術情報

の社会普及活動により、省エネルギーと快適空間の創出に努めた。

調湿・放射パーソナル空調システムの開発と

普及展開による省エネルギー・快適空間の創出

調湿・放射パーソナル空調の概念図

調湿ユニット

人体の熱除去 (放射・対流・潜熱)

放射

潜熱処理

(

湿度処理)

顕熱処理

(

放射・対流)


3/28 調湿・放射パーソナル空調の開発背景

空調設備の省エネルギー化オフィスの知的生産性・健康性

従来の顕熱・潜熱一体処理の空調 → 冷やし過ぎ又は湿度が高い

建物の省エネルギー化 → 顕熱と潜熱の負荷バランス変化

（LED照明等による内部発熱減少，建物外皮の高性能化など）

建物負荷特性の変化

一般外皮

（日除けなし）

蛍光灯照明

（制御なし）

高性能外皮

（日除けあり）

タスク照明

LED照明

（センサ制御）

顕熱負荷(内部発熱･外皮負荷)

大きい

顕熱負荷(内部発熱･外皮負荷) 小さい

→ 従来空調では冷やし過ぎ or 湿度が高くなる

コイルヒーター等

低温で結露

させ除湿

冷えすぎの場合

再加熱

従来空調の課題


4/28 調湿・放射パーソナル空調の考え方

【顕熱処理：放射・対流，潜熱処理を個別に制御できる空調】

空間にとって適正な顕熱処理と潜熱処理（適正な温度と湿度）

人にとって個人の選択範囲を広げた多様な環境を提供

調湿・放射パーソナル空調システム

調湿ユニット

人体の熱除去 (放射・対流・潜熱)

放射

調湿・放射パーソナル空調の概念図

人からの熱除去手段【顕熱：放射・対流，潜熱】に基づいた空調

潜熱処理

(

湿度処理)

顕熱処理

(

放射・対流)


5/28 調湿・放射パーソナル空調の考え方

室温

室温

0℃ 10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 50℃

中温冷水

中温温水

10～20℃ 24～28℃

7℃以下

従来の供給冷水温度

冷房

20～24℃

45℃以上

従来の供給温水温度 30～35℃

暖房

中温利用の考え方

【顕熱処理：放射・対流，潜熱処理を個別に制御できる空調】

→ 中温の熱媒温度で熱源効率化・再生可能エネルギーの活用

低温7℃以下熱源機

低温冷水

電力大

中温（10～20℃）熱源機

中温冷水

電力小

従来システム

再生可能エネルギーの利用範囲を拡大できる

（地中熱・外気冷却による冷水）

再生可能エネルギーの利用範囲が狭い

（地中熱は直接利用できない）

中温システム


6/28 全体の活動経過と業績

■業績

技術・商品開発・設計展開、社会に対する技術普及への取り組み

(１) 実現のための独自性のある技術群・商品群の開発

(２) システムを採用した数多くの建築作品の創出

(３) コンセプト・技術情報の社会への普及活動

全体の活動経過

社会への普及活動：雑誌公表（15件）、講演発表（3件）・新聞発表（8件）

プロジェクト適用（19件）

膜放射パネルデシカント外調機パーソナルＨＰ空調機パーソナル気流ユニット調湿外気処理ユニット

年号

（１）技術群・商品群の開発

（２）建築作品の創出

（３）社会への普及活動

①技術・商品

②知的財産

①広報

②論文発表

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

学会発表：解析・実験（43件）、実証・検証（34件）

特許出願（36件）

パーソナル気流ユニット

2009年放射＋パーソナル吹出

（技術適用：KSビル）

2007年電力フェアでの

コンセプト公表


7/28 システムの開発と普及への取り組み

１．要旨




2.3 調湿空調



４．まとめ


8/28 システム開発とバリエーションの拡大

システム開発とバリエーションの拡大例

水式複合機能放射パネル PCM潜熱蓄熱

熱源制御他

水式システム天井

パネル天井設置 Type Ⅰ デシカント

水熱源ヒートポンプ

中温熱源チラー赤外線

アレイセンサ

複合機能パネル

Type Ⅱ 常温再生式 PCM潜熱蓄熱協調制御

空気式パンチングメタル床設置手動風量機構冷温水式高顕熱

ビル用マルチカスケード

通気性膜デスク組込パーテーション

吹出冷却除湿

潜熱処理外調機

地中熱利用冷媒自然循環

放射パーソナル（対流）調湿（潜熱）

【普及展開と波及効果を高めるシステム開発】

放射・パーソナル（対流）・調湿（潜熱）のバリエーション拡大

建物によって、負荷特性・空間特性・意匠性など多様

赤外線アレイセンサ天井パーソナル

調湿外気処理ユニット


9/28 放射パーソナル空調システム

サーマルマネキンによる実験

人体熱モデル連成のCFD解析

被験者実験実施検証評価

CFD解析，サーマルマネキン・被験者実験，検証評価による開発

→ 開発・実施検証を公表することで広く普及展開

人体の熱除去 (放射・対流)

放射

放射パーソナル空調システム


10/28 放射パーソナル空調システム

放射空調

膜吹出兼用放射面

金属パネルの放射面

パーソナル気流

水式複合機能放射パネル

空気式膜放射と金属放射パネル

ダンボールチャンバーを利用した空気式金属放射パネル

TypeⅠ

TypeⅡ

天井設置型パーソナル気流ユニット

放射空調熱性能・意匠性を考慮した形状の工夫

パーソナル気流・熱性能・意匠性を考慮した設置・組込方式

デスク組込み型パーソナル吹出口

気流可視化実験

気流の可視化（TypeⅡ）


11/28

30.7 32.0

35.537.6

28.1 27.826.8

26.3

18

20

22

24

26

28

30

20

25

30

35

40

45

50

対流

空調

放射

空調

放射

パー

ソナ

ル

（Typ

eⅠ

）

放射

パー

ソナ

ル

（Typ

eⅡ

）

等価

温度

[℃]

顕熱

損失

量[W

/㎡

]

顕熱損失量等価温度

放射パーソナル空調システム

外観

(下面) 外観

(上部)

条件 TypeⅠ TypeⅡ

風量 [m3/h] 20～30 20～40

消費電力 [W] 2.3～3.3 0.6～2.3

発生騒音 [dB(A)] 24～38 20～34

※発生騒音は吹出口下方1.5mの数値

天井パーソナル気流ユニット

バリエーション拡大とバージョンアップを目指した継続的な開発

天井設置型パーソナル気流ユニットのバージョンアップ例

バージョンアップのポイント

・気流到達性能を高める形状

・風量アップ低騒音・省電力30％

サーマルマネキンを利用した実験評価

バージョンアップによる効果

・室温28℃で一般空調の室温26℃と同等

の快適性


12/28 調湿空調

• 室内の温度とは別に湿度を快適にコントロール

• 未利用熱や中温冷温水の活用により省エネに貢献

調湿空調システム

室還気

室給気

室排気排熱利用

外気

湿分

中温冷水ここで冷却（温度制御）

ここで除湿

（湿度制御）

調湿（吸放湿）

ロータヒートポンプ

空調機

従来の空調システム

外気室還気

室給気

室排気

大気放熱

ヒート

ポンプ湿分

低温冷水

ここで冷却･除湿（湿度成行）

空調機

低温再生可能な高分子収着剤を先駆的に活用

親水性官能基

水分子

収着

架橋体ポリマー主鎖

膨潤

脱着

収縮


13/28 調湿空調の継続的な開発事例

水熱源ヒートポンプ利用

デシカント外調機

（2010）

常温再生型調湿空調の開発と適用

（2011）

外気室内へ

冷水で冷やす収着剤で除湿

コイル

排気をHP凝縮熱で加熱

排気

水分排気

熱源

冷水

室温レベルの

排熱でも再生可能

温度と湿度を別々

にコントロールで

きる快適な空間


14/28 調湿空調の普及促進に向けた開発

1つの

駆動モータで

4分間に

1度切替え

吸放湿ブロック2

回転体閉鎖面

吸放湿ブロック1

回転体通気面

放湿

（排気）

吸湿

（給気）

吸湿

（外気）

放湿

（還気）

回転体通気面回転体閉鎖面

放湿

（排気）

吸湿

（給気）

吸湿

（外気）

放湿

（還気）

考案した流路切替兼用吸放湿装置

天井内に設置可能な

調湿外気処理ユニット

国内事務所ビルストックの大部分を占める中小規模事務所ビルをターゲット

とし、天井内に設置可能な調湿外気処理ユニットを開発

流路切替兼用吸放湿装置

吸湿

放湿放湿

吸湿

従来のロータ方式


15/28 システムの公表

補助事業の採択 2009～2015年 5件経済産業省，国土交通省

関連技術の受賞 2011～2017年 5件環境・設備デザイン賞入賞

空気調和・衛生工学会賞

近畿地方発明表彰発明奨励賞

関連技術の開発及び公表実績

開発・実施検証の公表 → システムの普及と水平展開

媒体年件数備考

特許等 2008～2017年36件

（出願）熱源 3件，放射 5件，パーソナル 8件調湿 18件，制御 2件

学会公表 2006～2016年 77件解析・実験 43件（内海外 3件）実施・検証 34件（内海外 2件）

雑誌公表 2008～2016年 15件建築画報，空気調和・衛生工学 BE建築設備，建築設備と配管工事等

講演発表 2009～2016年 3件建築設備技術者会議日本機械学会講演会等

新聞発表 2009～2017年 8件建設通信新聞，建設工業新聞日経産業新聞，建設産業新聞等


16/28 システムの建物導入事例

１．要旨




2.3 調湿空調



４．まとめ


17/28 システムの建物導入事例

No. 建物名称竣工年熱源方式放射方式パーソナル調湿方式

1 ＫＳビル 2009年個別空気式

金属パネル放射Type Ⅰ ヒートポンプ式デシカント

2 ＴＳビル 2010年個別空気式

膜放射Type Ⅰ ヒートポンプ式デシカント

3 SＲホール 2011年個別空気式

膜放射Type Ⅰ ヒートポンプ式デシカント

4 K本社 2011年個別空気式


5 I ビル 2011年セントラル空気式

金属パネル放射Type Ⅰ デシカント（空調機内）

6 ＳＧビル 2012年個別空気式


7 ＳＡビル 2012年個別空気式

金属パネル放射Type Ⅰ

冷温水式外調機

（冷却除湿）

8 Ｆ病院 2012年セントラル空気式



（冷却除湿）

9 ＤＳビル 2013年個別空気式


10 ＫＨオフィス 2013年個別空気式


11 Ｏオフィス 2013年個別空気式


12 Ｃタワー 2013年個別空気式



（冷却除湿）

13 Ｍビル 2014年個別空気式



（冷却除湿）

14 Ｃビル 2014年個別空気式


冷水式外調機

（冷却除湿）

15 Ｓ病院 2016年個別空気式


直膨式外調機

(冷却除湿)

16 ＴＨビル 2016年セントラル水式

金属パネル放射Type Ⅰ＋Ⅱ

冷温水式デシカント

（全熱交換器組込）

17 Ｑ工場 2017年個別空気式

金属パネル放射Type Ⅱ

直膨式外調機

(冷却除湿)

18 Ｍビル 2017年個別空気式



（冷却除湿）

19 ＭＯビル 2017年セントラル空気式



（冷却除湿）

建物導入実績例

KSビル熱画像

TSビル内観 TSビル熱画像

KHオフィス内観 KHビル熱画像

KSビル内観


18/28 冷媒自然循環を利用した導入事例（MOビル）

建築地大阪府大阪市中央区

建物用途事務所・店舗

構造・規模 RC・S造，地上22階

延床面積 49,612㎡

竣工 2017年9月

熱源方式中央熱源

（中温冷水利用）

放射方式空気式金属パネル放射

パーソナル天井パーソナル

Type Ⅱ

調湿方式冷温水式外調機

（冷却除湿）

外観写真



人検知ON 人検知OFF 人検知OFF 人検知OFF

昼光制御

（明るさセンサ）

グリッド

照明

不在時制御

(消し忘れ＋エリア制御)

空調

室内機

パンチングパネル

（吹出口併用）

パーソナル

気流ユニット

二次側システム概念図



オフィス内観写真

パーソナル

気流ユニット



冷温風

ガス流

凝縮器

液流

室内ユニット

←

冷水 →

ファン

流量調整弁

（電子膨張弁）蒸発器

液流

ガス流

←

温水 →

電磁弁

空調ファン動力の比較

各階空調機（VAV）ビル用マルチ

冷媒自然循環（放射パーソナル）

10Ｗ/㎡

4Ｗ/㎡ 2Ｗ/㎡以下

100％

40％ 20％以下

２次側ファン動力

※負荷率70％

冷媒自然循環システム概念図

全体システム概念図

・中温利用によりフリークーリング

の活用範囲を拡大

・冷媒自然循環による搬送動力極小化


22/28 ZEB化改修に活用した導入事例（THビル）

建築地千葉県千葉市

建物用途事務所

構造・規模 RC・S造，地上2階

延床面積 1,318㎡

竣工 2016年4月（改修）

熱源方式中央熱源

放射方式水式

金属パネル放射

パーソナル天井パーソナル

Type Ⅱ

調湿方式冷温水式デシカント

（全熱交換器組込）

外観写真＊

＊写真撮影：新建築社



地中熱利用

太陽光発電パネル太陽熱集熱パネル

トップライトからの自然採光・自然通風

デシカント空調による低湿度化

天井照射型LED照明

放射空調

ダブルスキン化自動制御外ブラインド設置自動制御自然換気口設置高断熱ガラスへの交換による断熱強化

再生可能エネルギーを活用した導入事例



内観写真

天井放射パネルと

パーソナル気流

ユニット

パーソナル気流ユニット



個人の状態・嗜好に合わせた自動制御システム

Personalize PPD-PMV

Metabolic rate

Clothing

Environment Human

Metabolic rate from wearable sensor

Beacon

Collect location and measure thermal environmental data

to which occupant are exposed

1. Collect of environmental information

2. User declaration

Discomfort declaration using smartphone

Cloud

3. Control AC according to individual preferences

Personalfan

Radiationpanel

DB

RH

Velocity

MRT

DB

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

-3 -2 -1 0 1 2 3

PMV

default User01

per

son

aliz

ed P

PD

個人の代謝量や位置情報、快適感申告、各場所の温湿度データを蓄積、

機械学習することで、個人のそのときの状況にあわせて自動制御



netPEB

netZEB

nearlyZEB

ZEBready

ReferenceBuilding

‐9%

‐14%

‐10%

‐18%

‐21%

‐29%+3%

Positive annualenergy balance

・Addition of natural ventilation openings ・Maximum use of natural light・Desiccant air-conditioning for low humidity

・LED lighting ・Thermal human detection

・Enhanced thermal insulation performance with high-insulation glass・Enhanced thermal insulation performance of roof and external wall・External window blinds built in double skin façade・Addition of natural ventilation openings

・Geothermal and solar powered heat source・Ceiling radiation air-conditioning

・Change in work styles・Sharing・Reduction of outlet consumption

Step.0 Before renovation

Step.1 The value of comfort

Step.2 Super energy saving(Lighting)

Step.3 Super energy saving(Exterior)

Step.4 Super energy saving(Air-conditioning)

Step.5 Work Smart

Step.6 Solar power generation

Operation result ofbefore renovation:1,400MJ/(m2･year)

Operation result ofafter renovation:403MJ/(m2･year)

Total:‐71%

導入事例の一次エネルギー消費量削減実績

地中熱・太陽熱を利用した

調湿・放射パーソナル空調により

建物全体エネルギーの18%の削減に貢献

改修前改修後

ZEB（PEB）化

への貢献

・地中熱太陽熱を利用した

調湿・放射パーソナル空調

地中熱・太陽熱

・LED照明・人検知制御地中熱・太陽熱

・自然換気・自然採光・温湿度設定の緩和

・高断熱ガラス

・屋根、外壁の断熱強化

・ダブルスキンファサード化

地中熱・太陽熱

・ワークスタイル変革

・OA機器シェアリング

・太陽光発電（417MJ）


27/28 まとめ

１．要旨




2.3 調湿空調



４．まとめ


28/28 まとめ

調湿・放射パーソナル空調システム

● 各要素技術の継続的な開発と実施検証による

スパイラルアップ

● 多様な建物に展開するためのシステムラインアップ

の充実化

(１) 実現のための技術群・商品群の開発

(２) システムを採用した数多くの建築作品の創出

(３) コンセプト・技術情報の社会への普及活動

幅広い展開と社会への普及により、

省エネルギーと快適空間の創出

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