〈特別研究課題〉 室内環境・快適性を拘束条件とした
ZEH（Net Zero Energy House）の可能性の検討
助 成 研 究 者

名古屋大学

飯塚

悟

室内環境・快適性を拘束条件とした
ZEH（Net Zero Energy House）の可能性の検討
飯塚 悟（名古屋大学）

Experimental and numerical investigations on
the possibility of net zero energy house (ZEH)
in consideration of indoor environment and comfort
Satoru Iizuka(Nagoya University)

Abstract：
Recently, energy consumption by public welfare section is continuously increasing and thehousehold sector accounts for about 40 percentage of it. The reduction of energy consumption in
the household sector has become an urgent need. Under such a social situation, net zero energy
buildings (ZEB) and net zero energy houses (ZEH) based on active/passive energy saving
techniques and high efficiency energy systems are highly expected.
In this study, in order to make ZEH feasible, the following two aspects are studied. (1) Techniques for
ZEH realization and their structures. (2) Natural ventilation in summer season which is a design
requirement (passive energy saving technique) for houses to achieve ZEH. Especially, theeffectiveness of natural ventilation is clarified based on subject experiments and computational
fluid dynamics (CFD) simulations.
１．はじめに近年、民生部門のエネルギー消費量が増え続けており、その削減が急務となっている。民生部門のエネルギー消費量の約４割は家庭部門であり、近年これもまた増加しつつある。このような社会－ 1 －情勢の下、今後の建物はネットゼロエネルギーを目指し、エネルギーそのものを必要としないパッ
シブな省エネルギー手法を駆使した建築計画を必須条件として、さらに、太陽光・太陽熱などのア
クティブ利用を含む、高効率エネルギーシステムを適用したZEB（net Zero Energy Building）やZEH（net Zero Energy House）が求められている。
本研究では、住宅のZEH化に向けた検討を行うことを目的とし、まず、ZEH実現のための手法
やその構造について整理する。ZEHの実現において、太陽電池（太陽光発電）の普及は重要な要素となるが、その普及促進の１つとしての電気自動車（EV：Electric Vehicle）活用の検討も行う。次に、ZEH化を目指す上で必須条件となるパッシブな省エネルギー手法の導入に関して、夏期の自然通風に着目し、モデルハウスまたは実験住宅を対象とした被験者実験およびCFD（Computational
Fluid Dynamics）シミュレーションを通じて、自然通風の適用範囲や有効性を検討する。
２．ZEH実現のための手法とその構造
2.1

日本におけるZEHの実現と太陽電池

中緯度地域（東京から福岡の間）における住宅の屋根に太陽電池（3.35 kW）を設置した場合、年間3,829 kWh
（13,784×106 J）の発電量が得られる計算となる。一方、住宅のエネルギー消費量（2009年度時点）は38,179×106 J／世帯（２次エネルギー基準）であり、その内訳はおおよそ、冷房２％、暖房25％、給湯28％、厨房８％、動力・照明その他37％となっている。以上を単純に比較すると、住宅の年間のエネルギー消費量の約36％を太陽光発電で賄えることになる。逆に言えば、住宅のエネルギー消費量を現在の約４割まで削減できれば、オンサイトでZEHが実現可能となる。
2.2

ZEH実現のための建築的手法と機械的手法

住宅のエネルギー消費量を削減してZEHを実現するためには、以下に示す建築的手法および機械的手法を組み合わせて住宅を計画する必要がある。
建築的手法
１）高断熱・高気密の徹底と計画換気、換気空気からの熱回収２）庇などによる夏季の日射遮蔽の徹底
３）自然通風を十分に行える建築計画
機械的手法
１）高効率な冷暖房システムの導入
２）高効率な給湯システムの導入
３）高効率な照明システムの導入
４）高効率な家電製品の使用
上記のうち、建築的手法として挙げた自然通風については、次の３章、４章において、被験者実験およびCFDシミュレーションにより、その適用範囲および有効性を検討している。
2.3

ZEHの構造ZEHは、種々のエネルギーと種々の再生可能エネルギーの組合せで実現することができる。図1
はそれらの組合せを整理したものである。ただし、これは前節で述べた建築的手法が十分に適用さ

－ 2 －

2.3

ZEH の構造 ZEH は、種々のエネルギーと種々の再生可能エネルギーの組合せで実現することができる。図 1 はそれらの組合せを整理したものである。ただし、これは前節で述べた建築的手法が十分に適用されていることが前提となっている。
れていることが前提となっている。

図1 エネルギー種別・再生可能エネルギー源・用途のマトリックス

図 1 エネルギー種別・再生可能エネルギー・用途のマトリックス
電気を中心としたシステムであれば、高効率のヒートポンプが必要とされ、これは地中熱をヒー
 電気を中心としたシステムであれば、高効率のヒートポンプが必要とされ、これは地中熱をヒート
トソース・シンクにすることも可能である。近年では、冷暖房と給湯の両者に対応できる多機能なソース・シンクにすることも可能である。近年では、冷暖房と給湯の両者に対応できる多機能なヒーヒートポンプも市場に出回っている。また、照明やコンセントに関しては、LED照明や低電力消トポンプも市場に出回っている。また、照明やコンセントに関しては、LED 照明や低電力消費型の家
費型の家電製品が注目を集め、さらには太陽光発電との対応を考えた場合の直流システム（LEDへ電製品が注目を集め、さらには太陽光発電との対応を考えた場合の直流システム（LED への直流でのの直流での電力供給や直流で稼働する家電製品など）が今後の技術として注目されている。
電力供給や直流で稼働する家電製品など）が今後の技術として注目されている。
ガスや油を組み合わせたシステムにおいては、太陽熱利用やバイオマス利用などが考えられ、太 ガスや油を組み合わせたシステムにおいては、太陽熱利用やバイオマス利用などが考えられ、太陽
陽熱については吸収式冷凍機の低温駆動化や吸着式冷凍機の開発などが再び行われている。バイオ
熱については吸収式冷凍機の低温駆動化や吸着式冷凍機の開発などが再び行われている。バイオマス
マスを燃料としたコジェネレーションなどもZEHを実現するための技術と考えられる。
を燃料としたコジェネレーションなども ZEH を実現するための技術と考えられる。
また、ZEHの実現は１つの住宅で考えるのではなく、地域としての需要と供給の調整によって また、ZEH の実現は 1 つの住宅で考えるのではなく、地域としての需要と供給の調整によってさらさらに実現可能性が高くなるものであり、スマートエネルギーシステムに向けての研究開発や実証に実現可能性が高くなるものであり、スマートエネルギーシステムに向けての研究開発や実証も近年も近年行われてきている。
行われてきている。
2.4 EVによる太陽電池設置促進効果の検討
2.4 EV による太陽電池設置促進効果の検討
太陽電池を設置して地域の多くの住宅がZEH化した場合、需要と発電のミスマッチにより送電
 太陽電池を設置して地域の多くの住宅が ZEH 化した場合、需要と発電のミスマッチにより送電網へ網へ負担をかける可能性がある。地域のエネルギーシステムをスマート化して需要と供給を制御す
負担をかける可能性がある。地域のエネルギーシステムをスマート化して需要と供給を制御することることにより、すなわち、住宅に設置した太陽電池で発電した電力のうち、送電網に逆潮流されたにより、すなわち、住宅に設置した太陽電池で発電した電力のうち、送電網に逆潮流された電力を他
電力を他の住宅または他用途の建物が利用することにより、ある程度は収支が取れる。しかし、地の住宅または他用途の建物が利用することにより、ある程度は収支が取れる。しかし、地域の太陽電
域の太陽電池の設置面積がある面積を超えると（住宅への太陽電池の普及率がある率を超えると）、池の設置面積がある面積を超えると（住宅への太陽電池の普及率がある率を超えると）、地域での収支
地域での収支が取れず、送電網に負担が生じる。その場合、何らかのバッファが必要となる。そのバッファの1つとしてEV（電気自動車）の電池を利用することが考えられ、EVの普及と太陽電池設
置の可能性の関係を求めることを試みた。
具体的には、名古屋市の1つの配電変電所エリアを仮定し、太陽電池発電量が電力消費量を上回る分（余剰電力量）をEVで吸収するというシナリオでの検討である。対象としたエリアは戸建住宅－ 3 －の比率が高く、余剰電力の生じやすいエリアである。対象エリア内の戸建住宅全てに太陽電池を設置した場合の電力消費量、太陽電池発電量、余剰電力量は図２のようになり、その余剰電力をいかにEVで吸収できるかを検討した。本検討を行う際、所有されているEVが１日の間でどこに滞在しているかという試算が必要となるが（自宅滞在のEVにより上記の余剰電力を吸収）、ここでは図３のbの部分が自宅滞在の比率とし、これを20％と設定した。また、EVは余剰電力蓄電のため、夜間電力による充電を控え、移動による電力消費または夜間の放電が行われることで太陽電池発電時に十分な充電が可能であると想定した。充放電は1時間当たり1.5 kWhと設定した。

図2

図3

対象エリア内の電力消費量・太陽電池発電量・余剰電力量

EV滞在場所の比率

図4

EV保有率と太陽電池普及可能率

図４はEV保有率と太陽電池普及可能率の検討結果である。EV保有率が０%であっても、対象エ
リア内の戸建住宅以外の建物へ電力が融通されることにより余剰電力は発生せず、太陽電池普及率
55%が確保される。EV保有率が上がることで、太陽電池発電時にEVへの蓄電が可能となり、EV
保有率100%の場合、太陽電池普及可能率は69%まで上昇することが確認された。

－ 4 －

が確保される。EV 保有率が上がることで、太陽電池発電時に EV への蓄電が可能となり、EV 保有率
100%の場合、太陽電池普及可能率は 69%まで上昇することが確認された。
3. 夏期の自然通風効果に関する被験者実験
３．夏期の自然通風効果に関する被験者実験
3.1 実験概要
3.1
実験概要
1) 巡回型実験
１）巡回型実験 2012 年 8 月 23～24 日の 2 日間、愛知県豊田市所在のモデルハウスで被験者実験を行った。図 5 に実
2012年８月23～24日の２日間、愛知県豊田市所在のモデルハウスで被験者実験を行った。図５
験住宅の平面図と評価場所を示す。心理申告は、評価場所の順序・照明 ON/OFF・午前/午後と条件をに実験住宅の平面図と評価場所を示す。心理申告は、評価場所の順序・照明ON/OFF・午前/午後
変えて行った。図 6 は実験期間の屋外気温の経時変化である。実験両日ともに午前中は自然通風条件と条件を変えて行った。図６は実験期間の屋外気温の経時変化である。実験両日ともに午前中は自で実験を行ったが、午後は気温が上昇したため、エアコンを使用した。また、いずれの場所もおいて
然通風条件で実験を行ったが、午後はエアコンを使用した。また、いずれの場所もおいても直射日
も直射日射が被験者に当たらないように配慮した。被験者は「家に 1 人でいる」という想定で、場所射が被験者に当たらないように配慮した。被験者は「家に１人でいる」という想定で、場所の評価・の評価・温熱環境評価（表 1 参照）
・生活行為評価を行った。
温熱環境評価（表１参照）
・生活行為評価を行った。
N

中庭

和室

ダイニング西◎△×△×
ダイニング東

△
リビング

寝室

書斎西

書斎南

１階平面図
0

1000 2000 3000

(mm)

×：PMV計△：小型温湿度・照度記録計

２階平面図◆：アスマン通風乾湿計●：超音波風速計◇：グローブ温度計◎：熱線風速計：被験者位置

図 5 実験住宅の平面図と評価場所
図5

実験住宅の平面図と評価場所

表 1
表1 温熱環境評価の質問項目
温熱環境評価の質問項目

35

質問項目

屋外気温［℃］

34

評価尺度

A

寒暑感

暑い

やや暑い

どちらでもない

やや寒い

寒い

B

涼暖感

暖かい

やや暖かい

どちらでもない

やや涼しい

涼しい

C

温熱快適感

快適

やや快適

どちらでもない

やや不快

不快

上げたい

やや冷たい

冷たい

D

室温希望

下げたい

このままでよい33

E

エアコン必要性

かけたい

どちらかといえばそのままでもよい
かけたい

発汗感

汗が出る

G

気流感

感じる

32

G-2

気流の熱さ

熱い

やや熱い

どちらでもない

H

窓開閉希望

開けたい

このままでよい閉めたい

H-2 開閉希望箇所

図に表記
やや満足

どちらでもない

やや必要

不要

F

31

8月23日

8月24日

30
10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30

図6
図6 屋外気温の経時変化
屋外気温の経時変化

満足

汗は出ない
感じない

J

陽あたり満足感K

陽あたり希望必要L

陽あたり必要性

増やしたい

M

窓からの冷放射N

足元の冷たさ

感じる

O

乾燥感

乾燥しているP

許容(短期)

許容できる

許容できないQ

許容(長期)

許容できる

許容できない受ける

やや不満

やや増やしたい このままでもよい やや減らしたい
やや受ける

受けない

やや感じる

感じない

不満
減らしたい

やや乾燥している 乾燥していない

2) 滞在型実験
２）
滞在型実験
 実験期間（2 日間）の午前中に 1)の巡回型実験と並行して滞在型実験も実施した。リビングとダイ
実験期間（２日間）の午前中に１）の巡回型実験と並行して滞在型実験も実施した。リビングとダイニングの２か所を評価場所として、それぞれ20分間の滞在とした。心理申告は、５段階の寒暑感・涼暖感・温熱快適感、発汗感、気流感、温熱環境の許容性、陽当り満足感、陽当り必要性とし、10分毎に申告を行った。生理量としては、皮膚温を５点（額、胸、上腕、大腿、下腿）計測し、心理申告の終了直後に体重測定を行った。
３）被験者概要
被験者を４グループに分けて、１日２グループが実験に参加した。被験者は18～23歳の大学生－ 5 －終了直後に体重測定を行った。
3)終了直後に体重測定を行った。
被験者概要
 3)被験者を4 グループに分けて、1 日 2 グループが実験に参加した。被験者は 19～23 歳の大学生男女
被験者概要
で、男性
7 名、女性8 名の計 15 名とした。表2 に被験者の身体的特徴と着衣量を示す。被験者は実験
 被験者を4 グループに分けて、1
日 2 グループが実験に参加した。被験者は18～23 歳の大学生男女
日ごとに異なり、実験時の着衣は実際の生活時に近くなるように、男性はT シャツと半ズボン、女性
で、男性
7 名、女性 8 名の計 15 名とした。表 2 に被験者の身体的特徴と着衣量を示す。被験者は実験
男女で、男性７名、女性８名の計15名とした。表２に被験者の身体的特徴と着衣量を示す。被験
T シャツと半ズボン、女性
は日ごとに異なり、実験時の着衣は実際の生活時に近くなるように、男性はT シャツとスカートとした。
者は実験日ごとに異なり、実験時の着衣は実際の生活時に近くなるように、男性はTシャツと半ズ
はT シャツとスカートとした。
ボン、女性はTシャツとスカートとした。

表 2 被験者の身体的特徴と着衣量
年齢

8月

8月

男 3人
23日 男 3 人
23 日 女 4人

表 表2
2 被験者の身体的特徴と着衣量
被験者の身体的特徴と着衣量
身長［cm］
体重［kg］
体表面積［㎡］
体重［kg］66.5±1

体表面積［m1.78± 0 ］

着衣量［clo］
0.53± 0.0152.5 ± 6.1

66.5

±

1.0

1.78

±

0.00

±

0.01

±

6.1

1.54 ± 0.08

0.53

52.5

1.54

±

0.08

0.37

±

0.01

57.9

±

3.8

1.67

±

0.07

0.51

±

0.01

46.9

±

2.2

1.47

±

0.05

0.36

±

0.00

18

±

0.0

21 ± 0.7

171

±

1.1

21

2.4

162 ± 1.7

±

162

±

1.7

24日 男 4 人
24 日 女 4人
女 4人

20

±

0.7

171

±

3.7

20

±

0.4

161

±

2.8

男 4人

着衣量［clo］

身長［cm］
171
± 1.1

4人

女

2

18 年齢
± 0.0
20 ± 0.7

171 ± 3.7

57.9 ± 3.8

1.67 ± 0.07

20 ± 0.4

161 ± 2.8

46.9 ± 2.2

1.47 ± 0.05

0.37 ± 0.01

0.51 ± 0.01

0.36 ± 0

3.2
3.2 実験結果
実験結果
3.2 実験結果
1) 巡回型実験
1)１）巡回型実験
巡回型実験
 図
7 は自然通風条件時の室温と温熱快適感申告の関係を示したものである。室温が 33℃までは快適
 図図７は自然通風条件時の室温と温熱快適感申告の関係を示したものである。室温が33℃までは
7 は自然通風条件時の室温と温熱快適感申告の関係を示したものである。室温が 33℃までは快適側の申告が見られているが、33℃以上になると中立付近の申告となっている。風速（室内気流速度）
快適側の申告が見られているが、33℃以上になると中立付近の申告となっている。風速（室内気流側の申告が見られているが、33℃以上になると中立付近の申告となっている。風速（室内気流速度）
別に見ると、風速 0.6 m/s 以上では男女ともほとんどが快適側の申告である。また、風速 0.3 m/s 以上速度）別に見ると、風速0.6m/s以上では男女ともほとんどが快適側の申告である。また、風速0.3
別に見ると、風速
0.6 m/s 以上では男女ともほとんどが快適側の申告である。また、風速
0.3 m/s 以上
0.6 m/s 未満では、女性の方が不快側の申告が多い結果となっている。
m/s未満では、女性の方が不快側の申告が多い結果となっている。
0.6m/s以上0.6m/s 未満では、女性の方が不快側の申告が多い結果となっている。

不快不快← 温熱快適感→ 快適← 温熱快適感→ 快適

男－0.6m/s以上
男－0.3m/s以上0.6m/s未満
男－0.6m/s以上
男－0.3m/s未満
男－0.3m/s以上0.6m/s未満
2
男－0.3m/s未満

女－0.6m/s以上
女－0.3m/s以上0.6m/s未満
女－0.6m/s以上
女－0.3m/s未満
女－0.3m/s以上0.6m/s未満

女－0.3m/s未満

2
1

1
0

0
-1

-1
-2

-2

30

30

30.5

30.5

31

31

31.5

32

33

33.5

34

34.5

35

31.5

32室温［℃］
32.5 33

32.5

33.5

34

34.5

35

室温［℃］

図 7 室温と温熱快適感申告の関係（男女・風速別）
図7

室温と温熱快適感申告の関係（男女・風速別）

図 7 室温と温熱快適感申告の関係（男女・風速別）
 図8、図 9 はそれぞれ、自然通風条件時の風速（室内気流速度）と温熱快適感申告の関係、室温と温
図８、図９はそれぞれ、自然通風条件時の風速（室内気流速度）と温熱快適感申告の関係、室温と熱快適感申告の関係を示したものである。図8 に示すように、0.6 m/s 以上の風速が多く確認され、風温熱快適感申告の関係を示したものである。図８に示すように、0.6m/s以上の風速が多く確認さ速が大きくなるほど快適側の申告となっている。ただし、場所によっては風速
0.6 m/s 未満でも快適側
れ、風速が大きくなるほど快適側の申告となっている。ただし、場所によっては風速0.6
m/s未満の申告が見られている。各評価場所の結果を比較すると、書斎西では風速が小さいため（図8）、他のでも快適側の申告が見られている。各評価場所の結果を比較すると、書斎西では風速が小さいため（図８）、他の場所に比べて同じ室温でも不快側の申告になっている（図９）。一方、ダイニング西、ダイニング東、寝室、中庭では風速が大きいため、多くは快適側の申告となっているが、室温が34℃付近になると中立の申告へと変化している。以上の結果を踏まえると、自然通風により良好
な温熱快適性が確保されるのは室温が33℃までと考えられる。

－ 6 －場所に比べて同じ室温でも不快側の申告になっている（図。一方、ダイニング西、ダイニング東、場所に比べて同じ室温でも不快側の申告になっている（図 9）9）。一方、ダイニング西、ダイニング東、寝室、中庭では風速が大きいため、多くは快適側の申告となっているが、室温が 34℃付近になると中34℃付近になると中寝室、中庭では風速が大きいため、多くは快適側の申告となっているが、室温が立の申告へと変化している。以上の結果を踏まえると、自然通風により良好な温熱快適性が確保され立の申告へと変化している。以上の結果を踏まえると、自然通風により良好な温熱快適性が確保されるのは室温がるのは室温が 33℃までと考えられる。
33℃までと考えられる。
リビング
リビング
書斎西
書斎西
寝室
寝室

ダイニング東ダイニング東
和室
和室

1
1
0
0
-1
-1
-2
-2

0
0

0.5
0.5

1
1.5
1
1.5
風速［m/s］
風速［m/s］

リビング
リビング
書斎西
書斎西
寝室
寝室

2
2
不快
不快←
←温熱快適感
温熱快適感→
→快適
快適

不快
不快←
←温熱快適感
温熱快適感→→快適快適2
2ダイニング西ダイニング西
書斎南
書斎南
中庭
中庭

2
2

 
図図8
8 風速と温熱快適感申告の関係（場所別）
風速と温熱快適感申告の関係（場所別）
風速と温熱快適感申告の関係
（場所別）
図
8

ダイニング東ダイニング東
和室
和室

1
1
0
0
-1
-1
-2
-2

2.5
2.5

ダイニング西ダイニング西
書斎南
書斎南
中庭
中庭

30 30.5
30.5 31
31 31.5
31.5 32
32 32.5
32.5 33
33 33.5
33.5 34
34 34.5
34.5 35
35
30
室温［℃］
室温［℃］

図図9
9 室温と温熱快適感申告の関係（場所別）
室温と温熱快適感申告の関係（場所別）
室温と温熱快適感申告の関係
（場所別）
図
9

２）滞在型実験
2)2) 滞在型実験
滞在型実験
図10は温熱快適感の申告割合の経時変化を示したものである。実験開始時（０分時）には快適側
図 10
10 は温熱快適感の申告割合の経時変化を示したものである。実験開始時（0は温熱快適感の申告割合の経時変化を示したものである。実験開始時（0 分時）には快適側の分時）には快適側の 図の被験者は７割を超えていたのに対し、実験開始から40分経過後ではその割合が５割程度まで減
被験者は
被験者は 77 割を超えていたのに対し、実験開始から割を超えていたのに対し、実験開始から 40
40 分経過後ではその割合が分経過後ではその割合が 55 割程度まで減少して割程度まで減少して少している。しかし一方、実験開始時に見られた不快側の申告割合は、40分経過後ではやや減少いる。しかし一方、実験開始時に見られた不快側の申告割合は、40分経過後ではやや減少となっていいる。しかし一方、実験開始時に見られた不快側の申告割合は、40 分経過後ではやや減少となっていとなっている。
る。
る。

100%
100%
90%
90%
80%
80%
70%
70%

不快
不快

60%
60%
50%
50%

やや不快
やや不快
どちらでもない
どちらでもない

40%
40%
30%
30%

やや快適
やや快適
快適
快適

20%
20%
10%
10%

0%
0%

0分
0分

10分
10分

20分
20分

30分
30分

40分
40分

図
10
温熱快適感の経時変化
図10図
10 温熱快適感の経時変化
温熱快適感の経時変化（室内気流速度）の関係、室温と平均皮膚温の関係を示した
図 11、図11、図 1212 はそれぞれ、室温と風速（室内気流速度）の関係、室温と平均皮膚温の関係を示したもはそれぞれ、室温と風速（室内気流速度）の関係、室温と平均皮膚温の関係を示したも
図11、図12はそれぞれ、室温と風速図のである。両図の凡例は、実験開始からものである。両図の凡例は、実験開始から40分経過後に快適・中立・不快側となったグループに分のである。両図の凡例は、実験開始から 40
40 分経過後に快適・中立・不快側となったグループに分けて分経過後に快適・中立・不快側となったグループに分けて表示している。室温が 33℃までは快適・中立側の被験者が多く、33℃以上になると快適側の被験者は33℃までは快適・中立側の被験者が多く、33℃以上になると快適側の被験者は表示している。室温がけて表示している。室温が33℃までは快適・中立側の被験者が多く、33℃以上になると快適側の表示している。室温が 33℃までは快適・中立側の被験者が多く、33℃以上になると快適側の被験者は見られなくなり、不快側の申告が増えている。
見られなくなり、不快側の申告が増えている。
見られなくなり、不快側の申告が増えている。
被験者は見られなくなり、不快側の申告が増えている。
快適

中立

不快

快適

2.5

平均皮膚温［℃］

風速［m/s］

不快

36

2
1.5
1
0.5
0

中立

36.5
35.5
35
34.5
34
33.5
33
32.5

30 30.5 31 31.5 32 32.5 33 33.5 34 34.5 35

図11

室温［℃］

室温と風速の関係



図 11 室温と風速の関係

30 30.5 31 31.5 32 32.5 33 33.5 34 34.5 35

図12

室温［℃］

室温と皮膚温の関係

図 12 室温と皮膚温の関係－ 7 － 比較のため、愛知県東海市所在の実験住宅で行った別の被験者実験（2012 年 8 月 9～10 日）の結果
を図 13、図 14 に示す。図 13 は室温と平均皮膚温の関係、図 14 は風速（室内気流速度）と平均皮膚温

33
0

32.5

30 30.5 31 31.5 32 32.5 33 33.5 34 34.5 35
室温［℃］

30 30.5 31 31.5 32 32.5 33 33.5 34 34.5 35
室温［℃］



図 11 室温と風速の関係

図 12 室温と皮膚温の関係

比較のため、愛知県東海市所在の実験住宅で行った別の被験者実験（2012年８月９～10日）の結 比較のため、愛知県東海市所在の実験住宅で行った別の被験者実験（2012 年 8 月 9～10 日）の結果
果を図13、図14に示す。図13は室温と平均皮膚温の関係、図14は風速（室内気流速度）と平均皮膚を図 13、図 14 に示す。図 13 は室温と平均皮膚温の関係、図 14 は風速（室内気流速度）と平均皮膚温温の関係を示したものである。両図の凡例は図11、図12と同様で、実験開始から40分経過後に快の関係を示したものである。両図の凡例は図 11、図 12 と同様で、実験開始から 40 分経過後に快適・適・中立・不快側となったグループに分けて表示している。豊田市モデルハウスの結果（図12参照）
中立・不快側となったグループに分けて表示している。豊田市モデルハウスの結果（図 12 参照）では、では、同程度の室温でも快適側の被験者は中立・不快側の被験者に比べて平均皮膚温が低くなる傾同程度の室温でも快適側の被験者は中立・不快側の被験者に比べて平均皮膚温が低くなる傾向が見ら向が見られている。この傾向は、東海市実験住宅の結果においても同様である（図13）。しかし、れている。この傾向は、東海市実験住宅の結果においても同様である（図 13）。しかし、図 14 に示す
図14に示すように、風速0.3m/s未満が多い東海市実験住宅の結果では、風速0.3
m/s以上となっように、風速 0.3 m/s 未満が多い東海市実験住宅の結果では、風速 0.3 m/s 以上となっても皮膚温の上ても皮膚温の上昇が生じている一方、風速0.6m/s以上が多い豊田市モデルハウスの結果では、風昇が生じているが、風速 0.6 m/s 以上が多い豊田市モデルハウスの結果では、風速が小さな場合でも皮速が小さな場合でも皮膚温の上昇は見られていない。さらに、豊田市モデルハウスの場合、室温が膚温の急上昇は見られていない。さらに、豊田市モデルハウスの場合、室温が 34℃付近でも皮膚温が上昇せず、平均皮膚温が 34.5℃を超えていない（図 12 参照）。以上のように、高い室温の環境下でも、34℃付近でも皮膚温が上昇せず、平均皮膚温が34.5℃を超えていない（図12参照）。以上のように、大きな風速（室内気流速度）が得られれば皮膚温の上昇を抑えることができ、不快でない温熱快適性
高い室温の環境下でも、大きな風速（室内気流速度）が得られれば皮膚温の上昇を抑えることがでが確保されることが分かる。
き、不快でない温熱快適性が確保されることが分かる。

快適

中立

36.5

36

36

35.5

35.5

平均皮膚温［℃］

平均皮膚温［℃］

36.5

35
34.5
34
33.5

34
33.5
33
32.5

室温［℃］

豊田市－不快東海市－不快35

33
30 30.5 31 31.5 32 32.5 33 33.5 34 34.5 35

豊田市－中立東海市－中立

34.5

32.5

図13

豊田市－快適東海市－快適不快00.3

図 13 室温と皮膚温の関係（東海市実験住宅）

0.9

1.2

1.5

1.8

2.1

2.4

風速［m/s］



室温と皮膚温の関係（東海市実験住宅）

0.6

図14

図 14風速と皮膚温の関係
風速と皮膚温の関係

４．夏期の自然通風効果に関するCFDシミュレーション
4.1

シミュレーション概要

解析対象は、愛知県東海市所在の実験住宅の１室を想定した幅3.6 m×奥行7.0 m×高さ2.4 mの室内（図15）とした。対象室の南面には幅1.2 m×高さ1.0 mの開口部があり、これが夏期自然通風
時の流入口となる。一方、対象室の北面（内壁面）には幅2.6 m×高さ2.0 mの開口部があり、これが通風時の流出口となる。流入風としては、0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 m/sの５種類の速度、0°
，10°
，
20°
，30°
，40°，50°の６種類の風向（流入口に対する法線方向からの角度）を検討した。なお、流入風の温度と相対湿度はそれぞれ32℃、50%の一定値とした。在室者は１名とし、室中央に直方体形状（幅0.5 m×奥行0.3 m×高さ1.5 m）の人体モデル（図16）を配置した。表３はシミュレーショ
ンの主な解析条件である。

－ 8 －

の 6 種類の風向（流入口に対する法線方向からの角度）を検討した。なお、流入風の温度と相対湿度はそれぞれ 32℃、50%の一定値とした。在室者は 1 名とし、室中央に直方体形状（幅 0.5 m×奥行 0.3 m
×高さ 1.5 m）の人体モデル（図 16）を配置した。表 3 はシミュレーションの主な解析条件である。

（背面で空白になっている部位は正面と同じ部位）
開口部（奥は室内空間）

正面

2.4m

流出口

1 頭
2 首
3 胸
4 背
5 腰(前)
6 腰(後)
7 右上腕
8 右前腕
9 右手
10 左上腕人体（直方体モデル）
南面が正面
北面が背面

開口部

7.0m
z y

N

流入口

x

S

3.6m

11 左前腕12 左手
13 右大腿(前)14 右大腿(後)15 右下腿
16 右足
17 左大腿(前)18 左大腿(後)19 左下腿
20 左足

1500mm

500mm



図15
CFDシ
ミュレーション解析対象
図 15
CFD
シミュレーション解析対象

背面

500mm

図16
人体
（直方体）
モデルにおける各部位
図 16
人体（直方体）モデルにおける各部位

表 3表3
CFD
シミュレーション解析条件
CFDシ
ミュレーション解析条件
1）解析領域
1）解析領域

3.6 m
7.0
2.4
3.6(x)m×(x)×m
7.0(y)m×(y)×m
2.4(z)m (z)2）メッシュ数2）メッシュ数

45 (x)
45×(x)
88×(y)
88×(y)
33×(z)
33=(z)
130,680= 130,680

3）差分スキーム
3）差分スキーム

全ての支配方程式の移流項に対して
QUICK全ての支配方程式の移流項に対して
QUICK

4）乱流モデル
4）乱流モデルRNG
k-モデル（高レイノルズ数型）
RNG
k-モデル（高レイノルズ数型）

5）流入境界
5）流入境界

本文参照
本文参照

6）流出境界6）流出境界

気流・温度・湿度全てに対して勾配0 条件
気流・温度・湿度全てに対して勾配0 条件
気流：対数則気流：対数則7）壁面境界
7）壁面境界温度：外壁・内壁（0.5
W/m2･K）と天井面
温度：外壁（0.5
W/m2･K）と天井面（0.35
W/m2･K）
   は熱貫流を考慮、床面と内壁は断熱条件
 （0.35 W/m2･K）は熱貫流を考慮、
湿度：断湿条件   床面は断熱条件

8）発熱体（人体）8）発熱体（人体）

湿度：透湿条件
60 W（顕熱）＋
63 W（潜熱）
60 W（顕熱）＋ 63 W（潜熱）4.2 シミュレーション結果
4.2 シミュレーション結果
4.2
室内環境のシミュレーション結果の1 例として、図 17 に流入風速 1.5 m/s の場合の室内水平断面（床シミュレーション結果
 室内環境のシミュレーション結果の 1 例として、図 17 に流入風速 1.5 m/s の場合の室内水平断面（床上 1.0 m）気流分布（風速ベクトル分布）を示す（温度分布も併せて図示）。流入風向 0の場合、流入室内環境のシミュレーション結果の１例として、図17に流入風速1.5 m/sの場合の室内水平断面
上 1.0 m）気流分布（風速ベクトル分布）を示す（温度分布も併せて図示）。流入風向 0の場合、流入
風は横方向にほとんど拡散せず、人体モデルの右側（流入口に向かう面が正面）をほぼ真っ直ぐに吹（床上1.0 m）気流分布（風速ベクトル分布）を示す（温度分布も併せて図示）。流入風向０°の場合、流風は横方向にほとんど拡散せず、人体モデルの右側（流入口に向かう面が正面）をほぼ真っ直ぐに吹き抜けている。人体モデル周辺では、右側でやや大きな流速となっているが、全体的に静穏な気流環
入風は横方向にほとんど拡散せず、人体モデルの右側（流入口に向かう面が正面）をほぼ真っ直ぐにき抜けている。人体モデル周辺では、右側でやや大きな流速となっているが、全体的に静穏な気流環吹き抜けている。人体モデル周辺では、右側でやや大きな流速となっているが、全体的に静穏な気流環境が形成されている。一方、流入風向（角度）が大きくなると、人体モデルに直接風が当たるよ
うになり、人体モデル周辺で複雑な気流場が形成されるようになる。ただし、流入風向が40°以上になると、人体モデルの左側を通り抜けるようになり、室全体としては複雑な気流場が形成されているものの、人体モデル周辺では比較的静穏な気流環境となっている。図は省略するが、他の流入
風速（0.5，1.0，2.0，2.5 m/s）の場合も、流入風向の違いによる気流環境の変化はほぼ同様となっ
ている。

－ 9 －

人体モデルの左側を通り抜けるようになり、室全体としては複雑な気流場が形成されているものの、人体モデル周辺では比較的静穏な気流環境となっている。図は省略するが、他の流入風速（0.5, 1.0, 2.0,
2.5 m/s）の場合も、流入風向の違いによる気流環境の変化はほぼ同様となっている。

流
入
口

人体
人体

風向 0
風向０°



風向 10
風向10°

風向 20
風向20°



風向 30
風向30°

風向 40



風向 50

31

31.75

32.5［℃］

室内水平断面（床上1.0m）
気流分布・温度分布（流入風速1.5 m/sの場合）
図 17 図17
室内水平断面（床上
1.0 m）気流分布・温度分布（流入風速1.5 m/s の場合）

図18は、流入風向0°の場合の人体モデル各部位における対流熱伝達率と流入風速の関係を示し
 図
18 は、流入風向 0の場合の人体モデル各部位における対流熱伝達率と流入風速の関係を示したもたものである。部位毎に値も分布形状も異なっているが、概して、流入風速が1.0m/sを超えるとのである。部位毎に値も分布形状も異なっているが、概して、流入風速が1.0 m/s を超えると対流熱伝
対流熱伝達率の値が大きくなり、大きな変化が見られている。また、流入風向0°の場合、人体モ
達率の値が大きくなり、大きな変化が見られている。また、流入風向0の場合、人体モデル右側の流
デル右側の流速が大きくなるため（図17参照）、対流熱伝達率の値も全体的に四肢左側よりも右側
速が大きくなるため（図17 参照）、対流熱伝達率の値も全体的に四肢左側よりも右側の方が大きくなっている。
の方が大きくなっている。
 図
19 は、各流入風向における人体モデルの平均対流熱伝達率（全部位の平均値）と流入風速の関係
図19は、各流入風向における人体モデルの平均対流熱伝達率（全部位の平均値）と流入風速の関を示したものである。人体モデルに直接風があたる流入風向
10～30の場合（図17 参照）、流入風速
係を示したものである。人体モデルに直接風があたる流入風向10°～30°の場合（図17参照）、流入の大きさにほぼ比例して対流熱伝達率の値が大きくなっている。人体モデル周辺で比較的静穏な気流
風速の大きさにほぼ比例して対流熱伝達率の値が大きくなっている。人体モデル周辺で比較的静穏環境が形成される流入風向0, 40, 50の場合（図17 参照）も、流入風速が大きくなるにつれて対流熱な気流環境が形成される流入風向0°，40°，50°の場合（図17参照）も、流入風速が大きくなるにつ
伝達率の値が大きくなる傾向は見られているが、流入風向
10～30の場合に比べてその変化はずっとれて対流熱伝達率の値が大きくなる傾向は見られているが、流入風向10°～30°の場合に比べてその変化はずっと小さい。

－ 10 －

環境が形成される流入風向 0, 40, 50の場合（図 17 参照）も、流入風速が大きくなるにつれて対流熱伝達率の値が大きくなる傾向は見られているが、流入風向 10～30の場合に比べてその変化はずっと小さい。

対流熱伝達率［W/m2･K］

16
14
12
10
8
6
4
2
0

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

流入風速［m/s］

頭
首
胸
背
腰（前）
腰（後）
左上腕
左前腕
左手
左大腿（前）
左大腿（後）
左下腿
左足
右上腕
右前腕
右手
右大腿（前）
右大腿（後）
右下腿
右足

図18 人体モデル各部位における対流熱伝達率と流入風速の関係（流入風向0°の場合）
図 18 人体モデル各部位における対流熱伝達率と流入風速の関係（流入風向0の場合）

対流熱伝達率［W/m2･K］

30
風向0°

25

風向10°

20

風向20°
15

風向30°

10

風向40°

5
0

風向50°
0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

流入風速［m/s］

図19人体モデルの平均対流熱伝達率と流入風速の関係
人体モデルの平均対流熱伝達率と流入風速の関係
図 19

以上のように、CFDシミュレーションを用いることにより、室内気流・温熱環境の詳細な分布を 以上のように、CFD シミュレーションを用いることにより、室内気流・温熱環境の詳細な分布を解解析することができ、その結果を基に人体の対流熱伝達率などを算出し、人体の放熱特性を検討す析することができ、その結果を基に人体の対流熱伝達率などを算出し、人体の放熱特性を検討するこることが可能となる。ただし、本研究で用いた人体モデルは、その形状はもちろんのこと、顕熱・とが可能となる。ただし、本研究で用いた人体モデルは、その形状はもちろんのこと、顕熱・潜熱の潜熱の取り扱いも単純で簡易なモデルを使用しているため、その精緻化が今後の課題である。
取り扱いも単純で簡易なモデルを使用しているため、その精緻化が今後の課題である。
５．まとめ
5. まとめ本研究では、住宅のZEH（net Zero Energy House）化に向けた検討として、まず、ZEH実現のた 本研究では、住宅の ZEH（net Zero Energy House）化に向けた検討として、まず、ZEH 実現のためのめの手法やその構造について整理した。その一環として、太陽電池（太陽光発電）普及促進のための手法やその構造について整理した。その一環として、太陽電池（太陽光発電）普及促進のための電気
電気自動車（EV：Electric
Vehicle）活用の検討を行い、EV普及が太陽電池普及のバッファ（太陽電
自動車（EV：Electric
Vehicle）活用の検討を行い、EV普及が太陽電池普及のバッファ（太陽電池発電
池発電時の余剰電力の蓄電）として有効であることを示した。次に、ZEH化のためのパッシブな手法としての夏期自然通風の効果について、被験者実験およびCFD（Computational Fluid Dynamics）
シミュレーションによる検討を行った。特に被験者実験を通じて、自然通風により大きな室内気流速度が得られれば、高い室温（豊田市モデルハウスにおける被験者実験では33℃付近）でも良好な
温熱快適性が確保できることが確認された。

－ 11 －

謝辞
本研究は、名古屋大学大学院環境学研究科・奥宮正哉教授、齋藤輝幸准教授、太田早紀さん（博士前期課程２年）、芝秀輔君（同２年）、岸紗也子さん（同１年）との共同研究である。ここに記して謝意を表す。

－ 12 －