グリーンビルディングの省エネルギー手法効果に関する研究 [ PDF

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(1)グリーンビルディングのための省エネルギー手法の効果に関する研究江島伊佐朗. 1．はじめに. グリーン庁舎には｢庁舎版 LCCO2 計算法｣をはじ. 昨今の地球環境問題により、省エネルギーは日本. めとするツールがあり、設計段階における環境負荷. の二酸化炭素排出量の約 3 分の 1 を占める建築業界. 削減手法をチェックできるようになっている。 GBC. において重要な課題となっている。省エネルギー手. はさらに運営管理やサービスの質、経済性といった. 法は建築の計画・基本設計の段階から提案され、十. 項目を加え、総合的に建築の性能を評価するシステ. 分に検討されることにより、その効果を発揮する。. ムとなっている。2000 における変更点は評価項目数. そこで、本研究は建築の企画・基本設計という初段. を 98 に比べて 120 から 80 へと減らし、簡略化を図. 階において、取り入れようとする各省エネルギー手. っているものの、総合評価をするまでに約 1 ヶ月は. 法の定量的な効果を簡易的に取り出すことができる. かかる点が改善点として残っている。. ようシミュレーションにより確認することを目的と. いずれにおいても、評価項目として省エネルギー. する。. は重要な部分を占めており、また、詳細な評価では. 2．グリーンビルディング. 時間がかかり、スピード化が求められている設計に. 人類の活動が地球環境に与える負荷は増加の一途. そぐわないことから、簡略的な効果の把握が必要で. であるが、この抑制のために｢気候変動枠組条約締約. あることが分かる。表-2 グリーン庁舎計画指針の評価項目. 国会議」を代表とする様々な取り組みが世界規模でなされている。その中に持続的な社会を構築する 1 つの方法論として、グリーンビルディングがある。表-1 にグリーンビルディングの概念を示す。グリーンビルディング関する取り組みとして、建築関係 5 団体による｢地球環境･建築憲章｣、国土交通省の｢グリーン庁舎計画指針｣（以下、グリーン庁舎）、 Green Building Challenge98,2000(以下、GBC)が挙げられる。それぞれ、基本とする考え方に差はないが、｢地球環境･建築憲章｣は日本における建築界の進むべき道を示しており、グリーン庁舎と GBC はグリーンビルディングの実践を定量的に表そうとしている。表-2、3 にグリーン庁舎と GBC の評価項目を示す。表-1. グリーンビルディングの概念. １）建築物のライフサイクル全般における消費の最小限化２）環境負荷の最小限化３）生態的環境の保全４）安全、快適、健康で質の高い建築空間５）建築物の機能や性能などの建築目的との整合性. ６）環境性能とコストバランス. 1. 周辺環境への配慮地域生態系保全都市気候緩和・地下水涵養周辺環境の汚染防止. 3. 長寿命化ゆとりの確保建築材料の合理的耐久性設備材料の合理的耐久性. 2. 運用段階の省エネ・省資源 2.1 負荷の抑制外壁・屋根・床の断熱窓の断熱・日射遮蔽局所空調・局所換気無駄の回避 2.2 自然エネルギー利用自然採光自然換気自然エネルギー利用 2.3 エネルギーの有効利用エネルギー多段階利用負荷平準化搬送エネルギーの最小化照明エネルギーの最小化水資源の有効利用最適運用. 4. エコマテリアルの使用低環境負荷材料熱帯材型枠の使用抑制副産物・再生資源分解容易な材料・工法. 表-3. 5. 適正使用・適正処理建築副産物の適正処理ノンフロン化・フロン回収資源の多段階利用. GBC2000 の評価項目. 環境持続性指標 M. 運用前管理 (必須) ESI1 1次エネルギー消費量（運用時） M1 施工計画 ESI2 建物及び関連用途の正味土地利用面積 M2 試運転調整 ESI3 飲料水消費量（運用時） M3 建物運用計画 ESI4 温室効果ガス排出量（運用時） M4 通勤・通学交通量を最小化する手法 ESI5 国別の任意追加項目 ESI６同上 Q 室内環境の質 (必須) Q1 空気質と換気 R. 資源消費 (必須) Q2 熱的快適性 R1 ライフサイクルエネルギー使用量 Q3 昼光照明、照度、視界 R2 土地利用と敷地の生態学的価値の変化 Q4 騒音と音響 R3 水使用量 R4 資材使用量 S サービスの質 S1 フレキシビリティとアダプタビリティ L. 環境への負荷 (必須) S2 設備システムの制御 L1 温室効果ガスの排出 S3 性能の維持管理 L2 オゾン層破壊ガスの排出 S4 アメニティ施設と屋外施設の質 L3 酸性化原因ガスの排出 E 経済性 L4 固形廃棄物 L5 廃水 E1 経済的性能 L6 敷地と隣接地への影響. 36-1.

(2) 表-4. 一方、九州大学においても新キャンパスへの移転. インを作成し、実際の設計へ提案しようという研究. 気象データ建物階数各階空調面積階高／天井高. があり、本研究の結果は省エネルギー手法の定量的. 平面形設定温湿度. に伴い、独自のグリーンビルディング設計ガイドラ. 標準気象データ（福岡）地上８階 2 605m １階 3.8m／2.7m 基準階、最上階 3.6m／2.6m 細長比 1：1.5 夏季 26℃, 50% 〔10.5g/kg(DA)〕中間季 24℃, 50% 〔 9.2g/kg(DA)〕冬季 22℃, 50% 〔8.2g/kg(DA)〕 2 0.2人/ m 2 23W/ m (蛍光灯、埋め込み形） 2 40W/ m 3 20m /（人･h）月∼金 8∼18時土 8∼13時（8∼9時は予冷・予熱時間、外気導入カット）単板透明ガラス8mm ブラインドは常時全開ひさしなし. 効果として、このガイドライン作成の研究に役立つ在室人員照明発熱機器発熱外気導入量. ものであろう。 3.省エネ手法の効果の算出 3.1. 空調時間. モデル建物及び空調設備. 窓仕様. 福岡市内にある標準的な中規模オフィスビルを想. 外部遮蔽. 定する。規模は地上 8 階建、延床面積約 6612m2 の. 基準設定条件 1. 表-5. RC 造とする。中央のコア部分は非空調とし、自然. 在室人員スケジュール照明スケジュール機器発熱スケジュール. 換気は行わず、外気導入は空調機による。シミュレーションは HASP/ACLD/8501、 HASP/ACSS/8502 を用いて、エネルギー消費量を算出する。表-4，5，6. 基準設定条件 2. 9時100% 13時50% 14時100% 18時50% 19時25% 20時0% 9時100% 13時70% 14時100% 19時50% 20時50% 21時0% 9時50% 13時35% 14時50% 19時25% 20時25% 21時0%. にシミュレーションにおける基準設定条件を示す。. ネ手法個々の効果を抽出するためにコアタイプと窓. 表-7. による年間 1 次エネルギー消費原単位を示し、基準 3 を基準とした各基準における省エネルギー効果の割合を表-8 に示す。ここで、求められた消費原単位は一般的な事務所建築の最頻値 1,000∼ 1,500MJ/(㎡･年 )の範囲と同じあるいは近いものである。コアタイ. 6000 コア部分. と基準 16 では 43.1%の差となる。各パターンにおい. 7800. 6000. 6000 33600. 6000. 6300. 7800. 6000. 9000. 6000. 6300. 6300. 6000. 6000 6000 33600. 9300. 6000. 6000 36000. 6000. 6300. 西側コア. 図-2 36-2. 6000. 7800. コア部分. コア部分. 6300 9300. 東側コア. 西側コア、両側コアでの窓面積比 10%と 30%では結. 6000 33600. 6300 6000. 6000. 24600. コア部分. 6300. 6000. コア部分. 電動機容量が下がることである。また、東側コア、. 6000. 北側コア. 南北軸コア 6300. は、最大熱負荷計算を行い、設備機器を選定する段階において機器能力が低下し、それによりファンの. 7800. 33600. センターコア. て消費原単位の差を生む最大の原因となっているの. コア部分. 6300. 6300. コア部分. 24600. 消費原単位にして 31.2%の差があり、さらに基準 3. 6000. 6000. 6300. プと窓面積比の効果としては、基準 3 と基準 18 では、. 6300. タイプと窓面積比を組み合わせたシミュレーション. 6000. 検討するコアタイプを図-2 に示し、図-3 に各コア. 24600. コアタイプ及び窓面積比. 検討項目. 窓面積比 10% センターコア 30% 60% Case1 10% 断熱（ 25mm）南北軸コア 30% 60% Case２ 10% 高気密化北側コア 30% 60% Case3 10% 庇東側コア 30% 60% Case４ 10% 熱線吸収ガラス西側コア 30% 60% Case５ 10% ペアガラス両側コア 30% 60%. 6000. 基準１基準２基準３基準４基準５基準６基準７基準８基準９基準10 基準１１基準１２基準１３基準１４基準１５基準１６基準１７基準１８. システムモデル. 6300. 面積は固定し、基準とする。 3.3. 図-1. 冷却塔. 6300. 検討する省エネルギー手法を表-7 に示す。各省エ. 冷却水ポンプ. 6300. 床及び天井. コアタイプ. 6000. 検討項目. 1 次ポンプ熱源機器. 6000. 3.2. バイパス. 4800 6000. 6000 6000 33600. 6000 4800. 両サイドコア. 24600. は定流量方式とする。. 還ヘッダー往ヘッダー. 6000. 内壁. 最上階エアハンドリングユニット 2 次ポンプ. 6300. 焚き吸収式冷温水発生機と冷却塔を設置し、ポンプ. 基準階エアハンドリングユニット. 24600. 外壁. 量単一ダクト方式で空調する。熱源は屋上階にガス. 1 階エアハンドリングユニット. [単位mm] 5 15 150 15 10 5 15 150 15 5 6 50 920 12 12. 6000. 階にエアハンドリングユニットを 1 台設置し、定風. 基準設定条 3. (室内側から）プラスターボードモルタル普通コンクリートモルタルタイルプラスターボードモルタル普通コンクリートモルタルプラスターボードカーペット類普通コンクリート非密閉空気層プラスターボード石綿吸音板. 24600. 表-6. 次に、システムモデルを図-1 に示す。空調設備は各.

(3) 表-8. 各基準における効果. コアタイプ基準1 基準2 基準3 基準4 基準5 基準6 基準7 基準8 基準9 基準10 基準11 基準12 基準13 基準14 基準15 基準16 基準17 基準18. センターコア南北軸コア北側コア東側コア西側コア両サイドコア. 窓面積比 10 30 60 10 30 60 10 30 60 10 30 60 10 30 60 10 30 60. 効果[%] 22.2 12.0 0.0 25.1 21.9 1.0 23.6 22.3 10.0 28.3 27.7 18.4 28.4 27.7 17.2 43.1 42.7 31.2. 表-9 基準１基準２基準３基準４基準５基準６基準７基準８基準９基準１０基準１１基準１２基準１３基準１４基準１５基準１６基準１７基準１８. Case 別の効果. 窓面積比. 基準値[MJ/ (㎡･年)]. 10 30 60 10 30 60 10 30 60 10 30 60 10 30 60 10 30 60. 1096.35 1240.87 1409.69 1055.40 1101.05 1395.59 1077.25 1095.98 1269.09 1011.23 1019.24 1149.79 1009.39 1019.03 1167.19 802.19 807.12 969.77. センターコア南北軸コア北側コア東側コア西側コア両側コア. Case1 6.7 13.1 3.4 4.2 5.2 3.6 6.3 5.4 4.2 15.9 1.9 2.8 20.5 1.8 2.8 2.3 1.5 0.9. ファン. Case2 5.1 4.6 3.9 3.4 3.9 3.2 5.5 5.3 4.2 4.5 4.3 3.4 4.3 4.0 3.1 3.8 3.5 2.7. ポンプ. Case3 0.0 10.2 14.7 0.8 2.1 15.7 2.6 0.2 7.6 - 0.4 0.0 5.6 0.0 - 0.4 9.3 0.0 0.0 0.0. 熱源(電力). Case4 0.1 10.3 2.5 0.9 0.1 12.1 2.7 0.1 3.7 0.0 0.0 0.0 - 0.1 0.2 4.3 0.0 0.0 0.0. [単位 %] Case5 0.5 3.3 3.9 1.3 1.7 5.3 3.0 1.9 7.6 0.1 1.1 6.3 0.1 1.0 7.7 0.4 0.9 1.2. 熱源(ガス). 果にほとんど差がない。 Case 別の結果. 表 -9 に各基準における Case 別の省エネルギー効果を示す。 3.4.1. Case1. 図-4 に各基準のシミュレーション結果を示す。基準の時点で原単位の値が高いセンターコア、南北軸. 消費原単位[MJ/(㎡・年)]. 1400. 3.4. コア、北側片コアは平均で 5.8％の削減になっている。. 1200 1000 800 600 400 200 0. 基準1. 顕著な削減効果を示しているのは、基準 10 と基準. 2. 3. 図-3. 13 である。それぞれ、 15.9% と 20.5% の削減効果と. 3.4.2. Case2. 図-5 に各基準のシミュレーション結果を示す。その削減効果は下は 2.7% 、上は 5.5% と平均的である。 3.4.3. Case3. に設備機器の能力が低下することにより、 10%程度の効果がある。 3.4.5. ポンプ. 熱源(電力). 熱源(ガス). 400 200 2. 3. 図-4. 4. 5. 6. 7. 8. 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18. Case1 の年間 1 次エネルギー消費原単位ファン. ポンプ. 熱源(電力). 熱源(ガス). 1400. 消費原単位[MJ/(㎡・年)]. や基準 6 では、最大熱負荷計算による機器選定の際. 基準の年間 1 次エネルギー消費原単位. 600. 基準1. 準２では効果が 10.8% となっているが、ポンプの電. 結果としてはほとんど効果が出ていない。基準 2. 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18. 800. であるのに対して、 30%、 10% では効果はない。基. Case4. 8. 1000. を得ており、最も高い値で基準 15.7% 、平均で 10.6%. 3.4.4. 7. 1200. 0. 窓面積比 60%ではどのコアタイプでも高めの効果. 動機容量の削減が要因である。. 6. ファン消費原単位[MJ/(㎡・年)]. る。. 5. 1400. なっている。逆に基準 11 と基準 14、両サイドコアでは平均 2%と他の半分以下の削減効果となってい. 4. Case5. 1200 1000 800 600 400 200 0. 基準1. 両サイドコア以外の窓面積比 60%で平均 6.2% の. 2. 図-5 36-3. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18. Case2 の年間 1 次エネルギー消費原単位.

(4) 削減効果が見られる。. 業間の取引金額を一覧表にした産業連関表をもとに. 3.5. 作られている。. 考察. 各省エネルギー手法の効果をシミュレーションに. 4.2. 数量の算出. より求めた。結果として、負荷削減による設備機器. 建設段階における資材等数量の算出においては、. 選定における能力の低下でエネルギー消費量が減少. 省エネルギー手法を取り入れた場合に変化する外壁. することが効果の大きな要因となっていた。最も、. 面積やガラス面積、断熱材などについてのみ求める。. 効果があるのはコアタイプの選択であり、設計段階. 4.3. 設備機器. におけるコアタイプの選択はその後の建築の将来に. CO2 削減効果を求めるためには設備機器の容量の. 影響を与えることが分かる。コアタイプと窓面積比. 変化を CO2 削減効果として算出しなければならない。. の選択によってエネルギー消費を削減した後に、他. 今回は、設備機器･資材の複合原単位として、設備機. の手法によってさらに削減することは難しい。. 器容量を変数とした 1 次式を用いた。なお、設備の. 4.省エネルギー手法の CO 2 削減効果. 変化はエアハンドリングユニットと吸収式冷温水発. 前節で求めた省エネルギー手法の効果を用いて、. 生機に限定し、ダクト等は変わらないものとする。. 運用段階における CO2 削減効果を求める。. 冷却塔や 1 次ポンプ、冷却塔と冷温水発生機の 2 次. 4.1. ポンプは吸収式冷温水機の原単位の中に含まれてい. 産業連関表. CO2 削減効果を求めるにあたって、日本建築学会. る。. の LCA 指針策定小委員会が作成したデータベース. 4.4. を用いる。このデータベースは国民経済において一. CO2 削減効果の計算結果を表-10、11 に示す。. 定期間 (通常 1 年間 )に行われた財貨・サービスの産表-10 基準基準1 基準2 基準3 基準4 基準5 基準6 基準7 基準8 基準9 基準10 基準11 基準12 基準13 基準14 基準15 基準16 基準17 基準18. センターコア南北軸コア北側コア東側コア西側コア両サイドコア. 10 30 60 10 30 60 10 30 60 10 30 60 10 30 60 10 30 60. 基準1 基準2 基準3 基準4 基準5 基準6 基準7 基準8 基準9 基準10 基準11 基準12 基準13 基準14 基準15 基準16 基準17 基準18. コアタイプ窓面積比センターコア南北軸コア北側コア東側コア西側コア両側コア. 10 30 60 10 30 60 10 30 60 10 30 60 10 30 60 10 30 60. 基準値 [kg- CO2 /(㎡･年)]. 67.5 76.3 86.6 65.0 67.8 85.7 66.3 67.5 78.0 62.2 62.7 70.7 62.1 62.7 71.7 49.4 49.7 59.6. による削減効果が大きい。基準 1 と基準 3 の関係より外壁の増加は初期の原単位に大きな影響を及ぼすことが分かる。また、 Case1 では運用の原単位削減にある程度の効果があるものの、断熱材を入れることにより初期の原単位がマイナスとなっている。 5.まとめシミュレーションにより、省エネルギー手法の効果を算出した。今後の課題として、省エネルギー手法を採用した場合の費用対効果を確認できるものの検討が必要である。. 各手法別の CO 2 削減効果Ｃａｓｅ１初期 6.8 - 1.0 13.1 - 0.7 3.4 - 1.2 4.3 - 1.3 5.2 0.3 3.6 - 0.9 6.5 - 0.8 5.5 - 0.2 4.2 - 1.2 15.8 - 0.1 2.0 - 1.9 2.8 - 1.3 20.3 0.2 1.8 - 1.3 2.8 - 1.3 2.4 - 1.6 1.6 - 1.3 1.0 0.6. [kg- CO2/㎡] 運用. 61.2 56.4 48.9 42.4 39.6 36.4 49.4 44.9 38.6 37.2 34.0 29.8 37.2 33.9 29.7 33.3 30.9 28.0. 考察. 消費原単位の結果と同様にコアタイプと窓面積比. 効果[%] 運用初期 22.0 - 25.0 11.9 - 15.2 0.0 0.0 25.0 13.4 21.7 19.0 1.0 25.7 23.4 - 0.9 22.1 8.2 9.9 21.2 28.2 23.9 27.6 30.5 18.4 39.1 28.3 24.0 27.6 30.7 17.2 39.4 43.0 32.0 42.6 36.8 31.2 42.7. 表-11 基準. 4.5. 各基準の CO 2 削減効果. コアタイプ窓面積比. 計算結果. 36-4. Ｃａｓｅ２運用初期 5.3 0.0 4.7 0.0 4.0 0.0 3.5 0.0 4.0 0.0 3.4 0.0 5.7 0.0 5.5 0.0 4.3 0.0 4.7 0.0 4.5 0.0 3.5 0.0 4.4 0.0 4.1 0.0 3.2 0.0 3.9 0.0 3.7 0.0 2.8 0.0. Ｃａｓｅ３運用初期 0.0 - 0.4 10.0 0.2 14.5 1.1 0.7 0.2 2.1 0.1 15.5 2.3 2.6 0.9 0.2 - 0.2 7.5 - 0.5 - 0.4 - 0.5 0.0 - 0.7 5.6 0.5 0.0 - 0.5 - 0.4 - 0.1 9.2 0.4 0.0 - 0.4 0.0 - 0.6 0.0 - 0.9. Ｃａｓｅ４運用初期 0.1 0.0 10.1 1.0 2.4 0.0 0.9 0.2 0.1 0.0 12.0 2.6 2.7 1.4 0.1 0.0 3.6 0.1 0.1 0.0 0.2 0.0 2.8 - 1.1 0.0 0.0 0.1 0.6 8.7 1.9 - 0.1 0.0 - 0.1 0.0 0.3 0.0. Ｃａｓｅ５運用初期 0.5 0.0 3.3 0.2 4.0 0.9 1.3 0.6 1.7 0.1 5.4 3.6 3.0 1.4 1.9 0.1 7.6 1.1 0.1 0.0 1.1 0.0 6.3 2.0 0.1 0.0 1.0 0.7 7.7 1.9 0.4 0.1 0.9 0.1 1.2 1.5.

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