クロス換気

クロス換気とは、風、新鮮な空気、そよ風が窓などの開口部から入り、空間を直接流れ、建物の反対側（気圧が低い側）の開口部から出る自然現象です。これにより、冷たい空気の流れと、露出したエリアから保護されたエリアへの部屋全体の流れが生まれます。 ^[1]

クロス換気は風力による効果で、エネルギーを必要とせず、風力換気の最も効果的な方法です。室内環境の汚染物質や熱を除去するために一般的に使用される技術であるクロス換気は、エアコンの必要性を減らすか、または不要にし、室内の空気の質を改善することもできます。^{[2]この効果に使用される他の用語には、}クロスブリーズ、クロスドラフト、風効果換気、クロスフロー換気などがあります。

この現象は、環境（車両を含む）または建物（住宅、工場、小屋など）の開口部が反対側または隣接する壁に設置され、空気が出入りできるようにすることで、室内環境に空気の流れを作り出す場合に発生します。^[3]部屋の反対側に配置された窓または通気口は、受動的な風が構造を通過する経路を許可し、空気を循環させて受動的な冷却を提供します。^[1]

建物の反対側にも圧力差があります。この影響は主に風によって引き起こされ、空気は風上側の高圧部分から建物内に引き込まれ、風下側の 低圧部分から押し出されます（開口部間の圧力差のため）。風が建物に及ぼす影響により、建物の風上側に正圧、風下側に負圧の領域が形成されます。したがって、建物の形状と局所的な風のパターンは、開口部から空気を流す風圧を作る上で重要です。^[4]

建物の両側の窓が開いている場合、風に面した側の過圧、および/または隣接する保護された側の低圧により、覆われていない側から保護された側に向かって部屋の空気の流れが発生します。建物の両側に窓がある場合、部屋の幅が床から天井までの高さの5倍までであれば、横風換気が適しています。開口部が片側だけの場合、風力換気は幅が床から天井までの高さの約2.5倍の構造に適しています。^[5]

通風は、建物の密閉度、風向、風量、煙突、通気口、その他の開口部を通る風の通過可能性など、多くの要因に依存します。開き窓を設置すれば、通風を改善できます。空気の質も通風に影響を与える可能性があります。

クロス換気は一般的に煙突換気よりも直接的な効果がありますが、最も必要とされる暑く風のない日に効果が出ないという欠点があります。さらに、クロス換気は一般的に狭い建物にのみ適しています。空間によって異なる開口部（壁、敷居、パネル、家具）の高さも、換気のレベルと速度に直接影響します。^[1]

クロス換気は、気温が高い気候ではうまく機能します。このシステムにより、建物内の空気が継続的に入れ替わり、空気がリフレッシュされて建物内の温度が下がります。また、建物の風上側の窓が風下側の窓ほど開かれていない場合にも有効です。窓の間隔が12メートル以上離れている場合や、窓が常に閉まっているドアの後ろにある場合は、クロス換気は効果的ではありません。^[6]

建物の反対側にある別の窓と連動して、卓越風に面した開いた窓は、新鮮な空気のための自然換気を提供します。適切で効果的な横風換気は、内部から熱を取り除き、屋内の空気温度を屋外の空気温度より約1.5℃（2.7°F）低く保ち、建物内に新鮮な空気の安定した流入と流出を確実にします。 ^[7]

窓以外にも、日よけ、ドア、ルーバー、換気グリルやダクトなどの開口部も効果的な換気口として機能しますが、オーニング窓は最も効果が低いです。空気と熱の交換は建物の外部の風圧に大きく依存するため、建物構造の周囲の風は、室内の空気の質と温熱的快適性を評価する上で重要です。空気の流れを最適にするには、居住空間の風上側の窓を風下側の窓ほど開けないようにする必要があります。^[8]

風力換気の欠点としては、風速や風向が変わりやすく（不快な強い風が吹く可能性がある）、屋外からの汚染された空気が室内の空気の質を低下させる可能性があることが挙げられる。^{[9]さらに、交差換気によって空気が不潔な場所から清潔な場所へ移動する場合には、交差換気は}疾病予防には推奨されない。^[10]

クロス換気には4つのタイプがある。^[11]

• 片面換気: この方法は、占有空間内の異なる開口部間の圧力差に依存します。開口部が 1 つしかない部屋の場合、換気は乱流によって促進され、その開口部でポンピング活動が発生し、小さな流入と流出が発生します。片面換気の効果は弱いです。交差換気が実現できない場合、空間の反対側にある窓または通気口を使用して空気圧を制御するのに適しています。
• クロス換気 (単一空間) : このタイプの換気は単純かつ効果的で、屋内環境の風上側と風下側の圧力差によって駆動される水平プロセスです。ここでの換気は、通常、建物の両側にある窓と通気口を使用して行われ、圧力の変化によって空気が出し入れされます。
• クロス換気（二重バンク空間） ：バンクルームを使用するこの方法では、廊下構造に開口部を設けます。開口部により、騒音が空間間を移動します。片側換気に比べて、空気の交換率が大幅に向上します。
• スタック換気: この換気は垂直プロセスであり、中央アトリウムのある高層ビルに適しています。低いレベルで冷たい空気を吸い込み、その後、空気は熱にさらされて上昇し、高いレベルで排気されます。温度区画化と空気の関連する圧力品質の恩恵を受け、暖かい空気は上昇すると密度が下がり、冷たい空気がそれに取って代わります。

2つの開口部を持つ単純な体積の場合、横風流量は次の式で計算できます。^[12]

${\displaystyle Q=U_{\textrm {wind}}{\sqrt {\frac {C_{\textrm {p1}}-C_{\textrm {p2}}}{1/\left(A_{\textrm {1}}^{2}C_{\textrm {1}}^{2}\right)+1/\left(A_{\textrm {2}}^{2}C_{\textrm {2}}^{2}\right)}}}\qquad {}\left(1\right)}$

ここで、は遠方場の風速、は上流開口部の位置で定義される建物の局所的な圧力抵抗係数、は下流開口部の位置で定義される建物の局所的な圧力抵抗係数、は上流開口部の断面積、は下流開口部の断面積、は上流開口部の排出係数、は下流開口部の排出係数です。 ${\displaystyle U_{\textrm {風}}}$${\displaystyle C_{\textrm {p1}}}$${\displaystyle C_{\textrm {p2}}}$${\displaystyle A_{\textrm {1}}}$${\displaystyle A_{\textrm {2}}}$${\displaystyle C_{\textrm {1}}}$${\displaystyle C_{\textrm {2}}}$

片側開口部の部屋では、双方向の流れと強い乱流効果のため、換気量の計算はクロス換気よりも複雑になります。片側換気の換気量は、平均流量、脈動流、渦浸透のさまざまなモデルを組み合わせることで正確に予測できます。^[13]片側換気の平均流量は次のように決定されます。

${\displaystyle {\bar {Q}}={\frac {C_{d}\;l\;{\sqrt {Cp}}\;\int \limits _{z_{0}}^{h}{\sqrt {-{\frac {2\;\Delta \;P(z)}{\rho }}}}\,\mathrm {d} z}{z_{ref}^{1/7}}}\;{\bar {U}}}$

どこ

l = ウィンドウの幅;

h = ウィンドウの上端の高さ。

z ₀ = 神経レベルの高さ（内部と外部の圧力がバランスしているところ）

z _ref = 風速が測定される基準標高（10m）

${\displaystyle {\bar {U}}}$= 基準標高における平均風速。

式（1）からわかるように、空気の交換は建築プロジェクトが建設される都市部の風速に比例します。自然換気の建物を設計するには、通常、CFD（数値流体力学）ツールとゾーンモデリングが使用されます。ウインドキャッチャーは、建物の内外に空気を導くことで、風力による換気を補助します。

• ウィンドキャッチャー
• パッシブ冷却
• パッシブ換気
• 室内空気分配
• 温熱快適性
• スタック効果