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する。
(3) 風力による換気力は、外部風速に比例する。
(4) 風力による換気力は、開口部での風圧係数に比例する。
(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｜自然換気の換気力（温度差換気・風力換気）を解説
この問題は、自然換気の換気力が何によって決まるかを問う問題です。自然換気には、室内外の温度差によって生じる換気と、風によって生じる換気があります。温度差換気では開口部の高さの差や空気密度差が重要であり、風力換気では風速、風圧係数、風向きが関係します。正しい選択肢は(3)で、最も不適当です。風力による換気力は外部風速に単純に比例するのではなく、一般に風速の二乗に関係する風圧の影響を受けるためです。
(1) 温度差による換気力は、開口部の高さの差に比例する。
適切です。温度差換気は、暖かい空気が上昇し、冷たい空気が下降する性質を利用して生じます。室内外に温度差があると、上下方向に圧力差が生まれます。このとき、給気口と排気口の高さの差が大きいほど、空気を動かす力も大きくなります。つまり、低い位置から空気が入り、高い位置から空気が抜けるような配置にすると、自然換気は起こりやすくなります。したがって、この記述は正しいです。
(2) 温度差による換気力は、室内外空気の密度差に比例する。
適切です。空気の密度は温度によって変わり、一般に暖かい空気は軽く、冷たい空気は重くなります。室内外の温度が異なると空気密度に差が生じ、その差が圧力差となって換気の原動力になります。温度差換気は、見方を変えると密度差による換気ともいえます。密度差が大きいほど空気を動かす力が強くなるため、この記述は正しいです。
(3) 風力による換気力は、外部風速に比例する。
不適切です。風力換気では、建物の外壁に風が当たることで風上側に正圧、風下側に負圧が生じ、その圧力差によって空気が出入りします。このとき換気力のもとになる風圧は、一般に風速の二乗に比例します。つまり、風速が2倍になると換気力のもとになる風圧はおおむね4倍の関係で大きくなります。したがって、「風速に比例する」と単純に表現したこの記述は誤りです。この問題の正答です。
(4) 風力による換気力は、開口部での風圧係数に比例する。
適切です。風圧係数とは、建物の表面のどの位置に、どれくらい風の圧力がかかるかを表す値です。建物の風上側と風下側では風圧係数が異なり、その差が換気力に影響します。たとえば、風上側で圧力が高く、風下側で圧力が低ければ、空気は建物内を通り抜けやすくなります。したがって、風力による換気力が風圧係数に関係するという記述は正しいです。
(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。建物に対してどの方向から風が当たるかによって、各開口部にかかる風圧の大きさや符号は変わります。ある風向きでは給気口になっていた開口部が、別の風向きでは排気口になることもあります。つまり、風向きが変われば建物周囲の圧力分布も変わるため、風力による換気力も変化します。よって、この記述は正しいです。
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2種類があります。温度差換気は、室内外の温度差による密度差と、開口部の高さの差が大きいほど起こりやすくなります。風力換気は、建物の外壁に生じる風圧差によって起こり、風速、風圧係数、風向きの影響を受けます。特に重要なのは、風力換気の換気力のもとになる風圧は風速の二乗に関係するという点です。
ひっかけポイント
「比例する」という表現が出たときに、何に対して一次的に比例するのかを正確に押さえておくことが大切です。風力換気では、つい「風が強いほど換気するから風速に比例」と考えがちですが、実際には換気力のもとになる風圧は風速の二乗に関係します。また、温度差換気と風力換気の要因を混同しやすいので、温度差換気は高さの差と密度差、風力換気は風圧係数と風向きの変化が鍵だと整理して覚えることが重要です。
