50-1 図 4 住宅 A 壁体構成図 (単位:mm) 図 3 住宅 A 平面図(単位:mm) 写真 2 住宅 A 中庭 写真 1 住宅 A 北側
中国チベット自治区の生活実態に基づいた住宅エネルギー消費予測に関する研究
末吉 祥平
1. はじめに 成長都市が成熟都市へと移行するこれまでの過程には、 都市や建築の環境負荷の著しい増加が伴ってきたが、地 球の生態系受容を考慮すれば、これまでとは異なる新た な移行過程を模索する必要がある。本研究では、成長都 市における建築の環境負荷削減方策に関する研究の一環 として、中国チベット自治区を対象に、現地での生活実 態調査を基にした、建築様式や市民のライフスタイルの 変化の把握とそれに伴う住宅エネルギー消費予測につい て検討する。 2. チベット自治区の概要 近年、中国では北京、上海などの沿海地域だけでなく 内陸部においても経済成長は著しく、チベット自治区は その一つに挙げられる。その中心都市であるラサ市はチ ベット自治区の政治・経済・文化において重要な役割を 担っている。また、ラサ市は高高度に位置し、非常に特 異な気候である。図 1 にラサ市、北京市、福岡市の月平 均の直達日射量、図 2 に最寒月の日平均気温を示す。ラ サ市は中国の中で最も日射量が豊富な地域であり、日射 の有効利用は暖房負荷削減のための建築手法として非常 に有効であると考えられる。 3. 市街地住宅における生活実態調査 3.1 調査概要 ラサ市は中国内陸部からの移住者が多く、人口は増加 傾向にあり、政府主導で集合住宅の整備が進んでいる。 本節では集合住宅を対象に、2010 年 10 月に実施した現地 調査より近年の建築様式の変化を調査するともに、生活 スタイルの変遷や市民が望む生活レベルを把握し、将来 どのような生活スタイルへ移行するかを推察する。 居住者に対する電力・ガス等のエネルギー消費実態調 査と住まい方、住居への希望に関してのアンケート調査 を行った。 3.2 対象住宅 表 1 に住宅 A、住宅 B の概要を示す。住宅 A、住宅 B はラサ市街地にある集合住宅で、所得水準で分類すると 住宅 A は低所得者層、住宅 B が高所得者層である。 1) 住宅 A（写真 1,2） 居住者はチベット族の家族で、公共住宅の賃貸である。 図 3 に平面図、図 4 に壁体構成図を示す。チベット族の 伝統的な住まい方として、ソファを各部屋の隅に配置し、 夜はそれらをベッドとして使用している。居間と厨房に ソファ兼ベッドが配置されている。 2) 住宅 B（写真 3,4） 居住者は漢民族でラサ市に単身赴任しており、住宅は 0 50 100 150 200 250 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 日射量 [kWh/m2] 月 ラサ市 北京市 福岡市 -10 -5 0 5 10 15 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 te m pe ra ture (℃ ) 日 Fukuoka Beijing Lhasa 図 1 月平均直達日射量 (ラサ市,北京市,福岡市) 図 2 最寒月の日平均気温 （ラサ市,北京市,福岡市） 住宅A 住宅B 竣工年 1990年 2004年 構造 石、コンクリート混構造 レンガ、コンクリート混構造 構成 集合住宅：3階/3階建て 集合住宅：3階/4階建て 部屋構成 居間、厨房、仏間 居間、寝室×2、厨房、便所、ダイニング、書斎、浴室、温室 家族構成 夫婦+姪 男性（40代） 表 1 調査住宅概要 居間 仏間 厨房 7500 4800 2700 225 8700 1000 1000 4200 2400 280 900 1000 2700 110 4500 N50-2 図 6 住宅 B 壁体構成図 (単位:mm) 図 5 住宅 B 平面図(単位:mm) 写真 4 住宅 B 居間 写真 3 住宅 B 南側 表 2 エネルギー消費機器 勤務先より支給されている。図 5 に平面図、図 6 に壁体 構成図を示す。南側に温室が設置してあり、南側の窓面 積が住宅 A に比べ非常に大きい。これは、日射をより多 く取り込めるよう設計しているためだと考えられる。 3.3 アンケート調査 アンケート調査では、住まい方や室内環境への意識・ 希望をヒアリングするとともに、主要居室における温熱 感について朝昼晩の 1 日 3 度の回答を得た。表 2 に各住 宅のエネルギー消費機器を示す。 1) 住宅 A 室内温熱環境に関しては、南側の居間は寒くなく満足 していると答えたが、北側の厨房では寒く、満足してい ないと答えた。各室にはそれぞれ蛍光ランプ１台のみの 照明だが、明るさには問題がないという。衛生設備に関 しては中庭の給水設備と各階の共同便所があるのみで、 シャワーは近隣の親戚宅で利用している。また去年まで は中庭にソーラーストーブと呼ばれる太陽熱によって調 理を行う器具があったが、現在では集合住宅のほとんど の家庭が便利さと共用スペースの狭さから各家庭内で LPG を用いて調理するようになっている。また居住者の 希望として、戸別の浴室・便所がある中庭付き集合住宅 へ引っ越し、地域暖房を導入したいという結果を得た。 2) 住宅 B 居住者の 40 代男性はいずれの部屋においても寒くなく、 満足していると回答した。調理には LPG や電子レンジや 電気炊飯器などの調理器を用い、給湯は屋上に設置して ある太陽熱温水器より供給されている。シャワーは、週 1 回のみの利用である。これは、ラサ市は非常に乾燥して おり、大して汗をかかないためだという。しかし、若い 世代では、この習慣は変化しており、週 3、4 回利用する 者も徐々に増えてきている。住宅 A と比べると電化製品 の数が増えるだけでなく、より高出力な機器が多く導入 されており、多量の電力を利用していると推測できる。 居住者の希望に関しては、居住者は家族と別に暮らして いるため、新たに家電用品等を購入する希望はないが、 なるべく早いうちに地域暖房を取り入れたいと話した。 4. シミュレーション ラサ市の集合住宅一戸を対象に、シミュレーションに より建物性能、家電製品、照明等の機器性能の向上によ るエネルギー消費量の変化を考察する。 4.1 シミュレーション概要 一世帯あたりのエネルギー消費量を暖房、家電機器、 照明の各用途別に算出する。給湯に関しては、一般的に 日射を利用したソーラーストーブもしくは太陽熱温水器 を用い、冷房に関しても夏季において平均外気温度が約 17℃と涼しいため、給湯負荷、冷房負荷は考慮しないこ ととする。図 7 にシミュレーションフローを示す。機器 や照明の一般電力負荷は、生活実態調査を基に、生活ス ケジュール自動生成プログラム SCHEDULE Ver.2.01)の出 力結果に基づいて算出した。気象データは、ラサ市の標 準年気象データ2)を用いた。 暖房負荷は、照明、機器の内部発熱量を考慮し、動的 熱負荷計算ソフト THERB3)を用いて算出した。空調はル 表 3 THERB 入力データ 図 7 シミュレーションフロー 家族構成 生活スケジュール 自動生成プログラム SCHEDULE Ver2.0 ライフスタイル アンケート調査 機器性能 建物構成 気象データ 熱負荷計算ソフト Therb により 熱負荷を算出 空調のエネルギー消費量 機器のエネルギー消費量 所在地 チベット自治区ラサ市 緯度、経度 29.39°, 91.07° 階数 4 階高（m） 3.0 各住戸の床面積（㎡） 73.0 天井高（m） 2.7 構造 RC造 家族構成 夫婦、高校生、中学生 表 4 計算建物概要 ダイニング 居間 寝室 寝室 浴室 書斎 厨房 WC 3900 4500 3000 1500 4200 2400 2700 3900 1500 3000 1700 3400 1700 4200 N 暖房期間 11月1日～2月28日 暖房時間 24時間暖房 計算間隔 10分間 設定温湿度 22℃、40％ 気象データ ラサ市の標準年気象データ2) 換気回数 全室1.0回/h 外表面対流熱伝達率 13.8W/㎡・K 外表面放射熱伝達率 5.0W/㎡・K 内表面対流熱伝達率 3.4W/㎡・K 内表面放射熱伝達率 5.0W/㎡・K 住宅A 住宅B 調理 LPG LPG 調理（電気） 電気炊飯器、冷蔵庫 電気炊飯器、冷蔵庫、電子レンジ、 炊飯器、換気扇 給湯（飲用） ― 給水機 給湯（その他） ― 太陽熱温水器、シャワー室 その他（電気）テレビ、SVCDプレイヤー、MP3/CD プレイヤー テレビ2台、CDコンポ、オーディオ セット、パソコン、洗濯機 暖房 ― ― 照明 蛍光ランプ3台 蛍光ランプ9台
50-3 ームエアコン（COP=3）を想定し、エネルギー消費量を 算出する。THERB 入力データを表 3 に示す。負荷計算を 行う際、外表面対流熱伝達率、内表面対流 熱伝達率に 18W/m2K、5W/m2K を用いることが一般的だが、対流熱 伝達率は、空気密度に依存するため、空気密度が平地の 約 60％と小さいラサ市では、これらの値は小さくなる。 対流熱伝達率は無次元数であるヌセルト数で計算するこ とができ、本計算には、外表面対流熱伝達率、内表面対 流熱伝達率にそれぞれ 13.8W/m2 K、3.4W/m2K を用いた。 4.2 計算建物概要 対象集合住宅の建物概要を表 4 に、基準階平面図を図 8 に示す。対象住戸は中間階中央の住戸とする。本報では、 簡単のため計算の境界条件として、隣接住戸、上下階住 戸は当該住戸と等温変動室とみなす。 4.3 ケース検討 次の 4 ケースに対してエネルギー消費量を算出する。 表 5 に各ケースの主な設定条件、表 6 に各ケースの建物 概要、表 7 に設定機器データを示す。なお、それぞれの ケースは、3 節で示した生活実態調査を参考に定めた。暖 房を行う場合は、図 8 の子供部屋 1,2、居間、寝室で行う。 1) Case0 Case0 は当地域で最も庶民的な住宅および所有機器を 想定したものである。壁体には断熱材はなく、窓ガラス は単板ガラスである。窓面積は南側外表面の 50％程度で ある。機器に関しては、暖房も利用せず、照明、テレビ、 炊飯器など生活する上で最低限の機器だけが導入されて いるものとする。Case0 は低消費型の生活を想定している。 表 5 各ケースの設定条件
要素 Case0 Case1 Case2 Case3
断熱材 無 無 無 有 パッシブ手法 ダイレクトゲイン ダイレクトゲイン 付設温室 付設温室 南側窓面積 標準 標準 大 大 北側窓面積 標準 標準 小 小 窓構成 単板ガラス 単板ガラス 単板ガラス 複層ガラス 暖房 無 有（普及型） 有（普及型） 有（普及型） 家電数 尐 標準 標準 多 機器性能（照明） 普及型 普及型 普及型 省エネ型 機器性能（娯楽機器） 普及型 普及型 普及型 省エネ型 機器性能（衛生機器） 普及型 普及型 普及型 省エネ型 機器性能 建物性能 普及型 省エネ型 熱[W] 熱[W] 冷蔵庫 電気 350ﾘｯﾀｰ／ｲﾝﾊﾞｰﾀ 60 35 普及型 普及型 普及型 省エネ型 電気ジャーポット 電気 2.2ﾘｯﾀｰ ・一定に換算 66 30 × 普及型 普及型 省エネ型 電子レンジ 電気 調理（夕食1回） 200 170 普及型 普及型 普及型 省エネ型 温水洗浄便座 電気 低温 35 20 × × × 省エネ型 洗濯機 電気 3 キロ自動洗濯機 126 80 普及型 普及型 普及型 省エネ型 炊飯器 電気 ３合（朝食1時間） 225 150 × 普及型 普及型 省エネ型 ドライヤー 電気 450 450 × × × 省エネ型 換気扇 電気 110m3/h 20 20 × 普及型 普及型 省エネ型 スタンド 電気 FL 30 10 普及型 普及型 普及型 省エネ型 掃除機 電気 200 200 × 普及型 普及型 省エネ型 アイロン 電気 スチームアイロン 500 500 × × × 省エネ型 テレビ 電気 20インチ 2 120 0.1 50 普及型 普及型 普及型 省エネ型 プレーヤー 電気 ステレオ相当 14 100 0.5 50 普及型 普及型 普及型 省エネ型 コンピュータ 電気 1.5 300 0.5 80 × × × 省エネ型 Case1
Case0 Case2 Case3
項目 動力 備考 機器性能 待機電力[W] 待機電力[W] 図 8 基準階平面図 (単位:mm) 表 6 各ケースの建物概要 表 7 各ケースの設定機器データ
Case0,1 Case2 Case3
ダイレクトゲイン 付設温室 付設温室 構成 RC RC RC+断熱材 熱貫流率 2.82W/㎡K 2.82W/㎡K 0.36W/㎡K 構成 単板ガラス3mm 単板ガラス3mm 複層ガラス 南側窓面積 8㎡ 24.44㎡ 24.44㎡ 熱貫流率 6.0W/㎡K 6.0W/㎡K 2.9W/㎡K - - 付設温室より子供部屋1,2,居室,寝室にそれぞれ50㎥/hの通気量を与える 外壁 窓 手法 その他 11900 2700 2100 N 1200 1500 1200 子供部屋2 3700 3 90 0 10 0 10 0 2700 4200 2700 2700 4200 1500 2000 1500 100 100 子供部屋1 居間 寝室 台所 トイレシャワー
50-4 2) Case1 Case1 は、Case0 の低性能な住宅で暮らしつつ、経済レ ベルの向上に伴い、暖房を使用し、機器の数が増え、よ り高出力な機器を使用する生活を想定している。 3) Case2 Case2 は、当地域の高所得者層でよく見られる住宅、所 有機器を想定している。本ケースでは図 8 の南側に温室 を付設させた場合を検討する。近年、ラサ市では日射を 効率よく利用できるよう付設温室を導入する住宅が多く 建設されている。機器に関しては、Case1 と同様である。 4) Case3 Case3 は Case2 より機器の数が増え、より多消費型の生 活に移行するところを、建物性能、機器性能を向上させ ることでエネルギー消費量を抑制させた場合を想定して いる。建物性能に関しては表 5,6 に示すように、Case2 に加え外壁には断熱材、窓には複層ガラスを使用する。 各部材の熱貫流率や窓面積等は、ラサ市の省エネ設計基 準を満たすように与えた。また、付設温室より子供部屋 1、 子供部屋 2、居室、寝室に温室より 50m3 /h の通気量を与 える。各機器の消費電力を決めるにあたっては、メーカ ーより発行されたカタログ値を参考にした。 4.4 計算結果 4.3 節で示した 4 ケースで暖房、機器、照明の年間エネ ルギー消費量を算出した。また、大きな開口部を有する 方位が変わることによる暖房エネルギー消費量への影響 を検討するため、居間、子供部屋 1、寝室の 3 室が南向き に面する場合（図 8）と同時に、3 室が東向き、西向き、 北向きに面する場合のエネルギー消費量を併せて算出し た。図 9 にケース別、方位別年間エネルギー消費量、図 10 に期間積算暖房エネルギー消費量を示す。 南向きの場合のみに着目すると、Case1 の年間エネルギ ー消費量は Case0 より約 2.0 倍大きい。Case0 ではなかっ た暖房エネルギーが生じた上に、機器によるエネルギー 消費量が増えたためである。図 10 より Case2 の暖房エネ ルギー消費量は Case1 と比べて南側の居室、子供部屋 1、 寝室において小さくなっている。これは、付設温室に因 るところが大きいと考えられる。次に Case2 と Case3 の 年間エネルギー消費量を比較すると、機器の数が増えた にも関わらず、Case3 は Case2 より約 36％小さい。これ は機器性能の向上に加え、建物性能が向上したためであ る。特に暖房エネルギー消費量が大幅に減尐したのは付 設温室の効果に加え、窓や壁の断熱性が向上したためだ と考えられる。よって適切な建築手法を導入すれば、本 条件では暖房エネルギー消費量を大幅に削減できる。 次に方位が変わることによる影響をみると、図 10 より 南向きと比べ他方位は大幅に暖房エネルギー消費量が増 加している。特に Case3 は、南向きと比べて東向きは約 4.3 倍、西向き、北向きは約 5.9 倍増加する。これは付設 温室が南向きでなくなることにより、日射を効果的に取 得できないためである。これまで、ラサ市の集合住宅は 東西軸に長く、全戸が南に面するように配置されるのが 一般的だが、人口増加に伴い集合住宅が密集することで、 他方位に面するような集合住宅が建設されることが予想 され、図 10 で示すような暖房エネルギー消費量の大幅な 増加が懸念される。また、本報では検討していないシャ ワー利用回数の増加や炊事時の湯の多用なども想定され、 給湯需要が増加し太陽熱温水器やソーラーストーブでは 賄えず、給湯機等による給湯エネルギー消費量の増加も 懸念される。 5. 終わりに 生活実態調査を基に、シミュレーションにより建築様 式や市民のライフスタイルの変化に伴う住宅エネルギー 消費予測を行った。今後は、ライフスタイルの変化に伴 うエネルギー消費量の増加要素を分析し、それらに対す る対策を講じる必要がある。 図 9 年間エネルギー消費量（Case0,1,2,3） 図 10 期間積算暖房エネルギー消費量（Case0,1,2,3） 【参考文献】 1) 空気調和・衛星工学会：シンポジウム 住宅における生活スケジュールと エネルギー消費 テキストと付属プログラム SCHEDULE Ver2.0, 2000 2) 張晴原：中国における設備設計とシミュレーション用気象データベースに 関する研究，空気調和・衛星工学会論文集，No.161，pp11-16, 2010 年
3) Ozaki A, Watanabe T and Takase S: Simulation Software of the Hydrothermal
Environment of Buildings Based on Detailed Thermodynamic Models, eSim 2004 of the Canadian Conference on Building Energy Simulation, pp.45-54, 2004
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 南 向 き 東 向 き 西 向 き 北 向 き 南 向 き 東 向 き 西 向 き 北 向 き 南 向 き 東 向 き 西 向 き 北 向 き 南 向 き 東 向 き 西 向 き 北 向 き
Case0 Case1 Case2 Case3
エ ネル ギ ー消 費 量 [ ｋ Wh] 照明 機器 暖房 非暖房 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 南 向 き 東 向 き 西 向 き 北 向 き 南 向 き 東 向 き 西 向 き 北 向 き 南 向 き 東 向 き 西 向 き 北 向 き 南 向 き 東 向 き 西 向 き 北 向 き
Case0 Case1 Case2 Case3
エ ネル ギ ー消 費 量 [ ｋ W ｈ ] 居間 寝室 子供部屋1 子供部屋2 非暖房
