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1 建物熱特性の試験方法 に関する研究 長井達夫東京理科大学

2 発表内容 熱損失係数の同定法 定常法と非定常法の比較 非定常法における加熱法 RC 造における熱損失係数の同定 定常法における必要実測期間 非定常法における計測期間と信頼性 熱損失係数同定以外の熱性能把握法 部位別熱損失測定の必要性 長谷川 吉野のグレード評価

3 現場測定に基づく住宅熱損失係数 の推定法に関する研究

4 実測対象及び実測概要 Q=2.86[W/m2 K]( 設計図書から算出 ) 所在地 : 山梨県山中湖村 ( 第 Ⅱ 地域 ) 延床面積 :12.87m 2 ( 木造軸組 外壁断熱材 GW16K, 1mm) 二階平面図 ヒーター室温 グローブ温度吹出し方向 一階平面図

5 実測期間と測定結果 実験名 S-1 S-2 A-1 A-2 実測期間 25/5/3 25/6/3 25/11/28 25/12/2 ~ ~ ~ ~ 6/1 6/5 12/1 12/4 気温 [ ] 室温 [ ] 外気温 [ ] SAT 南東 [ ] 供給熱量 [W] 25/5/3 1: 25/6/1 1: 25/6/3 1: 25/6/5 1: 実測結果 (S-1 及び S-2 期 ) 供給熱量 [W]

6 定常モデルによる検討 熱損失係数 [W/m 2 K] 加熱開始時刻 同定期間 :~4 時の夜間データ 2.54 : 非定常法 Q 値 S-1 S-2 A-1 A-2 14:32 21: 12:19 16:5 1 日目 2 日目 3 日目 2.86 設計図書より算出 Q 値比較 ( 実測 )

7 非定常モデルによる推定法 θ R,n -rθ R,o =φ o ( θ o,n -r n θ) +φ 1 Σθ o, n j r j-1 + Σa k {φ o ( θ k,n -r n θ k,o ) + φ 1 Σ θ k, n -j r j-1 } + ( b o -b r ) H n + b r ( 1-r )ΣH n -j r j -1 Q=1/(b o S) θ R i :i 時の室温 ( ) r, a k,b o,b: 未定係数 θ o i :i 時の外気温 ( ) θ k i : 時の (SAT) k -θ o ( ) (k が外面方位の場合 ) Q: 熱損失係数 (W/m 2 K) S: 延床面積 (m 2 ) φ o =1-{1/λ t (1-r)} φ 1 =1/λ t (1-r) 2 R1 R2 外気温 C 室温 暖房 等価電気回路

8 非定常法による検討 (A-1 期間 ) 平均残差 [K] 同定期間比較 Heat Heat+6h Heat+12h Heat+24h 平均残差 [K] 時刻ステップ比較 3 分毎 1 時間毎 2 時間毎 熱損失係数 [W/m 2 K] 熱損失係数 [W/m 2 K] Q-δ グラフ Q-δ グラフ

9 測定期間に関する検討 気温 [ ] r Q 平均残差 Q 信頼性 (W/m2 K) (K) S-1 heat 低 S-2 heat 高 A-1 heat 高 A-2 heat 低 S-1 期 南東 SAT 室温外気温 SAT 南東推定室温 S-2 期 1 外気温 1: 1: 1: 1:

10 換気量測定について マルチガスモニタによる一定濃度法 気密測定と差圧測定の組み合わせ

11 気密測定と差圧測定による換気量の推定 q i =q o,i P i 1/ n q o,i 9.8 1/n =αa i (2/ρ) 9.8 1/ 2 αa i =αa S i /S q in =Σqi ( 外表面圧 > 室内圧の場合のみ加算 ) q in,o =k q in q i : 各方位の換気量 [m 3 /h], P i : 各方位の差圧 [Pa], n: 隙間特性値 αai: 各方位の相当隙間面積 [m 2 ], αa: 総相当隙間面積 [m 2 ] S i : 各方位の壁面積 [m 2 ], S: 外皮面積 [m 2 ], k: 補正値 q in : 気密測定から得た換気量 [m 3 /h], q in,o : 換気量測定から得た換気量 [m 3 /h] qo, i: 室内圧差 1Pa の時の換気量 [m 3 /h]

12 気密測定と差圧測定による換気量の推定 3 25 換気量測定気密測定 換気量 [m 3 /h] :24 16:48 19:12 21:36 W k ' =W k -.35 q k t k Q v =(KA+.35 n B)/A (n=.5)

13 シミュレーション概要 外気温 加熱量 ( 日射なし ) 木造 室内 塗壁 (3) プラスターボード (12) グラスウール (15) 通気層 (18) TRNSYS15 外気 杉板 (12) 室温変動 RC 造 室内 プラスターボード (12) 通気層 普通コンクリート (15) ウレタン発泡断熱材 (68) 通気層 (18) 熱損失係数推定 外気 ラスボード (12)

14 木造 ( 定常法 ) 室温 [ ] 定常状態 外気温 供給熱量一定の時の室温変動 [h] 熱損失係数 [W/m 2 K] 正解 S-1 S-2 A-1 A-2 外気温 供給熱量 : 実測値使用 (2 日目以降の夜間データ使用 )

15 木造 ( 非定常法 ) 2. Q-δ グラフ 1.5 S-1 44h 加熱 A-1 信頼性が非常に高い 69h 加熱 A-2 信頼性が非常に高い 平均残差 [K] 1..5 S-2 24h 加熱 42h 加熱 熱損失係数 [W/m 2 K]

16 まとめ ( 第 1 報 ) 定常法では 1 日目の夜間データのみでは高めのQ 値となる 2 日目以降の夜間データでは低めのQ 値となる 再現性は非定常法より良好? 換気量測定の必要性の有無 必要な場合の簡易的測定法について要検討

17 現場実測による RC 造住宅の 熱損失係数の推定法に関する研究

18 実測対象 所在地 : 東京都清瀬市 ( 第 Ⅳ 地域 ) 延床面積 :43.33[m 2 ] 設計図書によるQ 値 33 室 2.82[W/m 2 K] 43 室 1.9[W/m 2 K] 外気温ヒーター噴出し方向ファン温度測定点ヒーター上下温度分布噴出し方向ファン SAT 計温度測定点よしずベニヤ板 日除け 1m

19 仕様比較 部材構成 熱貫流率 [W/ m2 K] 室名 33 室 ( 一部改修 ) 43 室 ( 改修済 ) 北壁 ( 西壁を含む ) 断熱化.95 南壁 ( 階段室 居室間の壁含む ) 窓 サッシ ドア 熱損失係数 未改修 2.91 シングルガラス鋼製サッシ 6.8 鋼製 [W/ m2 K] 断熱化.95 シングルガラスアルミサッシ 6.8 断熱気密仕様 [W/ m2 K]

20 実測期間と測定結果 室温 [ ] 温度 [ ] 室温 33 室温 1 12/9 12/11 12/13 12/15 12/17 12/19 12/21 12/ / 南 SAT 温度 43 供給熱量 [W] 33 供給熱量 [W] 外気温 12/9 12/11 12/13 12/15 12/17 12/19 12/21 12/23 12/ 供給熱量 [W]

21 定常法 ( 実測 ) Hk Q= [W/m 2 K] ( (Ti,k-To,k) A) Q: 熱損失係数 [W/m 2 K] H: 供給熱量 [W] Ti: 室温 [ ] To: 外気温 [ ] k: 時刻ステップ A: 延べ床面積 [m 2 ] Q 値 [W/m 2 K] ~4 時の平均 Q 値 24 時間平均 Q 値 [ 日目 ] 5 日で定常 ~4 時 Q 値 <24 時間 Q 値時間帯によるQ 値 33 室

22 非定常法との比較 ( 実測 ) Q 値算出結果 設計図書 定常法非定常法 33 室 室 < < 定常法は 5~8 日目の 24 時間平均 Q 値を平均して算出 非定常法は換気による熱損失を除いて同定した後 換気熱損失分を加えて算出

23 シミュレーション結果 ( 定常法 )( 日除けなし ) Q 値 [W/m 2 K] Q 値 [W/k m2 ] 変動 ( 日射あり ) 変動 ( 日射なし ) 5 一定 ( 日射なし ) ~4 時 正解値 Q 値 [W/m 2 K] [ 日目 ] Q 値 [W/k m2 ] 時間帯による Q 値推移 24 時間 日射ありは 7% 低 ~4 時 Q 値 <24 時間 Q 値 変動 ( 日射あり ) 変動 ( 日射なし ) 5 一定 ( 日射なし ) 正解値 [ 日目 ]

24 非定常法 ( 実測 ) 平均残差 δ[k] δ[k] 日加熱 +36 時間 8 日加熱 + 時間 4 日加熱 + 時間 Q 値 [W/ 1.9 m2 K] 平均残差 δ[k] r Q r Q δ 曲線 r δ 曲線 4 日から 8 日で信頼度大幅アップ δ[k] 非定常特性の把握のためには試験期間途中で加熱停止も考えられる

25 まとめ RC 造を扱った本研究において 定常法では木造と同様に ~4 時のデータを用いてしまうと Q 値が低く出すぎてしまう RC 造では透過日射を遮った状態で 1 日平均 Q 値を算出するという手法が適していると考えられる 非定常法において 4 日間の加熱では不十分で 最低 6 日間は必要 更には 8 日間あれば十分に信頼性が得られる 非定常法において 非定常性把握のための加熱法について要検討

26 集合住宅における断熱 気密化改修による 省エネルギー効果に関する研究

27 熱損失の内訳 2, 1, 33 室 その他 熱量 [W] 2, 窓 北壁はその他に含む 43 室 北壁 供給熱量 1, 12/ [ 日 ] 窓 換気量 43 で 換気による損失は 1/3 に

28 熱損失係数 熱損失係数 W/ m2 K 未改修 換気窓北壁その他 % 減 窓断熱化 計算値 実測値

29 温熱環境の改善効果 熱画像 ( 外から )

30 集合住宅の気密化改修前後における熱性能に関する研究

31 実測概要 1, 主寝室 玄関 浴室 ,72 8 1,86 和室 台所 寝室 8 延床面積 43.6 m2構造 RC 造部材構成 (mm) 壁 ( 断熱あり ) フォームポリスチレン 25 普通コンクリート 115 等壁 ( 断熱なし ) 普通コンクリート 115 窓 ( 改修前 ) 単板 鋼製サッシ窓 ( 改修後 ) 単板 アルミサッシ : 三脚 ( 温度とり ) : 三脚 ( 電球 ) : ヒーター : 表面温度 & 熱流

32 実測期間 12 月 2 日 12 月 3 日 12 月 4 日 搬入 12 月 5 日 準備 12 月 6 日 12 月 7 日 12 月 8 日 上下温度分布 改修前測定 12 月 9 日 上下温度分布 12 月 1 日 12 月 11 日 12 月 12 日 12 月 13 日 改修前測定 48 改修 準備 改修後測定 12 月 14 日 12 月 15 日 12 月 16 日 12 月 17 日 14 日 19 時より常時機械換気開始 16 日 19 時玄関ポスト目張り 上下温度分布 12 月 18 日撤去 改修後測定 上下温度分布

33 実測風景 上下温度分布を測定 電球を設置 制御し内部発熱を模擬した ヒーターを 22.5 で制御 時間 内部発熱 暖房 7:~9: 38W ON 9:~16: 6W OFF 和室 台所 16:~17: 38W ON 17:~23: 78W ON 23:~7: 6W OFF 寝室 21:~23: 1W ON 23:~7: 6W OFF 主寝室 23:~7: 1W 玄関 浴室 2:~22: 2W

34 実測結果 ( 居間 ) 北側外気温改修前 北側外気温改修後 和室 台所 1.1m 改修前 和室 台所 1.1m 改修後 3 25 温度 ( ) 消費電力 (W) 5 : 12: : 12: : 12: : 12: : 2 和室 台所改修前 和室 台所改修後 : 12: : 12: : 12: : 12: : 時間

35 温熱環境のグレード評価 熱性能が良くなる グレード上下温度差 ( 団らん時 ) 和室温度明け方の最低温度主寝室の温度 ( 団らん時 ) 便所 玄関温度 ( 団らん時 ) 上下温度差団らん時の室内外気温度差に対する室内上下温度差上下温度差係数 r=( 上下温度差 )/( 室内外気温度差 ) 外気温が 居間( 和室 ) が2 のときの上下温度差 =r 2

36 温熱環境のグレード評価 熱性能が良くなる 最低室内温度 ( ) グレード上下温度差 ( 団らん時 ) 和室温度明け方の最低温度主寝室の温度 ( 団らん時 ) 便所 玄関温度 ( 団らん時 ) 18 12/ / 明け方の最低温度調査期間で平均した室温の日変化のグラフから明け方の居間最低室温を読み取る ( 最低外気温が の時 ) 明け方最低温度 / / / 最低外気温 ( )

37 温熱環境のグレード評価 熱性能が良くなる 非暖房室室内外温度差 ( ) グレード上下温度差 ( 団らん時 ) 和室温度明け方の最低温度主寝室の温度 ( 団らん時 ) 便所 玄関温度 ( 団らん時 ) 主寝室 便所 玄関の温度 ( 団らん時 ) 温度降下率 r=( 他の室内外温度差 )/( 和室室内外温度差 ) 和室室温 2 外気温 の時 主寝室 玄関 便所 浴室 線形 ( 主寝室 ) 線形 ( 玄関 ) 線形 ( 便所 ) 線形 ( 浴室 ) 居間室内外温度差 ( ) y =.4779x y =.4329x y =.336x y =.2659x 温度降下率

38 実測値のグレード評価 温度の単位 ( ) 和室 台所温度その他の部屋 ( 団欒時 ) 上下温度差明け方最低温度主寝室の温度便所温度玄関温度浴室温度 改修前改修後 温度温度 グレードグレード 4~5 4~5 3~4 4~5 2~3 3~4 2~3 2~3 3~4 4~5 2~3 3~4 改修後のグレードは同等か若干上昇

39 建物熱特性測定法全体の課題 定常法の使用データの選択 ( 日数 時間帯 ) 定常法の偏りに対する対応 補正? 非定常特性把握のための加熱法 簡易な換気量測定法 部位別の熱損失量測定 非空調室 ( 時間帯 ) の環境測定法 ( 基準化 )

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