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【クローズアップ】自然換気シミュレーション (3)


WindPerfectによる自然換気シミュレーション

 

目的

 高層ビルにおけるボイド(吹き抜け)や工場建屋などの換気に近年自然換気が多く用いられています。エネルギー消費を伴う機械換気よりもランニングコストが小さく、人に優しい換気が実現できると言われます。空間の規模を問わず積極的に自然換気を利用する建築は、国内でも海外でも急激に増加しています。

 

自然換気シミュレーションのポイント

 自然換気の気流シミュレーションの再現は実は容易ではありません。通風解析は等温系での風力換気の事で自然換気解析とよく混同されますが両者は異なるものです。発熱による気流・温度分布を主に無風状態で予測して密度差換気を評価するのが自然換気解析で、空間内部の温度成層状態を再現するとともに、各開口の換気風量や中性帯位置の予測が肝要です。建物全体を3次元で解くことも珍しくありません。自然換気はうまく設計・運用すれば機械換気よりも大きな風量が得られますし居住域において均一な気流を作れます。エコで人に優しい換気と言われる所以です。空調や有風換気との組み合わせを検討する事で更に様々な建築のバリエーションを実現できます。

自然換気:某清掃工場自然換気解析

shizen_01_01 断面温度分布+速度ベクトル
shizen_01_02 表面温度分布

某清掃工場

 清掃工場は、多数の吹き出し口、高温機器からの輻射、モニター等開口の扱いなど、自然換気問題の中でも最も難問に属する問題です。しかし予測を元に、空調換気装置の選定やガラリやモニターなどのサイズ・位置などを検討することで、より効果的な暑熱環境シミュレーションの実現が可能になります。

上記画像の説明
 空間全体の温度分布を元に換気モニターの位置・大きさや局所空調を検討。ボイラー周辺や点検歩廊周辺の熱環境が大きく改善された。

 

自然換気:某オフィスビル自然換気解析

shizen_05_01 断面温度分布
shizen_05_02 ボイド内流跡線分布

某オフィスビルボイド換気解析

 給排気ガラリ、トップライト開口、欄間などを含む建物内の3次元形状に合わせて、吹抜けの温度成層状態の検証や、建物全体・局所の換気風量予測が可能です。無風状態だけでなく外部風を考慮した解析や、空調や躯体熱伝導を同時解析する事もできます。

上記画像の説明
 吹き抜け空間のある建物内全体の自然換気を評価。低層・中層部の換気口から入った外気をトップライトから効果的に排気。

自然換気:某工場自然換気解析

033_1 温度分布+
   速度ベクトルパース断面図
033_2 温度分布断面パース図

 工場のような高熱を発する機器のある空間を設計する上で、換気設備の配置が適切でない場合には、その空間内の作業者にとって好ましくない環境となる可能性があります。そのような空間においては、基本設計の段階で換気設備の有効性を検討することが重要になります。

 

上記画像の説明

 建物頂部に設置した排気モニターから工場内の熱が排気される様子が確認できます。また、機器周辺には、温度の高い領域が確認でき、付近で作業する人にとって苛酷な環境になる可能性があります。