空調のチューニングポイント

東洋ビル管理株式会社
省エネルギー技術研究室
室長　中村　聡

吸収式冷温水機

1、運転台数
　同じ冷凍能力のガス焚き吸収式冷温水機2台で冷房をおこなっているビルがあるとする。2台運転ならば冷房能力に十分な余裕があるが、1台運転だと若干だが冷房能力が不足する。
ガス焚きとするのは、正確に使用量を把握できるので、説明する便宜上である。

1台の吸収式冷温水機を冷凍能力以上の冷房負荷で運転すると、設定した冷水出口温度を維持できなくなり、冷水温度が徐々に上昇するとともに、冷房中の室内温度も上昇する。
2台運転すればよいのだが、『吸収式冷温水機本体＋一次ポンプ＋冷却水ポンプ＋冷却塔ファン』、これらの電力だけでも相当に大きなものとなるので、電力デマンドを考えて、できるだけ1台運転で我慢をしているビルもあるはずだ。
2台運転すれば、設定した冷水出口温度を余裕で維持できるので、吸収式冷温水機の効率も良くなり、ガス使用量が減ることは間違いない。
吸収式冷温水機は100％負荷1台運転よりも50％負荷2台運転の方が省エネになるのだ。
これらのことが分かってはいても、ガス使用料金節減よりも電力の基本料金のほうが大きいと考えれば、2台運転できないのが実状だろう。

2、水使用量
　冷却塔での水使用量はどうなるのだろうか。
2台運転ならば水使用量も2倍になると思っている設備員もいるのではないか。
冷却塔で蒸発する水の気化熱はビルの冷房で奪った熱量とガスが燃焼した熱量の合計である。この熱量は、吸収式冷温水機が1台運転でも2台運転でも同じであり、2台運転すれば熱量が2倍になるわけではないので、吸収式冷温水機2台運転時の冷却塔1台当たりの放熱量は、吸収式冷温水機1台運転時の半分になるはずだ。
吸収式冷温水機を2台運転した結果、効率が良くなってガスの使用量が減れば、ガスの燃焼による熱量はさらに減ることになる。
冷却水温度を下げるための気化熱が少なくて済むので、冷却塔での水使用量は、吸収式冷温水機を2台運転したほうが少なくなるはずだ。

3、冷却塔
　冷却塔だけで考えても、2台運転ならば単純に冷却面積が2倍になり、放熱量当たりの冷却風量が増えることにもなるので冷却水温度が下がり、吸収式冷温水機の効率もよくなる。

冷却塔1台当たりの水の蒸発量が半分になれば冷却塔周囲の湿度も下がる。
周囲の湿度が下がれば水の蒸発効率は上がる。その結果冷却水温度が下がれば、冷却塔ファンが停止する時間も増える。まさに好循環である。ただし1台運転でも冷房負荷が80％しかないような時にまで2台運転する必要はない。

4、二次ポンプ電力
　ガスも水も吸収式冷温水機2台運転のほうが、使用量が減るのならば、問題は電力である。『吸収式冷温水機本体＋一次ポンプ＋冷却水ポンプ＋冷却塔ファン』の電力は確実に増える。特に冷却水ポンプの電力が大きい。ならば増えた電力以上に、減らすことができる電力はないのかを考えてみたい。
まず考えられるのは二次ポンプだ。
二次ポンプの場合は、吸収式冷温水機を2台運転して冷水出口温度を下げれば、空調機二方弁が閉まるので流量が減る。その結果、二次ポンプが回転数制御ならばインバーター運転周波数が下がり、台数制御ならば二次ポンプの運転台数が減って電力が減るはずだ。しかし二次ポンプの電力はそれほど減らないものである。
流量を減らすことを考えるよりも、空調機二方弁が丁度全開になるように、冷水温度をできるだけ高くコントロールする不快指数冷房をおこなったほうがよい。冷水出口温度を下げて搬送動力低減をおこなう二次ポンプの節電量よりも、不快指数冷房の省エネ量のほうが、エネルギー的にも金額的にも効果的なはずだ。
吸収式冷温水機2台運転で、冷水出口温度を下げる余裕ができても、実際の運転では下げるのではなく、室温を維持できるギリギリまで冷水出口温度を上げるようにするのだ。冷房能力不足による冷水出口温度上昇と、冷水出口温度が高くなるようにチューニングするのとでは、吸収式冷温水機の効率が違って来るからだ。
二次ポンプ電力の削減を考えるのならば、二次ポンプの吐出しバルブが閉まっていたら開けるように、往還ヘッダの圧力調整弁が開いていたら閉まるように、インバーターであれば最低周波数を必要最低限まで下げるように省エネチューニングをおこなうほうが効果的である。

5、空調機
　次に考えられるのは空調機だ。
空調機のSA・RAファンがインバーターによる回転数制御であればという条件付きである。
吸収式冷温水機1台運転で冷水出口温度が高くなり、冷房設定温度よりも室内温度が上がれば、空調機はSA・RAファンの回転数を上げて風量を増やし、室内温度を下げようとするが、最大周波数になっても室温は下がらなくなる。
回転数が上がれば消費電力も多くなる。吸収式冷温水機2台運転で冷水出口温度が上がり過ぎないようにできれば 、SA・RAファンの回転数を上げなくても室温が設定値になるため、SA・RAファンの消費電力は少なくなる。
インバーターでSA・RA量を制御する空調機が何十台もあるならば、『吸収式冷温水機本体＋一次ポンプ＋冷却水ポンプ＋冷却塔ファン』で増える電力よりも、SA・RAファンで減る電力のほうが多くなるため、吸収式冷温水機2台運転の方が節電になるだろう。吸収式冷温水機を1台運転で頑張っても、ガスも水も電力も節約にならない可能性のほうが高いのだ。
冷水温度とは関係なく、単にSAダンパーが閉まってファンの回転数が上がっているのならば、ダンパーを全開にするだけでもファンの回転数が下がるので、ファン電力の節電になるだろう。
ポンプのバルブやファンのダンパーが閉まっていることが多いのでできるだけ全開にしたい。

6、空調機二方弁

　空調機二方弁開度が1 00％以上になるような冷水温度では、室温をコントロールできない冷房になり、SA・RAファンの電力は最大となる。
空調機二方弁が100％開の時が、最も流量が増える時であり、二次ポンプの消費電力が増える時でもあるが、最も省エネになる時でもある。
二方弁の開度を90％～100％でコントロールできる冷水温度が、室温も維持できて、不快指数冷房としても省エネになり、SA・RAファンの節電にもなるベストの冷水温度となるだろう。

空調のチューニングポイント

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省エネルギー技術研究室
室長　中村　聡

温度・湿度・日射・風（8）

27、デマンド要注意日
　電力や地域冷暖房の冷熱・温熱使用量がピークとなる時間帯は、冷暖房がピークとなる時間帯でもある。『温度・湿度・日射・風』を観察してピークを事前に予測できるようにしたい。
夏季は外気温度が高い日がデマンドピークだと思われるが、意外と温度が最も高い日ではなく、日差しが強くて無風の日のほうが要注意だ。日差しが強いとビル自体が熱せられるが、風があればその熱を奪ってくれる。しかし無風では熱がビル内に侵入して冷房負荷となるからだ。日差しの強さは天気予報では分からないので自分自身の肌で感じて判断することが大切だ。
これにビル内の状況によっては内部的な要因もプラスされる。一時的な催し物があるビルなどが該当するだろう。発熱源になる人が通常よりも多ければ、冷房負荷が増えて当然である。
冬は逆に外気温度が低く、湿度が低く、日差しが弱く、風の強い日がデマンドピークになる。
冷房にとっては負荷となる人や照明やOA機器などの発熱は、暖房にとっては熱源である。これは暖房負荷が減る効果があるので、デマンド的には冷房のほうが余裕がなくなるだろう。
暖房ピークは特に冷え込む、年に数日の暖房立ち上がり時間。病院等の夜間も暖房をおこなっているビルでは、外灯が点灯する夕方に暖房ピークになることがある。この時間帯が電力や地域冷暖房のデマンド要注意時間帯である。

28、夏季のデマンド対策
　夏のデマンド要注意日は、冷房がピークとなる7月下旬の梅雨明けから9月上旬までだろう。ピーク時間帯はオフィスビルでは昼休み後の13：00～16：00になる場合が多い。
ホテル等では稼働客室が増え、外灯が点灯する時間帯の電力デマンドがピークになりやすい。
夏季はピーク期間もピーク時間も長いので、一時凌ぎ的な対策よりも、できるだけ多くのデマンド対策を継続的におこなう必要がある。
昼休み中に冷房を停止させているオフィスビルもあるが、エアコンの場合は起動時の電力消費が多くなるので、停止させないほうが良い。
在室者が少ないのであれば排気を停止させたほうが効果的である。空調機のEAファンや室内にある換気扇を停止するのだ。人が少なくなる昼休み中ならば、室内のCO2濃度が高くなることもないだろう。この方がエアコンを停止させるよりも無理がなく、省エネ効果も高い。
空調機やエアコンに中性能フィルターがあれば取外す。不快指数冷房もおこないたい。
給水を高置水槽でおこなっているビルであれば揚水ポンプがあるだろう。数㎾のポンプであっても、照明を消灯させての数㎾節電は大変だが、ポンプでの節電ならば簡単にできる。オフィスビルならば13：00に満水になるように手動で揚水しておけば、昼休み後の冷房ピーク時間に揚水ポンプが自動運転することもない。
デマンド計測時間30分のうち20分が経過した時点でデマンドに余裕があれば、残り10分間に手動で揚水してもよい。手間が掛かるが設備員しかできない方法でのピークシフトである。
電気ポットやコーヒーメーカーを数多く使っているならば、電力デマンドピークに合わせて全ての電源を切るだけでも、かなりの節電が出来る。最も簡単で効果的なデマンド対策かもしれないが、全員の協力が必要である。
必要時は迅速に協力してもらうために、今日の『温度・湿度・日射・風』と天気予報で冷暖房ピークを予測して、デマンドに余裕がないと思われる日は、デマンド予報をビル内に出せるようにしておけば、協力も得られやすいだろう。
「本日○○時頃はデマンド要注意です！」と。

29、冬季のデマンド対策
　暖房ピークの時間帯は冷房ピークの時間帯と比較すれば短時間であり、外気温度が極端に下がる日も年に数日である。この数日でデマンドが決まってしまうことが多いはずだが、たった数日のためにデマンドが超過するようでは勿体無いので、この時間帯をいかに凌ぐかが大切だ。
始業時に一斉に暖房が入らないよう、早めに暖房をおこなうことも有効であり、配管蓄熱が可能なビルならばおこなうほうがよいだろう。
明日寒波が来て冷え込むことが分かっているのならば、部屋によっては夜間も暖房を停止させずに入れたままにすれば、早朝の暖房ピークは抑えられるだろう。無駄な温熱消費のようだが、数日であれば大した消費量ではない。寒波の来る前夜に人のいない部屋での暖房の効果を試してみるのもよい経験である。勿論OAは最小限でEAは停止させておこう。実際におこなってみると、それ程エネルギーの無駄にはならないことが分かるはずだ。デマンドを心配しながら暖房を立ち上げるよりもましである。
使用量が増えても使用料金は増えないように、ビル内の暖房負荷に合わせながら、デマンドを考えて光熱費の削減を最優先する空調運転管理をおこなうようにしたい。

30、冬季にナイトパージ？
　冬季のオフィスビルの休日明けはビル内が冷え込んで暖房の立ち上げが大変である。特に年末年始のように長い休日明けは中々暖まらずに苦労をしているだろう。このような日と寒波が重なると、デマンド的には厳しいものとなる。

写真はエレベーター機械室の排気口から、暖かい空気を自然排気しているところである。
屋上にエレベーター機械室があり、機械室の排気口が開いていると、高層のビルほどエレベーターシャフトの煙突効果でエレベーター機械室の気圧が上がり、自然排気をするのだ。
僅かな隙間があれば、ビル内のどこからでも自然排気した量の外気が侵入することになる。
夏季ならばこの煙突効果による自然排気を上手く利用できれば、効果的なナイトパージができるが、冬季もこの状態ならば、寒いのに暖気をナイトパージする結果となり、ビル内が冷え込んで、休日明けは暖房ピークとなってしまう。

冬季にナイトパージをしないためにも、排気口にダンパーがあるならば閉めるようにしたい。
気が付かずに冬季にナイトパージをしているビルもあるはずなので注意してほしい。
排気ファンがあるだけで、排気口にはダンパーがない機械室も多いはずだ。風圧でダンパーが開く排気ファンもあるが、ファンが運転していなくても、煙突効果により高くなった気圧でダンパーが開き、自然排気が行われることもある。

風圧式ダンパーの有無に関係なく、写真のように排気ファンにビニールを被せるだけでも、自然排気を防ぐことができる。春になればビニールを取り外すことを忘れないようにしたい。

空調のチューニングポイント

東洋ビル管理株式会社
省エネルギー技術研究室
室長　中村　聡

温度・湿度・日射・風（7）

23、夜間の蓄熱効果

【6、外気温度と消費電力】の項で『冷水を循環させて冷房しているビルならば、外気温度の低い夜間のうちに冷水温度を下げて、配管へ蓄熱することも有効である』とある。
蓄熱には配管に冷水・温水を蓄熱する方法と蓄熱槽に氷や冷水・温水を蓄熱する方法がある。蓄熱槽があるならば深夜電力を使っての空冷チラー等の電動冷凍機による蓄熱だろう。
夏季は外気温度が低くて日射の無い夜間に蓄熱するほうが効率は良いので合理的である。夏季は午後に電力デマンドピークが来るため、このピーク時間帯で、蓄熱した冷熱を使えるならば、電力基本料金低減にも効果的である。
夏季の蓄熱はデマンド対策としておこなうことが重要であり午前中で蓄熱を使い切ってしまうようでは蓄熱効果も半減となる。しかし午後から蓄熱を使うまでの間にどれだけ放熱するのかも考えなければならない。せっかく蓄熱した熱が放熱で失われたのでは蓄熱する意味がない。
CO2削減という意味では、電力会社の原発が数多く稼働して、夜間の発電にCO2排出がないならば、放熱量が多くて無駄な蓄熱になったとしても、CO2削減に寄与することにはなる。
原発が充分に稼働していなければ、深夜であっても火力発電で蓄熱することになるので、CO2の排出を伴う発電では、蓄熱は無駄なCO2を排出させることになってしまう。
深夜電力で電気料金が半分であったとしても、蓄熱時に使う搬送動力や放熱での損失があるために、電気料金が半分になる訳ではなく、料金的には殆どメリットがない場合もある。
夏季の電力ピーク対策となる蓄熱ならばよいのだが、電力デマンドを抑制できないような蓄熱の使い方をしているのならば、原発の稼働が少ない時期での蓄熱はやめて、CO2削減に協力したほうが良いのではないだろうか。

24、冷却塔

　空冷チラーの場合は、雨が降って冷却塔に雨がかかるようならば、雨水の蒸発による気化熱で放熱器の温度が下がり、空冷チラー周囲も雨水の蒸発により温度が下がるので、湿度が高くても冷却効率が良くなる。
空冷は湿度の上昇に関係なく、雨が蒸発する気化熱で温度が下がることが冷却には効果的で、ここが水冷と空冷の大きな違いとなる。
雨天の場合は蓄熱槽への蓄熱にしても、配管への蓄熱にしても、蓄熱効率は良くなるだろう。

水冷の冷却塔を使っている冷凍機で蓄熱槽に蓄熱する場合はどうなるだろうか。
水冷の冷却塔は主に水が蒸発する気化熱で冷却水温度を下げるので、冷却塔周囲の湿度が低いと蒸発効率が上がって、冷却水温度が下がりやすくなるが、湿度が高いと蒸発効率が悪くなるので、冷却水温度が下がり難くなる。
外気温度と湿度の両方が低ければベストではあるが、湿度が高くなり水の蒸発効率が低下すると冷却水温度が下がり難くなって冷凍機の効率も悪くなるので、外気温度が低くても夜間の蓄熱が効果的だとは云えなくなる。
梅雨時は外気湿度が高く、電力ピーク時期でもないので、無理に蓄熱する必要はないだろう。梅雨時は冷房負荷も少ないために蓄熱槽容量にもよるが、蓄熱した冷熱が使い切れずに余るようでは放熱ロスが多くなってしまう。蓄熱を全て使い切ることができるようになる梅雨明けから蓄熱をおこなえばよいだろう。
空調の立ち上がりを良くする配管蓄熱は、冷房の場合は余程ビル内に熱気がこもっていなければ必要ないだろう。早朝は窓を開けるか空調機の空運転で換気をすれば十分である。
空調立ち上がり前のビル内温度が高いならば、配管蓄熱は効果的だ。空調機運転開始の30分前から冷凍機を運転して、配管に蓄熱すればよい。そして配管内の冷水温度が下がったタイミングに合わせて空調機を始動させるのだ。
冷凍機と空調機を同時に運転すると、中々下がらない冷水温度が、配管蓄熱で低い冷水温度にしてから空調機を運転すれば、低い冷水温度を維持できるはずなので試してほしい。

25、暖房時の温水蓄熱

ヒートポンプチラーで夜間に温水を蓄熱している場合であるが、深夜電力で電気代が半額になる場合であったとしても、蓄熱槽への蓄熱はおこなわない方がよいだろう。日中よりも外気温度が低くなることの方が多い冬季の夜間に外気熱を汲み上げて蓄熱するのであるから、夏季とは逆に蓄熱効率が悪くなって当然だ。
深夜電力で温水を蓄熱しているビルが、蓄熱を停止させたら電気料金が安くなった例もある
冬季は蓄熱に要したエネルギーの半分以上は放熱等で捨てられているということなのだ。冬季に蓄熱を停止させた方が、電気代が安くなるようなビルで、デマンドにも関係がない蓄熱ならば無駄である。温水は外気温度が高いほうがチラーの効率は良くなるので、わざわざ外気温度の低い夜間にヒートポンプチラーを運転して蓄熱するほど効率の悪いことはない。冬季に電力デマンドがピークになるビルならば、ピークは早朝の空調立ち上がり時であろう。
配管蓄熱ならば暖房の立ち上がりを良くしながらデマンド対策としても有効であり、放熱も少ないので、深夜電力でなくても効果的だ。

26、蓄熱と放熱

蓄熱槽は屋外に設置されていることが多いので、外気温度が放熱対象になるが、配管への蓄熱は屋内配管への蓄熱のため、放熱対象がビル内温度になり、屋外設置の蓄熱槽ほどの温度差がないため、無駄な放熱も少なくなる。
夏季の屋外設置の蓄熱槽は日射の影響も大きく、日射により温度の上がった蓄熱槽の表面温度が放熱対象となるから放熱も多くなる。
蓄熱の場合は日射防止対策をおこなうことが大切である。蓄熱槽に日射を当てないようにするか、遮熱塗料や反射塗料を塗って、蓄熱槽の表面温度を上げないように工夫するのだ。
配管蓄熱が有効になるのは、冬季の早朝にデマンドピークが来る場合である。そのようなビルならば配管に蓄熱することで空調の立ち上がりが早くなり、空調運転開始時の電力デマンドや地域冷暖房では温熱デマンドを抑えられる。
暖房開始前の短時間で温水蓄熱をおこない、暖房開始と同時に蓄熱した温熱を使いながら暖房をおこなえば、無駄な放熱は最小限で済む。デマンドを抑えるための蓄熱とともに、暖房の立ち上がりを良くすることにも有効である。
蓄熱槽と比べて配管への蓄熱は蓄熱量が少ないので、あまり早く蓄熱をおこなうと暖房開始時には放熱して温熱が殆どなかったということになるので注意したい。
放熱量を減らすためにも蓄熱後直ぐに使うことが配管蓄熱には大切である。配管蓄熱は蓄熱量が少なくても効果的であり、蓄熱槽が無いビルでも実施できる。