ディープエネルギー改修

ディープエネルギー レトロフィット(DER と略される) は、既存の建物におけるエネルギー節約プロジェクトであり、建物の全体的なパフォーマンスの向上につながります。ディープ エネルギー レトロフィットの正確な定義はありませんが、既存の技術、材料、建設手法を使用して、現場でのエネルギー使用量を 50% 以上削減することを目的とした建物全体の分析と建設プロセスとして特徴付けることができます。^{[1] [2]}削減量は、公共料金のデータを使用して、ベースラインのエネルギー使用量に対して計算されます。このようなレトロフィットは、従来のエネルギー レトロフィットとは異なり、エネルギー コストの節約以外にも、さまざまなメリット (エネルギーと非エネルギー) をもたらします。^[2]また、エネルギー、室内空気質、耐久性、温熱快適性の調和を実現するために、建物を改造することもあります。^{[1] [2] [3]}ディープ エネルギー レトロフィット プロジェクトには、統合プロジェクト デリバリー方式が推奨されます。^[4]ディープ エネルギー レトロフィット プロジェクトにおける時間経過アプローチは、プロジェクトを一度に実行する場合の多額の初期費用の問題を解決します。^[4]

ディープエネルギーレトロフィットは、従来のエネルギーレトロフィットよりもはるかに大きなエネルギー節約を実現する建物全体の分析と建設プロセスです。ディープエネルギーレトロフィットは、住宅と非住宅（「商業」）の両方の建物に適用できます。ディープエネルギーレトロフィットは通常、数年にわたって30％以上のエネルギー節約をもたらし、建物の価値を大幅に向上させる可能性があります。^[5]

2015年、建物における最終エネルギー消費の82%は化石燃料_によって^{供給されました。[6]}エネルギー関連のCO2排出量は、建物による環境への影響を占めています。^[7]国際エネルギー機関（IEA）が世界建築・建設同盟（GABC）のために作成した2017年世界状況報告書は、世界のエネルギー消費と関連する排出量における建築・建設部門の重要性を再び強調しています。^{[6]ディープエネルギー改修は、}パリ協定で定められた地球規模の気候目標の達成に役立ちます。^[7]

従来のエネルギー改修は、個別のシステム（照明や（HVAC）暖房、換気、空調設備など）のアップグレードに重点を置いています。これらの改修は一般的にシンプルで迅速かつ比較的安価ですが、ディープエネルギー改修は高価ではありますが、システムを置き換えてよりエネルギー効率の高いものにします。^[8]

ディープエネルギー改修には、従来の改修（住宅の耐候性化や一般的な住宅性能の向上）で採用されている従来のアプローチと比較して、システム思考アプローチが必要です。^[1]システム思考は、建物内の異なる独立したコンポーネント間の相互作用を評価します。たとえば、ENERGY STARによる住宅性能は、住宅のエネルギー効率、快適性、安全性を向上させる包括的な家全体のアプローチを提供し、エネルギーコストを最大20％削減するのに役立ちます。^[9]建物に対して講じられる効率化対策に加えて、ディープエネルギー改修には、居住者がエネルギー節約に積極的に取り組むことが必要です。^[1]このアプローチでは通常、住宅内のすべてのエネルギー使用と居住者の活動が考慮されます。

徹底的なエネルギー改修は、建物全体のアプローチを採用し、一度に多くのシステムに対処することで、より高いエネルギー効率を実現します。^[10]一般的に、全体的な効率性が低い建物や、複数のシステムの耐用年数が近づいている建物、その他の理由がある場合には、このアプローチを採用する方が経済的で便利です。^[11]

大規模エネルギー改修プロジェクトの全体的な成功は、プロジェクトのすべての段階に居住者が参加できるかどうかにかかっています。段階には、プロジェクトの募集、プロジェクトの計画、使用が含まれます。居住者の行動を考慮すると、プロジェクトは技術仕様と同じくらい建物所有者のニーズと要望に焦点を当てる必要があります。これにより、実際のパフォーマンス、費用対効果、設計から実際の実装に進む意欲、居住者の満足度がわかります。^[4]また、サーモスタットの設定値、機器の使用状況などの実際の運用情報を含めると、特定の構造に対する建物シミュレーションモデルの精度が向上することが示されています。^[12]

ヨーロッパでは、改修のための資金調達として、都市部における持続可能な投資のための共同欧州支援イニシアチブや欧州地域エネルギー支援（ELENA）プロジェクトなど、資金や支援を提供する独自の欧州連合銀行イニシアチブがあります。^{[13] [14]}

経時的改修とは、規定の期間内に一定の間隔を置いて段階的に計画される改修プロジェクトの実施である。このようなアプローチは、通常、大規模な初期費用の負担を軽減するために、一括アプローチよりも大規模なエネルギー改修に求められる。したがって、経時的改修は、資本制約がある場合に、より実行可能なオプションとなり得る。英国の研究では、経時的に実施される改修により、一括DERで達成されるものと同等の住宅性能レベルを達成できることが実証されており^{[4] [15] [16]}、米国でも一部のプロジェクトが成功している。^[17]経時的改修の長所と短所は次のように比較される。^[4]

例えば、時間外改修プロジェクトでは居住者のニーズを満たすことはできるかもしれませんが、技術的には最適とは言えない可能性があることに注意することが重要です。また、コストが高くなる可能性もあります。時間外プロジェクトを効率的に実行するためのツールが不足しています。^[4]

詳細な計画は最初から徹底する必要があります。将来の段階で必要となる変更に対処するために、各実装段階で入居後の評価を含めることをお勧めします。住宅のパフォーマンスは、ユーティリティ請求書またはフィードバックデバイスを使用して各段階で追跡する必要があります。これは、エネルギー消費の設定目標を達成するのに役立ちます。主要な暖房、換気、空調（HVAC）および技術投資を行う前に、建物のエンベロープとパッシブデザイン要素を実装することを念頭に置く必要があります。これにより、暖房、換気、空調（HVAC）設計の負荷パラメータが削減されます。技術投資は、イノベーションの優位性を得るために後で行う必要があります。長期にわたる改修は、これらの戦略によって成功することができます。^[4]

大規模エネルギー改修プロジェクトには、事前計画、プロジェクト計画、建設、テストアウトというさまざまな段階があります。設計と建設のプロセスでは、一連のプロジェクトのニーズ、機会、目標、目的を定義する必要があります。これにより、プロジェクト全体が決まります。Walker らは、住宅の大規模エネルギー改修プロジェクトで柔軟に従うことができる設計と建設のプロセス ガイダンスを提供しています。^[4]

CluettとAmann（2014）は、米国で住宅建築物に対して最も一般的に実施されている効率化対策を発見しました。それらは大まかに次のようにリストされています。^[3]

• 断熱材の改善。通常は基礎壁/スラブ、地上壁、床、屋根、および断熱外皮を構成する屋根裏の表面に対するもの。
• 特に断熱シェルの改善と組み合わせないと対処が難しい領域での気密性に注意を払う

• 直接屋外に排気するか、電気のみを使用する非大気排気燃焼ユニットにアップグレードする
• 改修された建物の暖房および冷房負荷需要に適したサイズのユニットにアップグレードする
• ダクト、水道管、廃水熱回収の変更を含む、暖房、冷房、および/または温水用の既存の配管システムの改善または交換

さまざまな要素に対するディープエネルギー改修の仕様は、気候帯によって異なります。

商業ビルの大幅なエネルギー改修を完了するには、ASHRAEの定義によるレベルIIIのエネルギー監査が必要です。投資グレード監査とも呼ばれるこのタイプのエネルギー監査は、効率化戦略とそのライフサイクルコストの相互作用の分析を特徴としています。 ^[18]対策の選択と実施後、国際性能測定検証プロトコルを使用してエネルギー節約が検証されます。^[19]

徹底的なエネルギー改修では、組織のプロフォーマやその他の財務上の意思決定メカニズムと統合するエネルギー モデリング ツールを活用します。過去数年間に、改修を迅速化し、現場での効率を最大化するための監査および改修ツールが数多く登場し、スマートフォンテクノロジーによって改修プロセスが簡素化されました。

大規模なエネルギー改修を実施した建物は、通常、LEEDなどのグリーン ビルディングの評価に適しています。

大規模なエネルギー改修が成功した場合、オーナー、テナント、その他さまざまな利害関係者にどのような利益がもたらされるかを決定し、定量化する研究が数多く行われてきました。^{[2] [3] [4]}ロッキーマウンテン研究所による次の表は、大規模なエネルギー改修プロジェクトで実施された効率化対策と建物の性能改善との関係を示しており、したがって、このようなプロジェクトの実施によって生み出される定量化可能な価値と定量化不可能な価値を示しています。^[2]

改修による気候変動緩和の目的を達成するには、パラダイムシフトが必要です。このシフトは、技術の導入だけでなく、行動の変化を広める必要性が高まっていることによって支えられています。フレームワークは、プロジェクト中心の見通しから、社会の認識と関心を含む大規模な実行の理解へと移行する必要があります。したがって、都市を新しい技術を浸透させる活動的な場所とする考え方をサポートする大規模な改修プログラムを策定する必要があります。^[7]

「建物も気候変動の影響を特に受ける。暴風雨、洪水、浸水、一部の建築材料の耐久性の低下、構造物の損傷や倒壊のリスクの増加（激しい暴風雨など）により、建物の寿命が短くなる可能性があると同時に、室内環境の悪化など健康関連のリスクも高まる可能性がある。」（GABCグローバルロードマップ）^[20]

地球温暖化問題に対処するため、2015年のパリ協定で加盟国は産業革命前の水準と比べて気温を2℃​​未満に維持することを約束しました。2017年の世界情勢報告書は、気候緩和目標の達成において、他の解決策の中でも特に大幅なエネルギー改修の重要性と可能性を強調しています。大幅なエネルギー改修は、建物のカーボンフットプリントを削減するための解決策の1つです。報告書によると、建物と建設業界を合わせると、世界の最終エネルギー使用量の36％、エネルギー関連のCO2排出量の39％を占めています_。報告書は、パリ協定の目標を達成するために、2030年までに建築分野のエネルギー使用強度（すなわち、1平方メートルあたりのエネルギー使用量）を2015年のレベルから30％改善することを求めています。建物のエネルギー性能改善に関する政策を定める国はますます増えていますが、特に発展途上国における建築分野の急成長が、それらの改善を相殺しています。報告書によれば、建物外皮対策を含む効率改善により、2060年までに累積エネルギー相殺が約2400EJとなり、これは過去20年間に世界の建築部門で消費された最終エネルギーの総量を上回るという。^[6]

報告書は、既存の世界的建物の徹底的なエネルギー改修を積極的に拡大することが、今後の重要なステップの1つであると主張している。報告書は、建築部門の持続可能性に関する世界建築同盟（GABC）のグローバルロードマップに言及している。^[6] GABCグローバルロードマップは、世紀末よりかなり前に、エネルギー効率が高く、温室効果ガス排出ゼロで、耐久性のある建物に向けて「既存の建物の性能改善を加速」することを目的としており、世界的に以下のステップを踏む。

• 省エネを含む改修工事が大幅に増加。
• 長期基準に沿って、各業務のエネルギー効率レベルを向上させる。^[20]

2050年までに米国のエネルギー消費量と二酸化炭素排出量が50%減少するという分析では、既存の建物の半分以上に包括的なエネルギー効率改善策が必要になるとされている。^[21]

米国における改修に関する政策枠組みは、州および地方レベルで実施されています。これらの取り組みは、国によってサポートされています。基本的なエネルギー監査や金銭的払い戻しの提供から、家全体の最適化を目指す包括的なプログラムまで、そのようなプログラムは数百あります。

カリーヌらは、最高のプログラムに最も多く含まれる要素を次のように要約している。^[21]

• 消費者向けの改修コンサルティング。
• この業界の需要と供給を高めるためのマーケティング。
• 改修工事業者の研修、認定。
• リベート、前払い割引の提供。
• 研究開発への投資。
• 建物の効率性ラベル。

エネルギースタープログラムによる住宅性能は、米国エネルギー省の支援を受けて、米国の多くの団体によって運営されています。このプロジェクトでは、改修された住宅1軒あたりの平均費用は3,500ドルで、住宅所有者へのインセンティブ、請負業者へのインセンティブ、管理費にそれぞれ57%、14%、29%が配分されると報告されています。^[21]

商業分野では、米国環境保護庁によるエネルギースタープログラムは、建物の二酸化炭素排出量の削減を目指しています。この取り組みによると、所有者は建物を1～100のスケールでベンチマークします。75以上のスコアを獲得した建物には「エネルギースター」の称号が与えられ、それ以外の建物にはパフォーマンス向上のためのアップグレード戦略に従うことが推奨されます。2016年時点で、米国の商業ビルの床面積の約半分に相当する約50万の物件がベンチマークされており、その時点で合計29,500の建物が「エネルギースター」の評価を受けています。^[21]

改修産業の道のりにおける主な障害としては、次のようなものがある。^[21]

• 初期投資額が高い。
• 改修の複雑さ。
• 改修に関する認識の欠如。
• 手頃な資金の不足。

エンパイアステートビルは、 2013年に完了した大規模なエネルギー改修プロセスを経ている。ジョンソンコントロールズ、ロッキーマウンテン研究所、クリントン気候イニシアチブ、ジョーンズラングラサールの代表者で構成されるプロジェクトチームは、年間エネルギー使用量を38％削減し、440万ドルを削減することになる。^[22]たとえば、6,500枚の窓は、熱を遮断しながら光を通すスーパーウィンドウに現場で再製造された。暑い日のエアコンの運転コストが削減され、これによりプロジェクトの資本コストが即座に1,700万ドル節約され、他の改修費用の一部に充てられた。^{[23] 2011年9月に}LEED（エネルギーと環境デザインにおけるリーダーシップ）のゴールド評価を受けたエンパイアステートビルは、米国で最も高いLEED認定ビルである。^[24]

インディアナポリス市郡庁舎は2011 年に大規模なエネルギー改修プロセスを実施し、年間 46% のエネルギー削減と年間 75 万ドルのエネルギー節約を達成しました。

プロジェクトが完了すると、インディアナポリス・マリオン郡建築局、インディアナポリス持続可能性局、ロッキーマウンテン研究所、パフォーマンス サービスの代表者で構成されるプロジェクト チームは、年間 46% のエネルギー削減と年間 75 万ドルのエネルギー節約を達成することになります。

ロックフェラー財団によるビジネスケーススタディでは、米国の改修市場の潜在的可能性を見積もっています。投資機会は2,790億ドルと予測されています。住宅部門、それに続く商業部門と公共部門が、ビジネスに最も大きな影響を及ぼします。改修の取り組みを拡大することで、米国で直接的および間接的に累計33億年の雇用を創出できます。^[25]

コスト効率は、年間のエネルギーコストの節約が年間ローンコストと同等かそれ以上のときに達成できます。その完璧なバランスは、月々の純コストが中立であると呼ばれます。コスト効率は、大規模なエネルギー改修プロジェクトに関する意思決定の重要な要因になる可能性があります。^[4]

Less et al. (2015) による研究では次のことが判明しました: ^[4]

• 最も費用対効果が高かったプロジェクトは、設備の効率が低く断熱材もほとんどない劣悪な条件の建物でした。このような建物では、大幅な改修は行われませんでした。
• 最も費用対効果の低いプロジェクトは、改修前の光熱費が低かったプロジェクトです。しかし、これらのプロジェクトは積極的な改修計画を持っていました。費用対効果がプロジェクトの目標ではない可能性があるため、このようなプロジェクトは失敗とは言えません。

Less et al. (2015) は、平均すると米国の大規模エネルギー改修は月単位でキャッシュフローが中立であることを発見しました。しかし、ばらつきは大きく、一部のプロジェクトでは月間純コストが大幅に削減され、他のプロジェクトでは純コストが大幅に増加しました。したがって、費用対効果に疑問があることが、大規模エネルギー改修の普及の障壁となっていると考えられています。^[4]

家庭のエネルギー節約を評価するためのモデリングツールは数多くありますが、その予測精度（実際のエネルギー使用量の測定値と比較して）が不正確であるため、その有用性は限られています。^[26] Cluettらは、パイロットプログラムでは実際のエネルギー節約を監視してプロジェクトの影響を評価し、推定ツールの調整に役立てる必要があると指摘しています。^[3]

• ロッキーマウンテン研究所
• 効率的なエネルギー利用
• 4重ガラス
• エネルギーと環境デザインにおけるリーダーシップ
• 持続可能な改修
• ゼロエネルギービル
• ゼロ暖房ビル
• 北西エネルギー効率同盟
• 米国エネルギー省
• エネルギー節約パフォーマンス契約