噴流による遮煙効果に関する実験的研究
Experimental Study on Effect on Preventing Smoke Flow by Ｊet

中野美奈*1

Mina Nakano

山名俊男*2

Toshio Yamana

要旨
排煙設備のひとつである加圧防排煙の現行の原理は、強制給気を行うことにより空間内の静圧を高め、隣接空間との圧力差により気流を生じさせて煙の侵入を防止するという「圧力制御」の考え方である。しかし実際には、遮煙開口部は動圧の影響を受けていることがこれまでの研究により明らかとなった。そこで従来の、空間内の静圧上昇による隣室との圧力差により遮煙を行う「圧力制御」の考え方に加え、直接開口部に噴流を与え、形成される空気流動を用いて煙侵入防止を図るという、「気流制御」方式による煙制御システムについての検討を行う必要性を把握した。本研究では、遮煙に必要な気流分布を与える効果的な手法を把握することを目的として実験を行った結果、給気風速がほぼ同じであっても、給気口の位置、給気の向き、給気面の抵抗によって遮煙効果の異なることが把握できた。

キーワード：加圧防排煙システム 圧力制御 気流制御 遮煙効果

１．はじめに１．はじめに気流分布を再現した結果について報告する。

３．測定方法および測定物件の概要

これまで給気室に設けられる給気口と遮煙開口部の配置
聴き取り易さ（音声伝送品質）は、騒音や遮音と並んで関係や給気量が、遮煙位置における気流分布に与える影響誰もが身近に感じる音環境の重要な課題の一つである。公を把握するため、系統的な区画実験を行うことにより基礎
共空間の音声伝送としては、講演会や会議など積極的に話データの収集・整理を行ってきた 1)2)。
を聞く状況のみでなく、避難放送などの情報伝達も含まれその結果、遮煙位置において、遮煙に効果的な気流分布る。音声伝送は図 1・表 1 に示すように発声系・伝達系・は、給気口の位置や給気方法によって異なることが把握で受聴系に分類され、建築設計の段階では音響設計として、きた。また、給気室とすることが多い付室などの小規模空既報で STI(Speech Transmission Index)は残響時間が長間に大量給気を行うと、給気室内は動圧の影響を受け、動い空間やロングパスエコーが発生している空間では聴き取圧が遮煙開口部での気流分布に影響を及ぼしていることがり易さを評価出来ない場合がある事などを指摘した。また、把握できた。
フラッタエコーの発生している空間において STI と％ディ
これらの研究成果から、空間内の静圧上昇による隣室とスターバンスを用いた検討を行った。の圧力差により遮煙を行う加圧防排煙システムに代わっ
本報告では、建築音響の性能を確保する意味で建築物自て、噴流を活用した煙制御システムを検討する必要性が判
体における伝達性能（肉声による音声伝送）に着目してデ明し、本研究では、遮煙を期待する開口部において遮煙にータの収集を行い、実音場で録音したアナウンスを用いて必要な気流分布を与える効果的な手法を把握することを目
シェッフェの一対比較法による主観評価実験を行った。
的として実験を行った。
本実験では、遮煙に必要な給気量・給気方法の把握、給２．検討の内容
気面の誘因効果が遮煙に及ぼす影響、給気口と遮煙開口部の距離が遮煙に及ぼす影響などに着目し、実験を行った。
測定を行った体育館･講堂 16 件と講義室･会議室 28 件に本報告では、これら実験結果の一部と、ＣＦＤ解析（Computational Fluid Dynamics：計算流体力学）により*1 技術研究所

建築技術研究部門

噴流*2 国土技術政策総合研究所

２．実験概要測定は、体育館・講堂、講義室・会議室を対象とした。。

2.1 実験装置と実験手順
5.2 同一空間の受聴位置による聴き取り易さの差
実験は建築研究所実大火災実験棟内の室を利用した。実
同一空間の座席が異なる場合の聴き取り易さの差につい験施設は区画(W2,700×D9,780×H2,550mm)の中を、開口部て、フラッタエコーの発生している会議室でエコーの強さ(W900×H2,000mm)を有する可動の壁で区切っている。本実による STI の変化と聴き取り易さの検討を行った。
験では、この開口部を「遮煙開口部」と称す。遮煙開口部
この会議室は 21(m)×10(m)×ch3.5(m)の矩形の空間でを境に、一方を給気室、他方を火災室とした（写真 1）。給ある。
気ファンからフレキシブルダクトで給気口へ接続する途中で、チャンバーとみなす小区画(W900×D900×H1,800mm)を６．まとめ経由している。給気口形状は、一辺 300mm の角形であり、13 分割した格子状のガラリ（写真 2）が給気口前に取り付
体育館・講堂、講義室・会議室を対象した測定及び主観けられている。図 1 に実験施設平面図兼測定点配置図、図評価実験を行い以下のことが確認された。
2 に遮煙開口部の断面図と測定点配置図を示す。
1) 各物理指標間に高い相関関係が見られた。
実験は、既設の給気ファンから給気を行い、火災室に火
2) フラッタエコーの対策として、吸音処理より拡散処源を設置した。火源は 800mm 角のアルコールパンにメタノ理の方が聴き取り易さには有効である。
ールを入れて着火し、発煙筒により煙を発生させた。その
3) 心理尺度構成値と STI は高い相関を示したがエコー後遮煙開口部での温度上昇値を見ながら給気量を増減さや残響が長い場合は STI のみで聴き取り易さを評価せ、遮煙できる給気量の把握を試みた。
出来ない可能性がある。
今後更にデータ収集と主観評価実験を行い、STI の適用

(C16 C15 C14)C13 C12 C11

2.2 測定項目と測定点範囲について検討を進める。

さらに火災室内 2 ヶ所(A,B)、給気室内 3 ヶ所(C,D,E)にポールを立て、それぞれ 5 点ずつ(床上高さ 1,250mm～2,450mm

6,780
1,960

2,700

図1
写真 2450
〃

C9

遮煙開口部
測定点配置図(給気室～火災室をみる)●：ピトー管
×：熱電対（ポールＡ～Ｅ）(ピトー管と同位置）□：熱電対（遮煙開口部上端）
火災室面
出口2(W1800,H1700)
開口下端は床上850mm

実験施設平面図

兼測定点配置図

流が極力少なくなるように調節したものである。

ガラリ詳細（羽根角度上向き）
写真 1

図2火源

出口1(W900,H2000)

D9 D4C8C10D10 D5300 〃 300
900

＜火災室＞

Ａ

D8 D3C7C5Ｂまで 300mm 等間隔で 5 点)配置した。図 1、図 2 には、熱電状況である。

C4

遮煙開口部の火災室側(C14～C16)と給気室側(C11～C13)に 3 点ずつ、対とピトー管の測定点のみ示している。写真 1 は火災室内

C3D7 D2〃

熱電対は他にも遮煙状況を把握するため、遮煙開口部上端3,000て測定し、さらに同じ位置に熱電対(C1～C10)を設置した。

C2C6450

給気室面給気口(300mm角）＜給気室＞
Ｃ Ｄ Ｅー管(D1～D10)により微差圧計(Validyne 社、310038 他)にD6 D1100C1給気2,000他)により測定を行った。遮煙開口部の動圧は、Ｔ字型ピト

1,730

測定点は、温度、動圧、静圧、風速で、それぞれ熱電対、ピトー管、ビニルチューブ、多点風速計(KANOMAX、MODEL1570

100チャンバー

本報告ではこのうち、遮煙に効果的なパラメータとして、給気口の位置や給気の方向、上昇温度（NO.4,NO.13）、給気火災室内状況(火災室～給気室をみる）室面の開口率（NO.5、NO.10）などから考察した部分につい2.3

実験条件て報告する。

実験は、給気口の位置、火源の有無、給気室面の開口率、遮煙開口部の位置などをパラメータとする 13 ケースにつ３．実験結果

いて行った（表 1）。ガラリ（写真 2）の羽根角度は、遮煙開口部における気流分布が上部で流出し、かつ下部での逆
表1
給気口位置

NO.１NO.２NO.３NO.４

正面中段壁
正面中段
壁
正面上段羽根壁
角度下向き
正面上段羽根
壁
角度下向き

NO.５

正面上段羽根
壁
角度下向き

NO.６

正面上段羽根壁
角度下向き

NO.７
NO.８
NO.９
NO.１０
NO.１１
NO.１２
NO.１３

正面上段羽根壁
角度下向き
正面上段羽根壁
角度下向き
正面上段羽根壁
角度下向き
正面上段羽根 ﾊﾟﾝﾁﾝｸﾞ
角度下向き ﾊﾟﾈﾙ
正面下段：羽壁
根角度平行
正面下段：羽根角度上向き 壁
45℃
正面下段：羽根角度上向き 壁
45℃

部でのピトー管による風速を示す。縦軸に高さ[mm]、横軸実験条件

給気室面 火災室面
壁
壁

出口2 遮煙開口部位置 火源 移動風速計
密閉 給気面から3m
××
開放 給気面から3m○×壁

開放 給気面から3m

○×

○××

○

×

○

×

○

×

○

×××

○

×○

ﾊﾟﾝﾁﾝｸﾞﾊﾟﾈ
開放 給気面から3m
ﾙ（50%)

×○

ﾊﾟﾝﾁﾝｸﾞﾊﾟﾈ
開放 給気面から3m
ﾙ（50%)○×

ﾊﾟﾝﾁﾝｸﾞﾊﾟﾈ
開放 給気面から3m
ﾙ（50%)
ﾊﾟﾝﾁﾝｸﾞﾊﾟﾈ
開放 給気面から3m
ﾙ（50%)
給気面から3m、ﾊﾟﾝﾁﾝｸﾞﾊﾟﾈ
開放 ただし遮煙開口
ﾙ（50%)
部幅最大
ﾊﾟﾝﾁﾝｸﾞﾊﾟﾈ
開放 給気面から2m
ﾙ（50%)
ﾊﾟﾝﾁﾝｸﾞﾊﾟﾈ
開放 給気面から4m
ﾙ（50%)
ﾊﾟﾝﾁﾝｸﾞﾊﾟﾈ
密閉 給気面から3m
ﾙ（50%)
ﾊﾟﾝﾁﾝｸﾞﾊﾟﾈ
開放 給気面から3m
ﾙ（50%)
ﾊﾟﾝﾁﾝｸﾞﾊﾟﾈ
開放 給気面から3m
ﾙ（50%)

図 3～図 8 に、火災室～給気室の上昇温度と、遮煙開口に上昇温度[℃]または風速[m/s]を示す。風速分布グラフは左側が給気室、右側が火災室を示しており、給気室から火災室へ向かう流れを流出、逆の流れを流入とした。
3.1

実験 NO.4

給気風速は 10.2(m/s)である。図 3 より、このときの火災室内の上昇温度(A,B)は、天井付近で 82℃～98℃である。
遮煙開口部上端での上昇温度は火災室側の最も高い点(C14)で 48.6℃、給気室側では 31.3℃(C11)、給気室内部では遮煙開口部上端と同じ高さ位置(H2,000)で約 19℃上昇している(C)ことから、火災室から給気室へいくぶん煙が流入し、遮煙効果が期待できない状況である。風速分布(図5)は、遮煙開口部の下部で少し流入するものの上部では流出し、遮煙には効果的な結果である。

火災室Ｂ

2500

給気室Ｄ

2000
高さ位置（mm）

給気室Ｅ
C11（給気室側）

1500

C12（給気室側）
C13（給気室側）

1000

遮煙開口部Ｈ（ｍｍ）

給気室Ｃ

1500

2.643.69

1500 0.90

1000

2.24

給気風速10.2(m/s)

2.89

1.080.69500-0.76

C15（火災室側）-5C16（火災室側）
C1～C5050
100
上昇温度（℃）

図3150-1.471000

給気風速10.7(m/s)

1.55

0.420.82
500

1.20

0.66
00.94

D1～D5

-55風速（m/s）

5風速（m/s）

D6～D10

D1～D5

D6～D10

図5風速分布(NO.4)

図6

風速分布(NO.13）

上昇温度（NO.4）
遮煙開口部
風速分布(NO.5)
2000
2.35

火災室Ａ
火災室Ｂ

2500

給気室Ｄ

2000

給気室Ｅ
C11（給気室側）

1500

C12（給気室側）
C13（給気室側）

1000

遮煙開口部Ｈ（ｍｍ）

給気室Ｃ

1500

給気風速
12.2(m/s)

-1.22
500
-1.00

C15（火災室側）

500

C16（火災室側）-5

C1～C5050100上昇温度（℃）

150

3.09
1.46

1000

C14（火災室側）

図4-0.42

C6～C10出口温度

上昇温度(NO.13)

0004.19

4.05

0.82

5

遮煙開口部
風速分布(NO.10)
2000
3.50

3.62

1500

4.04
3.92

給気風速
12.5(m/s)

3.73

1000
1.54
500

-0.61

風速（m/s）
D1～D5

3.49

遮煙開口部Ｈ（ｍｍ）

0

高さ位置（mm）

3.05

遮煙開口部
風速分布(NO.13)
2000
2.51
2.58

C14（火災室側）

500

3.2

遮煙開口部
風速分布(NO.4)
2000
1.28

遮煙開口部Ｈ（ｍｍ）

火災室Ａ

上昇温度(NO.4)

0.52
0-51.750.74

風速（m/s）
D1～D5
D6～D10

D6～D104.01

5C6～C10出口温度

図 7 風速分布(NO.5)

図 8 風速分布(NO.10)

上昇温度（NO.13）

実験 NO.13

すべて流出しており、遮煙には効果的である。

給気風速は 10.7(m/s)である。このときの火災室内の上昇温度(図 4)は、天井付近で 125℃～141℃と、正面上段給3.4

移動風速計測定結果

気(NO.1)と比較して高い値である。遮煙開口部上端での上多点風速計を垂直に 250mm 間隔で 9 点固定（移動風速計

昇温度は火災室側で 6.6℃、給気室側では 4.6℃程度、給気と称す：図 9）し、移動させながら給気室内で 9 点、火災室内部での上昇温度は、遮煙開口部上端と同じ高さ位置

室内で 3 点、順次移動させながら風速を測定した。計測ポ(H2,000)で約 2℃～3℃と、いずれも殆ど上昇しておらず遮イントは、図 10 に○数字で示す。

煙していると判断できる。遮煙開口部における風速分布(図NO.5 の移動風速計測定結果を図 11 に示す。多点風速計6)は D8 を除き、上部で大きく、下部で少し流出しており、では風向を測定できないため、風向については、風速計位遮煙には効果的な結果である。

置にリボンを設置し、目視により判断した。図 11 中に示す

さらに給気風速を約 8～9(m/s)まで減少させても、遮煙開口部上端(C11～C16)や給気室内(C～E)の温度がわずかに値は、風速計により測定した遮煙開口部における風速絶対値である。

上昇するものの、遮煙効果が得られた。

４．ＣＦＤ解析3.3

実験 NO.10

NO.5（図 7）と同じ条件で、給気面を開口率 50%のパンチ

実験 NO.5 について実験と同じ空間を想定し、ＣＦＤ解析

ングパネルとした。NO.5 とほぼ同じ給気風速であるが、（Computational Fluid Dynamics）を行った。ＣＦＤ解析

NO.4 の方が遮煙開口部での風速が全体的に増加しておりは流れ場や温度場に関する 3 次元の詳細な空間データを適（図 8）、給気面をパンチングパネルとしたことによる誘因用するもので、今後、防火分野での実務への適用も期待さ効果が表れている。また、遮煙開口部における風速分布は、れている。

解析モデルチャンバー

13.47(X)＊3.4(Y)＊2.55(Z)を計算対象範囲とした。メッ給気表２解析条件

乱流モデル 標準ｋ－ε型２方程式
解析メッシュ 101(X)*31(Y)*23(Z)=72,013要素
最小格子幅 10cm
給気口風速：12(m/s)
流入境界

3,000

解析条件を表 2 に示す。

2

κ＝U ／2
Ｕ：乱れ成分を給気口風速の20％とする（既定流速）

流出境界
壁面境界4.2

自由流出条件対数則②④⑤①⑥ ＜給気室＞⑦⑩⑧⑪⑨⑫＜火災室＞
6,780

ε＝Ｃμｋ(3/2)／LＣμ：0.09
Ｌ：給気口辺長さ(30cm角）＝30cm③遮煙開口部○数字：
移動風速計
計測ポイント2550

口を 3 等分割したときの 10cm である。

天井
1,730

シュ分割数合計 72,013 メッシュ、最小メッシュ幅は、給気300 250 〃 〃 〃 〃 〃 〃 250 250

4.1

火源
図9

移動風速計設置図

解析結果

ポイント 1,2,6,7,8,11 での風速値解析結果を図 12 に示
イント 1,2,8,11 については、解析値は給気口の位置から離出口1(W900,H2000)

1,960す。給気の中心線上を給気口位置から遮煙開口部に至るポれるにつれて、徐々に風速が減っているのに対し、実測値（図 11）はポイント 1､2 がほぼ同じ風速値を示している。

出口2(W1800,H1700)
開口下端は床上850mm

2,700
図 10

移動風速計測定点

また、上下方向の風速の最大値は、給気位置から離れるにNO.5（移動風速計実測値）つれて下方に下がってきている。

2500

これらの差異も含めて、噴流に関するＣＦＤ解析結果に検討を要するところである。

５．おわりに2000
高さ位置（ｍｍ）

よる再現性については未だ不明な点が多く、今後もさらに1500

ポイント１ポイント２ポイント６ポイント７ポイント８ポイント１１

1000
50000

給気風速がほぼ同じであっても、給気口の位置、給気の向き、給気面の抵抗によって遮煙効果の異なることが、給2

図 114の遮煙効果が高いと予想されたが、逆の結果となった。こ2000の結果から、遮煙性能の評価については、気流分布(水平成分)のみで評価できるものではなく、垂直成分も含めて評価する必要性を把握した。今後は、ＣＦＤ解析を用いた気流高さ位置（ｍｍ）

2500

NO.5（解析値）

ポイント１ポイント２
ポイント６
ポイント７ポイント８
ポイント111000500

技術政策総合研究所との共同研究「下方噴流による遮煙効0参考文献

121500性状の再現性についての検討が必要である。これらは国土
果に関する研究」による。

10風速値（移動風速計実測値）

気室や火災室の風速、温度測定結果により明らかとなった。
また、特に遮煙開口部での気流分布性状から、実験 No.468風速（ｍ／ｓ）

02

図 12468風速（ｍ／ｓ）

1012風速値（ＣＦＤ解析値）

1)中野他：給気位置が遮煙開口部の気流分布形成に与える影響に

2)中野他：給気位置が遮煙開口部の気流分布形成に与える影響に関する実験的考察，その 1，その 2，その 3，日本建築学会大会

関する実験的考察，その 4，その 5，日本建築学会大会梗概集，

梗概集，pp.35-38,pp.67-70,2003.9

pp.201-204,2004.8