JP2011065238A

JP2011065238A - 構造物内温度計算方法及び当該計算方法を実施するプログラム

Info

Publication number: JP2011065238A
Application number: JP2009213213A
Authority: JP
Inventors: Manabu Hoshiba; 学干場
Original assignee: ECOGOLD CO Ltd
Current assignee: ECOGOLD CO Ltd
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2009-09-15
Publication date: 2011-03-31

Abstract

【課題】構造物の大きさや材質等の数値を入力することで構造物内の温度を求めることができる計算方法の提供。
【解決手段】構造物内温度を、屋根・壁・窓ガラス・床に太陽光が当たり事による温度上昇と、窓ガラスにおいては、透過光が床部分にあたり温度上昇と、さらに日陰の壁や窓ガラスでは、構造物内の熱を逃がす温度低下を考慮して計算する。屋根などの面積と温度と熱貫流率を掛け算して熱貫流による熱移動と、構造物内の対流熱伝達率と面積と表面温度差を掛け算した対流による熱移動を、一つにまとめた計算式で、計算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、構造物の大きさや材質等の数値を入力することにより構造物内の温度を求めることができる計算方法と、その計算方法を実施するプログラムに関する。

本出願人は、構造物の屋根・外壁・窓ガラスに塗布する遮熱塗料・高反射率塗料・赤外線紫外線遮蔽塗料・遮光フィルムの生産及び施工を行っているが、顧客にこれらの塗料等の採用を検討していただくにあたり、遮熱塗料等を屋根等に塗布したりすることで、構造物内の温度がどれだけ下がり、省エネの効果がどれだけあるかをシミュレーションし、顧客に提示する必要が生じてきた。従来、構造物の大きさや材質等から構造物内の温度を求めることができる計算式は無く、構造物内の温度が分からないため、遮熱塗料等の実施を検討しようにも、温度低減効果が判明しなかった。

本発明は以上に述べた実情に鑑み、構造物の大きさや材質等の数値を入力することで構造物内の温度を求めることができる計算方法と、その計算方法を実施するプログラムの提供を目的とする。

上記の課題を達成するために請求項１記載の発明による構造物内温度計算方法は、次式により構造物内温度を計算することを特徴とする。

上記の計算式の考え方について説明する。陸上や海上にある構造物は、屋根・壁・窓ガラス・床があり、それらに太陽光が当ると屋根・壁の表面は温度上昇を始め、徐々に構造物内に熱が流入する。また窓ガラスについては、太陽光が窓ガラスを透過して構造物内の床部分に当り、床部分が温度上昇を始める。太陽光が当らない日陰の壁や窓ガラスでは、構造物内の熱を外へ逃がす。上記の計算式は、これら構造物内へ入ってくる熱と出ていく熱を考えることにより、構造物内の温度を判明させるものである。

ここで、構造物の屋根等について熱の移動がないと仮定すると、
Ａ×Ｔ×Ｋ＝Ａ×ｔ×Ｋ・・・（式１）
（Ａ：面積、Ｔ：構造物表面温度、Ｋ：構造物の熱貫流率、ｔ：構造物内温度）
また構造物内では対流が起こらないと仮定すると、
αｃ×Ａ×（Ｔ−ｔ）＝０・・・（式２）
（αｃ：対流熱伝達率、Ａ，Ｔ，ｔ：前記と同様）
となり、式１をｔ＝Ａ×Ｔ×Ｋ／Ａ×Ｋ、式２をｔ＝αｃ×Ａ×Ｔ／αｃ×Ａと変換する。
構造物内は、一方向からのみでなく屋根・各方位の壁・窓ガラス・床から熱が入り、出ていくので、構造物の屋根等の各構造毎の式１・式２を一つの計算式上で行う必要があり、これら各構造毎の式１，２を一つにまとめたものが請求項１記載の計算式である。
構造物に太陽光が当たると、構造物表面の温度や床面温度が上昇し、熱の移動と構造物内の対流が起こり、時間毎にこの計算式により計算することで時間毎の構造物内温度が求められる。

請求項２記載の発明による構造物内温度計算プログラムは、請求項１記載の式により構造物内温度を計算する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。

請求項１記載の発明による構造物内温度計算方法によれば、構造物の大きさや材質等の数値を入力することで簡単に構造物内の温度を求めることができる。これにより遮熱塗料等の施工による温度低減効果を予め知ることが可能となる。

請求項２記載の発明による構造物内温度計算プログラムによれば、構造物の大きさや材質等の数値を入力することで簡単に構造物内の温度を求めることができる。これにより遮熱塗料等の施工による温度低減効果を予め知ることが可能となる。プログラムにより自動的に計算するため、計算間違いがない。

物件Ａについて、屋根に遮熱塗料及び高反射率塗料を施工する前と施工後の室内空間温度を１０分毎に計算した結果を示すグラフである。物件Ｂについて、屋根に遮熱塗料及び高反射率塗料を、窓に赤外線紫外線遮蔽塗料をそれぞれ施工する前と施工後の室内空間温度を１０分毎に計算した結果を示すグラフである。物件Ｃについて、窓に赤外線紫外線遮蔽塗料を施工する前と施工後の室内空間温度を１０分毎に計算した結果を示すグラフである。

以下に、実際の構造物（建物）を想定して構造物内温度を計算した結果を示す。まず物件Ａとして、鉄骨造２階建、折板屋根、天窓及び各方位の窓無しの建物で、８月の時刻１２：００で外気温３５℃のときに、屋根に遮熱塗料及び高反射率塗料を施工する前と後とで、室内空間温度（構造物内温度）がそれぞれ何℃になるかを、請求項１に記載の式により計算した。式に入力した各データは、以下の表１，表２のとおりである。
なお、屋根及び各方位の壁の表面温度Ｔ_ｒ，Ｔ_ｓｗ，Ｔ_ｅｗ，Ｔ_ｗｗ，Ｔ_ｎｗ、床面温度Ｔ_ｇｆ，Ｔ_ｓｆ，Ｔ_ｅｆ，Ｔ_ｗｆ，Ｔ_ｎｆは、構造物が設置される場所の緯度と日時から太陽の高度が分かるので、それに応じた日射量から求めることができる。また、屋根、壁及び床の熱貫流率Ｋ_ｒ，Ｋ_ｇｆ，Ｋ_ｓｗ，Ｋ_ｓｆ，Ｋ_ｅｗ，Ｋ_ｅｆ，Ｋ_ｗｗ，Ｋ_ｗｆ，Ｋ_ｎｗ，Ｋ_ｎｆは、各部の構造（材質・厚み等）から計算により求められる。対流熱伝達率αｃは、自然対流時における周知の計算式から求めることができる。

表１，表２に示すとおり、遮熱塗料及び高反射率塗料を施工する前で４０．０５℃であった室内空間温度が、施工後には３６．２３℃となることが計算により求められる。この結果を具体的に提示することで、遮熱塗料等の施工を検討している者に対して有効な判断材料を提供できることとなる。

室内空間温度の計算は、請求項１記載の式に各数値を代入し、電卓を用いて計算してもよいが、例えばエクセル（登録商標）等の表計算ソフトを用い、各数値の入力箇所を設定すると共に、それらの数値より室内空間温度を計算する式を予め設定しておき、各数値を入力するだけで室内空間温度が自動的に計算されるようにすることもできる（請求項２記載のプログラムに相当）。

参考までに、物件Ａについて遮熱塗料及び高反射率塗料の施工前と施工後の室内空間温度を１０分毎に計算しグラフ化したものを図１に示す。

次に物件Ｂとして、鉄骨造１階建、折板屋根、天窓無し、南側にのみ窓のある建物で、８月の時刻１２：００で外気温３４℃のときに、屋根に遮熱塗料及び高反射率塗料を、南側の窓に赤外線紫外線遮蔽塗料をそれぞれ施工する前と後とで、室内空間温度（構造物内温度）がそれぞれ何℃になるかを、請求項１に記載の式により計算した。式に入力した各データは、以下の表３，表４のとおりである。

表３，表４に示すとおり、遮熱塗料等を施工する前で４４．２８℃であった室内空間温度が、遮熱塗料等の施工後には３５．７３℃となり、室内空間温度が８．５５℃下がることが分る。

参考までに、物件Ｂについて遮熱塗料等の施工前と施工後の室内空間温度を１０分毎に計算しグラフ化したものを図２に示す。

次に物件Ｃとして、西側と南側に窓のある建物で、８月の最高気温３３℃の日の時刻１６：００において、各窓に赤外線紫外線遮蔽塗料を施工する前と後とで、室内空間温度（構造物内温度）がそれぞれ何℃になるかを、請求項１に記載の式により計算した。式に入力した各データは、以下の表５，表６のとおりである。

表５，表６に示すとおり、窓に赤外線紫外線遮蔽塗料を施工する前で３６．５℃であった室内空間温度が、赤外線紫外線遮蔽塗料の施工後には３４．３℃となり、室内空間温度が２．２℃下がることが分る。

参考までに、物件Ｃについて赤外線紫外線遮蔽塗料の施工前と施工後の室内空間温度を１０分毎に計算しグラフ化したものを図３に示す。

以上に述べたように、本発明の計算方法によれば、構造物の大きさや材質等の数値を入力することで簡単に構造物内の温度を求めることができる。これにより遮熱塗料等の施工による温度低減効果を予め知ることが可能となり、遮熱塗料等の施工を検討している者に対して極めて有効な判断材料を提供することができる。

本発明の計算方法は、建物以外のあらゆる構造物、例えば船、電車等にも利用することができる。天窓及び各方位のガラス面積Ａ_ｇｆ，Ａ_ｓｆ，Ａ_ｅｆ，Ａ_ｗｆ，Ａ_ｎｆは、各ガラスの面積をそのまま入力してもよいが、各ガラスの床面に投影される面積を入力してもよい。

Claims

次式により構造物内温度を計算することを特徴とする構造物内温度計算方法。
請求項１記載の式により構造物内温度を計算する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする構造物内温度計算プログラム。