【環境・設備】換気に関するノート

一級建築士試験に出題される換気に関するノートです。

1. 換気の目的

換気とは、室内の汚染物質を排出し、清浄な空気を供給することを指します。適切な換気は、健康維持や快適な生活環境を確保するために不可欠です。

1.1 空気汚染と基準

室内空気は CO₂（炭酸ガス） や NOₓ（窒素酸化物） によって汚染されます。以下の基準が設けられています。

評価項目	許容値
温度	17~28℃
湿度	40~70%
気流	0.5 m/s 以下
CO₂濃度	1,000 ppm 以下（0.1%）
CO（一酸化炭素）	10 ppm 以下（0.001%）
粉じん	???
ホルムアルデヒド	0.1 mg/m³ 以下
クロルピリホス	原則として使用禁止
NO₂（二酸化窒素）	0.04~0.06 ppm 以下

これらの基準を満たすため、すべての建築物には 機械換気設備の設置 が義務付けられています。

シックハウス対策

建築基準法施行令により ホルムアルデヒド の発散を抑えるための規制がある。
JIS や JAS 規格で F☆（フォースター） の表示があり、
- F☆☆☆☆: 使用制限なし
- F☆☆☆: 使用制限あり
- F☆☆: 限定的な使用
- F☆: 使用禁止
換気設備の設置が義務付けられている。

CO₂対策

CO₂濃度 1,000 ppm 以下を維持するために 1人当たり ??? の換気量が推奨される。

2. 換気の種類

換気方式は 機械換気 と 自然換気 に大別されます。

2.1 機械換気の種類

機械換気は、送風機の設置位置によって以下の3種類に分類されます。

換気種別	室内圧	特徴と適用
第一種換気	正圧/負圧	送風機を???に設置。換気量を確実に制御可能。
第二種換気	正圧	送風機を???に設置。外気の流入を防ぐ。清浄度が必要な空間（手術室）向け。
第三種換気	負圧	送風機を???に設置。室内の汚染空気を確実に排出。トイレや厨房に適用。

2.2 自然換気の種類

自然換気は、風や温度差を利用して換気を行う方式です。

換気種別	計算式	説明
温度差換気（重力換気）	$Q = aA \sqrt{\frac{2 g h (t_i - t_o)}{t_i + 273}}$	室内外の温度差を利用して換気する方式。建物上部と下部に開口部を設ける。
風力換気	$Q = aA \, v \, (C_1 - C_2)$	風圧差を利用して換気する方式。建築物の形状や風向の影響を受ける。

温度差換気（重力換気）の凡例
- $aA$ : 総合実効面積 (㎡)
- $g$ : 重力加速度 (9.8 m/s²)
- $h$ : 開口部の高さの差 (m)
- $t_i$ : 室内温度 (℃)
- $t_o$ : 屋外温度 (℃)
風力換気の凡例
- $aA$ : 総合実効面積 (㎡)
- $v$ : 風速 (m/s)
- $C_1$ : 風上側風圧係数
- $C_2$ : 風下側風圧係数

3. 必要換気量の計算

室内の汚染物質を許容値以下に抑えるために、必要換気量 $Q$ を求めます。

3.1 必要換気量 Q

Q = \frac{k}{P_i - P_o}

凡例
- $k$ : 汚染物質発生量 (m³/h)
- $P_i$ : 室内の許容濃度 (mg/m³)
- $P_o$ : 外気の濃度 (mg/m³)

水蒸気に対する換気量は次式で求められます。

Q = \frac{w}{\rho (X_i - X_o)}

凡例
- $w$ : 水蒸気発生量 (kg/h)
- $\rho$ : 空気密度 (kg/m³)
- $X_i$ : 室内の絶対湿度 (kg/kg)
- $X_o$ : 外気の絶対湿度 (kg/kg)

3.2 換気回数 N

換気回数 $N$ は、室内空気が1時間に何回入れ替わるかを表します。

N = \frac{Q}{V}

凡例
- $Q$ : 必要換気量 (m³/h)
- $V$ : 室容積 (m³)

一般的な住宅では ??? が推奨されます。

3.3 風量 Q と総合実効面積 αA

風量 $Q$ を計算する際に、開口部の高さや風速を考慮する必要がある。

3.3.1 風量 ( Q ) の計算式

Q = \alpha\ A \sqrt{\frac{2}{\rho} \Delta P} \quad \text{(\(\mathrm{m}^3/\mathrm{s}\))}

凡例
- $Q$ : 風量 $(\mathrm{m}^3/\mathrm{s})$
- $\alpha\ A$ : 相当開口面積 $(\mathrm{m}^2)$
- $\alpha$ : 流量係数( 開口部の形状 によって変わる)
- $\rho$ : 空気密度 $(\mathrm{kg}/\mathrm{m}^3)$
- $\Delta P$ : 圧力差 $(\mathrm{Pa})$

3.3.2 空気密度 ( ρ ) の計算式

\rho = \frac{353}{273 + t} \quad \text{(kg/\(\mathrm{m}^3\))}

凡例
- $\rho$ : 空気密度 $(\mathrm{kg}/\mathrm{m}^3)$
- $t$ : 温度 $(^{\circ}\mathrm{C})$

3.3.3 総合実効面積 αA

窓の並び方で総合実効面積 αAが異なります。

並列合成の計算式

\alpha\ A = a_1 + a_2

直列合成の計算式

\alpha\ A = \frac{1}{\sqrt{\left(\frac{1}{a_1}\right)^2 + \left(\frac{1}{a_2}\right)^2}}

並列合成は 開口部が並んでいる 場合に適用。
直列合成は 開口部が連続している 場合に適用。

4 換気に関する用語

???

室内の空気が入れ替わるまでの 平均時間 を指す。
空気齢が 小さいほど 効率的な換気が行われている。

???

室内のある点から排気口までの到達時間を示す。
換気計画において 汚染物質の蓄積 を防ぐために重要。

???

室内で外部圧力と同圧となる部分

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