外皮・躯体と設備・機器の総合エネルギーシミュレーションツール「BEST」の開発（その 51）

熱源機器とパッケージ空調機の機器特性 Development of an Integrated Energy Simulation Tool for Buildings and MEP Systems, the BEST (Part51)

Characteristics of Heat Source Appliances and Packaged Air Conditioners

正 会 員 ○藤居 達郎（日立製作所） 特別会員 村上 周三（建築研究所）

正 会 員 石野 久彌（首都大学東京名誉教授） 正 会 員 柳井 崇（日本設計）

Tatsuo FUJII *1 Shuzo MURAKAMI *2 Hisaya ISHINO *3 Takashi YANAI *4

*1 Hitachi, Ltd. *2 Building Research Institute *3 Tokyo Metropolitan University *4 Nihon Sekkei, Inc.

[1行]

In this part, progresses of characterization of heat source appliances and packaged air conditioners are reported. Characterization

frame for each category are defined for this work. Chacteristics of heat-pump chillers, high-efficiency centrifugal chillers, and

steam-heated absorption chillers are indicated as examples of heat source appliances. The models of packaged air conditioners are

modified by refrecting the intermediate load performance. And the variety of models is expanded by addition of ice thermal storage

type, GHP with electric generation, and KHP. A continuous characterization of the rest of appliances would fill up the frames and

expand the versatility of the BEST program.

１．はじめに

BEST機器特性 SWG では、空調システムで用いられ

る各種機器のデータベース化とモデリングを進めてきた。

機器固有の特性の反映とメンテナンス性の両立を図るた

め、機種ごとの個別の仕様を機器データベースに記載し、

機器モデルでは類似の特性を持つ機器を同一の特性式で

記述した。これらのモデルは、機器の種類によって入出

力を定義し、入出力間の関係を物理モデルまたは回帰式

モデルによって記述したものである。

本報では、主に中央熱源方式に使われる熱源機及び個

別熱源方式で使われるパッケージ空調機の機種構成、各

種機器モデルの概要と特性式の概要について報告する。

２．機器データの構成熱源機器特性の定式化

2.1 熱源機器の機種構成

熱源機器については、機器特性 SWG 内に設けた熱源

機器分科会にて表1に挙げる機器の特性調査を進め、汎

用的な機器については表1の状況欄に示すように定式化

を終了している。

2.2 機器特性の例

機器特性はメーカーの協力により部分負荷を考慮した

データベース化を行った。図1は空冷ヒートポンプチラ

ー(スクリュー圧縮機、スライド弁制御)の冷却時部分負

荷効率を、定格点（負荷率 100%、外気乾球温度 35℃）

を基準とした比率で表したものである。外気温度の低下

に伴って、COPおよび最大能力が増大する特性が反映さ

れている。

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120

CO

P比

率(%

)

冷却負荷率 (%)

外気乾球温度：

25℃

30℃

35℃

40℃

図 1 空冷ヒートポンプチラーの冷却時特性(例)

表 1 熱源機器特性定式化のフレーム構成と状況

タイプ 概要 状況※

ターボ

冷凍機

標準機 ベーン制御 JRA資料から作成 ○

高効率機

ベーン制御 メーカー提供データ ○

インバータ制御 同上 ○

氷蓄熱用 （検討中） △

空冷

ヒート

ポンプ

チラー

スクリュー スライド弁制御 メーカー提供データ ○

インバータ制御 同上 ◎

スクロール 圧縮機台数制御 同上 ◎

インバータ制御 （検討中） △

氷蓄熱用 （検討中） △

水冷

チラー

スクリュー スライド弁制御 メーカー提供データ ○

インバータ制御 同上 ◎

スクロール 圧縮機台数制御 同上 ◎

氷蓄熱用 （検討中） △

吸収式

冷凍機

直焚き

三重効用 メーカー提供データ

◎

二重効用 ○

高期間効率機 （検討中） △

蒸気焚き 二重効用 同上 ◎

温水焚き 一重効用 同上 ◎

排熱

投入型

三重効用 コージェネ SWGにて

定式化済

△

二重効用 ◎

ボイラ

小型貫流ボイラ 機外放熱量を

追加

○

真空温水ヒータ ○

排熱回収型ボイラ コージェネ SWGにて定式化済

※ ○、◎（今回追加）：定式化終了 △：検討中(2009年 5月現在)

空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2009.9.15 〜 17（熊本）｝ -687-

OS-17

空冷ヒートポンプチラーでは、図 1にしたがって外気温

度から最大冷却能力を求め、戻り冷水の条件から決まる

要求冷却能力との比較によって実際の出力を求める。

COP比率は、この出力と最大冷却能力の比率の関数とし

て与えている。

2.3 対応機種の拡充

以下、表 1に示したその他の熱源機について述べる。

1) ターボ冷凍機

表1に示したように標準機、高効率機、インバータ

駆動高効率機の定式化を終えており、今後は氷蓄熱に用

いるブライン冷却用などを拡充する予定である。昨年度

報告済みの標準機に続き、高効率機の特性を図2に示す。

図 1 同様、COP 比率は定格点(負荷率 100%、冷却水温

度 32℃)を基準として表した。なお、冷媒の種類による特

性の違いは小さいため、HFC、HCFC 系を共通の特性で

表すものとした。

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 20 40 60 80 100 120

CO

P比

率(%

)

冷却負荷率 (%)

12℃16℃20℃

冷却水入口温度：

24℃28℃32℃

(a) 定速（ベーン制御）機

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 20 40 60 80 100 120

ＣＯ

Ｐ比

率(%

)

冷却負荷率 (%)

20℃

24℃

28℃32℃

12℃

冷却水入口温度：

16℃

(b) インバータ制御機

図 2 高効率ターボ冷凍機の特性(例)

2) 空冷ヒートポンプチラー、水冷チラー

空冷HPチラーについては、スクロール圧縮機採用の

圧縮機台数制御タイプをはじめ、表 1のように機種を充

実させた。さらに現在、外気温上昇時に室外機に散水を

行う機種への対応を進めている。また、冷温水変流量ポ

ンプを内蔵する機種に対しては、冷凍機とポンプからな

るモジュール構造の採用を検討中である。冷専タイプの

空冷チラーについては、空冷HPチラーの冷房時特性で

対応する。また、水冷チラーも含めて氷蓄熱用への対応

を検討中である。

3) 吸収式冷凍機

前年度まで共通の特性式で表していたものを表1のよ

うに直焚きと蒸気焚きに分類して各機種の特徴を反映

した。直焚きについては高 COP の三重効用タイプを追

加した。また、排熱利用等に活用できる温水焚きの特性

式にも対応可能とした。排熱投入型の特性式はコージェ

ネSWG で定式化を行ったものである。

機器特性の例として、今年度追加した蒸気焚二重効用

吸収式冷凍機の特性を図 3に示す。蒸気消費率の基準点

は図2と同様負荷率100%、冷却水温度 32℃である。高

効率機、標準機の部分負荷特性はほぼ等しく、いずれも

図3の特性で表される。今後は、メーカー各社から発表

された「高期間効率機」のデータベースへの追加を予定

している。

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120

冷却負荷率 (%)

蒸気

消費

率(%

)

冷却水入口温度：

32℃

28℃

24℃

20℃

図 3 蒸気焚二重効用吸収式冷凍機の特性(例)

4) ボイラ

ボイラの特性については、小型貫流ボイラおよび真空

温水ヒータについて、本体からボイラ室内への放熱量を

定格加熱量に対する割合として出力項目に追加した。

5) 各種機器への入力値の上限・下限対応

冷水過冷、断水リレー、高圧カットや高温カットなどの保護

動作を BEST 上にて再現するため、各種熱源機への冷温

水温度、流量、冷却水（水冷機）、外気温度（空冷機）などの

動作範囲および範囲外の入力が与えられた場合の機器の

動作を調査した。今後はこれらの結果をモデルに反映し、

実稼働条件との整合性の向上を図っていく。

空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2009.9.15 〜 17（熊本）｝ -688-

３．パッケージ空調機の機器特性の定式化

ビル用マルチエアコンに代表される個別分散型の空調シ

ステムの機器特性に関しては、代表的なビル用マルチエア

コンであるEHP及びGHPの標準タイプに関して、室内機

と室外機を一体として扱うモデルを用いて定式化を行なっ

てきた。本報では、新たに以下の 3点に配慮して、機器特

性の定式化を進めているので、その概要を報告する。

①標準型ビル用マルチエアコン以外の機種の拡充

②特性データの共通表示フォーマットの策定

③APF表示に伴う中間能力・中間入力の反映

3.1 各パッケージ空調機の機種構成

表2に、パッケージ空調機の機器特性定式化の対象とす

る各種機器の一覧を示す。定式化を行なうに当たっては、

①建物用途の違い、②地域差（寒冷地仕様等）、③受け持

ち負荷種別（外気処理等）、④エネルギー種別（電力、都市

ガス、灯油）、⑤放熱方式（空冷、水冷）に配慮して全体の

枠組み（フレーム）を策定した。

以下、計算モデルの改良点（②、③）と新たに定式化した

機器特性（①）について、その特徴を示す。

3.2 各種パッケージ空調機の計算モデルの改良点

1)中間能力・入力表示への対応

従来は入力（エネルギー消費）と負荷率（負荷処理能力）

を示す部分負荷特性において、負荷率 100%の定格点で

のデータのみを入力し、各機器の特性式の補正を行なって

きた。今回の定式化では、図 4に示す様、新たに JIS等で

表示される中間能力・入力値（負荷率 50%前後）により、特

性カーブ自体に補正を行なう方法を採用した。具体的には、

中間入力値と中間能力の負荷率に於ける代表機の入力値

の偏差と定格ポイント間を 1次近似する方法を採用した。但

し、中間能力等が規定されていない機種に関しては、補正

を行なわないこととした。

2)特性データの共通表示フォーマットの策定

表2に示す様、対象とする機種が多種多様にわたること、

将来的には、各メーカー固有の部分負荷特性のデータへ

の対応等を想定して、表3に示す様、機器特性を表す近似

式の形式の共通化を図った。近似式は、不連続となる特性

への対応や範囲外での対応も含め説明変数の範囲を原則、

5区間に分割して、3次式での近似とした。

3.3 各種パッケージ空調機の特性概要

1)ビル用マルチエアコン（寒冷地型）

通常の冷暖房切り替え型のビル用マルチエアコンと同様

の手法にて、寒冷地型の機種の特性の定式化を行なった。

寒冷地型とは、各社の独自技術（例：新型高効率熱交換

器フィンの採用等）により外気低温時の暖房性能を大幅に

向上させた機器である。寒冷地型は通常の機種に比べ、暖

房時における外気温度による室外機能力及び入力値の補

正係数の傾向が異なる特徴を持つ（図 5）。

2)店舗用エアコン

冷暖房切り替え型のビル用マルチエアコンと同様の手法

にて、代表機を対象に店舗用エアコンの特性の定式化を行

なった。特定の室内機と室外機が予め組み合わされ、一体

化されたシステムであり、機種も極めて多い点が特徴である。

機器特性自体は、ほぼビル用マルチエアコンと同様の傾向

を示す。

表 2 パッケージ空調機 機器特性定式化のフレーム構成と状況

表 3 機器特性を示す共通近似式の事例（冷房の事例）

※上記以外に、配管長・高低差、負荷率補正も同様の定式化とする

図 4 中間能力・入力の反映方法

負荷

率φ

に対

する

入力

補正

係数

K

最大能力に対する負荷率φ

1.0

1.0

φ m

β =A ×φ ＋B

Km/Km'

1.0

中間

入力

補正

係数

β

代表機の部分負荷特性カーブ

中間性能の補正を反映させた部分負荷特性カーブ

Km

Km'

負荷率φ =1.0、中間入力補正係数β =1.0とφ =φ m（中間

負荷率）、β =Km/Km'の間を直線補間し、代表機の入力補正係数Kに乗じて、中間性能を部分負荷カーブに反映させる。

φ i

Ki'

Ki

任意の負荷率φ i、代表機の入力補正係数Ki'に対し、中間能力補正後の入力補正係数Kiは、以下による。Ki=Ki'×β =Ki'×（A×φ i＋B）

中間能力に対する負荷率

概要 状況※

冷暖切替 一部、特性を見直し ●

冷暖同時 （検討中） △

自己消費型(冷暖切替) 近似式作成完了 ●

系統連系型(冷暖切替) （検討中） △

冷暖切替中間能力の反映部分の修正を実施

●

冷暖同時 （検討中） △

寒冷地対応

（冷暖切替）

水冷式 （検討中） △

冷暖切替各社代表機種の機器特性で定式化

●

寒冷地対応 同上 ●

事務所（対人）空調用を定式化

●

電気室、ELV機械室用冷専型 △

寒冷地対応 事務所（対人）空調用 △

冷暖切替

冷暖同時

寒冷地対応

水冷式

冷暖切替蓄熱時・非蓄熱時の場合分けで定式化（室内機はビルマルチ型と同様）

●

寒冷地対応 （検討中） △

標準型 GHPと同様に定式化 ●

寒冷地対応 同上 ●

タイプ

KHP

EHP

GHP発電機付GHP

ビル用マルチ

ビル用マルチ

外気処理用

冷暖切換の特性式の形態の延長線上で定式化

●

店舗用

設備用冷暖切替

　※] ●：定式化が終了　△：検討中（2009年5月現在）

フレームを再検討（デシカント、全熱交換器併用等で場合わけを検討中）

△

氷蓄熱ビル用マルチ

ビル用マルチ

変数名 範囲 以上 未満

最小 － 16.℃ #### ×WB^3＋ ##### ×WB^2＋ #### ×WB＋ #####

範囲１ 16 19 #### ×WB^3＋ ##### ×WB^2＋ #### ×WB＋ #####

範囲２ 19 22 #### ×WB^3＋ ##### ×WB^2＋ #### ×WB＋ #####

範囲３ 22 24 #### ×WB^3＋ ##### ×WB^2＋ #### ×WB＋ #####

最大 24 － #### ×WB^3＋ ##### ×WB^2＋ #### ×WB＋ #####

最小 － 16.℃ #### ×WB^3＋ ##### ×WB^2＋ #### ×WB＋ #####

範囲１ 16 19 #### ×WB^3＋ ##### ×WB^2＋ #### ×WB＋ #####

範囲２ 19 22 #### ×WB^3＋ ##### ×WB^2＋ #### ×WB＋ #####

範囲３ 22 24 #### ×WB^3＋ ##### ×WB^2＋ #### ×WB＋ #####

最大 24 － #### ×WB^3＋ ##### ×WB^2＋ #### ×WB＋ #####

最小 － -5.℃ #### ×DB^3＋ ##### ×DB^2＋ #### ×DB＋ #####

範囲１ -5 15 #### ×DB^3＋ ##### ×DB^2＋ #### ×DB＋ #####

範囲２ 15 25 #### ×DB^3＋ ##### ×DB^2＋ #### ×DB＋ #####

範囲３ 25 43 #### ×DB^3＋ ##### ×DB^2＋ #### ×DB＋ #####

最大 43 － #### ×DB^3＋ ##### ×DB^2＋ #### ×DB＋ #####

最小 － -5.℃ #### ×DB^3＋ ##### ×DB^2＋ #### ×DB＋ #####

範囲１ -5 15 #### ×DB^3＋ ##### ×DB^2＋ #### ×DB＋ #####

範囲２ 15 25 #### ×DB^3＋ ##### ×DB^2＋ #### ×DB＋ #####

範囲３ 25 43 #### ×DB^3＋ ##### ×DB^2＋ #### ×DB＋ #####

最大 43 － #### ×DB^3＋ ##### ×DB^2＋ #### ×DB＋ #####

特性 特性式名変数

特性式

室温補正

外気補正

能力補正

入力補正

能力補正

入力補正

Kcti(WB)

Kcwti（WB)

Kcta(DB)

Kcwta(DB)

WB:室内湿球温度℃

WB:室内湿球温度℃

DB:外気乾球温度℃

DB:外気乾球温度℃

空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2009.9.15 〜 17（熊本）｝ -689-

3)氷蓄熱ビル用マルチエアコン(以下、氷ビルマル)

氷ビルマルの特性に関しては、氷の冷熱を過冷却に利用

して冷房を行い、温水は除霜に利用するタイプを対象に定

式化を行なった。定式化は、以下の 5つのモードに分けて

整理した。定式化に用いた計算モデル（室外機+蓄熱槽部

分）の概要を図 6に示す。

① 冷房時：昼間の放熱運転時の蓄熱利用冷房

② 冷房時：昼間の放熱運転終了以降の蓄熱非利用冷房

③ 冷房時：夜間の冷房蓄熱運転

④ 暖房時：蓄熱非利用暖房（蓄熱分は除霜利用）

⑤ 暖房時：夜間の暖房蓄熱運転

5つのモードとも、ビル用マルチエアコンと同様の手法で

定式化した上で、蓄熱量と放熱時利用量が等しくなるよう運

転条件フローを設定した。 また、室内機の特性は、ビル用

マルチエアコンと同様とした。

4)発電機能付 GHP 自己消費型

発電機能付GHPのうち、発電電力を自己消費するタイプ

に関して定式化を行なった。

具体的には、既に定式化が終了しているビル用マルチエ

アコンの冷暖切替タイプの特性式に発電分ガス消費量の計

算式を追加すると共に消費電力特性式を見直す形で作成

した。定式化に用いた計算モデルの概要を図 7に示す。

5)KHP ビル用マルチエアコンの特性

KHPの機器特性に関しては、同じ燃焼系機器のGHPビ

ル用マルチエアコン冷暖房切替タイプをベースに、標準型

と寒冷地型の 2機種の定式化を行なった。

暖房時の外気温度による能力及び入力値補正において、

外気湿球温度 6[℃]以下において、寒冷地型の機器特性を

反映させ、標準型との差別化を行なった。他の特性に関し

ては、同様となっている。

４．まとめ

BEST における熱源機及びパッケージ空調機の機器特

性の定式化について報告した。引き続き、検討フレームに

挙げた機種に関して定式化を進める予定である。

図 6 氷蓄熱ビル用マルチエアコンの計算モデルの概要

TSC(15)

TSC(20)

TSC(25)

TSC(29)

TSC(43)

15℃ 20℃ 25℃ 29℃ 43℃→Ta

1.00

1.07倍

1.15倍

【冷房蓄熱の算定方法】■冷房蓄熱能力 ＝定格補正後冷房蓄熱量／定格冷房蓄熱時間 定格補正後冷房蓄熱量 ＝定格冷房蓄熱容量×蓄熱容量補正 蓄熱容量補正=室外－蓄熱槽間　配管長補正係数 ×室外－蓄熱槽間　高低差補正係数■冷房蓄熱消費電力 ＝冷房蓄熱能力／TSC×消費電力補正 TSC(Ta)=冷房蓄熱ｴﾈﾙｷﾞｰ消費効率 (JRA4053:2007による) 消費電力補正=外気温度補正係数

放熱時

蓄熱時

定格蓄熱利用冷房能力中間蓄熱利用冷房能力

定格蓄熱利用冷房消費電力中間蓄熱利用冷房消費電力定格蓄熱非利用冷暖房能力中間蓄熱非利用冷暖房能力

定格蓄熱非利用冷暖房消費電力中間蓄熱非利用冷暖房消費電力

定格冷房蓄熱量配管長・高低差

　　室内機－室外機　　室外機－蓄熱槽

外気補正室温補正

配管長補正高低差補正負荷率補正

冷暖房能力消費電力

冷房蓄熱消費量暖房蓄熱除霜利用回数

室内機冷暖房能力外気（DB,WB）室内（DB,WB）

ユーザー入力 演算

プログラムからの入力

出力

高温時冷房蓄熱ｴﾈﾙｷﾞｰ消費効率定格冷房蓄熱ｴﾈﾙｷﾞｰ消費効率

定格暖房蓄熱消費電力量定格冷暖房蓄熱量

配管長・高低差室外機－蓄熱槽

ユーザー入力

Σ 前日の冷房蓄熱消費量（必要蓄熱量）Σ 前日の暖房蓄熱除霜利用回数

外気（DB,WB）室外機－蓄熱槽

プログラムからの入力

外気補正配管長補正高低差補正

演算

冷暖房蓄熱消費電力冷暖房蓄熱能力

出力

図 7 発電機能付自己消費型 GHP の計算モデルの概要

負荷率

１００％０％

発電機能付きＧＨＰの定格消費電力量発

電量

kW

発電無しＧＨＰの定格電力消費量

３０%

(消費電力)＝(発電無し GHP の消費電力)－(発電量)

(発電用ガス消費量) = (発電量)÷(発電効率)

負荷率と発電量の関係

発電機はコンプレ

ッサーと同時に空

調用エンジンで駆

動しているため、発

電量は空調機負荷

に比例。また、使用

領域では発電効率

はほぼ一定と想定。

①室外機関係 ①外気補正・定格能力 ②室温補正 ①冷房/暖房能力・定格ｶﾞｽ消費量(発電時) ③配管長補正・定格ｶﾞｽ消費量(非発電時) ④高低差補正・定格消費電力(発電時) ⑤負荷率補正・定格消費電力(非発電時) ⑥能力演算 ①室外機関係・中間能力 ⑦ｶﾞｽ消費量演算 ・ｶﾞｽ消費量・中間ｶﾞｽ消費量 ⑧消費電力演算 ・消費電力②室内機関係 ⑨発電電力演算 ②室内機関係・定格消費電力 ⑩発電用ｶﾞｽ消費量演算 ・消費電力③設置関係 ③その他・配管長 ・運転時間・高低差

①外気(乾球温度/湿球温度)②室温(乾球温度/湿球温度)③室内負荷

ﾕｰｻﾞｰ入力 演算空調能力

室内機/室外機入力

ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑからの入力

【謝辞】

本報は、(財)建築環境・省エネルギー機構内に設置された産官

学連携による環境負荷削減のための建築物の総合的なエネルギ

ー消費量算出ツール開発に関する「BESTコンソーシアム」・｢BEST

企画委員会(村上周三委員長）」および専門版開発委員会(石野久

彌委員長）、行政支援ツール開発委員会(坂本雄三委員長）、機器

特性 SWG(柳井崇主査)の活動成果の一部であり、関係各位に謝

意を表するものである。機器特性 SWG 名簿(順不同)主査：柳井崇

(日本設計)、幹事：藤居達郎(日立製作所)、委員：阿部裕司(竹中工

務店)、石野久彌（首都大学東京名誉教授）、工月良太、村上高（以

上、東京ガス）、熊谷雅彦（東京電力）、助飛羅力、後藤裕（以上、

三機工業）、品川浩一（日本設計）、野原文男、丹羽勝巳、伊藤祥

一（以上、日建設計）、オブザーバー：三沢 健(日本設計)、事務

局：生稲 清久（建築環境・省エネルギー機構)

また、各種機器特性のデータ収集、モデル化に当たっては、日

本冷凍空調工業会（ターボ冷凍機技術専門委員会、吸収式冷凍機

技術専門委員会、チリングユニット技術専門委員会、スクリュー冷

凍機技術専門委員会、パッケージエアコン技術専門委員会、GHP

委員会、氷蓄熱空調専門委員会）及び㈱デンソー、㈱デンソーエ

ースの協力を得た。ここに謝意を表します。

-15 -10 -5 0 5

外気温度(WB）

暖房

能力

比

定格点

寒冷地型

標準型

図 5 EHP ビル用マルチエアコン暖房特性の比較

空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2009.9.15 〜 17（熊本）｝ -690-