高砂熱学工業株式会社、株式会社三菱地所設計は、田辺新一教授(早稲田大学)、赤司泰義教授(東京大学)とともに、「高砂熱学イノベーションセンター」(茨城県つくばみらい市/以下、本施設。本賞への応募対象はオフィス棟)にて、空気調和・冷暖房に関する世界最大の国際学会 米国暖房冷凍空調学会(ASHRAE)が開催する「ASHRAE Technology awards 2024」の地域カンファレンスASHRAE Region XIII 26th Chapters Regional Conferenceで最高得点を獲得し、アジア地域最優秀賞を受賞したことをお知らせします(賞発表:2023年8月19日)。
本施設では、地域の特性を生かした再生可能エネルギーを積極的に活用。地下水熱・バイオマスCHP(熱電併給/次頁参照)・太陽光発電を、大規模蓄電システムと組み合わせることでオフグリッド化(電力の自給自足が成立している状態)を実現しています。本成果は、自然災害に対するレジリエンスの強靭化が要求される日本において、特に有用なシステムであると考えます。
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美國暖氣、冷氣和空調工程師協會(ASHRAE)是世界上最大的空調和暖氣相關國際協會,擁有來自132個國家的50,000多名會員。成立於1894年,總部位於美國亞特蘭大。https://www.ashrae.org/
全球環境建築技術獎·ASHRAE技術獎
“ASHRAE技術獎”(1999年~每年舉辦)是世界上最大的創新環境建築技術獎,結合了節能,舒適和用戶健康。審查不僅需要設計時的性能,還需要實際操作數據的支持,因此我們也獲得了建築和設備相關人員的高度信任。該獎項將世界分為15個地區,並選擇每個地區的最佳獎項,並在包括新加坡,南韓,臺灣等在內的“XIII地區” (亞洲地區) 中獲得“最佳位置” (最佳獎項) 。我得到了評價。因此被選為全世界最優秀選拔的地區代表。作為日本和亞洲的代表,我將面臨“世界上最好的環境建築”。
獎項評鑑重點:“高砂熱科學創新中心”
技術新穎性
① 【新開發技術】 大容量蓄電池用能源管理係統
在該工廠,我們開發並引入了一種新的能源管理系統(EMS),可以對大容量蓄電池進行最佳控制。
該EMS提前幾天預測場所內的電力負載和太陽輻射,並根據預測的太陽能發電和生物質CHP *的發電量對蓄電池的儲存/放電進行最佳化控制,以實現離網。該設施可以在不依賴外部電網的情況下運作。
生物質熱電聯產 (CHP) :一種利用發電產生的廢熱的節能方法。該設施的生物質CHP通過熱交換器將冷卻器和發動機在一系列發電過程(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)中產生的廢熱作為熱水供應給設施。
上圖:實現離網的EMS。根據設施的電力需求和發電量的預測,可視化各發電機+蓄電池的運行,進行最佳控制。
下圖:在辦公大樓能耗模擬中(ASHRAE 90.1),設計值(-130MJ/m2/年)比ASHRAE設定的標準值(421MJ/m2/年)節能131%。熱電聯產系統運作時)。
竣工後測量調查(2021 財年)顯示,透過持續的營運改進,我們成功地將能耗比設計值額外降低了 14.3%。加上太陽能板和兩台生物質熱電聯產所產生的電力,一次能源消耗(淨額:-263MJ/m2/年)比標準值節能-162%。實現了碳中和。
②【新開發技術】直接利用地下水熱,對空調、暖氣節能有效。
2個空調系統
我們開發了兩種技術來實現使用地下水熱量的空調,並將其引入辦公空間。
(1) 系統天花板相容輻射板
以前,天花板輻射板一般在室內進行統一控制,但我們開發了一種系統,可以根據負載分佈進行詳細控制,減少輸送冷熱水所需的電力。一套單元由12 600mm方形面板組成,根據面板表面溫度控制供水。
(2) 個人空調的三種類型
我們開發了一種個人空調,可以根據個人的溫度和冷感來調節加熱和冷卻。一項針對在辦公空間使用個人空調的員工對熱環境滿意度的調查證實了較高的評價。
❶ 設置在相對的桌子之間的“隔間型”, ❷ 設置在桌子頂部等下方的“桌子型”, ❸ 設置在輻射空調面板之間的“天花板安裝型”。
③ 利用可再生能源高效運行熱源,最大限度地減少對環境的影響
本設施通過將中央監視係統雲化,無需專門的設備管理者常駐即可對所有設備進行綜合管理,同時為以下係統的高效運行和迅速改善做出贡獻。
(1)地下水熱能利用
透過全年地下水熱水溫度監測,確定平均溫度穩定(16.6℃)。透過使用該系統,我們在夏季實現了 7.8 的平均能耗效率 (COP),這比風冷式高壓冷水機組 (4.1) 的效率要高得多。地下水熱能滿足該設施 63% 的冷氣和供暖需求。
(2)生質熱電聯產
透過高效運作(總效率77%),我們成功地利用生物質熱電聯產熱能滿足了整個設施內大部分(91%)的空調熱需求。安裝兩台生質能熱電聯產機組,輪流定期維護,運作穩定。
透過積極利用再生能源並反覆改進,使系統更加高效,考慮到發電量,辦公大樓運營期間的二氧化碳排放量為-159噸/年,實現了二氧化碳完全零排放。此外,利用地下水熱和生質能熱電聯產的熱源系統不僅減少了二氧化碳,也減少了氟碳氣體的消耗。最大限度地減少對環境的影響。
此外,該設施透過購買水力發電產生的綠色電力,在整個工廠實現了碳中和。
資料:日本“高砂熱學創新中心”評估
本設施至今為止獲得了以下的獎項。
2022年6月 | 第33屆日本電機學會獎技術部門優秀設施獎(主辦:日本電機學會獎) “高砂熱科學創新中心針對‘ZEB’的 電氣設備” |
2022年6月 | 2020年需求面管理獎綜合系統類 普通基金會熱泵/蓄熱中心推廣獎(主辦單位:熱泵/蓄熱中心) “〜平衡減少環境影響和提高智力生產力的永續研究設施〜高砂熱科學創新中心” |
2023年5月 | 第61屆學會獎技術獎建築設施部門(主辦:空調衛生工程學會)“高砂熱科學創新中心的環境與設施規劃與實施” |
2023年5月 | 第21屆環境與設施設計獎二類:建築與設施綜合設計類優等獎(主辦單位:建築設施協會) “高砂熱科學創新中心” |
2023年6月 | 第十一屆碳中和獎(主辦單位:建築設備工程師協會) “高砂熱科學創新中心:減少環境影響並提高智力生產力的研究設施” |
建築概要
Data
建築物名稱 | 高砂熱創新中心 |
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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㎡ |
建築面積 | 7,129.74㎡ |
總建築面積 | 11,763.97㎡ |
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 |
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、評估 | 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)、 |
*1:基礎設計、實施設計(空調、衛生、電力) |
右:辦公大樓中央的中庭。
大於或等於