H28年 衛生工学・空気調和 U-1-4問題 模範解答と解説 (劇場の熱負荷)

問題文

収容人数1000人の劇場における客席と舞台に関する熱負荷の特徴を5項目挙げて説明せよ。


 


模範解答

 

特徴@居住密度が高く単位面積あたりの負荷が大きい。

 床面積あたりの居住密度が0.89〜1.54m2/人であり、オフィスビルの約5m2/人と比較して高いため、単位面積あたりの年間熱負荷が451MW/(m2・年)と大きい。

特徴A温度分布が不均一である

 客席は、吹き抜け大空間であり壁面も大きいため、熱容量が大きく、冬期に舞台おろしが発生するなど温度分布が不均一となる。

特徴Bピーク負荷が大きく予冷、予熱に時間がかかる

 設置される装置容量に比べて、蓄熱負荷が大きく、舞台部の外壁面が大ききことから、ピーク負荷が大きく、予冷、予熱に時間がかかる。

特徴C人体による負荷が大きく潜熱の比率が高い

 人体からの発生熱量が大きいため、潜熱負荷の比率が高く、顕熱比が小さくなり、除湿コントロールが必要となる。

特徴D外気負荷の割合が大きい。

建物が無窓建築である場合が多いため、オフィスビルと比較して構造体からの負荷が少なく、外気負荷の割合が大きい。

 


解説

 収容人数1000人の劇場ですからその客席と舞台の大きさや構造はある程度イメージできます。劇場は無窓建築であることを考慮します。そして、客席は熱負荷が人体によるものであり、顕熱だけでなく潜熱を伴うこと発熱源が床付近に集中することが特徴です。一方、舞台は鉛直方向に長い区間であり壁面からのドラフトを考慮する必要があります。空間ごとの特徴に応じて解答をしなければならない難易度の高い問題と言えます。

H28年 衛生工学・空気調和 U-2-1問題 模範解答と解説 (特別養護施設の設計)

問題文

 延床面積約10,000 m2の特別養護老人ホームをユニットケア型にリニューアルする計画の中で,空気調和設備では省エネルギー化と建設費削減を中心とした計画が求められた。当該施設はデイサービスを併設し,地上5階,地下1階である。また,建物には下水道,電力,都市ガスが供給されている。現状のシステムはガス焚き冷温水発生機,給湯ボイラ,フアンコイルユニット,換気扇の構成であり,冷温水(2管式),冷却水,空調排水,給湯の各配管は使用可能である。また,入居者等が居ながら行う改修上事は考慮しなくて良い。このような状況において,以下の問いに答えよ。

※「ユニットケア」とは,入居者のプライバシーが守られる「個室」と,他の入居者や介護スタッフと交流するための居間(リビングスペース)で構成され,入居者10人程度をひとつの「ユニット」として入居者の個性や生活リズムを尊重した暮らしをサポートするケア手法である。

(1)入居者(利用者),ケアスタッフ,施設管理者のそれぞれの立場に対し,空気調和設備を計画する上で留意すべき事項を説明せよ。

(2)この計画において,熱源システムと入居階系統の空調システムを1例提案し,その省エネルギー手法を3項目,システム上の建設費削減手法を2項目挙げて説明せよ。

 ただし,補助金等の行政施策は除くものとする。

(3)この空気調和設備のリニューアルを計画立案と実施において,業務を進める手順を簡潔に説明せよ。

 


模範解答

(1)   空気調和設備の計画において留意する事項

a.           入居者 個別に温度設定を可能とするため、各室に温度コントローラを設置

b.           ケアスタッフ 24時間空調が必要であるため、個別空調とする。

c.           施設管理者 遠隔で空調機の運転管理を可能とするため、BEMSを導入する。

(2)   熱源システムと入居系統の空調機システムの提案

a.省エネルギー項目

@          CO2換気制御により外気導入量を制御して空調負荷を低減

A          コージェネの廃熱を利用して空調、給湯へ利用

B          フリークーリングにより中間期は冷却塔で冷房する。

b.建設費削減手法

@コージェネからの廃熱を空調および給湯に利用することで、空調熱源機、ボイラ設備の建設費を削減する。

A在室人数情報をセキュリティとCO2制御に利用することで、BEMSとセキュリティ機能を統合することで建設費を削減する。

(3)   リニューアル計画立案と実施における業務を進める手順

@          廃熱、外気を有効利用するため電力、空調、給湯負荷の日負荷および外気条件を調査。

A          発電機設置に必要なスペースおよび耐荷重を調査してレイアウトを決定

B          工期短縮のため配管のユニット化、既存配管の流用を検討する。

 


解説

 延床面積約10,000 m2とある程度規模の大きい特別養護老人ホームの設計ケーススタディーです。空気調和設備の条件として、省エネルギー化と建設費削減といった目標や既存の設備の前提条件が与えられており、こうした趣旨に沿った設計が求められます。

 システムの選定が第一の課題となりますが、特別養護老人ホームと言う用途から考えて熱負荷がそれほど大きくないかつ、冬季の冷房負荷が発生しにくいことから、既設の二管式設備を踏襲した夏冬で冷温水を切り替えるシステムが無難かと考えられます。

 奇抜な設計で高得点を狙うためにオフィスビルのイメージでダブルバンドル冷凍機などを提案する方もいらっしゃいますが、この問題ではあまり得策とは言えません。その様な無理することなく普遍的な設計でバランスよい空調設備を提案することが肝要と考えます。

H28年 衛生工学・空気調和 V-1問題 模範解答と解説 (BPC対策)

問題文

 企業,官庁,公共施設などでは,地震などによる大規模災害が生じた場合に建物の継続的使用を図るためにBCP(Business Continuity Planning ; 事業継続計画)が策定される。ある新築建物であなたはBCPへの対応を考慮した計画を策定することになった。

 そのことを踏まえて以下の問いに答えよ。なお,地震時においては,建物自体は大きな被害を免れ,継続的に使用できる状態を想定する。

(1)BCPの目的,策定時に考慮すべき事項をそれぞれ3つ述べよ。

(2)BCP策定後,それを実効性のあるものにしていかなければ,実際に運用する事態に際して機能しないことが考えられる。そこで災害時のBCP運用で問題になると思われるリスクとその対応策について述べよ。

(3)データセンター,病院など対象とする建物の種類や用途を自由に設定し,BCP策定上の特徴を述べよ。また,空気調和設備で考慮すべきこととその対策を具体的に述べよ。

 


模範解答

 (1)        BCPの目的と策定時に考慮すべきこと

a.目的@自然災害への対応

 地震や集中豪雨による水害などの自然災害の際にも、安全に継続した業務を行えるよう耐震強度を高める。

目的A電力会社の不具合など外的なリスクへの対応

 電力会社の不具合による突然の停電、原子力事故、テロ、サイバー攻撃に備えるよう電力の2重化を行う。

目的B製品のリコールなど内的なリスクへの対応

 製品のリコールや異物混入など、自社を原因とする内的なリスクに対する対応が必要となる。

b.考慮すべき事項

@          室内環境の維持

食品工場など空気の清浄度が必要な場合は、クロスコンタミネーションの防止のため室圧制御が必要となる。換気設備の電源確保が必要となる。

A          コージェネ設備による電気と空調の同時供給

コージェネレーションシステムの採用により発電し、廃熱により空調することで、電気と空調を同時に供給し、ガスを燃料とすることでエネルギーリスクを分散する。

B          BEMSと防災システムの統合による迅速な対応

BEMSと防災システムを統合することで、遠隔から機器の運転操作を可能として、省エネと汚染物質の緊急排気などを実現する。

(2)          BCP運用におけるリスクと対策

リスク@市水の供給停止

 空調の冷却水に必要な市水の供給が途絶え、空調できないケースがある。

対策@地下水槽の設置

 建設時に杭施工と同時に地下水槽を設けて、災害時に利用する。ポンプについては防災電源とする必要がある。

リスクA補機電源不足による発電機の不稼動

 頻繁に停電となり、補機電源が確保できず、発電機が安定稼動せず、発電と廃熱を利用した空調ができないことがある。

対策A太陽光発電と蓄電設備の採用

 再生可能エネルギーである太陽光を利用して発電し、蓄電することで緊急時は発電機の稼動に必要な補機電源に利用する。

リスクB換気量不足による室内空気環境の悪化

 換気設備の故障や電源供給不足により、換気量が不足して、冬期においてはインフルエンザの流行を招くことがある。

対策B換気設備の防災電源化と自然換気の併用

 換気設備は防災電源として運用する。合わせて、自然換気を取り入れるようにして、省エネの観点からもエコボイドや夏期の空気の重力差を利用した自然換気となるダブルスキンの採用を検討する。

(3)          大型ショッピングセンターのBCP対策について述べる。

 特徴@社会インフラの一部であり重要施設となる。

 ショッピングセンター地域生活に不可欠なインフラであるため多くの人が利用する。食品売場への優先した電力、空調の供給が必要である。

 特徴Aインフルエンザ対策の指標となる。

 不特定多数の人が利用することからインフルエンザ発生時の対応検討の拠り所となる。自然換気の利用や保健所との連係が必要となる。

 考慮すべきこととその対策

 電力制限に対応して長期的に省電力にて空調を行うことが必要となる。再生可能エネルギーを利用した潜熱顕熱分離空調とする。地中熱(地下水)(15〜20℃)と太陽熱(55℃〜80℃)を熱源として、デシカント空調を採用する。冷房の低負荷時は地下水にて、外気を予冷、デシカントで除湿しエアハンで空調する。暖房時は、太陽熱にて外気の予熱しエアハンで空調する。高負荷時は、水冷チラーにて冷房時は地下水をカスケード利用し、暖房時は地下水を蒸発器に投入し、凝縮器にて温水を高効率に得ることで空調する。

 


解説

 BCPの目的と策定時に考慮すべきこと、などと言うと回答をの趣旨が分かりにくく感じる方もいらっしゃいますが、この意味は「この施設でBCPの品質を高めるには何をすべきか」という質問と同じ意味です。このため回答は「室内環境の維持する」、「コージェネ設備による電気と空調の同時供給」、「BEMSと防災システムの統合による迅速な対応」といずれも動詞形(または体言止め)となっています。

 (2)のBCP運用におけるリスクとは、頻度が小さくて被害の大きい障害事象を取り上げる必要があります。コストがかさむとか見積もり段階ですぐ分かる事はリスクには相当しません。

 (3)BCP対策はこうした施設のリスクを乗り越えてどのように運用していくか、と言うマネージャーとしての力量を問い掛けるものです。専門技術はもとより、周辺の専門外の技術(技術者)も取り込んで全体として完成していく取りまとめ力が試されています。

 当研究所の講座では、こうした技術マネージャーとしての取り組みが求められる問題に対して、各受講者様の業務に応じたベストの対応法を技術者コンピテンシーの視点から指導しています。