この記事は、設計の初期段階、通常は機械エンジニアがプロジェクトに関与する前に、建築家がHVAC システムを選択するためのガイダンスを提供することを目的としています。ただし、関与したら、プロジェクトの機械エンジニアがこれらのオプションと入力を確認して、各プロジェクトの特定の設計意図と一致することを確認することを常にお勧めします。
免責事項
プロジェクトの開始時に建築家が限られた情報に基づいて HVAC システムを選択するための情報を提供する、十分に確立されたガイドや広く合意された標準がないため、この記事はその情報源になるように最善を尽くします。この記事に記載されている規則は、cove.tool の機械工学および研究チームの長年の業界経験に基づいています。プロジェクトのライフサイクルの後半で、エンジニアが関与して別のシステムを選択した場合、その可能性は既知のはずです。この記事の目的は、プロジェクト チームに自信を持たせることです。HVAC システムの選択に関する不確実性は、通常、建築家がエネルギー モデルを実行しない理由の最大の抑止力として挙げられているからです。この記事に関するフィードバックをお寄せください。AEC 業界全体の HVAC リテラシーを引き続き向上させることができます。
HVAC システムの選び方
提案された設計に適した HVAC システムを選択することは、建物の効率、光熱費、居住者の快適さのレベルに直接影響するため、非常に重要です。このタスクは通常、機械エンジニアが決定する範囲内ですが、まだ採用されていない場合は、経験に基づいた推測を行うために従うことができるいくつかの規則があります。この記事には、システムを選択するための 3 つの方法があります。
注: HVAC システムには、多くの個別の機器が含まれます。それぞれのユニークな部分をキャプチャできるように、これらをエア システム、ヒーティング システム、クーリング システムに分類します。 HVAC システムの定義方法の詳細については、この記事を参照してください。
方法 1: PNNL プロトタイプ モデルを参照として使用する
パシフィック ノースウェスト国立研究所 (PNNL) は、米国 DOE の国立研究所の 1 つです。他の研究分野の中でも、ここのチームは、エネルギー効率のフレームワークを開発するプログラムのレビューを担当しています。 PNNL で行われた、特にプロトタイプの建物モデルに関する研究は、DOE の Building Energy Codes Program で使用され、公開されたバージョンのエネルギー コードを評価したり、コードの変更案を作成したりしています。 cove.tool では、エネルギー コードがエネルギー分析の実行に必要なすべての規定値を定義していない場合に、 入力の自動化に PNNL プロトタイプ構築モデルを使用します。
PNNL プロトタイプ モデルには、固定パラメータを持つ 16 の商業ビル タイプのみが含まれており、独自のプロジェクトとは大きく異なる可能性があります。建物の説明とその他の主要なモデリング入力情報の完全な概要を確認するには、 PNNLからスコアカードをダウンロードしてください。セクション 3 では、業界のベスト プラクティスに基づいて類型のリストを拡張しようとするため、HVAC システムを選択する際には、この記事に記載されている他のパスも相互参照してください。
次の表は、各 PNNL プロトタイプ モデルに割り当てられたシステム タイプを示しています。これらのシステムは業界の最低基準と一般的な慣行に基づいているため、より高性能な代替手段も提供されています。この代替手段は、所有者の運用コストを節約するために最小パフォーマンス要件を超えることを目的とするプロジェクトで検討できます。
PNNL 建物タイプ | 同等のシステム タイプ | 高性能代替システム タイプ: |
スモールオフィス | シングルゾーン、ファーネス付き、直接拡張 | シングルゾーン、空気熱源ヒートポンプ付き |
ミディアムオフィス | シングルゾーン、ファーネス付き、パッケージDX | VAV 再加熱付き、ガスボイラー付き、パッケージ DX |
大規模オフィス | VAV、再加熱、ガスボイラー、水冷チラー付き | VAV、再加熱、ASHP、および水冷チラー付き |
スタンドアロン小売 | シングルゾーン、ファーネス付き、パッケージDX | シングルゾーン、空気熱源ヒートポンプ付き |
ストリップ モール | シングルゾーン、ファーネス付き、パッケージDX | シングルゾーン、空気熱源ヒートポンプ付き |
小学校 | シングルゾーン、ファーネス付き、パッケージDX | VAV 再加熱あり、A)SHP あり、およびパッケージ化された DX |
中等学校 | シングルゾーン、ファーネス付き、パッケージDX | VAV、再加熱、ASHP、および空冷チラー付き |
外来診療 | VAV 再加熱付き、ガスボイラー付き、パッケージ DX | VAV 再加熱あり、ASHP あり、パッケージ DX |
病院 | VAV、再加熱、ガスボイラー、水冷チラー付き | VAV、再加熱、ASHP、および水冷チラー付き |
小さなホテル | シングルゾーン、電気ボイラ付、パッケージDX | シングルゾーン、空気熱源ヒートポンプ付き |
ラージ ホテル | VAV、再加熱、ガスボイラー、空冷チラー付き | VAV、再加熱、ASHP、および空冷チラー付き |
倉庫(非冷蔵) | シングルゾーン、ファーネス付き、パッケージDX | シングルゾーン、ファーネス付き、パッケージDX |
クイックサービスレストラン | シングルゾーン、ファーネス付き、パッケージDX | シングルゾーン、空気熱源ヒートポンプ付き |
フルサービスのレストラン | シングルゾーン、ファーネス付き、パッケージDX | シングルゾーン、空気熱源ヒートポンプ付き |
中層マンション | 、シングルゾーン、ファーネス付、ダイレクトエキスパンション | シングルゾーン、空気熱源ヒートポンプ付き |
高層マンション | DOAS w/WSHP、ガスボイラー、冷却塔付き | VRF を使用した DOAS |
パス 2. プロジェクト範囲の要因
あらゆるプロジェクトの HVAC システムの選択は、パフォーマンス、資本コスト、熱源、スペース要件、メンテナンスの容易さなど、幅広いパラメーターを考慮する機械エンジニアが行うのが最適です。これは、アーキテクトがプロジェクトのパラメーターに基づいてシステムを候補リストに入れるための効果的な方法でもあります。
パフォーマンス - システムのエネルギー効率は?
HVAC システムのコンポーネントを 4 つのパフォーマンス層に分類しました。
低パフォーマンスは通常、EUI と光熱費が最も高くなります。
平均的なパフォーマンスには、大部分の建物と同様の EUI と光熱費があります。
ハイ パフォーマンスでは、EUI と光熱費が最も低くなります。
可変パフォーマンスとは、他の要因によってパフォーマンスの予測が困難になることを意味します
エアシステム用
低性能 | 平均的なパフォーマンス | ハイパフォーマンス | 可変性能 |
シングルゾーン | VAV 再加熱あり | すべての DOAS オプション | 自然換気 |
ラディアント付きCAV | VAV とラディアント | ||
再加熱を伴う CAV |
加熱用
低性能 | 平均的なパフォーマンス | ハイパフォーマンス |
電気ボイラー | ガスボイラー | GSHP |
炉 | 電気抵抗 | VRF |
アッシュ |
冷却用
平均的なパフォーマンス | ハイパフォーマンス | 可変性能 |
空冷チラー | 水冷チラー | 冷却塔 |
パッケージDX | GSHP | |
直接拡張 (DX) | VRF |
機械システムの資本コスト - 予算内ですか?
HVAC システムのコンポーネントを 3 つの資本コスト層に分割し、さまざまなシステムをそれぞれにランク付けしました。これは網羅的なリストではありませんが、システムの種類とプロジェクトの予算を検討する際に考慮すべき優れたフレームワークを提供します。
低コスト- 通常、$5.57/ft2 ($60/m2) 未満
ミッドレンジのコスト- 通常、$5.57/ft2 から $9.19/ft2 ($60/m2 から $99/m2)
高額な費用- 通常は $9.29/ft2 ($100/m2) 以上
低価格 | ミッドレンジのコスト | ハイレンジコスト |
自然換気 | DOAS w/ FCU、ガスボイラーおよび空冷/水冷チラー付き | CAV または VAV、再加熱あり、ASHP およびパッケージ化された DX |
任意のシングル ゾーン システム | CAV 再加熱付き、電気抵抗および空冷/水冷チラー付き | CAV または VAV w/ Reheat または w/ Reheat、ASHP および水冷チラー付き |
DOAS w/WSHP、ガスボイラーと冷却塔付き | VAV w/ Radiant、電気抵抗および水冷チラー付き | DOAS w/ VRF、電気ボイラーと冷却塔付き |
DOAS w/ IH、電気抵抗、水冷チラー付き | VRF 付き DOAS、グラウンド ソース付き | |
VRF を使用した DOAS | 任意の GSHP システム |
加熱源 - ソースはガスですか、それとも電気ですか?
プロジェクトに熱を供給するために使用される熱源は、プロジェクトの運用炭素および光熱費に大きな影響を与えます。ここでは、各加熱システムとそれが利用するソースを定義します。
ガス熱源 | 電気熱源 |
ガスボイラー | 電気ボイラー |
炉 | 電気抵抗 |
地中熱源ヒートポンプ (GSHP) | |
可変冷媒流量 (VRF) |
スペース要件 - システムは適合しますか?
機械設備は多くのスペースを占めることがあります。 HVAC システムを計画する際に必要なスペースを考慮することは、建物内の他のスペース要件とのバランスをとるときに重要です。スペース要件を 3 つの層に分けました。
小さい- 機器は最小限のスペースしか必要とせず、多くの場合、屋上 [のみ] または小さな機械室に配置されます。
中- 機器は建物内の一般的なスペースを占有し、多くの場合、専用の機械室または屋上の大部分が必要です。
大- 機器が最も多くのスペースを占め、多くの場合、大きな機械室または追加の天井の空隙が必要です。
エアシステム
小さい | 中くらい | 大きい |
シングルゾーンシステム | そうであるように | VAV システム |
CAVシステム |
暖房
小さい | 中くらい | 大きい |
電気抵抗 | ガスボイラー | GSHP |
炉 | 電気ボイラー | VRF |
アッシュ |
冷却
小さい | 中くらい | 大きい |
ダイレクトエクスパンション(DX | パッケージDX | 水冷チラー |
冷却塔 | 空冷チラー | |
VRF | GSHP |
保守の容易さ- 誰がシステムを運用および保守しますか?
すべてのシステムは、正しく動作し、設計された屋内環境を提供するように維持する必要があります。メンテナンスを容易にするために、システムを 3 つの層に分割しました。
シンプル- 限られたメンテナンスが必要です。通常、年間保守契約を通じて処理され、オンサイト スタッフは必要ありません。
平均- 定期的なメンテナンスが必要です。通常、月次保守契約または同様の建物の集合体が共有するオンサイト スタッフによって処理されます。
高度- 頻繁なメンテナンスが必要です。通常、フルタイムの運用/施設スタッフがオンサイトで毎日メンテナンス活動を行っています。
エアシステム
単純 | 平均 | 高度 |
シングルゾーンシステム | VAV および CAV システム | DOAS と FCU |
自然換気 | VRF を使用した DOAS | DOAS W / WSHP |
DOAS とラディアント | DOAS w/誘導 |
暖房システム
単純 | 平均 | 高度 |
炉 | ガスボイラー | アッシュ |
電気抵抗 | 電気ボイラー | GSHP |
VRF |
冷却システム
単純 | 平均 | 高度 |
直接拡張 | パッケージDX | 水冷チラー |
VRF | 冷却塔 | |
GSHP | ||
空冷チラー |
パス 3. 従来の用途別システム選択
建物は、各建物内で行われる主要なビジネス、商業、または機能である主要な活動に従って分類できます。同様の活動には一貫した建物の負荷と屋内環境の要件があるため、同様の HVAC システムで対応できます。ここでは、建物の種類と、それらに役立つ典型的な HVAC システムについての非網羅的なガイドを示します。
オフィス
小さな一階建て
シングルゾーン、電気抵抗付き、パッケージDX
再加熱を伴う CAV、ASHP およびパッケージ化された DX を使用
再加熱付き CAV、ASHP および水冷チラー付き
ミディアム、ローからミッドライズ
シングル ゾーン、炉およびパッケージ DX 付き
VAV w/ Radiant、電気抵抗および水冷チラー付き
ガスボイラーと水冷チラーを備えた再加熱付きVAV
VRF を使用した DOAS
大、中、高層
ガスボイラーと水冷チラーを備えた再加熱付きVAV
VAV と FCU
VRF システム
教育
セカンダリー(中学から高校)
VAV ラジアント付き、ガスボイラー付き、空冷式チラー
DOASシステム
小学校(小・平屋)
シングルゾーン、電気抵抗付き、パッケージDX
シングルゾーン、ガスボイラーとパッケージDX
大学(教室と管理)
DOAS w/WSHP、ガスボイラーと冷却塔付き
VAV、再加熱、ASHP、および水冷チラー付き
大学(キャンパス規模)
GSHP システム
病院
ガスボイラーと水冷チラーを備えた再加熱付き CAV
ガスボイラーと水冷チラーを備えた再加熱付きVAV
DOAS w/ FCU、ガスボイラーおよび水冷チラー付き
DOAS 誘導付き、ガスボイラーと水冷チラー付き
外来診療
ガスボイラーと水冷チラーを備えた再加熱付きVAV
VRF を使用した DOAS
ラボ
ガスボイラーと水冷チラーを備えた再加熱付き CAV
ガスボイラーと水冷チラーを備えた再加熱付きVAV
DOAS w/ FCU、ガスボイラーおよび水冷チラー付き
DOAS 誘導付き、ガスボイラーと水冷チラー付き
小売り
小規模から中規模の平屋建て
シングルゾーン、電気抵抗付き、パッケージDX
シングルゾーン、炉と直接拡張
大型、複数階建て
CAV、再加熱あり、ガスボイラーおよびパッケージ DX
ガスボイラーと水冷チラーを備えた再加熱付きVAV
アパート/集合住宅
低層から中層
自然通気口、ASHP および直接拡張機能付き
シングルゾーン、炉と直接拡張
高層ビル
DOAS w/WSHP、ガスボイラーと冷却塔付き
CAV w/Radiant、電気抵抗付き、パッケージ DX
VRF を使用した DOAS
ホテル・宿泊施設
シングルゾーン、電気抵抗、パッケージ化されたDX
DOAS w/ FCU、ガスボイラーおよび空冷チラー付き
VRF を使用した DOAS
住宅 - 記事全文はこちら.
分割システム
シングルゾーン、炉と直接拡張
シングルゾーン、電気抵抗付き、パッケージDX
ダクトレス ミニスプリット システム
自然通気口、ASHP および直接拡張機能付き
ガスボイラーと直接膨張を備えた自然通気
ナチュラルベント、電気ボイラーおよび直接膨張付き
自然通気、電気抵抗と直接膨張
パッケージシステム
シングルゾーン、ガスボイラーとパッケージDX
シングルゾーン、電気ボイラーとパッケージDX
シングル ゾーン、炉およびパッケージ DX 付き
シングルゾーン、電気抵抗付き、パッケージDX
スタジアム、コンベンションセンター、裁判所、舞台芸術その他の集会
ガスまたは電気ボイラーおよび空冷または水冷チラーを備えた再加熱付き VAV
フィットネスセンター(小売ジム)
シングルゾーン、ファーネス付き、直接拡張
空港発券エリアまたはターミナル
ガスまたは電気ボイラーおよび空冷または水冷チラーを備えた再加熱付き VAV
倉庫
物流センター
シングルゾーン、ガスボイラー付、パッケージDX
製造または組立
自然排気、ガスボイラー付き、冷却なし
シングルゾーン、ガスボイラー付、パッケージDX
その他の HVAC システム研究
システムタイプの比較
プロジェクトに対するさまざまな機械システムの影響を確認するには、 システム タイプの比較を生成します。比較レポートを作成するには、プロジェクトのコピーを作成し、[ベースライン エネルギー] ページの [建物システム] タブの [システム タイプ] ドロップダウンから分析用のシステムを選択します。異なるシステムのプロジェクトを並べて比較するために、ユーザーは比較機能を利用できます。
最適化の使用
最適化機能を使用すると、ユーザーは設計内の何百ものシステム タイプの組み合わせを調査して、コストを意識したパフォーマンス主導の決定を可能な限り迅速かつ頻繁に行うことができます。最適化ツールの詳細については、こちらをご覧ください。
例
さまざまな HVAC システムを選択すると、プロジェクトのパフォーマンスに多くの影響があります。プラットフォームを使用して 4 つの異なるシステムを比較した例を次に示します。ここでは、VRF システムに切り替えた後のパフォーマンスの向上を示すことができます。
これは、ジョージア州アトランタにあるPNNL大規模オフィス ビルのプロトタイプを 8 つの異なるシステムと比較した別の調査です。これらの調査はすべて、チームがプロジェクトに最適なオプションを決定するのに役立ちます。
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