JP4152512B2

JP4152512B2 - Sensible heat flow analysis method

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Publication number: JP4152512B2
Application number: JP00421299A
Authority: JP
Inventors: 明浦野; 啓祐花木; 大樹粉川
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 1999-01-11
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2019-01-11
Also published as: JP2000206268A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の外壁面で生じる顕熱流の解析を行う解析方法に係り、特に、数日から最大で年間にわたって建物の本体への蓄熱過程を考慮した非定常解析を行なうのに好適な顕熱流解析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、都市気候モデルにおける建物の外壁面で生じる顕熱流は、外壁面を水平な地面と同様に取り扱うか、ある１時刻の熱平衡状態を対象として計算を行なう場合が多い。都市キャノピーから大気への伝熱モデルとしては、今までいくつかのモデルが提案されており、例えば、東西方向に無限に長い単体の２次元建物を仮定したモデルや、単体建物またはその無限繰り返しの形状を仮定したモデルが提案されている。さらに、ＧＩＳデータに基づく任意形状を対象とした顕熱流の解析方法としては、都市キャノピ−の内部とその上空のエクマン層の２層に分けたモデルを用いて行うものがあった。
【０００３】
顕熱流の解析を行う際に用いられる代表的なモデルには、建物間の長波・短波の相互反射を取り扱う放射モデルと、建物間の気流分布を取り扱う気流モデルと、があった。
放射モデルは、ＣＧの分野から都市キャノピーの放射解析方法として導入されたラジオシティ法を用いた放射解析方法を改良し、街区内における建物の外壁面を微小要素に分割してその領域間の相互反射を解析するものであり、その概要は以下のとおりである。
【０００４】
射出・反射特性がともに方向に無関係である場合、放射輸送方程式は、下式（１）で示される。
【０００５】
【数２】

【０００６】
ここで、Ｂは放射発散度、Ｅは放射能、ρは反射率、Ｆは形態係数であり、∫ΩｄＦはＦについて半球で積分することを示す。建物の外壁面をｎ個の微小要素に分割し、ｉ（１≦ｉ≦ｎ）番目の微小要素（以下、単に微小要素ｉという。）の放射発散度、放射能および反射率をそれぞれＢ_i、Ｅ_iおよびρ_iとして上式（１）を離散化すると、下式（２）となる。
【０００７】
【数３】

【０００８】
上式（２）は、各微小要素からの放射の影響を受けた微小要素ｉからの放射束を求めるものであり、直接解くと行列式の演算の負荷が大きいが、微小要素ｉからの放射が他の微小要素ｊ（ｊ＝１〜ｎ）に対して与える影響を下式（３）で示し、下式（３）のＢ_jiが未吸収の外向き放射束であると考えて、以下の作業を行うことにより、演算の負荷が低減される。
【０００９】
【数４】

【００１０】
ここで、Ｂ_jiは微小要素ｉからの放射を受けて各微小要素ｊで反射した放射束、Ｆ_ijは微小要素ｊに対する微小要素ｉの形態係数、Ａ_j，Ａ_iはそれぞれ微小要素ｉ，ｊの面積である。
すなわち、以下の作業とは、まず、ステップ(a)として、すべての微小要素のうち未吸収の外向き放射束が最大となる微小要素ｉを選定し、ステップ(b)として、選定した微小要素ｉからの放射が各微小要素ｊで反射した放射束Ｂ_jiを上式（３）により算出し、ステップ(c)として、算出した放射束Ｂ_jiをその微小要素ｉの未吸収の外向き放射束に加算し、ステップ(a)に戻るものである。こうした作業を繰り返し行うことにより、未吸収の放射束の値を実用上無視できる値にまで収束させ、合理的な計算量により外壁面における放射量が求められる。
【００１１】
一方、気流モデルとしては、例えば、ｋ−Ｅモデルを等温気流について適用した式を用い、都市キャノピー内の気流分布の解析を行うものがある。ｉ方向の平均流Ｕ_iおよび乱流エネルギーｋ、乱流の散逸εの輸送方程式は、それぞれ下式（４）〜（６）に示すようになる。
【００１２】
【数５】

【００１３】
【数６】

【００１４】
【数７】

【００１５】
建物の外壁面に直近の流体セルの運動量の各方向成分から風速の絶対値Ｕを求め、それにｕｒｇｅｓの式による対流熱伝達率αを用いて、下式（７）により顕熱フラックスＦ_sを算出する。
【００１６】
【数８】

【００１７】
なお、熱量に対する輸送方程式を上式（４）〜（６）とともに放射モデル等と連成させて解くことにより、大気温度であるｔ_aの空間中の３次元分布を求める方法も考えられる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の顕熱流解析方法にあっては、長期間にわたって建物の本体への蓄熱過程を考慮した非定常解析を行なうことが一般的でなく、非定常解析を行うにあたっては、次のような問題点があった。
まず、従来の顕熱流解析方法において、放射モデルでは、短波放射量の解析を行う場合、ステップ(a)の解析を行う前の当初の外向き放射束として、解析を行う時点における直達・天空日射熱量により求めた値をそのまま入力しているため、例えば、解析対象期間内に複数の解析時点を設定し、各解析時点における微小要素ｉの放射束Ｂ_iを算出する場合は、各解析時点ごとに微小要素ｉの放射束Ｂ_iを算出する必要があった。したがって、長期間にわたって短波放射量の解析を行う場合は、計算量が膨大となって解析を行うのが困難であった。
【００１９】
また、気流モデルでは、流体解析における数値積分の時間きざみが１秒以内になることがあるため、同様に長時間にわたって積分を行う場合は、計算量が膨大となって解析を行うのが困難であった。
そこで、本発明では、このような従来の技術が有する未解決の課題に着目してなされたものであって、数日から最大で年間にわたって建物の本体への蓄熱過程を考慮した非定常解析を行なうのに好適な顕熱流解析方法を提供することを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載の顕熱流解析方法は、解析対象期間内に複数の解析時点を設定するとともに、建物の外壁面をｎ個の微小要素に分割し、前記各解析時点におけるｉ（１≦ｉ≦ｎ）番目の微小要素の放射束Ｂ_iを算出し、算出した各放射束Ｂ_iに基づいて、前記建物の外壁面で生じる顕熱流の解析を行う方法であって、太陽の軌跡および一日当たりの太陽からの全天日射熱量Ｅ_aを少なくとも前記解析対象期間にわたって記録した標準気象データをあらかじめ記憶手段に格納しておく格納ステップと、前記記憶手段の標準気象データを参照して、天空を仮想的に複数の領域に分割したときのそれら領域のうち前記各解析時点において太陽が位置する領域を選定するに際して、重複領域が存在するときはその重複分を除いた選定を行う選定ステップと、選定した領域に太陽が位置すると想定して、前記全天日射熱量Ｅ_aにより正規化された前記放射束Ｂ_iである正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aを、前記ｉ番目の微小要素の放射能、反射率および形態係数をそれぞれＥ_i、ρ_iおよびＦ_iとして下式（８）により算出し、算出した正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aを前記記憶手段に格納する算出ステップと、前記各解析時点に対応させて前記正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aを前記記憶手段から読み出す読出ステップと、前記記憶手段の標準気象データを参照して、前記各解析時点に対応する正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aに、当該解析時点の属する日における全天日射熱量Ｅ_aを乗じて、前記各解析時点における放射束Ｂ_iを算出する算出ステップと、を含む。
【００２１】
【数９】

【００２２】
ここで、選定ステップは、天空を仮想的に複数（例えば、１５１個）の領域に分割したときのそれら領域のうち各解析時点において太陽が位置する領域を選定する。ただし、領域の選定に際して、選定した領域に重複する領域が存在するときは、その重複分を除いて、重複する領域を一つの領域として選定する。
また、算出ステップにおいて各解析時点における放射束Ｂ_iを算出したのちは、各解析点における放射束Ｂ_iを、例えば、記憶手段に格納してもよいし、出力手段に出力してもよい。出力手段としては、例えば、ＣＲＴ等の表示手段、プリンタ等の印刷手段、ＦＤＤ等の情報書込手段、若しくはモデム等の送信手段であってもよく、またはこれらの手段に解析結果を出力するための処理であってもよい。
【００２３】
また、正規化とは、例えば、無次元化をいう。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１ないし図５は、本発明に係る顕熱流解析方法の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、解析対象期間内に複数の解析時点を設定し、各解析時点において、建物内の室温変動、建物間の長波・短波の相互反射、建物間の気流分布により建物の外壁面で生じる顕熱収支を、連成して解析するものであり、解析に用いるモデルは、図１に示すように、大別して放射モデル、気流モデルおよび室温モデルの３つからなる。
【００２５】
放射モデルおよび気流モデルは、従来の技術で説明した通りであるが、室温モデルは、街区内における建物の外壁面の温度の解析をその内部温度とともに行うものである。
建物の外壁面における顕熱収支は、下式（９）で示される。
【００２６】
【数１０】

【００２７】
ここで、Ｒ_sは建物の外壁面における短波放射フラックス、Ｒ_tは建物の外壁面における長波放射フラックス、ｈ₀は外壁面の顕熱の熱伝達率、ｔ_sは外壁面の温度、ｔ_aは大気温度である。そして、Ｒ_s，Ｒ_tの解析は放射モデルにより、ｈ₀の解析は流体モデルにより、ｔ_S，ｑ_conの解析は室温モデルにより行われる。
【００２８】
本実施の形態は、本発明に係る顕熱流解析方法を、放射モデルにおいて短波放射フラックスＲ_sおよび長波放射フラックスＲ_tの解析を行うのに必要な建物の外壁面の放射束を算出する場合、並びに、流体モデルにおいて熱伝達率ｈ₀の解析を行うのに必要な建物間の気流分布を算出する場合について適用したものである。
【００２９】
まず、本発明に係る顕熱流解析方法を実施するための構成を図２を参照しながら説明する。図２は、本発明に係る顕熱流解析方法を実施するための構成を示すブロック図である。
顕熱流解析装置１０は、図２に示すように、制御プログラムに基づいて演算およびシステム全体を制御するＣＰＵ１２と、所定領域にあらかじめＣＰＵ１２の制御プログラム等を格納しているＲＯＭ１４と、ＲＯＭ１４等から読み出したデータやＣＰＵ１２の演算過程で必要な演算結果を格納するためのＲＡＭ１６と、外部装置とのデータの入出力を媒介するＩ／Ｆ１８と、で構成されており、これらは、データを転送するための信号線であるバス２９で相互にかつデータ授受可能に接続されている。
【００３０】
Ｉ／Ｆ１８には、外部装置として、ヒューマンインターフェースとしてデータの入力が可能なキーボードやマウス等からなる入力装置３０と、ファイル等を格納する記憶装置４０と、画像信号に基づいて画面を表示する表示装置５０と、が接続されている。
ＲＡＭ１６は、特定領域として、表示装置５０に表示するための表示用データを格納するＶＲＡＭ１７を有しており、ＶＲＡＭ１７は、図示しないＣＲＴＣとＣＰＵ１２とで独立にアクセスが可能となっている。なお、ＣＲＴＣは、ＶＲＡＭ１７に格納されている表示用データを先頭アドレスから所定周期で順次読み出し、読み出した表示用データを画像信号に変換して表示装置５０に出力するようになっている。
【００３１】
記憶装置４０には、太陽の軌跡および一日当たりの太陽からの全天日射熱量Ｅ_aと、建物間の解析対象領域の側面境界に与える接近風の風向および風速と、を少なくとも解析対象期間にわたって記録した標準気象データが格納されている。
ＣＰＵ１２は、マイクロプロセッシングユニットＭＰＵ等からなり、各解析時点における微小要素ｉの放射束Ｂ_iを算出するときは、ＲＯＭ１４の所定領域に格納されている所定のプログラムを起動させ、図３のフローチャートに示す放射束算出処理を実行し、各解析時点における気流分布を算出するときは、同様にＲＯＭ１４の所定領域に格納されている所定のプログラムを起動させ、図４のフローチャートに示す気流分布算出処理を実行するようになっている。
【００３２】
まず、放射束算出処理を図３を参照しながら説明する。図３は、放射束算出処理を示すフローチャートである。ＣＰＵ１２において、放射束算出処理が実行されると、ステップＳ１００に移行して、標準気象データの太陽の軌跡を記憶装置４０から読み出し、ステップＳ１０２に移行して、読み出した太陽の軌跡を参照して、図５に示すように、天空を仮想的に複数の領域に分割したときのそれら領域のうち各解析時点において太陽が位置する領域を選定する。
【００３３】
図５（ａ）は、地上から天空を見上げたときの分割形態を示す図であり、図５（ｂ）は、地球の側方から天空を見たときの分割形態を示す図である。ステップＳ１０２は、まず、図５に示すように、天空を仮想的に複数（例えば、１５１個）の領域にあらかじめ分割しておき、それら領域のうち各解析時点において太陽が位置する領域を、読み出した太陽の軌跡を参照して選定する。ただし、領域の選定に際して、選定した領域に重複する領域が存在するときは、その重複分を除いて、重複する領域を一つの領域として選定する。
【００３４】
次いで、ステップＳ１０４に移行して、選定した領域に太陽が位置すると想定して、全天日射熱量Ｅ_aにより正規化された放射束Ｂ_iである正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aを上式（８）により算出し、ステップＳ１０６に移行して、算出した正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aを記憶装置４０に格納し、ステップＳ１０８に移行する。
ステップＳ１０８では、標準気象データの全天日射熱量Ｅ_aを記憶装置４０から読み出し、ステップＳ１１０に移行して、各解析時点に対応させて正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aを記憶装置４０から読み出し、ステップＳ１１２に移行して、読み出した各全天日射熱量Ｅ_aを参照して、各解析時点に対応する正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aに、その解析時点の属する日における全天日射熱量Ｅ_aを乗じて、各解析時点における放射束Ｂ_iを算出し、ステップＳ１１４に移行して、算出した各放射束Ｂ_iを記憶装置４０に格納し、一連の処理を終了する。
【００３５】
なお、放射束算出処理の終了に伴って、各解析時点における放射束Ｂ_iを記憶装置４０から読み出し、読み出した各放射束Ｂ_iに基づいて、短波放射フラックスＲ_sおよび長波放射フラックスＲ_tの解析を行うための処理を実行するようにしてもよい。また、長波放射フラックスＲ_tの解析を行う場合、全天日射熱量Ｅ_aは、ステファン・ボルツマン定数をσとすると、下式（10) により算出し、上式（２），（３）により各解析時点ごとに室温モデルと連成して解析する。ここで、Ｔ_sは、各解析時点における室温モデルの解析結果を用いて算出するものである。
【００３６】
【数１１】

【００３７】
次に、気流分布算出処理を図４を参照しながら説明する。図４は、気流分布算出処理を示すフローチャートである。ＣＰＵ１２において、気流分布算出処理が実行されると、ステップＳ２００に移行して、上式（４）〜（６）中の風速Ｕを正規化された値として、これらの式により接近風の流体解析を複数方位（例えば、１６方位）の風向について行い、ステップＳ２０２に移行して、それぞれの流体解析結果を記憶装置４０に格納し、ステップＳ２０４に移行する。
【００３８】
ステップＳ２０４では、標準気象データの接近風の風向および風速を記憶装置４０から読み出し、ステップＳ２０６に移行して、読み出した接近風の風向を参照して、上記流体解析結果のうち各解析時点における接近風の風向と一致する風向についての流体解析結果を、各解析時点に対応する流体解析結果として記憶装置４０から読み出し、ステップＳ２０８に移行して、各解析時点に対応する流体解析結果に、その解析時点における接近風の風速を乗じて、各解析時点における気流分布を算出し、ステップＳ２１０に移行して、算出した各気流分布を記憶装置４０に格納し、一連の処理を終了する。
【００３９】
なお、気流分布算出処理の終了に伴って、各解析時点における気流分布を記憶装置４０から読み出し、読み出した各気流分布に基づいて、熱伝達率ｈ₀の解析を行うための処理を実行するようにしてもよい。
次に、上記実施の形態の動作を説明する。
解析対象期間内に複数の解析時点（例えば、Ｐ₁〜Ｐ₅）を設定し、各解析時点Ｐ₁〜Ｐ₅における解析結果に基づいて、上式（９）により顕熱流の解析を行うに際しては、まず、上式（９）中の短波放射フラックスＲ_sおよび長波放射フラックスＲ_tの解析を行う。短波放射フラックスＲ_sおよび長波放射フラックスＲ_tの解析には、各解析時点Ｐ₁〜Ｐ₅における放射束Ｂ_iが必要であり、これら放射束Ｂ_iは、放射束算出処理を実行することにより算出される。
【００４０】
例えば、解析者が実行開始命令を入力装置３０から入力することにより、放射束算出処理が実行されると、ステップＳ１００，Ｓ１０２において、記憶装置４０の標準気象データが参照されて、天空を仮想的に１５１個の領域Ｅ₁〜Ｅ₁₅₁に分割したときのそれら領域Ｅ₁〜Ｅ₁₅₁のうち各解析時点Ｐ₁〜Ｐ₅において太陽が位置する領域が選定されるが、選定した領域に重複する領域が存在するときは、その重複分を除いて、重複する領域が一つの領域として選定される。例えば、各解析点Ｐ₁〜Ｐ₅において太陽が位置する領域がそれぞれＥ₁，Ｅ₂，Ｅ₁，Ｅ₂，Ｅ₄であるとすると、領域Ｅ₁と領域Ｅ₂がそれぞれ重複しているので、その重複分が除かれることにより領域Ｅ₁，Ｅ₂，Ｅ₄の３つの領域が選定される。
【００４１】
こうして領域の選定が行われると、ステップＳ１０４，Ｓ１０６において、選定された各領域Ｅ₁，Ｅ₂，Ｅ₄に太陽が位置すると想定して、正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aがそれぞれ上式（８）により算出され、算出された各正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aが記憶装置４０に格納される。ここでは、選定された領域が３つであるので、算出される正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aも３つとなる。
【００４２】
次いで、ステップＳ１１０において、各解析時点Ｐ₁〜Ｐ₅に対応させて正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aが記憶装置４０から読み出される。すなわち、解析時点Ｐ₁に対応するものとしては、領域Ｅ₁に太陽が位置すると想定して算出された正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aが読み出され、解析時点Ｐ₂に対応するものとしては、領域Ｅ₂に太陽が位置すると想定して算出された正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aが読み出される。同様に、解析時点Ｐ₃〜Ｐ₅に対応するものとしては、各領域Ｅ₁，Ｅ₂，Ｅ₄に太陽が位置すると想定して算出された正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aが読み出される。
【００４３】
そして、ステップＳ１１２，Ｓ１１４において、記憶装置４０の標準気象データが参照されて、各解析時点Ｐ₁〜Ｐ₅に対応する正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aに、その解析時点が属する日における全天日射熱量Ｅ_aが乗じられて、各解析時点Ｐ₁〜Ｐ₅における放射束Ｂ_iが算出され、算出された各放射束Ｂ_iが記憶装置４０に格納される。
【００４４】
なお、長波放射フラックスＲ_tの解析を行う場合、全天日射熱量Ｅ_aは、上式（10) により算出される。
さて、上式（９）により顕熱流の解析を行うに際しては、次に、上式（９）中の熱伝達率ｈ₀の解析を行う。熱伝達率ｈ₀の解析には、各解析時点Ｐ₁〜Ｐ₅における気流分布が必要であり、これら気流分布は、気流分布算出処理を実行することにより算出される。
【００４５】
例えば、解析者が実行開始命令を入力装置３０から入力することにより、気流分布算出処理が実行されると、ステップＳ２００，Ｓ２０２において、上式（４）〜（６）中の風速Ｕを正規化された値として、これらの式により接近風の流体解析が１６方位の風向Ｗ₁〜Ｗ₁₆について行われ、それぞれの流体解析結果Ｒ₁〜Ｒ₁₆が記憶装置４０に格納される。
【００４６】
次いで、ステップＳ２０４，２０６において、流体解析結果Ｒ₁〜Ｒ₁₆のうち各解析時点Ｐ₁〜Ｐ₅における接近風の風向と一致する風向についての流体解析結果が、各解析時点Ｐ₁〜Ｐ₅に対応する流体解析結果として記憶装置４０から読み出される。例えば、各解析時点Ｐ₁〜Ｐ₅における接近風の風向がそれぞれＷ₁，Ｗ₂，Ｗ₁，Ｗ₂，Ｗ₄であるとすると、解析時点Ｐ₁に対応するものとしては、風向Ｗ₁と一致する風向についての流体解析結果Ｒ₁が読み出され、解析時点Ｐ₂に対応するものとしては、風向Ｗ₂と一致する風向についての流体解析結果Ｒ₂が読み出される。同様に、解析時点Ｐ₃〜Ｐ₅に対応するものとしては、各風向Ｗ₁，Ｗ₂，Ｗ₄と一致する風向についての流体解析結果Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₄が読み出される。
【００４７】
こうして流体解析結果の読み出しが行われると、ステップＳ２０８，２１０において、各解析時点Ｐ₁〜Ｐ₅に対応する流体解析結果Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₄に、その解析時点における接近風の風速が乗じられて、各解析時点Ｐ₁〜Ｐ₅における気流分布が算出され、算出した各気流分布が記憶装置４０に格納される。
【００４８】
このように放射束Ｂ_iおよび気流分布が算出されると、これらに基づいて、短波放射フラックスＲ_s、長波放射フラックスＲ_tおよび熱伝達率ｈ₀の解析が行われ、これら解析結果に基づいて、上式（９）により顕熱流の解析が行われる。顕熱流の解析結果は、例えば、表示装置５０に表示される。
このようにして、本実施の形態では、天空を仮想的に１５１個の領域に分割したときのそれら領域のうち各解析時点において太陽が位置する領域を選定するに際して、重複領域が存在するときはその重複分を除いた選定を行い、選定した領域に太陽が位置すると想定して、正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aを上式（８）により算出して記憶装置４０に格納し、各解析時点に対応させて正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aを記憶装置４０から読み出し、各解析時点に対応する正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aに、その解析時点の属する日における全天日射熱量Ｅ_aを乗じて、各解析時点における放射束Ｂ_iを算出した。
【００４９】
このため、異なる２以上の解析時点において太陽が位置する領域が重複する場合は、それら解析時点に対応する正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aの算出処理が１回で済み、特に、長期間にわたって建物の本体への蓄熱過程を考慮した非定常解析を行なう場合は、異なる２以上の解析時点において太陽が位置する領域が重複することが多いので、こうした場合は、従来に比して、顕熱流の解析を行うための計算量を低減することができる。
【００５０】
また、本実施の形態では、上式（４）〜（６）中の風速Ｕを正規化された値として、これらの式により接近風の流体解析を１６方位の風向について行い、それぞれの流体解析結果を記憶装置４０に格納し、流体解析結果のうち各解析時点における接近風の風向と一致する風向についての流体解析結果を、各解析時点に対応する流体解析結果として記憶装置４０から読み出し、各解析時点に対応する流体解析結果に、その解析時点における接近風の風速を乗じて、各解析時点における気流分布を算出した。
【００５１】
このため、解析時点の数によらず、高々１６方位の風向について流体解析を行えばよいので、長期間にわたって建物の本体への蓄熱過程を考慮した非定常解析を行なう場合は、従来に比して、顕熱流の解析を行うための計算量を低減することができる。
したがって、これらのことを換言すれば、従来と同じ計算量で、数日から最大で年間にわたって建物の本体への蓄熱過程を考慮した非定常解析を行なうことができる。
【００５２】
なお、上記実施の形態における顕熱流の解析方法は、特に、建築設備における熱負荷シミュレーションを行う場合に適用するのが好適である。例えば、年間の日射受熱量の解析結果を空調熱負荷エネルギーシミュレーションの入力データとして与えれば、年間の建物消費エネルギーの解析が可能となる。
また、上記実施の形態においては、室温モデルについて詳細な説明を省略したが、室温モデルは、街区内における建物の外壁面の温度の解析をその内部温度とともに行うものであって、室温変動の微分方程式は、下式（11）により示される。
【００５３】
【数１２】

【００５４】
ここで、Ｑ_raは室内空気と家具などの熱容量の合計、ｔ_raは室温、ｄｔは時間微分、Ａ_jは内壁面の表面積、ｈ_cjは内壁面の対流熱伝達率、ｔ_sjは内壁面ｊの表面温度、Ｑ_vaはすきま風・換気により室を出入りする空気の熱容量、Ｈ_rは室内で発生する熱量（人工廃熱のうち対流により室内空気に直接伝えられる成分）、Ｈ_outは空調装置により室外に除去される熱量である。なお、下式（12）における壁面は室内側の表面を指す。また、ｔ_sjは壁体の非定常熱伝導の式（下式（12））による。
【００５５】
【数１３】

【００５６】
ここで、壁体を各構成材料ごとに表面に垂直方向に数点ずつに分割してその質点をｋとすると、各質点についてｔ_kは壁体の温度、λ_kは熱伝導率、ｃ_pkは比熱、ρ_kは密度、ｘ_kは質点間の距離である。街区内の各建物の各階室について、上式（９）と上式（12）と連成して解析することにより、壁体の外表面および室内側の表面温度がそれぞれ求められる。
【００５７】
道路・土壌などの建物以外の都市キャノピー構成材料については、ｔ_raを一定値とすることにより、上記と同様に解析可能である。
以上の室温モデルにおける解析ステップは、上記実施の形態と同じ要領で、ＲＯＭ１４にあらかじめ格納されている所定プログラムをＣＰＵ１２において実行することにより実現することができる。このとき、演算結果は、必要に応じて記憶装置４０に格納され、必要に応じて記憶装置４０から読み出される。
【００５８】
また、上記実施の形態において、図３および図４のフローチャートに示す処理を実行するにあたってはいずれも、ＲＯＭ１４にあらかじめ格納されているプログラムを実行する場合について説明したが、これに限らず、これらの手順を示したプログラムが記憶された記憶媒体から、そのプログラムをＲＡＭ１６に読み込んで実行するようにしてもよい。
【００５９】
ここで、記憶媒体とは、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の半導体記憶媒体、ＦＤ、ＨＤ等の磁気記憶型記憶媒体、ＣＤ、ＣＤＶ、ＬＤ、ＤＶＤ等の光学的読取方式記憶媒体、ＭＯ等の磁気記憶型／光学的読取方式記憶媒体であって、電子的、磁気的、光学的等の読み取り方法のいかんにかかわらず、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体であれば、あらゆる記憶媒体を含むものである。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る請求項１記載の顕熱流解析方法によれば、異なる２以上の解析時点において太陽が位置する領域が重複する場合は、それら解析時点に対応する正規化放射束Ｂ_i／Ｅ_aの算出処理が１回で済むので、従来に比して、顕熱流の解析を行うための計算量を低減することができるという効果が得られる。
【００６１】
したがって、換言すれば、従来と同じ計算量で、数日から最大で年間にわたって建物の本体への蓄熱過程を考慮した非定常解析を行なうことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る顕熱流解析方法に用いるモデルの概要を示す図である。
【図２】本発明に係る顕熱流解析方法を実施するための構成を示すブロック図である。
【図３】放射束算出処理を示すフローチャートである。
【図４】気流分布算出処理を示すフローチャートである。
【図５】天空の分割形態を示す図である。
【符号の説明】
１０顕熱流解析装置
１２ＣＰＵ
１４ＲＯＭ
１６ＲＡＭ
１７ＶＲＡＭ
１８Ｉ／Ｆ
２９バス
３０入力装置
４０記憶装置
５０表示装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an analysis method for analyzing a sensible heat flow generated on an outer wall surface of a building, and in particular, a sensible heat analysis suitable for performing an unsteady analysis in consideration of a heat storage process to a main body of a building for several days to a maximum of a year. The present invention relates to a heat flow analysis method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the sensible heat flow generated on the outer wall surface of a building in an urban climate model is often calculated by treating the outer wall surface in the same manner as a horizontal ground surface or a thermal equilibrium state at a certain time. Several models have been proposed as heat transfer models from urban canopies to the atmosphere. For example, models that assume single two-dimensional buildings that are infinitely long in the east-west direction, single buildings, or infinite repetitions of them. A model that assumes a shape has been proposed. Furthermore, as a sensible heat flow analysis method for an arbitrary shape based on GIS data, there is a method using a model divided into two layers of an urban canopy and an Ekman layer above it.
[0003]
Typical models used when analyzing sensible heat flow include a radiation model that handles mutual reflection of long waves and short waves between buildings, and an airflow model that handles airflow distribution between buildings.
The radiation model is an improvement of the radiation analysis method using the radiosity method introduced from the CG field as a radiation analysis method for urban canopy. The reflection is analyzed and the outline is as follows.
[0004]
When both the emission and reflection characteristics are independent of the direction, the radiation transport equation is expressed by the following equation (1).
[0005]
[Expression 2]

[0006]
Here, B is the radiation divergence, E is the radioactivity, ρ is the reflectance, F is the form factor, and ∫ΩdF indicates that F is integrated in a hemisphere. The outer wall surface of the building is divided into n microelements, and the radiant divergence, radioactivity, and reflectance of the i (1 ≦ i ≦ n) th microelement (hereinafter simply referred to as microelement i) are represented by B _i , E _i And ρ _i When the above equation (1) is discretized, the following equation (2) is obtained.
[0007]
[Equation 3]

[0008]
The above equation (2) is used to obtain the radiant flux from the microelement i affected by the radiation from each microelement, and if solved directly, the calculation load of the determinant is large, but the radiation from the microelement i The following formula (3) shows the influence of the above on other microelements j (j = 1 to n), and B _ji Considering that is an unabsorbed outward radiant flux, performing the following work reduces the computational load.
[0009]
[Expression 4]

[0010]
Where B _ji Is a radiant flux reflected by each microelement j upon receiving radiation from microelement i, F _ij Is the form factor of microelement i with respect to microelement j, A _j , A _i Are the areas of the microelements i and j, respectively.
That is, the following operations are as follows. First, in step (a), among all the microelements, a microelement i having the maximum unabsorbed outward radiant flux is selected, and in step (b), the selected microelement is selected. Radiant flux B reflected from each microelement j from radiation i _ji Is calculated by the above equation (3), and the calculated radiant flux B is calculated as step (c). _ji Is added to the unabsorbed outward radiant flux of the microelement i, and the process returns to step (a). By repeating these operations, the value of the unabsorbed radiant flux is converged to a value that can be ignored in practice, and the amount of radiation on the outer wall surface is obtained with a reasonable amount of calculation.
[0011]
On the other hand, as an airflow model, for example, there is an airflow distribution analysis in an urban canopy using an equation in which a k-E model is applied to an isothermal airflow. Average flow U in i direction _i Also, the transport equations of turbulent energy k and turbulent dissipation ε are as shown in the following equations (4) to (6), respectively.
[0012]
[Equation 5]

[0013]
[Formula 6]

[0014]
[Expression 7]

[0015]
The absolute value U of the wind velocity is obtained from the directional components of the momentum of the fluid cell nearest to the outer wall of the building, and the sensible heat flux F is obtained by the following equation (7) using the convective heat transfer coefficient α according to the equation of urges. _s Is calculated.
[0016]
[Equation 8]

[0017]
It is to be noted that the atmospheric temperature is t by solving the transport equation with respect to the amount of heat in combination with the above equations (4) to (6) and the radiation model. _a A method for obtaining a three-dimensional distribution in the space is also conceivable.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional sensible heat flow analysis method, it is not common to perform unsteady analysis in consideration of the heat storage process to the building body over a long period of time. There was a problem.
First, in the conventional sensible heat flow analysis method, in the radiation model, when analyzing short-wave radiation, direct radiation and sky solar radiation at the time of analysis are used as the initial outward radiant flux before the analysis of step (a). Since the value obtained by the amount of heat is input as it is, for example, a plurality of analysis time points are set within the analysis target period, and the radiant flux B of the microelement i at each analysis time point is set. _i When calculating the radiant flux B of the microelement i at each analysis time point _i It was necessary to calculate. Therefore, when analyzing the shortwave radiation amount over a long period of time, it is difficult to perform the analysis because the calculation amount is enormous.
[0019]
In addition, in the airflow model, the time increment of numerical integration in fluid analysis may be within one second. Similarly, when integration is performed over a long period of time, the amount of calculation is enormous and the analysis is difficult. there were.
Therefore, in the present invention, it was made paying attention to such unsolved problems of the conventional technology, and unsteady analysis in consideration of the heat storage process to the main body of the building over several years up to a year is performed. An object of the present invention is to provide a sensible heat flow analysis method suitable for performing.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a sensible heat flow analysis method according to claim 1 of the present invention sets a plurality of analysis time points within an analysis target period and divides an outer wall surface of a building into n small elements. , The radiant flux B of the i (1 ≦ i ≦ n) th microelement at each analysis time point _i And the calculated radiant flux B _i On the basis of the sensible heat flow generated on the outer wall surface of the building, the sun trajectory and the total solar radiation E from the sun per day _a Storing the standard weather data recorded over at least the period to be analyzed in the storage means in advance, and referring to the standard weather data in the storage means, the sky is virtually divided into a plurality of regions When selecting the region where the sun is located at each analysis time among those regions, assuming that there is an overlapping region, the selection step for performing the selection excluding the overlapping portion, and assuming that the sun is located in the selected region , Total solar heat E _a The radiant flux B normalized by _i Normalized radiant flux B _i / E _a Are the radioactivity, reflectance and form factor of the i-th microelement, respectively, _i , Ρ _i And F _i Calculated by the following formula (8), and the calculated normalized radiant flux B _i / E _a In the storage means, and the normalized radiant flux B corresponding to each analysis time point _i / E _a Is read out from the storage means, and the normal radiant flux B corresponding to each analysis time point is referred to with reference to the standard weather data in the storage means _i / E _a In addition, the total solar radiation E on the day to which the analysis belongs _a And the radiant flux B at each analysis time point _i And a calculating step for calculating.
[0021]
[Equation 9]

[0022]
Here, a selection step selects the area | region where the sun is located in each analysis time among those area | regions when the sky is virtually divided | segmented into several (for example, 151 pieces) area | regions. However, when an area is selected, if there is an overlapping area in the selected area, the overlapping area is selected as one area except for the overlapping area.
Further, in the calculation step, the radiant flux B at each analysis time point _i After calculating radiant flux B at each analysis point _i For example, may be stored in the storage means or output to the output means. The output means may be, for example, a display means such as a CRT, a printing means such as a printer, an information writing means such as an FDD, or a transmission means such as a modem, or for outputting an analysis result to these means. It may be the process.
[0023]
Moreover, normalization means non-dimensionalization, for example.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 5 are diagrams showing an embodiment of a sensible heat flow analysis method according to the present invention.
In this embodiment, a plurality of analysis time points are set within the analysis target period, and at each analysis time point, the outer wall surface of the building is caused by room temperature fluctuation in the building, mutual reflection of long waves and short waves between buildings, and air flow distribution between buildings. As shown in FIG. 1, the model used for the analysis is roughly divided into a radiation model, an airflow model, and a room temperature model.
[0025]
The radiation model and the airflow model are as described in the prior art, but the room temperature model analyzes the temperature of the outer wall surface of the building in the block along with the internal temperature.
The sensible heat balance on the outer wall surface of the building is expressed by the following equation (9).
[0026]
[Expression 10]

[0027]
Where R _s Is the shortwave radiation flux on the outer wall of the building, R _t Is the long wave radiation flux on the outer wall of the building, h ₀ Is the heat transfer coefficient of sensible heat on the outer wall, t _s Is the temperature of the outer wall, t _a Is the atmospheric temperature. And R _s , R _t The analysis of ₀ The analysis of _S , Q _con This analysis is performed by a room temperature model.
[0028]
In this embodiment, the sensible heat flow analysis method according to the present invention is applied to a short wave radiation flux R in a radiation model. _s And long wave radiation flux R _t When calculating the radiant flux of the outer wall of a building necessary for the analysis, and in the fluid model, the heat transfer coefficient h ₀ This is applied to the case where the airflow distribution between buildings necessary for the analysis is calculated.
[0029]
First, a configuration for carrying out the sensible heat flow analysis method according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration for carrying out the sensible heat flow analysis method according to the present invention.
As shown in FIG. 2, the sensible heat flow analysis device 10 is read from the CPU 12 that controls the calculation and the entire system based on the control program, the ROM 14 that stores the control program of the CPU 12 in a predetermined area, the ROM 14 and the like. And a RAM 16 for storing calculation results required in the calculation process of the CPU 12 and an I / F 18 that mediates input / output of data to / from an external device, and these are for transferring data. Are connected to each other via a bus 29 which is a signal line.
[0030]
The I / F 18 includes, as external devices, an input device 30 such as a keyboard and a mouse that can input data as a human interface, a storage device 40 that stores files and the like, and a display that displays a screen based on an image signal. The apparatus 50 is connected.
The RAM 16 has a VRAM 17 that stores display data for display on the display device 50 as a specific area, and the VRAM 17 can be independently accessed by a CRTC (not shown) and the CPU 12. The CRTC sequentially reads display data stored in the VRAM 17 from the top address in a predetermined cycle, converts the read display data into an image signal, and outputs the image signal to the display device 50.
[0031]
The storage device 40 includes a solar trajectory and a total solar radiation amount E from the sun per day. _a And standard meteorological data in which the wind direction and the speed of the approaching wind given to the side boundary of the analysis target area between the buildings are recorded over at least the analysis target period.
The CPU 12 includes a microprocessing unit MPU and the like, and the radiant flux B of the microelement i at each analysis time point. _i 3 is started, a predetermined program stored in a predetermined area of the ROM 14 is started, the radiant flux calculation process shown in the flowchart of FIG. 3 is executed, and the airflow distribution at each analysis time is calculated in the same manner. A predetermined program stored in a predetermined area of the ROM 14 is activated, and the air flow distribution calculation process shown in the flowchart of FIG. 4 is executed.
[0032]
First, the radiant flux calculation process will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the radiant flux calculation process. When the radiant flux calculation process is executed in the CPU 12, the process proceeds to step S100, the sun trajectory of the standard weather data is read from the storage device 40, the process proceeds to step S102, and the read sun trajectory is referred to. As shown in FIG. 5, the region where the sun is located at each analysis time is selected from those regions when the sky is virtually divided into a plurality of regions.
[0033]
FIG. 5A is a diagram showing a division form when looking up at the sky from the ground, and FIG. 5B is a diagram showing a division form when looking at the sky from the side of the earth. In step S102, first, as shown in FIG. 5, the sky is virtually divided into a plurality of (for example, 151) regions in advance, and the region where the sun is located at each analysis time is read out from these regions. Select with reference to the sun trajectory. However, when an area is selected, if there is an overlapping area in the selected area, the overlapping area is selected as one area except for the overlapping area.
[0034]
Next, the process proceeds to step S104, assuming that the sun is located in the selected area, and the total solar radiation amount E. _a Radiant flux B normalized by _i Normalized radiant flux B _i / E _a Is calculated by the above equation (8), the process proceeds to step S106, and the calculated normalized radiant flux B is calculated. _i / E _a Is stored in the storage device 40, and the process proceeds to step S108.
In step S108, the global solar radiation amount E of the standard weather data. _a Is read from the storage device 40, the process proceeds to step S110, and the normalized radiant flux B is made to correspond to each analysis time point. _i / E _a Is read from the storage device 40, the process proceeds to step S112, and each read amount of solar radiation E is read. _a The normalized radiant flux B corresponding to each analysis time point _i / E _a In addition, the total solar radiation E on the day to which the analysis belongs _a Multiplied by the radiant flux B at each analysis point _i , And the process proceeds to step S114 to calculate each radiant flux B _i Is stored in the storage device 40, and the series of processing ends.
[0035]
As the radiant flux calculation process ends, the radiant flux B at each analysis time point _i Is read from the storage device 40, and the read radiant flux B _i Based on the shortwave radiation flux R _s And long wave radiation flux R _t A process for performing the analysis may be executed. Long wave radiation flux R _t When analyzing the total solar radiation E _a Is calculated by the following equation (10) where the Stefan-Boltzmann constant is σ, and is analyzed in combination with the room temperature model at each analysis time point by the above equations (2) and (3). Where T _s Is calculated using the analysis results of the room temperature model at each analysis time point.
[0036]
[Expression 11]

[0037]
Next, the airflow distribution calculation process will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing the airflow distribution calculation process. When the airflow distribution calculation process is executed in the CPU 12, the process proceeds to step S200, and the wind speed U in the above equations (4) to (6) is normalized, and the fluid analysis of the approaching wind is performed using these equations. Is performed for wind directions in a plurality of directions (for example, 16 directions), the process proceeds to step S202, the respective fluid analysis results are stored in the storage device 40, and the process proceeds to step S204.
[0038]
In step S204, the wind direction and wind speed of the approaching wind of the standard weather data are read from the storage device 40, the process proceeds to step S206, and the approaching direction at each analysis time point among the fluid analysis results is referred to by referring to the wind direction of the read approaching wind. The fluid analysis result for the wind direction that coincides with the wind direction of the wind is read from the storage device 40 as the fluid analysis result corresponding to each analysis time point, and the process proceeds to step S208 to analyze the fluid analysis result corresponding to each analysis time point. The airflow distribution at each analysis time point is calculated by multiplying by the wind speed of the approaching wind at the time point, the process proceeds to step S210, the calculated airflow distribution is stored in the storage device 40, and the series of processing ends.
[0039]
As the airflow distribution calculation process ends, the airflow distribution at each analysis time is read from the storage device 40, and the heat transfer coefficient h is based on the read airflow distribution. ₀ A process for performing the analysis may be executed.
Next, the operation of the above embodiment will be described.
Multiple analysis points in time (for example, P ₁ ~ P _Five ) And each analysis point P ₁ ~ P _Five When analyzing the sensible heat flow by the above equation (9) based on the analysis result in, first, the short wave radiation flux R in the above equation (9) _s And long wave radiation flux R _t Perform analysis. Shortwave radiation flux R _s And long wave radiation flux R _t In the analysis, each analysis point P ₁ ~ P _Five Radiant flux B in _i Is necessary, and these radiant flux B _i Is calculated by executing a radiant flux calculation process.
[0040]
For example, when the radiant flux calculation process is executed by the analyzer entering an execution start command from the input device 30, the standard weather data in the storage device 40 is referred to in steps S100 and S102, and the sky is virtually 151 regions E ₁ ~ E ₁₅₁ Those areas E when divided into ₁ ~ E ₁₅₁ Each analysis point P ₁ ~ P _Five The area where the sun is located in is selected, but when there is an overlapping area in the selected area, the overlapping area is selected as one area except for the overlapping area. For example, each analysis point P ₁ ~ P _Five The regions where the sun is located in ₁ , E ₂ , E ₁ , E ₂ , E _Four , Region E ₁ And region E ₂ Are overlapped with each other, and the region E is obtained by removing the overlap. ₁ , E ₂ , E _Four These three areas are selected.
[0041]
When the area is thus selected, each selected area E is selected in steps S104 and S106. ₁ , E ₂ , E _Four Assuming that the sun is located at _i / E _a Are calculated by the above equation (8), and each normalized radiant flux B is calculated. _i / E _a Is stored in the storage device 40. Here, since there are three selected regions, the normalized radiant flux B is calculated. _i / E _a There will also be three.
[0042]
Next, in step S110, each analysis point P ₁ ~ P _Five Normalized radiant flux B corresponding to _i / E _a Are read from the storage device 40. That is, the analysis time point P ₁ For region E, region E ₁ Normalized radiant flux B calculated assuming that the sun is located at _i / E _a Is read and the analysis point P ₂ For region E, region E ₂ Normalized radiant flux B calculated assuming that the sun is located at _i / E _a Is read out. Similarly, the analysis point P _Three ~ P _Five For each area E, ₁ , E ₂ , E _Four Normalized radiant flux B calculated assuming that the sun is located at _i / E _a Is read out.
[0043]
In steps S112 and S114, the standard weather data in the storage device 40 is referred to, and each analysis point P ₁ ~ P _Five Normalized radiant flux B corresponding to _i / E _a In addition, the total solar radiation E on the day to which the analysis time belongs _a Is multiplied by each analysis point P ₁ ~ P _Five Radiant flux B in _i Is calculated, and each calculated radiant flux B _i Is stored in the storage device 40.
[0044]
Long wave radiation flux R _t When analyzing the total solar radiation E _a Is calculated by the above equation (10).
When analyzing the sensible heat flow by the above equation (9), next, the heat transfer coefficient h in the above equation (9) is used. ₀ Perform analysis. Heat transfer coefficient h ₀ In the analysis, each analysis point P ₁ ~ P _Five The airflow distribution is necessary, and these airflow distributions are calculated by executing the airflow distribution calculation process.
[0045]
For example, when the analyst inputs an execution start command from the input device 30 to execute the airflow distribution calculation process, the wind speed U in the above equations (4) to (6) is normalized in steps S200 and S202. As a result, the fluid analysis of the approaching wind can be performed in accordance with these equations using the wind direction W in 16 directions. ₁ ~ W ₁₆ For each fluid analysis result R ₁ ~ R ₁₆ Is stored in the storage device 40.
[0046]
Next, in steps S204 and 206, the fluid analysis result R ₁ ~ R ₁₆ Each analysis point P ₁ ~ P _Five The fluid analysis results for the wind direction that matches the wind direction of the approaching wind at ₁ ~ P _Five Is read out from the storage device 40 as a fluid analysis result corresponding to. For example, each analysis point P ₁ ~ P _Five The direction of the approaching wind at ₁ , W ₂ , W ₁ , W ₂ , W _Four If the analysis point P ₁ The wind direction W ₁ Fluid analysis result R for wind direction that matches ₁ Is read and the analysis point P ₂ The wind direction W ₂ Fluid analysis result R for wind direction that matches ₂ Is read out. Similarly, the analysis point P _Three ~ P _Five For each wind direction W ₁ , W ₂ , W _Four Fluid analysis result R for wind direction that matches ₁ , R ₂ , R _Four Is read out.
[0047]
When the fluid analysis result is read out in this way, in each of the analysis time points P in steps S208 and S210. ₁ ~ P _Five Fluid analysis result R corresponding to ₁ , R ₂ , R ₁ , R ₂ , R _Four Multiplied by the wind speed of the approaching wind at the time of analysis, ₁ ~ P _Five Is calculated, and each calculated airflow distribution is stored in the storage device 40.
[0048]
Thus, the radiant flux B _i And the air flow distribution is calculated, the short wave radiation flux R is calculated based on these values. _s , Long wave radiation flux R _t And heat transfer coefficient h ₀ The sensible heat flow is analyzed by the above equation (9) based on these analysis results. The analysis result of the sensible heat flow is displayed on the display device 50, for example.
In this way, in the present embodiment, when an area where the sun is located at each time of analysis is selected among those areas when the sky is virtually divided into 151 areas, Performing the selection without the overlap, assuming that the sun is located in the selected area, normalized radiant flux B _i / E _a Is calculated by the above equation (8), stored in the storage device 40, and normalized radiant flux B corresponding to each analysis time point. _i / E _a Is read from the storage device 40, and the normalized radiant flux B corresponding to each analysis time point _i / E _a In addition, the total solar radiation E on the day to which the analysis belongs _a Multiplied by the radiant flux B at each analysis point _i Was calculated.
[0049]
For this reason, when the area | region where the sun is located in two or more different analysis time points overlaps, normalized radiant flux B corresponding to those analysis time points _i / E _a The calculation process of is required only once, especially when performing unsteady analysis in consideration of the heat storage process of the building body over a long period of time, the regions where the sun is located often overlap at two or more different analysis points. Therefore, in such a case, the calculation amount for analyzing the sensible heat flow can be reduced as compared with the conventional case.
[0050]
Further, in the present embodiment, the wind speed U in the above formulas (4) to (6) is normalized, and the fluid analysis of the approaching wind is performed with respect to the 16 azimuth directions according to these formulas. The result is stored in the storage device 40, and the fluid analysis result for the wind direction that matches the wind direction of the approaching wind at each analysis time among the fluid analysis results is read from the storage device 40 as the fluid analysis result corresponding to each analysis time, The air flow distribution at each analysis time was calculated by multiplying the fluid analysis result corresponding to the analysis time by the velocity of the approaching wind at the analysis time.
[0051]
For this reason, it is sufficient to perform fluid analysis for wind directions in up to 16 directions regardless of the number of analysis points. Therefore, when performing unsteady analysis that takes into account the heat storage process of the building body over a long period, Thus, the amount of calculation for analyzing the sensible heat flow can be reduced.
Therefore, in other words, it is possible to perform unsteady analysis in consideration of the heat storage process to the main body of the building for several days to a maximum with the same amount of calculation as before.
[0052]
Note that the sensible heat flow analysis method in the above-described embodiment is particularly preferably applied when a thermal load simulation is performed in a building facility. For example, if the analysis result of the amount of solar radiation received for the year is given as input data for the air conditioning heat load energy simulation, the energy consumption of the building for the year can be analyzed.
In the above embodiment, a detailed description of the room temperature model is omitted. However, the room temperature model analyzes the temperature of the outer wall surface of the building in the block along with the internal temperature, and differentiates the room temperature variation. The equation is shown by the following equation (11).
[0053]
[Expression 12]

[0054]
Where Q _ra Is the total heat capacity of indoor air and furniture, t _ra Is room temperature, dt is time derivative, A _j Is the surface area of the inner wall, h _cj Is the convective heat transfer coefficient of the inner wall, t _sj Is the surface temperature of the inner wall surface j, Q _va Heat capacity of the air entering and exiting the room due to the draft and ventilation, H _r Is the amount of heat generated in the room (a component of artificial waste heat that is directly transmitted to the indoor air by convection), H _out Is the amount of heat removed by the air conditioner. In addition, the wall surface in the following formula (12) indicates the indoor surface. T _sj Is based on the equation of unsteady heat conduction in the wall (the following equation (12)).
[0055]
[Formula 13]

[0056]
Here, if the wall is divided into several points in the direction perpendicular to the surface for each constituent material and its mass point is k, t for each mass point _k Is the wall temperature, λ _k Is the thermal conductivity, c _pk Is the specific heat, ρ _k Is density, x _k Is the distance between mass points. For each floor of each building in the block, the surface temperature of the outer surface of the wall and the indoor side are determined by analyzing the above equations (9) and (12) in combination.
[0057]
For urban canopy components other than buildings such as roads and soil, t _ra By setting the value to a constant value, analysis can be performed in the same manner as described above.
The analysis step in the above room temperature model can be realized by executing a predetermined program stored in the ROM 14 in the CPU 12 in the same manner as in the above embodiment. At this time, the calculation result is stored in the storage device 40 as necessary, and is read from the storage device 40 as necessary.
[0058]
In the above-described embodiment, the case where the program stored in advance in the ROM 14 is executed in the processes shown in the flowcharts of FIGS. 3 and 4 has been described. However, the present invention is not limited to this. The program may be read from the storage medium storing the program showing the procedure into the RAM 16 and executed.
[0059]
Here, the storage medium is a semiconductor storage medium such as RAM or ROM, a magnetic storage type storage medium such as FD or HD, an optical reading type storage medium such as CD, CDV, LD, or DVD, or a magnetic storage type such as MO. / Optical reading type storage media, including any storage media that can be read by a computer regardless of electronic, magnetic, optical, or other reading methods.
[0060]
【The invention's effect】
As described above, according to the sensible heat flow analysis method according to claim 1 of the present invention, when regions where the sun is located overlap at two or more different analysis time points, normalized radiation corresponding to these analysis time points Bundle B _i / E _a Therefore, the calculation amount for analyzing the sensible heat flow can be reduced as compared with the conventional method.
[0061]
Therefore, in other words, it is possible to perform an unsteady analysis in consideration of the heat storage process in the main body of the building over several years to a maximum with the same amount of calculation as before.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a model used in a sensible heat flow analysis method according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration for carrying out a sensible heat flow analysis method according to the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a radiant flux calculation process.
FIG. 4 is a flowchart showing airflow distribution calculation processing.
FIG. 5 is a diagram showing a sky division form;
[Explanation of symbols]
10 Sensible heat flow analyzer
12 CPU
14 ROM
16 RAM
17 VRAM
18 I / F
29 Bus
30 Input device
40 storage devices
50 Display device

Claims

A plurality of analysis time points are set within the analysis target period, the outer wall surface of the building is divided into n minute elements, and the radiant flux B _i of the i (1 ≦ i ≦ n) th minute element at each analysis time point. And based on each calculated radiant flux B _i , a method for analyzing sensible heat flow generated on the outer wall surface of the building,
A storage step of storing in advance in the storage means standard meteorological data recorded over at least the analyzed period pyranometer heat E _a from the trajectory and the daily sun sun,
When there is an overlapping region when selecting the region where the sun is located at each analysis time point among the regions when the sky is virtually divided into a plurality of regions with reference to the standard weather data of the storage means Is a selection step that performs the selection without the overlap, and
Assuming that the sun is located in the selected region, the normalized radiant flux B _i / E _a that is the radiant flux B _i normalized by the total solar radiation E _a is used as the radiation of the i-th microelement. ability, a calculation step of storing the reflectance and geometric factor E _i, respectively, calculated by the following equation as [rho _i and F _i, the calculated normalized radiant flux B _i / E _a in the storage means,
A reading step of reading out the normalized radiant flux B _i / E _a from the storage means corresponding to each analysis time point;
By referring to the standard weather data in the storage means, the normalized radiant flux B _i / E _a corresponding to each analysis time point is multiplied by the total solar heat E _a on the day to which the analysis time belongs, and each analysis is performed. A sensible heat flow analysis method comprising: calculating a radiant flux B _i at the time.