| 研究課題/領域番号 |
23K22926
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01656 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分23020:建築環境および建築設備関連
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| 研究機関 | 地方独立行政法人北海道立総合研究機構 |
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研究代表者 |
糸毛 治 地方独立行政法人北海道立総合研究機構, 建築研究本部 北方建築総合研究所, 研究主幹 (50462346)
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| 研究分担者 |
鈴木 淳一 国立研究開発法人建築研究所, 防火研究グループ, 主任研究員 (10453846)
王 兪翔 東京理科大学, 創域理工学部建築学科, 助教 (20897706)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2024年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2022年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
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| キーワード | 防火性能 / 数値解析 / 木造外壁 / 断熱工法 / 断熱材 / 熱・水分同時移動計算 / 中空層 / 高温性状 / 柱内部 / 温度分布 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本年度は、(2)断熱材・建材の高温時における実効的な熱物性の定式化に取り組み、昨年度までに実施した(1)中空層の熱伝達・熱収支のモデル、(3)柱の残存耐力の推定法と併せて、木造外壁の材料構成から防火性能を評価する数値解析手法を完成させる。
(2)については被覆材および断熱材を対象に、各種材料ごとに高温下に曝された際の入射熱量および非加熱側への熱損失量を実験的に把握して、各種材料に生じる変化をすべて包含した実効的な熱物性について定式化を行う。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、環境負荷を低減し安全性の高い木造建築の普及に貢献するため、木造外壁の対象に、その材料構成から防火性能を評価する数値解析手法の開発である。数値解析に用いる計算モデルは、木造外壁の水平断面を対象にした二次元の熱・水分同時移動計算モデルである。
既往研究で開発したプロトタイプの計算モデルをもとに、次に示す(1)～(3)の課題を、火災加熱実験による検証を行いながら解決し、計算モデルを改良するものである。現時点における研究実績を課題ごとに示す。
「(1)中空層の熱伝達・熱収支のモデル化」では、中空層の熱収支を閉じた系と仮定し、放射熱伝達をモンテカルロ法により中空層に面する各面要素間におけるGebhartの放射吸収係数を算出する方法が、火災加熱実験で実測した中空層内の温度分布および熱流束と比較的良い相関を確認し、モデル化の目途を得ている。更なる精度向上を目指し、被覆材となる内外装材目地部の隙間から中空層へ侵入する熱量の定量化を実験および計算により試みた。
「(2)断熱材・建材の高温時における実効的な熱物性の定式化」では、外装材に窯業系サイディングを選定し、その高温時性状を把握し、熱伝導率を温度の関数として求めた。内装材はせっこうボードを対象に火災加熱時の劣化性状を実験により確認した。火災加熱によるせっこうボードの面内収縮と亀裂発生を有限要素解析により再現し、せっこうボードの劣化性状を含めた熱物性の定式化に目途を得た。
「(3)柱の残存耐力の推定法構築」では、プロトタイプに(1)のモデルを組み込んだ計算モデルで得られる柱内部の温度分布・推移が、火災加熱実験で実測した壁内柱の内部温度と比較的良い相関を得た。さらに防耐火試験の載荷条件、計算で得られた壁内柱の内部温度をもとに、有限要素解析により残存耐力の推定を可能にした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では、木造外壁の材料構成から防火性能を評価する数値解析手法を開発するため、次に示す(1)～(3)の課題に取り組んでいる。
「(1)中空層の熱伝達・熱収支のモデル化」は現時点で有効な計算モデルが得られている。
「(2)断熱材・建材の高温時における実効的な熱物性の定式化」では、外装材に窯業系サイディング、内装材にせっこうボードを選定し、これらの高温時性状を実験的に把握し、熱物性の定式化を進められている。また可燃性断熱材についても熱物性の定式化に向けて検討方針の見通しが得られている。
「(3)柱の残存耐力の推定法構築」では、壁内柱の内部温度分布については現時点で有効な計算モデルが得られている。また柱の残存耐力の推定については、有限要素解析による再現ができている。
以上、(1)～(3)の進捗状況を踏まえ、「(2)おおむね順調に進展している」と判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では、(1)～(3)の課題について次に示す方針で取り組んで解決を図り、これらをとりまとめて計算モデルの改良を行う。
「(1)中空層の熱伝達・熱収支のモデル化」では、現時点で得られている計算モデルが、木造外壁の多種多様な仕様構成に対し適用可能か検証し、必要に応じて計算モデルを改良していく。
「(2)断熱材・建材の高温時における実効的な熱物性の定式化」では、外装材・内装材については、引き続き、火災加熱を受けた際の建材の損傷を踏まえた熱物性値の定式化を検討する。
断熱材については、火災加熱を受けた際に生じる断熱材の溶融・熱分解を含めた形で、熱物性として捉えて、定式化を検討する。
「(3)柱の残存耐力の推定法構築」では、現時点で得られている壁内柱の内部温度分布および柱の残存耐力の推定の計算モデルについては、(1)と同様の検証、必要に応じた計算モデルの改良を進める。
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