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⾼性能窓システムの熱性能

BEST建築計算例

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⾼性能窓システムとはBuilding Energy Simulation Tool

⾼性能窓システムは、窓内に外気や室空気を通すことにより、窓の熱性能を向上させる⼿法を指す。代表的な⾼性能窓システムに、ダブルスキン(DSF)やエアフローウィンドウ(AFW)がある。

⾼性能窓システムとは

屋外排気回収空調機

外⽪の外側にガラスを張り温室空間をつくる。
⽇射遮蔽性を⾼めるために、ブラインドをキャビティ側に設置するとともに、キャビティを⾃然換気できるようにする。

室空気

ブラインド内蔵窓に室空気を通す。
通気後は、基本的に屋外へ排気するが、⼀部空調機に戻すこともある。

外気

ダブルスキン(DSF)

エアフローウィンドウ(AFW)2

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DSFとAFWの熱性能の特徴

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◑ 断熱性能内部に外気を通すDSFは低下、室空気を通すAFWは向上する。

◑ ⽇射遮蔽性

内部に外気を通しても室空気を通しても、同じ⽇射遮蔽性能が得られる。
換気・通気による⽇射熱の排出効果を⾼めるために、ブラインドの使⽤が重要である。
*内外とも透明単板ガラス・明⾊ブラインド付き

0.33DSF

⽇射熱取得率 [-]熱貫流率 [W/㎡K]

40.2

2AFW

1000.1001020
⾵量 [lit/sec・㎡]

DSF、AFWとも同じ特性
1020
⾵量 [lit/sec・㎡]

DSFとAFWの熱性能⾵量特性の例
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⾃然換気時のDSFの熱性能

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多層吹抜DSFの内部を⾃然換気すると上下温度分布が⽣じ、その結果、層により熱貫流率や⽇射熱取得率が変化する。
*内外とも透明単板ガラス・明⾊ブラインド付き・内側窓⾯積率100%

非換気 無限換気 無限換気 非換気時▼▼▼▼

非換気▼

外気温
▼5階

432130405060 0ダブルスキン
空気温度 [℃]1234 0

熱貫流率 [W/㎡K]

0.1 0.2 0.3
日射熱取得率 [-]⾃然換気時のDSF熱性能値の上下分布
4BEST建築計算例

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窓システムの熱性能理論式

DSF、AFWの熱貫流率、⽇射熱取得率、さらにキャビティ空気温度は、共通の理論式で表すことができる。
窓システム(DSF・AFW)の空気流⼊層からn層⽬の熱性能
熱貫流率 [W/㎡K]
⽇射熱取得率 [-]通気効果率 [-]
キャビティ空気温度 [℃]𝑈
𝜂𝑟𝑡

𝑈 𝛥𝑈･𝑟𝜂 𝛥𝜂･𝑟𝑐 𝜌𝑉/ 𝐾𝑐 𝜌𝑉𝑡
𝛥𝑡 1－𝑟

ただし、𝑇 𝑡 －𝑡
𝛥𝑡

1－𝑇𝑡 －𝑡

𝑇 ･𝐼𝑉︓通気量[lit/sec･㎡]
𝑈 、 𝜂 ︓⾮通気時の熱貫流率[W/㎡K]、⽇射熱取得率[-]𝛥𝑈 、 𝛥𝜂 ︓無限⾵量を通したときの極限効果[W/㎡K]、[-]
𝐾 ︓窓内対流熱取得係数[W/㎡K] 、𝑐 、𝜌︓空気の⽐熱[J/gK]、密度[g/lit]
𝛥𝑡 ︓⾮通気時の温度変化量 流⼊空気温度基準 K
𝑡 、𝑡 、𝑡 ︓流⼊空気温度、外側相当温度、内側相当温度[℃]、I︓外表⾯⽇射量[W/㎡]
𝑇 、 𝑇 ︓貫流、⽇射⽤温度重み係数[-]、[K㎡/W]* 緑字はデータベース化された特性値
BEST建築計算例

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⾼性能窓システムの熱性能に関する計算例(オフィスビル)◑ 計算例1 最⼤熱負荷計算

多層吹抜DSF建築の冷房負荷
DSFキャビティの上下温度分布の影響を受けて、ペリメータゾーンの冷房負荷が階によりどの程度差があるかを検討◑ 計算例2 最⼤熱負荷計算

ガラスファサードの⽅位と冷房最⼤負荷
ガラスファサードの熱性能を⾼めることにより、冷房最⼤負荷の⽅位差をどこまで⼩さくできるかを検討◑ 計算例3 最⼤熱負荷計算

AFWの通気効果と排気回収の影響
AFWの通気による室内熱環境の改善効果と通気後に全て屋外排気する場合の熱負荷低減効果、窓排気の⼀部を空調機に戻す場合の影響を検討◑ 計算例4 年間熱負荷計算

3つの⾼性能ファサード(AFW、DSF、ルーバー)の地域適性
国内の地域によりどのファサードが適するかを検討

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BEST建築計算例

計算例1
ダブルスキン⾯
全⽇射量[W/㎡]▼ 代表時刻気象
東京
冷房設計⽤Js-t基準(9/15)

南⾯

600
400
200
0

ペリメータ
インテリア
(奥⾏き5m) (奥⾏き10m)

ダブルスキン空気温度[℃]

50

5層⽬

45

平均

外気温

40

5階建てオフィスビル

1層⽬

ペリメータ冷房室負荷
[W/㎡]

35

1003025室内側相当温度20
⾃然換気量[lilt/sec㎡]

ダブルスキン
外側透明単板+内側Low-E複層ガラス
明⾊ブラインド付き
内窓⾯積率︓70%
奥⾏︓0.7m
換気⼝有効開⼝⾯積︓
上下に0.06㎡/m

30回/h

500
負︓上から流⼊-500369⾮換気時

8060 上から
40
2000

5層⽬
平均
1層⽬

36

9 12 15 18 21 24
時刻

DSF⾃然換気によりペリメータ冷房負荷が、1F 24%減、5F 13%減

12 15 18 21 24
時刻

南⾯5層吹抜けDSFをもつオフィスの夏期熱特性
7BEST建築計算例

計算例2*最⼤熱負荷は、全熱で、室負荷と外気負荷の和

ペリメータゾーン
冷房最⼤熱負荷 [W/㎡]

300

●計算条件
・気象︓東京冷房設計⽤気象データ
・対象室︓オフィス(ペリメータゾーン奥⾏き5m)
窓⾯積率100%、外気導⼊量3.75CMH/㎡・DSF︓単層タイプで⾃然換気あり
ガラス︓外側 透明単板
内側 Low-E複層
明⾊ブラインド
換気⼝有効開⼝⾯積︓
上下に0.04㎡/m
・⼀般窓︓
明⾊ブラインド(内側)透明単板ガラス
⼀般窓

200

100Low-E 複層ガラス
⼀般窓
00南90180

DSF
270

⻄
北東
ファサード⽅位 [°]360

南

DSFは、キャビティ内に配置したブラインドの吸収⽇射を⾃然換気で排出するので、⽇射遮蔽性が⾼い。また、⽇射が強いほど⾃然換気が促進され⽇射遮蔽性が向上するという特⻑をもつ。
DSFを採⽤することで、⽅位を気にせず設計できる可能性がある。

ガラスファサードと冷房最⼤熱負荷
8BEST建築計算例

計算例328

通気による作⽤温低下0.5K

2726

ペリメータ
室顕熱負荷 [W/㎡K]

1201008060402000

屋外排気室空気29

作⽤温度 [℃]・気象︓東京冷房設計⽤Js-t基準(9/15)
・対象室︓オフィス南ゾーン
ペリメータゾーン奥⾏き5m・AFW
窓⾯積率68% (窓⾼さ2.7m)
内外とも透明単板ガラス
通気量10lit/sec･㎡(97CMH/m)
全て屋外排気通気なし

通気による負荷低減20%

通気量10 lit/s ec・㎡

3

6

9 12 15 18 21 24

時刻
⾼さ2.7mのAFWに約100CMH/mの室空気を通し全て屋外排気すると、AFWの通気により、ペリメータゾーンの作⽤温度は0.5K低下し、室顕熱負荷は約2割減少。室内熱環境の向上と省エネの両⽅を確認できる。

AFWの通気効果 (オフィス南ゾーン)
9計算例3BEST建築計算例

・AFW
窓⾯積率68% (窓⾼さ2.7m)
内外とも透明単板ガラス
・通気量10lit/sec･㎡(97CMH/m)
排気回収0、5lit/sec･㎡

作⽤温度 [℃]

AFW排気回収熱も室負荷に含む

29

通気なし

2827通気量10屋外排気⼀部回収空調機

室空気

ペリメータ室顕熱負荷[W/㎡K]

261601401201008060402000

⾵量単位︓lit/s ec・㎡
通気量10回収量5
通気なし

通気量10回収量036

通気量10
通気による
作⽤温低下0.5K

通気量10
回収量5
通気・回収による負荷増加 11%
回収量0
通気による負荷低減 20%

9 12 15 18 21 24

時刻
室内熱環境を良好に保つためにAFWに約100CMH/mの室空気を通すが、50%しか屋外排気できない場合、排気回収熱を上乗せした室顕熱負荷は、通気しないときに対して約1割増加。

AFWの通気効果と排気回収の影響 (オフィス南ゾーン)
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BEST建築計算例

3つの⾼性能ファサードの地域適性解析
計算条件

計算例4

気象
国内836地点EA標準年データ
計算対象オフィスビル
・窓⾯積率68%
・内部発熱
照明5W/㎡、機器10W/㎡、在室者0.15⼈/㎡
・空調
設定温度(年間共通)︓上限26℃ 下限22℃
設計外気量︓4.5CMH/㎡

12300

9000

24600

北室12300

南室

ファサードケース◐ ルーバファサード
⽔平ルーバ︓奥⾏・ピッチ⽐1.0 (外ブラインド状）
窓︓ Low-E複層ガラス⼀般窓◐ ⾼性能DSF
内側Low-E複層ガラス、外側透明単板ガラス
⾃然換気︓夏・中間期は常時、冬はキャビティ温度30℃以上◐ ⾼性能AFW
内側透明単板ガラス、外側Low-E複層ガラス
通気量28CMH/m・全て屋外排気

空調8ゾーン・⾮空調コア1ゾーン
基準階平⾯図BEST建築計算例

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計算例4
装置負荷の差[MJ/㎡年]+100 AFW有利

札幌+30
⻘森 -10
新潟 -14-100 DSF有利

仙台 +8

福岡 -20
東京 -8
⼤阪 -21
⿅児島 -30
那覇-54

断熱性の⾼いAFWは、⽇本海沿岸を除く中部以北の地域に適し、AFWより断熱性が低く⽇射遮蔽性の⾼いDSFは、その他の地域に適する。
ただし、AFW通気量をはじめとする計算条件が変わると、適する地域も変わる。

(a) ⾼性能DSFと⾼性能AFWの年間装置負荷の差12BEST建築計算例

計算例4
装置負荷の差[MJ/㎡年]
札幌+100 AFW有利+30

装置負荷の差[MJ/㎡年]
札幌+100 DSF有利
+9000

⻘森 -1

-100 DSF有利

⻘森 +62-100 ルーバ有利 新潟 +41

新潟 -14

仙台 +45仙台 +8
福岡 +22

福岡 -20

東京 +23

東京 -8
⼤阪 -21

⼤阪 +23
⿅児島 +9⿅児島 -30那覇-54(a)⾼性能AFWと⾼性能DSF

那覇-28(b)⾼性能DSFとルーバファサード(b)より、 DSFより⽇射遮蔽性が⾼く断熱性の低いルーバファサードは、⿅児島離島と沖縄に適する。
2つのカラーマップから、AFWは寒冷地から温暖地に、DSFは温暖地から暑熱地に、ルーバファサードは暑熱地に適することがわかる。

年間装置負荷の差 13

BEST建築計算例

参考⽂献
1) 郡・⽯野︓熱負荷計算のための窓性能値に関する研究 第3報 ダブルスキン、エアフローウィンドウの熱性能式の提案、
⽇本建築学会環境系論⽂集Vol.77、No.682、pp.997-1002、2012.12
2) 郡・⽯野・⻑井・村上周三︓外⽪・躯体と設備・機器の総合エネルギーシミュレーションツール「BEST」の開発（その116） BEST への⾼性能窓システム新計算法の導⼊、空気調和・衛⽣⼯学会学術講演論⽂集、pp.17-20、2013.93) 郡︓外⽪の⾼性能化技術の変遷と性能予測、⽇本建築学会シンポジウム「多⾓的な視点から⾒た今後の外⽪性能のあり⽅」、pp.1-6、2019.3
4) BEST-P 建築操作マニュアル、https://www.ibec.or.jp/best/tec_info.html
5) TRYBEST、https://www.ibec.or.jp/best/tec_info.html

14BEST建築計算例