zeb指向省エネルギーオフィスにおける 個別分散型...
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ZEB 指向省エネルギーオフィスにおける
個別分散型空調とエネルギーマネジメントシステムの開発と性能検証・評価
第３報 各空調モードにおける自然換気窓の開閉状況と室内空気・温熱環境Development, Performance Verification and Evaluation of Multi-split Type Air-conditioning
and Energy Management System for ZEB Oriented Energy-saving OfficePart3 Natural Ventilation Openings behaviour and Indoor Air Quality and Climate
学生会員 ◯宇高 遼馬 （大阪大学） 技術ﾌｪﾛｰ 甲谷 寿史 （大阪大学）
技術ﾌｪﾛｰ 山中 俊夫 （大阪大学） 正 会 員 桃井 良尚 （福井大学）
技術ﾌｪﾛｰ 相良 和伸 （四国職業能力開発大学校） 正 会 員 田中 宏昌 （日建設計）
正 会 員 杉原 浩二 （日建設計） 正 会 員 川田 康介 （日建設計）
正 会 員 花田 卓弥 （ダイキン工業）
Ryoma UDAKA *1 Hisashi KOTANI *1 Toshio YAMANAKA *1 Yoshihisa MOMOI *2 Kazunobu SAGARA *3
Hiromasa TANAKA *4 Koji SUGIHARA *4 Kosuke KAWADA *4 Takuya HANADA *5
*1 Osaka University *2 University of Fukui *3 SHIKOKU Polytechnic College *4 Nikken Sekkei Ltd. *5 Daikin Industries Ltd.
Energy reduction in air-conditioning system and making comfortable space are both important issues in an office building. However, it is often said that these are in the relationship of trade-off. This study focuses on indoor environment and evaluation of comfort in an open-plan office applying multi-split air-conditioning system utilizing outdoor air, in order to achieve a good balance between energy reduction and comfortable office space. This paper presents the measurement results of the various indoor environment and comparison between few cases utilizing outdoor air in five conditions.
１．はじめに
前報 1) では、自然換気計画の概要と自然換気実測の概
要及び結果について述べた。本報では、既報 2) で報告し
た様々な外気利用モード条件下で集計した温度・CO2 濃
度・自然換気窓の開放枚数について、各空調モードで詳
細検討、比較分析を行った結果について報告する。図 -1
に空調システムの概要を示す。対象エリアの空調換気は、
自然換気窓を用いた自然換気(①)以外にも、外気冷房
やタスク空調等補助的な役割を担う床吹出パッケージエ
アコン(下階に天井隠蔽型エアコンを設置)(② )、外
気導入及び湿度調節を行うHPデシカント調湿外気処理
機(③)、外気や内部負荷を処理する天吊型個別パッケー
ジエアコン(④)の4つのシステムで構成される。
２．測定概要
測定は2016年 10/17～ 10/28の休日を除く2週間で
行った。実運用時の空調方法は2種類あり、外気利用モー
ド(負荷が増大するとともに自然換気を始めとして段階
的に外気を利用して空調を行うモード)と通常空調モー
ド(自然換気を行わずに機械空調を行うモード)がある。
本報では、これら2種類の空調モードでの室内環境性能
や快適性を比較・把握するため、外気利用モード内の段
階的な空調方式を実運用時に基づいてCASE1～ CASE4の
4つに分類し、1日に1段階ずつ空調方式を固定して測
定を行った。外気利用モードと比較するための通常空調
モードも1日設け、1週間で計5条件の測定を行い、こ
れを2週間行った。表-1に測定スケジュールを示す。
CASE1～ CASE4までは外気を利用する空調方式を追加し
ていく形とした。CASE2～ CASE4の床吹出しパッケージ
エアコンは外気を室内へ供給する外気冷房運転を行い、
CASE3と CASE4の HPデシカント調湿外気処理機は外気供
給による換気を行う。CASE4及び CASE5の天井PACの設
定温度は28℃とした。右端列の自然換気量は重力換気
によるものであり、3.4の考察で用いている。
図 -1 空調システム概要
Glass ductRA EAOA
Natural ventilation
①
①
① ①
④ ④ ③
② ②
UFAD
Void
Heat pump dessicantVRF system
UFAD
2.1 鉛直温度分布およびCO2 濃度の測定
図-2に平面図と測定点を示す。測定場所は、各階温度
は 4ヶ所 (A～ D)、CO2 濃度は3ヶ所 (D～ F)とし、4Fと
5Fで測定した。鉛直温度は 7点 (FL+0.1m ～ 3.5m)、CO2
濃度は1点 (FL+1.1m)で測定した。温度測定にはワイヤ
レスデータロガー(RTR-53、RTR-503)、CO2 濃度測定には同
RTR-576を使用した。測定の詳細は既報 2)を参照されたい。
2.2 自然換気量の推定
実運用時の自然換気量を把握するため、自然換気を
行ったCASE1～ CASE4でのボイド排気量をボイド頂部の
BEMS用風速計から推定した。推定排気量をBEMS風速値
に乗じるボイド頂部の有効開口面積は、前報 1) で行った
短期実測時の換気量を真値として同定した値を用いた。
2.3 自然換気窓の開閉状況の計測
外気利用モード下での自然換気の利用実態を把握する
ため、自然換気窓の開閉状況を5分間隔で計測した。図
-2に自然換気窓の位置を示す。4Fと 5Fの南北面計47
枚の窓で測定を行い、測定には電圧ロガーを使用し、ロ
ガーの発停状態で自然換気窓の開閉を区別した。
2.4 居住者アンケート
5つの空調モードにおける居住者の室内温冷感や温熱
環境の満足度、快適性等の室内環境評価と自然換気に関
する居住者アンケートを行った。アンケートは室内に在
籍していた日の回答時点での室内環境について回答を求
めた。回答項目等については既報 3) を参照されたい。
３．測定結果と考察
本章では2回ずつ行った各ケースのうち、外気条件が
中間期としてより相応しい日を選択し考察を行った。図
-3に測定期間中の外部環境と図-2中のA～D点(FL+1.1m
地 )の室温推移を示す。外気温はPH階で常時測定され
ているBEMSデータを使用した。図-4に同期間の外部風
速と風向、図-5に4Fと 5Fの窓開放枚数の推移を示す。
3.1 各ケースでの平均室温と外気温、窓開閉の相関
図-6に平均室温と外気温の相関、図-7に平均室温と
窓開閉枚数の相関を示す。平均室温及び平均CO2 濃度値
には、測定で得られた室温及びCO2 濃度の全測定点の平
均値を用いた。図中の数字は時刻を示している。CASE1
と CASE3では、図-6より外気温が最高28℃を越え、16
時頃までは図-7より開放窓枚数が室温の上昇に比例し
て増加する傾向が見られた。一方で、CASE2では外気温
が最高で22℃程度だったため、開放窓枚数は横ばいで
推移した。CASE4では終日の室温変動が1℃程度と小さ
かったために開閉操作に大きな変化が見られなかった。
CASE1,3,4の開閉窓枚数の推移から、室温が27℃程度に
達すると開閉操作が積極的になる傾向が確認でき、室温
の変化と窓開閉操作にはある程度の相関があると考えら
れる。CASE2のように室温変動が小さい場合や最高室温
が26℃程度の場合も、開放窓枚数は横ばいとなった。
3.2 各ケースでの窓開閉とCO2 濃度の相関
図-8に窓開閉枚数とCO2 濃度の相関を示す。外気利
用を行ったCASE1～ CASE4は終日400～ 600ppmに収まっ
ていたのに対し、機械空調を基本としたCASE5では最高
で900ppm付近に達した。全ケースの結果より、CO2 濃度
は窓開閉枚数にほぼ反比例していることが確認できる。
なお、CASE5の HPデシカント調湿外気処理機のCO2 濃度
制御の上限は900ppmであることから、CASE5では設計通
り運転していることがわかる。
3.3 室温及び開閉窓枚数と熱的快適性の相関
図-9に室温と熱的快適性の相関、図-10に開放窓枚
数と熱的快適性の相関を示す。熱的快適性は5段階で評
価を得た。CASE1,2より、室温が25～ 26℃では満足と
感じる傾向が見られ、27℃付近では不満側の評価が多い
結果となった。CASE5では、室温が27℃付近の時は不満
側の評価が多いことがわかる。よって、自然換気の有無
に関わらず室温が27℃付近だと不満に感じる傾向が見ら
れるが、室温が25℃付近で推移する場合は外気利用は
満足と感じる傾向があることがわかる。一方で、開放窓
枚数と快適性については、外気温や座席位置が自然換気
の感じ方を左右するため、これらの影響を考慮した、例
えば座席エリアごとの分析が必要であると考えられる。
3.4 平面温度分布及び平面CO2 濃度分布
BEMSで計測しているFL+0.6m地点の温度及びCO2 濃度
の平面分布について考察する。図-11に各ケース13時
～14時の平面温度分布の平均値を示す。4F、5Fともに
図 -2 オフィス平面図と測定点
Void(West)
Middle Floor
Void(East)
Glass duct
CO2 MeasurementPoint
9000
9000
9000
9000
9000
9000
9000
9000 9000 9000 9000 9000 9000 4500mm
N
Office FloorArea
4F 2775 m3
5F 2467 m3
Middle Floor 202 m3
Ceiling Hight 3.5 mRoom Volume 18345 m3
corridor
A
B
C
E
F
D
TemperatureMeasurement Point
Natural Ventilation Opening
Meeting room
表 -1 測定スケジュール
①Natural
Ventilation
②Under Floor
Air Conditioning
③Desiccant Air Handling unit
④Multi-split Air Conditioning
dateFlow Rate
(13:00-14:00)[m3/h]
CASE1 ◯ × × × 10/19 40982CASE2 ◯ ◯ × × 10/21 42627CASE3 ◯ ◯ ◯ × 10/18 25495CASE4 ◯ ◯ ◯ ◯ 10/20 42670CASE5 × × ◯ ◯ 10/26 787
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
図 -4 外部風速と外部風向
Wind VelocityWind Direction
外部風速 [m/s]
外部風向
N
W
S
E
N
10/17( 月 )
10/17( 月 )
CASE5 CASE2CASE1 CASE5CASE3 CASE1CASE4 CASE3CASE2 CASE4
10/21( 金 )
10/21( 金 )
10/25( 火 )
10/25( 火 )
10/26( 水 )
10/26( 水 )
10/22( 土 )
10/22( 土 )
10/19( 水 )
10/19( 水 )
10/23( 日 )
10/23( 日 )
10/27( 木 )
10/27( 木 )
10/18( 火 )
10/18( 火 )
10/20( 木 )
10/20( 木 )
10/24( 月 )
10/24( 月 )
10/28( 金 )
10/28( 金 )
30 1000
750
500
250
0
25
20
15
10
図 -3 外部環境と室温
Solar Radiation
Outdoor Temperature
4F - C
5F - C
4F - D
5F - D
温度 [℃
]
日射量 [W/m2]
10/17( 月 )
10/17( 月 )
10/18( 火 )
10/18( 火 )
10/19( 水 )
10/19( 水 )
10/20( 木 )
10/20( 木 )
10/21( 金 )
10/21( 金 )
10/22( 土 )
10/22( 土 )
10/23( 日 )
10/23( 日 )
10/24( 月 )
10/24( 月 )
10/25( 火 )
10/25( 火 )
10/26( 水 )
10/26( 水 )
10/27( 木 )
10/27( 木 )
10/28( 金 )
10/28( 金 )
24 24
16 1620 20
12 128 84 40 0
図 -5 開放窓枚数（左：4階 ,右：5階）
4F South
開放窓枚数
[枚
]
図 -6 室温と外気温
平均室温
[℃
]
外気温 [℃ ]
28
25
26
27
2416 2420 2818 2622 30
平均室温
[℃
]
外気温 [℃ ]
28
25
26
27
2416 2420 2818 2622 30
平均室温
[℃
]
外気温 [℃ ]
28
25
26
27
2416 2420 2818 2622 30
平均室温
[℃
]
外気温 [℃ ]
28
25
26
27
2416 2420 2818 2622 30
平均室温
[℃
]
外気温 [℃ ]
28
25
26
27
2416 2420 2818 2622 30
10
4F 5F
4F 5F
4F 5F
4F 5F
4F 5F
4F 5F
4F 5F
4F 5F
12
1816 14
8
10
4F
4F
5F
5F
12
18
16
14
8
1012
1816
148
10
12
18 16
14
8
10
12
18 16 14
8
CASE1(10/19) CASE2(10/21) CASE3(10/18) CASE4(10/20) CASE5(10/26)
図 -7 室温と開放窓枚数
10 12
18
18
16
16
14
8
10
10
12
12 18
161614
148
8
10
1012
1218
18
16
14
8
10 1218
18
16
16
14
8
8開放窓枚数
[枚
]
平均室温 [℃ ]
24
12
4
16
8
20
024 25 2726 28
開放窓枚数
[枚
]
平均室温 [℃ ]
24
12
4
16
8
20
024 25 2726 28
開放窓枚数
[枚
]
平均室温 [℃ ]
24
12
4
16
8
20
024 25 2726 28
開放窓枚数
[枚
]
平均室温 [℃ ]
24
12
4
16
8
20
024 25 2726 28
開放窓枚数
[枚
]
平均室温 [℃ ]
24
12
4
16
8
20
024 25 2726 28
10
10
4F 5F4F 5F4F 5F 4F 5F 4F 5F
12
12
18
18
16
16
14
14
8
8
CASE1(10/19) CASE2(10/21) CASE3(10/18) CASE4(10/20) CASE5(10/26)
図 -8 開放窓枚数と CO2 濃度
1010 1212
1818
16
14 148 10
10 1212
18
18 1616
14 148
81010
1212
1818
16 16
14
1488
1018
1816
16
10-14 12-148
8
CO2濃度
[ppm]
開放窓枚数 [枚 ]
1000
600
800
900
500
700
400840 201612 24
CO2濃度
[ppm]
開放窓枚数 [枚 ]
1000
600
800
900
500
700
400840 201612 24
CO2濃度
[ppm]
開放窓枚数 [枚 ]
1000
600
800
900
500
700
400840 201612 24
CO2濃度
[ppm]
開放窓枚数 [枚 ]
1000
600
800
900
500
700
400840 201612 24
CO2濃度
[ppm]
開放窓枚数 [枚 ]
1000
600
800
900
500
700
400840 201612 24
1010
121218
18
16
16
14
14
8 8
CASE1(10/19) CASE2(10/21) CASE3(10/18) CASE4(10/20) CASE5(10/26)
図 -9 室温と熱的快適性
どちらとも
いえない
やや満足
やや不満
満足
不満
室温 [℃ ]22 23 24 25 2726 28
どちらとも
いえない
やや満足
やや不満
満足
不満
室温 [℃ ]22 23 24 25 2726 28
どちらとも
いえない
やや満足
やや不満
満足
不満
室温 [℃ ]22 23 24 25 2726 28
どちらとも
いえない
やや満足
やや不満
満足
不満
室温 [℃ ]22 23 24 25 2726 28
どちらとも
いえない
やや満足
やや不満
満足
不満
室温 [℃ ]22 23 24 25 2726 28
4F(R2=0.23)
5F(R2=0.56)
4F(R2=0.12)
5F(R2=0.003)
4F(R2=0.02)
5F(R2=0.003)
5F(R2=0.02)
4F(R2=0.003)
4F(R2=0.24)
5F(R2=0.21)
CASE1(10/19) CASE2(10/21) CASE3(10/18) CASE4(10/20) CASE5(10/26)
図 -10 開放窓枚数と熱的快適性
どちらとも
いえない
やや満足
やや不満
満足
不満
開放窓枚数 [枚 ]0 4 8 12 2016 24
どちらとも
いえない
やや満足
やや不満
満足
不満
開放窓枚数 [枚 ]0 4 8 12 2016 24
どちらとも
いえない
やや満足
やや不満
満足
不満
開放窓枚数 [枚 ]0 4 8 12 2016 24
どちらとも
いえない
やや満足
やや不満
満足
不満
開放窓枚数 [枚 ]0 4 8 12 2016 24
どちらとも
いえない
やや満足
やや不満
満足
不満
開放窓枚数 [枚 ]0 4 8 12 2016 24
4F(R2=0.31)
5F(R2=0.40)
4F(R2=0.14)
5F(R2=0.002)
4F(R2=0.06)
5F(R2=0.007)
4F(R2=0.05)
5F(R2=0.03)
4F(R2=0.01)
5F(R2=0.06)
CASE1(10/19) CASE2(10/21) CASE3(10/18) CASE4(10/20) CASE5(10/26)
4F North
5F South
5F North
謝辞
参考文献
実測にご協力いただいた成川嘉則氏、吉田奈央氏(ダイキン工業株式会社)、並びに関係者の皆様に心よりお礼申し上げます。なお、本研究の一部はJSPS科研費JP26249082の助成を受けた。
桃井良尚,山中俊夫,甲谷寿史,松井伸樹,花田卓弥,田中宏昌,川田康介,宇高遼馬,同題（第２報）中間期における自然換気性能の把握,空気調和・衛生工学会学術講演会講演論文集,2017.9(掲載予定)宇高遼馬,甲谷寿史,山中俊夫,桃井良尚,相良和伸,田中宏昌,川田康介,外気利用型個別分散空調システムを有する大空間オフィスの室内環境に関する研究（第1報）中間期における種々の空調モードでの室内環境の把握,日本建築学会近畿支部研究報告集,2017.6(掲載予定)桃井良尚,甲谷寿史,山中俊夫,相良和伸,田中宏昌,川田康介,宇高遼馬外気利用型個別分散空調システムを有する大空間オフィスの室内環境に関する研究（第4報）外気利用モードにおける室内環境の居住者評価,日本建築学会近畿支部研究報告集,2017.8(掲載予定)
1)
2)
3)
図 -11 室内平面温度分布
図 -12 室内平面 CO2 濃度分布
図 -13 各ケースでの空調消費電力量の比較
南ペリメータ側の温度が周囲より1℃以上高く、熱的不
快の可能性がある。よって日射の影響を受ける南側ペリ
メータでは、別途機械空調による十分な負荷処理が必要
であるといえる。CASE2のように外気温がさほど高く無
い場合は、室温分布はほぼ均一であった。図-12に各ケー
ス13時～14時の平面CO2 濃度分布の平均値を示す。CO2
濃度測定はペリメータでは行っていないため、図中では
空白としている。CASE1～ CASE4の自然換気時は全体的
に600ppm程度に収まっており、CASE5と比較すると外気
利用がCO2濃度の上昇を抑制していることが確認できる。
3.5 各ケースでの空調消費電力量の比較
図-13に各ケースでの空調消費電力量の比較を示す。
図中の室温及び外気温は、空調時間帯における平均値
(室温はFL+1.1m地点の平均値)を用いた。空調方式を
追加していくにつれ、消費電力量の増加が確認できる。
CASE5では台数制御によりCO2 濃度制御を行っているた
め、消費電力量はCASE3,4よりも小さい値となった。
おわりに
本報では、様々な空調モードにおける室温やCO2 濃度、
窓開閉についてケースごとに詳細な比較検討を行った。
今後は、通年の空調消費エネルギーの検討や換気回路網
計算との連成などを行う予定である。
0 14
20 18
40 22
60 26
CASE1(10/19)
CASE2(10/21)
CASE3(10/18)
CASE4(10/20)
CASE5(10/26)
10 16
30 20
50 24
70 28
空調消費電力量
[kW
h]
室温
/外気温
[ ℃]
4F
4F
5F5F
Under FloorAir Conditioning
Desiccant Air Handling unit
Outdoor Temperature
Indoor Temperature
Multi-splitAir Conditioning
CASE1(10/19)
CASE1(10/19)
4F4F
5F5F
CASE2(10/21)
CASE2(10/21)
CASE3(10/18)
CASE3(10/18)
CASE4(10/20)
CASE4(10/20)
CASE5(10/26)
CASE5(10/26)
450
450
450 450
450
450450
450
450
450
450
450450
450
450
450
450
450
450
450
450
450
450 450 450
450 450
450350
350
450450450450
450
450
450
400
400400
400
400400
400400
400 400
400
400
400
400 400
400
400400400
400
400400
400 400400
400
400
400 400
450 450
450
450350
550
550
550
550
550
27.5
27.527.5
27.5
27.5
27.5
27.5
27.5
27.5
27.5 27.5
27.5
27.528.0
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