2024.02.01

設備設計正在講話。環境/設備創意筆記 第 11

通過再能源創造舒適的“空氣”環境

高砂熱創新中心

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“高砂熱學創新中心”是一家空調設備建築公司的研究基地,旨在“現場辦公室”,這是一個展示工人體驗這些環境的地方,同時挑戰引入許多新技術這是一個設施。我們將與公司負責人和大學教師反復討論,並介紹從係統建設到演示和評估的案例。

如何建立“能源獨立型”研究設施

為了在2050年實現碳中和,大量源自可再生能源的電力,例如大型太陽能和海上風力發電,開始連接到電網 (輸電係統) 。雖然預計未來將進一步增加,但由於供應不穩定,穩定電網的措施是當務之急。

地下水熱・バイオマスCHP・太陽光発電・蓄電池を取り入れた本施設では、「熱利用」「発電」「蓄電」を上手に組み合わせることで、敷地内で創エネとエネルギー消費を完結させて、売電せずに実績値でZEB(旧研究所を基準値とし、オフィス棟で『ZEB』、敷地全体でNearly ZEB)を実現。現在はEMS(大容量蓄電池用電力マネジメントシステム)の制御により発電した電気をオンサイトで完全自己消費していますが、将来的にはこれを用いて電力網の需給に合わせた電力制御の最適化も可能な、グリッドの安定化に貢献する施設です。

本設施的能源流動。我們分別從太陽能,使用縣內材料的木屑和地下水中獲取電力,熱/冷和井水。通過能源獨立在緊急情況下也很強大的係統。

該設施的主要熱源是生物質熱電聯產熱和地下水熱,均為再生能源。
由於生物質熱電聯產使用木屑作為燃料,比化石燃料更難穩定運行,因此在觀察案例研究並與高砂熱力工程負責人確認問題後,我們決定推出我們的第一個專案。
為了提高生物質熱電聯產的效率,必須有一個可以全年利用此處產生的熱量的系統。冬季用作暖氣熱源,夏季用於乾燥劑外部調節器的再加熱和熱水供應。

此外,為了最大限度地利用地下水熱量,我們引入了使用高溫冷水的空調係統,如幹燥劑空調,輻射空調,個人空調。這些機器是以更高的節能性能為目標新開發的。此外,為了使用作為有限資源的地下水熱作為主要熱源,我們建立了兩個係統,一個在白天使用地下水的係統,一個在夜間抽水並在坑中儲存並使用它的係統,我們在有限的地區獲得了足夠的地下水熱。

本設施的熱源·空調概唸圖。主要熱源是生物質CHP熱和地下水熱,它們是可再生能源。風冷熱泵套件僅用於備份和二樓的冷卻除濕空調。潛熱由外部調節器處理,顯熱由利用地下水熱的輻射板和個人空調處理。
係統天花板輻射板。與傳統類型 (基於辦公室的代表溫度統一控制) 不同,通過根據負載分佈的精細控制來降低傳輸功率。600×600×12枚為1個單元,通過面板表面溫度控制送水。使用高溫冷水的係統可以提高熱源的效率,因此我們認為即使在不能使用地下水熱的地區也是有效的。
  1. 生物質熱電聯產 (CHP) :一種利用發電過程中產生的廢熱的節能方法。在該設施中,在稱為「加熱和熱分解木屑以產生高溫可燃氣體,將其放入燃氣發動機並用於發電」的一系列發電過程中,通過發動機冷卻等獲得的廢熱通過熱交換器作為熱水供應到設施。
  2. 高砂熱學工業·東京大學赤司研究室共同開發

以“空氣”為關鍵,實現每個“工作空間”

作為“創新中心”,我們關注的第一件事是“創造工作空間”。
當我還是學生時,我正在研究建築環境對智力生產力的影響,並且從我了解到“所需的環境根據工作類型而有所不同”,我開始使用空間、聲音、光線等..,根據我的心情和工作,我搬到一個熱環境合適的地方工作。根據這次經驗,我們認為這個執行各種任務的設施需要一種方法來讓使用者調整和選擇自己的環境。

因此,我們決定以高砂熱學工業擅長的“空氣”為主題推進設計工作,綜合個人/多人作業、集中/會議/刷新......等要素,反復探討各種作業以及適合各地區的設計和設備計劃。此外,在辦公室,我們認為不僅有一個穩定的完整空調空間,而且還有一個可以觸及空氣“不斷變化”特性的空間,我們有一個封閉的區域和一個開放的區域。

封閉區域:主辦公室。為了兼顧明亮感和節能感,我們採用了北方採光、輻射空調、間接照明等。每個座位均配有個人空調。
開放區域:積極促進自然通風的辦公區域。天花板和固定裝置上安裝了個人空調,面向中庭的櫃檯座位上安裝了輻射板。

封閉區域採用輻射空調進行統一空調,而面向中庭的開放區域僅使用室外空調進行溫和空調,從而實現主動自然通風。此外,兩個區域的任務區域均安裝了三種個人空調,讓每個人在自己喜歡的位置達到自己喜歡的熱環境。
這些創新使我們獲得了 CASBEE Wellness Office 的「S 等級」。

已經開發出三種類型的個人空調,可以根據個人喜好進行暖氣和冷氣。 [左]可安裝在面對面辦公桌之間的“隔間型”,[中]可安裝在桌子頂部等下方的“辦公桌型”,[右]可安裝在輻射線之間的“天花板安裝型”空調面板。

透過熱人體模型的實際測量,全身的降溫效果約為-1℃。僅在需要的地方進行空調,有助於節省能源。

通過完成後的示範反復改進,使其成為更好的設施

竣工後,我們與高砂熱力工程公司和早稻田大學田邊實驗室合作,用約三年的時間,根據實際測量和工人調查進行了演示和評估。
第一年(2020年),由於與設計預期不同的運營,例如因新型冠狀病毒大流行而增加通風,導致能源消耗增加,但由於基於驗證和個人空調改進的運營變化,能源消耗增加第二年和第三年,我們成功地實現了辦公大樓的進一步節能。今天,我們正在努力進一步改進和改善環境。儘管解決許多與普通辦公室空調不同的措施是一個巨大的挑戰,但我們還是獲得了可用於未來設計的有用結果。
我們在國內獲得了許多獎項,包括供暖、製冷和衛生工程師協會獎和碳中和大獎,但我們的施工後工作也獲得了海外獎項,並獲得了 ASHRAE(美國供熱協會、製冷和空調工程師)技術獎我們獲得了亞洲第一*。

辦公樓一次能耗指標 [MJ/m2年] 的實際值。與操作第一年相比,第三年減少了約25%,問卷調查也提高了熱滿意度。正在成長為更加節能舒適的建築。

2023年8月,我在美國供暖,制冷和空調學會 (ASHRAE) 舉辦的“ASHRAE技術獎2024”區域會議「ASHRAE Region XIII 26 Chapters Regional Conference」中獲得最高分,該會議是世界上最大的空調和空調國際學會。我做到了。

設計師之聲

設計師

機械設備設計部/2014年入社

武藤友香

Yuka Muto

該設施從規劃到建設、論證,經過多人的通力合作,屢獲殊榮,受到廣泛好評。身為設計師,參與這個專案對我來說是一個很大的靈感來源。藉此機會,我向所有參與的人員表達誠摯的謝意。我們希望該設施將有助於提高人們對碳中和的興趣並創造新的想法。
*隸屬關係是在項目收費時。

Data

物業名稱

高砂熱創新中心

地阯

築波未來市富士見丘2-19

用途

研究設施

占地面積

22,746.18 m2

建築面積

7,129.74 m2

總建築面積

11,763.97 m2

階數

地上2層,塔屋1層最高高度:15.455米

結構形式

地上S造、部分RC造

檢索驗證

CASBEE Wellness Office(2020年版):S級
BELS:五星(5顆星),設計一次能源消耗減少91%,幾乎ZEB
LEED V4 BD+C (NC):金獎

計劃、開發、驗證、評估

高砂熱學工業株式會社

設計(*1)、施工監造、驗證、評價

株式會社三菱地所設計

設計 (※2) ・施工

株式會社竹中工務店

施工

關電工株式會社、大和株式會社、高砂熱學工業株式會社關信越支店

驗證和評估

田邊真一(早稻田大學教授)、明石康義(東京大學教授)、

獲獎
  • 34回茨城建築文化獎知事獎 (最優秀獎)
  • 33回電氣設備學會獎技術部門優秀設施獎
  • 2022年度需求側管理表彰綜合係統部門一般財團法人熱泵蓄熱中心振興獎
  • 61回學會獎技術獎建築設備部門
  • 第21回環境·設備設計獎第II部門:建築·設備綜合設計部門優秀獎
  • 11年碳中和大獎
  • 2024年亞洲最佳ASHRAE技術獎
  • 2023年度節能大獎經濟產業大臣獎

1:基本設計、實施設計 (空調、衞生、電氣)

2:實施設計 (建築、構造)


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