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...

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 )

独独独独独独独独独独独独独独独独独独独　独独独

独独　独独

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

→独独独独独独独独独独独独独独独独独独独

3

→ 独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独

→ 独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独

　　通風といえば…

快適性(体感温度)室温(排熱)

省エネルギー性

通風の効果は？季節、時間、地域、周辺の状況に応じて大きく風向風速が変化する風

快適性(体感温度)室温(排熱)

省エネルギー性

通風の効果は？季節、時間、地域、周辺の状況に応じて大きく風向風速が変化する風

→ 独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独独

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

④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓

開口配置・面積流量係数

④

日射遮蔽、採光、断熱遮熱、…

④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓


④

日射遮蔽、採光、断熱遮熱、…日射遮蔽、採光、断熱遮熱、…

　　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

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓



④室内↓

気流性状 ④

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓



④室内↓

気流性状

④室内↓

気流性状 ④

・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


7

④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

④

日射遮蔽、採光、断熱遮熱、…③開口部

↓開口配置・面積

流量係数

④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

④

日射遮蔽、採光、断熱遮熱、…日射遮蔽、採光、断熱遮熱、…③開口部


流量係数

③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


8

④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

③開口部↓


④


②建物周辺②建物周辺↓↓

風圧係数風圧係数

④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

③開口部↓


④






・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


9

④室内↓

気流性状

①

② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓


④


①外界↓

気象条件

④室内↓

気流性状

①

② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓


④


①外界↓

気象条件

①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


10

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓



④室内↓

気流性状 ④

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓



④室内↓

気流性状

④室内↓

気流性状 ④

・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

　　通風実験用風洞概略

Fig. 1. Section and plan of BRI’s cross ventilation laboratory wind tunnel

Fig. 1. Section and plan of BRI’s cross ventilation laboratory wind tunnel

View point

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

a

0.61

1.21d

0.62

1.241.65

1.071.16

1.112.26

1.11 0.78

1.06 0.81

0.38

0.44

0.37

0.63

c

b

e

fg

Opening B 0.81=n/<>=

Opening A

　　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： 8,200m3/

h( 換気回数 120 回 /

h)

室平均空気齢： 38.4秒

袖壁

13

a

0.971.11

d1.47

1.17

1.15

1.45

1.15

2.00 3.16

2.783.27

1.42

1.37

1.17

1.28

1.05

1.06 c

b

e

f

g

0.95

Opening A



可視化画像


Opening B

Opening A通風量： 7,000m3/

h( 換気回数 100 回 /

h)


14


a

0.61

1.21d

0.62

1.241.65

1.071.16

1.112.26

1.11 0.78

1.06 0.81

0.38

0.44

0.37

0.63

c

b

e

fg


Opening A

局所空気交換効率分布

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 20 40 60 80 100 120

a bc de fg Ave.

n

Elapsed time [s]

Nor

mal

ized

con

cent

ratio

n [-

]

濃度減衰

室平均濃度減衰


15

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 20 40 60 80 100 120

a bc de fg Ave.

Elapsed time [s]

Nor

mal

ized

con

cent

ratio

n [-

]

n

a

0.971.11

d1.47

1.17

1.15

1.45

1.15

2.00 3.16

2.783.27

1.42

1.37

1.17

1.28

1.05

1.06 c

b

e

f

g

0.95

Opening A



局所空気交換効率分布濃度減衰

室平均濃度減衰


16

a

0.61

1.21d

0.62

1.241.65

1.071.16

1.112.26

1.11 0.78

1.06 0.81

0.38

0.44

0.37

0.63

c

b

e

fg


Opening A

　　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 )


通風量： 8,200m3/h

( 換気回数 120 回 /h)

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 )

a

0.971.11

d1.47

1.17

1.15

1.45

1.15

2.00 3.16

2.783.27

1.42

1.37

1.17

1.28

1.05

1.06 c

b

e

f

g

0.95

Opening A



通風量： 7,000m3/h

( 換気回数 100 回 /h)

18

④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

④



流量係数

④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

④



流量係数

③開口部↓



　　開口部

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

pipwiw CCAV

Q

/PP2A

Q

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]

→ 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

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 30 60 90 120 150 180

Airflow 3D Angle in the Opening, in Degree

Dis

ch

arg

e C

oe

ffic

ien

t

W ind Angle 75°

Wind Angle 270°

Wind Angle 90°

Outflow ConditionInflow Condition

xyz

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 30 60 90 120 150 180

Airflow 3D Angle in the Opening, in Degree

Dis

ch

arg

e C

oe

ffic

ien

t

W ind Angle 75°

Wind Angle 270°

Wind Angle 90°

Outflow ConditionInflow Condition

xyz

　　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

　　引違窓の流量係数・引違窓 (幅 1,690mm

×高さ 1,170mm) の流量係数

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

- 180 - 135 - 90 - 45 0 45 90 135 180

全開網戸なし全開網戸あり25cm網戸なし25cm 網戸あり

流入側流出側流出側[-

]流

量係

数

[水平方向流入角 ]

※網戸ありの流入出角度は網戸なしで代用

W=1,690745

xy

xy +̈180xy -̈180—¬ o

—¬“ ü

42AB

Ž º“ à‘ ¤

Ž ºŠ O‘ ¤Ž OŽ ŸŒ³’ ‰́¹” g• —‘ ¬Œv(3 ‚“ x) —̈¬“ ü oŠ p“ xŽ Z’ è

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

　　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

④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

③開口部↓


④




④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

③開口部↓


④







　　建物周辺→風圧係数

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

　　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 )


流れの向き流れの向き

26

　　風圧係数 (2’)測定模型測定模型

流れの向き流れの向き

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･ )


28

④室内↓

気流性状

①

② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓


④


①外界↓

気象条件

④室内↓

気流性状

①

② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓


④


①外界↓

気象条件

①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

　　外界→気象条件

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北

東

南

西

全日日中夜間

6%

8%4m/ s

3m/ s

風向出現頻度

風速

北

東

南

西

全日日中夜間

6%

8%4m/ s

3m/ s

風向出現頻度

風速

つくば東京

日中： 7 時～ 20 時夜間： 21 時～ 6 時

30

0

4000

0

2000

1000

[℃･hour･(m/s)]

2000

0

4000

0

2000

1000

[℃･hour･(m/s)]

2000

15

20

25

30

0 3 6 9 12 15 18 21 24

①

24

28

0

1

2

3風向：

[m/s

]風

速[℃

]気

温

時刻

②

③

④

①24 28℃～の範囲で、②風向毎に、③( -24℃)外気温と④風速の積を積算する→ 風向別のポテンシャル

○算出にあたっては以下を想定a. 28℃以下で通風利用b. 24℃冷房負荷発生の基準は外気温c. 外部風速に比例して削減可能な冷房負荷は増大

　　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

0

200

400

600

800北

東

南

西

全日日中夜間

[℃h(m/ s)]

0

100

200

300

400

500北

東

南

西

全日日中夜間

[℃h(m/ s)]

　　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

④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

④



流量係数

④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

④



流量係数

③開口部↓



　　開口部

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

ƒ z [ƒ ‹

ŒÂŽ º E‚ P

” [ŒË

ŒÂŽ º E‚ Q ŒÂŽ º E‚ R

‘ Ö

‰Ÿ“ ü

‰Ÿ“ ü

• Ö Š

‰Ÿ“ ü

6969

4090

.510

60.5

1818

3636 2272. 5

9999

2272. 5

ˆê

‚ ð ‚ é ‚ Ê ‚ è ‚ ¿ ‚ Æ ‚ Ö ‚ Ù ‚ É ‚ Í ‚ ë ‚ ¢

“ñ

ŽO

Žl

ŒÜ

˜Z

Žµ

”ª

‹ã

1818

1212

630608674

29

19

17 523 1030523

81

20

29

24 499

81

600608585

8623

60

3631階から

1個室18 / h回

2個室22 / h回

3個室23 / h回

2階

・換気回数 20 回 /h程度

・通過風速： 0.4m/s程度

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

ƒ z [ƒ ‹

ŒÂŽ º E‚ P

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6969

4090

.510

60.5

1818

3636 2272. 5

9999

2272. 5

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ŽO

Žl

ŒÜ

˜Z

Žµ

”ª

‹ã

1818

1212

12392208

31

16

14 170 335170

44

13

31

134 36

44

929292

2356

85

4001階から

1個室6 / h回

2個室3 / h回

3個室5 / h回

2階

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

　　まとめ

②建物周辺↓

風圧係数

④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

③開口部↓

流量係数

④


開口配置・面積を設定通風量を算定気流性状を検討

開口配置計画

②建物周辺↓

風圧係数

④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

③開口部↓

流量係数

④


開口配置・面積を設定通風量を算定気流性状を検討

開口配置計画

37

　　気象条件

0

0.6

0

4

2

[m/s][-]

0

0.6

0

4

2

[m/s][-]

① 通風条件の頻度と卓越風向

15

20

25

30

0 3 6 9 12 15 18 21 24

18

28

0

1

2

3

風向：

[m/s

]風

速[℃

]気

温

時刻

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

V 1=0 .2 0 V

Q 12=5 1 5 0 m 3/h

V 2=0 .8 0 V

Q 21=0 m 3/h

Q 01=1 1 0 4 0 m 3/h

Q 20=5 1 5 0 m 3/h

Q 10=5 8 9 0 m 3/h

V =7 0 .4 m 3

Q 21=3 1 0 m 3/h

V 1=0 .5 0 V

Q 12=2 4 9 0 m 3/h

V 2=0 .5 0 V

Q 01=1 1 0 4 0 m 3/h

Q 20=2 1 8 0 m 3/h

V =7 0 .4 m 3

Q 10=8 8 6 0 m 3/h

V 1=0 .2 0 V

Q 12=7 4 2 0 m 3/h

V 2=0 .8 0 V

Q 21=0 m 3/h

Q =9 7 8 0 m 3/h

Q 20=7 4 2 0 m 3/h

Q 10=2 3 6 0 m 3/h

V =7 0 .4 m 3

V 1=0 .5 0 V

Q 12=4 4 1 0 m 3/hV 2=0 .5 0 V

Q 21=0 m 3/h

Q =9 7 8 0 m 3/h

Q 20=4 4 1 0 m 3/h

Q 10=5 3 7 0 m 3/h

V =7 0 .4 m 3

1a) 風向 0 ,V 1= 0.2V 2a) 風向 45 ,V 1= 0.2V

1b) 風向 0 ,V 1= 0.5V 2b) 風向 45 ,V 1= 0.5V

　　マクロな流れ

マクロに見た空気移動の状況

Q21=310m3/h

V1=0.50V

Q12=2490m3/h

V2=0.50V

Q01=11040m3/h

Q20=2180m3/h

V=70.4m3

Q10=8860m3/h V1=0.50V

Q12=4410m3/h

V2=0.50V

Q21=0m3/h

Q=9780m3/h

Q20=4410m3/h

Q10=5370m3/h

V=70.4m3

1b) 風向0,V1=0.5V 2b) 風向45,V1=0.5V

　・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

④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓


④


④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓


④


　　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

　　②建物周辺→風圧係数


④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓


④


④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓


④


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

④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓


④


④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓


④


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

④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓


④


④室内↓

気流性状

①外界↓

気象条件

① ② ③ ③

②建物周辺↓

風圧係数

③開口部↓


④


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...

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