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日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿） 2005年 9 月

多数室温湿度シミュレーションに基づく窓面結露性状の把握‐開口部の断熱強化に関する研究 その 1‐

空間の水分状態は，水分発生量と水分移流量，壁体等への吸放湿量のマスバランスで決定する．本研究では，窓中空層への水分移動をより現実に近いかたちで扱うため，窓中空層も 1 室とみなした多数室熱収支バランスを計算する．また，壁層に関してはハイグロスコピック領域における非定常熱水分同時移動扱いとする．壁層部分の基礎式を(1)，(2)式に，境界条件を(3)，(4)式に示す．室の熱水分収支式は(5)，(6)式に示すとおりで，これらを逐次積分法で計算する．なお換気計算に関しては瞬時定常で扱うが，1 タイムステップ前の温度を利用することにより簡略化を図る．
3.外窓表面の結露水の凝固・蒸発量の扱い
結露量は絶対湿度差と水蒸気の物質移動係数によって決定する．窓中空層は基本的に半密閉空間であるから，通常の表面よりははるかに小さな湿気伝達になっていることが想定される．そこで，結露が生じると想定されるガラス表面の物質移動係数KcはSh数から(7)式で算出することにした．ガラス表面近傍風速が高くなるほど，すなわちRe数が大きくなるほど物質移動係数は大きくなるが，ここでは層流を仮定しRe=1500(一定値)を採用した．
建築材料の水分収支式

4. シミュレーション条件と計算モデル
図 1 に示すような総 2 階建て（延床面積 120m2）の 5 室モデル（床下，1F居室，1F窓開口部，2F居室，2F窓開口部）を対象とする．断熱性能と気密性能・換気量設定を表 1 に示す．1Fおよび 2Fの開口部に押出発泡ポリスチレ
ン 3 種bを 10mm および 20mmの 2 水準の厚みで設置す
る．断熱戸の隙間配分は，実験によって得た引き違いモデルの隙間分布・量をベース（表 2）に，その量を 0.5 倍および 0.25 倍とする 3 水準で検討する．
窓面結露は，外気温度が低下し，長波長放射量が増加する夜間に増えるが，そのときの室温も大きく影響する．
そのため，全日暖房(20℃)の場合と日中 20℃設定（6〜22時 20℃）かつ夜間暖房停止の 2 水準で考慮している．水分発生量は住宅全体で 10.033kg/dayとした1)．気象データ
は盛岡（Ⅱ地域），仙台（Ⅲ地域），東京（Ⅳ地域）の拡張アメダス気象データを用いており2)，材料の熱湿気物性
値は文献 3 の値を用いた．2 年の助走計算を行い，3 年目の 1 月１ヵ月間のデータを用いて考察する．
断熱戸 XPS3b10mm,20mm
2000

∂t

∂n= α x' ⋅∂t2000

熱伝達境界条件( X O − X ) (3)−λ∂T= α ⋅ (TO − T )∂ndX r (t ) N 'Γ
+ ∑ α x i ⋅ S i ⋅ X r − X surf i + G ⋅ ( X r − X o ) = W (t )dti =1()dTr (t ) N+ ∑ α i ⋅ Si ⋅ Tr − Tsurf i + cG ⋅ (Tr − To ) = H (t )dti =1()

ガラス面の物質移動係数

Sh ⋅ Dl800
床下空間

(4)

(5)

1
Sh = 0.43 ⋅ Sc 3 ⋅ Re 0.56

外壁天井
1･2F 床基礎
開口部(6)シャーウッド・ウィリアムズの式(7)

図 1 計算モデルと移流に関する空間接続構造
表 1 計算モデルの部位層構成（外→内）・換気量設定

室の熱収支

Kc =

排気 fan
1F 居室

1F 窓
中空層

∂t

室の水分収支cΓ

800

建築材料の熱収支式

湿気伝達境界条件∂X− λ'x

排気 fan2F 居室

2F 窓
中空層(Φ 0γ '+κ ) ∂X − υ ∂T = λ'x∇ 2 X (1) − rκ ∂X + (cρ + rυ ) ∂T = λ∇ 2T (2)∂t清水則夫 3**
瀬戸裕直 4****2400

1．はじめに開口部の断熱強化は，住宅の省エネルギー化と自然エネルギーのパッシブ利用には欠かせない．その手法として内側に断熱戸を用いるアイデアは古くからあるが，そうした工夫を躊躇させるいくつかの要因がある．本研究では，その要因のひとつである，断熱戸を用いた場合の窓中空層における外窓での結露性状について検討する．
2．数値計算手法

正会員
正会員

2400

結露逐次積分法○本間義規 1*
菅原正則 2**500

断熱戸，開口部，多数室換気，熱水分同時移動,

正会員
正会員

気密性能
換気（通気層）+合板 12mm + GW16k 100mm+ PE0.2mm + 合板 12mm
（小屋裏）+ GW16k 200mm + PE0.2mm + 合板 9mm
合板 30mm
XPS 3b 100mm + コンクリート 120 mm
1F:14.4m2, 2F:14.4m2 (床面積比率 24 %)PVCペア（2.5W/m2K）,窓枠ヒノキ 30mm
C=2cm2/m2（基礎土台 30%, 開口部 10％, 取合部 60%）
0.1ach,0.5ach （3 種セントラル，1F,2F から等量排気）

表 2 断熱戸（引き違いモデル）の隙間設定※(8)

部位
隙間量(cm2/m2)

Simulation Study on Surface Dew Condensation of Windows
A Study for improving thermal performance of windows of a house, part1―409―

上下1.10

左右6.80

召合せ
20.91

HONMA Yoshinori, SUGAWARA Masanori,SHIMIZU Norio and SETO Hironao

710131619
day (January)

222528図 2 居室換気量をパラメータとする場合の窓表面の日積算結露量比較(1 月・盛岡)

31model0.1-0.25-P

4

図 3 各パターンの結露量比較（盛岡・Ⅱ地域）
日積算結露量平均値(g/m 2/day)

10.1-0.5-P

00.1-1-P

00.5-0.5-P5

50.5-0.25-P

1F (0.5-1-A)

100.5-1-P

2F (0.5-1-A)

10

15

0.1-0.25-A

1F (0.1-1-A)

15

200.1-1-A

2010mm-1F
10mm-2F20mm-1F
20mm-2F

0.1-0.5-A25

Morioka
250.5-0.5-A30

300.5-0.25-AMorioka

35

0.5-1-A

2F (0.1-1-A)

日積算結露量平均値(g/m 2/day)

日積算結露量(g/m 2/day)

4030

Sendai10mm-1F
10mm-2F
20mm-1F
20mm-2F

25

1*

岩手県立大学 盛岡短期大学部 助教授，博士（工学）0.5-0.5-P

0.5-0.25-P

0.1-1-P

0.1-0.5-P

0.1-0.25-P

0.1-1-P

0.1-0.5-P

0.1-0.25-P

0.5-1-P
0.5-1-P

0.5-0.5-P

0.1-0.25-A
0.1-0.25-A

0.5-0.25-P

0.1-1-A

0.1-0.5-A

0.1-1-A

0.5-0.5-A

0.5-0.25-A

0.5-0.5-A

0.5-0.25-A

0.1-0.5-A

0.5-1-A
0.5-1-A

日積算結露量平均値(g/m 2/day)

205.シミュレーション結果と考察
15
シミュレーション結果の典型的な例を図 2 に示す．図中各線を示すカッコ内の記号は「換気量（0.5 or 0.1）」‐
10「断熱戸隙間量（1 倍）」‐「暖房（A:全日，P:間欠）」を5示している．図 2 は，断熱戸の隙間量，暖房方式を同一0にし，居室の換気量を変化させたときの，各階外窓表面の日積算結露量の推移を示したものである．この結果よmodel
り，1 階の開口部よりも 2 階の開口部で結露量が多いこと，
図 4 各パターンの結露量比較（仙台・Ⅲ地域）
30
換気量が 0.5ach を確保していれば，1 階開口部では結露をTokyo
10mm-1F25生じず，2 階開口部の結露量も比較的少ないことがわかる．
10mm-2F
20mm-1F
20こうした性状は，中性帯より下にある１階部分は外気流
20mm-2F
15入が支配的になり，中性帯より上にある２階部分は外気流出側になることが影響していること，また居室換気量10の確保が結露防止に効果的であることがわかる．
5
図 3〜5 に各地域におけるパラメータ要素毎の月平均日0積算結露量に関するシミュレーション結果を示す．
全般的な傾向として，居室換気量が 0.5ach 確保されていmodel
れば 1 階開口部はⅡ地域・間欠暖房でも問題がなく，Ⅲ
図 5 各パターンの結露量比較（東京・Ⅳ地域）
地域，Ⅳ地域と南下するにつれて 2 階の結露量も減少す
謝辞ることがわかる．これは断熱戸の隙間量にほとんど依存
本研究は，国土交通省総合技術開発プロジェクト「循環型社会及び安全な環境の形成のための建築・都市基盤整備技術の開発」及びしない．換気量が 0.1ach に低下すると当然ながら結露量
独立行政法人建築研究所研究課題「エネルギーと資源の自立循環型が増加するが，断熱戸の隙間量をコントロールすること住宅に係わる普及支援システムの開発」の一環として実施した．
で結露発生量をかなり抑制することが可能である．夜間※本実験結果は，（財）ベターリビングの開発研究費（研究題目：開口部に付属部品を使用することによる省エネルギー効果に関する研
暖房停止が影響する結露はゼロではないが，それほど大究）の成果を引用している．記して謝意を表する．
きくはない．これは躯体の断熱性能が高いためで，室温参考文献
1) 本間義規，絵内正道，福島 明，鈴木大隆：居室・外気からの空低下があまり大きくないからである．
気移動が基礎断熱した床下温湿度環境に与える影響，日本建築学
6.まとめ
会計画系論文集，No.548, P.23,2001.10
多数室温湿度シミュレーションにより，断熱戸を使用
2) 日本建築学会：拡張アメダス気象データ, 2000
3) 日本建築学会：建築材料の熱・空気・湿気物性値，2001
する際の外窓表面の結露性状について検討した．その結記号表
果，階数によって結露性状に違いが生じ，1 階は比較的安
T:温度（℃），X:絶対湿度(g/kgDA)，λ’x: 湿気伝導率(g/ms(g/kgDA))，λ:熱伝全なこと，また基準法通りの換気量が確保されるならば， 導率(W/mK)，κ:絶対湿度変化に対する含水率変化率(g/m3(g/kgDA))，ν:温度変化に対する含水率変化率(g/m3K)，c:材料比熱(J/kgK)，ρ:材料密度(kg/m3)，r:
ある程度隙間量の大きな断熱戸でも結露被害を抑制でき
相変化熱(J/kg)，α:対流熱伝達率(W/m2K)，α’:湿気伝達率(g/m2s(g/kgDA))，
W(t):水分発生量(g/h)，発生熱量(W) ，D:水蒸気の拡散係数=2.65×10-5 (m2/s)，
ることを示した．より詳細な換気経路との組み合わせな
l: 代 表 長 さ （ m ）， v: 代 表 風 速 (m/s) ， υ : 動 粘 度 =14.23 × 10-6(m2/s ， 10 ℃
ども今後検討する予定である．
101325Pa)，Sc=0.615 (8℃)

1* Associate Prof., Morioka Junior College, Iwate Pref. University, Dr. Eng

2** 宮城教育大学教育学部 助教授，博士（工学）2** Associate Prof., Miyagi University of Education, Dr. Eng.

3*** 財団法人ベターリビング環境性能試験室長，博士（工学）3*** Center for Better Living, Dr. Eng.

4****独立行政法人建築研究所 環境研究グループ 主任研究員

4**** Senior Researcher, Building Research Institute―410―