JP6046074B2 - 建物のシミュレーションシステムおよびマップ作成方法 - Google Patents

Description

この発明は、住宅等の建物の部位における、温度、湿度、含水率等の劣化因子の物理量を求める建物のシミュレーションシステムおよびその劣化因子のマップの作成方法に関する。

住宅等の建物の部位、例えば、外壁や屋根における、温度、湿度、含水率等の劣化因子の物理量を求めることは、建物の部位の劣化状態や寿命予測等を行うために必要となる。
従来、屋外に屋根や外壁に見立てたブラックパネルを設置し、その表面温度とその時の気象データ（気温、湿度、日射量）の関係式を求め、様々な傾斜、方位面に対してのマップが提案されている（例えば、非特許文献１）。ブラックパネルを用いるのは、日射吸収熱の影響を最大にするためである。

特許第５１８０７７６号公報

富板崇著、水平・傾斜・垂直面でのブラックパネル温度に基づく日較差マップ、日本建築学会構造系論文集、第５５２号、２００２年２月

従来のブラックパネルによる方法では、建物の建設地によって気象条件が変わるため、建設地毎に屋外での実験が必要であり、手間と時間を要する。
建物の外装材の外表面の温度は、用いられている材料の種類、層構成で異なるほか、建物の条件（用途、生活スケジュール、プラン）によっても異なるため、屋外に設置されたブラックパネルから得られたデータから提案された式では、材料の熱容量等の非定常的な条件には対応していない。そのため、適用範囲が限られる。また、多層からなる材料の層境界面の温度を求めることはできないため、壁内の材料内部の温度について得ることができない。

また、外壁、屋根に使われている材料は、水分を含み易いものがあるが、劣化因子としては、その部位や材料が受ける熱（温度）の他、水分（含水率）も加わることで進行する。材料内の水分の動きは、温度の影響も受けて決定されるため、金属製のブラックパネルでは、水分の影響が反映されない。
さらに、個々の材料は、劣化が進行するに従って、熱伝導や水分移動に関する物性値そのものが変化する場合があり、従来技術では反映できないという問題点がある。

この発明の目的は、試験を行うことなく、建設地の気象条件に応じ、温度だけでなく湿度を考慮した建物の部位の劣化因子の物理量を求めることができる建物のシミュレーションシステムを提供することである。
この発明の他の目的は、建物の部位を構成する材料の内部についても、劣化因子の物理量を求めることができるようにすることである。
この発明の他の目的は、材料の経年劣化に則した建物の部位の劣化因子の物理量を求めることができるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、地理を示す図に劣化因子を関連付けられ、かつ地域毎の劣化因子につき精度良く示された劣化因子マップを簡単に短時間で作成できる方法を提供することである。

この発明の建物のシミュレーションシステム（１）は、建物の部位の劣化因子の物理量を求めるシミュレーションシステムであって、
シミュレーションのモデル（９）として、前記建物の部位の材料構成を含む建物データ（９ａ）、前記材料の物性値を含む材料データ（９ｂ）、前記建物の建設地の外気温および外気湿度を含む建設地データ（９ｃ）、および前記部位の環境となる温度，湿度の変化に関するスケジュールデータ（９ｄ）を有するモデル（９）を記憶したシミュレーションモデル記憶手段４と、
材料内の熱変化および水蒸気の変化にそれぞれ関する所定の熱の変化方程式（式（１））および水蒸気の変化方程式（式（２））を用い、前記モデル（９）から前記建物の部位の劣化因子の物理量を計算する劣化計算手段（５）とを含む。
以上の基本構成に加え、さらに前記シミュレーションのモデル（９）は、前記建物が複数の部屋を有する平面プランとされた平面プランデータを前記建物データ（９ａ）として含む建物の全体を示すモデルと、前記建物の各部位のモデルとで構成され、前記各部位のモデルは、前記建物の全体を示すモデルにおけるどの部位であるかを示すデータを有し、
前記劣化計算手段（５）は、前記平面プランデータを、前記部位の前記劣化因子の物理量の計算に用いる。

前記スケジュールデータ（９ｄ）は、一定値としても良い。
前記建物の部位は、例えば外壁または屋根のように区分される建物の部分である。
前記物理量を求める前記劣化因子は、例えば、建物の部位の温度、湿度、含水率のいずか一つまたは複数を含む。この他に、後述のように換気を考慮する場合は、計算する前記劣化因子の物理量として、建物の各部屋の換気量を含めても良い。

この構成によると、建物の部位を、この部位の材料構成を含む建物データ（９ａ）、前記材料の物性値を含む材料データ（９ｂ）、前記建物の建設地の外気温および外気湿度を含む建設地データ（９ｃ）、および前記部位の環境となる温度，湿度の変化に関するスケジュールデータ（９ｄ）によってモデル化し、シミュレーションにより建物の部位の劣化因子の物理量を計算するため、試験を行うことなく、建物の部位の劣化因子の物理量を求めることができ、かつ建設地の気象条件に応じ、温度だけでなく湿度を考慮して前記劣化因子の物理量を求めることができる。
前記劣化計算手段（５）は、材料内の熱変化および水蒸気の変化にそれぞれ関する所定の熱の変化方程式（式（１））および水蒸気の変化方程式（式（２））を用いるため、前記劣化因子の物理量を簡単に精度良く求めることができる。
また、建物１棟のシミュレーションとするため、同時刻における方位の影響も考慮でき、部位単独のシミュレーションとする場合における安全を見込んだ過剰な評価を避け、より適切に劣化因子の物理量を求めることができる。平面プランデータを考慮することで、建物の各部位への前記劣化因子の伝達が適切に考慮されたシミュレーションとできる。

この発明において、前記シミュレーションモデル記憶手段（４）は、前記建物データ（９ａ）の前記材料構成を、前記部位を設定数の断層の多層体として示した材料構成とし、前記劣化因子量計算手段（５）は、前記部位の前記各断層毎の前記劣化因子の物理量を計算するようにしても良い。
前記建物の部位のモデルを多層化し、各断層毎に前記劣化因子の物理量を計算するため、前記部位の表層だけでなく、内部の劣化因子の物理量を求めることができる。例えば、下地材等の隠蔽部の劣化因子を求めることが可能となる。

この発明において、前記劣化計算手段（５）は、前記熱の変化方程式（式（１））および水蒸気の変化方程式（式（２））の他に、前記建物の室内温度および室内湿度にそれぞれ関する所定の熱収支式（式（３））および水分収支式（式（４））を用いても良い。
熱の変化方程式（式（１））および水蒸気の変化方程式（式（２））に加え、熱収支式（式（３））および水分収支式（式（４））を用いることで、より精度良く劣化因子を計算することができる。例えば、前記平面プランデータを用い、各部屋毎の熱、水分の収支を求めることで、精度良く劣化因子を計算することができる。

この発明において、前記シミュレーションモデル記憶手段（４）は前記建物の換気部材のデータ（９ｅ）を有し、前記劣化計算手段（５）は、小屋裏や床下空間を含む各部屋の換気量を、前記建物の部位の劣化因子の物理量の一つとして求めるようにしても良い。
換気は、前記各劣化因子への影響が大きく、換気を考慮することで、より精度良く前記劣化因子を求めることができる。また、各部屋の換気量を求めて出力すれば、建物の部位の劣化状態や寿命予測等をより適切に行える。

この発明において、前記シミュレーションモデル記憶手段（４）は、前記スケジュールデータ（９ｄ）として、前記建物において熱および水蒸気を発生する量が変化するスケジュールを記憶し、前記劣化計算手段（５）は、前記変化するスケジュールを反映させて前記建物の部位の劣化因子の物理量を求めるようにしても良い。
熱および水蒸気を発生する量の変化は、建物側の部屋条件となる用途や生活スケジュールに応じて変化する。このようなスケジュールを考慮することで、気象条件の差等の地域の差の影響をより正確にかつ短時間で求めることが可能となる。

この発明において、前記劣化計算手段（５）は、材料の経年による物性値変化を用いて前記建物の部位の劣化因子の物理量を求めるようにしても良い。
このように個々の材料について、経年による物性値の変化を考慮すると、より実際の経年劣化に則した劣化因子の物理量を求めることができる。前記材料の経年による物性値変化は、例えば築後何年後であるかのデータを、前記モデル（９）の建物データ（９a）に
加え、その場合の物性値を材料データ（９b）に加えておくことで、または、物性値の経年による変化量のデータを材料データ（９b）に加えておくことで、劣化因子の物理量の計算に反映させる。

この発明において、前記劣化計算手段（５）は、前記建物に生じる設定時間毎の変化の繰り返し計算によって前記建物の部位の劣化因子の物理量を求めるようにしても良い。
このように繰り返し計算を行うことで、熱や湿度等の劣化因子の経時的な伝達を考慮したより精度の良い劣化因子の物理量が求まる。

この発明において、前記建物の部位が屋根または外壁であって、これら屋根または外壁のシミュレーションのモデル（９）は、これら屋根または外壁を構成する材料毎の断層に分割され、かつ少なくとも一つの材料の断層については，さらに複数の断層に分割された
ものとしても良い。このように材料ごとに断層を設定し、さらにある程度以上の厚さをもつ材料については、さらに複数の断層を設定することで、劣化因子の物理量がより精度良くも止まる。

この発明の建物の劣化因子マップの作成方法は、この発明の前記基本構成またはこの発明の上記いずれかの構成のシミュレーションシステム（１）を用いて、前記建物が建設される各地域毎に、その地域の気象条件となる外気温および外気湿度を前記シミュレーションモデル記憶手段（４）に記憶させ、この記憶させた情報を用いて前記劣化計算手段により計算した結果である前記地域毎の前記建物の部位の劣化因子の物理量を、前記地域を示す図に関連付けた劣化因子マップ（３０）を作成する。
この発明の前記基本構成となる建物のシミュレーションシステム（１）は、シミュレーションのモデル（９）に建物の建設地の外気温および外気湿度を含む建設地データ（９ｃ）を用い、かつ前記建物の部位の材料構成を含む建物データ（９ａ）、および前記材料の物性値を含む材料データ（９ｂ）を用いてシミュレーションを行う。
そのため、地域により、気象条件や、建物の断熱性能等の仕様が異なっていても、試験を行う場合と異なり、再計算するだけで劣化因子の物理量が求まる。したがってこの発明のシミュレーションシステム（１）を用いることにより、各地域毎の前記建物の部位の劣化因子の物理量を、前記地域を示す図に関連付けた劣化因子マップを、簡単にかつ短時間で作成することができる。

この発明の建物のシミュレーションシステムは、建物の部位の劣化因子の物理量を求めるシミュレーションシステムであって、シミュレーションのモデルとして、前記建物の部位の材料構成を含む建物データ、前記材料の物性値を含む材料データ、前記建物の建設地の外気温および外気湿度を含む建設地データ、および前記部位の環境となる温度，湿度の変化に関するスケジュールデータを有するモデルを記憶したシミュレーションモデル記憶手段と、材料内の熱変化および水蒸気の変化にそれぞれ関する所定の熱の変化方程式および水蒸気の変化方程式を用い、前記モデルから前記建物の部位の劣化因子の物理量を計算する劣化計算手段とを含み、前記シミュレーションのモデルは、前記建物が複数の部屋を有する平面プランとされた平面プランデータを前記建物データとして含む建物の全体を示すモデルと、前記建物の各部位のモデルとで構成され、前記各部位のモデルは、前記建物の全体を示すモデルにおけるどの部位であるかを示すデータを有し、前記劣化計算手段は、前記平面プランデータを、前記部位の前記劣化因子の物理量の計算に用いるため、試験を行うことなく、建設地の気象条件に応じ、温度だけでなく湿度を考慮した建物の部位の劣化因子の物理量を求めることができる。

この発明において、前記建物データの前記材料構成を、多層体として示した材料構成とし、各断層毎に前記劣化因子の物理量を計算するようにした場合は、建物の部位を構成する材料の内部についても、劣化因子の物理量を求めることができる。
また、材料の経年による物性値変化を含めて前記建物の部位の劣化因子の物理量を求めるようにした場合は、材料の経年劣化に則した建物の部位の劣化因子の物理量を求めることができる。

この発明の建物の劣化因子マップの作成方法は、この発明のシミュレーションシステムの前記基本構成を用いて、前記建物が建設される各地域毎に、その地域の気象条件となる外気温および外気湿度を前記シミュレーションモデル記憶手段に記憶させ、この記憶させた情報を用いて前記劣化計算手段により計算した結果である前記地域毎の前記建物の部位の劣化因子の物理量を、前記地域を示す図に関連付けた劣化因子マップを作成するため、地域を示す図に劣化因子を関連付け、かつその地域毎の劣化因子につき精度良く示した劣化因子マップを簡単に短時間で作成できる。

この発明の一実施形態に係る建物のシミュレーションシステムの概念構成を示すブロック図である。 同シミュレーションシステムの処理の流れ図である。 同シミュレーションシステムのモデルに用いる平面プランの図である。 同平面プランについての情報を示す説明図である。 同シミュレーションシステムで用いる屋根モデルの例の断面図である。 同シミュレーションシステムで用いる外壁モデルの例の断面図である。 同シミュレーションシステムで用いる熱発生スケジュールのグラフである。 同シミュレーションシステムで用いる水蒸気発生スケジュールのグラフである。 同シミュレーションシステムで用いる冷暖房スケジュールのグラフである。 同シミュレーションシステムで計算した外壁表面温度の例を簡易計算の例と比較して示すグラフである。 同シミュレーションシステムで計算した外壁濡れ時間の例を簡易計算の例と比較して示すグラフである。 同シミュレーションシステムで計算した屋根温度の例を簡易計算の例と比較して示すグラフである。 同シミュレーションシステムを用いて作成したマップの例の説明図である。 同シミュレーションシステムで用いる換気回路の例である。

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。この外装材の建物のシミュレーションシステム１は、住宅やその他の建物における部位の劣化因子の物理量を求めるシミュレーションシステムであって、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置１Ａ（オペレーションプログラムを含む）に、図２に概要を示す劣化シミュレーションプログラムをインストールすることで、図１にブロックで示す各機能達成手段を構成したものである。前記情報処理装置１Ａは、コンピュータとして機能するものであれば良く、スマートフォンと呼ばれる多機能型携帯電話機であっても、タブレット形式やその他の形式の携帯情報端末であっても良い。前記劣化シミュレーションプログラムは、コンピュータで実行可能なものである。情報処理装置１Ａは、その筐体に、またはその筐体とは離れて、入力装置２と、出力装置３とが設けられている。入力装置２は、キーボード、マウス、またはタッチパネル等の人が操作して入力する機器、または外部入力端子や、可搬の記憶素子の入力端子、コンピュータ通信手段等である。出力装置３は、液晶表示装置等の画像表示装置、プリンタ、外部出力端子、コンピュータ通信手段等であり、複数種類の装置であっても良いが、図では一つで代表して示している。

この建物のシミュレーションシステム１は、図１に示すように、シミュレーションモデル記憶手段４、劣化計算手段５、マップ作成手段６、入力処理手段７、および出力処理手段８を有する。入力処理手段７は、入力装置２から入力されたデータをシミュレーションモデル記憶手段４等に記憶させ、また入力装置２から入力された処理や確認の指令を劣化計算手段５、マップ作成手段６、および出力処理手段８に伝える手段である。入力処理手段７は、この他に、シミュレーションモデル記憶手段４に記憶させるためのデータの入力を促す画面を、画像表示装置からなる出力装置３に表示させる機能を有する。出力処理手段８は、劣化計算手段５およびマップ作成手段６で作成された結果となる出力を出力装置３に出力する手段である。

前記シミュレーションモデル記憶手段４に記憶させるシミュレーションのモデル９は、建物の部位の材料構成を含む建物データ９ａ、前記材料の物性値を含む材料データ９ｂ、前記建物の建設地の外気温および外気湿度を含む建設地データ９ｃ、および前記部位の環境となる温度，湿度の変化に関するスケジュールデータ９ｄ、および建物の換気部材のデータ９ｅを含む。

前記シミュレーションのモデル９は、詳しくは、建物の平面プラン等の建物の全体を示すモデルと、前記建物の各部位のモデルとで構成される。各部位のモデルは、前記建物の全体を示すモデルにおけるどの部位であるかを示すデータを有する。各部位のモデルは、建物の部屋等の一部分を示すモデルと、その部分を構成するモデルとの階層構造としても良い。建物全体のモデルは、前記建物データ９ａの一部とされる。

前記建物の全体のモデルには、具体例を挙げると、図３に示すように、複数の部屋を有する所定の平面プランとした建物の平面プランデータが用いられる。この平面プランは、例えば日本国の各地域で共通となる標準的な平面プランとされる。平面プランデータには、１階床面積、２階床面積、延べ床面積、各部の寸法（図３に示した各数値）、各部屋の面積等のサイズに係るデータ（図４（Ａ）参照）と、屋根の形式（例えば、切妻、寄棟等の形式）に係るデータ、建物がどの方向を向いているかのデータ等が含まれる。

部位のモデルは、建物の部位、例えば屋根や外壁をモデル化した屋根モデルや外壁モデルである。これら各部位のモデルは、材料構成を有し、部位を設定数の断層の多層体とされる。前記設定数は任意に定める。材料構成は、その部位の各材料である板材やシート等の積層構成である。前記材料構成には、各材料の厚さのデータを含む。各断層の厚さは、厚さのデータとしても、また分割数のデータとしても良い。

図５は屋根モデルの例を示す。この屋根モデルは、前記切妻屋根または寄棟屋根などの傾斜屋根であり、小屋裏空間１１側から順に、屋根板である合板の野地板１２、防水シート１３、および屋根葺材であるスレート１４で構成される。スレート１４は外気１５に面している。
野地板１２およびスレート１４は、いずれも３層の断層１２ａ，１４ａに概念上で分割されている。したがって、この屋根モデルでは、防水シート１３を１層の断層として、合計７層の断層を有する多層体とされている。

図６は外壁モデルの例を示す。この外壁モデルは、屋外側から順に、外壁材１６、断熱材１７、防湿シート１８、空気層１９、および内壁材である石膏ボート２０の積層構造で構成されている。石膏ボート２０は室内に面している。石膏ボート２０にはクロス等の内装シートが貼られていても良いが、この例では内装シートは省略している。外壁材１６は４層の断層１６ａに、断熱材１７は３層の断層１７ａに、石膏ボード２０は３層の断層２０ａにそれぞれ概念上で分割されている。防湿シート１８および空気層１９は、それぞれ１層とされる。したがって、この外壁モデルは合計１２層の断層を有する多層体とされている。

モデル９における材料データ９ｂは、各部位を構成する各材料の物性値のデータである。材料データ９ｂとされる物性値としては、熱伝導率、比熱、密度、空隙率、湿気伝導率や、平衡含水率等がある。

モデル９における建設地データ９ｃは、建設地の経度，緯度等の地理的データの他に、建設地が存在する地域の外気温、外気湿度、日射量、風向、風速、紫外線量等の気象データを含む。これらの各気象データは、例えば、１日、１ヵ月、１年等の平均値とされる。前記地域は、例えば日本全国を同様な気象となる範囲で適宜区分した範囲である。

モデル９におけるスケジュールデータ９ｄは、熱、水蒸気の発生スケジュール、扉、窓の開放スケジュールである。
図７は、熱発生スケジュールの例を示す。同図の例では、熱発生スケジュールは、１時間毎の各部屋の発生熱量（Ｗ）とされている。
図８は、水蒸気発生量スケジュールの例を示す。同図の例では、１時間毎の各部屋の水蒸気発生量（ｇ／ｈ）とされている。図７，図８において、各部屋は、図８に棒グラフのハッチングの種類で分けている。
図９は、冷暖房スケジュールの例を示す。同図の例では、１日について、１時間毎に冷房または暖房を行ったか否かのデータとされている。暖房時は、その暖房を行った室内の温度を２０℃、湿度を６０％であると仮定している。また、冷房時は、その冷房を行った室内の温度を２８℃、湿度を６０％と仮定している。

モデル９における換気部材のデータ９ｅは、換気に関係する部材、例えばサッシ、換気扇、建物の隙間、換気部材の開口面積等の例を示す。

劣化計算手段５は、材料内の熱変化および水蒸気の変化にそれぞれ関する所定の熱の変化方程式および水蒸気の変化方程式を用い、前記モデルから前記建物の部位の劣化因子の物理量を計算する手段である。求める劣化因子は、この例では、各部位、各材料の温度、湿度、含水率、各部屋の温湿度、換気量である。

劣化計算手段５における材料の計算過程は、材料の分割接点数の計算（ステップＳ１）、各分割接点における要素の計算（方程式の組み立て）（ステップＳ２）、その方程式の計算（ステップＳ３）、換気量の計算（ステップＳ４）である。この計算については、後に具体的な式で説明する。この計算の後、計算結果となる各物理量、およびその計算用いた各物理量を出力する（ステップＳ５）。例えば、各部位、各材料の温度、絶対湿度、含水率、各部屋の換気量などを出力する。
なお、上記計算過程のステップＳ１における「分割接点」は、材料を分割した場合の各断層間と材料の両面とであり、「分割接点数」は「断層数＋１」である。例えば３層の断層とする場合、分割接点数は４となる。ステップＳ２に「要素の計算」とある要素は、劣化因子、例えば湿度、絶対温度などである。

マップ作成手段６は、前記劣化計算手段５により計算した結果である地域毎の建物の部位の劣化因子の物理量を、前記地域を示す図に関連付けて示したマップ３０（図１３参照）を作成する手段である。マップ作成手段６は、劣化因子の種類毎に、また各断層ごとのマップ３０を作成する。

出力手段８は、劣化計算手段５の計算結果となる各物理量と、前記マップ作成手段６で作成したマップ３０を、出力装置３へ出力する手段である。

図２は、この建物のシミュレーションシステム１により差分法を用いる場合の計算フローを示す。まず、モデル９を構成する各データの入力を行う（ステップＲ１）。このモデルから差分法で、各部位、各材料の劣化因子の物理量を計算する（ステップＲ２）。その計算結果となる物理量を出力する（ステップＲ３）。

前記劣化因子の物理量の計算方法につき、具体的に説明する。
建物の温度、湿度、各部位の各断面の温度、湿度、含水率を求めるシミュレーションは、例えば次の基礎式（１），（２）を用いて行う。この基礎式（１），（２）および後述の式（３），（４）は、従来から論文で広く知られている式である。

この場合のκ（絶対湿度変化に対する吸放湿特性、およびν（温度変化に対する吸放湿特性）については、非線形で扱うことができる。
（１）式は材料内の熱に関する基礎式であるが、右辺第２項において絶対湿度の項が含まれる。また、（２）式は、材料内の水分に関する基礎式であるが、右辺第２項において温度が含まれており、互いに関連していることを示している。
室内温湿度は（３）式の熱収支式と、（４）式の水分収支式から求める。これら熱収支式（３）および水分収支式（４）の適用については、例えば、図３の平面プランから求めた各部屋の空間と小屋裏空間と床下空間とに、建物１棟の空間を分割し、各空間（各部屋（ｊ室））間の熱および水分の移動の収支を計算する。また、各部屋の容積Ｖ，および部屋構成面積Ｓを用いて行う。この熱収支式（３）および水分収支式（４）は、各部屋ごとに立てる。

各式（１）〜（４）で用いた記号を以下に示す。

（１）〜（４）式を解法する方式として、有限差分法などがある。
換気量の計算は、多数室を換気回路でモデル化し、各部屋に対して室内圧を仮定する方法で各開口部に作用する圧力分布を時間差毎に求めることで計算する方法を用いる。

前記換気回路によるモデル化は、例えば図１４のように行う。同図は、簡明化のために、２部屋の建物の場合の換気回路図を示す。

前記の式（１）〜（４）は、例えば次の式（５）、（６）に示す差分の一般式を代入して展開する。

ここで、ｎ、ｎ+１は時刻、ｍ、ｍ＋１、ｍ−１は分割接点の場所、Δｔは微小時間、Δｘは分割厚さを示す。

式（１）〜（４）は、ｎ時間、ｎ+１時間における各室内温度、各室内絶対湿度、および各分割接点の温度θと絶対湿度Ｘを関連づける多元1次連立方程式となる。これを行列で表すと、式（７）に示す接点数×接点数の正方行列となる。
式（７）は、ｎ+１時間を含むθとＸの項が未知数（求める値）となり、ｎ時間を含むθとＸの項が既知項（現在の値）である。この連立方程式を微小時間Δｔ毎に繰り返し計算することで、温度θと絶対温度Ｘの経時変化が得られる。前記「微小時間Δｔ」は、例えば「1分」とするなど、適宜に定める。

式（７）の通り、ｍ時間における各部屋、分割接点の温度、絶対湿度を使ってｎ＋１時間の温度、絶対湿度を予測する。式（１）〜（４）の各記号が示す数値のうち、その他の値はモデルによって定まる。ただし、Ｋ、νについては、材料の温度と絶対湿度で定まる。
なお、式（７）から分かるように、前記式（１）、式（２）は、各接点と各部屋を含めて立てる。

この建物のシミュレーションシステム１により、例えば、図３に示すプランにおいて、例えば図５，図６に示すように各部位をモデル化したモデル９を用い、複数都市について年間シミュレーションを行う。シミュレーションでは、図７，図８に示す４人家族の一般的な熱・水蒸気スケジュールを考慮する。また、主要な室内には期間に応じて図９に示す冷暖房スケジュール（部分間欠冷暖房）を与える。冷暖房を行わない時間、部屋については、なりゆきの温湿度になる非定常な状況が再現される。

南面の外壁表面温度（図６のＢ点）について、この建物のシミュレーションシステム１を用いた１年間の精密シミュレーションから求めた結果と、気象データから簡易的に求めた結果とを、図１０（２０都市分）で比較する。簡易計算と精密シミュレーションの結果は一致しない。壁面温度は外気温や日射量の影響だけではなく、室内側の温度の影響や、熱容量による蓄熱があるため、簡易計算よりも高くなる。

次に、図１１にＢ点の濡れ時間（外壁表面の相対湿度が８０％以上になる時間）を精密シミュレーションから求めたものと気象データから簡易計算とで比較する。濡れ時間は外壁の凍害被害や藻などの汚れ被害を決定する因子である。濡れ時間も簡易計算と説明計算では一致しない。図１０で示すように、精密シミュレーションの方が温度が高くなるため、濡れ時間（相対湿度）としては、精密シミュレーションの方が少なくなる傾向がある。

屋根モデル（図５のＡ点）における野地板１２の外気側表面温度の年間平均値を図１２（２０都市分）に示す。横軸は屋根表面温Ｃ点における気象データから簡易的に求めた計算結果である。簡易計算の場合、野地板１２の外気側表面（Ａ点）の温度は、小屋裏で空気温度が定まらないため、求めることはできないが、精密シミュレーションでは可能になっていることを示している。

図３に、このシミュレーションシステム１による精密シミュレーションの結果を用いたマップ３０の例を示す。このマップ３０は、地理的な場所を示す地図、具体的には日本地図を、外壁の表面（図６のＢ点）の年間平均温度を数段階に区分した各区分によって複数の地域に分け、その各地域毎に異なる色で示した図である。
なお、地理的な場所を示す地図の作成については、市販のソフトウェアを用いる。

この建物のシミュレーションシステム１によると、建物を多数室とし、建物の部位を多層の積層体としてモデル化し、構成材料の各時刻の温度や水分（湿度、含水率）の分布を、その発生スケジュールなどを加味して求めるシミュレーションを、全国の気象データを用いて行う過程を加え、求めた部位の温度、湿度等の物理量を断層毎にマップ化する。
細密なシミュレーション過程を加えることで、建物各部位の材料の種類、層構成を考慮でき、表層だけではなく下地材等の隠蔽部の劣化因子の物理量を知ることも可能となる。
建物１棟を基本とするシミュレーションのため、同時刻における方位の影響も考慮され、部位単独のシミュレーションを用いたような安全を見込んだ過剰な評価を避けることが可能となる。
個々の材料について経年による物性値変化を考慮すれば、より実際の経年劣化に則したマップの作成が可能になる。
建物側の部屋条件（用途、生活スケジュール）を揃えたマップができるため、地域の差（気象条件の差）の影響を正確でかつ短時間で知ることが可能になる。
建物の断熱性能等の仕様が異なっていても、再計算により簡単に、マップを作成できる。

この実施形態の効果を纏め直して次に示す。
・各地域について１回のシミュレーションで、シミュレーションモデル９における各断層毎のマップ、小屋裏、床下などの隠蔽部の温熱環境のマップ、季節ごとの換気量マップなどの作成が可能である。
・平均値のマップのみならず、最大、最小値など、目的に応じたマップの作成が可能である。
・異なる建物のプラン、断熱性能等の仕様に対応したマップ作成が、プランのデータや断熱仕様のデータの変更だけで可能になる。
・地域による仕様差や生活スタイル、家族構成などに影響されないマップの作成が可能である。
・住まい方の違いによるマップの作成が可能になる。
・実測では得られない、材料内の水分（含水率など）のマップの作成か可能になる。
・個々の材料について、経年による物性値変化を考慮すれば、より実際の経年変化に則したマップの作成が可能になる。

１…建物のシミュレーションシステム
１Ａ…情報処理装置
２…入力装置
３…出力装置
４…シミュレーションモデル記憶手段
５…劣化計算手段
６…マップ作成手段
７…入力処理手段
８…出力処理手段
９…モデル
９ａ…建物データ
９ｂ…材料データ
９ｃ…建設地データ
９ｄ…スケジュールデータ
９ｅ…換気部材のデータ
１２ａ，１４ａ，１７ａ，２０ａ…断層
３０…マップ

Claims (10)

1. 建物の部位の劣化因子の物理量を求めるシミュレーションシステムであって、
   シミュレーションのモデルとして、前記建物の部位の材料構成を含む建物データ、前記材料の物性値を含む材料データ、前記建物の建設地の外気温および外気湿度を含む建設地データ、および前記部位の環境となる温度，湿度の変化に関するスケジュールデータを有するモデルを記憶したシミュレーションモデル記憶手段と、
   材料内の熱変化および水蒸気の変化にそれぞれ関する所定の熱の変化方程式および水蒸気の変化方程式を用い、前記モデルから前記建物の部位の劣化因子の物理量を計算する劣化計算手段とを含み、
   前記シミュレーションのモデルは、前記建物が複数の部屋を有する平面プランとされた平面プランデータを前記建物データとして含む建物の全体を示すモデルと、前記建物の各部位のモデルとで構成され、前記各部位のモデルは、前記建物の全体を示すモデルにおけるどの部位であるかを示すデータを有し、
   前記劣化計算手段は、前記平面プランデータを、前記部位の前記劣化因子の物理量の計算に用いる
   建物のシミュレーションシステム。
2. 請求項１に記載の建物のシミュレーションシステムにおいて、前記シミュレーションモデル記憶手段は、前記建物データの前記材料構成を、前記部位を設定数の断層の多層体として示した材料構成とし、前記劣化因子量計算手段は、前記部位の前記各断層毎の前記劣化因子の物理量を計算する建物のシミュレーションシステム。
3. 請求項１または請求項２に記載の建物のシミュレーションシステムにおいて、前記物理量を求める前記劣化因子は、建物の部位の温度、湿度、含水率のいずか一つまたは複数を含む建物のシミュレーションシステム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の建物のシミュレーションシステムにおいて、前記劣化計算手段は、前記熱の変化方程式および水蒸気の変化方程式の他に、前記建物の室内温度および室内湿度にそれぞれ関する所定の熱収支式および水分収支式を用いる建物のシミュレーションシステム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の建物のシミュレーションシステムにおいて、前記シミュレーションモデル記憶手段は前記建物の換気部材のデータを有し、前記劣化計算手段は各部屋の換気量を、前記建物の部位の劣化因子の物理量の一つとして求める建物のシミュレーションシステム。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の建物のシミュレーションシステムにおいて、前記シミュレーションモデル記憶手段は、前記スケジュールデータとして、前記建物において熱および水蒸気を発生する量が変化するスケジュールを記憶し、前記劣化計算手段は、前記変化するスケジュールを反映させて前記建物の部位の劣化因子の物理量を求める建物のシミュレーションシステム。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の建物のシミュレーションシステムにおいて、前記劣化計算手段は、材料の経年による物性値変化を用いて前記建物の部位の劣化因子の物理量を求める建物のシミュレーションシステム。
8. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の建物のシミュレーションシステムにおいて、前記劣化計算手段は、前記建物に生じる設定時間毎の変化の繰り返し計算によって前記建物の部位の劣化因子の物理量を求める建物のシミュレーションシステム。
9. 請求項１に記載の建物のシミュレーションシステムにおいて、前記建物の部位が屋根または外壁であって、これら屋根または外壁のシミュレーションのモデルは、これら屋根または外壁を構成する材料毎の断層に分割され、かつ少なくとも一つの材料の断層については、さらに複数の断層に分割された建物のシミュレーションシステム。
10. 建物のシミュレーションシステムを用いる建物の劣化因子マップの作成方法であって、 前記建物のシミュレーションシステムは、
    建物の部位の劣化因子の物理量を求めるシミュレーションシステムであり、
    シミュレーションのモデルとして、前記建物の部位の材料構成を含む建物データ、前記材料の物性値を含む材料データ、前記建物の建設地の外気温および外気湿度を含む建設地データ、および前記部位の環境となる温度，湿度の変化に関するスケジュールデータを有するモデルを記憶したシミュレーションモデル記憶手段と、
    材料内の熱変化および水蒸気の変化にそれぞれ関する所定の熱の変化方程式および水蒸気の変化方程式を用い、前記モデルから前記建物の部位の劣化因子の物理量を計算する劣化計算手段とを含み、
    前記建物のシミュレーションシステムを用いて、前記建物が建設される各地域毎に、その地域の気象条件となる外気温および外気湿度を前記シミュレーションモデル記憶手段に記憶させ、この記憶させた情報を用いて前記劣化計算手段により計算した結果である前記地域毎の前記建物の部位の劣化因子の物理量を、前記地域を示す図に関連付けた劣化因子マップを作成する建物の劣化因子マップの作成方法。

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