出典：建築物衛生管理技術者試験令和4年度(2022年)｜空気環境の調整第50問
問題
自然換気の換気力に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
(1) 温度差による換気力は、開口部の高さの差に比例して増加する。
(2) 温度差による換気力は、室内外空気の密度差に比例して増加する。
(3) 風力による換気力は、外部風速の2乗に比例して増加する。
(4) 風力による換気力は、開口部での風圧係数の2乗に比例して増加する。
(5) 風力による換気力は、風向きが変わると変化する。
ビル管過去問｜自然換気 換気力・温度差換気・風力換気を解説
この問題は、自然換気の換気力を決める基本要素を正しく理解しているかを問う問題です。自然換気には、温度差による換気と風力による換気があり、それぞれ換気力を左右する要因が異なります。正しい選択肢は、温度差換気の基本関係を述べたものや、風速や風向の影響を述べたものです。一方で、誤っているのは、風力による換気力と風圧係数の関係を誤って表現した記述です。風力による換気力は風圧係数そのものや、その差に関係しますが、風圧係数の2乗に比例するとするのは不適切です。自然換気は公式の形だけでなく、何が一次的に効いているのかを整理して覚えることが大切です。
(1) 温度差による換気力は、開口部の高さの差に比例して増加する。
適切です。温度差による換気は、暖かい空気が軽く上昇し、冷たい空気が重く下降する性質を利用して生じます。そのため、上下の開口部の高さの差が大きいほど、空気の出入りを生じさせる圧力差が大きくなり、換気力も増加します。建物内で高い位置と低い位置に開口部があると換気しやすいのはこのためです。温度差換気では、開口部の上下位置の差が重要な要素です。
(2) 温度差による換気力は、室内外空気の密度差に比例して増加する。
適切です。温度差換気では、室内外の空気の温度が異なることで密度差が生じ、それが圧力差となって空気を移動させます。暖かい空気は密度が小さく、冷たい空気は密度が大きいため、この差が大きいほど換気力も大きくなります。つまり、室内外の温度差が大きいほど、結果として密度差も大きくなり、自然換気が起こりやすくなります。温度差換気の本質は、温度そのものではなく、それによって生じる密度差にあります。
(3) 風力による換気力は、外部風速の2乗に比例して増加する。
適切です。風が建物に当たると、風上側には正圧、風下側には負圧が生じ、その圧力差によって空気が流れます。この風圧は一般に風速の2乗に比例します。したがって、外部風速が大きくなるほど換気力も大きくなります。たとえば風速が2倍になると、風圧は単純に2倍ではなく4倍の関係で大きくなるため、風力換気では風速の影響が非常に大きいと理解しておくことが重要です。
(4) 風力による換気力は、開口部での風圧係数の2乗に比例して増加する。
不適切です。風力による換気力は、建物の各開口部における風圧の差によって決まります。この風圧は、風速の2乗と風圧係数に関係しますが、風圧係数そのものが2乗で効くわけではありません。風圧は一般に風圧係数に比例して表され、実際の換気では風上側と風下側の風圧係数の差が重要になります。ここで誤りやすいのは、風速が2乗で効くことと、風圧係数まで同じように2乗で効くと混同してしまうことです。2乗に比例するのは風速であって、風圧係数ではありません。
(5) 風力による換気力は、風向きが変わると変化する。
適切です。建物に対して風がどの方向から吹くかによって、各開口部に生じる風圧の大きさや符号は変わります。ある面が風上になると正圧を受けやすく、反対側は負圧になりやすいですが、風向きが変わればその関係も変化します。その結果、換気の流れ方や換気力も変わります。風力換気は風速だけでなく風向の影響も大きく受けるため、建物配置や開口部の位置を考えるうえで重要な視点です。
この問題で覚えるポイント
自然換気には、温度差換気と風力換気の二つがあります。温度差換気は、室内外の温度差によって生じる空気密度の差が原因で起こり、開口部の高さの差が大きいほど換気力は増します。つまり、上下方向の位置関係が重要です。風力換気は、建物外壁面に生じる風圧差によって起こり、外部風速が大きいほど換気力は強くなります。このとき、風圧は風速の2乗に比例します。また、風力換気では風圧係数の値そのもの、あるいは開口部間の差が重要であり、風圧係数の2乗ではありません。試験では、風速の2乗則と風圧係数の扱いを混同しないことが重要です。さらに、風向きが変われば建物各面の圧力条件も変化するため、換気力も変わります。温度差換気は上下の高さと密度差、風力換気は風速、風向、風圧係数の差で整理して覚えると得点しやすくなります。
ひっかけポイント
この問題のひっかけは、風速の2乗に比例するという正しい知識を、風圧係数にもそのまま当てはめてしまいやすい点にあります。受験者は、式の中に出てくる要素をすべて同じように扱ってしまいがちですが、実際には2乗で効くのは風速です。風圧係数は建物形状や風向、開口位置によって決まる係数であり、比例関係として扱うものです。つまり、似たような記号や計算式が並ぶと、どれが2乗で効くのかを取り違えやすいという思考の罠があります。また、温度差換気と風力換気の説明が混在すると、どの要素がどちらの換気に属するのかが曖昧になりやすいです。今後も、換気力の問題では、何が圧力差の原因なのかを一つずつ分けて考えることが、ひっかけを見抜くコツになります。
