Embed Size (px)
Citation preview
「病院施設における複合熱源設備の計画と実運用の効果検証」
Study of HVAC System Analysis and the Energy Data Commission of a Hospital
正 会 員 ○石村 佳子（大成建設） 正 会 員 龍 英夫（大成建設） 正 会 員 豊原 範之（大成建設）
技術ﾌｪﾛｰ 村田 圭介（大成建設） 正 会 員 中原 信一郎（大成建設）
Yoshiko ISHIMURA*1 Hideo Ryo*1 Noriyuki TOYOHARA*1 Keisuke MURATA*1 Shinichiro NAKAHARA*1
*1 TAISEI CORPORATION
This is a report of multiple HVAC system design and the energy data analysis. Multiple HVAC system is consist of
several refrigerators, the heat pump system, and the thermal storage. The first year BEMS data supported us the system
analysis, and by the result of the data analysis next year we could try changing the operation of this HVAC system.
In half a year, 3,867GJ energy saving was realized by these commissioning processes.
はじめに
旧立市民病院と旧市立成人病センターを廃止・統合し、
救急医療、周産期医療、災害拠点、感染症などの政策医
療にかかわる諸機能を整備し、地域完結型の医療提供体
制を構築するための要となる病院をPFI法に基づき,BTO
方式（Build, Transfer, Operate）により計画した。
被災時の機能維持を第一コンセプトに、建築設備にお
いては複数インフラによるバックアップが可能なベスト
ミクス熱源による冗長化構成を計画した。
本報において、省エネルギーを考慮した熱源設備計画
の構築と、竣工後の運用データを用いた性能検証につい
て冷熱源を中心に報告を行う。
写真1 外観写真
1．計画概要
1.1 基本コンセプト
設計期間中の 2011 年 3 月 11 日に東日本大震災が発
生したことを受け、地震被害を 小限に抑え、病院とし
ての機能維持充実化を図った。
建築的には、いくつかの地震でその有効性が確認されて
いる免震構造を採用した。また、過去に経験してる水害
に対する建築的な対策も計画した。表１に建築概要を示
す。
表１ 建築概要
用 途 総合病院（513床）、駐車場
敷地面積 11,017.72㎡
階数 地下2階／地上8階
建築面積 8401.98㎡
延床面積 48,720㎡（駐車場棟9445㎡含）
高高さ 29.98ｍ
構 造 RC造、一部S造／基礎免震
1.2 設備計画概要
設備の基本方針を下記に示す。
① 地球温暖化防止などの負荷の低減
② ライフサイクルコストの低減
③ 高度先進医療機能を維持するための災害対策
④ フレキシブル性の実現
⑤ 良質な医療環境の実現
表2に衛生設備概要を、表3に空調設備概要を示す。
表2 衛生設備概要
給水設備 上水、雑用水２系統 加圧給水ポンプ方式
給湯設備 中央熱源方式：小型貫流ボイラー、ＨＰ給湯器
排水通気設備 汚水、雑排水、感染、透析、ＲＩ、厨房、高温、
ボイラー、湧水、雨水系統
ガス設備 中圧ガス引込 低圧は専用ガバナー
消火設備 スプリンクラー、窒素ガス
衛生器具設備 節水型器具
厨房器具設備 電気＋ガス＋蒸気熱源 涼厨＋換気天井方式
排水処理設備 感染、透析、厨房除害、ボイラーブロー
ろ過設備 雨水ろ過
医療ガス設備 酸素、空気、吸引、窒素、二酸化炭素、余剰ガ
ス麻酔排除
空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2018.9.12〜14（名古屋）｝ -57-
第8巻
C-6
表3 空調設備概要
熱源設備 INV ﾀｰﾎﾞ冷凍機：700kW ×1台
ｶﾞｽ焚冷温水発生機：2110/1400kW ×2台
空冷ＨＰﾁﾗｰ：1005/1005kW ×3台
冷水蓄熱槽：440kW
蒸気-水熱交換器：940kW
空調換気設備 外来：外調機＋FCU
特殊：全外気空調機＋ＲＨｺｲﾙ
病棟：外調機＋PAC
ｴﾝﾄﾗﾝｽ：床冷暖房設備
脱臭設備 匂いｾﾝｻｰによる強制換気
排煙設備 機械＋自然排煙
自動制御設備 自動制御＋中央監視＋BEMS
2.ベストミクス熱源
本プロジェクトでは、電気、ガスのエネルギー源に対
応した複数の熱源設備を計画した。これは、災害時の
BCP 対応として病院機能を維持させるためであるだけ
でなく、負荷変動への追従性に優れ、効果的な省エネル
ギー化、ランニングコスト低減が実現可能なシステム構
成とした。
2.1 システム構成
蒸気、給湯負荷対応として、ガス焚小型貫流ボイラー
を主熱源とした。小型貫流ボイラーは空調暖房負荷対応
としての運用が可能な容量とし、中圧ガス／（特）Ａ重
油切替式のデュアルフューエル型で冗長性を高めている。
給湯負荷対応として、電気式ヒートポンプ給湯器も設置
し、冗長性と省エネ性を高めた。
空調負荷についても、それぞれ容量の違うガス焚の冷
温水発生機と電気式のターボ冷凍機、空冷ヒートポンプ
チラーという複数エネルギー源の熱源機器で構成したシ
ステムを計画した。（図1）
図1 熱源システム系統図
2.2 排熱利用蓄熱槽
本プロジェクトでは、給湯負荷対応として計画した電
気式ヒートポンプ給湯器の排熱（冷熱）を有効に活用す
るために、冷水槽を計画し、空調熱源の一部として運用
可能な計画とした。機器容量から比較的小規模の蓄熱槽
としたが、負荷平準化のための貴重な熱源としての運用
が期待された。
蓄熱槽は、建物の免震層下部のピットを利用して設け
られた12m×9.2m×4m(水深)（実容量：440m3）の温度成
層型蓄熱槽である。
3.熱源の運転評価
3.1 エネルギー消費
施設の消費エネルギーの約 72％が建築設備で消費さ
れており、大温度差送水による搬送動力低減の効果によ
り、設備のエネルギー消費の65％が熱源設備によるもの
となっている（図2）。したがって、熱源設備の運用改善
を検討することが も省エネルギー効果が高いといえる。
図2 設備の年間エネルギー消費割合（2016年）
3.2 各機器のCOP評価
竣工後の2016年運用データを分析し、熱源を構成して
いる各機器のCOPを評価した。吸収冷温水機については
夏期、中間期ともカタログ値1.36と同程度の単体COP（二
次エネルギー換算、低位発熱量基準）を示していた。電
気式の冷熱源について、図 3～図 4 にそれぞれ夏期（7
月の代表1週間）、中間期（4月の代表1週間）の単体COP
（二次エネルギー換算値）を示す。ここで、R-3 がイン
バータターボ冷凍機、R-4～R-6が空冷ヒートポンプチラ
ーを示している。電気式の空冷ヒートポンプの単体 COP
は3～7と高い数値を示しており、外気温の影響を受け、
中間期のほうが夏期よりも高いCOPを出している。
図3 熱源機器の負荷率と単体COP（2016年7月）
■空調熱源（一般）
■空調熱源（夜間蓄熱）
■ポンプ動力
■空調動力
■その他動力
■照明・コンセント
空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2018.9.12〜14（名古屋）｝ -58-
図4 熱源機器の負荷率と単体COP（2016年10月）
排熱利用をしている空冷ヒートポンプ給湯器について
は、図5に示すように、外気温の変動を受けることなく
総合効率5～6を示しており、効果的な運用がなされてい
るといえる。
図5 ヒートポンプ給湯器のCOP（2016年4月～2017年3月）
3.3 蓄熱槽の評価
図6～7に2016年の夏期（7月）と中間期（10月）代
表日の蓄熱時、放熱時の温度プロフィールを示す。蓄熱
は夜間電力を利用して22時から7時の間になされており、
その直後から放熱運転がなされている。蓄熱時において
見掛けの蓄熱完了温度:6℃に概ね推移し､蓄熱完了時の
温度差 ⊿t＝約 6℃(11.5℃→６℃)に留まり、見かけの
蓄熱量に対して概ね75％蓄熱されていると考えられる。
各日の蓄熱槽効率はそれぞれ0.85と0.73であった。
図6 蓄熱槽の温度プロフィール（2016年7月）
図7 蓄熱槽の温度プロフィール（2016年10月）
3.4 システム全体の評価
2016年における夏期ならびに中間期の代表1週間の冷
熱源の運転状況をそれぞれ図8、図9に示す。
図中の点線は冷熱負荷を示しており、容量の違う5台
の冷凍機を効果的に運用することにより、負荷追従性の
高い設備運用ができていることが示されている。
運転としては、ベース熱源である吸収冷温水発生機を
8時から21時まで2台運転し、21時以降に1台運転する
という運転を２台のローテーションも加えて運転してい
る。2 台の冷凍機の容量以上の負荷対応としてインバー
タターボチラーを運転し、残りの負荷を3台の同容量の
空冷ヒートポンプチラーをローテーション運転するとい
う運用であった。蓄熱槽からの冷熱の放熱運転も10時か
ら完全放熱されるまで運転するという状況であった。
この運転方針は中間期でも踏襲され、例えば図9にあ
る4月7日などでは一定以上の負荷がある場合は吸収冷
温水発生機をベース熱源として運転していた。
4.省エネチューニング
4.1 複数熱源運転の最適化
図3～4にあるように、COPが も高いのがインバータ
ターボチラーであり、空冷ヒートポンプチラーはじめ電
気系の冷凍機を優先した運用とすると、省エネルギー効
果が高くなることが予想された。また、インバータター
ボ冷凍機は部分負荷特性にも優れていることから、2017
年では、ある一定以下の負荷の場合は積極的にインバー
タターボ冷凍機を優先運転とすることにした。
図10、図11に2017年の夏期と中間期の代表1週間
の冷熱源の運転状況を示す。夏期でも負荷の少ない夜間
では吸収冷温水発生機の運転はやめ、インバータターボ
冷凍機を主熱源として運転した。また、中間期において
は吸収冷温水発生機は運転を停止した運用とした。
空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2018.9.12〜14（名古屋）｝ -59-
4.2 省エネルギー効果
こうしたチューニングは低負荷の中間期に有効であ
り、大きな省エネルギー効果が確認できた。図-16 に 5
～10 月における熱源の消費エネルギーについて 2016 年
と2017年の比較を示す。この期間におけるエネルギー
図 11 2016～2017年中間期～夏期 熱源消費エネルギー比較
消費量は一次エネルギー換算で3,867GJのエネルギー削
減となり、大きな効果が認められた。蓄熱槽も小負荷対
応の熱源として運用すればさらなる省エネルギーが期待
できる。また、運用次第では負荷の平準化が図られ、ラ
ンニングコスト削減にもつながる。
今後は電気とガスの経常費の削減も考慮に入れたベス
トミクス熱源としての運用 適化を図っていく予定であ
る。
5.おわりに
病院という 24 時間機能維持しなければならない施設
でありながら、エネルギー消費の実態を把握することで、
省エネルギー改善を図ることができた。
[謝辞]
現地の管理人はじめさまざまな関係者の協力を得て省エネル
ギー化を実現できました。本報の執筆にあたり、協力いただい
た関係者に対してここに謝意を表します。
図8 冷熱源の運転状況（2016年10月）
10
15
20
25
30
35
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
3500000
4000000
4500000
5000000
2016年
2017年
2016年
2017年
2016年
2017年
2016年
2017年
2016年
2017年
2016年
2017年
5月 6月 7月 8月 9月 10月
平均外気温度（℃）
一次エネルギー換算熱量（MJ）
月
R-1ガス消費エネルギー（単体） R-2ガス消費エネルギー（単体）ボイラーガス使用量熱量換算 ボイラー重油使用量熱量換算R-1電力消費エネルギー（単体） R-2電力消費エネルギー（単体）R-3電気消費エネルギー（単体） R-4電気消費エネルギー（単体）R-5電気消費エネルギー（単体） R-6電気消費エネルギー（単体）HP-1,2電気消費エネルギー（単体） HP-3電気消費エネルギー（単体）補機電力消費量熱量換算 平均外気温度
図10 冷熱源の運転状況（2017年10月）
図7 冷熱源の運転状況（2016年7月）
図9 冷熱源の運転状況（2017年7月）
0
2
4
6
8
10
12
1:0
0
4:0
0
7:0
0
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:0
0
4:0
0
7:0
0
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:0
0
4:0
0
7:0
0
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:0
0
4:0
0
7:0
0
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:0
0
4:0
0
7:0
0
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:0
0
4:0
0
7:0
0
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:0
0
4:0
0
7:0
0
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:0
0
4:0
0
7:0
0
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
2016/7/3 2016/7/4 2016/7/5 2016/7/6 2016/7/7 2016/7/8 2016/7/9 2016/7/10
冷水
製造
熱量
[GJ/h]
R-1 冷水積算熱量 R-2 冷水積算熱量 R-3 冷水積算熱量
R-4 冷水積算熱量 R-6 冷水積算熱量 R-5 冷水積算熱量
蓄熱槽からの冷水放熱量_22時集計 冷水負荷瞬時熱量
0
2
4
6
8
10
12
1:00
4:00
7:00
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:00
4:00
7:00
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:00
4:00
7:00
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:00
4:00
7:00
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:00
4:00
7:00
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:00
4:00
7:00
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:00
4:00
7:00
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
1:00
4:00
7:00
10:0
0
13:0
0
16:0
0
19:0
0
22:0
0
2016/10/2 2016/10/3 2016/10/4 2016/10/5 2016/10/6 2016/10/7 2016/10/8 2016/10/9
冷水
製造
熱量
[GJ/h]
0
2
4
6
8
10
12
1:00
4:00
7:00
10:
00
13:
00
16:
00
19:
00
22:
00
1:00
4:00
7:00
10:
00
13:
00
16:
00
19:
00
22:
00
1:00
4:00
7:00
10:
00
13:
00
16:
00
19:
00
22:
00
1:00
4:00
7:00
10:
00
13:
00
16:
00
19:
00
22:
00
1:00
4:00
7:00
10:
00
13:
00
16:
00
19:
00
22:
00
1:00
4:00
7:00
10:
00
13:
00
16:
00
19:
00
22:
00
1:00
4:00
7:00
10:
00
13:
00
16:
00
19:
00
22:
00
1:00
4:00
7:00
10:
00
13:
00
16:
00
19:
00
22:
00
2017/7/2 2017/7/3 2017/7/4 2017/7/5 2017/7/6 2017/7/7 2017/7/8 2017/7/9
製造
冷熱
量[G
J/h]
R-1 冷水積算熱量 R-2 冷水積算熱量 R-3 冷水積算熱量
R-4 冷水積算熱量 R-6 冷水積算熱量 R-5 冷水積算熱量蓄熱槽からの冷水放熱量_22時集計 冷水負荷瞬時熱量
0
2
4
6
8
10
12
1:00
4:00
7:00
10:
00
13:
00
16:
00
19:
00
22:
00
1:00
4:00
7:00
10:
00
13:
00
16:
00
19:
00
22:
00
1:00
4:00
7:00
10:
00
13:
00
16:
00
19:
00
22:
00
1:00
4:00
7:00
10:
00
13:
00
16:
00
19:
00
22:
00
1:00
4:00
7:00
10:
00
13:
00
16:
00
19:
00
22:
00
1:00
4:00
7:00
10:
00
13:
00
16:
00
19:
00
22:
00
1:00
4:00
7:00
10:
00
13:
00
16:
00
19:
00
22:
00
1:00
4:00
7:00
10:
00
13:
00
16:
00
19:
00
22:
00
2017/10/1 2017/10/2 2017/10/3 2017/10/4 2017/10/5 2017/10/6 2017/10/7 2017/10/8
製造
冷熱
量[G
J/h]
空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2018.9.12〜14（名古屋）｝ -60-
![ó ² ö l g ° Ý b0Û o >/>,*%$6 9'% b0] æ0Û o m 2 6õ M è0¦ · 2019-06-17 · , A)F A>* í " æ _ > E w 9 / 8>* ICAO _ > E Ë î « Û å0d A b è0É q · _ 2 "© M G \ \ K](https://img.pdfslide.us/doc/110x75/5e982b831121ff6469045422/-l-g-b0-o-6-9-b0-0-o-m-2-6-m-0-2019-06-17.jpg)
