建築環境工学・建築設備工学入門 ＜空気調和設備編＞ <換気設備> 自然換気の仕組みと基礎

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1 建築環境工学・建築設備工学入門 ＜空気調和設備編＞ <換気設備> 自然換気の仕組みと基礎
［Last Update 2015/04/30］ 建築環境工学・建築設備工学入門 ＜空気調和設備編＞ <換気設備> 自然換気の仕組みと基礎 自然換気の仕組みと基礎

2 自然換気 風力換気 外部風を利用する 温度差（重力）換気 事務所 空気の浮力を利用する 事務所 アトリウム ホール

3 自然換気（温度差＋風力換気） 中間期の自然換気を促進 春秋分：　９：００ ハイサイド窓開け 緑化外構で効果的な涼房が可能 南面窓開け 3

4 温度差による空気の流れ 空気は温度が高いほど密度が小さく軽い 内外および上下温度差による空気の密度 差から換気の駆動力が生まれる 暖房時
外気 (冷たく重い) 流入 室内空気 (暖かく軽い) 流出 圧力高い 圧力低い 上昇流 P：圧力 [Pa], T：空気温度[℃] 暖房時 4 4

5 自然換気（温度差換気の状況） 空気が室内で滞留する 温度差換気で通風促進される ハイサイド窓閉じ ハイサイド窓開け movie movie
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6 ベルヌーイの定理 断面１，２間で損失がないとした場合、エネルギー保存則から、以下の等式が成り立つ。
断面1 断面2 運動エネルギー 位置エネルギー 断面1 断面2 断面１，２でｖ=0、h=0、抵抗によるエネルギー損失が運動エネルギーに比例し、比例定数をζとすると。

7 1/√ζは流量係数α（開口部形状により決まる）
通風換気量と流量係数 速度に断面積Aを乗じると換気量となる 名　称 形　状 流量係数α 通常の窓 0.65～0.7 ベルマウス 0.97～099 鎧　戸 0.70 0.58 0.42 0.23 小さくなる 空気 大きさは 変わらない 空気 1/√ζは流量係数α（開口部形状により決まる） β 90° 70° 50° 30° 空気 β

8 圧力について 圧 力 ： 単位面積あたりの力の大きさ 単位： 国際単位系（ＳＩ単位） [Pa]
圧　力　：　単位面積あたりの力の大きさ 　単位： 国際単位系（ＳＩ単位）　[Pa] 　　　　　1[Pa] は1[m2]あたり１[N（ニュートン）]の力が 　　　　　　　かかった圧力。よって Pa は N/m2 と表記できる。 　　　　　　　力とは質量と加速度の積、1[N]は1[kg]の物体 　　　　　　　に1[m/s2]の加速度を与える力である。 　　　　　　　重力加速度が 9.8[m/s2]であれば 　　　　　　　1[N]=m[kg]×9.8 このとき m=0.102[kg] 　　　　　　　すなわち、1[N]は0.102[kg]の重さ相当で、1[Pa] 　　　　　　　は1[m2]に0.102[kg]の重さがかかった圧力といえる。

9 総合実効面積（並列） ここに、各実効面積の和を総合実効面積：αＡ[m2]と呼ぶ αとAの積＝実効面積 風量はどこでも等しい。全て=V とおく

10 総合実効面積（直列） 右辺・左辺を全て加算 ここに、各実効面積の和を総合実効面積：αＡ[m2]と呼ぶ

11 P：圧力 [Pa], T：空気温度[℃] , Q：換気量[m3/h] , g：重力加速度[m/s2]
温度差による換気量 総合実効面積：αＡ[m2] は直列結合で求める [m3/h] 圧力高い 圧力低い 中性帯 上部の内外圧力差 上昇流 下部の内外圧力差 上下圧力差 開口部 高さｈ [m] P：圧力 [Pa], T：空気温度[℃] , Q：換気量[m3/h] , g：重力加速度[m/s2] 11 11

12 P：圧力 [Pa], T：空気温度[℃] , Q：換気量[m3/h] , g：重力加速度[m/s2]
温度差による換気量 総合実効面積：αＡ[m2] は直列結合で求める [m3/h] 中性帯 P：圧力 [Pa], T：空気温度[℃] , Q：換気量[m3/h] , g：重力加速度[m/s2] ｈ1 高低差 小 圧力差 大 ｈ2 開口 中性帯が上部へ移動 （下部で大きな空気流入） Qh1 < Qh2 12 12

13 通風換気による空気の流れ A B C D E F 13 13

14 外部風による空気の流れ 建物周辺の気流分布（断面方向） 最も圧力が高くなる ＋ － 通風経路 風向 14 14

15 Q：換気量[m3/h], C：風圧係数, v：風速[m/s] Pw：風圧力[Pa], ρ：空気の密度[kg/m3]
通風による換気量 風圧係数は風圧力と動圧の比例定数 [m3/h] Q：換気量[m3/h], C：風圧係数, v：風速[m/s] Pw：風圧力[Pa], ρ：空気の密度[kg/m3] 風圧係数の例 負圧 v [m/s] 負圧 正圧 風向 圧力差⊿p 総合実効面積：αＡ[m2]は直列結合で求める 15 15

16 発 行 公益社団法人 空気調和・衛生工学会 田中 英紀
発　行 公益社団法人　空気調和・衛生工学会 （SHASE: The Society of Heating, Air Conditioning and Sanitary Engineers of Japan） 田中 英紀