建築物環境衛生管理技術者(ビル管理士) 過去問
第50回(令和2年度(2020年))
問50 (空気環境の調整 問50)

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問題

建築物環境衛生管理技術者(ビル管理士)試験 第50回(令和2年度(2020年)) 問50(空気環境の調整 問50) (訂正依頼・報告はこちら)

自然換気に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
  • 温度差による換気量は、給気口と排気口の高さの差の平方根に比例して増加する。
  • 温度差による換気量は、室内外の空気の密度差に比例して増加する。
  • 風力による換気量は、外部風速に比例して増加する。
  • 風力による換気量は、風圧係数の差の平方根に比例して増加する。
  • 開口部の風圧係数は、正負の値をとる。

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この過去問の解説 (2件)

01

空気が自然に流れる換気の仕組みには、大きく分けて「温度差を利用したもの」と「風の力を利用したもの」があります。それぞれをうまく利用すると、エネルギーをあまり使わずに空気を取り入れたり外へ逃がしたりできます。次の選択肢が正しいかどうかを検討します。

選択肢1. 温度差による換気量は、給気口と排気口の高さの差の平方根に比例して増加する。

これは、熱い空気が上に上がっていく性質(浮力)を利用した換気です。高さが大きいほど、浮力で空気がよく流れます。その換気量が高さの差の平方根に比例するというのは、理論的にもいわれていることで、正しいです。

選択肢2. 温度差による換気量は、室内外の空気の密度差に比例して増加する。

室内と室外の温度差が大きいほど空気の密度差も大きくなり、空気が移動しやすくなります。ただし、換気量は密度差そのものに直接比例するのではなく、「密度差の平方根」に関係するとされています。単純に「密度差に比例」とするのは正確ではありません。

選択肢3. 風力による換気量は、外部風速に比例して増加する。

建物の周りを風が吹くと、風上側と風下側の圧力差ができて空気が入ってきます。風速が上がると圧力差が大きくなるので、換気量が増えます。計算上は「風速の平方」に比例する圧力差を基に、換気量はその圧力差の平方根をとるため、最終的に風速に比例する形になります。このように、換気量は風速に概ね比例して増えるので正しいです。

選択肢4. 風力による換気量は、風圧係数の差の平方根に比例して増加する。

風力換気では、建物の風上と風下で異なる風圧係数が生まれ、その差によって生じる圧力で空気が流れます。換気量はこの圧力差の平方根に関連するため、風圧係数の差の平方根に比例して増加するというのは正しいです。

選択肢5. 開口部の風圧係数は、正負の値をとる。

建物の外壁面にかかる風圧は、風上側では正の圧力、風下側では負の圧力になることが多いです。したがって、風圧係数にもプラスとマイナスの値が生まれます。これは正しいです。

まとめ

最も不適当なのは、「温度差による換気量は、室内外の空気の密度差に比例して増加する。」です。
実際には換気量は密度差の平方根に関係するとされており、単純に「比例する」とはいえません。

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02

この問題で覚えておくポイントは以下の通りです。温度差による自然換気量の計算式において、換気量は室内外の密度差の「平方根」に比例します。「密度差に比例する」という表現は、この平方根の関係を誤って述べたものです。

選択肢1. 温度差による換気量は、給気口と排気口の高さの差の平方根に比例して増加する。

正しいです。
温度差換気の換気量式(Q = Cd・A・√(2g・h・Δρ/ρ))から、換気量は給排気口の高さの差(h)の平方根に比例します。

選択肢2. 温度差による換気量は、室内外の空気の密度差に比例して増加する。

誤りです。
換気量は密度差(Δρ)の「平方根」に比例します。上記の式からわかるように、密度差は平方根の中に入るため、密度差に比例(Q ∝ Δρ)という記述は誤りです。正しくは Q ∝ √Δρ です。

選択肢3. 風力による換気量は、外部風速に比例して増加する。

正しいです。
風力換気の換気量式(Q = Cd・A・√ΔCp・v)から、換気量は外部風速 v に比例します。
 

選択肢4. 風力による換気量は、風圧係数の差の平方根に比例して増加する。

正しいです。
給気側と排気側の風圧係数の差(ΔCp)の平方根に換気量は比例します(Q ∝ √ΔCp)。

 

選択肢5. 開口部の風圧係数は、正負の値をとる。

正しいです。
風圧係数は風上側開口部では正、風下側や側面の開口部では負の値をとります。
 

まとめ

自然換気量の比例関係の整理:温度差換気では Q ∝ √h、かつ Q ∝ √Δρ。風力換気では Q ∝ v、かつ Q ∝ √ΔCp。「平方根」が入るかどうかが判断のポイントです。

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