技術研究報告第 45 号 2019.11

戸田建設株式会社

オフィス建築を対象とした環境創造技術に関する実証研究（その 4）薄型ダブルスキン仕様変更後の熱性能評価
EXPERIMENTAL STUDY TO ACHIEVE THE OPTIMAL ENVIRONMENT FOR OFFICE BUILDINGS
Part4 Evaluation of thermal performance after improvement of exterior packaging of thin double skin浅野 涼太*1,村江 行忠*2,竹中 優揮*3,栗木 茂*3,伊藤 優*1
Ryota ASANO, Yukitada MURAE, Yuki TAKENAKA, Shigeru KURIKI and Yu ITO

In this study, author changed the exterior specification of thin double skin to improve the thermal performance and evaluated thermal performance before
and after with measurements and numerical calculations. The results are follows, 1) In order to reduce annual building load, it is necessary to consider themechanism to control the ventilation in the cavity for each building characteristic and regional characteristic. 2) The solar heat gain rate was reduced by theaddition of ventilation slits. In addition, changing the inner glass was effective in reducing the heat transmission coefficient.
Keywords : Experimental building, Thin double skin, Heat transmission coefficient, Solar heat gain
実証建物，薄型ダブルスキン，熱貫流率，日射熱取得率

1. はじめに
実証建物において 2017 年 4 月から運用を始め,各種環境技術を検証している.既報 1)では,実証建物における室内温熱環境とエネルギー評価について報告し,薄型ダブルスキン(以下 CDS)について,仕様の見直しが課題となった.本報では,CDS の性能向上を目的として仕様を変更し,仕様ごとの熱性能を評価した結果を報告する.

2. 概要
2.1 CDS 仕様変更概要
CDS 外装を図 1 に示す.外装の仕様はその 12)を参照にされたい.幅1.2m の 2 層吹抜けと幅 0.6m のパネル部(アルミ板 2.0 ㎜＋吹付ロックウール 25 ㎜)の幅 1.8m×4 ユニットで構成されており,上部には常(1) 薄型ダブルスキン時開放された換気スリットを設けている.仕様変更概要を表 1 に示

(2)換気スリット拡大図

図 1 南面外装断面

す.換気スリットを0.10㎡追加し1ユニットあたりの開口面積を0.02㎡から 0.12 ㎡に増やした.また,インナーガラスについて 1 ユニットのみ複層ガラス(FL6+A6+FL6)から複層ガラス(FL6+A12+FL6)に変更した.仕様変更後の実測は 2018 年 8 月 11 日から開始した.仕様変更前(開口面積 0.02 ㎡,複層ガラス(FL6+A6+FL6))を Case1,換気ス
リット追加後(開口面積 0.12 ㎡,複層ガラス(FL6+A6+FL6))を Case2,インナーガラス変更後(開口面積0.12 ㎡,複層ガラス(FL6+A12+FL6))を Case3 とする.
2.2 測定概要

：空気温度

:表面温度

：熱流計

:日射計

測定機器設置平面図を図 2 に示す.事務室は 7.2m×10.2m×2.9m で
図 2 測定機器設置平面図あり,外装から2.2m をペリメータゾーン,以降をインテリアゾーンに

表 1 CDS 仕様表分けた.実験対象エリアの中央部に人体発熱を模擬した電気毛布

ｽﾘｯﾄ開口面積(55W×8 枚)を設置し,在室時間帯(8：00~18：00)に発熱した.空調設定

Case1

温度は夏期 26℃,冬期 22℃とし,8：00~18：00 に空調した.また,ブラインドはキャビティ内に設置,スラット角 45°で固定した.実測項目

Case2

を表 1 に示す.室内空気温度,キャビティ内空気温度,ガラス表面温度,

Case3

0.02 ㎡
0.12 ㎡

ｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽ仕様
FL6+A6+FL6

測定期間2017.04~2018.07

FL6+A12+FL6

2018.08~*1 戸田建設㈱技術開発センター 修士（工学）Research and Development Center, TODA CORPORATION, M.Eng.

*2 戸田建設㈱技術開発センター 工学修士

Research and Development Center, TODA CORPORATION, M.Eng.

*3 戸田建設㈱技術開発センター

Research and Development Center, TODA CORPORATION
オフィス建築を対象とした環境創造技術に関する実証研究
2-1（その 2）外装 3 種類の熱性能比較、温熱環境及び空調処理熱量の評価
EXPERIMENTAL STUDY TO ACHIEVE THE OPTIMAL ENVIRONMENTFOR OFFICE BUILDING
Part2 Comparison of Thermal Performance of Three Exterior Packages, andEvaluate of Indoor Thermal Environment and Air Conditioning Loadオフィス建築を対象とした環境創造技術に関する実証研究

表 2 測定項目

ガラス表面熱流,鉛直日射量をワイヤレスデータロガー(HIOKILR8416)を用いて 1 分間隔で連続的に記録した.仕様変更前後のキャ測定項目

ビティ内温度分布について夏期は日射量の多い日を代表日とし,外測定箇所設置高さ(mm)ﾌﾛｱ当たりﾍﾟﾘﾒｰﾀFL+100FL+600FL+1,100
FL+1,700
FL+2,200
FL+2,800

ｷｬﾋﾞﾃｨ内仕様変更前
FL+100FL+1,100
FL+1,900
FL+2,800
FL+3,700
仕様変更後
FL+100FL+1,450
FL+2,900

気温,日射量が 2018 年度と 2017 年度で同等の測定日を評価し,冬期は日射量の少ない日を代表日とし,外気温,日射量が2018年度と2017年度で同等の測定日を評価した.

3. 測定結果
3.1 夏期
空気温度

図 3~5 に夏期のキャビティ内温度変動・南面鉛直日射量を示す.最高温度を比較すると,Case1 で 66.1℃,Case2 で 48.5℃,Case3 で 44.3℃と換気スリット追加後は追加前よりも 17.6℃,11.5℃低くなった. イ
ンナーガラス仕様変更前後について,Case2 よりも Case3 のキャビティ内温度が高くなることが予見されたが,測定では Case2 のほうが高くなった。キャビティ内上下温度を測定している熱電対の設置位置がアウターガラス側によっていたためと考えられる.
また,1FL+100 ㎜と 2FL＋2,900 ㎜の空気温度差を比較する

ｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽ
ﾌﾞﾗｲﾝﾄﾞｱｳﾀｰｶﾞﾗｽ
ｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽ
ｱｳﾀｰｶﾞﾗｽ

表面温度と,Case1 では 28.2℃,Case2 では 18.2℃,Case3 では 14.4℃とキャビティ内の上下温度差が小さくなった.図 6~8 に日中最高温度時の熱流キャビティ内温度分布を示す.インナーガラス室内側表面温度を見ると,暖気上昇により 1 階に比べて 2. 階のほうが高くなる.各ケース

鉛直日射量の 2 階のインナーガラス室内側表面温度を比較すると,Case1 は室内南面

計測機器

FL+1,450

T 型熱電対

FL+1,450

熱流計
Z2016(HIOKI)

FL+1,450

日射計 MS-602(英弘精機)
T 型熱電対外気温度34.6℃,Case2 は 31.8℃,Case3 は 30.5℃となり,開口追加により 2.8℃下がり,インナーガラス仕様変更によりキャビティ内空気温度が屋上
鉛直日射量1.3℃下がったことから,仕様変更後でペリメータ側の熱流入を削減

T 型熱電対日射計 MS-602(英弘精機)1FL+100
2FL+100
外気温度
70
6050
4030
20
1000

1FL+1450
1FL+2900
2FL+1450
2FL+2900
南面鉛直日射量
2100
1800
1500
1200
900
600
300
0612180時刻

図 3 Case1 キャビティ内上下温度(2017 年 9 月 13 日)

図 4 Case2 キャビティ内上下温度(2018 年 9 月 18 日)

図 5 Case3 キャビティ内上下温度(2018 年 9 月 18 日)

ｱｳﾀｰｶﾞﾗｽ表面(外側) ｱｳﾀｰｶﾞﾗｽ表面(ｷｬﾋﾞﾃｨ側)
ｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽ表面(室側) ｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽ表面(ｷｬﾋﾞﾃｨ側)
ﾌﾞﾗｲﾝﾄﾞ表面
ｷｬﾋﾞﾃｨ内空気温度
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0255075

ｱｳﾀｰｶﾞﾗｽ表面(外側) ｱｳﾀｰｶﾞﾗｽ表面(ｷｬﾋﾞﾃｨ側)
ｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽ表面(室側) ｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽ表面(ｷｬﾋﾞﾃｨ側)
ﾌﾞﾗｲﾝﾄﾞ表面
ｷｬﾋﾞﾃｨ内空気温度
8000
7000
6000
5000
4000
3000
20001000
0255075

温度[℃]

図 6 Case１キャビティ内温度分布(2017 年 9 月 13 日 外気 28.2℃)注1

温度[℃]

図 7 Case2 キャビティ内温度分布(2018 年 9 月 18 日 外気 28.1℃)注1
2-2

ｱｳﾀｰｶﾞﾗｽ表面(ｷｬﾋﾞﾃｨ側)
ｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽ表面(ｷｬﾋﾞﾃｨ側)
ｷｬﾋﾞﾃｨ内空気温度

高さ[mm]

高さ[mm]

時刻

高さ[mm]

時刻

ｱｳﾀｰｶﾞﾗｽ表面(外側)
ｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽ表面(室側)
ﾌﾞﾗｲﾝﾄﾞ表面
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
025

鉛直面日射量[W/㎡]

1FL+1450
1FL+2900
2FL+1450
2FL+2900
南面鉛直日射量
2100
1800
1500
1200
900
600
300
0612180

温度 [℃]

1FL+100
2FL+100
外気温度
7060
504030201000

鉛直面日射量[W/㎡]

1FL+1100
1FL+2800
2FL+11002FL+2800
南面鉛直日射量
2100
1800
1500
1200
900
600
300
0612180

温度 [℃]

1FL+100
2FL+100
外気温度
7060
504030201000鉛直面日射量[W/㎡]

温度 [℃]

することができたと考えられる.

50

温度[℃]

75

図 8 Case3 キャビティ内温度分布(2018 年 9 月 18 日 外気 28.1℃)注1

106005400

0200-5006121815800

10600

5400

0200

-5000612

図 9 Case1 キャビティ内上下温度(2018 年 2 月 22 日)

515800

10600

5400

0200-50006

ｱｳﾀｰｶﾞﾗｽ表面(外側)
ｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽ表面(室側)
ﾌﾞﾗｲﾝﾄﾞ表面

15

温度[℃]
図 12 Case1 キャビティ内温度分布(2018 年 2 月 22 日 外気 1.2℃)注1

ｱｳﾀｰｶﾞﾗｽ表面(ｷｬﾋﾞﾃｨ側)
ｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽ表面(ｷｬﾋﾞﾃｨ側)
ｷｬﾋﾞﾃｨ内空気温度

ｱｳﾀｰｶﾞﾗｽ表面(外側)
ｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽ表面(室側)
ﾌﾞﾗｲﾝﾄﾞ表面

高さ[mm]
5180

図 11 Case3 キャビティ内上下温度(2019 年 2 月 9 日)注1

8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0-512時刻

図 10 Case2 キャビティ内上下温度(2019 年 2 月 9 日)

高さ[mm]

高さ[mm]

ｱｳﾀｰｶﾞﾗｽ表面(ｷｬﾋﾞﾃｨ側)
ｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽ表面(ｷｬﾋﾞﾃｨ側)
ｷｬﾋﾞﾃｨ内空気温度

1FL+1450
1FL+2900
2FL+1450
南面鉛直日射量
1000

時刻

時刻

ｱｳﾀｰｶﾞﾗｽ表面(外側)
ｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽ表面(室側)
ﾌﾞﾗｲﾝﾄﾞ表面
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0-518

1FL+100
2FL+100
外気温度20温度 [℃]

800

1FL+1450
1FL+2900
2FL+1450
2FL+2900
南面鉛直日射量1000

鉛直面日射量[W/㎡]

15

1FL+100
2FL+100
外気温度
20

温度 [℃]

1FL+1100
1FL+2800
2FL+11002FL+2800
南面鉛直日射量1000

鉛直面日射量[W/㎡]

温度 [℃]

1FL+100
2FL+100
外気温度20

戸田建設株式会社

鉛直面日射量[W/㎡]

技術研究報告第 45 号 2019.11

15

8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0-5

温度[℃]
図 13 Case2 キャビティ内温度分布(2019 年 2 月 9 日 外気-0.2℃)注1

ｱｳﾀｰｶﾞﾗｽ表面(ｷｬﾋﾞﾃｨ側)
ｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽ表面(ｷｬﾋﾞﾃｨ側)
ｷｬﾋﾞﾃｨ内空気温度

5

温度[℃]

15

図 14 Case3 キャビティ内温度分布(2019 年 2 月 9 日 外気-0.2℃)注1 注2

3.2 冬期
図 9~11 に冬期のキャビティ内温度変動・南面鉛直日射量を示す.
最高温度を比較すると,Case1 で 17.3℃,Case2 で 9.0℃,Case3 で 5.8℃となり,換気スリット追加によりキャビティ内温度が下がった.図12~14 に空調立上り時(8:00)のキャビティ内温度分布を示す.各ケー
スの 1 階のインナーガラス室内側表面温度を比較すると,Case1 は9.7℃,Case2 は 8.7℃,Case3 は 9.1℃となったことから,換気スリット追加前に比べ熱流出の増加が懸念される.

4. 熱性能値の比較

Itotal：入射日射量[W/㎡]
IT：透過日射量 [W/㎡]θi：室内空気温度 [℃]θo：室外空気温度 [℃]θsi：ｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽ表面温度 [℃]
KR：室内と外気の温度差によりｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽから流入する貫流熱の放射成分 [W/㎡]
KC：室内と外気の温度差によりｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽから流入する貫流熱の対流成分 [W/㎡]αi:室内側表面総合熱伝達率(8W/㎡ K とする)

4.1 測定値と数値計算による算出
キャビティ内の熱収支概念図を図 15 に示す.CDS の 9 月における熱貫流率(U 値)と日射熱取得率(η 値)について表-2 に示す通り,既往
文 献 3)4) を 参 考 に し た 計 算 式 ( 評 価 A,B) と BEST 専 門 版(Ver.BEST1810)5)による計算(評価 C)によって比較する.評価 A,B について両者とも U 値の算出式は同様であるが,評価 B の η 値について室内側総合熱伝達を加味している.

図 15 キャビティ内熱収支概念図

評価 C の入力条件を表 4 に示す. 実証建物事務室 1 階（7.2m(W)×10.8m(D)×2.9m(H)）の南面外装を対象とし,変更前後の

表 3 熱性能値計算方法

仕様に合わせて入力した.気象データは実証建物の所在地の最寄り

評価 Aのつくばにおける拡張アメダス気象データの標準年データを用いた.設定室温 26℃とし,建築の熱負荷のみを計算対象とした非連成空

評価 B

調計算を行った.事務室の稼働時間は平日 8 時～18 時とし,照明点灯率,在席率を一定条件として内部発熱を与えている.

評価 C

2-3

U 値注 3
注4

U= (KR+KC )／(θo－θi )η値

η= {IT－(KR+KC )}／Itotal

U 値注 3

U= (KR+KC )／(θo－θi )注4

η値

U 値注 5
η 値注 5

η= {IT+αi(θsi－θi)－(KR+KC )}／Itotal
BEST 専門版(Ver.BEST1810)による計算

オフィス建築を対象とした環境創造技術に関する実証研究

表 4 入力条件

ｱｳﾀｰｶﾞﾗｽ

ﾊﾟﾈﾙ
気象空調
ﾌﾞﾗｲﾝﾄﾞ
照明機器
人体
隙間風

ｲﾝﾅｰｶﾞﾗｽ空気層 6mm12mm

換気有効 上部0.0040.021
開口面積
下部0.21m2/m
ﾛｯｸｳｰﾙ断熱材 30mm＋ｱﾙﾐﾊﾟﾈﾙ 2mm

Case3
表 5 U 値 η 値 1 ヶ月平均値

0.40.3

U値

η値

0.2

Case1

1.80.24

0.1

Case2

2.1

0.16

Case3

1.2

0.12

00123

熱貫流率U[W/㎡K]
0.5

日射熱取得率η[-]装ｽｷﾝ

日射遮蔽型 Low-E 複層 6mm

つくば拡張ｱﾒﾀﾞｽ気象ﾃﾞｰﾀ(標準年 2000-2010)
設定温度: 夏期(6～9 月)26℃
空調運転時間: 8～18 時、外気導入量:4CMH/m2
色:明色, ｽﾗｯﾄ角 45°固定
顕熱発熱量: 7W/m2
点灯率:平日 8～18 時は 1,それ以外は 0
顕熱発熱量: 15W/m2
使用率:平日 8～18 時は 1,それ以外は 0.2
人数: 0.10 人/m2,(8 人/室想定)
在室率:平日 8～18 時は 1,それ以外は 0
代謝量:1.2Met(通年), 着衣量:0.6clo(夏期)
換気回数:0.2 回/h

表 6 U 値 η 値 1 ヶ月平均値

0.40.3

U値

η値

0.2

Case1

1.8

0.29

0.1

Case2

2.1

0.16

Case3

1.2

0.11

00123

熱貫流率U[W/㎡K]
表 7 U 値 η 値 1 ヶ月平均値

0.5

日射熱取得率η[-]外ﾀﾞﾌﾞﾙ

Case2

0.5

日射熱取得率η[-]

共通

Case1

Case1
Case2
Case3
吹抜け 2 層(1 層目)
奥行き: 0.385m 常時換気FL6mm

4.2 U 値,η 値の比較

0.40.3

η値

0.2

Case11.50.190.1

Case2

1.50.17Case3

1.20.160012

図 16 に U 値 η 値の散布図,表 5～7 に U 値 η 値の 1 ヶ月平均値を熱貫流率U[W/㎡K]示す.各計算法ともにインナーガラス仕様変更により U 値が減少し,

図 16 U 値 η 値散布図
(上.評価 A, 中.評価 B, 下.評価 C)

換気スリット追加したことにより η 値が減少する傾向が見られた.

U値

3

換気スリットを追加したことにより日射熱取得量が減少した効果を考慮し評価する必要がある.

が表れたと考えられる.

・今後は実測値や数値計算により,外装変更による年間熱負荷削減効果検証し,他の外装と比較をする.

標準気象データを用いた数値解析値である評価 C に対して実測値を用いた評価 A,B の U 値の乖離は若干見られるが,概ね傾向は一

参考文献
1) 浅野他: オフィス建築を対象とした環境創造技術に関する実証研究(その 2), 戸田技術研究報告第 44 号,2018.112) 伊藤他: オフィス建築を対象とした環境創造技術に関する実証研究(その 1),戸田技術研究報告第 43 号,2017.113) 菊田他:積雪寒冷型ダブルスキンの熱負荷低減手法に関する研究,日本建築学会環境系論文集,pp1355-1362,2019.124) 加藤他:ダブルスキンの熱的性能予測に関する研究(その 1),空気調和衛生工学会大会梗概集,pp373-376,2007.95) 郡他: 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）, 空気調和衛生工学大会学術梗概集,pp1720,2013.9

致していた.U 値について乖離が生じているのは実測年度や標準気象データの気象条件が異なっていることや,夜間非空調だったため室内外温度差が少なかった(3～5℃程度)ことにより計算値のばらつきがおおきくなったと考えられる.また,Case1,3 の η 値について評価
C で乖離が見られるのは,キャビティ内の排熱について実測時と数値計算上で通気状況が異なるためと考えられる. 評価 A,B の η 値の平均値は同等であったが,測定値のばらつきを比較すると,熱伝達がη 値計算値に与える影響を考慮したほうが良い.

5. 終わりに
注釈
注1 アウターガラス屋外側表面温度は 1 階のみ測定した.
注2 2FL+2900 ㎜のデータは欠測したため表記していない.
注3 U 値は夜間(0：00～4：00)の平均値とし, 室内と外気の温度差によりインナーガラスから流入する貫流熱の放射成分との対流成分の和(KR+KC)についてはインナーガラスに貼り付けた熱流計の測定値を用いた.
注4 η 値は日照時間(8：00~16：00) の平均値とし,IT は室内に設置した日射計,Itotal は屋上に設置した日射計の測定値を使用した.

実測結果から外装仕様変更による薄型ダブルスキン熱性能向上
について以下の知見を得ることができた.
・換気スリット追加により夏期は熱流入を削減できたが,冬期は熱流出が増加してしまうことが懸念された.暖房負荷で不利側に働くため,建物用途や地域,内部負荷などの状況により,場合によってはキャビティ内の換気制御が必要と考える.
・換気スリット追加により η 値を低減することができた.また,インナーガラス仕様を変更することで η 値に加えて,U 値の低減に効果があった.
･熱性能値について,実測値と数値計算値を比較し妥当性を検証した.
室内外温度差やキャビティ内の排熱状況により乖離が生じること

2-4