室内温熱環境と省エネルギー3（学校編）
学校の教室における換気対策
2020年度（with Covid-19）は、全国の小中学校のほとんどが春に一斉休校になった影響で、夏休みが短縮され、8月後半は授業が行われました。学校の教室は、以前は換気設備や冷房設備が無い場合も多かったですが、既存校舎への冷房設備の設置も増え、近年新築された学校では、換気設備も設置されるようになっています。
ここでは、都内の学校の事例に、学校における換気対策について考えたいと思います。ある学校の教室は、外気導入量が一人あたり毎時25㎥の空調設備が設置されていました。調査の結果、夏季は空調を運転した状態で、新型コロナウイルス対策として、窓や扉を常時80～100%の開放状態で使用されており、室内の温湿度が高めとなっていたことがわかりました。教室の窓際には下記の写真のような自然換気口を設け、内部に組み込まれた自然換気ダンパーを自動制御する自然換気システムが導入されていますが、中間期用のものであり、夏季や冬季は使用できない制御になっていました。
右図は、2020年度（with Covid-19）の夏季授業期間の室内温度と外気温度の推移です。例年であれば夏休み中ですが、連日外気温度が30℃を超える真夏日で、35℃を超える猛暑日もありました。室内温度は、5階建ての２階普通教室のものです。授業時間中の室内温度は、廊下寄りのセンサー付近で30～32℃になっていますので、開放された窓付近の室内温度は外気温度に近い状態だったことが推測されます。
コンピューターシミュレーションによる室内環境の再現
2020年度（with Covid-19）の夏季に、室内温湿度や換気量がどうなっていたか、コンピューターシミュレーションで再現しました。必要換気量（一人あたり毎時30㎥）は、1教室40人とすると1,200 m3/hになりますが、機械換気が1,000 m3/hなので、自然換気で補う不足分は200㎥/hが目安になります。
自然換気量は、窓や扉が常時80～100%の開放状態だった影響で、最大値で3,500㎥/h程度、平均値で2,500㎥/h程度でした。自然換気量の目標値200㎥/hに対して、かなり換気量が多かったことがわかりました。
室内温湿度は、最も室内温度が高くなった8/2 12:00の床面0.85 mの平均温度は33℃以上まで上昇し、かなり過酷な条件下で授業を行っていたこともわかりました。
換気と室内温熱環境の両立を目指して
コンピューターシミュレーションによる再現結果から、過大な自然換気量が室内温熱環境の悪化を招いていたことがわかりました。気温、風速など外部環境は常に変化していますので、窓の開け方を適正に調整するのはかなり難しいことです。そこで、中間期のみ利用されていた自然換気システムを、夏季や冬季にも利用できるように制御を変更し、空調設備による機械換気と併用し、適正な自然換気量にするための対策案を検討しました。
コンピューターシミュレーションでは、自然換気システムだけで概ね必要な自然換気量を確保でき、概ね良好な室内温熱環境を確保できることが確認できました。
窓開けの適正運用のための室内環境の見える化
空調設備による機械換気と自然換気給気口による自然換気だけで必要最低限の換気量が確保できそうなことはわかりましたが、必要換気量が確保できていれば大丈夫と言うエビデンスもまだありません。やはり、換気量は多い方が安心です。
つまり、窓開けによって、換気量、室内温熱環境を調整することが求められます。そこで、室内の温度、湿度、CO2濃度がモニタリングできるセンサーを各教室に設置し、その数値を目安に先生と生徒たちで窓開けを適正に運用してもらおうと考えました。
今夏に間に合うように対策を実施してもらう予定ですが、健康や快適性だけでなく、省エネルギーやCO2削減にもつながるので、環境教育にも役立つことを期待しています。
