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日本建築学会大会学術講演梗概集（関東） 2006年 9 月

太陽熱水蓄放熱床暖房システムにおける夏季の室内気候調整に関する研究〜外気温が与える影響〜

実大実験住宅
外気温
外気取込の室内温熱環境調整効果について報告した。本報では2001〜2005 年に行った実験、および様々な地域の気象条件でシミュレーションを行った結果をもとに、外気温が本システムに与える影響について検討した結果を示す。
2.実験及びシミュレーション概要
実験に使用した建物は図 1、図 2 に示すような太陽熱床暖房システムを持つ高断熱高気密の実大実験住宅である。
この建物を使って 2001〜2005 年の夏季にシステムの運転方法を変え 13 モードの実験を行った。表 1 に実験モードを示す。表 1 の｢夜間冷気取り込み｣とは、夜間外気を軒先から取り込み屋根ダクトで放射冷却や屋根流水により冷やした後、屋根ダクト、縦ダクト、床下ダクトを通して吹出口 水蓄放熱床

台所

集熱ファンボックス

縦ダクト
洋室

居間

床下ダクト
1200 1530

図1

実験住宅断面図

表1実験モード
夜間冷気取り込み

モード1

図2

自然換気

無し

モード2

屋根ダクト温度がモード3 26℃以下になってから翌朝5時まで
モード4
モード5

無し

モード6 屋根ダクト温度が床下ダクト温度よモード7り低くなってから
モード8 翌朝5時まで
モード9

日中排気

実験期間

無し

無し

2001年 6/29〜7/10

無し

2003年 9/15〜9/17

夕方のみ

2003年 8/18〜8/26

3.0[回/h]である。「自然換気」とは、南側 4 面(合計約 4.0

モード12㎡)、北面 4 面(合計 1.4 ㎡)の窓を開放し、自然通風を行

モード13

2003年 8/27〜9/14
2004年 7/19〜7/31
2005年 7/11〜7/31
2004年 8/1〜8/21

無し

無し

一晩中

2005年 8/5〜8/10
5:00〜
2005年 8/11〜8/18
18:00
2005年 8/29〜9/7

モード10無し※

夕方のみ

夕方及び一晩中

外気温<室温〜外気温>水蓄
熱体温度

4550

屋根流水

夕方及び一晩中

18:00〜5:00

18209100

実験住宅平面図

夕方及び一晩中

モード11

床下と室内に吹き出すモードである。換気回数は約

便所 洗面所 浴室

2005年 8/1〜8/4

2005年 8/19〜8/22
無し

無し

2005年 8/23〜8/28(台風時)

うものである。｢屋根流水｣とは、日没後、日中温まってし2005年 9/8〜9/14(晴天日)※日中排気の制御が曖昧になっており、行っている時と行っていない時がある。

まった屋根を急激に冷やすためと、夜間冷気取り込み時

表2

ＰＭＶ算出条件
室温に、より外気を冷却するために屋根に水を流すことであ

放射温

モード1

実測値

る。流量は約 24.0[ℓ /min]である。「日中排気」とは、日モード2=室温

中日射により熱くなった屋根を冷却するために、外気をモード3

実測値

モード4

軒先から取り込み、屋根を通し外に排気することである。

モード5〜9シミュレーションは次世代省エネルギー基準によるⅠ

モード10〜13〜Ⅵ地域を参考に 11 地域について行った。換気方法は、シミュレーションより低いときに自然換気を行う 2 通りである。
3.室内温熱環境
実験時の室内温熱環境を調べるため PMV を算出した。
算出条件を表 2 に示す。算出した PMV が−1.0 から 1.0 の範囲に入る時間の全体の時間に対する割合を快適時間率

70[％]

風速

着衣量

0.1[m/s]

5:00〜
23:00
0.6[clo]

実測値

23:00〜5:00
0.8[clo]

=室温
実測値

実測値

=室温70[％]

計算値

代謝量
5:00〜
23:00
1.0[met]23:00〜5:00
0.8[met]

計算値

100
快適時間率[％]

18 時から 5 時まで自然換気を行うものと、外気温が室温

実測値

湿度2.5
自然換気

快適時間率 夜間冷気取り込み802604020とした。モード 1〜13 の快適時間率と平均 PMV を図 3 に0示す。図 3 より自然状態の室内温熱環境に比べ、夜間冷気取り込みを行ったモード 2〜10 では改善されている。

1.5
自然状
態
11平均PMV

平均PMV

前報までに夜間冷気取り込み及び屋根流水を行ったとき66293325

夏季の室内温熱環境については明らかになっていない。

縦ダクト

屋根ダクト

400

常に高いことがこれまでの研究で明らかになっているが、

2110

1.はじめに太陽熱水蓄放熱床暖房システムの冬季の暖房効果が非

7280
1200

蓄冷
快適時間率

真範*1
修通*2
哲俊*3

○秋田
須永
咸

3970

水蓄熱体
シミュレーション

正会員
同
同

0.5
2345

6 (5) 7 8
実験モード

910 11 12 (12)0注)(5)は 2005 年に 5 は 2004 年に行った結果

また自然換気を行うとさらに良好になっている。

図3

Effect of “Solar Heating System with Water Floor” on the Indoor
Climate Control in Summer ~Influence of outdoor temperature~―601―

快適時間率と平均 PMV(実験)AKITA Masanori, SUNAGA Nobuyuki and XIAN Zhejun

図 4 にシミュレーションを行った 11 地域の快適時間率

100

自然換気

外気温＜居間室温

平均PMV

400.0
200 札幌 盛岡 新潟 仙台 東京八王子横浜名古屋 高松 鹿児島 沖縄 -1.0
図 4 快適時間率と平均 PMV(シミュレーション)
2.5

自然状態

平均PMV

2.00.02527293133
平均最高外気温[℃]

350.00.0242628平均外気温[℃]【参考文献】1)咸哲俊「水蓄放熱床をもつ太陽 熱 床 暖 房 シ ステ ム に関 す る 研 究 」 2005
年 3 月東京都立大学、2)秋田真範・須永修通・咸哲俊「太陽熱水蓄放熱床暖房シス
テムにおける夏 季 の室 内 気 候 調 整 に関 す
る研 究 〜その 2.夜 間 冷 気 取 り込 み・屋 根
流水・夜間 窓開 放の効果〜」太陽 /風 力エネルギー講 演 論 文 集 P255-268 2005 年
10 月 3)宇田川光弘「パソコンによる空気調
和 計 算 法 」 オーム 社 、4)日 本 建 築 学 会 編「換気設計」、5)祝家 燕･稲垣友昭･中野真理子 ･菅 原 作雄 「寝 室 における温 熱 環境とエアコンのあり方 について」日 本 建 築 学 会
30 大 会 学 術 講 演 梗 概 集 P977 1999 年 9月、6)山田由紀子「建築環境工学」培風館

図 5 平均外気温の影響
2.5

2.5

自然状態

自然状態
2.0

夜間冷気取り込み
R2 = 0.01

1.5

平均PMV

平均PMV

2.01.0自然換気
R2 = 0.04

0.527293133
平均最高外気温[℃]

東京都立大学大学院工学研究科建築学専攻*2 首都大学東京大学院

都市環境科学研究科

建築学専攻

夜間冷気取り込み

1.5

R2 = 0.65
1.0

自然換気
R2 = 1.00

0.5

0.00.02830
3234
平均最高外気温[℃]36202224
平均最低外気温[℃]26

図 6 平均日最高外気温の影響 図 7 平均日最低外気温の影響
18：00〜5：00 自然換気

2.0

平均PMV

R2 = 0.98

1.0

0.0

-1.0

1.0

R2 = 0.99

0.0-1.020222426
平均外気温[℃]28

図 8 平均外気温の影響

3020

外気温＜居間室温

2.01.0222426
平均外気温[℃]2830図 9 平均外気温の影響

18：00〜5：00 自然換気

R2 = 0.930.0

自然換気

1.0
R2 = 0.91
0.0-1.01835

外気温＜居間室温 自然換気

2.0-1.025*1 株式会社大林組(当時

博士(工学)

自然換気
R2 = 0.95

0.52.0

図 10 平均日最高外気温の影響 図 11 平均日最高外気温の影響*3 ベターリビング

R2 = 0.32

1.0-1.0-1.0

夜間冷気取り込み

1.5

自然換気

R2 = 0.91

1.01.0

平均PMV

快適時間率[%]

60

平均PMV

平均PMV

平均PMV

R2 = 0.89
1.02.080

2.02.0外気温＜居間室温 自然換気

平均PMV

18：00〜5：00

18：00〜5：00 自然換気

平均PMVと平均 PMV を示す。札幌、盛岡では PMV が−1.0 を下回る時間が多く、快適時間率が低い値となった。夏季において寒い場合、窓を閉めることや着衣量を増やすことでさらに快適時間率を増加させることが可能と言える。
東京・名古屋・浜松のように平均外気温が 27.5℃前後だと、平均 PMV は 1.0 以上となり、快適時間率は 30％程度となった。新潟・八王子・横浜のように平均外気温が26.5℃前後だと、平均 PMV は 1.0 程度となり、快適時間率は 50%程度となった。
4.外気温と室内温熱環境の関係
外気温が室内温熱環境に与える影響を調べるため、実験での外気温と室内温熱環境の関係を図 5〜7 に示す。図6 より、平均日最高外気温が室内温熱環境に与える影響は小さいことがわかる。これは、実験住宅が高断熱高気密であり、日中の外気温の影響が小さいからである。図 7より、平均日最低外気温が室内温熱環境に与える影響が大きいことがわかる。これは、夜間の窓開放による室温低下と、水蓄熱体への蓄冷が原因だと考えられる。
図 8〜13 にシミュレーションでの外気温と室内温熱環境の関係を示す。18 時から 5 時まで自然換気を行ったもの(図 8,10,12)と、外気温が室温より低いとき自然換気を行ったもの(図 9,11,13)を比べると、後者の方が、PMV で0.1 から 0.3 低い値となった。これは、夕方に高くなる室温を、自然換気により下げることができ、平均 PMV が低くなったためと考えられる。図 10、11 より、平均日最高外気温が室内温熱環境に影響を与えていることがわかる。
図 6 より実験では影響を与えていないのに対し、シミュレーションでは影響を与えている。これは、日中の換気回数をシミュレーションでは 0.5 としたが、実験ではほぼ 0 であったことが原因だと考えられる。平均最低外気温と平均 PMV の相関が高いのは実験と同じである。
5.まとめ
本システムを用いた夏季の室内温熱環境は、自然状態と比べ、夜間冷気取り込みを行うと改善され、自然換気を行うと更に良好となることがわかった。また、室内温
熱環境は日最低外気温の影響を強く受けることが明らかとなった。

20222426
平均最低外気温[℃]281820222426
平均最低外気温[℃]28

図 12 平均日最低外気温の影響 図 13 平均日最低外気温の影響

修士課程)

Obasyashi corporation(Graduate student, Dept, of Architecture, Faculty of Engineering, Tokyo Metropolitan Univ.)准教授・博士(工学)Assoc . Prof , Dept. of Arch. and Bld. Eng , Grad. Sch. of Urban Env. Sci, Tokyo Metropolitan University , Dr. Eng.
Center for Better Living , Dr Eng―602―