空調システム設計における執務室の内部発熱の設定方法に関する研究 [ PDF

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(1)空調システム設計における執務室の内部発熱の設定方法に関する研究. 今井新也はじめに. 1.. 昼休憩時間帯はほとんどの照明を消灯するために小さ. 建物の内部発熱は、空調システムの装置容量を決め. くなる。また、天井照明の多くが LED 照明であった。. る最大負荷計算や建物の熱性能評価指標である PAL. コンセント電力. 3.2. の算出に必要なデータであるが、建物施工後の運用段. 10 日間のコンセント電力を図 3 に示す。コンセント. 階において、内部発熱の実態を調査した資料は少ない。. 電力の最大値は 7.5W/m2、執務時間帯の平均値は. よって、様々な用途の建築物における内部発熱の基礎. 5.4W/m2 となった。昼休憩時間帯においてコンセント. 的なデータ収集と分析が求められており、本研究では、. 電力は照明電力ほど小さくならなかった。また、執務. これまでもいくつかの業務用建築物で内部発熱に関す. 室内には事務機器の他に冷蔵庫、電子レンジ、コーヒ. る実態調査を実施してきた。その調査結果から、現行. ーサーバー等の家電製品が使用されていた。さらに、. の内部発熱の設計値は実態を捉えておらず、同じ業種. 執務者がいない時間帯でも、待機電力の影響で約. でも建物によって内部発熱が異なることがわかった. 1）. 。. 1.5W/m2 のコンセント電力が発生している。. さらに最近では、省エネルギー基準が見直され、新基. 表 1 建物概要竣工年. 1976年. も進んでいる。よって、空調システムの設計段階にお. 階数. 地上10階地下1階. 延床面積（m2 ）. いて、実態に即した内部発熱を見込むために内部発熱. 執務時間帯昼休憩時間帯. 12531 8時30分～17時30分（昼休憩時間帯を除く） 12時～13時. 準では室用途毎に内部発熱が設定されるなどの見直し. の設定方法を提案する。. 部署. 事務部. 所在階. 3階. ホテル、物販店舗、飲食店（スナック）、カラオケ店で. 床面積（m2 ）執務者人数（人）. 603. 実施した。本報では、特に事務所における執務室の調. 調査期間. 2012年8月21日～8月30日. 内部発熱に関する実測調査は、これまでに事務所、. 59. 査結果を示す。さらに、その調査結果から、執務室の内部発熱に影響する要因を分析し、その分析結果を基に内部発熱の設定方法を提案した。. レセプション. 共用スペース機械室. ロッカールーム. 機械室. ルーム. 実態調査概要. 2.. EV. に、調査を実施した階の平面図を図 1 に示す。 2.1. WC. 調査期間において、7 時 30 分～22 時 30 分で 1 時間. 5. 10. 20. 3. 毎に、調査員が対象エリアに立ち入り、執務者の人数. 2.5. 平日. 2. 1.5. 土日. 1 0.5. 21日 22日 23日 24日 25日 26日 27日 28日 29日 30日. 0. を目視で確認した。なお、調査期間のうち土日（8 月. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 [h]. 図 2 照明電力消費量. 25、26 日）は実施していない。. 8 7 コンセント電力[W/m 2 ]. 照明電力. 0. 3.5. 照明電力[W/m 2 ]. 在室人数調査. 3.1. ロッカールーム. 図 1 平面図（色塗り部分が測定対象範囲）. 用の電力を測定した。測定時間間隔は 10 分間である。. 実態調査結果. EV EV. 電力測定. 3.. EPS. EV. WC. 電力計測器を分電盤に設置し、照明用とコンセント. 2.2. EV. EPS. 調査対象の執務室（オフィス A）の建物概要を表 1. 10 日間分の照明電力を図 2 に示す。照明電力の最大. 6 5 4. 平日. 3. 土日. 2 1. 値は 2.9W/m2、執務時間帯の平均値は 2.4W/m2 となっ. 0 0. た。照明電力は執務時間帯においてほぼ一定であり、. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 [h]. 図 3 コンセント電力消費量. 48-1. 21日 22日 23日 24日 25日 26日 27日 28日 29日 30日.

(2) 照明発熱で 21.6W/m2、機器発熱で 45.3W/m2、人員密. 人員密度. 3.3. 度で 0.150 人/m2 となった。. 8 日間分の人員密度を図 4 に示す。人員密度の最大値は 0.083 人/m2、執務時間帯の平均値は 0.059 人/m2. オフィス A～J の実態スケジュールと設定スケジュ. となった。人員密度は、執務開始時刻（8 時 30 分）と. ールを図 5～7 に示す。機器発熱は設定スケジュール. 終了時刻（17 時 30 分）に高くなり、昼休憩時間帯は. がないため、実態スケジュールのみを示している。照. 照明電力やコンセント電力と同様に低くなった。. 明発熱と人員密度の設定スケジュールは実態スケジュ. 4.. 内部発熱の実態と設計条件の比較. ールに近い傾向であるが、発熱比率は異なる。また、. これまでに執務室における内部発熱に関する実態調. 照明発熱、機器発熱、人員密度の実態スケジュールは、. 査は全国各地で実施されており、これまでの調査結果. 執務室によって発熱比率が異なり、人員密度の実態ス. と今回の調査結果から得られた内部発熱の実態値（最. ケジュールは、執務室によって傾向に違いがみられた。. 大値）及び時間帯別発熱比率（以下、実態スケジュー. 100. ル）を、標準的な設計条件 2）-3）を基に作成した内部発. 80. オフィスA. 照明発熱[%]. 90. 熱の設計値及び発熱スケジュール（以下、設定スケジュール）と比較し、検討を行った。なお、ここで比較. オフィスB. 70. オフィスC. 60. オフィスK. 50. オフィスL. 40. オフィスN. 30. する内部発熱の設計値は空調システムの容量を決める. オフィスO. 20. 設定スケジュール. 10. 最大負荷計算に関係し、設定スケジュールは PAL の算. 0 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 [h]. 図 5 実態スケジュール（照明発熱）. 出に関係する。 100. オフィス A とこれまでに調査が実施されたオフィス機器発熱[%]. B～V4）における内部発熱の実態値（最大値）、及び設計値を表 2 に示す。ほとんどの執務室において、内部発熱の実態値は設計値を大きく下回っており、設計値. 90. オフィスA. 80. オフィスB. 70. オフィスC. 60 50. オフィスK. 40. オフィスL. 30. が実態値に即していないことがわかる。また、内部発. オフィスN. 20. オフィスO. 10. 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0. 0 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 [h]. 図 6 実態スケジュール（機器発熱）. 21日. 22日. 100. 23日. 90. オフィスA. 人員密度[%]. 24日 27日 28日 29日. 22:30. 21:30. 20:30. 19:30. 18:30. 17:30. 16:30. 15:30. 14:30. 13:30. 12:30. 11:30. 9:30. 10:30. 8:30. 30日 7:30. 図 4 人員密度. 2. 70. オフィスE. 60. オフィスG. 50. 20 10 0. 照明発熱機器発熱人員密度 2. 2. 0. 部署. （W/m ）. （W/m ）. （人/m ）. 事務部. 2.9. 7.5. 0.083. オフィスB. 393. 営業部. 7.2. 9.3. 0.076. オフィスC. 350. 設計部. 12.9. 12.3. 0.089. オフィスD. 117. 営業部. 0.137. オフィスE. 237. 事務部. 0.114. オフィスF. 706. 技術部. 0.088. 40. 人員密度[%]. 30. 0.088. 20. 272. 営業部. 0.099. 134. 設計部. 0.127. オフィスK. 765. 事務・営業・技術部. 13.1. 17.2. 0.105. オフィスL. 553. 事務・営業・技術部. 14.0. 13.9. 0.118. 100. オフィスM. 535. 事務・営業・技術部. 0.089. 90. オフィスN. 525. 設計部. 15.1. 28.6. 0.130. 80. オフィスO. 149. 事務・営業・技術部. 14.5. 15.0. 0.108. オフィスJ 設定スケジュール. 0 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 [h]. （b）. 設計部オフィスB. 70. オフィスD. 60. オフィスF. 24.5. 16.6. 0.190. 15.7. 11.7. 0.080. 40. 18.1. 36.9. 0.150. 30. 808. 8.0. （不明）. 0.060. 20. オフィスT. 112. 20.7. 24.7. 0.130. 10. オフィスU. 71. 事務部. 22.5. 33.0. 0.210. オフィスV. 83. 設計部. 20.8. 52.8. 0.180. 20.0. 40.0. 0.150. 設計値. 事務部. 10. オフィスI オフィスJ. オフィスS. 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 [h]. 50. 0.081. （不明）. 8. 60. 営業部. 340. 7. オフィスC. 事務部. 155. 6. 70. 250. オフィスR. 5. 80. 706. オフィスQ. 4. 90. オフィスG. 230. 3. 100. オフィスH. （不明）. 2. （a）. 床面積（m ） 603. （不明）. 1. 2. オフィスA. オフィスP. 設定スケジュール. 30. 表 2 内部発熱の実態値（最大値）と設計値執務室概要. 80. 40 [h]. 人員密度[%]. 人員密度[人/m 2 ]. 熱の実態値は執務室によって異なり、その差の最大は. 50 オフィスH オフィスI 設定スケジュール. 0 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 [h]. （c）. 営業部. 図 7 実態スケジュール（人員密度）. 48-2.

(3) 執務室における内部発熱の分析. 5.. 機器発熱は、執務開始時刻の約 1 時間前から大きく. 実態調査の結果から、内部発熱は執務室によって異. なる。昼休憩時間帯において機器発熱は執務時間帯と. なることがわかった。よって、内部発熱がどういった. 比べて 5%程度小さくなる。人がいない時間帯の発熱. 要因に影響され、異なるのかを捉えるために内部発熱. 比率は 10～30%であった。. を設計照度や床面積、部署等の諸要因毎に分析した。. 事務部と営業部の人員密度は執務時間帯の開始時刻. 内部発熱の最大値. 5.1. と終了時刻に高くなり、設計部は終了時刻に高くなる。. 設計照度と照明発熱、人員密度と機器発熱、床面積. 営業部は外勤務者が多いために人員密度の変動が大き. と人員密度の散布図を図 8～10 に示す。なお、設計照. く、設計部他と比べて残業時間帯の人員密度が高い。. 度が不明の執務室は、光束法により計算した作業面照. 6.. 5). 度で代用している。. 設定方法の提案分析結果から作成した内部発熱の設定方法を提案す. 設計照度と照明発熱は、天井照明に LED 照明を使用. る。ただし、設計段階でより具体的な内部発熱を設定. しているオフィス A を除くとほぼ比例関係にあった。. する場合は、建物の詳細な設計条件を基に内部発熱を. LED 照明については、今後検討が必要である。. 設定する方が、より実態に即した設計値及び設定スケ. 人員密度と機器発熱は、オフィス P、U を除くとほ. ジュールを求めることができる。. ぼ比例関係にあることがわかる。オフィス P、U は執. 6.1. 務者一人あたりのパソコン台数の割合が低く、パソコ. 設計値. 図 8～10 を基に作成した照明発熱、機器発熱、人員. ンによる作業が少ないため、他の執務室と傾向が異な. 密度の推定式を式 1～5 に示す。. ったと考えられる。. 【照明発熱. （W/m2）】. 床面積と人員密度の関係をみると、床面積が小さい. ・・（式 1）. 執務室は人員密度が高く、床面積が大きい執務室は人. 2. 【機器発熱. （W/m ）】. 員密度が低い。しかし、設計部は他の執務室と傾向が. ・・（式 2）. 異なった。これは調査数が少ないことが影響している. 【人員密度. と考えられるため、今後調査数を増やす必要がある。. （事務部）. よって、照明発熱は設計照度、機器発熱と人員密度. （設計部）. 2. （人/m ）】・・（式 3）. は床面積がわかれば、ある程度求めることができる。. ・・（式 4）. 内部発熱のスケジュール（図 5～7）. 5.2. （営業部）. ・・（式 5） 2. 照明発熱は、執務開始時刻の約 2 時間前から大きく. ：設計照度（lx）、：床面積（m ）. なり、執務時間帯においてほぼ一定である。昼休憩時. 式 1～5 に設計照度、床面積を入力することにより、. 間帯と残業時間帯に照明発熱は小さくなるが、発熱比. 内部発熱の設計値を算出することができる。ただし、. 率は執務室によって異なる。. 照明器具の定格消費電力や計画執務者数がわかる場合は、それを基に照明発熱や人員密度を算出する。. 30.0. R2=0.7473. 0.25. 20.0. 0.25. R2=0.7799. 15.0 10.0 5.0 ◆. オフィスA. R2=0.9368. 0.20. 人員密度（人/m 2 ）. 0.20. 人員密度（人/m 2 ）. 照明発熱（W/m 2 ）. 25.0. 0.15. 0.10. 0.05. 0.15. 0.10. 0.05. 0.0. 0. 500. 1000 設計照度（lx）. 1500. 0.00. 0.00 0. 図 8 設計照度と照明発熱の散布図. 200. 400. 600 床面積（m 2 ）. 1000. 0. 100. 200. （b）. （a）事務部. 60.0. 300 400 床面積（m 2 ）. 設計部. 0.25. R2=0.9158. 50.0. R2=0.8745. 0.20. 人員密度（人/m 2 ）. 機器発熱（W/m 2 ）. 800. 40.0 ◆. 30.0. オフィスU. 20.0. ◆. 10.0. 0.10. 0.05. オフィスP. 0.0 0.000. 0.15. 0.00 0. 0.050. 0.100 0.150 人員密度（人/m 2 ）. 0.200. 200. 400. 600 床面積（m 2 ）. 800. 1000. （c）営業部図 10 床面積と人員密度の散布図. 図 9 人員密度と機器発熱の散布図. 48-3. 500. 600.

(4) 設定スケジュール. 6.2. 内部発熱の実態値（最大値）と新設計値を表 3 に示. 新省エネルギー基準. 6.2.1. す。照明発熱と人員密度の新設計値は、実態値と非常. 新省エネルギー基準に必要となる設定スケジュール. に近い値となったが、機器発熱の新設計値は実態値と. を図 11～13 に示す。式 1～5 により算出される内部発. 比べて 11.9W/m2 小さくなった。これは、オフィス V. 熱の設計値を設定スケジュールの 100%とする。執務. は高性能のパソコンが多いため、機器発熱の実態値が. 開始・終了時刻、昼休憩開始・終了時刻により、内部. 新設計値と比べて大きくなったと考えられる。. 発熱の設定スケジュールを求めることができる。 6.2.2. 内部発熱の実態スケジュールと新設定スケジュールを図 15～17 に示す。新設定スケジュールは実態スケ. PAL. PAL の算出に必要となる設定スケジュールを図 14. ジュールの傾向と発熱比率をおおかた捉えている。. ～16 に示す。表 2 に示す内部発熱の実態値（最大値）. まとめ. 7.. の平均値を設定スケジュールの 100%とする。PAL の. 提案した内部発熱の設定方法は、より実態に即した. 算出に必要となる設定スケジュールは、建物の省エネ. 最大負荷や年間熱負荷の算出法に非常に有効であると. ルギー性能を判断するため、標準的なスケジュールで. 考えられる。しかし、機器発熱の新設計値は実態値を. なければならない。そのため、実態調査を実施した執. 捉えていないため、推定精度の向上が課題である。. 務室の平均となる設定スケジュールを照明発熱、機器. 【参考文献】 1）今井新也：業務用建築物のための内部発熱に関する調査結果（その 3）ビジネスホテル・カラオケ店における調査結果，空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集，pp.1073-1076，2012 年 9 月 2）国土交通省大臣官房官庁営繕部設備・環境課：建築設備設計基準，平成 21 年度版，2009 年 3）平成 21 年度省エネ基準対応，建築物の省エネルギー基準と計算の手引，新築・改増築の性能基準（PAL/CEC），2009 年 4）今井新也：最大負荷計算における執務室の内部発熱の設定方法に関する研究，日本建築学会九州支部研究報告論文集，2013 年 3 月（予定） 5）岩島梓：建物の内部発熱の実測に基づく省エネルギー化に関する研究，空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集，pp.549-552，2008 年 8 月 100. 100. （以下、新設定スケジュール）が実態に即しているか. 100%=15.0W/m2. 90. 100. 執務開始の2時間前の時刻 B 執務開始時刻. A. 30. 20. 30. 0. A. B. C D. E. 24 [h]. 0:00. 24:00. 100%=0.110人/m2. 90. 66%. 80%. 人員密度[%]. 80. 82%. 70. 100. 60. 90. 63%. 50. 執務開始の1時間前の時刻 B 執務開始時刻. 30. D 昼休憩終了時刻. 21%. 20. 10. E 執務終了時刻. 図 15 設定スケジュール（人員密度，PAL）. 10 0. 0. AB. C D. E. 24 [h]. 表 3 実態値（オフィス W）と新設計値. 図 12 設定スケジュール（機器発熱，新省エネルギー基準） 100. 100. 69%. 91%. 79%. 90. 80%. 70. 照明発熱. 83%. 80. 人員密度[%]. 80. 70. 60. 67%. 50. 60. 40. 30. 20. 10. 10. 0. [h]. 0. AB. CD. E. 24. 22.9. 0.100. 0. AB. 新設計値. 13.0. 11.0. 0.090. CD. E. 47%. 20. [h] 2. 4. 6. 8. 10. 12. 14. 90. 80. 80. 70 60. 16. 18. 20. 22. 24. 50. 60. 50 40. E 執務終了時刻. 30. 20. 20. 10. 10 [h] 0. 0 0. （c）営業部図 13 設定スケジュール（人員密度，新省エネルギー基準）. 2. 4. 6. 8. 10. 12. 14. 16. 18. 20. 22. 24. 図 17 スケジュール（機器発熱，オフィス X）. 48-4. 新設定スケジュール. 70. 30. 24. 実態スケジュー（オフィスX）. 100. 40. [h]. E. 新設定スケジュール. D 昼休憩終了時刻. 10. CD. 実態スケジュー（オフィスX）. 90 人員密度[%]. C 昼休憩開始時刻. 機器発熱[%]. 人員密度[%]. 執務開始の1時間前の時刻 B 執務開始時刻. 40. AB. 10. 図 16 スケジュール（照明発熱，オフィス W） 100. 59%. 0. 20. 24. A. 0. 30. 設計部. 87%. 60. 30. 50. 0. 70. 50. 60. [h]. （b）. 56%. 84%. 70. 40. 14.3. 100. 80. 80. 0. 0. （a）事務部 90. 新設定スケジュール. 90. 人員密度. 実態値（オフィスW）. 30. 20. 機器発熱. 実態スケジュー（オフィスW）. 100. （W/m2 ）（W/m2 ）（人/m2 ）. 69%. 50. 58%. 40. [h]. 0. 24:00. C 昼休憩開始時刻. 17:30. 40. 30. 12:00 13:00. 67%. 50. 0:00. 60. 54%. 40. A. 7:30 8:30. 72%. 70. 照明発熱[%]. 80. 20. 人員密度[%]. 図 15 設定スケジュール（機器発熱，PAL）. 100. 0. 図 11 設定スケジュール（照明発熱，新省エネルギー基準）. 90. [h]. 0. 図 14 設定スケジュール（照明発熱，PAL）. E 執務終了時刻. 10. 機器発熱[%]. 10 [h]. 0. D 昼休憩終了時刻. 27%. 20. 21%. 20. 27%. 10. 67%. 50 40. C 昼休憩開始時刻. 40. 60. 30. 17:30. 50. 72%. 70. 40. 12:00 13:00. 60. 50. 8:30. 70. 60. 6:30. 84%. 80. 70. 0:00. 照明発熱[%]. 90. 80 機器発熱[%]. 照明発熱[%]. 80. をオフィス W、X4）の実態データを基に検証する。. 100%=22.0W/m2. 90. 84%. 23:30. 発熱の設計値（以下、新設計値）と設定スケジュール. 17:30. 6.1、6.2 節で提案した設定方法により作成した内部. 12:00 13:00. 精度検証. 6.3. 7:30 8:30. 発熱、人員密度にそれぞれ一つ提案した。. [h] 0. 2. 4. 6. 8. 10. 12. 14. 16. 18. 20. 22. 24. 図 18 スケジュール（人員密度，オフィス X）.

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