[第1・2報]換気が冷房時の室内温熱環境とエアコンの消費電力に及ぼす影響

背 景

COVID-19を始めとする感染症対策の一つとして、窓開けや換気扇等を利用した適切な換気が推奨されている[1][2][3]。しかし、エアコン運転時には居住者が換気をやめてしまい、十分な換気が行われない可能性がある。適切な換気を促すためには、換気量の増加による温熱環境等への影響を評価する必要がある。

目 的

エアコンで冷房している室内を対象として、換気量の増加による室内温熱環境とエアコンの消費電力量への影響を評価する。

手 法

東京に建つ標準的な戸建て住宅の室内温熱環境とエアコンの消費電力量に関するシミュレーション[4]を実施し、居間・食堂・台所(LDK)の温湿度の時間変化及び、エアコンの消費電力量を評価した(表1・2,図1・2)[5][6][7]
換気条件については、旧省エネ基準住宅の隙間風相当の換気量を基準とし、人の滞在を想定した日中~夜間には換気量を増やした条件についても計算を行った(表3)。

表1. 主な計算諸元

表1.主な計算諸元

表2. 居住者の在室(人数)スケジュール

表2. 居住者の在室(人数)スケジュール
図1. 対象とした戸建て住宅の概要(a) 立面図

(a) 立面図

図1. 対象とした戸建て住宅の概要 (b) 間取り図

(b) 間取り図

図1. 対象とした戸建て住宅の概要

図2. シミュレーションモデル

図2. シミュレーションモデル

表3. 換気量の計算条件

表3. 換気量の計算条件

結 果

計算対象住宅においては、換気量を増やしてもエアコン運転時の温熱環境はほぼ変わらなかった。条件3のエアコン負荷が大きい昼間において、設定温度と室内温度との最大温度差は、±0.3℃とほぼ設定温度通りとなった(図3)。
またエアコンの消費電力量は、屋外から入ってくる高温多湿の空気の影響によって、換気量を増やすほど上昇した。基準の換気量(条件1)と比較し、条件2は約8.2[kWh/月](約220[円/月][1])、条件3の場合は約29.8[kWh/月](約800[円/月][1])上昇する結果となった(図4)。

[注1] 1kWhあたり27円とし、エアコンに要する電気代を換算した。

図3. 異なる換気条件間の室内温熱環境の比較例(8月の最暑日(平日))

図3. 異なる換気条件間の室内温熱環境の比較例(8月の最暑日(平日))

図4. 換気条件ごとの8月ひと月分のエアコンの消費電力量の比較

図4. 換気条件ごとの8月ひと月分のエアコンの消費電力量の比較

2020年8月18日 以下を追記

計算条件の拡張

第1報では、エアコンで冷房している室内を対象として、換気量の増加に伴う室内温熱環境とエアコンの消費電力量への影響をシミュレーション評価した。ただし、特定の地域と設定温度の場合であった。そこで、第1報の計算条件を拡張し、地域や設定温度が異なる場合の影響を評価できるようにする。

計算条件

  • 対象地域を札幌・盛岡・東京・福岡の4地域とし、地域ごとに異なる気候条件や住宅断熱性能を計算モデルに反映させた(表4)。
  • エアコンの設定温度を26/27/28℃の3ケースとした(表5)。

表4. 地域ごとの住宅断熱性能・外気温度

表5. 換気量とエアコン設定温度ごとの計算条件

計算結果

エアコン運転時の温熱環境は、地域やエアコン設定温度に関わらず、換気量を増やしてもエアコン設定温度に維持される結果となった(図5)。

エアコンの消費電力量については、温暖地域(東京/福岡)では、エアコンの設定温度に関わらず換気量を増やす程消費電力量は増加した。一方、寒冷地域(札幌/盛岡)では、エアコン設定温度28℃の盛岡を除き、換気量を増やすことで僅かな消費電力量の減少が確認された。例えば、東京のエアコン設定温度26℃の場合は、基準換気量110.2[m3/h]と比較し、440.7[m3/h]に換気量を増やすことで、消費電力量が約39%上昇した。一方で札幌のエアコン設定温度26℃の場合は、基準換気量110.2[m3/h]と比較し、440.7[m3/h]に換気量を増やすことで、消費電力量が約13%減少する結果となった(図6)。寒冷地域では外気温度が室温よりも低い時間帯があり、この時間帯では換気のみで設定温度が維持される場合がある(エアコン冷房運転が停止する、あるいは、消費電力が小さい送風ファンのみの運転となるなど)ことが理由である。

図5. 各地域の室内温熱環境の比較(8月の最暑日(平日))

図6. 各地域のエアコンの消費電力量の比較(8月分)

参考文献

[1] 上手な換気方法~住宅編~,ダイキン工業(株),2020,https://www.daikin.co.jp/air/life/ventilation/
[2] 弊社商品による換気方法・機能について,YKKAP(株),2020,
https://www.ykkap.co.jp/company/jp/important-notice/20200414.html
[3] 新型コロナウイルス感染症制御における「換気」に関して 緊急会長談話,空気調和・衛生工学会,
2020,http://www.shasej.org/recommendation/shase_COVID20200323.pdf
[4] 家庭用エアコンの熱源特性モデルの開発,上野・北原,電力中央研究所研究報告書,R09,2014.
[5] 標準年拡張アメダス気象データ,(株)気象データシステム,https://www.metds.co.jp/product/ea/eadata/
[6] 国土交通省国士技術政策総合研究所・建築研究所監修 平成25年省エネルギー基準に準拠した算定・判断の方法及び解説 Ⅱ住宅,p571,2013.
[7] 国土交通省国士技術政策総合研究所・建築研究所監修 平成25年省エネルギー基準に準拠した算定・判断の方法及び解説 Ⅱ住宅,p612,2013.
[8] エアコンの選び方(部屋の広さ編),パナソニック(株),2019,
https://panasonic.jp/life/air/170001.html#section01
[9] 住宅設備用エアコンカタログ,パナソニック(株),2017.

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