── 実 施 例 ──

ヒートポンプとその応用　2013．３．No.85─ 77 ─

■キーワード／大学・放射冷暖房・ヒートポンプチラー・室内温熱環境・実測

ダイダン㈱　技術研究所　田　中　康　信 ・ 熊　尾　隆　丈 ・ 山　田　正　也

床冷暖房と床吹出空調を併用した某大学における温熱環境の実測調査

冷暖房が敷設されている１階の３エリアと地下１階の１エリア，合計４エリアである（図－１）。１．はじめに

　放射冷暖房は室内の床や天井などの面を直接あるいは間接的に加熱・冷却し，人体との間で放射熱交換を行う空調方式である。一般的に放射冷暖房は，対流成分を主とする他の空調方式と比較して，室内上下温度差が少なく，気流感も少ない，快適感の高い空調方式とされる。また水熱源による放射冷暖房は熱搬送効率が高く，省エネルギー性に富んだ温熱環境制御方式であるといわれている。しかし，実際に放射冷暖房が採用されている施設において実測を行い，その効果を検証した事例は少ない。　本報告では，空気熱源ヒートポンプチラーを熱源とした床放射冷暖房システムを導入した大学において，冬期の室内環境測定を実施したのでその結果を報告する。

２．調査概要２－１　建物概要　対象建物の概要を表－１に，建物平面図（１階，地下１階）および放射冷暖房エリア（斜線囲み部①〜④）を図－１に示す。各階・室へのアプローチは北面エントランスより，床冷暖房エリアを通るよう計画されている。また，④地下１階ラウンジエリアは上部が吹き抜けになっている。２－２　空調システム概要　空調システム構成を図－２に，熱源・空調能力を表－２に示す。本システムは，床放射冷暖房と，OAフロア下部に空調空気を通し床面より給気する，床吹出空調を併用している。　空調機（AHU－１，AHU－Ｂ１）から給気された空調空気は１階と地下１階系統の各階の床下内部に設置された給気モジュール（小型のチャンバボックス）へ搬送され，OAフロア内部を通り，床吹出口より室内へ給気される。一方，床冷暖房系統では，熱交換器（HEX－１）で加熱・冷却された冷温水が各階床面に搬送され，伝熱プレートを介して，OAフロアを加熱・冷却し，放射による冷暖房を行う（図－２）。なお，床冷暖房には冷温水往温度制御，床表面温度制御，露点温度制御が組まれている。２－３　測定概要　測定期間は2011年12月23日0：00〜24日24：00までの２日間とした。人の出入りが少ない建物完成直前の期間を選定し，さらに人の出入りを制限した。測定対象は床

学生ラウンジ控室EVホール

女　　　子ロッカー室

控室

SK

空調機械室

図書室

ポスト

倉庫

グループ学 習 室

PS

PS

1-016

1-001a

294.87㎡

廊下

廊下

EV EV

EPS

PS

倉庫

管理室

（ごみ置場）

Ｃ階段

PS PS PS

倉庫

ポンプ室

PSPS

パントリー

図　書事務室

会議室

会議室

EVホール

PS

機械室

9,500 6,150 6,150 6,150 6,1505,950 5,950

5,850

5,850

5,850

5,850

5,850

5,850

①1Fエントランスエリア

1 2 3 4 5

▽

非常勤講師控　　　室

倉庫

SK

女子トイレ

教 職 員ラウンジ

給湯室

教　材準備室

事務室

前庭

ゴミ置場

パントリー

EV EV

EPS

1-120

（ロッカー）

PS

PS

1-142

廊下

倉庫

PS

PS

（ごみ置場）

吹抜

縁石

縁石

側溝

側溝

32.8 0・ ・32 .8 1

会議室

会議室

会議室

PS

PS

隣地境界線

・

・33 .7 532 .2 0・

・3

.

1

3 2 m3 0 0

道路境界線

・3

. 6

・3 3 .1 3

・3 3 .6

3

・

・・

条

( 員4

. ・

・ ・・

・・

33 .9 5

・

・・・

・ .

9,500 6,150 6,150 5,950 6,1505,950 6,150

EVホール

前庭 吹抜

側壁

風除室

PS

9,500 6,150 6,150 6,150 6,1505,950 5,950

5,850

5,850

5,850

5,850

5,850

図－1　建物平面図（上：1階、下：地下1階）

１階平面図

①１階エントランスホールエリア

道路中心線 道路境界線

②１階通路エリア

③１階ホールエリア

地下１階平面図

男　　　子ロッカー室 （ごみ

置場）5,850

（コピー）

④地下１階ラウンジエリア

（ごみ　置場）

学生ラウンジ

チャペル控室

守衛室

Ｃ階段

隣地境界線

隣地境界線

健　康管理室

男子トイレ

（屋内消火栓）

消火ポンプ室・SP制御室

休憩室女子トイレ

男　子トイレ

多目的トイレ

吹抜（外部）

中庭

給湯・自販機コーナー

図－１　建物平面図（上：１階，下：地下１階）

所 在 地 東京都　新宿区建 物 用 途 学校延 床 面 積 5,789m2

階 数 地上４階‚ 地下１階‚ 塔屋１階構 造 鉄骨造

表－１　建物概要

表－１　建物概要

表－２　熱源 , 空調機能

機器名・能力

熱 源 HP－１　

空気熱源式ヒートポンプチラー冷房能力：106.0kW,　暖房能力：118.0kW

AHU－B１ コンパクト型インバータ内蔵エアハンドリングユニット冷房能力：42.15kW,　暖房能力：28.2kW,　送風量：2,900m3/h

AHU－１ コンパクト型インバータ内蔵エアハンドリングユニット冷房能力：51.69kW,　暖房能力：36.5kW,　送風量：4,500m3/h

HEX－１ プレート式　水－水熱交換器冷房能力：29.0kW,　暖房能力：66.2kW熱交換器

空 調 機

表－２　熱源・空調機能

ヒートポンプとその応用　2013．３．No.85─ 78 ─

── 実 施 例 ──

　測定項目と測定機器を表－３に，中央監視による計測項目表を表－４に示す。平面・断面測定点プロット図を図－３に示す。表－３・４で着色した項目は本報告で用いたデータを表す。

３．測定期間中の外界気象　測定期間中２日間（23，24日）の外気温湿度実測値を図－４に示す。23日の天候は曇り／晴れで最高気温は8.7℃，24日は晴れで最高気温は9.7℃であった。本報では24日を代表日として選定した。

４．空気温度環境の実測結果４－１　空調給気温度と室内温度の経時変化　24日の１階，地下１階の空調給気温度，床吹出温度および室内温度を図－５・６に示す。　１階エリアの放射冷暖房は冷温水配管の敷設箇所により，①エントランスエリアと②③通路・ホールエリアに分けた。測定期間中の空調機給気温度は設定値の42℃に

OA

FAN

FAN

RA

①１階エントランス

SA

SA SA

室内温度センサ

露点温度センサ

露点温度センサ

室内温度センサ

露点温度センサ

冷温水温度センサ

熱交換器

スラブ断熱材

床吹出口冷温水配管伝熱プレート

OAフロア床材

床仕上材

給気モジュール

〈床構成図〉

給気温度センサ

給気温度センサ

吸込口 吸込口

図－2　空調システム構成図（システム構成、空調設定値、床構成図）

ガラリ

S－H R－H床面温度センサ

S－H R－H

S－H R－H

床面温度センサ

床面温度センサ

②③通路・ホール

HEX－1

項　目 冷房 暖房

28℃ 22℃

16℃ 42℃

21℃ 26℃

空 調 機給気温度室 内床面温度室内温度

１階空調機AHU－１

地下１階空調機AHU－B１

LP－2

④地下１階ラウンジ

センサ給気温度

給気モジュール

給気温度センサ

図－２　空調システム構成図（システム構成，空調設定値，床構成図）

EV EV

控室

倉庫

8 .

PSPS

パントリー

1 2 3

4 5 67 8 9

A

11

1314

1718

B

19 20 2122 23 24

25 26

C

①エントランスエリア

②通路エリア

給気モジュール

28 29 30

31 32 33

35 36

38 39

41 42

D④ラウンジエリア

CL±0CL－100

FL+1,200

FL±0FL+100

SL±0

NO.5,14,23,35

冷温水配管

床仕上OAフロア断熱材スラブ

ab

c

def1 f2

g1 g2h

室内温度 FL+1,200代表点垂直温度分布PMV床吹出温度外気温湿度

：：

：

：表面・空気温湿度：

凡例

・f1，2：OAフロア室内側表面・g1，2：OAフロア床下側表面

（mm）

図－3　測定点プロット図（左：１階平面図、中：地下１階平面図、右：垂直方向）

吹抜（外部）

床吹出口

吹抜

27

EPS

③ホールエリア

PS・SP末端試験弁室

（屋内消火栓）

（ごみ　置場）

給湯・自販機コーナー

（ごみ置場）

Ａ階段

Ｂ階段

EVホール

10 12

15

16

34

37

40

図－３　測定点プロット図（左：１階平面図，中：地下１階平面図，右：代表点垂直方向）

制御されていた。床吹出温度はおよそ30℃であった。１階の室温は立ち上がりに若干の時間がかかるものの，設定温度の22℃に維持されていた。14：00過ぎに②③通路・ホールエリア系統の床吹出温度が低下するのは床表面温度が設定温度上限に達し，該当する冷温水系統が制御されたことによる影響である。　地下１階エリア（④学生ラウンジエリア）の空調機給気温度は１階エリアと同様に42℃に制御されていた。しかし，室温，床吹出温度はともに１階に比べて低い値で推移している。４－２　室内垂直温度分布変化　図－７に各階エリア代表点（図－３中のＡ〜Ｄ点）の床面から天井面（地下１階は除く）までの垂直温度分布変化（ａ〜ｅ点）を４時間ごとに示す。各エリアともにFL＋100㎜の点が他の点よりも低いものの，垂直方向の温度差は３〜４℃の範囲で収まっている。４－３　室内水平温度分布変化　図－８に各階エリアのFL＋1,200㎜における４時間ごと

ヒートポンプとその応用　2013．３．No.85─ 79 ─

── 実 施 例 ──

維持されていた。①エントランスエリアおよび②通路エリアの階段近傍は，建物中央部の非空調エリアと接するため，１階各エリアに比べて低い温度となっていた。

の水平温度分布図を示す（図－３中の測定点NO.１〜42）。１階の8：00における水平温度分布はおよそ15℃±１℃以内にあり，空調後は各時間ともおおむね21±２℃以内で

表－３　中央監視計測点

中央監視　計測項目

空 調 機系 統（AHU－１ ,　B1）

そ の 他

床面制御系 統

給気温度設定給気温度

室内温度

床面温度④地下１階ラウンジ室内露点①１階エントランス室内露点③１階ホール室内露点④地下１階ラウンジ

ファン INV表示（0－100%）

床面温度①１階エントランス

床面温度③１階ホール

熱源機出口温度熱源機入口温度HEX－１二次側温度クールチューブ内温度

LP－１　送水ポンプ（一次側）LP－２　送水ポンプ（二次側）

外気温度外気湿度風速

機器運転状 況（運転／停止）

外 気 象

HP－１　ヒートポンプ　　　　 チラー

表－３　中央監視計測点

表－４　測定項目と測定機器

天井表面温度室内温度CL－100

床スラブ表面温度室内温湿度FL＋1,200

室内温度 FL＋1,200

冷温水配管往還温度（ヘッダ面）PMV値 FL＋1,200 ２点外気温湿度（H＝1,200）風除室内温湿度（H＝1,000, 2,000）空調機給気温湿度（AHU－１,　AHU－B1）空調機外気温湿度（AHU－１,　AHU－B1）※１外気取入温湿度（ガラリ内部）ポンプ電流値（LP－２）

熱画像

床吹出温度

床下内部給気温度

床吹出風速

風速FL＋1,200 無指向性熱線式風速計

指向性熱線式風速計

T型熱電対＋データロガー

放射温度 FL＋1,200

室内温度 FL＋100床仕上げ表面温度OAフロア表面温度（配管間・近傍）OAフロア裏面温度（配管間・近傍）

測定エリア 測定項目 使用機器 測定間隔

垂直温度分布

快適性

評価

T型熱電対＋データロガー

T型熱電対＋データロガー

ポータブル PMV計

温湿度データロガー

電流データロガー

赤外線サーモグラフィー

エリア代表点

水平温度分布

給気モジュール

床吹出口

温湿度データロガー

温度データロガー

グローブ球＋T型熱電対＋データロガー

１min

１min

１min

１min１min１min

１min

１min

１min

10min

10min

（3回／吹出口）の平均値

PS（１階 ,　地下１階）③１階ホール１階外気１階風除室

地下１階機 械 室

③１階ホール④地下１階ラウンジ

①１階エントランス②１階通路③１階ホール④地下１階ラウンジ

※１ １階系統空調機（AHU－１）への外気取入空気は１階エリアの還気空気との　　 混合空気である。システム図参照

表－４　測定項目と測定機器

０102030405060708090100

0

10

20

30

40

50

０ ２ ４ ６ ８ 10 12 14 16 18 20 22 ０時　刻 （時）

外気取入温度（実測）

※1

図－５ １階系統の各温度経時変化

ファンINV

（％）（℃）

温

　度

①1階エントランス床吹出温度（実測）

AHU－１ファンINV中央監視

③１階ホール床吹出温度（実測）

１階室内温度中央監視

AHU－１給気温度中央監視②１階通路床吹出温度（実測）

※１は作業による室内空気の流入の影響を示す。図－５　１階系統の各温度経時変化

8:00 12:0016:00 20:00

8:00 12:0016:00 20:00

8:00 12:0016:00 20:00

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

10 15 20 25 30温　度

8:00 12:0016:00 20:00

図－７　各エリア代表点における垂直温度分布

A：①１階エントランスエリア B：②１階通路エリア C：③1階ホールエリア D：④地下1階ラウンジエリア

（mm）

高

　さ

（℃）

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

10 15 20 25 30温　度

（mm）

高

　さ

（℃）

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

10 15 20 25 30温　度

（mm）

高

　さ

（℃）

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

10 15 20 25 30温　度

（mm）

高

　さ

（℃）

図－７　各エリア代表点における垂直温度分布

０102030405060708090

0

10

20

30

40

50

０ ２ ４ ６ ８ 10 12 14 16 18 20 22 ０時　刻 （時）

図－６　地下1階系統の各温度経時変化

ファンINV

（％）（℃）

温

　度

外気取入温度（実測）

AHU－B1給気温度中央監視

④地下1階ラウンジ床吹出温度（実測）

地下1階室内温度中央監視

AHU－B１ファンINV中央監視

100

※1

※１は作業による室内空気の流入の影響を示す。図－６　地下１階系統の各温度経時変化

湿

　度

時　刻

外気代表点温度 外気代表点湿度

図－4　測定期間中の外気温湿度

０ ２ ４ ６ ８ 10 12 14 16 18 20 22 ０ ２ ４ ６ ８ 10 1212 1223 24

14 16 18 20 22（日時）

２

4

6

8

10

12

０

20

40

60

80

100（％）（℃）

温

　度

図－４　測定期間中の外気温湿度

ヒートポンプとその応用　2013．３．No.85─ 80 ─

── 実 施 例 ──

１階に比べて全体的に低かったものの，垂直温度分布および水平温度分布ともに温度差の少ない均一な環境となっていた。　また，温度環境が安定した状態ではPMVの値が快適の範囲となっており，放射環境も良好な状態で安定していると思われる。　ただし，安定するまでの立ち上がり時間が一般空調に比べて若干長くなっており，冷温水熱源から空調領域に効率的に熱を伝える方法には改善の余地があると考えられる。2012年の夏期に，同様の実測調査を行った。冷放射としての有効性を検証するため，データを分析して温熱環境評価を実施する予定である。

＜参考文献＞細井：「放射冷暖房方式の温熱環境評価と省エネルギー効果」空気

調和・衛生工学会大会学術講演論文集　2009.９

　地下１階の水平温度分布は，１階同様均一な温度分布を形成していた。ただし，１階に比べると２〜３℃温度が低い。

５．PMVによる総合的温熱感の評価　１階および地下１階の各エリアにおけるPMVを算出し，空気温度，空気湿度，放射温度，風速を総合的に考慮した温熱感の評価を行う。　図－９に各エリアのPMVの経時変化を示す。なお，PMVは着衣量1.0clo，代謝量1.4Metとして算出している。１階エントランスエリアは，空調を運転してから２時間程度は－0.5を下回っているが，14時以降はほぼ０となっている。１階通路エリアとホールエリアは，床冷暖房の系統が同じということもあり，温熱感は近似している。14時ごろにホールエリアのPMVが0.5を超えているが，これは日射による影響である。地下１階ラウンジエリアは，空調運転から３時間程度は－0.5を下回っているが15時以降の温度環境安定状態では－0.2程度で安定している。空調のみの場合のMRTが気温－１℃と仮定した場合，本測定におけるMRTは気温＋１℃程度であるため，PMVとしては約0.3上昇する計算となり，床暖房の放射影響が有効であることが分かる。

６．まとめ　実建物における環境測定報告例の少ない床放射冷暖房を導入した建物の環境測定を行った。地下１階の室温は

EVホール

ホール

PS

（屋内消火栓） （屋内消火栓）

PS

Ａ階段

Ｂ階段

側溝

1

・

道路境界線

21.0 20.8 20.5

21.4 20.9 20.2

20.7 21.1 20.8

19.1 20.619.5

21.2 21.722.0

21.4 22.021.7

22.4 22.322.2

22.4 22.222.1

21.8 21.222.0

エントランスホール

EV EV

EPS

ホール

PS

（屋内消火栓）

控室

倉庫

控室

倉庫

控室

倉庫

控室

倉庫

PS

Ａ階段

Ｂ階段

側溝

・

1

PS

・

道路境界線

15.0 15.7 15.2

15.2 15.0 15.0

14.5 14.5 15.0

14.3 15.014.5

15.4 15.415.4

15.4 15.115.1

15.9 15.615.3

15.4 15.515.2

15.0 14.914.8

ホール

PS

PS

Ａ階段

Ｂ階段

側溝

・

1

・

道路境界線

20.2 20.6 19.9

20.6 20.6 20.3

20.0 20.6 20.4

18.6 19.920.2

19.2 20.421.4

20.7 20.820.9

21.5 21.520.9

21.3 21.221.5

20.820.720.7

学生ラウンジ

グPS

1-016

001c

294.87㎡

PS

Ｂ階段

PS PS

15.0 14.9 15.1

14.9 14.7 14.7

14.8 14.9 15.1

15.2 15.3 15.7

15.2 15.1 15.5

学生ラウンジ

グPS

1-016

001 c

294.87㎡

PS

Ｂ階段

PS PS

ポP

18.7 18.0 18.3

18.6 18.4 18.8

18.3 18.5 19.3

18.5 18.8 18.9

18.7 18.6 19.2

学生ラウンジ

グPS

1-016

294.87㎡

PS

Ｂ階段

PSPS

19.6 19.4 19.2

19.7 19.6 19.9

19.4 19.6 20.3

19.5 19.9 19.9

19.7 19.8 20.0

学生ラウンジ

グPS

1-016

294.87㎡

廊下 PS

Ｂ階段

PSPS

19.7 19.3 19.2

19.8 19.7 19.6

19.4 19.5 20.4

19.5 19.7 20.3

19.9 19.9 20.0

エントランスホール エントランスホール エントランスホール

ホール

PS

PS

Ａ階段

Ｂ階段

側溝

・

・

道路境界線

8:00 12:00 16:00 20:00

8:00 12:00 16:00 20:00

図－８　 各エリアにおける水平温度分布（上段：１階、下段：地下１階）

21.1 21.5

吹抜（外部）

EVホール

PS・SP末端試験弁室 （屋内

消火栓）

EV EV

EPS

PS

PS・SP末端試験弁室 （屋内

消火栓）

EV EV

EPS

PS

PS・SP末端試験弁室 （屋内

消火栓）

EV EV

EPS

PS

PS・SP末端試験弁室 （屋内

消火栓）

19.8

20.9

20.3 19.9

20.1

20.3 19.9

19.2

19.5

18.4 18.7 19.5

吹抜（外部）

EVホール EVホール

（屋内消火栓）

吹抜 吹抜吹抜

21.219.9 21.220.5

21.8

21.6

21.0

21.6

21.7

21.5

21.7

21.4

20.6

吹抜（外部）

吹抜（外部）

吹抜

控室

EV EV

EPS

（屋内消火栓）

（ごみ置場）

PS

パントリー

給湯・自販機コーナー

（コピー）

EVホール

中庭

廊下（ごみ　置場） 多目的

トイレ

控室

EV EV

EPS

（屋内消火栓）

（ごみ置場）

PS

パントリー

給湯・自販機コーナー

（コピー）

EVホール

中庭

廊下（ごみ　置場） 多目的

トイレ

控室

EV EV

EPS

（屋内消火栓）

（ごみ置場）

PS

パントリー

給湯・自販機コーナー

（コピー）

EVホール

中庭

廊下（ごみ　置場） 多目的

トイレ

控室

EV EV

EPS

（屋内消火栓）

（ごみ置場）

PS

パントリー

給湯・自販機コーナー

（コピー）

EVホール

中庭

廊下（ごみ　置場） 多目的

トイレ

EVホール

14 24図－８　各エリアにおける水平温度分布（上：１階，下：地下１階）

－1.50

－1.00

－0.50

0.00

0.50

1.00

1.50

０ 42 6 8 10 12 14 16 18 20 22時　刻 （時）

A点：①１階エントランスエリア B点：②１階通路エリアC点：③１階ホールエリア D点：④B１階ラウンジエリア

PMV

図－９ 各エリア代表点におけるPMV 図－９　各エリア代表点におけるPMV