住宅を対象とした常時換気システムの換気効率に関する研究

新潟大学大学院自然科学研究科環境共生科学専攻
都市人間環境学（建築学）教育研究群修士論文梗概 平成１９年度
住宅を対象とした常時換気システムの換気効率に関する研究
ー数値流体解析（C F D 解析）を用いた暖房時の換気手法の検討ー
Ｆ０６Ｄ０３７Ｅ 鍛治紘子
指導教員 赤林伸一教授
１ 研究目的
2003 年７月の建築基準法の改正により、2004 年７月
図１（２）に天井給排気口の位置を示す。
400㎜
830㎜
天井給排気口⑤ 天井給排気口⑥
（温度⑤）
（温度⑥）
CE-1
be
WW
3
e
S
C
2
e
S
C
1420㎜
400㎜
2600㎜
2150㎜
CSa-6
CSa-5
CSb-6
LD
CSb-5
和室
CSb-4
2
d
S
C
2150㎜
浴室 CE-4
2
c
S
C
CSa-3
CSa-4
CSa-1 Aa
CSa-2
CSb-3
子供室１
1
d
S
C
d
A
3
d
S
C
3
c
S
C
d
W
（３）同時給排気型換気口の概要
図１ 住宅の居間を対象とした解析モデルの概要
２Ｆ
c
W
3640㎜
c
A
1
c
S
C
西壁面
CE-3
洗面室
1
e
S
C
e
A
子供室２
3
E
C
2
f
S
C
3
f
S
C
窓
4550㎜
断面X
南壁面 CSd-5
CE-2
給排気口の間隔を
0～300㎜とする。
主寝室
CSd-6
K
予備室
給排気口の間隔を
0～300㎜とする。
CSc-6
1
-b
b
SA
C
4
E
W
1
f
S
C
3
E
W
f
A
f
aW
W
給気口B（100×100㎜）
排気口B（100×100㎜）
給気口A（100×100㎜）
排気口A（100×100㎜）
CSd-3
洋室２
窓
１Ｆ
CSd-4
和室
a
A
天井給排気口⑦ 天井給排気口⑧ 天井給排気口⑨
（温度⑦）
（温度⑧）
（温度⑨）
(２)天井給排気口の概要
(１)居間の概要
2600㎜
CSc-4
CSc-5
LD
3
b
S
C
625㎜
1420㎜
2000㎜
2000㎜
2150㎜
1
E
W
CSc-3
2
b
S
C
天井給排気口④
（温度④）
3
a
S
C
アンダーカット
幅20㎜
2
a
S
C
2600㎜
K
CSc-2
洋室１
壁給排気口②
（150×150㎜）
4550㎜
天井給排気口② 天井給排気口③
（温度②）
（温度③）
天井給排気口①
（温度①）
1
a
S
C
壁給排気口①
（150×150㎜）
隙間（幅20㎜）
Wd
Ad
CSd-2 CSd-1
Ac
CSc-1
ドア
437.5㎜
2500㎜
Wc
400㎜
1
E
C
エアコン室内ユニット（H300×W840×D250）
窓
1875㎜
400㎜
同時給排気型換気口（100×100㎜）
壁給排気口③
（150×150㎜）
1875㎜
ＣＳ:天井給気口
ＣＥ:天井排気口
Ｗ:壁給排気口 （150×150mm）
A:エアコン(H300×W840×D250mm)
:床暖房を設置する範囲
＊室内のドアにアンダーカット(H100×W200mm)を設置する。
2
E
W
隙間（幅20㎜）
3640㎜
２ 研究概要
2.1 解析対象
2.1.1 住宅の居間を対象とした解析
図１に住宅の居間を対象とした解析モデルの概要を示
す。解析対象は床面積 16.6m2、容積 43.1m3 の居間とし、天
井給排気口、壁給排気口、エアコン、同時給排気型換気
扇を設置する。居間の西面・南面は、外気に面し、北面・
東面・天井面・床面＊ 1 は上下階及び隣室に面している。
2.1.2 住宅全体を対象とした解析
図２に住宅全体を対象とした解析モデルの概要を示
す。解析対象は次世代省エネルギー基準（Ⅳ地域）を満
たす日本建築学会標準住宅モデル、片廊下型板状タイプ
2
E
C
から住宅の居室に機械換気設備の設置が義務付けられ
た。また近年、住宅の高断熱、高気密化が寒冷地以外で
も進行しており、計画換気の重要性が増加している。こ
のため、国土交通省は「改正建築基準法に対応した建築
物のシックハウス対策マニュアル - 建築基準法・住宅
性能表示制度の解説及び設計施工マニュアル」を作成
し、設置すべき機械換気設備の技術的情報、設計手法、
具体的な設計例などを広く提供している。しかしなが
ら、住宅設計者が換気システムを選定する際に、施主へ
シェルター性能(断熱・気密性能)や空調方式、換気シス
テムとの相互効果によって実現される室内温熱空気環境
を明確に提示することは、設計基礎資料が不足している
ため困難である。従って、良好な室内温熱空気環境を実
現することのできる換気システム選定方法について、設
計資料を整備する必要がある。一方、設計や施工の簡便
性により、近年、各居室に同時給排気型の換気扇を設置
する住宅が増加している。同時給排気型換気扇は給気口
と排気口が近接しているため、給気が排気口へショート
サーキットすることが懸念されている。
本研究では、住宅の居間、戸建住宅、集合住宅を対象
に、CFD 解析を用いて暖房時（温風暖房、床暖房）の換
気方式による居室の室内温熱空気環境の良し悪しや、換
気方式、給排気口の位置によって変化する空気齢を用い
た換気効率を明らかにすることを目的とする。さらに、
同時給排気型換気扇における給排気口の距離が室内の換
気効率に及ぼす影響に関する検討を行う。 CSb-2 Ab CSb-1
Wa
（１）戸建住宅の概要
（２）集合住宅の概要
図２ 住宅全体を対象とした解析モデルの概要
Wb
の集合住宅の中間階・中間住戸とし、天井給排気口、壁
表２に戸建住宅を対象とした解析 case を、表３に集合住
宅を対象とした解析 case を示す。換気方式、給排気口の位
給排気口、空調機（エアコン、床暖房）を設置する。
置、空調方式(温風暖房及び床暖房)を変化させた場合の室
2.2 解析方法
内温度分布と空気齢 * ２を用いた局所空気交換効率(ε p )の
図３に居間を対象とした換気方式の概要を、図４にエ
解析を行う。機械換気設定風量は、換気回数 0.5 回 /h とし、
アコンの設置位置を示す。表１に居間を対象とした解析
温風暖房の吹出温度、床暖房の発熱温度は、LDK の SET ＊ が
case を示す。換気方式は、第１種機械換気と第３種機械
22℃となるように設定する。解析には汎用流体解析ソフト
換気とし、給気方式と排気方式を変化させた６通りとす
る。エアコンの設置位置は、一般的に設置されるエアコ （STREAM）を用い、標準 k- εモデルにより室内温度分布と
空気齢を用いた換気効率の解析を行う。
ンの位置を想定し、西壁中央（エアコン１）、南壁・西
2.3 評価方法
側（エアコン２）、南壁中央（エアコン３）とする。換
換気効率は、空気齢を用いた室内の換気の良否を示す
気方式、給排気口の位置、エアコンの設置位置を変化さ
せた 29case と同時給排気型換気扇（南壁中央・西壁中央） 指標である局所空気交換効率（εｐ）を用いて評価する。
式(1)、
(2)により求められ、完全拡散の場合にεｐは 1.0
の給排気口の間隔を変化させた 10case の合計 39case の解
となり、値が大きいほど換気効率が良いことを示す。
析を行う。
天井給気 天井排気
壁給気 天井排気
漏気 天井排気
εｐ＝τ n / τｐ （１）
τ n ＝Ｖ / Ｑ
（２）
τｐ：局所空気齢(s) τ n：名目換気時間（s）
Ｖ：室容積（m 3）
Ｑ：換気量（m 3/s）
（１）方式１(第１種)
（２）方式２(第３種)
（３）方式３(第３種)
表２ 戸建住宅を対象とした解析 case
解析case
ドア
ドア
ドア
天井給気
アンダーカット排気
壁給気
アンダーカット排気
漏気
アンダーカット排気
（４）方式４(第１種)
（５）方式５(第３種)
（６）方式６(第３種)
図３ 換気方式の概要
西壁中央
窓
南壁・西側
戸建1-3-1
南壁・窓上中央
（１）エアコン１ （２）エアコン２ （３）エアコン３
図４ エアコンの設置位置
戸建2-1-1
戸建2-1-2
戸建2-1-3
戸建2-2-1
戸建2-2-2
戸建2-2-3
戸建3-1-1
戸建3-1-2
戸建3-1-3
表１ 居間を対象とした解析 case
解析case
居間1
居間2
居間3
居間4
居間5
居間6
居間7
居間8
居間9
居間10
居間11
居間12
居間13
居間14
居間15
居間16
居間17
換気方式
天井給気口①
天井排気口③
壁給気口①
天井排気口③
壁給気口①
天井排気口①
壁給気口③
天井排気口①
漏気による給気
天井排気口③
天井給気口①
アンダーカット排気
天井給気口②
アンダーカット排気
天井給気口③
アンダーカット排気
天井給気口④
アンダーカット排気
天井給気口⑤
アンダーカット排気
天井給気口⑥
アンダーカット排気
天井給気口⑦
アンダーカット排気
天井給気口⑧
アンダーカット排気
天井給気口⑨
アンダーカット排気
壁給気口①
アンダーカット排気
壁給気口②
アンダーカット排気
漏気による給気
アンダーカット排気
エアコン位置 解析case
方式１
居間18
方式２
居間20
居間21
方式３
天井給気口①
方式１
天井排気口③
居間23
居間24
エアコン停止
方式４
居間26
居間27
方式２
居間29
方式５
方式６
居間30
居間31
居間32
居間33
居間34
居間35
居間36
居間37
居間38
居間39
エアコン2
エアコン1
方式４
アンダーカット排気
エアコン2
エアコン3
エアコン1
壁給気口①
方式５
アンダーカット排気
給排気口間隔 0㎜
給排気口間隔 50㎜
給排気口間隔　100㎜
給排気口間隔　200㎜
給排気口間隔　300㎜
給排気口間隔 0㎜
給排気口間隔 50㎜
給排気口間隔　100㎜
給排気口間隔　200㎜
給排気口間隔　300㎜
集合1-1-1
集合1-1-2
集合1-1-3
集合1-2-1
集合1-2-2
集合1-2-3
集合1-3-1
集合1-4-1
集合1-5-1
集合1-6-1
集合1-7-1
集合2-1-1
集合2-1-2
集合2-1-3
集合2-2-1
集合2-2-2
集合2-2-3
集合3-1-1
集合3-1-2
集合3-1-3
集合3-2-1
集合3-2-2
集合3-2-3
集合3-3-1
集合3-3-2
集合3-3-3
エアコン2
エアコン3
天井給気口①
居間28
解析case
エアコン1
エアコン1
天井排気口③
居間25
エアコン位置
エアコン3
壁給気口①
居間22
暖房方式
(吹出/発熱温度）
なし
温風暖房(40℃)
床暖房（35℃）
なし
温風暖房(40℃)
床暖房（35℃）
排気口位置
CSd-1, Cse-1, CSf-1
CE-1, CE-3
Wa, Wb, Wc
第１種
機械換気
第２種
機械換気
CE-1, CE-3
Wd, We, Wf
CSa-2, CSb-2, CSc-2
CSd-2, Cse-2, CSf-2
CSa-3, CSb-3, CSc-3
CSd-3, Cse-3, CSf-3
CSa-1, CSb-1, CSc-1
CE-1, CE-3
なし
CE-1, CE-3
なし
Wa, Wb, Wc
なし
温風暖房(40℃)
床暖房（35℃）
なし
温風暖房(40℃)
床暖房（35℃）
なし
温風暖房(40℃)
床暖房（35℃）
CSd-1, Cse-1, CSf-1
Wd, We, Wf
CSa-2, CSb-2, CSc-2
Wa, Wb, Wc
CSd-2, Cse-2, CSf-2
Wd, We, Wf
第３種
Wa, Wb, Wc
機械換気
Wd, We, Wf
WE-1, WE-2
WE-3
WE-4, CE-2
表３ 集合住宅を対象とした解析 case
換気方式
居間19
給気口位置
CSa-1, CSb-1, CSc-1
戸建1-4-1
窓
窓
戸建1-1-1
戸建1-1-2
戸建1-1-3
戸建1-2-1
戸建1-2-2
戸建1-2-3
換気方式
エアコン2
エアコン3
同時給排気型
換気扇
南壁中央設置
エアコン停止
同時給排気型
換気扇
西壁中央設置
換気方式
給気口位置
排気口位置
CSa-1, CSb-1
CSc-1, CSd-1
CE-1
CSa-6, CSb-6
CSc-6, CSd-6
第１種
機械換気 CSa-,1 CSb-1, CSc-1,
CSa-2, CSb-2, CSc-2,
CSa-4, CSb-4, CSc-4,
CSa-5, CSb-5, CSc-5,
CSa-3, CSb-3, CSc-3,
CSa-1, CSb-1
第２種
機械換気
CSc-1, CSd-1
CE-1
CSd-1 CE-2, CE-3, CE-4
CSd-2
CE-1
CSd-4
CE-1
CSd-5
CE-1
CSd-3
CE-1
Wa, Wb, Wc, Wd
CSa-6, CSb-6
CSc-6, CSd-6
Wa, Wb, Wc, Wd
Wa, Wb ,Wc, Wd
CE-2, CE-3, CE-4
Wa, Wb, Wc, Wd
CE-2, CE-3, CE-4
Wa, Wb, Wc, Wd
CE-2, CE-3, CE-4
第３種
機械換気
第３種
機械換気
(*)
暖房方式
(吹出/発熱温度）
なし
温風暖房(32℃）
床暖房（28℃）
なし
温風暖房(32℃）
床暖房（28℃）
なし
なし
なし
なし
なし
なし
温風暖房（28℃）
床暖房（28℃）
なし
温風暖房（28℃）
床暖房（28℃）
なし
温風暖房（28℃）
床暖房（28℃）
なし
温風暖房（28℃）
床暖房（28℃）
なし
温風暖房（28℃）
床暖房（28℃）
＊ LDK のアンダーカットを（H200 × W200 ㎜）とする。
1.30
1.25
1.20
1.15
1.10
1.05
1.00
0.95
0.90
0.85
0.80
0.75
0.70
エアコン停止時
間１のεｐは、給気口付近でεｐが 1.0 以上と大きく、西
壁面、南壁面付近では 1.0 となり、居間全体ではεｐが 1.0
以下の領域が生じる。エアコンを運転した居間 18（エア
コン１）のεｐは、居間全体でほぼ 1.0 である。エアコン
を運転した場合には、居室全体の換気効率は向上し、室
内の換気効率の分布は小さくなる。エアコンを停止した
場合には、換気効率の高い領域と低い領域が生じる。
図７に居間の代表的な解析 c a s e のεｐの分布（床上
1.1m 水平断面）を示す。換気方式４（天井給気、アンダー
カット排気）の場合、給気口がアンダーカットと離れて
εｐ
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
2.0
1.4
天井給気口①
天井給気口①
天井排気口③
天井排気口③
1.0
1.0
エアコン1（運転）
1.0
1.0
エアコン3（停止）
1.2
W
E
W
（１）居間１
（２）居間 18
図６ 解析 case 居間１と居間 18 のεｐ分布（床上 1.1m）
1.0
1.2
天井給気口①
0.8
1.0
天井給気口②
1.0
1.0
W
エアコン3（停止）
エアコン3（停止）
E
（１）居間６
W
E
（２）居間７
アンダーカット
アンダーカット
1.0
1.0
天井給気口③ 0.8
1.0
天井給気口⑦
エアコン3（停止）
エアコン3（停止）
0.8
1.2
W
E
W
E
（３）居間８
（４）居間 12
図７ 居間の代表的な解析 case のεｐ分布（床上 1.1m）
エアコン運転時
図５ 室内呼吸域平均εｐ
居間39
居間38
居間37
居間36
居間35
居間34
居間33
居間32
居間31
居間30
居間29
居間28
居間27
居間26
居間25
居間24
居間23
居間22
居間21
居間20
居間19
居間18
居間17
居間16
居間15
居間14
居間13
居間12
居間11
居間9
居間10
居間8
居間7
居間6
居間5
居間4
居間3
居間2
E
アンダーカット
アンダーカット
同時給排気型換気扇
居間1
室内呼吸域平均εｐ
３ 住宅の居間を対象とした換気効率の検討
3.1 局所空気交換効率（εｐ）
3.1.1 呼吸域平均局所空気交換効率＊３
図５に室内呼吸域平均εｐを示す。エアコン運転時の
呼吸域平均εｐは、どの case も 1.0 程度の値となり、エ
アコン運転時は換気方式やエアコンの設置位置の差は小
さく、外気が室内でほぼ完全拡散している。
エアコン停止時の呼吸域平均εｐは、隙間からの漏気に
よる給気を行う解析 case 居間５、居間 17 では、1.0 を超
え、エアコン運転時より大きい値を示す。それ以外の case
では、1.0 以下となり、エアコン運転時の値より小さい。
換気方式４（天井給気、アンダーカット排気）の場合
では、天井給気口がアンダーカットに近接して位置する
居間８（天井給気 ③）の呼吸域平均εｐは約 0.72 となり、
居間７(天井給気②)、居間 11(天井給気⑥)では約 0.85
である。天井給気口がアンダーカットから離れて位置す
る居間６( 天井給気①）
、居間９（天井給気④）
、居間 10
（天井給気⑤）
、居間 12（天井給気 ⑦）
、居間 13（天井給
気⑧）
、居間 14（天井給気⑨）では、呼吸域平均εｐは約
0.9 ∼ 1.0 である。このことから、給気口と排気口の距
離は換気効率に大きく影響し、天井給気口の場合では、
給気口と排気口の距離が部屋の長辺方向の半分以上離れ
ていれば、ε p の差は小さい。
同時給排気型換気扇を用いた場合では、給排気口間隔
が 0 ㎜の解析 case 居間 30(南壁中央設置)、居間 35（西
壁中央設置）では、呼吸域平均εｐは約 0 . 8 となり、給
排気口間隔が 50 ㎜の居間 31(南壁中央設置)、居間 36 （西壁中央設置）では、室内呼吸域平均εｐは約 0 . 9 5 で
1.0 以下となる。給排気口間隔が 100 ∼ 300 ㎜では、室内
呼吸域平均εｐはほぼ 1 . 0 となり、外気が室内で完全拡
散していると考えられる。
3.1.2 局所空気交換効率（εｐ）の分布
図６に解析 case 居間１と居間 18 のεｐの分布（床上
1.1m 水平断面）を示す。換気方式１（天井給気①、天井
排気③）の場合では、エアコンを停止した解析 case 居
温度①、温度⑦、温度⑧（図１(２)参照）において、そ
れぞれ床上 1.1m の温度と床上 0.1m の温度の差とする。
給気方式が天井給気の場合、温度①の上下温度差は
0.5℃以下となり、温度⑧の上下温度差は２℃以下と小
さい。給気方式が壁給気の場合、温度⑦の上下温度差
は、エアコン 1（西壁中央設置）とエアコン 2（南壁西
側設置）の case で３℃以上と大きく、エアコン３（南
壁窓上中央設置）の case では２℃以下と小さい。温度
⑧の上下温度差は、解析 case 居間 27(壁給気②、アン
ダーカット排気、エアコン 1 ）で、窓面のコールドド
ラフトの影響を受けるため、３℃以上と大きくなる。
天井給気の場合、エアコンの設置位置に関係なく窓面
や給気口からの冷気による影響が少なく、壁給気の場
合、エアコンの設置位置をエアコン３（南壁窓上中央
設置）とした場合に、良好な温熱環境となる。
４ 戸建住宅を対象とした換気効率の検討
4.1 換気量
図 11 に機械換気設定風量（0.5 回 /h）に対する各部位
の給排気量の割合を示す。第２種、第３種、第１種機械
換気の順に漏気量が多く、温風暖房時と床暖房時の換気
量には相違が見られない。第２種機械換気の場合、温風
暖房時では排気口からの流入が隙間からの流入の 4.3 倍、
床暖房時では 3.4 倍、第３種機械換気の場合、温風暖房
時では給気口からの流出が隙間からの流出の 1.9 倍、床
暖房時では 2.6 倍となり、第２種機械換気は第 3 種機械
換気と比較して、自然排気口からの逆流量が多い。
3.0
10.0
2.0
5.0
1.0
0.0
0.0
0.8
居間29
15.0
居間18
1.0
4.0
居間28
1.2
1.4
20.0
居間27
1.0
1.2
5.0
温度⑦
居間26
2.0
居間25
1.0
居間24
0.8
温度①または温度⑦の上下温度差
温度①
居間23
0.6
居間22
0.4
居間21
0.2
温度［℃］
0.0
温度⑦
居間20
εｐ
床上1.1ｍの温度
温度①
上下温度差［℃］
床上0.1ｍの温度
25.0
居間19
位置する解析 case 居間６(天井給気 ①)、居間 12(天井給
気⑦)では、天井給気口、床面付近のεｐは 1.0 以上とな
り、呼吸域のεｐは 0.8 ∼ 1.0 の範囲に入る。居間７（天
井給気②）は、北壁面付近で 0.6 ∼ 0.8 と低い領域が生
じるが、床上 1.1m のεｐは、ほぼ 0.8 ∼ 1.0 の範囲に入
る。給気口がアンダーカットと近接して位置する居間８
（天井給気 ③）は、天井給気口付近のεｐは 1.0 以上とな
るが、室全体のεｐは 0.6 ∼ 0.8 と低くなる。給気口と排
気口の位置が近接するほど、ショートサーキットが生
じ、換気効率の低い領域が生じる。
図８に同時給排気型換気扇（南壁中央設置）のεｐ分
布（鉛直断面Ｘ）を示す。解析 case 居間 30（給排気口
間隔 0 ㎜）のεｐは、給気口部分で 1.0 以上となるが、呼
吸域で 0.6 ∼ 0.9 と低く、換気効率の低い領域が生じる。
居間 31（給排気口間隔 50 ㎜）のεｐは、給気口より高い
領域で 1.0 以上となり、居間 30（給排気口間隔 0 ㎜）と
比較して、1 . 0 以上の領域が増加するが、呼吸域のεｐ
は 0.9 ∼ 1.0 の範囲となる。居間 32（給排気口間隔 100
㎜）
、居間 34(給排気口間隔 300 ㎜)のεｐは、給気口から
の新鮮な空気が北壁面を通り、床面へと流れる為、給気
口より高い領域、壁面、床面付近で 1.0 以上となり、換
気効率は向上する。同時給排気型換気扇の場合、給排気
口の間隔が狭い場合は、給気口から排気口へショート
サーキットが生じ、給気口より低い領域へ新鮮な空気が
行き渡らず、換気効率が悪くなる。
3.2 室内の上下温度と温度差
図９に温度①と温度⑦の温度と上下温度差を、 図 1 0
に温度⑧の温度と上下温度差を示す。 上下温度差は、
図９ 温度①と温度⑦の温度と上下温度差
S
N
S
N
床上0.1ｍの温度
（１）居間 30(給排気口間隔 0 ㎜)
（２）居間 31(給排気口間隔 50 ㎜)
温度⑧上下温度差
5.0
20.0
4.0
15.0
3.0
10.0
2.0
5.0
1.0
0.0
0.0
1.2
図 10 温度⑧の温度と上下温度差
居間29
居間28
居間27
居間26
居間25
居間24
（３）居間 32(給排気口間隔 100 ㎜)
（４）居間 34(給排気口間隔 300 ㎜)
図８ 同時給排気型換気扇（南壁中央設置）のεｐ分布（鉛直断面Ｘ）
居間23
N
居間22
S
居間21
N
居間20
S
1.0
1.0
居間19
1.0
居間18
1.0
上下温度差［℃］
1.2
温度［℃］
1.4
床上1.1ｍの温度
25.0
4.2 温熱環境と居住域平均局所空気交換効率（εｐ）の関係＊４
図 12 に LDK と主寝室の上下温度差係数と平均εｐの関
係を示す。上下温度差係数は、上下温度差（床上 1.1m の
温度と床上 0 . 1 m の温度との差）を室内外温度差で割っ
た値である。床暖房時は、上下温度差係数が 0 . 1 5 より
小さく、温風暖房時に比較して相対的に良好な温熱環境
である。εｐはどの換気方式でも温風暖房時と床暖房時
の間に明確な差は見られない。
4.3 局所空気交換効率（εｐ）の分布
図 13 に戸建住宅の代表的な解析 case のεｐの分布（床
上 1.1m 水平断面）を示す。解析 case 戸建 1-1-2（第 1 種、
温風暖房）と戸建 1-1-3（第１種、床暖房）では、１Ｆの
居室のεｐは 1.2 ∼ 2.0 と大きく、２Ｆの居室は 1.0 とな
り、εｐの分布に大きな相違は見られず、空調方式による
差はない。戸建 2-2-3（第２種、床暖房）は、１Ｆの排気
口から給気されるため、１Ｆの居室のεｐの値は 1 . 6 ∼
2.0 と大きく、２Ｆの居室は 1.0 となり、換気効率は良い。
戸建 3-1-3（第３種、床暖房）は、１Ｆの全ての室で 1.0
を超え、換気効率は良い。２Ｆの居室は１Ｆの空気が階
段室を通り、アンダーカットから流れ込むため、居室の
給気口から新鮮な外気が流入せずεｐは 1.0 以下となる。
５ 集合住宅を対象とした換気効率の検討
5 . 1 温熱環境と居住域平均局所空気交換効率（εｐ）の関係
図 14 に LDK の上下温度差係数と平均εｐの関係を示す。
給気口からの流入
排気口からの流出
隙間からの流入
隙間からの流出
床暖房時では、上下温度係数が 0.15 より小さく、第１
種、第２種機械換気の場合に平均εｐは 1.0 以上となり、
温熱環境、換気効率ともに良好となる。温風暖房時で
は、第１種、第２種機械換気の場合に上下温度差係数は
0.15 より小さく、平均εｐは 1.0 以上となり、温熱環境、
換気効率共に良好となる。第３種機械換気の場合、上下
温度差係数は 0.15 以上と大きく、平均εｐは 1.0 以下と
なり、温熱環境、換気効率ともに悪くなる。
5.2 局所空気交換効率（εｐ）の分布
図 15 に集合住宅の代表的な解析 case のεｐの分布（床
上 1.1m 水平断面）を示す。解析 case 集合 1-1-1（第１種、
εｐ
0.0
0.2
0.4
0.8
1.0
2.0
1.0
0.9
1.8
0.5
0.9
1.2
1.3
0.9
0.8
2.0
0.9
0.9
1.4
1.0
１Ｆ ２Ｆ (１)戸建 1-1-2 （第１種機械換気、温風暖房）
1.0
1.0
0.9
0.5
1.8
0.9
0.9
1.2
0.7
1.2
1.8
1.8
排気口からの流入
給気口からの流出
180%
0.6
0.9
0.9
1.4
1.0
1.8
160%
漏気部分
140%
１Ｆ ２Ｆ (２)戸建 1-1-3 （第１種機械換気、床暖房）
120%
100%
0.4
1.2
80%
1.2
0.5
0.4
60%
1.2
40%
0.4
1.0
20%
1.6
0%
給気
排気
給気
戸建1-1-2
排気
給気
戸建1-1-3
排気
給気
戸建2-2-2
第1種機械換気
排気
戸建2-2-3
給気
排気
戸建3-1-2
第２種機械換気
給気
排気
居住域平均εp
LDK
1.5
LDK
1.0
主寝室
主寝室
主寝室
主寝室
0.5
室内上下温度差(３℃)
室温(20℃)-外気温(０℃)
LDK
LDK
1.0
主寝室
主寝室
主寝室
主寝室
床暖房
LDK
1.6
LDK
LDK
1.8
0.05
2.0
温風暖房
戸建1-1-2
戸建1-2-2
戸建2-1-2
戸建2-2-2
戸建3-1-2
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.6
2.0
1.4
戸建1-1-3
戸建1-2-3
戸建2-1-3
戸建2-2-3
戸建3-1-3
0.0
0.00
１Ｆ ２Ｆ (３)戸建 2-2-3 （第２種機械換気、床暖房）
1.8
1.8
1.8
主寝室
主寝室
0.9
LDK
LDK
LDK
2.0
第３種機械換気
図11 機械換気設定風量(0.5 回/h)に対する各部位の給排気量の割合
2.0
1.6
戸建3-1-3
0.35
上下温度差係数（室内上下温度差(℃)/室内外温度差(℃)）
図 12 LDK と主寝室の上下温度差係数と平均ε p の関係
0.40
0.6
1.6
0.6
0.4
2.0
1.8
0.6
0.4
１Ｆ ２Ｆ （４)戸建 3-1-3 （第３種機械換気、床暖房）
図 13 戸建住宅の代表的な解析 case のεｐ分布（床上 1.1m）
空調なし）では、キッチンと和室でεｐが 1.0 以下の領域
が生じ、換気効率の良い領域と悪い領域が生じる。集合
1-1-2（第１種、温風暖房）と集合 1-1-3（第１種、床暖
房）では、全ての居室でεｐは 1.0 ∼ 1.2 の範囲に入り換
気効率は良い。また、εｐの分布、換気回数ともに大きな
相違は見られず、空調方式（温風暖房、床暖房）による
全拡散の状態となると考えられる。
③給気口と排気口の距離は換気効率に影響し、給気口と
排気口の位置が離れるほど換気効率は向上する。給気
口と排気口の距離が部屋平面の長辺方向の半分以上を
超えると、εｐの分布の差は小さくなる。
④同時給排気型換気扇の場合では、給気口と排気口の距
離は最低が 1 0 0 ㎜以上離して設計する必要がある。
⑤エアコンを窓上に設置した場合と給気方式が天井給気
の場合は、換気効率が良く、窓面の冷気による影響が
小さい換気空調方式である。
⑥戸建住宅では、暖房時の換気量は、換気方式に関わら
ず設定換気風量（0.5 回 /h）を超え、第２種、第３種、
第１種機械換気の順に多くなる。
⑦戸建住宅、集合住宅ともに、床暖房時では、温風暖房
時より、室内上下温度差、室間温度差が小さく、室内
の温熱環境は良好である。
⑧戸建住宅、集合住宅ともに、εｐには、暖房方式（温風暖房、
床暖房）による差は見られない。
⑨換気効率は、換気方式によって差が見られる。戸建住
宅では、第１種、第２種機械換気では、居室のεｐは
1.0 程度または 1.0 以上となり、換気効率は良く、第
３種機械換気では２Ｆのεｐは 1.0 以下となり、換気効
率は悪くなる。集合住宅では、第１種機械換気では、
居室のεｐは 1.0 程度または 1.0 以上となり、換気効率
は良く、第２種、３種機械換気では居室のεｐは 1.0 以
下となり、換気効率は悪くなる。
差はない。集合 2-2-3（第２種、床暖房）では、LDK、和
室、洋室１のε p は 1.0 を超え、換気効率は良いが、洋室
２は廊下から汚染された空気が洋室のドアのアンダー
カットを通じて流れ込む為、ε p は 1.0 以下となる。集合
3-1-3（第３種、床暖房）は、LDK、和室での換気回数は
0.5 回 /h 未満となり、ε p は 1.0 以下と小さくなるが、洋
室１、洋室２では、給気口から多量の外気が流れ込むた
め、換気回数は１回 /h を超え、ε p の値は 1.6 ∼ 1.8 の範
囲に入り、換気効率は良い。
６ 結論
①エアコン停止時の局所空気交換効率（εｐ）は、1.0 以
上となる領域が大きくなるが、換気効率の低い領域と
高い領域が生じる。
②エアコン運転時のεｐは、換気方式やエアコンの設置
位置に関わらず 1.0 程度の値となり、外気が室内で完
2.0
室内上下温度差(３℃)
室温(20℃)-外気温(０℃)
居住域平均εp
1.5
1.0
0.5
床暖房
集合1-1-2
集合1-2-2
集合2-1-2
集合2-2-2
集合3-1-2
集合3-2-2
集合3-3-2
温風暖房
集合1-1-3
集合1-2-3
集合2-1-3
集合2-2-3
集合3-1-3
集合3-2-3
集合3-3-3
＊１: 床からの熱損失はないものとしている。
＊２: 空気齢は、外気が室内に供給されてからある点に到達するまでの平均
時間であり、短いほど新鮮な外気が供給される。空気齢の算出には、
漏気も加えた換気量を用いた。
＊３:呼吸域は、床上 0.5m ∼ 1.8m の範囲。
＊４:居住域は、床上 0m ∼ 2.0m の範囲。
0.0
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
上下温度差係数（室内上下温度差(℃)/室内外温度差(℃)）
0.40
＜＞内は換気回数
図 14 LDK の上下温度差係数と平均ε p の関係
0.0
0.2
0.4
1.4
1.4
1.4
1.2
1.4
＜0.74回/h＞
εｐ
＜0.74回/h＞
＜0.73回/h＞
0.8
＜0.72回/h＞
＜0.71回/h＞
＜0.66回/h＞
＜0.64回/h＞
0.8
1.2
1.0
2.0
1.8
1.8
1.0
＜0.75回/h＞
0.6
＜1.09回/h＞
＜1.23回/h＞
1.2
1.2
0.1
0.8
1.0
0.1
0.1
1.0
1.0
0.1
0.2
0.1
0.1
1.2
1.1
0.3
0.1
0.1
1.2
0.8
1.4
1.2
0.1
1.2
0.9
0.1
0.8
1.2
1.2
1.2
1.0
＜0.63回/h＞
＜0.64回/h＞
1.4
＜全体 0.55 回 /h ＞
（１）集合 1-1-1
（第１種、空調なし）
＜0.67回/h＞
＜0.70回/h＞
＜0.72回/h＞
0.6
1.2 1.4
＜0.66回/h＞
＜0.65回/h＞
＜0.68回/h＞
＜0.48回/h＞
＜0.32回/h＞
1.2
＜全体 0.56 回 /h ＞
＜全体 0.57 回 /h ＞
＜全体 0.52 回 /h ＞
（２）集合 1-1-2
（３）集合 1-1-3
（４）集合 2-2-3
（第１種、温風暖房）
（第１種、床暖房）
（第２種、床暖房）
図 15 集合住宅の代表的な解析 case のεｐ分布（床上 1.1m）
＜全体 0.57 回 /h ＞
（５）集合 3-1-3
（第３種、床暖房）