建物のエネルギー効率化：実証済み節約戦略と実践テクニック

建物におけるエネルギー節約のヒントとテクニック

高騰するエネルギーコストは経済のあらゆる分野に悪影響を及ぼします。したがって、家庭、産業、商業分野においてエネルギー消費とコストを削減するため、エネルギー節約とエネルギー効率の高いシステムが必要です。エネルギーは産業の主要インプットの一つであり、国の経済発展の基盤です。

発展途上国にとって、エネルギー分野は増大し続けるエネルギー需要に対応するため多額の資本投資を要するため、極めて重要です。エネルギー監査の主目的は、エネルギー消費を削減して運用コストを下げる方法を特定することです。

エネルギーは適切に管理すれば節約可能です。同じエネルギーで最大限の効果を得ることが効率的システムの鍵です。

注： 計算に用いるコストは例示であり、国によって異なります。

建物における実践的で最も一般的なエネルギー節約方法：

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高消費電力照明器具のLED照明への置き換え

以下の従来照明を持つ古い建物で、それぞれを対応するLED照明に置き換えた場合の削減効果を見てみましょう。

(すべてのデータは国やメーカーにより異なり、参考値です。価格は米ドル（$）で、投資回収期間計算用です)

• 300台の36W蛍光灯（CFL）を18WLEDに置換

削減電力 = (台数) × (既存照明定格 - 置換照明定格)

削減 = 300×36 - 300×18 = 5,400W

• 250台の40W蛍光灯を20WLEDに置換

削減 = 250×40 - 250×20 = 5,000W

• 20台の150Wメタルハライド灯を45WLED電球色に置換

削減 = 20×150 - 20×45 = 2,100W

• 5台の250W高圧ナトリウム灯を90WLED電球色に置換

削減 = 5×250 - 5×90 = 800W

置換後の総削減電力 = (5,400 + 5,000 + 2,100 + 800)W = 13.32kW

オフィス稼働：1日10時間、年間300日、電力単価 $0.1/kWh と仮定

年間削減額 = 13.32 × 10 × 300 × 0.1 = $3,996/年（24時間365日稼働ならさらに増大）

投資額：(i)

LED照明 - LED単価 $1/W = (300×18 + 250×20 + 20×45 + 5×90) × $1/W = $11,750

投資回収期間 = (総投資額) / (年間削減額) = 11,750 / 3,996 = 2年11ヶ月

一般的な照明器具の発光性能特性

典型的なLED照明は80〜105 lm/Wを実現します。

• 建物内壁を清潔に保ち、明るい色で塗装して光を反射させる
• 低間仕切りでオフィスエリアの光を「共有」する。トイレでは20W直管蛍光灯2本の代わりに40W1本で共有利用。タスク照明を全般照明の代わりに推奨

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占有センサー（人感センサー）

占有センサーはエネルギー節約と省電力に活用できます。室内の人を検知し、無人時に照明を自動消灯します。スイッチボックスに取り付け、無人時にスイッチがONでも照明・扇風機への給電を遮断します。

これにより、消し忘れによる発熱・火災リスクも低減します。単一の占有センサーで、部屋を離れる際に自動OFFしたい機器（エアコン、扇風機、照明等）を選択可能で、個別センサー導入コストを削減できます。冷蔵庫等は手動でON/OFFします。

照明消費電力の最大10%節約が可能で、家庭・商業分野のエネルギー節約ベストプラクティスです。

60個の占有センサー導入（照明負荷10kWの場合）

削減額 = 20% × 10kW × 10h × 300日 × $0.1 = $600

投資額（センサー単価 $16） = 60 × 16 = $960

投資回収期間 = 960 / 600 = 1年7ヶ月

エアコン用スイッチは照明と別なので、エアコン用（1.5馬力各）に60個追加必要。これも10%省電力だが、大電流対応でコスト高。

削減電力 = 60 × 1.5馬力 = 90 × 1.2 = 108kW

20% of 108kW = 21.6kW

削減額 = 21.6 × 10 × 300 × 0.1 = $6,480

投資額 = 60 × $40 = $2,400

投資回収期間 = 2,400 / 6,480 = 4.5ヶ月

扇風機は「強」設定（湿度が高い時は除く）。湿度が高い時は「弱」でより多くの水分を除去。エアコン温度調節器から家電製品を離す（家電の熱でエアコン稼働時間が延びるため）。涼しい日や夜はエアコン・扇風機の代わりに窓を開ける。屋外環境に合わせた服装をする。

その他の重点領域 - 占有センサー、光センサー/タイマーを屋外照明に活用

屋外照明に自動タイマーを設置。技術進歩により、薄明スイッチで日照有無に応じた照明制御が可能。ただし、センサー設置場所は影、車両ライト、鳥の干渉を受けない場所にする必要があります。調光器を光制御と組み合わせることも可能。

赤外線・超音波占有センサーで執務室照明を制御。高度な占有センサーは赤外線と超音波検知を組み合わせ、マイクロプロセッサーが各ユニットに内蔵され、感度を継続的に監視・調整して性能を最適化します。

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一般エリア

• 日照が得られる場所では、日照制御を設置
• 読書・執筆・会議など微小動作のスペースでは連続調光を使用。歩行・棚卸しなど大動作のスペースでは段階調光（ON/OFF切替）を使用
• 超音波占有センサーは常にHVACダクトから6〜8フィート以上離し、振動のない面に取り付け、ドアや開口部外を検知しない位置に配置
• 個室オフィスや会議室など占有意識の高いスペースでは、照明の手動上書き制御スイッチを必ず設置

会議室：

• 大規模会議室では、手の微小動作と身体の大動作両方を最適検知するデュアルテクノロジー占有センサーを使用
• 中小会議室には天井取付けまたはコーナー取付けの受動赤外線占有センサーを使用
• 照明の手動上書き制御スイッチを必ず設置
• 屋外照明制御
• タイムクロックと光電センサー付き照明制御パネルで、屋外照明を日没時にON、夜明け時にOFF、防犯照明以外は夕方早めに消灯して省エネ

可変電圧可変周波数ドライブ（VVVFドライブ）

VVVF（可変電圧可変周波数ドライブ）はドア駆動システムに非常に効率的なユニットで、現在エレベーターメーカーが全エレベーターのドア駆動モーターに採用しています。ドア開閉時のドアモーター消費電力を約20%削減できます。

ドアモーター容量 - 11kW × 10基 = 110kW

削減 = 0.20 × 110 × 300 × 10 × 0.1 = $6,600

1基あたりコスト = $1,400

投資額 = 1,400 × 10 = $14,000

投資回収期間 = 14,000 / 6,600 = 2年2ヶ月

屋外照明用ソーラーシステム

屋外照明消費電力が5kWの場合、定格11kWのソーラーシステムを使用（定格の45%負荷までしか負担できないため）。

削減額 = 5kW × 11h × 365日 × $0.1 = $1,980/年

ソーラーシステムコスト = $11,880（概算）

投資回収期間 = 6年

ソーラーパネルの典型的寿命は15〜20年で、最大ROI（投資利益率）のために適切なメンテナンスが必要。埃と湿気は定期的に清掃し、変換効率低下を防ぐ。

セントラル空調

各部屋に個別エアコンを設置する代わりに、建物にセントラル空調を1台設置。セントラル空調の消費電力（0.66kW/トン）は、ウィンドウ型やセパレート型（1.2kW/トン）の約半分です。

ウィンドウ/セパレート型設置費 = $670/トン

セントラル空調設置費 = $1,350/トン（容量増大で単価低下）

削減額 = (1.2 - 0.66) × (1.5馬力 × 60台) × 10 × 300 × 0.1 = $14,580

投資額 = (670 × 1.5 × 60) = $60,300（90トン容量で $670/トン）

投資回収期間 = 60,300 / 14,580 = 4年1ヶ月

• 暖房・冷房シーズン中はすべての窓とドアを閉める

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床暖房

従来のルームヒーターはI²R損失で熱を生成するため大電力を消費。セントラル暖房は効率が良くなく、設置・維持費が高い。床暖房はこの問題の現代的解決策です。

セントラルヒーターのダクトで床から部屋を暖める代わりに、床下に敷設したコイルで床を暖めます。温かい空気は床方向に移動する傾向があるため、セントラル暖房（床到達熱は20%のみ）と比較して、部屋内の熱分布が良好で、電気代とメンテナンスの両面で大幅な節約になります。

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浸入と熱損失

浸入（隙間風）により、暖房期に熱が逃げ、冷房期に熱が侵入し、居住者に不快感を与えます。また、不必要な暖房・冷房コストの主要因です。これを防ぐには暖房・冷房シーズン中にすべての窓とドアを閉めます。

廊下、前室、階段室、ロビーのラジエーターと暖房レジスタを閉止。自動ナイトセットバック機能付きサーモスタットを使用。建物のサーモスタットが改ざん防止仕様であることを確認。暖房設備を適切にチューニング。非効率な暖房システムは使用エネルギーの30〜50%を無駄にし、エネルギー節約システムに不適。

建物エネルギー節約の特別推奨事項

• 換気ブロワーでVベルトを使用している場合、コグベルト（歯付きベルト）への変更を推奨。消費電力3%削減とスリップ低減
• エアコン設定温度を1℃上げると消費電力3%削減。20℃→21℃でも体感差は小さいが、相当な省エネ。室内外温度差が大きいほどエアコン負荷増大するため、ドア・窓を確実に閉める
• ウィンドウ/セパレート型エアコンのフィルターを清潔に保つ。汚れていると同消費電力で冷却力低下し、設定温度維持に時間がかかりエネルギー浪費。手動除霜タイプの冷蔵庫/冷凍庫を検討（より省エネ）。ただし霜厚は1/4インチ（約6mm）以上にさせない
• エアコンを16℃に設定しても部屋は速く冷えない。これはサーモスタットが「これ以上冷やさない」基準温度に過ぎない。16℃のままにすると不要な冷却が継続し、余分なエネルギーを消費
• 冷却塔のアルミ羽根をFRP羽根に交換。同出力で消費電力低減、慣性モーメント小、強度良好
• 水槽に水位センサー設置し、満水でモーター自動停止。満水後は水が入らないがモーターは回り続けるためエネルギー浪費。ポンプにセンサー設置し、水が来ない時は空運転しないよう制御

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エネルギー管理

日々の電力消費要件を満たすため、オンラインエネルギー節約管理システムを導入し、綿密な監視を実施。建物各所のエネルギー配分を可視化できます。

各室・補機の消費電力を監視し、夜間の無駄な点灯・機器稼働を検知・停止可能。エネルギー節約法に基づき、エネルギー節約プログラムを計画・管理・実施。ECBE（建物省エネ基準）実施支援のため、BEE（エネルギー効率局）がさまざまな支援策を実施・計画中。

これには、省エネ表彰制度、啓発・研修活動、州・自治体実施機関の能力建設計画、設計マニュアル、ソフトウェア、建築家・技術者・コード担当者向け技術支援・研修、建物オーナー・設計者・利用者向け啓発プログラムが含まれます。

建物のエネルギー効率

• IEEE 519-1992は、同一範囲内の奇数次高調波制限値の25%以内に偶数次高調波を制限。偶数次高調波は非対称電流波形を生じ、直流成分を含み磁気コアを飽和させる可能性
• 許容基準：中性線電流：実効値電流の8〜10%、中性線電圧：2V
• IEEE 519規格推奨高調波制限値：

電流高調波：8% THD、電圧高調波：5% THD

不平衡：

電流不平衡：5%、電圧不平衡：4%

• コンデンサバンクで力率を1に近づけ、ケーブル・盤の電流損失を低減し、電力会社からのペナルティを回避

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注：物理学のあらゆる分野で「理想的システム」は存在せず、許容範囲内で損失を最小化するよう努めるのみで、損失をゼロにして100%のエネルギー節約とエネルギー効率システムを実現することは不可能。それでも既存システムの継続的改善により、科学の最大ポテンシャルを解き放ち理解しようと努めるべきです。