ＶＲＶエネルギーシミュレーション
技術の開発
２００７年１０月１７日
ダイキン環境技術研究所
塩地 純夫
What is the Sustainable Building？
地球温暖化など、地球規模の環境問題が注目されるようになって以来、住宅・建築の分野では
「環境に優しい建物（
Green Building）」の研究と建築が世界的に行われている。このような「建物」は、
当初様々な呼び名があったがが、最近では英語の
‘sustainable’ (｢持続可能な」という意味)を使って、
サステナブルビルなどと称することが一般的となっている。
ロンドンのサステナブルビル
‘BedZED’
・屋上
:風力利用の換気装置
・ダブルスキン構造
・ソーラパネル
オランダのサステナブルビル
・オールソーラシステム
・地下水利用（ＨＰ、蓄熱）
ＣＯ２排出削減の具体化など、地球環境を考えた現実的な取組みが急ピッチで進んでいる。特に
建築物に関しては、環境負荷の小さい建築物や空調システムが期待されている。
http://www.bioregional.com/programme_projects/ecohous_prog/bedzed/bedzed_hpg.htmＬＥＥＤ、Ｔｉｔｌｅ２４
Gobas
公共建築省エネ設計基準
（
GB50189-2005
）
ｸﾞﾘｰﾝ建築評価基準
CASBEE
BREEAM
GBtool
ESCALE
「環境に優しい建物：サステナブルビル」を評価するための指標が各国で策定され、
施行されている。⇒エネルギーシミュレーション必須の場合がある。
ＥＰＢＤ
各国の省エネビル規制動向
NABERS
(Standard of Sustainable Building）
省エネビル規制動向とエネルギーシミュレーション
US
>DOE2,Energy Plus(DOE)
>HAP(Carier)
>Trace(Trane)
China
>DeST
>DOE2
Japan
>HASP
>BECS→BEST、LCEM
ＥＵ
>Esp-r(UK)
>Calener(Spain)
（
HVAC energy simulation map）
05年から北京市の商業施設
のエネルギー消費量評価は
義務化されている。
08北京
オリンピック施設全てに
DeSTでのシミュレーショ
ンが適用されている。
シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 実 施 し て
LEEDの格付けを得ることで、CA
やNYなど州政府による税金控除、
低利融資などのインセンティブ
が与えられる。また公共建築物
に関しては義務付けされている。
CA の Title24 で は 州 条 例 でエ ネ
ルギーシミュレーションを義務
つけている(99年から）。
公共建築物に関してLCEM
は推進中。
エネルギーシミュレーションを活用することで、規制に対応した建物の省エネ性（躯
体構造）を評価、最適な空調システムの検討が実施できる。
しかし
VRVはない。
VRVエネルギーシミュレーションの目的
１）年間消費電力量による省エネ
・セントラル方式との比較
１）年間消費電力量による省エネ
・セントラル方式との比較
３）適正な
VRVシステムの設計
・最大負荷計算法よりも高精度な容量選定
・ゾーニングと系統設計の最適化
３）適正な
VRVシステムの設計
・最大負荷計算法よりも高精度な容量選定
・ゾーニングと系統設計の最適化
２）個別分散することでの省エネ性
・部分負荷特性
・利用していないｿﾞｰﾝの空調を停止
２）個別分散することでの省エネ性
・部分負荷特性
・利用していないｿﾞｰﾝの空調を停止
VRVエネルギー分析結果
＜電力消費量＆必要空調能力：必要なタイムステップごと、系統ごと・・・・・・＞
＜機器効率（COP)／負荷率：ゾーンごと、系統ごと・・・＞
0.00E+00 1.00E+00 2.00E+00 3.00E+00 4.00E+00 5.00E+00 6.00E+00 7.00E+00 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 0 5 E+10 1 E+11 1.5 E+11 2 E+11 2.5 E+11 3 E+11 3.5 E+11May June Ju ly August Se pte mber Oc tobe r 冷却塔ファン（J) ポンプ（J) 水冷チラー（J) ファン（J)
VRV system central system Which is?
VRV system
（
Input data and calculation result）
EnergyPlus+VRVの開発（１）
Input data
Calculation result
Catalog
A)建物構造
B)内部負荷（スケジュール）
B)気象データ
C)VRV系統
D)VRV機器特性
１）能力特性カーブ
２）入力特性カーブ
３）部分負荷特性カーブ
0 100000000 200000000 300000000 400000000 500000000 600000000 E le c tr ic it y :F a c ili ty [J ]( M o n th ly ) G en e ra lL ig h ts :E le c t ri ci ty [ J ]( M o nt h ly ) E le c tr ic it y: P la n t [J ]( M o nt h ly ) G a s: P la nt [J ]( M on th ly ) E le c tr ic it y :B u ild in g [J ]( R u nP er io d) E le ct ri ci ty :H V A C [J ]( R un P er io d) G a s: F ac ili ty [J ]( R u n P e ri od ) January July 0 5 10 15 20 25 30 35 0 1 / 1 4 0 1 :0 0 :0 0 0 1 / 1 4 0 4 :0 0 :0 0 0 1 / 1 4 0 7 :0 0 :0 0 0 1 / 1 4 1 0 :0 0 :0 0 0 1 / 1 4 1 3 :0 0 :0 0 0 1 / 1 4 1 6 :0 0 :0 0 0 1 / 1 4 1 9 :0 0 :0 0 0 1 / 1 4 2 2 :0 0 :0 0 0 7 / 0 7 0 1 :0 0 :0 0 0 7 / 0 7 0 4 :0 0 :0 0 0 7 / 0 7 0 7 :0 0 :0 0 0 7 / 0 7 1 0 :0 0 :0 0 0 7 / 0 7 1 3 :0 0 :0 0 0 7 / 0 7 1 6 :0 0 :0 0 0 7 / 0 7 1 9 :0 0 :0 0 0 7 / 0 7 2 2 :0 0 :0 0 SPACE1-1:Zone/Sys Air Temp[C](Hourly) SPACE2-1:Zone/Sys Air Temp[C](Hourly) SPACE3-1:Zone/Sys Air Temp[C](Hourly) SPACE4-1:Zone/Sys Air Temp[C](Hourly)A)ゾーンごとの負荷
B)ゾーンごとの温度・湿度
C)VRV系統ごとの能力
D)VRV系統ごとの消費電力
E)VRV系統ごとの負荷率
：
（全ての情報
/
時間間隔指定）
Power = (Q
total
) (EIR) (RTF)
Power=消費電力
Q
total=能力（負荷）
EIR=入力特性
RTF=部分負荷特性
Get the Input data of VRV outdoor
units and attached indoor unit
star
performance table
(each combination ratio)
Indoor unit Num.
Outdoor Unit Num.
OutdoorUnitNomCap
:
Outdoor Unit Num=1
Indoor Unit Num=1
Block Inner loop
(Indoor Sum)
Indoor Unit Num=
Indoor Unit Num+1
IndoorUnitNum >NumIndoorUnit
Yes
No
Block Outer loop
(Outdoor Sum)
Outdoor Unit Num=
Outdoor Unit Num+1
OutdoorUnitNum >NumoutdoorUnit
Yes
No
Call outputvariable
End
Subroutine SimVRVOutdoorUnit
Cooling Flow-chart
VRV module
■
Modify the Unitary-System（Cooling)
配管ロス
・配管長
・高低差
Zone①
Load①
Zone②
Load②
Capacity①
=Load①
Capacity②
=Load②
P
outdoor
= Q
total
×
EIR×RTF
Power consumption = P
outdoor+P
indoorfanPower consumption = P
outdoor+P
indoorfan■
Modify the Unitary-System（Heating)
Q
total
=Σｃapacity（Load）
EIR=Power input performance
RTF=Part load performance
EnergyPlus+VRVの開発（３）
既存のＤｘ
coilモジュールをカスタマイズ
・顕熱比、露点温度/バイパスファクタで潜
熱、顕熱を分離して負荷処理を行なう。
P
outdoor
=
(Q
total
) (EIR)
(RTF)
■技術資料記載の能力表から、室内機接続容量比率ごとに
特性式（
外気温度＋室内温度の特性式
）を作成
Q
total=Total cooling capacity(W):
Cooling Q
total
=a+b(T
wb,i
)+c(T
wb,i
)
2
+d(T
db,o
)+e(T
db,o
)
2
+f(T
wb,i
)(T
db,o
)
Heating Q
total
=a+b(T
wb,o
)+c(T
wb,o
)
2
+d(T
wb,o
)
T
wb,i=WB temperature of the air-entering indoor unit
T
db,o= DB temperature of the air-entering outdoor unit
T
wb,o= WB temperature of the air-entering outdoor unit
EIR = Energy input ratio = (1/cop
rated)( EIRTempModFac)
⇒COP
ratedis COP in the ratings condition (input value)
Cooling EIRTempModFac=a+b(T
wb,i
)+c(T
wb,i
)
2
+d(T
db,o
)+e(T
db,o
)
2
+f(T
wb,i
)(T
db,0
)
Heating EIRTempModFac=a+b(T
wb,o
)+c(T
wb,o
)
2
+d(T
wb,o
)
（
Energy calculation）
１）比較対象建物の概略構造
28
.0
5.0
4.0
10.0
4.0
5.0
North Zone South ZoneWest Zone Centre Core East Zone
Interior Zones N
Ten floors Office building
Floor to Floor Height :3.5m(Room:2.7m)
空調領域≒7840㎡）
1フロアーの平面図
セントラルシステムとの比較（２）
２）比較対象建物の概略情報
１）外壁 コンクリート(150mm）＋断熱材（20mm）＋空気層＋プラスター（15mm） ２）内壁 プラスター（13mm）＋コンクリート（100mm）＋プラスター(13mm） ３）床と天井 コンクリート（150mm)+空気層＋プラスター(10mm）＋スレートタイル（10mm建物情報
建物躯体構造
夏季設定温度：26℃
項目 概要 １）所在地 東京 ２）建物タイプ １０階建ての」オフィスビル ３）床面積 ７８４㎡×１０＝７８４０㎡ センターコアにはエレベータ、給湯室などを含む ４）窓と日除け 窓はペアガラス（厚さ：3mm/空気層：12.7mm） 窓高さ1.5ｍ（床0.8ｍ～） WWR( 日射対策はなし ５）運転日 月曜日～金曜日（7:00～17:00) ６）内部負荷 在室人員 5㎡/人（ペリメータ、インテリアゾーン） 25㎡/人（センターコア） 照明 25W/㎡（ペリメータ、インテリアゾーン） 15W/㎡（センターコア） その他の発熱体（ＰＣなど） 20W/㎡（ペリメータ、インテリアゾーン） 0W/㎡（センターコア） ７）設定温度 夏季25℃ ８）隙間風 0.1回換気相当 ９）機械換気 4.0m3/(m2・h) （ペリメータ、インテリアゾーン） 0.6m3/(m2・h) (センターコア） 10）夏季冷房期間 ５月１日～10月31日セントラルシステムとの比較（３）
３）空調負荷計算結果と
VRV室内機配置イメージ
DACCS結果（１F、１ゾーンのみ）
×１０階
空調負荷１４００KWと考えて、ＶＲ
Ｖは１階あたり140ＫＷの室外機、セ
ントラル熱源は1400ＫＷチラーを使
うものとした。
28 .0 5.0 4.0 10.0 4.0 5.0 North Zone South ZoneWest Zone Centre Core East Zone
Interior Zones N
室内ターミナル配置
○ＶＲＶは各ゾーンに室内機を１台配置する。
○セントラルシステムでも各ゾーンにターミナルを１台配
置する。
ＶＲＶ室外機ｈは各階設置
セントラルシステムとの比較（４）
４）比較対象空調システム
w t w t w t w t w t w t w t w t w t w t VRF VAV FPFA 1 6 7 8 5 9 10 2 3 4Note: 1. VRF outdoor unit; 2.VRF Indoor unit; 3.Refrigerant loop; 4. Diffuser; 5. Duct; 6. Chiller; 7. Pump; 8. AHU; 9. Fan-coil Unit; 10. Water Pipe
Ｂ）VAVシステム(冷房）
①水冷Screwチラー（CUW300D5Y特性を使用）：能力=1400KW,
COP=4.7
,Design Water Volume=autosize
②ポンプ：Volume flow rate=autosize,Power consumption=autosize, Moter Efficiency=0.9,PLFあり
③AHU：Coil=Water flow & Air flow autosize, Fan=autosize
④
VAV：No-reheat, Air-flow=autosize
⑤クーリングタワー：Design Water flow rate & Air flow rate=autosize, Fan-power=autosize
Ｃ）Ｆａｎｃｏｉｌシステム（冷房）
①水冷Screwチラー（CUW300D5Y特性を使用） ：能力=1400KW,
COP=4.7
,Design Water Volume=autosize
②ポンプ：
Volume flow rate=autosize,Power consumption=autosize, Moter Efficiency=0.9,PLFあり
③
Fan-coil：Air flow rate & cold water flow rate=autosize
④クーリングタワー：Design Water flow rate & Air flow rate=autosize, Fan-power=autosize
VAV
Fancoil
VRV
10HP特性カーブを使用
COP=3.7
５）計算結果
(5/31～10/31の合計電力消費量）
○
VRV＜ＦａｎＣｏｉｌ＜ＶＡＶという電力消費量になる結果を得た。コイル出口温度の違いか
らＶＲＶよりもＦａｎＣｏｉｌの電力消費量が大きい結果となっている。ダクトの圧力損失からＶＡ
Ｖのファン入力が大きくなっていると考えられる。
セントラルシステムとの比較（５）
0
2E+11
4E+11
6E+11
8E+11
1E+12
1.2E+12
1.4E+12
1.6E+12
VR V
VAV
Fan c o il
冷却塔
ポンプ
送風
熱源
J
＊
VRVの熱源は室外機の電力消費量（圧縮機＋ファン）
＊VRVの送風は室内機ファンの電力消費量
実測値とｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ結果の比較（１）
実際の建屋
EnergyPlusのモデルイメージ
Upper floor 1737 (Height:4.5m)
950 961 4. 5 ｍ 8ｍ 5.6 ｍ 8ｍ 927 916 939
Lower floor1762 (Height:4.5m)
１）実測対象の建物とシミュレーションモデル
＊上下左右前後の
隣接部屋を全てモデル化
＊実測対象居室の空調機設定温度は２６℃
Ａ
室
（
45㎡）
Ｂ
室
(45㎡）
温湿度測定器
実験用ＰＣ
温湿度データ収集器
ＵＳＢ
DⅢ-NET
（内外ライン）
４HP室内機
制御系コントローラ
データレコーダ
Ｅｔｈｅｒｎｅｔ
配電盤
パルス
変換器
電力パルス
電力
測定器
5.6ｍ
8ｍ
＊Ａ室Ｂ室とも内部負荷としてヒータ、照明を使用
★高さ3.3ｍ
２）実測対象居室の計測環境
実測値とｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ結果の比較（２）
４HP室内機
８HP室外機
加湿器：550L/h
加湿器：550L/h
実測値とｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ結果の比較（３）
３）実測結果の例（
2006年8月26日）
時間 室内機 能力推定値 (kwh) 室内温度 (C) 室内湿度 (％) 室内機 能力推定値 (kwh) 室内温度 (C) 室内湿度 (％) 0:00 0.000 29.900 72.125 0.000 29.654 74.958 0.000 0.035 1:00 0.000 29.900 72.792 0.000 29.658 75.208 0.000 0.035 2:00 0.000 29.875 73.500 0.000 29.613 75.458 0.000 0.036 3:00 0.000 29.875 73.625 0.000 29.588 75.250 0.000 0.036 4:00 0.000 29.871 74.458 0.000 29.575 75.625 0.000 0.036 5:00 0.000 29.888 74.458 0.000 29.617 75.833 0.000 0.037 6:00 0.000 30.421 72.667 0.000 30.121 74.167 0.000 0.036 7:00 0.000 31.471 69.042 0.000 31.279 70.333 0.000 0.035 8:00 0.000 32.296 66.792 0.000 32.250 67.083 0.000 0.035 9:00 8.271 27.988 56.833 8.128 28.213 55.917 16.398 4.574 10:00 9.884 26.067 47.792 9.866 26.742 49.083 19.750 3.691 11:00 10.158 25.992 47.708 9.821 26.567 48.500 19.979 3.691 12:00 9.384 25.758 47.792 9.319 26.388 48.792 18.703 3.493 13:00 9.372 25.371 48.792 9.042 25.892 49.458 18.414 3.545 14:00 8.157 25.588 51.708 7.966 26.104 52.500 16.123 3.253 15:00 8.559 25.792 54.250 6.776 26.058 54.292 15.336 3.369 16:00 7.621 25.738 56.208 7.308 25.725 54.125 14.929 2.924 17:00 0.051 29.679 52.417 0.074 29.292 55.917 0.125 0.060 18:00 0.000 30.538 59.000 0.000 30.258 61.417 0.000 0.035 19:00 0.000 30.563 62.750 0.000 30.408 65.125 0.000 0.035 20:00 0.000 30.608 64.208 0.000 30.479 67.542 0.000 0.035 21:00 0.000 30.650 65.667 0.000 30.513 69.125 0.000 0.035 22:00 0.000 30.671 67.083 0.000 30.525 70.167 0.000 0.035 23:00 0.000 30.679 69.333 0.000 30.521 72.417 0.000 0.035 8/26 Room A 室外機 電力消費量 (kwh) 室外機 能力推定値 (kwh) Room B実測値とｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ結果の比較（４）
４）建物のシミュレーションモデル
２）建物構造（物性値は
BLASTのDBを使用）
１）気象データ＝気象台から購入
Name Outer wall Inter wallCeiling and floor
Material /Thickness (unit: m) (eramic/porcelain 0.01)+( Plaster (Lightweight) .013)+( AAC Block .2)+ ( Plaster
(Lightweight) .013)
(Plaster (Lightweight) .013)+( Aerated Concrete
Slab .2)+ (Plaster (Lightweight) .013) (Wooden Flooring .019)+( Air gap)+( Cast Concrete
(Dense) 0.1)+ ( Air gap)+ Ceiling Tiles
３）建物構造（物性値は
BLASTのDBを使用）
＊People,Electric equipmentに関して、実測ではヒータを使用、計算では合計発熱量をElec
quipmentとして設定。
24th to 25th
room people light Elec equipment Set point(°C) schedule Infiltration (ACH) A&B 900W(100W×9) 360W(30w*12本） 880W 26 9am ～ 5pm 0.5
26th to 27th
room people light Elec equipment Set point(°C) schedule Infiltration (ACH) A&B 1400W(100W×14) 360W(30w*12本） 880W 26 9am ～ 5pm 0.5
