換気冷却

換気冷房は、自然換気または機械換気を利用して屋内空間を冷却するものです。^[1]外気を利用することで、これらのシステムの冷却負荷とエネルギー消費が削減され、同時に室内環境の質が維持されます。パッシブ換気冷房ではエネルギー消費をなくすことができます。換気冷房戦略はさまざまな建物に適用されており、改築または新築の高効率ビルやゼロエネルギービル(ZEB)の実現にも重要です。 ^[2] 建物に換気があるのは、主に空気の質を保つためです。換気は、余分な熱の吸収を取り除くだけでなく、空気の速度を上げて快適な温度範囲を広げるためにも使用できます。^[3]換気冷房は長期評価指標によって評価されます。^[4]換気冷房は、適切な外部条件の有無と建物の熱的物理的特性に依存します。

近年、建物の過熱は設計段階だけでなく運用段階でも課題となっている。その理由は以下の通りである。^{[5] [6]}

• 暖房が支配的な気候での暖房需要を減らす高性能エネルギー基準。主に断熱レベルの向上と浸透率の制限を指します。
• 設計段階で考慮されていない気候変動とヒートアイランド現象により、冷房シーズン中に屋外温度が上昇する。
• 設計段階では内部の熱増加と占有動作が正確に計算されていませんでした (パフォーマンスのギャップ)。

多くの入居後快適性調査では、過熱は夏季だけでなく、温暖な気候の移行期にも頻繁に報告される問題です。

換気冷却の有効性は多くの研究者によって調査されており、多くの入居後評価レポートに文書化されています。^{[7] [8] [9]}システムの冷却有効性（自然換気または機械換気）は、確立できる空気流量、建物の熱容量、および要素の熱伝達によって異なります。寒い時期には、屋外の冷却力が大きくなります。すきま風のリスクも重要です。夏と移行月には、屋外の空気冷却力は日中の屋内の過熱を補うのに十分でない可能性があり、換気冷却の適用は夜間のみに制限されます。夜間の換気は、建物構造物で日中に蓄積された熱の増加（内部および太陽）を効果的に除去する可能性があります。^[10] 場所の冷却ポテンシャルを評価するために、簡略化された方法が開発されています。^{[11] [12] [13] [14]}これらの方法は、主に建物の特性情報、快適範囲指標、および地域の気候データを使用します。ほとんどの簡略化された方法では、熱慣性は無視されます。

換気冷却の重要な制限は次のとおりです。

• 地球温暖化の影響
• 都市環境の影響
• 屋外の騒音レベル
• 屋外大気汚染^[15]
• ペットと昆虫
• セキュリティ問題
• ロケールの制限

規制における換気冷却の要件は複雑です。世界中の多くの国でのエネルギー性能計算では、換気冷却が明示的に考慮されていません。エネルギー性能計算に使用されているツールは、特に年間および月間の計算を通じて換気冷却の影響と有効性をモデル化するのに適していません。^[16]

換気冷却戦略を採用した建物は、すでに世界中で多数建設されています。^{[17] [18] [19]}換気冷却は、従来の空調設備のない建築だけでなく、一時的な欧州および海外の低エネルギー建物にも見られます。これらの建物では、パッシブ戦略が優先されます。パッシブ戦略では快適さを実現できない場合は、アクティブ戦略が適用されます。ほとんどの場合、夏期と移行期には、自動制御の自然換気が使用されます。暖房シーズンには、室内空気質上の理由から、熱回収機能付きの機械換気が使用されます。ほとんどの建物は、高い熱質量を備えています。ユーザーの行動は、この方法をうまく実行するための重要な要素です。

換気冷却の建築要素は、気候に配慮した建築設計の3つのレベル、すなわち敷地設計、建築設計、技術的介入のすべてに適用されます。これらの要素のグループ化は次のとおりです。^{[1] [20]}

• 空気の流れを誘導する換気部品（窓、天窓、ドア、ダンパーとグリル、ファン、フラップ、ルーバー、特殊効果の通気口）
• 空気の流れを良くする換気建物部品（煙突、アトリウム、ベンチュリー換気装置、風捕集装置、風塔およびスクープ、二重ファサード、換気壁）
• パッシブ冷却建築部品（対流部品、蒸発部品、相変化部品）
• アクチュエータ（チェーン、リニア、ロータリー）
• センサー（温度、湿度、気流、放射線、CO2 _、雨、風）

換気冷却ソリューションにおける制御戦略は、空間的および時間的な空気の流れの大きさと方向を制御する必要がある。^[1]効果的な制御戦略は、高い室内快適レベルと最小限のエネルギー消費を保証する。多くの場合、戦略には温度と CO2 の監視が含まれる_。 [ ^21]居住者がシステムの操作方法を習得した多くの建物では、エネルギー使用量の削減が達成された。主な制御パラメータは、動作（空気および放射）温度（ピーク、実際、または平均の両方）、占有率、二酸化炭素濃度、および湿度レベルである。^[21]自動化は個人制御よりも効果的である。^[1]手動制御または自動制御の手動オーバーライドは、屋内環境に対するユーザーの受容と評価にプラスの影響を与えるため（コストも）、非常に重要です。^[22] 3 番目のオプションは、ファサードの操作を居住者の個人的な制御に任せるが、ビルディングオートメーションシステムがアクティブなフィードバックと具体的なアドバイスを提供することです。

建物の設計は、さまざまな詳細設計レベルによって特徴付けられます。換気冷却ソリューションの意思決定プロセスをサポートするために、さまざまな解像度の気流モデルが使用されます。必要な詳細解像度に応じて、気流モデルは2つのカテゴリに分類できます。^[1]

• 経験的モデル、モノゾーンモデル、2次元気流ネットワークモデルを含む初期段階のモデリングツール。
• 詳細なモデリング ツールには、気流ネットワーク モデル、結合 BES-AFN モデル、ゾーン モデル、計算流体力学、結合 CFD-BES-AFN モデルが含まれます。

既存の文献には、気流モデリングに利用可能な方法のレビューが含まれている。^{[9] [23] [24] [25] [26] [27] [28]}

Annex 62「換気冷却」は、国際エネルギー機関（IEA）の建物とコミュニティのエネルギープログラム（EBC）の研究プロジェクトであり、作業期間は4年間（2014〜2018年）でした。^[29] 主な目標は、換気冷却を魅力的でエネルギー効率の高い冷却ソリューションにして、新築と改築の両方の建物の過熱を防ぐことでした。Annexの結果は、設計目的とエネルギー性能計算の両方で、熱除去と過熱リスクの予測と推定の可能性を高めます。ケーススタディの分析を通じて文書化された換気冷却システムの性能は、将来の高性能ビルと従来型ビルでのこの技術の使用を促進することを目的としていました。^[30] 主な目標を達成するために、Annexでは研究開発作業に次の目標を設定しました。

• 建物内の冷却の必要性、換気冷却性能、過熱のリスクを予測するための適切な設計方法とツールを開発し、評価します。
• 換気冷却ソリューションによる過熱のリスクをエネルギー効率よく低減するためのガイドラインと、住宅と商業ビルの両方における換気冷却の設計と運用に関するガイドラインを策定します。
• 主要業績評価指標の仕様と検証を含むエネルギー性能計算方法と規制に換気冷却を統合するためのガイドラインを開発します。
• 既存システムの換気冷却能力の改善と、制御戦略を含む新しい換気冷却ソリューションの開発に関する指示を開発します。
• 十分に文書化されたケーススタディの分析と評価を通じて、換気冷却ソリューションのパフォーマンスを実証します。

付録 62 の研究作業は 3 つのサブタスクに分割されました。

• サブタスク A「方法とツール」では、建物の冷却の必要性、換気冷却の性能、過熱のリスクを予測するための適切な設計方法とツールを分析、開発、評価しました。また、このサブタスクでは、エネルギー性能の計算方法と規制に換気冷却を統合するためのガイドラインも提供され、主要業績評価指標の仕様と検証も含まれています。
• サブタスク B「ソリューション」では、既存の機械式、自然式、ハイブリッド式の換気システムと技術の冷却性能、および一般的な快適性制御ソリューションを調査し、それらの使用範囲を拡大するための出発点としました。これらの調査に基づいて、サブタスクでは、さまざまな気候条件下で快適さを生み出す、柔軟で信頼性の高い新しい種類の換気冷却ソリューションに関する推奨事項も作成しました。
• サブタスク C「ケース スタディ」では、十分に文書化されたケース スタディの分析と評価を通じて、換気冷却のパフォーマンスを実証しました。

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