1 通風の簡易設計手法構築に向けて ( 通風性状に関する新しい知見と 通風計画に関する提案 ) 独立行政法人 建築研究所 環境研究グループ 研究員 西澤 繁毅.

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1 1 通風の簡易設計手法構築に向けて ( 通風性状に関する新しい知見と 通風計画に関する提案 ) 独立行政法人 建築研究所 環境研究グループ 研究員 西澤 繁毅

2 2 「風を通して涼しさを得 る」 通風といえば … 森鴎外・夏目漱石旧居 ( 明治村 ) 通風：外部風を室内に導入し、室温・ 体感温度を低下させる環境調整手 法 → 自然エネルギーの有効利 用 → 冷房負荷・換気動力の削 減 → 有効性は経験的に広く認 められている。

3 3 → 定量的には未解明な部分が多く、効果が不明瞭な まま計画・設計されているのが実状。 → 外部風の風向風速の大きな変化により、通風環境 を定量的に把握することが難しい現状 通風といえば … → 通風利用を促すためにも、定量的な評価に基づく 通風設計手法の確立が必要

4 4 ・通風環境の概略 ・スケール毎のトピック ①室内気流性状 ②開口部の流量係数の性状 ③風圧係数 ④外気条件 ⑤開口配置計画 ・通風環境の簡易評価・設計手法の展望 本日の発表内容

5 5 通風環境について ・スケールに応じて通風環境の特徴を定量的に把握 →4 つのレベル毎に代表する要素で定量的に検討

6 6 ・室内の通風の経路 ( 通風輪道 ) ・速度分布は、在室 者の快適性、室温の低下に直接的な影響を与える 通風環境について

7 7 ・開口配置計画 → 通風経路を確保 ・流量係数 → 開口部の抵抗を評価 通風環境について

8 8 ・周辺の状況 ( 敷地条件 ) は、通風の駆動力となる風 圧に大きな影響を与える 通風環境について

9 9 ・その地域の気候条件＝風速風向、外気温湿度、日 射量等は、通風に有利か否か 通風環境について

10 10 ・室内の通風の経路 ( 通風輪道 ) ・速度分布は、在室 者の快適性、室温の低下に直接的な影響を与える 室内気流性状について

11 11 通風実験用風洞概略 View point 実大建物モデル (W=D=5.6m, H=3m) 吹出口 ターンテーブ ル

12 12 室内気流性状 ( 風向 0°) 可視化画像 気流分布と局所換気効率 Opening B Opening A 通風量： 8,200m 3 /h ( 換気回数 120 回 /h) 室平均空気齢： 38.4 秒 袖壁

13 13 室内気流性状 ( 風向 45°) 可視化画像 気流分布と局所換気効率 Opening B Opening A 通風量： 7,000m 3 /h ( 換気回数 100 回 /h) 室平均空気齢： 26.5 秒

14 14 室内気流性状 ( 風向 0°) 局所空気交換効率分布濃度減衰 室平均濃度減衰 室平均空気齢： 38.4 秒

15 15 室内気流性状 ( 風向 45°) 局所空気交換効率分布濃度減衰 室平均濃度減衰 室平均空気齢： 26.5 秒

16 16 移動拡散の状況 ( 風向 0°) 流入空気が移動する状況 (CFD 解析による濃度減衰計算から ) 気流分布と局所換気効率 通風量： 8,200m 3 /h ( 換気回数 120 回 /h)

17 17 移動拡散の状況 ( 風向 45°) 流入空気が移動する状況 (CFD 解析による濃度減衰計算から ) 気流分布と局所換気効率 通風量： 7,000m 3 /h ( 換気回数 100 回 /h)

18 18 ・開口配置計画 → 通風経路を確保 ・流量係数 → 開口部の抵抗を評価 開口部

19 19 流量係数とは ・流量係数：開口部を通過する風の通りやすさを示す係数 実開口面積のうちの通風に有効な面積の比 Q ：通過流量 [m 3 /s] A ：開口面積 [m 2 ] P ：圧力 [Pa] C p ：風圧係数 [-]( 添字 w: 外壁面、 i: 室内 ) V ：基準風速 [m/s] → 通常、開口部の流量係数は α=0.6 程度の一定値として扱われている。 → 実際は一定値ではない → 通風量算定に大きな誤差を生む要因の一 つ → 流入出角度による影響が大きいことが判ってきている。

20 20 矩形開口の流量係数 ・矩形開口 ( 幅 860mm× 高さ 1,740mm, 壁厚さ 100mm) の流量係数 ← 流入側流出側 → 開口面に並行になる に従って小さくなる 流出側のばらつきが 大きい 通常の流量係数は 約 0.6 で一定値扱い 開口面に 垂直に流入 開口面に 垂直に流出

21 21 引違窓の流量係数 ・引違窓 ( 幅 1,690mm × 高さ 1,170mm) の流量係数 通常の流量係数は 約 0.6 で一定値扱い ・流入側で左右非対称な分布 → 窓サッシの形状の非対称性に由来

22 22 日射遮蔽部材の通風性能 ・開口部付属物設置時の 通風性能＋日射遮蔽性能の 把握 レースカーテン 簾

23 23 ・周辺の状況 ( 敷地条件 ) は、通風の駆動力となる風 圧に大きな影響を与える 建物周辺 → 風圧係数

24 24 風圧係数 (1) ・独立状態での風圧係数 → 正面と側面・裏面の風圧係数差 0.6 ～ 1.0 以上 南面 ( 正面 ) 0.5 ～ 0.8( 壁中央 ) 東西北面 -0.5 ～ -0.1 程度 N 日本大学 丸田研究室 作成

25 25 風圧係数 (2) ・稠密な住宅地内 での戸建住宅の風圧 係数 →0.1 ～ 0.2 でほぼ均一 → 風圧係数差がない測定模型 風向は南だが、下流側にあた る北面で風圧が高い (0.2 程度 ) 日本大学 丸田研究室 作成 流れの向き

26 26 風圧係数 (2 ’ )測定模型流れの向き

27 27 風圧係数 (3) ・屋根面を変更 → 棟換気口付片流れ屋根 → 風圧係数差： 0.1 ～ 0.2 を確保 南面 ( 正面 ) 0.1 程度 片流屋根棟換気口位置 -0.0 ～ -0.1 程度 開口 (2F ホール上 ) N 開口 ( 居間･食堂上 ) 日本大学 丸田研究室 作成

28 28 ・その地域の気候条件＝風速風向、外気温湿度、日 射量等は、通風に有利か否か 外界 → 気象条件

29 29 18 ～ 28 ℃の風向出現頻度 ①通風条件の風向出現頻度と平均風速 つくば東京 日中： 7 時～ 20 時 夜間： 21 時～ 6 時

30 30 気象条件 ②冷房度日の削減と卓越風向 かけて積算コンター図 最頻風向とその平均値 → ベクトル 図

31 31 冷房負荷削減ポテンシャル ①通風条件の風向出現頻度と平均風速 つくば東京 日中： 7 時～ 20 時 夜間： 21 時～ 6 時

32 32 ・開口配置計画 → 通風経路を確保 ・流量係数 → 開口部の抵抗を評価 開口部

33 33 通風量の試算 (1) ・換気回路網計算プログラム ‘Ventsim Ver.2.0’ を使用し て通風量を計算 欄間開口 ( 高さ 0.3m) ・欄間開口を利用 した夜間の通風想定 → 外壁開口と室間開口 上部の欄間開口を開 ・換気回数 20 回 /h 程度 ・通過風速： 0.4m/s 程度

34 34 通風量の試算 (2) ・外壁の欄間開口開放、室間の欄間開口を閉鎖 欄間開口 ( 高さ 0.3m) ・室間を閉じると … → 換気回数： 20 回 /h→5 回 /h 程度に減少 → 通過風速： 0.4m/s→0.1m/s 程度 に減少

35 35 まとめ

36 36

37 37 気象条件 ①通風条件の頻度と卓越風向 18 ℃～ 28 ℃の時間数をカウント コンター図 最頻風向とその平均風速 → ベクトル 図 3 ～ 4 割の時間帯で 通風が可能

38 38 マクロな流れ マクロに見た空気移動の状況 ・通風量の 8 割が空 間の半分を通り過ぎ る → 残り半分の空間には 2 割しか流入しない ・通風量の 5 割強が 空間の半分を通り過 ぎる → 残り半分の空間に、 5 割弱が配分される

39 39 ①外界 → 気象条件 ・気象データ ( 拡張アメダスデータ ) から、その地域 の特性を検討する

40 40 ②建物周辺 → 風圧係数 ・周辺の状況 ( 敷地条件 ) は、通風の駆動力となる風 圧に大きな影響を与える

41 41 ③開口部 ・開口配置計画 → 通風経路を確保 ・流量係数 → 実験による詳細な検討

42 42 ④室内 → 気流性状 ・室内の通風の経路 ( 通風輪道 ) ・速度分布は、在室 者の快適性、室温の低下に直接的な影響を与える