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 )

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)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

　　通風といえば… 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「風を通して涼しさを得る」 → 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。森鴎外・夏目漱石旧居(明治村)

　　通風といえば… →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

　　本日の発表内容 ・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

　　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

　　通風環境について ・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 ・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 ・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 ・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

　　室内気流性状について ・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

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

Opening A 袖壁 Opening B 　　室内気流性状(風向0°) 通風量：8,200m3/h (換気回数120回/h) 可視化画像室平均空気齢：38.4秒気流分布と局所換気効率

Opening A Opening B 　　室内気流性状(風向45°) 通風量：7,000m3/h (換気回数100回/h) 可視化画像室平均空気齢：26.5秒気流分布と局所換気効率

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

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

　　移動拡散の状況(風向0°) 通風量：8,200m3/h (換気回数120回/h) 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

　　移動拡散の状況(風向45°) 通風量：7,000m3/h (換気回数100回/h) 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

　　開口部 ・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

　　流量係数とは Q：通過流量[m3/s] A：開口面積[m2] P：圧力[Pa] Cp：風圧係数[-](添字w:外壁面、i:室内) V：基準風速[m/s] ・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 →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。

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

　　引違窓の流量係数 ・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・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

　　日射遮蔽部材の通風性能 簾・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

　　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

N 　　風圧係数(1) 東西北面 -0.5～-0.1程度・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) 日本大学丸田研究室作成

測定模型 　　風圧係数(2) 流れの向き・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

測定模型 　　風圧係数(2’) 流れの向き

開口(2Fホール上) 開口(居間･食堂上) N 　　風圧係数(3) 片流屋根棟換気口位置 -0.0～-0.1程度・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程度日本大学丸田研究室作成

　　外界→気象条件 ・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

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

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

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

　　開口部 ・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

　　通風量の試算(1) ・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・換気回路網計算プログラム‘Ventsim Ver.2.0’を使用して通風量を計算・換気回数20回/h程度・通過風速：0.4m/s程度欄間開口 (高さ0.3m)

　　通風量の試算(2) ・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・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)

　　まとめ

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

　・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　　マクロな流れマクロに見た空気移動の状況

　　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

　　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

　　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

　　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

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 )