試験・研究

カーテンが窓面の結露に及ぼす影響に関する研究
実験室実験による結露時のルイス数の検討

STUDY ON THE EFFECT OF CURTAINS ON DEW CONDENSATION ON WINDOWSThe Lewis number during dew condensation in laboratory experiment
小早川香* 1、小椋大輔* 2、小南和也* 3

1．はじめに行平板の自然対流に関する報告 8）や、濡れ表面での対流カーテンは開口部に取り付けられる補助部材として、熱伝達特性とルイスの関係についての報告 5）はあるが、住宅をはじめ、事務所、学校、ホテル、病院などの建物建築環境工学分野におけるルイスの関係について検討さで多用されている。カーテンは、室内外からの視線の遮れた例は少なく、カーテンを取り付けた窓ガラスに結露蔽機能（プライバシー効果）、色やデザインで部屋の印が生じた際のルイス数について検討された例はない。

象を変えられる装飾機能、病院の診察室や複数床病室なそこで、本研究ではカーテンを取り付けた窓ガラスにどでみられる空間の間仕切り機能、室外からの光に対すおいて、窓部の風速および窓ガラス面に生じる結露の実る調光・遮光効果、断熱性の向上による省エネルギー効態を把握するために、 結露水量測定実験を行った。 ま果、室内外で発生する騒音の防音・吸音効果など、さまた、実験結果から実験時の湿気伝達率と熱伝達率を算出

ざまな役割を担っている。

し、ルイス数の検討を行ったので、その結果を報告する。

一方で、建物における深刻な問題のひとつに窓ガラス（開口部）の結露がある。建物の熱的弱点となり得る開2．ルイスの関係について

口部の断熱性や防露性については、多くの研究例がある

ルイス数は、熱と物質の移動速度の比を表す無次元数が、開口部の室内側付加物として取り付けられているである。湿気移動は物質伝達の一種であることから、対カーテンも含めて考慮した研究例は少ない。 また流による熱と湿気の伝達に相似関係が成立する。熱移動

カーテンを取り付けた場合の窓ガラス面の結露水量につと物質移動のアナロジーが成り立つ場合、対流熱伝達率1）～4）

いての検討例はない。

、対流物質伝達率

窓ガラス表面の結露水量は、窓ガラス面積、絶対湿度、空気の密度 、空気の定圧比熱、熱拡散率 、拡散係数 から、式（1）が成り立つ 9）。

差、湿気伝達率を乗じて求められる。物体表面と周辺空………………………（1）

気との湿気伝達率は、対流熱伝達率とルイスの関係から求めた値が一般的に採用されるが、ルイスの関係の適用範囲に関しては、低風速時には成り立たないという報告

ASHRAE 9）では、をルイス数（ ）と定義してい5）, 6）る。ルイス数は温度変化にはほとんど影響されず、空気や、熱伝達率の導出に疑義が残るものの結露凝縮時・蒸と水蒸気の混合体の場合は 0 . 845 となり、 熱と物質移発時ともに成り立たないという報告 がある。カーテン動のアナロジーが成り立つ場合は = 1 になるとしていを取り付けた窓ガラスが結露していた場合、カーテンとる。また、対流熱伝達率 と対流湿気伝達率

窓ガラスの間の空間（以後、窓部と呼ぶ）の風速が 1 m/s

一定圧力の単位体積当たりの比熱に等しいとし、式（2）に満たないとすれば、窓ガラスの結露水量を計算するたで表した関係式をルイスの関係と呼んでいる。

7）の比は、めにはルイス数の特定が不可欠となる。しかし、鉛直平*1*2*3

KOBAYAKAWA Kaori ：（一財）日本建築総合試験所 試験研究センター 環境部 環境試験室
OGURA Daisuke：京都大学大学院工学研究科 教授 博士（工学）
KOMINAMI Kazuya ：（一財）日本建築総合試験所 理事 博士（工学）25GBRC Vol.49 No.3 2024.7………………………………………（2）とプラントル数

またシュミット数数は式（3）で表されるから、ルイス。

10）…………………………………………（3）
浅野は、対流熱伝達率と湿気伝達率の比（くつかの実験値）のいとルイス数の関係を比較してお11）, 12）り、ルイス数は 0 . 8～4 を示している。
一方、J.L.Threlkeld による文献 13）では、同様の関係が式（4）のように導出されており、左辺をルイス数と呼んでいる。対流物質伝達率と空気密度の積を絶対湿度による湿気伝達率とすれば、式（1）と式（4）は同様である。
……………………………………（4）（4）の左辺をルイス数
また、松本 14）や鉾井ら 15）も、式と定義している。ルイス数は 1 以下で通常はルイス数≒ 1と近似できるとし、ルイス数＝ 1 の場合をルイスの関係と呼んでいる。
以上のように、ルイス数（ ）の定義は分野によって異なるようだが、本論文では建築環境工学分野で用いられることの多い定義 14）, 15）, 16）である式（5）を用いて、結図- 1

実験装置の概要（寸法単位：mm）

露発生時の窓ガラス面のルイス数を明らかにすることとする。

表- 1 カーテンの材質…………………………………………（5）3．結露水量測定実験
3．1 実験概要
実験は、 個々に温湿度制御が可能な図- 1 に示す 2 室タイプの実験室（両室とも内法寸法：Ｗ 2600 mm、Ｌ2600 mm、Ｈ 3200 mm）で実施した。室内－室外間の界 壁 に 窓 ガ ラ ス を 想 定 し た 板 ガ ラ ス（有 効 面 積： 幅720 mm ×高さ 900 mm ×厚さ 3 mm）を設置し、 界壁から 100 mm 離れた位置にカーテンを取り付けた。
カーテンなしの条件と、ひだのないカーテン（以下、ひだなしカーテン）、ひだのあるカーテン（以下、ひだありカーテン）の 2 種類のカーテンとした。なお、ひだなしカーテンとひだありカーテンは表- 1 に示すポリエステル繊維製の同素材である。実験状況を写真- 1 に示す。ひだなしカーテンは幅 900 mm×高さ 1200 mm で、ひだありカーテンは幅 1800 mm の布地にひだを作り、

写真- 1 実験状況

幅 900 mm に仕上げた 2 倍ひだである。 上部カーテン
レール部分はフラットで、 下部に行くほどひだが広がい位置が界壁から 100 mm となるように設置した。ひだり、6 つの山を形成している。ひだの最もカーテンに近の最も遠い位置は界壁から約 150 mm であった。

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3．2 実験条件
実験条件は、室内空気温度が 20 ℃、室外空気温度が0 ℃の一定条件とした。室内側相対湿度は 60 ％および結露が生じやすい 90 ％の 2 条件とした。
3．3

測定項目と測定位置

測定項目は、室内側窓ガラス表面温度、室内外・窓部の空気温度および相対湿度、室内側窓ガラス面に生じた結露水量である。
温湿度測定位置を図- 2 に示す。窓部空気温湿度の測定位置は、上部、中部、下部の 3 箇所とした。温度はＴ熱電対を、相対湿度は高分子温湿度センサ（㈱ティアン

図- 2

測定位置図（寸法単位：mm）

ドディ製、TR- 72 U）を用いて、それぞれ 1 分間隔で測定した。
窓ガラスに生じた結露水量は、ガラス全面に表面結露が生じた状態で、定期的に紙ウエスですべての結露水を拭き取り、電子天秤（㈱エー・アンド・デイ製、GF-6002 A）で質量を測定し、拭き取り前後の紙ウエスの質量変化量を結露水量とした。拭き取り間隔は、結露水が流下しない間隔とし、 室内側相対湿度 60 % の条件で 1 時間毎、90 % の条件で 15 分毎とした。

3．4 測定結果と考察
室内側相対湿度が 60 ％の場合の温度測定結果および絶対湿度測定結果を図- 3 に示す。また、1 時間当たりの結露水量測定結果を表- 2 に示す。
図- 3（1）より窓部空気温度およびガラス室内側表面温度は、カーテンなし、ひだなしカーテン、ひだありカーテンの順に高いことがわかる。カーテンを取り付けることによって空気層による断熱性が増すことから、カーテンなしよりもカーテンありの方が、温度が低くなる。ま図- 3

温湿度測定結果（室内側相対湿度：60 ％）た、ひだありカーテンはひだなしカーテンに比べてひだ部分に空気層を持つため熱抵抗が大きくなり、温度はカーテンの空気層も含めた断熱性能に依存していると考表- 2 結露水量測定結果えられる。図- 3（2）より絶対湿度はいずれのカーテン仕様でも窓部上部では室内とほぼ同様であったが、下部へ行くほど小さくなり、ひだありカーテンで最も上部と下部の差が大きくなっている。
表- 2 より結露水量は、カーテンの有無および仕様にか か わ ら ず、 室 内 側 相 対 湿 度 が 60 % の 場 合 よ り も、90 % の方が多い。また両条件とも、カーテンなしで結露水量が最も多く、ひだありカーテン、ひだなしカーテンの順で結露水量が少ない。既報

4．ルイス数の検討
2 章で述べたとおり、湿気伝達率と対流熱伝達率の相で、窓部の風速は似関係は、式（5）で表される。以下では、結露水量測定

カーテンなしが最も小さく、ひだありカーテン，ひだな実験で得られた結果を用いて、湿気伝達率と対流熱伝達しカーテンの順で大きい結果であることから、カーテン率を推定し、窓ガラス面に結露水量が発生した際のルイありの結露水量は窓ガラス面近傍の通気量に依存しておス数を検討する。

17）

り、低通気量ほど多くなっていると思われる。

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4．1 湿気伝達率の推定
窓ガラスに生じる結露水量

は、窓ガラスの面積、窓部とガラス表面の絶対湿度差から、式（6）式で表される。
………………………………（6）
湿気伝達率がガラス全体で同一の値であると仮定すると、実験で得られた温湿度および結露水量の測定結果より式（6）から、窓ガラス全面の平均的な湿気伝達率が計算できる。なお、室内側窓ガラス面の絶対湿度は、室内側窓ガラス表面温度から求めた飽和絶対湿度である。計算した湿気伝達率を表- 3 に示す。湿気伝達率

図- 4 対流熱伝達率算出結果

はカーテンありよりカーテンなしの方が大きい値とな
り、カーテンありではひだの有無や室内側相対湿度によって大きく異ならない結果である。
表- 3

カーテン仕様による湿気伝達率

図- 5 結露実験時のルイス数算出結果

4．2 熱伝達率の推定を与え、対流熱伝達率と湿気伝達率を測定した水谷らの結露が生じた際の窓ガラス面の定常状態における熱収支式は式（7）で表される。

実験結果 5）から算出したルイス数を図- 6 に示す。風速が速い時（約 1 m/s 以上）は、Le ≒１が成立するが、低風速時（1 m/s 未満）は 1 より大きい値になる。 既報 17）の風速測定実験において、カーテンなしの場合の風速はカーテンありの場合と同位置の測定結果を示しているが、実験室中央部の空気温湿度測定位置で別途測定した

左辺第一項はガラス表面の対流熱伝達、第二項は結露

風 速 は 約 0 . 2～0 . 3 m/s で あ る。 窓 部 の カーテ ン か ら発生による凝縮熱、第三項はガラスの放射熱伝達、右辺50 mm 離れた位置で測定したカーテンありの場合の風はガラスを通過する熱流束を示す。このうち、対流熱伝速は 0 . 1 m/s 程度であったので、風速が小さいほどルイ達率 を除く各値は、3 章における実験結果から得られス数が大きくなる傾向は水谷らの結果と同様となった。

るので、（7）式から対流熱伝達率を算出した結果を図- 4

常温域での湿り空気の定圧比熱を 1（kJ/（kg･K））とすに示す。カーテンやひだの有無にかかわらず、熱伝達率れば、ルイス数は対流熱伝達率と湿気伝達率の比であるは同程度であった。

が、熱拡散率と濃度拡散すなわち湿気拡散の比である。

4．3 ルイス数の算出

ルイス数が 1 より大きいときは熱拡散が湿気拡散よりも実験結果から求めた湿気伝達率および熱伝達率を用いて、式（5）から算出した結露実験時のルイス数を図- 5 に示す。カーテンなしではルイス数は 1 . 2 程度であるが、大きいことを示しており、結露が生じにくい状態であることを意味すると言える。
以下で、4 . 3 節で算出したルイス数を用いて、窓ガラカーテンありでは、ルイス数は 1 . 7～2 . 1 である。

ス全面で一様として得られたルイス数の妥当性を検証す

4．4 ルイス数の検証る。既報 17）により上下で風速分布があることから対流2 章で述べたように建築環境分野ではルイス数は概ね熱伝達率は一様ではないと予測されるが、実験で得られ1 で近似できるとされているが、大きく 1 から離れた実た温度を用いてルイス数を一様とみなした場合の結露水

験結果も報告されている量を算出し、結露水量の実験結果と比較する。

28。濡れ面に強制対流5）, 6）, 7）, 10）

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窓ガラスを図- 7 のように 3 分割した場合、 ガラス全面に一様に結露が生じた際の各部位の結露水量は、全面の結露水量の 1 / 3 になると仮定して、各部位の結露量を求める。各部位のガラス室内側表面温度および窓部空気温湿度を、3 章で測定した上部、中部、下部の測定値として、下記の手順で結露水量を算出した。
①上、中、下の各部位ごとに、式（7）を用いて対流熱伝達率を算出する。その際、結露による凝縮潜熱はガラスを通過する熱流および輻射による熱流の 1 × 10-4 ％以

図- 8 結露水量の比較

下と非常に小さいので、左辺第二項は無視する。
②ガラス全面でルイス数が同一と仮定して、4 . 3 節で得られたルイス数と①で算出した対流熱伝達率から、各部位ごとの湿気伝達率を算出する。

5．おわりにカーテンを取り付けた窓ガラスにおいて、窓ガラス面に生じる結露の実態を把握するために、結露水量測定実③各部位ごとの結露水量を式（6）から算出する。

験を行った。また、実験結果から実験時の湿気伝達率と④上、中、下の各部位ごとの結露水量を合計し、実験熱伝達率を算出し、ルイス数の検討を行った。その結結果で得られた結露水量と比較する。

果、以下の点が明らかになった。

上記の手順で算出した結露水量計算値と、結露水量実

1）結露水量測定実験より、室内側相対湿度が 60 ％よ測値の比較を図- 8 に示す。いずれの条件でも、計算値

りも 90 ％の方が単位時間あたりの結露発生量が多は実測値と概ね良く一致しており、ルイス数をガラス全くなる。 またカーテンなしよりもカーテンあり面で同一の値とし得ることがわかる。

（ひだありカーテン、 ひだなしカーテン）の方が、単位時間あたりの結露発生量が少なくなる。

2）結露水量実験結果から求めた湿気伝達率は、カー
テンありよりカーテンなしの方が大きい。カーテン あ り で は 2 . 2～2 . 7（×10-3 kg/（㎡（s kg/kgʼ ）））となり、カーテンのひだの有無や室内側相対湿度によって大きく異ならない。

3）実験結果を用いて算出したルイス数は、カーテンな し で 1 程 度、 カーテ ン あ り で 1 . 7～2 . 1 で あった。窓ガラス近傍に生じる自然対流では、ルイス数が 1 より大きくなる場合がある。
図- 6 水谷らの実験結果 5）から算出したルイス数

4）ルイス数を窓ガラス全面で一様とみなし、上下の風速分布を考慮して結露水量の分布を計算した結果、実測結果と計算結果が概ね一致した。このことからルイス数の一様性が確認され、値の妥当性も示された。
今回の実験およびルイス数の検討により、窓ガラスに結露が発生する場合のルイス数を得ることができた。しかし、結露水量を計算する際には、室内で水蒸気が発生する場合や室外との気密性、カーテンの素材やひだなどの形状の違いによる吸放湿性など、検討すべき課題がある。今後は、今回検討したルイス数を用いた結露予測計
算モデルにより冬季における窓ガラス面の結露水量がど

図- 7

窓ガラス立面図（寸法単位：mm）のように変化するかを予測することによって、ひだあり
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カーテンの断熱性や吸放湿性が、窓部の温湿度や風速に与える影響を明らかにしていく。
【記号】建 築 学 会 東 海 支 部 研 究 報 告 集， 第 44 号，pp 493 - 496，2006 .

7）本間義規：開口部サーマルスクリーンの開発に向けたガラ
ス面滴状凝縮・蒸発性能の把握－開口部の断熱強化に関する研究 その 2，日本建築学大会学術講演梗概集，pp. 321 322，2007 .

8）藤井丕夫，儀間悟，富村寿夫，張興：鉛直平行平板群からの自然対流に関する実験的研究， 日本機械学会論文集，
59 巻 566 号，1993 .

9）ASHRAE Handbook，Chaper 6，pp. 19 / 32，2023 .
10）例えば，浅野康一：物質移動の基礎と応用，丸善，pp.189，2004.
11）Mizushima T.，Nakajima M.： Simulations heat andmass transfer : The relation between heat transfer
and mass transfer coefficients ，Memoirs of thefaculty of engineering，Kyoto university，1951 .
12）E.M.Sparrow，et al.：Forced convection condensationin the presence of noncondensables and interfacialresistance ，International journal of heat masstransfer，Vol.10，pp.1829 -1845，1967 .
13）J.L. Threlkeld：Thermal Environmental Engineering，
pp. 198，1970 .
14）松本衛，新建築学体系 10 環境物理，3 湿気，彰国社，1984.
15）鉾井修一，池田哲朗，新田勝通：エース 建築環境工学 II
熱・湿気・換気，朝倉書店，2002 .
16）防露設計研究会：住宅の結露防止，学芸出版社，2004 .
17）小早川香，小椋大輔，小南和也：カーテンが窓面の結露に【付記】
本稿は、日本建築学会環境系論文集に掲載された既報 17）を再構成したものです。

【参考文献】

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及ぼす影響に関する研究 実験室実験による結露時のルイ
ス 数， 日 本 建 築 学 会 環 境 系 論 文 集，Vol. 819，pp. 234 240，2024 .

18）小早川香，小椋大輔，小南和也：カーテンが窓面の結露に及ぼす影響に関する研究 その 1～4，日本建築学会学術講演梗概集，2020～2023【執筆者】

2）長能里佳，西川竜二，武田仁：カーテンの取り付け方の工夫が窓の断熱性と住宅の暖房負荷に与える効果に関する研究，日本建築学会大会学術講演梗概集，pp. 43 - 44，1999 .

3）須貝高，石田卓：窓ガラス・外装材の仕様の違いによる室内熱環境への影響 その 2 床暖房・厚手カーテンの有無の場
合，日本建築学大会学術講演梗概集，pp. 41 - 42，2002 .
4）戒能慧邦，高田暁，松下敬幸：カーテンが窓の熱貫流抵抗に及ぼす影響 重力換気を考慮した伝熱解析，日本建築学会大会学術講演梗概集，pp. 5 - 6，2008 .

5）水谷章夫，大滝泰，土川忠浩，大澤徹夫，宮野明彦：濡れ表面での湿気および対流熱伝達特性とルイスの関係，日本建築学会環境工学委員会熱環境小委員会第 31 回熱シンポジウム，1988 .

6）難波拓也，大澤徹夫，角舎輝典：垂直な濡れ表面の湿気伝達特性に関する実験的研究―非加熱時の実験結果―，日本

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*1

小早川 香

* 2 小椋 大輔

*3

小南 和也

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