日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿） 2014 年 9 月

41592

国産蓄熱式薪ヒーターの暖房に関する数値シミュレーション

薪ストーブ

放射暖房

正会員○櫻井 謙祐 *

数値シミュレーション

1 . はじめに正会員

高橋達 **レンガ) は、国内の施工例で一般的な容量のものを本報では、既報の国産蓄熱式薪ヒーター 1 ) の暖房効「国内一般」として、その 2 倍を「一般の 2 倍」、3 倍果に関する実測調査 2 ) の結果を用いて、数値シミュ

実際の炉壁・炉床と同容量の耐火コンクリートを東側壁全面に設置と仮定

レーションによる対象室のモデル化を行い、そのモデルを使い、同ヒーターを住宅に導入する場合の能力算

照明を内蔵した小部屋によりヒーター外表面からの放熱を再現定に関する配慮事項について検討した。
2 . 研究方法
数値シミュレーションは、汎用室温計算シミュレー
図1

ションソフト AE -Si m/He at( (株) 建築環境ソリューショ

Sim/Heat における対象室のモデル化

ンズ) を用いて行い、同ソフトの使用者が容易に実行できる計算方法を求めるようにした。
を示す。S i m / H e a t を用いたシミュレーションでは、暖洗面

玄関
Kホール

浴室

4,095

房機器は温度によるスケジュール運転のみの設定に留まるため、放熱量によるスケジュール運転が設定できDる照明機器をヒーターとして扱うようにした。

L103,6403,185

図 1 に S i m / H e a t における対象室のモデル化の概要

2,730 910

5GL

和室

3,640

薪ヒーター

モデル化にあたって、まず、ヒーターに見立てた銅5,005

板 0 . 0 5 m m の間仕切り内で実測放熱量を照明発熱の形

3,6408,645で与える設定にした。次に、ヒーターの蓄熱性を再現

図2するために照明機器周囲の間仕切りをキャスタブル材

計算対象のモデル住宅(比熱、密度、熱伝達率は 900J/kgK、1950kg/m3、1.0W/m K ) 3 ) に置き換え、実測時のヒーターの蓄熱と暖房効果が再現できるようにした。
図 4 に実測値と計算値を示す。炊き上げ時に、最大で約 4 ℃の誤差があるが、ヒーター表面がキャスタブル材の場合でも実測値を概ね再現している。そのため、一部の炊き上げ時を除けば、いずれの温度も計算誤差が 2 ℃以下になり、計算精度は本研究の目的に対

薪 4kg/ 回
×
3回 /day

4.3

3.6

2.8

2.3

2.8
1.8 1.4

1.1 0.9 0.7

3.6

3.1

2.4

3.0

3.8 3.4

1.9 1.5

3.7
2.7

2.1

1.6

0.5 0.5

薪 3kg/ 回 単位：kW×
1回 /day 0.7

3.22.3
1.4 1.2

0.3 0.2 0.1

薪 3kg/ 回 3.22.3×1.4 1.2
3回 /day0.7 0.3して十分と判断した。

3.23.22.32.3
1.4 1.2
0.2 0.1

0.7 0.3 0.2

1.4 1.20.1

0.7 0.3 0.20.1

なお、S i m / H e a t ではコの字型の間仕切りが設けら図3れないため、背面が外壁の一部になるように L 字の間仕切りにした。蓄熱式ヒーター近傍にある炉壁・炉床

表1の耐火コンクリートは、合計が同容量のものを東壁全蓄熱式薪ヒーターの炉内発熱スケジュール
数値シミュレーションの主な計算条件作成した、図 2 の木造住宅を対象にして、暖房計画上パラメータ項目
壁断熱材の種類
天井(mm)
壁断熱の厚さ 壁(mm)床(mm)
ガラス窓の種類
気密性の配慮事項に関する検討を行った。表 1 に主な計算条

薪の投入回数件を示す。パラメータ条件は、外皮の断熱性が次世代

蓄熱部位（耐火レンガ）の容量
地域

面と床の一部に設置されていると仮定した。
次に日本建築学会標準問題モデル 4 ) の間取を参考に省エネルギー基準より劣る「低断熱」と、次世代基準と同等の「次世代」の二つを設けた。蓄熱部位( 耐火低断熱
次世代
0.045W/m・K
0.038W/m・K
45
180803011530
複層ガラス
単層ガラス
1回/h
0.5回/h
実測値（薪4kg/回×3回/day）、実測値の50％
薪3kg/回×1回/day、薪3kg/回×3回/day
炉台
炉台
炉台「国内一般」 「一般の2倍」 「一般の3倍」
住宅事業建築主の判断基準における地域区分Ⅳa地域※国内一般：炉壁 19mm 厚、炉床 20mm 厚× 1800mm × 1100mm

A Numerical Simulation of Space Heating Using a Japanese Masonry Heater― 1235 ―SAKURAI Kensuke and TAKAHASHI Itaru

を「一般の 3 倍」として与えた。
示す。薪の投入回数は、実測値の薪 4 k g / 回を 3 回 / d a y投入したものを「実測値 1 0 0 ％」、ヒーター外表面に採西側壁表面温度( 計算値)

30
温度[℃]

図 3 に蓄熱式薪ヒーターの炉内発熱スケジュールを20

西側壁表面温度( 実測値)
室空気温度( 計算値)

室空気温度( 実測値)

熱コイ ルを設 けて 5 0 ％熱回 収し たと仮 定し たも のを「実測値 5 0 ％」とし、薪 3 k g / 回を 1 回 / d a y 投入した

10ものを「3kg1 回」、3 回 /day 投入したものを「3kg3 回」

1/31
12:00
30とした。

助走計算期間

2/1

2/1

2/2
0:00

0:00
12:00
南側壁表面温度( 計算値)
時刻

2/212:00

地点は改正省エネルギー基準における地域区分Ⅳ a3 . 結果・考察
図 5 に 外 皮 断 熱 が 「 次 世 代 」、 炉 台 容 量 が 「 一 般 の東側壁表面温度( 実測値)

103 倍」で薪の投入回数を変えた場合( 上段) と薪 4 k g を3 回 / d a y 投入した場合( 中段) の室空気温・周壁平均温0度を示す。日中の外気温が 5 ℃以下で低い 2 / 1 7 ～ 2 /
1 9 に注目すると「次世代」の外皮断熱で一般の 3 倍の外気 温

1/31
12:00

炉台容量がある場合、薪投入量が「3 k g 1 回」では室空

2/1
0:00

気温が最高で 1 6 ℃、最低で 7 ℃になっているのに対し

2/1
12:00

2/20:00

2/212:00

時刻

図4て薪投入量「3 k g 3 回」では室空気温が最高 2 3 ℃、最低 1 5 ℃で あり 、比較 的温 暖 な室 内 熱環 境 にな っ てい

炉内発熱・ヒーター蓄熱を考慮したヒーター表面温度の計算精度35る。
は 、「 次 世 代 」 断 熱 の 室 空 気 温 が 「 低 断 熱 」 に 比 べ て
ピーク時で 4 ℃ほど低くなっているものの、温度変化「次世代」・炉台「一般の 3 倍」
周壁平均温度( 3kg3 回) 室空気温( 3kg3 回)
25
周壁平均温度( 3kg1 回)
室空気温( 3kg1 回)
2030
温度[℃]

次に、外皮が「低断熱」と「次世代」断熱の比較で15が小さく、概ね 2 4 ℃～ 2 8 ℃に留まっている。さらに、

10「次世代」断熱のヒーター放熱量は実測値の 5 0 ％とし5452/17てあり、「低断熱」と同量の薪投入を行った場合、5 0度の最低室温が再現でき、残りの 5 0 ％の熱が別室の暖房熱源の一部になると考える。

40温度[℃]％の熱回収を行っても、断熱により「低断熱」と同程35ションを行なった結果、以下のことがわかった。
1 ）室温計算ソフト S i m / H e a t を用いて、蓄熱式薪ヒーターを同量の炉内発熱量のあるキャスタブル材で202/171050-52/17仕切られた小部屋に見立てることにより、室空気

2/20

室空気温( 次世代断熱)

2/18
外気 温

時刻

2/18

2/192/20

2/192/20

時刻

温・周壁温度の計算誤差がほとんどの時間で 2 ℃以

図5下になるような計算モデルを作成できた。

参考文献2 ) リビング・ダイニングにおいて、「次世代」断熱、炉2/1925温度[℃]

蓄熱式薪ヒーター利用暖房について数値シミュレー

2/18

時刻
薪 4kg を 3 回 / day 投入
室空気温( 低断熱)
周壁平均温度( 次世代断熱)
周壁平均温度( 低断熱)30

4 . 結論

外皮断熱・炉台容量等を変えた場合の予測室内熱環境

1)薪のある暮らし方研究所、(http://makilab.jimdo.com/)

台容量「一般の 3 倍」、薪投入燃量「3 k g 3 回」の条

2)櫻井謙祐・根本晋吾・高橋達：国産蓄熱式薪ヒーターの暖

件では、室空気温 1 5 ～ 2 3 ℃の室内熱環境を保つこ

房効果に関する実測調査、日本建築学会大会学術講演梗概とができ、「3 k g 1 回」より常に室空気温が 5 ～ 9 ℃

集、pp.1411-1412、2013 年。

高い状態を維持した。

3)前出産業㈱：針葉樹を主燃料にできる純国産セラミック製

3 ）「次世代」断熱の住宅リビング・ダイニングに薪ヒー蓄熱式薪ストーブの開発、平成 24 年度森の資源研究開発成ターを導入した場合、「低断熱」住宅で使用する半分の熱でそれと同等に近い暖房効果が得られ、残果報告書、pp.1-19、2013 年。
4)宇田川光弘：標準問題の提案、日本建築学会環境工学委員

りの 5 0 ％の熱が別室の暖房に使用できる。
*

南側壁表面温度( 実測値)
東側壁表面温度( 計算値)

20

温度[℃]

地域の彦根とした。

会、熱分科会第 15 回熱シンポジウム、pp.23-33、1985 年。

(株)田中建築事務所（当時、東海大学大学院生） 修士(工学)*Tanaka Planners, Architects & Engineers ,M. Eng. (Ex-Graduate Student of Tokai Univ.)** 東海大学工学部教授・博士(工学)** Prof., Faculty of Eng., Tokai Univ., Dr. Eng.

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