ＢＲＩ－Ｈ２７講演会テキスト

グリーンビルディングの火災安全に関する研究
防火研究グループ

目Ⅰ

はじめに

Ⅱ

研究の背景と目的

主任研究員

鍵屋浩司

次

１）グリーンビルディングと火災安全
２）研究の目的Ⅲ

ダブルスキンの火災安全性の評価に関する実験的検討
１）ダブルスキンの火災安全性に関する課題
２）ダブルスキンを通じた煙の侵入
３）ダブルスキンによる上階への延焼促進

Ⅳ

木質内装の火災安全性の評価に関する実験的検討
１）木質内装のニーズとその火災安全性に関する課題
２）木質内装の貼り方によるフラッシュオーバーの遅延効果

Ⅴ

おわりに
参考文献

Ⅰ はじめに

Ⅱ 研究の背景と目的

近年、地球温暖化をはじめとする環境問題を背景に、持続可

１）グリーンビルディングと火災安全

能な社会に向けた建築の考え方として「グリーンビルディング」

グリーンビルディングの定義は現在のところ国際的にも統一が世界的に普及している。これは省エネや省資源、低炭素等にされておらず、国によってその解釈は異なってはいるものの、よる環境負荷低減や健康に配慮した建築物といわれており、そ概ね「環境や人に優しい建築」という解釈となっている。

の要素として従来の建築とは異なる空間や設備、構法、材料等

例えば、米国環境保護庁（EPA）によると 2)、エネルギー、水、が積極的に使われている。その一方で、これらの火災時の挙動その他資源を効果的に使い、廃棄物や汚染・環境劣化を削減し、に関する想定が十分になされていない可能性も考えられる。

居住者やビル内で働く人の健康と生産性を高めることにより、そこで建築研究所では、平成 26 年度から 2 年間にわたり重点課題「グリーンビルディングに用いられる内外装の火災安全性環境や人体への負荷を削減するように設計された建築とされている。

評価技術の開発」において、グリーンビルディングについてど「グリーンビルディング」という言葉は 1990 年頃から欧米でのような火災安全上の懸念があるのかを示し、その中でも影響使われるようになったもので、もとは 1980 年代後半の原油価格が大きいと考えられる問題を抽出した。本研究では、ダブルス高騰により、省エネ化を指向した建築物を指していたものが、キンによる煙の侵入や上階への延焼促進、木質内装の貼り方にその後、地球環境問題や QOL（生活の質）への意識の高まりとよるフラッシュオーバーの遅延効果について取り上げた。

いった社会動向を背景に、それが意味するものが多様化したもそして、火災時に想定されるこれらの問題を模型・実大スケのと考えられる。
グリーンビルディングの要素として、自然エネルギー等の再ールで実験して、その火災安全性に対する影響や対策を設計段
1)階で検討できるようにするための評価手法を開発している 。

生可能エネルギーの活用や新素材による断熱性能の向上、設備－ 101 －機器の技術革新などによる省エネルギー、木材等の自然素材の利用、リサイクル材の活用などがある。
具体例として、建築空間の高断熱化のための様々な断熱材の開発、煙突効果による自然換気を活用したダブルスキンや高層建築のアトリウムのようなボイド空間、ヒートアイランド対策のための屋上・壁面緑化、建築物の内外装における木材などの自然素材の活用、屋根や外壁一体型の PV（太陽電池）や燃料電池のための水素利用や、バイオマス発電のための木質ペレット等の燃料の使用があげられる。
しかしながら、グリーンビルディングに用いられるこれらの要素は、建築物に導入されたときに建築物全体での火災安全性について明確になっていないものもある。火災安全の観点から
図 2 季節によるダブルスキンの中空層の働き出火源や収納可燃物、煙の拡大経路、延焼拡大の経路となる可能性も指摘され、環境性と火災安全性の双方を損なわずに両立させることが国際的な課題となっている 3)。

夏季を中心に日射により中空層内で温められた空気の上昇気流（煙突効果）による自然換気を行い、冬季は中空層内の空気の流れを止めて日射による温室効果（図 2）を利用してビルの空２）研究の目的
以上の背景をふまえて、省エネ効果のあるダブルスキンについては、その構造上、煙の拡大経路や延焼拡大の経路となる可調負荷の軽減を図るもので、例えば年間 15%前後の省エネにつながると言われている。

能性があり、木質内装については、目に見えるかたちで内装をダブルスキンの中空層は、煙突効果や温室効果によって空調木質化する需要に対して、それが室内の火災の延焼拡大を促進負荷の軽減に効果があるが、中空層が複数層にわたって連続しする可能性が見込まれるが、これらが発生しうる条件は明確でた竪穴を形成している場合、火災時には煙突効果によって火災ない。そこで、火災時に想定されるこれらの問題を模型・実大室からビル全体への煙の拡大経路となるほか、火災室から噴出スケールで実験して、その火災安全性に対する影響や対策を設した火炎が上方に伸びやすくなり、一般的なビルと比べて上階計段階で検討できるようにするための評価手法を開発する。への延焼を促進する可能性が考えられる。
そこで、本研究の実験条件設定の根拠にするために、実際にⅢ ダブルスキンの火災安全性の評価に関する実験的検討施工されたダブルスキンの中空層の厚さや中空層の高さ（中空１)ダブルスキンの火災安全性に関する課題

層が何層にわたって連続した竪穴が形成されているか）、ダブル

ダブルスキンとは、ビルの外壁の外側に隙間（中空層）を空スキンに用いられるガラスの種類等について調査した。けてガラスのカーテンウォールを設けたもので、外壁部分をイ

調査方法は、（一社）日本建設業連合会の耐火構造研究会委員

ンナースキン、その外側のカーテンウォールの部分をアウターを対象に、委員各社が設計・施工したダブルスキンのガラスのスキン、これらを合わせてダブルスキンと呼ばれている（図 1）。

種類や中空層の厚さ等の仕様についてアンケート調査を行った。
回答が得られた 19 物件について以下に結果を示す。
中空層の厚さと高さ
中空層の厚さは 600mm 以上 900mm 未満が最も多く、次いで300mm 以上 600mm 未満だった。中空層は主に単層で区切られており、次いで 2 層で区切られているものが多かった。ダブルスキンの上端から下端まで一体の竪穴を形成しているものは 5件（全体の 1/3）見られた（表 1）。

図 1 ダブルスキンの構成－ 102 －表 1 ダブルスキンの中空層の厚さと高さ

２)ダブルスキンを通じた煙の侵入
火災の煙が中空層内に流入すると、煙突効果によって火災階より上階の居室に換気口等の開口部を通じて急速に煙が侵入して避難上支障を来す可能性がある。
そこで、ダブルスキンが設けられた建物における火災時の煙流動性状を把握し、避難安全上配慮すべきダブルスキンの設計仕様を明らかにすることを目的として、ダブルスキンが上階へガラスの種類の煙伝播に及ぼす影響を把握するための模型実験を行った。

アウタースキンに使われるガラスは、ほとんどが単板ガラス

縮率 1/10 でダブルスキンを有する事務所ビルの実験により、だった。インナースキンについては、Low-E 複層ガラスが最も火災室からダブルスキンの中空層を通じた煙流動を予測するた

多く、次いで単板ガラスだった（表 2）。めの計算法を構築している（図 4）。

表 2 ダブルスキンを構成するガラスの種類

Low-E 複層ガラスは、ガラスを複層にすることで断熱性を高

図 4 実験模型とダブルスキン内温度の実験値と計算値の比較

め、さらにガラス表面に付けた金属膜により熱（赤外線）を反射して夏には日射熱の侵入を防ぐほか、冬には室内からの熱の模型実験の結果、中空層内における煙突効果に伴う圧力の影放出を防ぐことで、省エネ効果を高めたものである（図 3）。

響によって、火災室から上階になるほど中空層から換気口を通じて煙が室内に侵入する可能性があることがわかった。
特に、ダブルスキンの中空層頂部に庇状の雨仕舞いがある場
合、中空層を上昇した煙が最上階付近の階に滞留し、さらに煙突効果に伴う圧力の影響で換気口を通じて室内に煙が侵入する

図 3 Low-E 複層ガラス

可能性があるため、火災時には火災報知器と連動して空調を停

ダブルスキンの換気方式

止するなどして、不用意に換気口等の開口部から室内に煙が流多くは中空層が外気に対して常時開放されていた。中空層と入しないようにすることが考えられる。

室内との換気方法は自然換気が主流だった。中空層が外気に対また、ダブルスキンを排煙として活用するには、ダブルスキして常時閉鎖されているものは 2 件あり、いずれも室内との換ンの上端部を居室より十分高くして、中空層の中性帯（煙が滞気方式は機械換気だった（表 3）。

留する境目）を最上階の居室の換気口よりも上に位置させる、もしくは中空層の厚さを厚くして中空層の容積を増やし、火災

表 3 ダブルスキンの外気・中空層・室内それぞれの換気方法室からの煙を十分希釈できるようにすることが考えられる。

３）ダブルスキンによる上階への延焼促進
ダブルスキンの中空層内に火災室から火炎が噴出すると、中空層内の煙突効果に伴う上昇気流によって、火炎が上方に伸びやすくなり、一般的なビルと比べて上階への延焼を促進する可－ 103 －能性がある（図 5）。これは、ダブルスキンを構成するガラスの脱落時間が関係している。すなわち、インナースキンのガラスが脱落して中空層に火炎が噴出したときにアウタースキンのガラスが脱落せず、中空層が維持されると噴出した火炎は中空層内を上方に伸びるが、アウタースキンのガラスが脱落すれば、火炎はアウタースキンの外側に噴出するなどして中空層内を上方には伸びにくくなると考えられる。ガラスの脱落に関して想定されるケースは次の①②のようになる。
①延焼を促進する→アウタースキンのガラスが火炎噴出後、長時間脱落しない。
②延焼を促進しない→アウタースキンのガラスが短時間で脱落
図 6 建築研究所耐火炉に設置したダブルスキン実験装置

するか、インナースキンのガラスが長時間脱落しない。

図 5 ガラスの脱落と上階への延焼促進との関係

図 7 ダブルスキン実験装置断面図

しかしダブルスキンに標準的に使われているガラスが、火災の加熱に伴って、どの時点でどのような順に脱落するといった定量的な知見はない。そこで、ダブルスキンの実大規模の試験体を建築研究所の耐火炉に設置（図 6,7）して、火災室の火熱によりガラスが脱落して火炎が噴出する時間を計測した。
火災室温度を標準火災加熱曲線に基づいて上昇させた結果、火災室の開口部にあたるインナースキンの Low-E 複層ガラスは60 分間破れず、その間火災室から中空層に火炎が噴出しなかった（図 8）。このことからダブルスキンに標準的に使われているLow-E 複層ガラスには、ある程度の耐火性を有していることがわかった。
この理由としては、Low-E 複層ガラスの金属膜が日射と同様に火炎からの赤外線を反射することによって、ガラス面の急激な温度上昇を抑え、ガラス面に発生するひずみを抑制したため
図 8 火災室の温度上昇とガラスの脱落時間と考えられる。

－ 104 －

火災室に取り付けられているインナースキンのガラスが火熱と、この火炎からの加熱により、ダブルスキンの無い状態と比によって脱落した後、アウタースキンのガラスが脱落しない場べて、中空層及び壁面の高温域が上方に拡大し、上階への延焼合は、中空層の中を火災室から噴出した火炎が上方に伸びるこが促進されることが予測された。

とが想定される。特に中空層の厚さによって煙突効果が促進され、噴出した火炎が上方に伸びるようになる厚さが存在すると考えられる。
そこでまず、ダブルスキン部分を縮率 1/10 で再現した模型実験によって火災室から火炎が噴出した状況を再現して、開口条件や発熱速度をパラメータに中空層の厚さと中空層内に噴出した火炎の伸びとの関係を、中空層内の上下方向の温度分布などを計測して把握した（図 9）。その結果、中空層の厚さが実大スケールで 1m 未満になると、例えば図 10 のように火災室から噴図 10 中空層の厚さと上方への温度上昇との関係出した火炎が上階へ伸びる可能性が高くなることがわかった。

図 9 模型実験による中空層の厚さによる火炎高さの変化（上段：アウタースキン無し、中段：実大スケールで 0.4m 相当、下段：実大スケールで 1.8m 相当）

図 11 数値計算による実大スケールでの加熱予測

さらに、中空層内を火炎が伸びたときに壁面が火炎から受ける加熱の状況を予測するために、実大スケールでの火災を再現した数値計算を行った（図 11）。中空層の厚さが 1m 未満になる

以上の実験的検討から、①アウタースキンのガラスが短時間で脱落する、②インナースキンのガラスが長時間脱落しない、③中空層が金属板等で防火上有効に仕切られている、のいずれ－ 105 －

かの条件を満たせば、ダブルスキンが上階への延焼を促進する

ら、建築研究所で同じ仕様の内装の仕上げで、規模が異なる居ことはなく、一般的なビルと同等の火災安全性と評価できる。室の木質内装の燃え広がり方に関する比較実験が行われた。
この実験では大小 2 つの規模の居室に置いたバーナーによっⅣ 木質内装の火災安全性の評価に関する実験的検討て同じ強さの炎で火災を起こした場合、6 畳間程度の面積の小さ

１）木質内装のニーズとその火災安全性に関する課題

な居室では、木材で仕上げた壁が天井付近の煙層を通じて室全

建築基準法では、火災安全上、壁や天井の内装仕上げに使う体に急速に燃え広がり、極めて短時間で FO した（図 13）。

ことができる防火材料として、不燃・準不燃・難燃材料を定め

しかし、教室程度の大きな居室で天井を不燃化した場合には、ている。これは、出火の防止や、出火しても建物の中にいる人

壁全面に木材を使用していても、火元のバーナーの付近は一旦が居室や階、建物から避難する前に炎や煙に巻かれないように燃えるものの、天井付近に溜まる煙の温度が、規模の小さな居するためである。室のように急激に上昇しないため、壁の炎が火元の周辺で燃えその一方、視覚的にも暖かみを感じる木材を目に見えるかた止まり（図 14）、FO しない、または FO が遅延され、結果的にちで室内の壁や天井などの仕上げ材料に使いたい、という需要

は居室の内装全体に防火材料を使用した場合と同等な性能を有がある（図 12）。しかし、現在の防火基準では内装の貼り方に関している可能性があることがわかってきた。

わらず木材のような防火性能の低い材料の使用を制限している。

断面

スノコ・格子状

断面

ルーバー状

断面

千鳥・モザイク状等

木質化する面部分（梁・柱現しを含む）

ディテール

図 12 内装木質化のニーズの例

図 13 規模の小さな居室における木質内装の燃え広がり

この理由の一つは、室内に置かれた家具などの可燃物が火災時に燃焼して天井付近に高温の煙が溜まり、その熱によって生成した可燃性のガスが室内で爆発的に延焼するフラッシュオーバー（以下、FO）が発生するが、これらの可燃物と一緒に壁や天井の内装が燃焼した場合には、この煙層の温度がさらに上昇して、FO を早めてしまい、避難に支障を来す可能性があるからである。
このため木質内装に求められる火災安全性として、火災時に急速に燃え広がるとともに、室内に置かれた家具等の可燃物の着火・燃焼を促進する延焼経路となって FO の発生を早めることのないようにすることが求められる。
しかし、上記の FO のメカニズムでは居室の規模や内装の貼り方によっては FO が発生する時間が異なると考えられることか－ 106 －

図 14 規模の大きな居室における木質内装の燃え広がり例えば、木質仕上げ部分の表面積と発熱量との関係を把握す

２）木質内装の貼り方によるフラッシュオーバーの遅延効果
そこで、天井の仕上げを不燃化した室について、FO の遅延効るために、木質仕上げの壁に角材で凹凸を付けて表面積を平板果が期待できる条件を把握するために、室の床面積や開口の大の 2 倍にして加熱実験を行ったところ（図 17）、燃焼に伴う発熱きさ、木質仕上げの部分の表面積が燃え広がり（発熱速度）には平板の 3 倍に増加した（図 18）。これは凹凸の溝に沿って火炎及ぼす影響を実大火災実験（図 15）や、壁等の部材燃焼実験にが横方向に広がり、平板で燃焼した表面積の 3 倍の面積が燃焼よって系統的に把握した。

したためである。木質内装の貼り方によってこの程度のばらつ

その結果、天井を不燃化することで図 16 のように、火元のバきを火災安全設計上想定しておく必要がある。

ーナー付近の壁の仕上げ材が一旦燃焼して発熱するが、加熱をこのように木質内装のニーズをふまえながら、室内に露出す継続していてもそのまま燃え広がらず、天井付近に溜まる煙層る木材の面積が大きくなる使い方（壁面に木材で棚状の凹凸をが室内を予熱するまでは FO しないことが確認された。

付ける、室の天井の梁を現しにする等）について、FO 遅延効果

一連の実験結果から、FO の遅延効果が期待できる室の最小面2積は 30m 前後と見込まれ、さらに開口条件として垂れ壁が無いを損なわない（火災成長を著しく助長しない）条件を、このような実験的検討に基づいて整理している。

場合や開口が大きい場合は、室内を予熱する煙層が形成されにくくなり、さらに FO を遅延する傾向があることがわかった。

図 17 木質壁の仕上げによる燃焼性状の実験（左：不燃仕上げ、中：平板、右：凹凸（木材の表面積 2 倍））

図 15 開口条件や床面積等をパラメータとした区画火災実験

図 18 木質壁の仕上げによる燃焼発熱の相違
Ⅴ おわりに
図 16 区画火災実験における発熱の履歴の例

グリーンビルディングのように、様々な目的から新たな要素が付加された結果、これまでの建築物には無かった火災危険がさらに、居室内の内装の燃焼拡大が進む要因として、①居室生じる可能性がある。そこで、安全を担保する工夫をしながら、内に形成される煙層による内装材の予熱、②火災初期に内装材目的を効果的に達成するための技術開発・技術基準の整備等がが燃焼する火源周辺や、煙層が形成される居室の天井付近にお必要である。そして、これが達成されれば、持続可能でより質ける木質内装材の表面積が影響していること等を明らかにした。

の高い建築空間の実現に資することができると考えられる。

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参考文献
1) 鍵屋浩司、仁井大策、水上点睛、鈴木淳一、樋本圭佑、西野智研、成瀬友宏、桑沢保夫、萩原一郎、吉岡英樹、中村正寿、長谷見雄二、ダブルスキンの火災安全上の課題に関する実験的検討（その１）
研究の概要とダブルスキンの実態、（その２）通気層に噴出した熱気流に関する模型実験と実大実験の比較、（その３）煙流動に関する基礎的検討、日本建築学会大会梗概集（防火）、pp.363-368、2015
2) http://archive.epa.gov/greenbuilding/web/html/about.html（2016 年
1 月 22 日閲覧）
3) Brian Meacham, Brandon Poole, Juan Echeverria and RaymondCheng, Fire Safety Challenges of Green Buildings, Springer Briefs
in Fire, Springer, 2012

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