省エネルギー・火災安全性からみた煙突効果の制御と利用に関する研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450241
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 長谷見 雄二 早稲田大学, 理工学部, 教授 (40298138)
• 研究分担者: 山田 常圭 独立行政法人消防研究所, 第五プロジェクトグループリーダー ; 李 海峰 早稲田大学, 理工学部, 助手 (40329090)
• キーワード: 自然換気 / ソーラーチムニー / 煙制御 / 中性帯 / 両立性 / 模型実験 / CFD

研究概要

近年、建築に求められる環境負荷の削減という観点から、室内空気質の制御と熱的快適性を確保するため、アトリウム等を利用して煙突効果による自然換気が多く企画されるようになってきている。しかし、このような自然換気システムは、火災時には煙を建物の上層階に拡散させる経路となりがちである。本研究では自然換気と自然排煙はともに煙突効果に支配され、換気・排煙したい部分より竪穴部を負圧にすることによって成り立つという共通点に着目し、両者を両立させる技術的可能性を検討することを目的としている。この可能性を検証するため、共用部分の自然換気の効率と避難計画を考慮した事務所のプロトタイプを提案した。アトリウムの頂部には大容積のソーラーチムニーを設けている。太陽放射を透過させるため、チムニーの南面壁はガラスとし、他の三面は蓄熱効果が期待できるコンクリートで構成する。太陽放射により壁温が上昇し、対流熱伝達によりチムニー内の空気の温度も上昇すると、アトリウム内外の空気の温度差により煙突効果が生じるので、チムニー上部とアトリウム下部に開口部を設けると、対流により自然換気が実現する。火災時には、煙は上部開口部からの排煙と下部開口部からの給気により、有効な自然排煙が期待できる。本研究では縮小模型実験と数値流体解析を用い、プロトタイプ建物について自然換気の効率と自然排煙の煙制御効果を検討した。開口面積比に応じ、中間期において換気回数が約1〜2回確保できる。一方、火災時にはアトリウムの大部分は煙に汚染されるが、今回の範囲では上部/下部開口面積比2および3のとき、中性帯はシャフト部分高さの約70%および90%の高さに形成されることから、開口等を適切に設定すれば、隣接区間よりアトリウム部分を負圧にすることにより煙拡散を抑止できる可能性があると言える。

研究成果

• [文献書誌] 丁文〓, 長谷見雄二, 峯岸良和: "Model Experiment and CFD Analysis on A Solar Assisted Ventilation System"Journal of Asian Architecture and Building Engineering. Vol.1 No.2. 73-78 (2002)
• [文献書誌] 丁文〓, 長谷見雄二, 峯岸良和: "Study on the Compatibility of Natural Ventilation and Fire Safety through an Atrium Building"4^<th> International Symposium on Architecture Interchange In Asia. 591-595 (2002)
• [文献書誌] 長谷見雄二, 丁文〓, 峯岸良和, 西本聡: "自然エネルギー利用・火災安全性から見た煙突効果の利用と制御 (その1)中高層建築における太陽熱利用自然換気システムのパッシプ遮煙の基本概念"日本建築学会関東支部研究報告集. 455-458 (2003)
• [文献書誌] 西本聡, 長谷見雄二, 丁文〓, 峯岸良和: "自然エネルギー利用・火災安全性から見た煙突効果の利用と制御 (その2)縮小模型実験による自然換気・煙層性状の把握"日本建築学会関東支部研究報告集. 459-462 (2003)
• [文献書誌] 峯岸良和, 長谷見雄二, 丁文〓, 西本聡: "自然エネルギー利用・火災安全性から見た煙突効果の利用と制御 (その3)計算、モデルによる自然換気・煙層性状の把握とプロトタイプの評価"日本建築学会関東支部研究報告集. 463-466 (2003)
• [文献書誌] 丁文〓, 長谷見雄二, 峯岸良和, 西本聡: "自然エネルギー利用・火災安全性から見た煙突効果の利用と制御 (その4)CFDによる自然換気と煙制御の把握"日本建築学会関東支部研究報告集. 467-470 (2003)