省エネルギー技術講座・実地講座 - City of Sapporo...2018/10/15 · P-9 1）空気調和の制御因子 2）空調設備の構成 3）空調方式の分類 ①温度、②湿度、③清浄度、④気流、⑤気圧

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平成30年10月15日（月）一般財団法人省エネルギーセンター

省エネ支援サービス本部人材育成推進部マネージャー鈴木規安

（C） 2018 ECCJ All Rights Reserved

札幌市省エネルギー技術講座・実地講座

（第2回：空調・給排水分野の省エネルギー技術）

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１．ビル設備の構成機器とエネルギー消費割合２．空調の設備概要と機器構成３．ヒートポンプ・冷凍サイクルの原理４．高効率空調機器の動向５．蒸気暖房の留意点とヒートポンプ暖房６．空調・給水設備の省エネ手法

参考１空気線図の活用参考２室内正圧保持と室内温湿度管理の重要性

７．石油暖房の省エネ対策８．省エネ改善提案事例

別冊ビルの省エネルギーガイドブック２０１８参照

目次


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（１）ビル設備の概要

1. ビル設備の構成機器とエネルギー消費割合 1/6

■電気設備（受変電、動力、照明コンセント、自家発電、蓄電池）■空調設備（空調、換気）■給湯・給排水設備（給湯、給水、排水）■消防設備■弱電設備（電話、放送、コンピュータ）■その他動力（昇降機、駐車場）

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（２）ビル設備の役割と主な構成機器


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出典：「オフィスビルの省エネルギー」省エネルギーセンター2009年発行

（３）オフィスビルの一般的なエネルギー消費機器


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（４）一般的な事務所ビルのエネルギー消費割合

空調設備の熱源機器と熱搬送機器４０％、照明・コンセント４０％、換気・給排水・昇降機など２０％程度を占めるが、営業時間やOA機器の使用量によって、その割合は異なる。



出典：「オフィスビルの省エネルギー」省エネルギーセンター2009年発行

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用途空調給湯・

蒸気照明・コンセント

動力その他熱源熱搬送

事務所 26 13 － 36 12 13

大型店舗 29 5 － 40 20 6

ホテル 36 11 12 23 13 5

病院 32 12 18 21 11 6

（５）建物用途別の各設備エネルギー消費割合


照明・コンセントや給湯・蒸気のエネルギー消費割合は用途によって異なる。

％

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用途サンプル数床面積

(㎡）

原単位

（MJ/㎡・年）

通信・電算用事務所 112 21,600 8,190

スーパー（延床5千m2未満） 78 2,600 6,240

百貨店 66 50,900 3,430

その他の商業ビル 312 23,900 3,380

大学（医学系） 21 101,900 3,120

スーパー（延床5千m2以上） 83 44,700 2,900

ホテル 513 13,200 2,880

病院(一般) 337 21,700 2,760

病院(介護・福祉) 241 6,800 2,180

一般事務所 797 20,100 1,760

庁舎（その他） 211 8,100 1,540

図書・美術・博物館 107 9,100 1,510

庁舎（本・支・総合） 447 12,300 1,280

集会場 221 9,500 1,240

大学（医学系除く） 179 59,400 1,140

小・中・高校 136 11,000 460

（６）用途別のエネルギー消費原単位


用途によってエネルギー消費原単位MJ/m2・年は大きく異なる。

出典：ビルの省エネエキスパート検定公式テキスト改訂3版

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１）空気調和の制御因子

２）空調設備の構成

３）空調方式の分類

①温度、②湿度、③清浄度、④気流、⑤気圧

これらを空気調和の5大制御因子という

・熱源機器・搬送機器・空調機器・自動制御機器

熱源機器の配置：セントラル空調方式、個別分散空調方式

⇒この方式分類を使う場合が多い

熱媒搬送方式：空気、水、空気＆水、冷媒（フロンなど）

２．空調の設備概要と機器構成 1/28


熱負荷を処理

冷房、暖房、換気などの制御技術を総合して行われる。

5大制御因子を調整

（１）空気調和とは

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→温度（空気の加熱・冷却）

→湿度（空気の加湿・除湿）

→気流（気流の方向・速度）

→清浄度（じんあい・臭気・二酸化炭素濃度など）

→気圧（空気の加圧・減圧）

空気調和の制御要素

４）制御因子の調整内容

給排気の風量調整は重要



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５）建築物における衛生的環境の確保に関する法律

建築物衛生法あるいはビル管法ともいう。

→ 室内環境に関する基準特定建築物（興行場、百貨店、集会場、図書館、博物館・美術館、遊技場、店舗、事務所、学校、旅館）に適用

→ 事務所、劇場、学校などには、健康な人から病人まで不特定多数が集まることから、空気汚染物質に関する許容濃度は、どのような状態でも耐えられるよう、比較的低く抑えられている。

項目基準値

①浮遊粉じんの量 0.15mg/m3以下

②一酸化炭素の含有率 10ppm以下

③二酸化炭素の含有率 1,000ppm以下

④温度 17℃以上、28℃以下居室における温度を外気の温度より低くする場合は、その差を著しくしないこと。

⑤相対湿度 40％以上、70％以下

⑥気流 0.5m/s以下

⑦ホルムアルデヒド 0.1mg/m3以下



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①大気の実測例



0

200

400

600

800

1000

1200

1400

日

0

時

日

12

時

月

0

時

月

12

時

火

0

時

火

12

時

水

0

時

水

12

時

木

0

時

木

12

時

金

0

時

金

12

時

土

0

時

土

12

時

1階内科待合室

2014年5月25日～31日 2014年6月22日～28日 2014年7月20日～26日

CO2濃度ppm

大気中の二酸化炭素濃度の推移出典：気象庁

②病院外来待合室の実測例

11：00前後の外来者数が多い時間帯にCO2濃度が高くなる

CO2発生源は人間⇒CO2濃度が小さい外気を導入して室内CO2濃度を希釈

６）CO2濃度実測例

大気のCO2濃度は徐々に上昇している

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パッケージ屋内機

パケージ屋外機

ＨＴ

冷凍機ボイラ　空気調和機

自動制御設備

ポンプ

セントラル空調方式個別分散空調方式

（２）空調方式１）熱源機器の配置による分類



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■全空気方式

■全水方式

■水－空気方式

■冷媒方式

２）熱の搬送方式による分類



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（３）空調システムの基本構成１）セントラル空調方式全空気方式の例

くうき・みず・でんき（社）建築設備技術者協会編から抜粋

冷却塔

冷水ポンプ

冷凍機

ボイラ

送風機

空調機

吹出口



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※空調機に送風機、冷却・加熱コイル、加湿器、全熱交換器、エアフィルタなどを内蔵

２）主な空調設備機器

個別分散空調方式



大規模ビルはセントラル空調、中小規模ビルは個別分散空調方式が多い。

出典：建築設備士 2014年12月号事務所建築における竣工設備データデータから作成

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１）システム構成（熱源設備、熱搬送設備、空調機設備、自動制御設備で構成）

（４）セントラル空調機器の種類


（C） 2018 ECCJ All Rights Reserved 出典：大阪空気調和衛生工業協会ホームページより作成

操作部自動制御の中枢となる制御部、自動弁、自動ダンパなど

センサ部サーモスタット（温度用）、ヒューミディスタット（湿度用）、圧力発信器など

中央監視設備空調設備全体の運転を監視

自動制御設備

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２）熱源設備

①熱源設備とは建物の冷暖房用に、冷水・温水・

蒸気を作る機器を総称して言う。

空調設備全体の熱負荷を処理するための設備で、冷凍機、ボイラを主体とし、付属設備（冷却塔、付属配管）などがある。

冷水：冷熱源⇒冷凍機（冷却塔）

温水：温熱源⇒ボイラ、ヒートポンプ

蒸気：温熱源⇒ボイラ

冷却塔

冷凍機

空調機

ボイラー

冷却水ポンプ冷水ポンプ温水ポンプ

・比熱空気：1.006 kJ/kg・K

水：4.186 kJ/kg・K



水の熱搬送密度は空気より大きい

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ターボ冷凍機

②冷凍機


（C） 2018 ECCJ All Rights Reserved 出典：ビルの省エネエキスパート検定公式テキスト改訂3版

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■冷却塔とは・冷凍機からの排熱を取り去る

ための補助機器。・送風機によって空気を強制的

に取り入れ、温度が上昇した冷却水の一部を蒸発（気化熱）させることによって、冷却水を冷却する。蒸発分の補給水が必要

・冷却水温度は空気の湿球温度が限界

ＲＣＴ

冷却水

冷凍機

冷却塔

37.5℃

32℃

37.5℃

32℃

③冷却塔



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■冷却塔の留意事項

■スケールの堆積

水中のマグネシウム、カルシウム等の

物質が、充填材に付着していき、冷却

能力が低下してしまう。

■スライム（開放型の場合）

35℃前後の適温、太陽光など微生物や

細菌が繁殖しやすい環境にあり、これ

らと空気中のごみなどが混ざり合って

スライムが溜まる。

配管内に腐食・スケールが発生し易い

適切な水質管理が必要



P-22２．空調の設備概要と機器構成 14/28


④ボイラ■ボイラ分類

■ボイラ区分と取扱者の法的要求事項

炉筒煙管ボイラ比較的大容量、蒸気圧力が安定

水管ボイラ大容量、高温高圧、水質管理に注意

貫流ボイラ小容量、操作性良好

鋳鉄ボイラ小容量、低圧蒸気

■ボイラ構造による分類と特徴

注）真空式温水機は大気圧以下で温水を製造するのでボイラ扱いにはならない

炉筒煙管ボイラ

小型貫流ボイラ


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３）熱搬送設備①空気搬送設備

空調機と空調対象空間との間で、空気を循環させる送風機－ダクト系をいう。

・送風機の種類：遠心式、軸流、横流

・送風機の構造：羽根車、電動機、形式により、ケーシング、架台等が付加。

②水搬送設備

熱源設備と空調機の間で、冷温水を循環させる冷温水ポンプー配管系をいう。

・ポンプの種類：渦巻きポンプ、歯車ポンプ、水中ポンプ

・基本的には、ケーシング、羽根車、接合部、電動機で構成される。



軸流送風機多翼送風機（シロッコ）

多段渦巻きポンプ片吸込渦巻きポンプ両吸込渦巻きポンプ

荏原製作所 HPより

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４）空調機設備

ファン部

コイル部

混気箱

外気

還気

給気

①空調機（エアハンドリングユニット、AHU)

・温度、湿度、空気清浄度、気流を、使用目的に適した状態に調整する設備

・室内に供給する空気の温湿度、清浄度を所定の状態に調整する装置

（冷却減湿器、加熱器、加湿器、エアフィルタ、送風機、全熱交換器等を内蔵）

フィルタ部新晃工業 HPより



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②ファンコイルユニット（ＦＣＵ）

・空気の冷却・減湿器、加熱器、エアフィルタ、送風機を一体の

ケーシングに収めた空調機の小型版。

・容量制御は吹出し風量制御、外気取入れ、加湿器組み込みも可能

天井カセット型

新晃工業 HPより



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③空調機の内部構成③-1 空気冷却器・加熱器

■水－空気（蒸気－空気）熱交換器冷却コイル、加熱コイル空調機やファンコイルユニットに内蔵冷水、温水、蒸気、フロン冷媒を内部、空気を外部に通し熱交換

■フィンと構造フィン・・・・熱伝達率が低い空気側の伝熱面積を増やす板状のプレートフィン、スパイラル状のフィン銅管アルミフィン、銅管銅フィン、鋼管鋼フィン

・コイル列数は冷却・加熱負荷と熱源温度条件、空気側温湿度条件で決定




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HEPA0.3μm粒子捕集率99.97％以上

ULPA0.15μm粒子捕集率99.9995 ％以上

中性能フィルタ粒径5μm以下袋（バグ）型

粗塵フィルタ粒径5μm以上

自動巻き取り型




③空調機の内部構成③-2 エアフィルタ

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■種類(1)滴下式：吸湿性・乾燥性に優れた素材の上部から水を滴下

通過空気の顕熱で水を気化・蒸発させる(2)透湿膜式：水蒸気のみを通す透湿膜内の水を気化・蒸発させる

■特徴加湿蒸気には水中の塩類などの不純物を含まない加湿素子表面に微生物が発生しないよう保守点検に留意

滴下式加湿器




③空調機の内部構成③-3 加湿器

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（社）日本冷凍空調工業会ホームページより抜粋

回転形静止形

■外気負荷軽減のために、空調された室内からの空気と、導入する外気を熱交換⇒ 顕熱と潜熱を同時に熱交換することから、全熱交換器と呼ばれる。

多孔質ハニカムに吸湿性のある塩化リチウムを含浸シリカゲルやゼオライドをコーティング

透湿性のある特殊加工紙で仕切り



③空調機の内部構成③-4 全熱交換器

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ターボ冷凍機

（５）個別分散空調機器の種類

１）パッケージ空調機冷凍機と空調機がパッケージ化されているためパッケージ空調機という。

■室外機と室内機の接続数①パッケージ空調機（室外機に1台の室内機）②ビルマルチ型パッケージ空調機（室外機に複数台の室内機）

■冷却方式①空冷式パッケージ空調機②水冷式パッケージ空調機

■ヒートポンプ（冷暖房可能）①空冷ヒートポンプパッケージ空調機②空冷ヒートポンプビルマルチ型パッケージ空調機

（冷暖専用、冷暖フリーあり）

■水熱源ヒートポンプビルマルチ型パッケージ空調機（高層ビル対応）冷却水－冷媒熱交換方式⇒冷却塔、室外機、補助ボイラで構成。熱源水配管と冷媒配管の併用

■水熱源ヒートポンプパッケージ空調機⇒冷却塔、補助ボイラで構成。熱源水配管のみ使用



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２）ルームエアコン

■一体型：全ての構成機器を一体化したもの（小容量機種が多い）・ウィンド型：窓枠を利用して設置（住宅、寮の個室等）・ウォールスルー型：外壁部に外気との熱交換用給排気口を設けたもの

■スプリット型：室内側熱交換器と外気側熱交換器を、室内機と室外機に分けたもの（小容量から大容量まで機種が豊富）



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●１台の室外機に複数台の室内機を接続可能。

室内機ごとに運転・制御できる等、省エネルギー性にも優れており、大規模建物にも採用。

ビル用マルチユニット

３）ビルマルチパッケージ空調機



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■屋外機（スクロール冷凍機）■渦巻状の2個のスクロールを旋回させて、

冷媒ガスを圧縮する■圧縮比が高く、冷凍やヒートポンプに採用■容量制御方式は可変速インバータ制御■ルームエアコン、ビルマルチパッケージ空

調機の屋外機、カーエアコンに使用

日立製作所 HPより



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■パッケージ空調機（業務用）の内部構造

蒸気圧縮冷凍サイクルを空調機内部にパッケージ化水冷式パッケージ



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室内ユニット

■ビルマルチパッケージ空調機の施工方法



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（１）ヒートポンプ・冷凍機の種類

■蒸気圧縮冷凍・・・・・蒸気圧縮式冷凍機（冷媒蒸気（フロン等）を圧縮して冷凍サイクルを形成）

■吸収冷凍・・・・・吸収式冷凍機

（冷媒（水）を吸収液に吸収させて冷凍サイクルを形成）


３．ヒートポンプ・冷凍サイクルの原理 1/12

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（２）蒸気圧縮冷凍

一般に、冷媒に蒸発しやすい液体（フロンなど）を機械的に使用し、液体が蒸発するときの気化熱により、周囲環境から熱を奪い、冷やす現象を利用する

蒸気圧縮冷凍サイクル１サイクル：圧縮⇒凝縮⇒膨張⇒蒸発

CFC ：R-11,R-12 HCFC：R-22,R-123 HFC ：R-134a,R-410A,R-407C=（現在の主流）HFO ：HFO1233zd(E)

■自然冷媒・・・・・・アンモニア、CO2

■フロン冷媒（正式名称：フルオロカーボン）（CFC,HCFC,HFC,HFO） H：水素、C：塩素、F：フッ素、C：炭素、O：酸素



１）原理

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暖房時はここで温熱製造

p－ｈ線図

冷房時はここで冷熱製造

フロン冷媒を圧縮⇒凝縮⇒膨張⇒蒸発を繰り返し、冷媒の潜熱である気化熱（蒸発器）、凝縮熱（凝縮器）をそれぞれ冷熱、温熱に利用

ルームエアコンの例

（一社）日本エレクトロヒートセンター産業用ヒートポンプ活用ガイドより引用

２)蒸気圧縮ヒートポンプ・冷凍サイクル

圧縮機入力電力１に対して、採熱量が５の場合、加熱量は６となり、この時、加熱COPは６と称する。



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・冷凍能力： Q0 (Ｗ)冷媒循環量： Gr （ｋｇ／ｈ）

Q0 = Gr ( h3 - h2 )

・圧縮仕事： W (W)W = Gr ( h4 – h3 )

・成績係数（COP : coefficient of performance)

・凝縮器除去熱量： QK (W)QK = Gr ( h4 – h1 ) = Q0 + W

*COP c

・COPの値が大きい程、同一冷却能力に対する圧縮機動力は小さい。

・蒸発圧力が高い程、また凝縮圧力が低い程COPは大きくなる。

Q0COP C =

W=

h4 – h3

h3 – h2

３）蒸気圧縮冷凍サイクルの成績係数（COP）

（液）（蒸気）

（液＋蒸気）

飽和線



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【R-134aのP-h線図】



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※ COP

・COPの値が大きい程、同一冷却能力に対する圧縮機動力は小さい。・蒸発圧力が高い程、凝縮圧力が低い程、COPは大きくなる。

４）省エネとなるCOPの変化



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■水冷媒の流れ再生器⇒凝縮器⇒蒸発器⇒吸収器⇒再生器

■吸収液の流れ吸収器⇒再生器⇒吸収器

冷媒：水吸収液：臭化リチウム水溶液（リチウムブロマイド）

駆動源は蒸気・温水やガス・油などの燃焼熱

（３）吸収冷凍１）原理

吸湿性の優れた吸収液を化学的に利用して、冷媒（水）を蒸発させる。液体が蒸発するときの気化熱により、周囲環境から熱を奪い、冷やす現象を利用することは蒸気圧縮冷凍と同様。



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２）吸収冷凍サイクル冷媒は水、吸収液は臭化リチウム水溶液

希溶液

濃い吸収液

冷媒蒸気

冷媒蒸気

冷媒液

蒸気

ドレン

冷却水

冷却水

冷水

再生器凝縮器

蒸発器吸収器

再生器

（発生器）

薄い吸収液

水冷媒の流れ

吸収液の流れ

熱交換器



一重効用吸収冷凍機の例効用数⇒再生回数を示す

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①

② ③

④

QC

QA

QG

QE

吸収式冷凍機の熱収支

QE + QG = QA + QC

QE : 冷凍熱量

QG : 再生器で吸収液に与えた加熱量

QA : 吸収器で冷却水に放熱する熱量

QC : 凝縮器で冷却水に放熱する熱量

成績係数 COP= QE / QG

ただし、吸収液ポンプ、冷媒ポンプの動力・熱損失を無視した場合

附属品吸収器：吸収液ポンプ蒸発器：冷媒ポンプ抽気装置

３）吸収冷凍機の成績係数（COP）

容量制御は再生器への加熱量制御や吸収液循環量制御

吸収式は真空下であるので抽気ポンプを設ける場合が多い。（C） 2018 ECCJ All Rights Reserved


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■二重効用吸収冷凍機のフロー

【冷媒蒸発】→【冷媒を吸収液に吸収】→ 【冷媒・吸収液再生】 →【冷媒凝縮】→ ・・・

高温再生器と低温再生器で再生



パナソニック HPより引用

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水-臭化リチウム水溶液のデューリング線図

■一重効用吸収冷凍サイクルのデューリング線図

再生

吸収

凝縮

蒸発

大気圧

大気圧未満の動作範囲



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■二重効用吸収冷凍サイクルのデューリング線図

低温再生

高温再生

凝縮

蒸発

低温再生加熱

大気圧

水-臭化リチウム水溶液のデューリング線図

吸収

大気圧未満の動作範囲



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（１）製造工程における熱利用の課題⇒解決策としてのヒートポンプ活用

①大量の低温排熱の放出工場等ではエネルギーを使用する限り、必ず何らかの形態で排熱が発生。そのエネルギー量は投入エネルギーとほぼ同じで、温度は低いが膨大なエネルギーを放出している。

②加熱と冷却の重複利用生産プロセスには「加熱」と「冷却」が両方存在する工程が多くある。

産業分野、業務分野にヒートポンプの活用（C） 2018 ECCJ All Rights Reserved

４．高効率空調機器の動向 1/14

③冷房と暖房の重複利用空調でも「冷房」と「暖房」が両方存在する場合がある。

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NO 蒸発器（吸熱・採熱・冷却）凝縮器（加熱・放熱）利用方法

蒸発器と凝縮器に取入れる流体

の例

① 大気室内空気室内暖房

② 室内空気大気室内冷房

③ 廃温水温水洗浄、給湯

④ 廃温風温風乾燥

⑤ 要冷却流体要加熱流体熱回収

（２）ヒートポンプ適用範囲の拡大



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（３）ヒートポンプの適用用途



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（４）空気熱源ヒートポンプ

（一社）日本エレクトロヒートセンター産業用ヒートポンプ活用ガイドより引用（C） 2018 ECCJ All Rights Reserved


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（５）水熱源ヒートポンプ排熱回収（廃温水、冷却排熱など）や冷温同時供給が可能



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（６）蒸気製造ヒートポンプ

神戸製鋼所ホームページより引用

・高温昇温型ヒートポンプにより低圧蒸気を製造・蒸気圧縮機で昇圧し高圧蒸気を製造



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（７）排熱回収ヒートポンプ（冷却加熱同時利用）


・採熱側は機器冷却水などの冷却排熱、加熱側は加熱プロセス・時間的ミスマッチがある場合はバッファーが必要



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（８）インバータターボ冷凍機

三菱重工冷熱ＨＰより引用

・技術開発により高効率型が普及・容量制御

固定速吸込みベーン制御⇒可変速インバータ制御が普及⇒冷却水温度を低温にするとCOP向上⇒部分負荷のCOPが高い

・大容量用（大規模ビル、地域冷暖房）



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（９）ターボ冷凍機の台数制御方法

①定速ターボは負荷率が高いと効率も高かったため、負荷に応じた台数に増減段

②インバータ（可変速）ターボは部分負荷率50～60％が効率が高いので、効率が高くなる台数になるよう制御

インバータターボ冷凍機定速ターボ冷凍機（C） 2018 ECCJ All Rights Reserved


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（１０）ガスエンジンヒートポンプGHP

東京ガスホームページより引用（C） 2018 ECCJ All Rights Reserved


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（１１）電源自立型GHP

・停電時でも空調、照明、通信機器などの用途に使用可能・通常時は高効率GHPとして使用・電力会社との系統連系協議が不要

東京ガスホームページより引用（C） 2018 ECCJ All Rights Reserved


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・外気の湿分を従来の冷却除湿方式ではなく、除湿材に吸着させて除湿・除湿剤の再生熱に排熱回収熱や太陽熱を利用し省エネを図る・冷房時は吸着熱により昇温した外気を気化式冷却器で冷却し省エネを図る・潜熱、顕熱分離空調の要素機器である

（１２）デシカント空調機（ヒートポンプ関連機器）

気化式冷却器

送風

アースクリーン東北ホームページより引用



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・食品スーパなどではショーケースの冷凍排熱を再生熱に活用可能・除湿高温空気はショーケース下部から送風し、コールドアイルを防止・外気導入により店内を陽圧として、高湿度の外気侵入を防止し、結露や

カビの発生を防止する⇒給排気の風量調整と湿度管理が重要！！

（１３）デシカント空調の副次効果

食品スーパーでの活用例

アースクリーン東北ホームページより引用



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（１４）スクリュー式小型蒸気発電機（ヒートポンプ関連機器）

・蒸気の減圧機能を代替した発電機（出力160kW）・CGSなどの排蒸気を利用する際に、低圧蒸気を使用する場合は発電と減圧を同時に行う省エネ型発電機

神戸製鋼所ホームページより引用



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（１）蒸気の保有熱とメリット①蒸気暖房は大部分が蒸気の凝縮熱（潜熱）を利用する方式である。

②飽和蒸気の持つ潜熱は大きく、暖房に効果的である。


５．蒸気暖房の留意点とヒートポンプ暖房 1/13

-40

0

100

130

温度融解熱

気化（蒸発）熱

固体固体+液体液体液体+気体気体

加えた熱量

（沸点）

（融点）

潜熱とは…温度変化は伴なわない．物質の相変化を起こさせる働きをする熱

顕熱とは…温度変化を起こさせる働きをする熱．このとき物質の相変化を伴なわない．

飽和蒸気表

0.70MPa飽和蒸気の比エンタルピーは2762kJ/kg（潜熱）と大きい

165℃から60℃位まで使用できるとして、水の比エンタルピーは439kJ/kg(顕熱）と小さい

P-63

部位エネルギー損失要因

ボイラー本体 ①排気ガス損失、②缶体放熱損失、③連続ブロー損失計約10～20％

蒸気配管 ④配管からの放熱損失、⑤蒸気トラップ不良による蒸気漏洩損失、⑥弁類、フランジから放熱損失と蒸気漏洩

蒸気使用機器 ⑦蒸気利用後のドレン損失、⑧機器本体からの放熱

（２）蒸気の熱損失蒸気のエネルギー損失要因を下表に示す。ボイラ種類によってボイラ本体からの熱損失は異なるが10％～20％蒸気配管からの放熱損失は配管距離が長いと大きくなるが、これ以外にトラップ不良、フランジ部からの蒸気漏洩も想定され損失は30％を超える場合もある。

■蒸気のエネルギー損失実態の把握は難しい蒸気のエネルギー損失実態を把握することは容易ではないが、ボイラ本体からの排気ガス損失、連続ブロー損失、蒸気配管からの放熱、蒸気使用機器からの放熱損失が発生し、特に蒸気配管が長い場合は大きなエネルギー損失を伴う。




P-64

（３）蒸気有効利用率■蒸気ボイラと蒸気使用機器の距離は極力、短く計画する

蒸気負荷が小さく、蒸気配管距離が長い場合は、配管放熱を補うボイラ燃焼になりかねない。設備改善時にはボイラ設置位置を十分に検討する

■蒸気有効利用率の算定方法使用機器の全ての蒸気弁を全閉とした時の燃料使用量から、ボイラ本体の損失熱量（一定）を減じて、配管放熱を算定する。




P-65

■調査２９か所の有効利用率は平均５４％

投入エネルギーの約半分が熱損失となっている。（一般財団法人日本エレクトロヒートセンター調査）


■蒸気エネルギー利用の実例



P-66

■一律の蒸気圧力・温度ボイラ室から集中供給する場合は、使用機器の最大使用圧力が供給圧力の目安になる。

暖房用機器は0.1MPa以下の蒸気圧力で十分であるが、暖房機器近辺の蒸気ヘッダーから減圧して供給。蒸気圧力・温度が高く配管距離が長いと、配管放熱損失も大。

（４）蒸気利用の課題

■蒸気の水質管理ボイラの清缶剤、防食剤、復水処理剤などの、薬注管理が重要となり、蒸気が凝縮したド

レン水の回収率が小さいと、ボイラ補給水量及び薬剤量の使用が大きくなり、その費用が大きくなる。

■配管、弁類の保守管理経年劣化による蒸気配管フランジ部からの蒸気漏洩、弁本体内部の蒸気漏洩、蒸気ト

ラップからの漏洩、復水配管の腐食によるピンホールなど蒸気配管は保守点検の対象が多く、労力を要する。



P-67

（５）蒸気トラップ廻りの蒸気漏洩トラップ本体、トラップバイパスの蒸気弁からの蒸気漏洩は経年劣化によるトラップの作動不良、蒸気弁体の腐食などに起因して生じるが、外部から識別できない場合が多い。漏洩検出器を用いた定期的な診断が望ましい

出典：株式会社テイエルブイＨＰ

蒸気トラップ

トラップバイパス蒸気弁（常時全閉

省エネルギーセンター省エネルギー普及促進講座トータルエネルギーマネジメント講演資料 2017年2月（C） 2018 ECCJ All Rights Reserved


P-68

（６）流量計の選定

■適正な口径選定蒸気の流量計測には一般的に渦流量計が用いられる。過大な口径の流量計を選定すると計測不可となり、最少可能範囲が大きくなり小流量の計測が困難になる。大は小を兼ねない。

■精度劣化に注意

計測器も経年劣化により、計測精度が低下する。

BEMSのデータ収集トレンドを確認し、異常表示に

なっている場合は、警報を発報させることを検討する。

渦流量計

容積流量計



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■過去に、何故、寒冷地で空気熱源ヒートポンプが普及しなかったか

要因１外気温が低温時に暖房能力が低下する。

要因２室外機に付着する霜を除去する除霜運転時に暖房運転が止まる

（７）ヒートポンプ暖房の問題点



P-70

１）低外気温時の暖房性能向上①圧縮機の工夫

圧縮機の2台直列運転などで、低外気温でも加熱能力と速暖性能が向上

②冷媒回路の工夫冷媒回路にバイパス回路を設け、起動後すぐに暖房運転が可能

③熱交換器及びインバータの工夫熱交換器の伝熱面積を大きくし、外気からの採熱量を増加させ暖房能力を向上

２）除霜運転の工夫①除霜運転時間の短縮

室外機に温湿度センサーを取付け、除霜を必要最小限として除霜運転を短縮

②暖房運転を止めずに除霜運転が可能室外機の熱交換器を2分割して除霜運転を交互に行い、暖房運転を継続室内機に流れる冷媒量の50％をバイパスして、室外機の除霜運転に利用

③除霜運転時における室温低下の緩和除霜運転の必要時を事前に察知し、室温設定を上げ室温低下を緩和

（８）現在の解決策



P-71

（９）高暖房能力

三菱電機エアコンカタログより引用



P-72


（１０）スピード暖房



P-73

■除霜運転の短縮

■除霜制御（室温低下の緩和）


（１１）除霜運転の工夫



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（１２）蒸気暖房とヒートポンプ暖房の比較

年間暖房負荷熱量

年間供給熱量

GJ GJフラットレート

単位千円指数 ton 指数

A重油 10,000 50% 20,00039.1注1

GJ/ｋL

512 kL57.3注3

千円/kL 29,338 222 2.71 ton/kL 1,388 363

都市ガス 10,000 50% 20,00044.8注2

GJ/千m3

446 千m370注4

千円/千m3

31,220 237 2.23ton/千m3

995 260

ヒートポンプ暖房

電力 10,000 － 10,000 （2,778千kWh）

694 　千kWh19注5

　千円/千kWh

13,186 100 0.551　ton/千kWh

382 100COP 4の場合

蒸気暖房

年間エネルギー費用CO2排出

原単位注6

年間CO2排出量

熱源方法エネルギー源

年間蒸気有効利用率

エネルギー換算係数

年間エネルギー使用量

エネルギー単価

■省エネ性、経済性、環境性、費用対効果年間暖房負荷を一定とした場合の蒸気暖房（燃料：A重油または都市ガス）とヒートポンプ暖房を比較

ヒートポンプ暖房は省エネ性、経済性、環境性にメリットが大きい。

注1 資源エネルギー庁　省エネ法定期報告のエネルギー使用量簡易計算表

注2 環境省　地球温暖化対策の推進に関する法律　算定省令別表第5

注3 資源エネルギー庁　石油製品価調査　2016年度　月別価格を年平均化

注4 東京ガス　2016　業務用・工業用　空調A契約　基準単位料金冬期　C表　56.3円/m3から想定　

注5 資源エネルギー庁　エネルギー白書2016　2014年度の電力料金

注6 環境省　「算定・報告・公表制度における算定方法・排出係数一覧」

注7 想定金額：空調機器、配管工事、ダクト工事、電気工事、その他工事（基礎、搬入据付）を含む

合計出力（＝暖房負荷/運転時間）

GJ表示 kWh表示 h ｋW ｋW 台数千円/10

馬力千円千円千円年

蒸気暖房都市ガス 10,000 - 31,220 - -

ヒートポンプ暖房COP=4

電力 10,000 2,777,778 2,160（18h/日） 1,286 28 461,600注7

73,600 13,186 18,034 4.1

エネルギー源

蒸気有効利用率　50％

設備投資回収年

都市ガスとの年間エネルギー費用

差額

年間運転時間(暖房期間10月～3月

操業20日/月)熱源方式

年間暖房負荷年間エネルギー費用暖房出力

10馬力相当

設備投資金額（工事費含む）

暖房設備容量

ヒートポンプ暖房は経済性、環境性にメリットがあるヒートポンプ暖房は省エネ

費用対効果が大きい

P-75

（１）冷凍機の冷水出口温度を上げる（２）冷凍機の冷却水入口温度を下げる（３）冷水2次ポンプのインバータ制御（参考推定末端差圧一定制御）（４）冷却水流量の可変制御（冷却水ポンプのインバータ制御）（５）冷凍機の台数制御（６）熱源最適制御システム（７）フリークーリング（８）高効率熱源機器への更新（９）送風量可変（VAV）方式と送風温度の調整（１０）ファン、ポンプのインバータ化（１１）取入外気量の適正化（１２）外気冷房の導入（１３）給湯設備の省エネ対策（１４）給水設備の省エネ対策（１５）節水型、節電型衛生機器による省エネ対策（１６）その他

①冷却塔ファンのインバータ制御副次効果冷却水温度安定⇒冷水温度も安定

②ボイラ排ガス熱回収（エコノマイザ、エアヒータ）③ボイラ連続ブローからの低圧蒸気取出し（フラッシュタンク使用）


６．空調・給湯・給水設備の省エネ手法 1/26

P-76

（１）冷凍機の冷水出口温度を上げる

冷水出口温度の設定を上げるとCOPは良くなる。

冷房負荷の小さくなる中間期

には冷水出口温度の設定を

上げる。

水冷チラー（スクリュー冷凍機）の性能一例冷媒： R134a



P-77

（２）冷凍機の冷却水入口温度を下げる

水冷チラー（スクリュー冷凍機）の性能一例冷媒： R134a

冷却水入口温度下がるとCOPは

良くなる。

冷却水温度が下がる中間期は冷

却水温度をコントロールせずに下

げて運転する。

ただし、冷却水温度には下限が

ある。

吸収式冷凍機： 22℃程度

ターボ冷凍機： 20℃程度



P-78

（３）冷水2次ポンプのインバータ制御



二次側冷温水の送りの温度T1と戻りの温度

T2の差が小さい場合、ポンプ流量を減らし

てポンプ動力を削減できる。

この時、流量削減は台数制御かインバータ

制御による。

ただし、一次側流量とのバランスが崩れ、バ

イパス流量が増え、冷凍機の効率運転に支

障が出るので冷凍機の運転台数も同時に

管理する必要がある。

INV

流量調整弁

T1T1

T1 T2

T1T1

バイパス管

冷凍機一次ポンプ

二次ポンプ

参考推定末端差圧一定制御インバータによる流量に応じた供給圧力の可変制御

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（４）冷却水流量の可変制御（冷却水ポンプのインバータ制御）

T1 T2

設定：許容下限値

INV

冷凍機（凝縮器）への冷却水送り温度は

冷凍機が許容する下限値を下回らないよ

う、図のように制御されている。

凝縮器の出入口温度差（T2 - T1）は設計

値は5℃であるが、低負荷時には1～2℃

になる。

この時、冷却水量を減らす手段はポンプ

のインバータ制御となる。冷却水流量の

下限値を冷凍機メーカに確認。

しかし、冷凍機の性能は冷却水温度が低

いほど上がるので、実施に際しては慎重

な検討が必要である。



P-80

（５）冷凍機の台数制御

冷凍機の運転台数は負荷側の熱

量（流量と温度差より計算）または

流量に見合うよう決定される。

冷凍機が低負荷で、多数台運転さ

れている場合（効率低下）が多い。

原因は、負荷からの戻りヘッダと送

りヘッダの温度差が小さくなってい

るためである。

冷水熱量または冷水流量に応じた

冷凍機の台数制御を行う。

二次ポンプが必要



P-81

（６）熱源最適制御システム・省エネやCO2削減を目的とした進化した運転制御・熱源システムを構成する各機器の特性を考慮し、ニーズ（省エネ、省CO2、

節電）に対応した最適な運用判断を行う制御・翌日の熱負荷を予測し、学習機能を活用して、システム全体のエネルギー

消費量が最小となる熱源機器の組合せ、台数制御、運転順位の最適化

熱源最適制御のイメージ



P-82

中間期、冬期に冷房負荷がある場合、外気の冷気を活用し、冷却塔で10℃～15℃程度の冷水を製造し、冷凍機の運転を停止する。

出典：建築設備の環境保全設計マニュアル

（７）フリークーリング



P-83

（８）高効率熱源機器への更新

九州電力ホームページより

空調機の耐用年数は15年

程度。

15年前に比べて空調機のエ

ネルギ効率は50%向上。

老朽化による性能低下を考

慮すると、設備更新による

エネルギ消費量を半減。

フロン規制により特定フロン

は入手困難。



P-84

（９）送風量可変（VAV）方式と送風温度の調整

送風温度を一定とし、空調負荷に応じて送風量をインバータで可変と

し、送風機の電力消費量を削減する。

さらに、送風温度を可変とし送風機電力の更なる削減も可能。



P-85

（１０）ファン、ポンプのインバータ化

仕事量③

関係式 f0:50

f1:40

f0:50

ｆ2:30

風量、流量Ｑ∝（f1/f0） Q=0.8Q0 Q=0.6Q0

揚程、圧力Ｈ∝（f1/f0）2 H=0.64H0 H=0.36H0

軸動力Ｐ∝ （f1/f0）3 P=0.51P0 P=0.22P0

■回転数を変化させたときの効果割合

ｆ0：初期の回転数

ｆ1、ｆ2：変化後の回転数（周波数）



P-86

（１１）取入れ外気量の適正化

居室

空調機

外気導入量制御装置

外気

排気

目標900ppm

設計基準

・ 20m3/（h・人）

・ 0.2人/m2

実際

CO2濃度

600～700ppmの場合も

多い

CO2濃度一定制御



P-87

中間期でも冷房負荷の

ある場合がある。

外気の導入のみで冷房

が出来る。（空調機に冷

水は通さない。）

外気、排気ダンパを全

開とし、還気ダンパは全

閉とする。

居室

空調機

外気導入量制御装置

外気

排気

還気

外気冷房の有効領域

（１２）外気冷房の導入



P-88

空気状態点の種類

１．乾球温度 DB℃

２．湿球温度 WB℃

３．相対湿度 %RH

４．絶対湿度 g/kg(DA)

５．露点温度 ℃(DP)

６．比エンタルピー kJ/kg(DA)

７．顕熱比

８．熱水分比

９．比容積 m3/kg(DA)

参考1 空気線図の活用



P-89

【湿り空気線図（空気線図）】

露点温度

外気冷房の有効領域



P-90

飽和湿り空気（飽和空気）

【飽和湿り空気（飽和空気）とは】



P-91

【結露状態露点温度】

キャリア（Ｗ．Ｈ．Ｃａｒｒｉｅｒ）博士による露点温度制御法の発明（１９０６年）という業績によって、近代的な空気調和が誕生。

※露点温度制御法（Ｄｅｗｐｏｉｎｔｃｏｎｔｒｏｌ）冷却コイルで所定の露点温度まで下げ、再熱器で加熱することで、所定の吹出温度まで昇温する方法。これによって、湿度を一定に保つことができるようになった。



P-92

冷却減湿：②顕熱＋潜熱変化

通常の空調システムにおける状態変化

加熱：③顕熱変化

加湿：④顕熱＋潜熱変化（方式により変化が違う）

減湿：⑤顕熱＋潜熱変化（方式により変化が違う）

冷却：①顕熱変化

①

②

③

④

⑤

④

【状態変化の種類】



P-93

室内

外気

混合

吹出

外気負荷

室内負荷

外気量を削減すると省エネになる理由

外気負荷＝外気量×エンタルピー差外気負荷は外気量に比例する



P-94

参考2 室内正圧保持と室内温湿度管理の重要性



（１）室内正圧保持の重要性給排気風量の調整により、空調室内は周囲に比べて微正圧あるいは±0にする。負圧状態は外気や周囲の非空調室の空気が侵入し、

①室内より高温高湿あるいは低温低湿の空気が室内に侵入し、冷暖房負荷増大となる。②夏期に高湿度の外気が侵入すると、食品スーパーの冷凍冷蔵ショーケース

など、低温部周囲の天井、壁に結露の可能性が高まる。（カビ発生の要因）③外部から臭気や塵埃も侵入する可能性がある。

（２）外気量を削減する省エネ対策の留意点CO2濃度による外気量制御の場合でも、室内正圧を保持するよう最小外気量を設定する。必要最小排気量を最小外気量に設定し、室圧を微正圧あるいは±0にする。

EF

排気ファン

SF

AHU 給気ファン

外気（給気）

QOA

排気

QEA

負圧の場合

QEAQOA 正圧○

QOA ＜

＞=

QEA 負圧×

外気侵入室内冷暖房負荷の増大

P-95



（３）外気冷房時の留意点室内正圧保持になるよう、取入外気量と室内排気量を調整する。低温度外気を導入する場合はダクト表面や室内吹出天井部の結露に留意する。

（４）結露防止には室内温湿度管理が重要夏期の高湿度外気の侵入、あるいは冬期の低温度外気の導入による天井表面などの結露防止には、室内温湿度の管理が重要である。室内天井表面温度が高湿度外気の露点温度より低い場合、あるいは低温度外気の吹出しで低温になった天井表面温度が室内空気の露点温度より低い場合、天井表面に結露する。

EF

排気ファン

SF

AHU 給気ファン

外気（給気）

QOA

排気

QEA

負圧の場合

QOA ＜ QEA 負圧×

高湿度外気の侵入

結露の発生

P-96



１）局所式と中央式の特徴

（１３）給湯設備の省エネ対策

稼働条件にもよるが、熱損失による影響は大きい


P-97



２）給湯設備の省エネ対策

貯湯容量の適正化（省エネ対策）①同時使用率が高く、給湯を連続使用⇒加熱能力は大きく、貯湯量は小さく

②同時使用率が低く、給湯を断続使用⇒加熱能力は小さく、貯湯量は大きく


P-98



３）給湯用熱源機器の効率

４）給湯ヒートポンプの排熱利用（熱源水温度）

高効率給湯機器

ヒートポンプの熱源水（吸熱源）として利用できる。高温を利用すると給湯ヒートポンプの効率が高くなる


P-99



（１４）給水設備の省エネ対策

節水コマ

給水使用量の大きな施設では節水器具による節水効果は大きい

水道直結方式高置水槽方式圧力タンク方式ポンプ直送方式※給水方式によって省エネ対策は異なる


P-100



（１５）節水型、節電型衛生機器による省エネ対策

確実な節電効果が期待できる


P-101


７．石油暖房の省エネ対策 1/6

（１）北海道の年間灯油消費量・全国平均の3倍の消費量・12月～3月までの４ヶ月で

年間の5割強を占める。・夏季は給湯に使用と想定

⇒年間では暖房7：給湯3程度・暖房の省エネ効果は大きい

出所（財）日本エネルギー経済研究所石油情報センター「平成18年度灯油消費実態調査」

出所省エネ性能カタログ 2015冬経済産業省資源エネルギー庁

全国の家庭のエネルギー消費量内訳

P-102



（２）省エネ対策の基本

出所経済産業省北海道経済産業局 2008 灯油節約のツボ

P-103




１）熱を逃がさない

①断熱性能の強化 ②断熱シート設置例

③熱交換換気の導入

P-104




２）室温を下げる

①室温設定と省エネ効果

家全体の平均室温を下げた場合

部分的に室温を下げた場合も一定の削減効果あり

②サーキュレータ併用により設定室温を下げる

天井付近の暖かい空気をサーキュレータで撹拌し、室温ムラをなくし、設定温度を低く抑える

出所省エネルギーセンター家庭の省エネエキスパート検定テキスト

③就寝時の連続暖房と間欠暖房

夜間4時間を暖房停止した間欠暖房の方が省エネ

4時間の暖房停止した間欠暖房

結露に注意

連続暖房

間欠暖房

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３）効率の高い暖房機器を使う

出所省エネ性能カタログ 2015冬経済産業省資源エネルギー庁

①トップランナー制度対象品目

②省エネラベリング制度

■対象 ■対象外

③省エネラベリング制度

P-106



（３）石油暖房機器の使い方

１）機器の選定①気象条件や建物の構造・室の広さなどを

考え、最適なものを選定する。②待機時消費電力の少ない機種を選定する。

２）上手な使い方①外周部に設置すると効率よく暖房できる。②設定温度は20℃を目安にする。③人のいない室は必ずスイッチを切る。④外出や就寝の前にスイッチを切る。⑤フィルタに詰まったゴミや埃は定期的に清掃する。⑥昼間はカーテン・ブラインドを開けて太陽日射を

入れ、日没前に閉めて、窓からの放熱を低減する。

出所一般社団公人日本ガス石油機器工業会石油燃焼機器に関するQ&A

窓際に暖房機器を設置すると、室内全体がむらなく温まり、設定温度を下げることもできる

フィルタの清掃により所定の風量が確保でき省エネ運転となる。

暖房機器選定の目安

P-107

（１）冷温水発生機の冷水出口温度調整（２）冷凍機冷却水ポンプへのインバータ

制御導入（３）冷凍機の冷却水設定温度の調整（４）ボイラ燃焼空気比の調整


８．省エネ改善提案事例

「ビルの省エネルギーガイドブック 2018（一財）省エネルギーセンター編」にて解説

P-108

ご清聴、有難うございました。


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省エネルギー技術講座・実地講座 - City of Sapporo...2018/10/15 · P-9 1）空気調和の制御因子 2）空調設備の構成 3）空調方式の分類 ①温度、②湿度、③清浄度、④気流、⑤気圧