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Title ある研究施設における自然通風システムの効果

Author(s) 細井, 昭憲; 成田, 樹昭

Citation 衛生工学シンポジウム論文集, 8, 143-148

Issue Date 2000-11-01

Doc URL http://hdl.handle.net/2115/7224

Type bulletin (article)

Note 第8回衛生工学シンポジウム（平成12年11月16日（木）-17日（金） 北海道大学学術交流会館） . 3 建築環境・エネルギー利用 . 3-4

File Information 8-3-4_p143-148.pdf

Hokkaido University Collection of Scholarly and Academic Papers : HUSCAP

第8匝衛生工学シンポジウム2000.11 北海道大学学術交流会館

3-4 ある研究施設における自然通風システムの効果

刊悶∞O同

成部樹昭(株式会社フジタ)

地上 3F地上 3F地下回

験

¥

実

/

問附同制HmHW

制

一円リ一

間ハ問

表 1 建物概要

神奈川県厚木市小野

研究所

28，500m2

24，148 m2

研究棟

実蟻練

アトリウム

細井昭憲(株式会社フジタ)

所在地

用途

建築関緩

延床面積

構成

1.はじめに

近年の地球環境問題の顕在佑に伴い，省エネ

ルギーと室内の快適性を開立させる新たな手法

として自然通風及び自然換気への関心が高まり

つつある。さらに近年， BEMS (B世lding

Energy Management System)によって機

械空調と自然換気を組み合わせ，両者を最

適に制御するシステムが，ハイブリツトベ

ンチレーションとして認知されるようにな

った。一方，自然通風をメインシステムと

して適用した建物は少なしその効果に関

する知見も十分とは言い難い。本稿では，

自然通風を主たるシステムとして採用した

研究施設の春期実測結果をもとに，自然通

風の効果について報告する。

72m

実測建物平描閤

護 2 自然i荷風i議転条件

外鎖温度 11rc以上260C以下エンタルビー i室内<外気十I(任鶴支を値)平均団関連 15m/s以下鱗間外音楓速 110m/s以下降雨量 打開l 以下室内温度 1300C以下

鼠在力が高まる効果が期待できるo また，アトリ

ウムの上下温度差により生じる空気の浮力を利用

し，自然換気力をさらに高めている。

この他に，免震装置のある 2重ピット内を通過

し，ピット内で冷却された風が実験棟内に至る経

路が存在する。

表2は設計段階で考慮された自然通規の運転条

件である。自然通嵐は季館によってではなく，表

の各項目(設定値は BEMSを通じて任意に変更

が可能)により制御され，年間を通じて利用でき

る。なお，制御は自動であるが，居住者がマニュ

アルで自然通風をオンオフすることも可能である。

-143-

臨 1

2.自然通風システムの概要

24実調tl建物

表 1に実測建物の概要を，関 1に平面図

を示す。所在地は神奈川県厚木市郊外で，

緑豊かな山間いの土地である。敷地は西郷

に開かれており，西以外の三方は小高い山に固ま

れている。卓越風向は西北西，及び商東である。

実測建物は建設会社の研究施設であり，事務室の

ある研究棟， 3層吹抜けのアトリウム，実験棟に

分かれる。研究棟四は機械空調のみで， 2Fと3F

は機械空調と自然通風を行う。自然通風時には，

機械空調は停止する。事務室内は柱が無く，パー

ソナルスペースは高さ 120cmのブースによって

仕切られている。事務室の西国が窓閣であり，そ

の上部が自然通風の取入口となっている。

2・2自然通鼠システム

鴎2は自然通風システムの概念図である o 卓越

風向の西側窓臨から自然嵐を取入れ，アトリウム

上部から風を排出する。風上側となる西側の排出

窓は正圧となるので，排出窓の前面に遮風板を設

けている。遮風板と排出窓面の間にはウェイクが

発生し，排出窓が常に負庄域になり，自然換気の

事務謹西側自然通風

取入れ窓

3.実測概要

図3に室内の測定ポイントと，

測定内容を示す。自然通風取入口

は 1枚あたり 1350何りX550但)

の関口で，内側に紡虫網が張られ

ている。関口通過風速は各スパン

の中央の関口で計測し，そのうち

の 1関口の風速分布を詳縮に測

定している。測定には日本イむ学工

業社製の多京風速計を用いた。ま

た，通過嵐速の詳細測定ポイント

に隣接する関口に 3次元超音波

風向風速計を関口の在下，及び右

上の 2点に設置し，関口圏内の風

の出入を実慨した。室内温熱環境

については，温湿度，グローブ温

度，風速を，外部の気象ヂータは

事務護内全景

図2自然通風システム概念図

アトリウム上部自然通風排気窓

組:測定ポイント (15点}

鼠然通鼠取入関口退風速詳細測定ポイント

室内測定ポイント

.:風速.j，温湿度・グローフ混度

0:1.鼠j湿度・グロープ温度

。:I当然退風窓通過風速

ム:i議関巡渇風速詳細測定

図:アトリウム上下温度分布

関3 測定ポイント及び測定内容

-144-

、SLA5回

AR=1.30

外気温湿度，風向風速，雨量等

を計測した。計測期間は 2000

年 5月.......6月である。

AR=O.99

官J/Sr::>

[~J AR=O.98

j~IJ定ポイン卜1350mm

関口面風速分布

A一

十凸

oNE .6. NW ---0-島

町叩同町 O “

O O

山司吟----!5.

A A

t?NW _

亡亙ゴ<Q-;[-~NE 相

O

3

速の増加に伴い換気回数が 18由Ih.......25図Ihへ直線的に増加することが分かる。一方，逆風の場

合は，外部風速と換気自数の聞に相関関係は見ら

れず，正寵嵐に比べて換気部数が少ない。これは，

逆風の場合の主たる換気力は風正力ではなく，ア

トリウムの上下濃度差による浮力であるためと推

察される。

4.実測結果

44関口鹿内の鼠速分布

通瓶開口閣の鼠速分布や流盤

係数は外部風向によって変イじし，

鼠速により関口器の通過鼠量を

算出する際には関口盟内の風速

分布が重要となるo 臨4は外部

風向が南西，西北西，北北西の

場合の関口調風速分布であり，

各外部風向で安定した持関帯の

データの平均値を用いて作成し

た。風速の計測ポイントは網の

室内側に近接して設置した。測

定点中央の平均風速を全測定点

目点の平均風速で割った舗を

ARとして図中に訴した。

図 4のように南西の規の場

合は関口西錨の嵐速が低く，東

側の風速が高くなる。北北西の

風の場合は南西の場合と左右逆

の風速分布となり，風向によっ

て愚速分布は大きく輿なってい

る。しかし， ARの値は外部風

向に関わらず1.0前後となり，

この傾向は他の嵐向の計測ヂー

タにおいても見られたo したが

って今掴の計測においては，関

口部中央の鼠速を通過鼠最算出

の擦の代表点とした。

43自然通風最

自然通嵐を各スパンの中央の通過風速より推定

し，換気出数を求めた。鴎 5に換気回数と，外

部風速の関係を示す。閣のデータは 2000年6月

初日であり，この日は外部風向が東から西に変

化したが，風向が北東の場合と北西の場合のヂー

タのみを抜粋して示した。北西は通風窓のある建

物正面からの風であり，北東は建物の背後からの

風，すなわち逆風である。正田風の場合は外部風

ggcmm

測定ポイント1350mm

j~~定;jfイント1350mm

図4

26 a斗

ntnunonhuA-

nLnt円

fh4i1241

(ぷ¥田)額回以部

2.5 1.5 2

外部嵐速

図5外部風速と換気回数

12 0.5

-145-

5.自然通風の快適性

54アンケート調査の概要

自然通風時の室内の快適

性とその適用範囲を明らか

にする自的で，居住者に対

してアンケート調査を行っ

た。調査の概要を表 3に

示す。

第 1アンケートは，自

然通風の停止の希望と，そ

の理由を問うもので，午前

10:00に自然通風の状態か

ら調査を実施し，停止希望

申告が過半数に遣した時点

で自然通風から機械空調モ

ードヘ切り換えた。 申告票

は社内メールを用いて忠信，

返信を行った。鵠査対象は

研究棟 2Fの事務室の居住

者であり，定員 72名中調査

期間中の在室者は 32""-'41

名であった。

第2アンケートは自然通

風と機械空調を交互に行い，

快適性の比較を行うもので

ある。 2000年 5/24Bの

10:30から掘査を開始し，

10:30""'" 12:00の午前中は，

自然通風→機械空調→自然

通風と 30分おきに運転を

繰り返した。午後は 13:00

26 25 24

AJ 23 話22ロ21_. 20

19 18 13:00

7

6

iii5 E 4 謡3臨芸 2 叫

。13:00

50

持 40

l\QI~ 30 担当渓j箆~ 20

If 10

。13:00

表3 アンケート誠査の概要期間 i 方法 内容

2000年5/15，16パ全居住者にメールにて申

29， 30日 i告シート配信，返信自然通風の停止希撃を申告

2000年5/24日 i 特定の居住者7名に筆記

図答シートを配り悶収自然通風と機械空調の快適性の比較

13:30

13:30

13:30

き案内外j愚混度(5/15)

14:00 14:30

持続

室内外風速(5/15)

14:00 14:30

時間

一一外気j遠山一FL+80;!ffi.度

• Fし.+80湿度

15:00 15:30

同一FL+80

一一外部適正速

15:00 15:30

不満足者率(寒い)の推移(5/15) 山間不満足袋率一←PMV

14:00 14:30 15:00 15:30

時間

思 6 自然通風時の不満足率の推移

。

80 70 60京50 :::: 40お30 :;;; 20必10 。

-0.5

一1 > :2

-1.5 a.

ω2

-2.5

""-'14:30の闇に 30分おきに機械空調→自然温風 中段は室内外の風速，下段は PMVと停止希望申

→機械空調のJI買に運転した。各モードヘ切り替わ 告の積算値より算出した居住者の不満足率を表す。

る直前に温冷感，風の強さ，及び温熱環境と風環 図 6の 5/15日は室内が寒いという理由で自然

境の快適感を 7段階スケールで申告し，さらに爽 通風を停止したケースであり，停止申告が現れ始

快感や作業性等の項目を前回の申告時点と比較し，めた 13:00以降のデータを抜粋した。自然通風時

良くなった(+1)，変わらない(土0)，懇くなっ はブースの内外で風速等が異なるため，居住者が

た(… 1)の 3設階で申告してもらった。被験者 実際に体感する温熱環境に近い FL+80cmの高さ

は特定の居住者7名で，内 1名が女性である。 のヂータを用いた。図中の P班Vは clo値 0.7，

s-2第 1アンケート踏査結果 met値1.0で算出した。図から室内温度が 220C

関6に5/15日の結果，図?に 5/29日の結果を を下回り， PMVが-2.0に達した頃から不満が

赤す。図は上段が外気温鹿と室内温湿度の推移， 出始める。居住者には着衣の調節は自由に行わせ

-146

ある o PMV糾 0.5を超 |令 4

えたあたりから停止希望申

告が現れ，約十0.7で自然

通説を停止した。寒い側に

比べてかなり適用範囲が狭

いが，これは着衣量を減ら

すのは困難であることが一

因と推察されるo

自然通嵐の適用範囲が

PMVのマイナス倒に法い

理由として，着衣調節の{也

に自然通風時すなわち非定

常風の状態と定常風の状態

では快適域自体が異なって

ており， clo 値も 0.7から

0.9程度に変佑した。着衣

調節行動を考慮した自然通

愚の適用範翻として，寒い

舗の環境に対しては室温

220C， PMVで-2.0 (clo

値 0.6，0.9において…1.3)

程度が目安となろう。

一方，図 7の 5/29日は

室内が暑いという理由で自

然温嵐を停止したケースで

室内外混湿度(5/29)

〈占、か)悩腿夜間枠

nunununununu

au民

u

n“Tquq'h噌，

nu

度度一

滋混一

nυnu-

uu一rE・E・-一30

29 〆曲、

()

通28

~反 27

四 F側、

26

11:00 11:30 12:00 12:30 13:00

時間

13:30 14:00

室内外風速(5/29) 町一FL+80

一一外部風速5

0

11:00 11:30 12:00 12:30 13:00

時間

13:30 14:00

不満足者率(暑い)の捻移 率者足

f

晴肌

宮吋

P

nυnununυnυnu

aUFO

凋勾

ndnJι41

(S〉

叫

WWM問摂υ付

0.8

0.6 > 2

.1 0.4 a..

0.2

。 。11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00

時間

いる可能性もあり，この点 臨 7 患然通風特の不満足率(暑い)の推移

については今後検討を行う

予定であるo また，調査期間中，嵐が強いという 午前中に自然通嵐から機械空調へ切り換えた場合，

理由で畠然通風を停止したケースもあり，その場 温冷感は+0.1から+0.6に変化し，快適感は+1.0

合のブース内の風速は1.0m/s程度であった。 から -0.6へと態イちした。同様に午後に機械空調

ふ3第2アンケート鵠査結果 から自然通風ヘ切り換えた場合，温冷感が土0か

図8は上段が室内温度と PMVの推移，中段が ら+0.7と悪化したにもかかわらず，自然通風時

室内外風速，下設が室内の快i菌性の変イむを表す。 の快適感は+0.1であり，不快側(マイナス)に

下段のグラフの温冷感と快適感(温熱環境)は被 はならなかった。被験者数が十分な調査とは言え

験者7名の平均値である。午前中の通風時はPMV ないが，自然通鼠の場合，温冷感上多少不快とな

…0.2........-0.7の関で推移し，機械空調の場合は っても，快適感はあまり悪化せず，機械空調と比

PMV +0.2'"'-'ー0.6の関で推移した。自然通鼠時 較した場合に自然通瓶が好まれる傾向があるとい

の温冷感は+0.2........+0.3程度，機械空調の場合 える。従って，自然通風の運用時に自然通風と機

は+0.5程度で，快適感は自然通風の場合の方が 械空調を切り換える場合は，明らかに機械空調の

高い。爽快感や作業性も機械空調から自然通風の ほうが快進となるまで，自然通風モードを維持す

移行持に良くなった。一方，午後は外気温度が上 るという運用方法が考えられる。

界し，自然違嵐持の PMVは+0.7程度になった。

-147-

-自然通風時の換気田数は，

正面嵐の場合は外部風速に

応じて増加し， 18間Ih-

25圏/hであった。逆嵐の

場合は外部風速に関わらず

ほぼ一定の{直となる。

-自然通風の適用範聞は，

居住者の着衣鵡節を考慮す

ると， PMV十 0.5--2.0

(0.6clo)程度で、あった。

-自然通風時は温冷感が

+0.7程度になっても快適

感はあまり悪化せず，機械

空調と比較した場合に自然

違風が好まれる傾向がある。

-自然通風時の冷温水発生器の熱瀬エネルギー消

費量は機械空調時の 1/3程度になる。

0.5

日差

ω0.5

113:301114:001 114:30 1 15:00

5:00

図8

29

25 10:30

0 10:30

0 lOl30

-0.5

28

守，.nJh

(00)

悩鰻

26

7

6

rDATnAunt

(明言)烈隠

0.5

1.5

6.省エネルギー効果

図 9は 6/7日と 6/8自の

熱源である冷温水発生器の

ガス消費量及び外気温度の

比較である。両日の外気温

度はほぼ同等とみなせる。

6/7日は強風のため終日機

械空調を行った。 6/8日は

15:00以持に自然通風に切

り換わった。自然通風特の

ガスの消費震は機械空調時

の 113程度になり，これは

空調対象面積の 2/3が自然

通風であることと合致するo

さらに自然通嵐エリアの

AHUの送風ファン動力も

削減され，その合計容量は

52.8kWである。

7.まとめ

自然通嵐をメインシステ

ムとした研究施設における

春期実測の結果を以下にま

とめる。

35

30

υo制帽烈同訓示

ζ

J

n

U

4

J

A

U

2

2

1

1

臨盤翠lガス消費量6/8

一合一外気温度6/8

亡二二コガス消費釜617

.. {)・・外気温度61735

n

u

q

d

A

U

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n

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勾

3

内

，

h

内

4

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i

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刊誌髭酬鰍摂M

門限5 5

O

10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 9:00 8:00

O

自然通嵐と機械空調時のガス消費量

変動風がJ決適性に及ぼす影響に

演する研究、日本建築学会計額系論文集

-148-

1999年 12月

{甑【参考文献]桑沢保夫

図9