理想の教育棟・ZEBLOG

今回講演していただく大岡龍三先生は21 KOMCEE建設にあたり“地下水地下熱を利用した冷暖房システムの構築”を担当されました。

そこで今回はそのシステムついてと、具体的に21 KOMCEEにおいてどのようなシステムが生かされているかをまとめました。

前提として、外気の温度とは違い、地中の温度は一年を通じてほぼ一定（16～17℃）です。つまり、夏は外気に比べて低温、冬は外気に比べて高温となっています。その熱を地中熱ヒートポンプ利用して空調に利用することで、外気の熱を利用するよりも高効率となり、省エネが期待できます。また冷房時の廃熱を空気中に放出せずに、地下に放出するため、ヒートアイランド現象の緩和も期待されます。

地下水循環型冷暖房システムについて

地下水の温度は地中の温度と同じとなるため、地下水を汲み上げて熱を吸収することで、間接的に地中の熱を汲み上げることができます。これを空調に利用することで、空調に使われるエネルギーの削減が期待されています。

しかし、やはり地下水のみで建物の空調を管理することができない部分もあり、また地下水をくみ上げる際の井戸の目詰まりも問題となります。

２１KOMCEEでは大岡先生の研究を活用し、空冷と水冷のバランスをとり、熱源の約40％を地下水からくみ上げるという応式をとっています。また目詰まりを防ぐために、目詰まりが生じた場合地下水をくみ上げる井戸と、それを地中に戻す井戸の役割を入れ替えるシステムによって、目詰まりの発生による空調の非効率化を防いでいます。

建物基礎杭を利用した地中熱空調システム

地下水には揚水量の規制があるため、地下水を利用せずとも地中の熱を汲み上げることのできるシステムが必要となってきます。地中に埋設したチューブ内に水を循環させ、この循環水を介して地中から熱を吸収するという「建物基礎杭を利用した地中熱空調システム」もこのシステムの一つです。

しかし、チューブを埋設するためには掘削のコストが必要になり、さらには認識不足などの理由が、システム普及の妨げとなっています。

21 KOMCEEでは建物を支えるために設置する基礎杭にチューブを打ち込み熱交換器として活用するという方式を採用しているため、掘削の費用を削減することが可能です。このシステムは東京大学柏キャンパスや、なんとあの東京スカイツリーでも採用されています。

以上のようなシステムが２１KOMCEEでは活用され、ZEB達成をめざしています。

（文責：佐藤、藤本）

その他のＺＥＢの取り組み

経済産業省の報告書では、ＺＥＢ達成のための取組として、以下が挙げられています。

設計時のＺＥＢ（関連する省エネ法の規制：建築物に係る措置）

• 要素技術
  ―設計に依存するもの（躯体(床や壁、梁など建物の構造を支える骨組のこと)に関連するパッシブ建築など）： 躯体の断熱、日射遮蔽、自然光の照明利用、外気を活用した空調、空調搬送方式など
  ―機器に依存するもの： 空調熱源、照明、空調搬送機器、ＯＡ機器、太陽光発電など
• 外部とのネットワーク： エネルギーの面的利用、都市の未利用エネルギー（河川熱、ごみの下水などの都市排熱等）の活用など
• これらの総合設計（パッケージ化）と統合制御（システム導入）

運用時のＺＥＢ（関連する省エネ法の規制：工場・事業に係る措置）

• 天候や利用人数なども踏まえたＰＤＣＡを回しながらの運用改善（チューニング、コミッショニング）
• エコオフィスやワークスタイルの見直し、働き人の意識改革
• テナントとオーナーの取組

　など

いくつか分かりにくい言葉があるので解説しておきます。

パッシブ建築とは、特別な動力機器を使わず、建築設計の工夫によって太陽や自然の風、気温の変化、大地の熱といった自然エネルギーを利用して、暖房や冷房（室内気候調節）を行おうとするものです。
つまり、新しい技術だけでなく、建築のデザインによっても、エネルギー効率を上げることが出来るということで、例えば太陽光を電力源としてではなく、暖房効果や、光源として、直接取り込むというものです（ダイレクトゲイン）。

エネルギーの面的利用とは、日本に多くみられる狭い土地の中高層ビルの場合、ビル単独でゼロ化することは困難なので、ビル外部のエネルギーを活用することで削減効果を高めようとするものです。
具体例としては、地域冷暖房によるエネルギー施設の集約や、地域冷暖房のネットワーク化が挙げられます。地域冷暖房とは、駅やビル、商業施設、マンションなど地域内の建物に対し、まとめて冷暖房や給湯を行うシステムで、そのコアとなるのが、未利用エネルギーの使用です。地下熱、河川熱、海水の熱といった自然のものから、ビルの排熱、地下鉄の排熱など、人工的なものまで、今まで使われずに消えてきたエネルギーを利用することで効率をあげようというものです。

運用時のＺＥＢについてですが、こちらは理想の教育棟でも重要視されています。窓の開け閉めを効率的に行うことを促すシステムが、これに当たります。理想の教育棟では、室内と外の気温、湿度を測り、窓を開けるべきか、閉めるべきかを自動で判断し、部屋の中で表示します。そうすることで、冷暖房の利用を最小限に抑えることが出来ます。
また、その他にも、冷暖房をできるだけ使わないようにすることを奨励し、社内の評価システムの組み入れている起業もあり、ＺＥＢへの取り組みと言えるでしょう。

以上のような取り組みを通して、一次エネルギー消費量が正味（ネット）でゼロ又は概ねゼロとなるような建築物、ＺＥＢを作ることが目指されています。
その解決策は必ずしも最先端の技術ばかりではなく、建築デザインの工夫や、意識改革といったものも、大きな役割を果たしています。

参考ＵＲＬ

• 経済産業省ＨＰ
• 大和総研ＨＰ
• 東京エネルギーサービスＨＰ

（文責：中村）

大岡龍三 Ooka, Ryozo

東京大学生産技術研究所教授

大岡先生は、21 KOMCEEの地下水・地下熱を利用した冷暖房システム構築を担当されました。

略歴

京都大学 大学(工学部 建築学科) 1989 (卒業)
京都大学 修士(工学研究科) 1991 (修了)
東京大学 博士(工学系研究科 建築学)
博士（工学）　東京大学
1993-1998　東京大学生産技術研究所　助手
1998-2000　福井大学工学部　講師
2000-2001　福井大学工学部　助教授
2001-2006　東京大学生産技術研究所　助教授
2007-2009　東京大学生産技術研究所　准教授
2009.08-　 東京大学生産技術研究所　教授

日本建築学会（サステナブルビルディング小委員会主査、ヒートアイランド小委員会幹事、都市気候モデリングWG主査、総合論文誌　第4号編集委員）空気調和・衛生工学会（国際関係委員会、大会実行委員会委員、学会賞技術審査委員、SHASE技術フェロー）日本風工学会、日本気象学会、エネルギー資源学会、日本流体力学会（2007年年会実行委員会幹事）、日本予防医学リスクマネージメント学会（理事）

研究テーマ

• ヒートアイランドの解析と制御
• 都市の大気汚染現象の解明と制御
• 都市のエネルギー資源の最適システム設計
• 自然エネルギーを利用した省エネルギー型空調システムの提案
• 都市の火災延焼予測モデルの開発

参照サイト

• 加藤研究室・大岡研究室
• ReaD Resaerchmap
• 人が健康に生きていくための環境、「熱」と「空気」を探求する
• 学ぶクンWEB　地中熱・地下水循環型冷暖房システム

Realizing Zero Energy Building by utilizing geothermal energy

The term “Zero Energy Building” is defined as “a building in which net energy consumption is nearly zero.” Recently, many developed countries have taken an action to realize ZEB that is expected to be helpful to solve environmental problems. In Japan, Prof. Ooka’s team studies various systems to achieve it.

What is most important in zero-energy buildings is to “control” the entire building. With sensors and operation systems, the amount of energy consumption is kept at minimum. In addition to the design of the building, changing attitudes of people towards the environment is also important to seek ZEB.

Prof. Ooka has participated in constructing the 21 KOMCEE where this seminar is held. This building was designed in an attempt to accomplish ZEB by 2030 and it has some experimental tricks and devices.

One of these devices is to utilize groundwater for air conditioning. It pumps up groundwater deep under the building and the water will efficiently cool down or warm the ceilings that will subsequently modulate ambient temperature through radiation. The Radiation air conditioning system heats not the air around humans but human body directly, thus it can save energy for fanning the air. Other than that, there are many systems to seek ZEB in this building. For example, movable louvers automatically following the sun’s movement help to use sunlight and warmth more efficiently.

(Report by Sato)