JP6084224B2 - 気象再現方法及び気象再現装置 - Google Patents
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Description
1.屋外に配置されて、周囲の気象条件により影響を受けるとともに、空気を熱源、動力源、及び反応物の何れかとして利用する空気利用装置を設計するために、気象シミュレーションにより気象を再現する気象再現方法であって、
時刻及び領域に関係付けられ、少なくとも風向データを含む複数の気象情報から、前記空気利用装置が配置される配置場所を含む領域、及び、ある期間を通した複数の時刻に関係づけられる気象情報のセットを選択し、
前記気象情報のセットの各々を入力データとして、気象シミュレーションのための気象解析モデルに従う前記気象情報の微分方程式を解いて、前記気象情報の領域より狭い領域に関係づけられる第1狭域気象情報のセットを生成し、
前記第1狭域気象情報のセットのうち、前記配置場所を含む領域を対象とする第2狭域気象情報のセットを選択し、
前記空気利用装置の配置方向を決定するために、前記第2狭域気象情報のセットに含まれる風向データを用いて、最も累積頻度が高くなる風向を算定し、
前記算定した風向に基づいて、風上にある前記空気利用装置の排出部により排出したガスを、風下にある前記空気利用装置の吸込み部が吸い込まないように、前記領域に前記空気利用装置を配置する配置図を生成することを特徴とする気象再現方法。
これにより、空気利用装置の設計に必要な風向データがない場合でも、精度の高い風向データを再現できるので、所望の性能を満たす空気利用装置の設計が可能になる。また、適切な空気利用装置の配置場所を得ることができる。
2.屋外に配置されて、周囲の気象条件により影響を受けるとともに、空気を熱源、動力源、及び反応物の何れかとして利用する空気利用装置を設計するために、気象シミュレーションにより気象を再現する気象再現方法であって、
時刻及び領域に関係付けられ、少なくとも風向データを含む複数の気象情報から、前記空気利用装置が配置される配置場所を含む領域、及び、ある期間を通した複数の時刻に関係づけられる気象情報のセットを選択し、
前記気象情報のセットの各々を入力データとして、気象シミュレーションのための気象解析モデルに従う前記気象情報の微分方程式を解いて、前記気象情報の領域より狭い領域に関係づけられる第1狭域気象情報のセットを生成し、
前記第1狭域気象情報のセットのうち、前記配置場所を含む領域を対象とする第2狭域気象情報のセットを選択し、
前記空気利用装置の配置方向を決定するために、前記第2狭域気象情報のセットに含まれる風向データを用いて、最も累積頻度が高くなる風向を算定し、
前記第2狭域気象情報を、3次元の流体力学式で演算して、前記第2狭域気象情報より狭い領域の気象場情報を算定し、
前記気象場情報を用いて、前記空気利用装置が吐き出して温められた空気が、前記空気利用装置の吸込み部に再循環する流れを算定することを含むことを特徴とする気象再現方法。
これにより、気象シミュレーションでは得ることができない細かいグリッドでの排出ガスの流れがわかるので、再循環の流れがわかり、それにより、適切な空気利用装置の配置場所を得ることができる。
3.前記第1狭域気象情報のセット生成ステップは、前記気象情報が対象とする領域の風向、風速、温度の少なくとも1つを含む観測データを用いて、前記第1狭域気象情報のセットを再算定すること、をさらに備える項目1に記載の気象再現方法。
これにより、利用可能な現地のデータを用いて気象シミュレーションの精度を上げることができる。
4.前記空気利用装置が配置される領域が、整地、土地利用、設備設置の何れかにより、前記気象情報の地形と異なる場合、前記整地、土地利用、設備設置の何れかを反映した地形情報に基づいて、前記第1狭域気象情報のセットを再算定することをさらに備える項目1〜3の何れか1項に記載の気象再現方法。
5.前記第1、及び第2狭域気象情報は、3次元のデータであり、風向、風速、乱流エネルギー、日射、気圧、雨量、湿度、及び温度を少なくとも1つ含む、項目1〜4の何れか1項に記載の気象再現方法。
6.屋外に配置されて、周囲の気象条件により影響を受けるとともに、空気を熱源、動力源、及び反応物の何れかとして利用する空気利用装置を設計するために、気象シミュレーションにより気象を再現する気象再現装置であって、
時刻及び領域に関係付けられ、少なくとも風向データを含む複数の気象情報から取得した前記空気利用装置が配置される配置場所を含む領域、及び、ある期間を通した複数の時刻に関係づけられる気象情報のセットを格納する記憶部と、
前記気象情報のセットを選択し、
前記気象情報のセットの各々を入力データとして、気象シミュレーションのための気象解析モデルに従う前記気象情報の微分方程式を解いて、前記気象情報の領域より狭い領域に関係づけられる第1狭域気象情報のセットを生成し、
前記第1狭域気象情報のセットのうち、前記配置場所を含む領域を対象とする第2気象情報のセットを選択し、
前記第2気象情報のセットに含まれる風向データを用いて、前記空気利用装置の配置方向を決定するために、最も累積頻度が高くなる風向を算定し、
前記算定した風向に基づいて、風上にある前記空気利用装置の吐出部により排出したガスを、風下にある前記空気利用装置の吸込み部が吸い込まないように、前記領域に前記空気利用装置を配置する配置図を生成する処理部と、
を備える気象再現装置。
7.
屋外に配置されて、周囲の気象条件により影響を受けるとともに、空気を熱源、動力源、及び反応物の何れかとして利用する空気利用装置を設計するために、気象シミュレーションにより気象を再現する気象再現装置であって、
時刻及び領域に関係付けられ、少なくとも風向データを含む複数の気象情報から取得した前記空気利用装置が配置される配置場所を含む領域、及び、ある期間を通した複数の時刻に関係づけられる気象情報のセットを格納する記憶部と、
前記気象情報のセットを選択し、
前記気象情報のセットの各々を入力データとして、気象シミュレーションのための気象解析モデルに従う前記気象情報の微分方程式を解いて、前記気象情報の領域より狭い領域に関係づけられる第1狭域気象情報のセットを生成し、
前記第1狭域気象情報のセットのうち、前記配置場所を含む領域を対象とする第2気象情報のセットを選択し、
前記第2気象情報のセットに含まれる風向データを用いて、前記空気利用装置の配置方向を決定するために、最も累積頻度が高くなる風向を算定し、
前記第2狭域気象情報を、3次元の流体力学式で演算して、前記気象データより狭い領域の気象場情報を算定し、
前記気象場情報を用いて、前記空気利用装置が吐き出して温められた空気が、前記空気利用装置の吸込み部に再循環する流れを算定する処理部と、
を備える気象再現装置。
8.前記処理部は、前記第1狭域気象情報のセット生成ステップは、前記気象情報が対象とする領域の風向、風速、温度の少なくとも1つを含む観測データを用いて、前記第1狭域気象情報のセットを再算定する、項目6又は7に記載の気象再現装置。
9.前記空気利用装置が配置される領域が、整地、土地利用、設備設置の何れかにより、前記気象情報の地形と異なる場合、前記整地、土地利用、設備設置の何れかを反映した地形情報に基づいて、前記第1狭域気象情報のセットを再算定することをさらに備える項目6〜8の何れか1項に記載の気象再現装置。
10.前記第1、及び第2狭域気象情報は、3次元のデータであり、風向、風速、乱流エネルギー、日射、気圧、雨量、湿度、及び温度を少なくとも1つ含む、項目6〜9の何れか1項に記載の気象再現装置。
気象解析モデルとは、様々な物理モデルを含み、それらをコンピュータで解くことで、空間解像度の高い気象の再現計算を行うことで、気象シミュレーションできる。気象シミュレーションの利点としては、現地観測に比べて、空間解像度の高い気象情報を推定することができる点にある。
Research & Forecasting Model)がある。WRFには、さまざまな物理モデルが含まれている。物理モデルには、日射量及び大気放射量を計算する放射モデル、乱流混合層を表現する乱流モデル、地表面温度、土壌温度、土中水分量、積雪量、地表面フラックスを算出する地表面モデルなどがある。
数値流体解析とは、流体の運動に関する方程式をコンピュータで解く、数値流体力学(Computational
Fluid Dynamics)を応用し、流れを観察する数値解析及びシミュレーション手法を言う。具体的には、流体力学式であるナビエストークス方程式を用い、有限体積法(Finite Volume Method)により空間的に流体の状況を算定する。数値流体解析の手順としては、検討対象とする施設の構造を再現した3Dモデルデータの作成工程、検討対象範囲を、計算最小単位となる格子に分割を行う格子生成工程、コンピュータを用いて、初期値、及び境界値を取り込み、各格子における流体力学式を解く工程、解析結果により得られる諸値(流速、圧力等)をコンター表示やベクトル表示などの画像として出力する出力工程を含む。
気象再現装置は、気象解析モデル、及び、数値流体解析を実施して、空気利用装置が配置される狭域の狭域気象情報を算定する。また、気象再現装置は、後述する設計温度算定処理、又は、風配図生成処理を行ってもよい。
図3Aは、空気利用装置の一例を示す図である。図3Aに示す空気利用装置100は、屋外に配置されて、周囲の気象条件により影響を受けるとともに、空気を熱源、動力源、及び反応物の何れかとして利用する。空気利用装置100は、必ずしも必須の構成要素ではないが、空気を吸い込む吸込み部101、吸込み部で吸込まれた空気を用いて熱交換、反応、及び動力回収の何れかをする操作部102、熱交換、反応、及び動力回収の何れかの操作により放出されるガスを吐き出す排出部103を備える。
図4は、広域気象情報の一例を示す図である。図4に示す広域気象情報A100には、空気利用装置100が配置される領域が示される。1100は、海岸線を示す。湾岸線1100の紙面に向かい左側が、海であり、右側が陸である。図5は、狭域気象情報の一例の一例を示す図である。図5には、気象シミュレーションの対象となる領域が示され、領域は、気象シミュレーションを行うために、複数の領域A1〜A15に区画され、それぞれが計算グリッドに対応する。例えば、グリッド解像度が9kmの場合、計算領域は549km×549kmであり、グリッド解像度が3kmの場合、計算領域は93km×93kmであり、グリッド解像度が1kmの場合、計算領域は549km×549kmである。よって、これら領域A1〜A15は、東西方向及び南北方向に1〜9kmの距離間隔で、格子状に評価地点が設定される。
図7Aは、狭域気象情報より得られた温度データと、風速データの一例を示す図である。狭域気象情報は、例えば、3年間の時間にわたり得られるが、図7では例として2009年のデータを示す。
図9は、狭域気象情報の風向データから得られる風配図である。風配図とは、ある地点のある期間における、各方位の風向および風速の頻度を表した図である。周囲方向に延びるほど、累積頻度が高い。また、そのときの風速も、網掛け表示などにより示される。この時得られる最も累積頻度が高い風向きを主風向という。図9では、主風向は、300で示される。方位記号310は、主風向300に対応する。以下に説明する図では、方位記号の南(S)が、主風向であることを示す。
図10A及び図10Bは、主風向とエアフィンクーラの関係を示す図である。図10Aに示すエアフィンクーラ100A−1、100A−2は、主風向300に対して、風上にあるエアフィンクーラ100A−1の排出部により排出したガスを、風下にあるエアフィンクーラ100A−2の吸込み部が吸い込むように配置される。このように配置される場合、エアフィンクーラ100A−2は、熱い排出ガスを冷却ガスとして利用するため、所望の熱交換が行えなくなり、図8に示したように、所定の性能を満たせなくなる。
図13は、温度解析設計のフローチャートの一例を示す図である。気象再現装置90の処理部14は、気象解析プログラムを実行して、時刻及び領域に関係付けられ、少なくとも温度データを含む複数の気象情報を含む気象データベースから、空気利用装置が配置される配置場所を含む領域、及び、ある期間を通した複数の時刻に関係づけられる気象情報のセットを選択する処理を行う(S101)。
図14は、温度解析設計のフローチャートの一例を示す図である。図示するステップS201〜S203は、図13のS101〜S103に相当する。気象再現装置90の処理部14は、風配図生成プログラムを実行して、空気利用装置の配置方向を決定するために、第2狭域気象情報のセットに含まれる風向データを用いて、最も累積頻度が高くなる風向を算定する処理を行う(S204)。さらに、気象再現装置90の処理部14は、配置図生成プログラムを実行して、算定した風向に基づいて、空気利用装置を、風上にある空気利用装置の吐出排出部により排出したガスを、風下にある前記空気利用装置の吸込み部が吸い込まないように、前記領域に前記空気利用装置を配置する配置図を生成する。
Claims (10)
- 屋外に配置されて、周囲の気象条件により影響を受けるとともに、空気を熱源、動力源、及び反応物の何れかとして利用する空気利用装置を設計するために、気象シミュレーションにより気象を再現する気象再現方法であって、
時刻及び領域に関係付けられ、少なくとも風向データを含む複数の気象情報から、前記空気利用装置が配置される配置場所を含む領域、及び、ある期間を通した複数の時刻に関係づけられる気象情報のセットを選択し、
前記気象情報のセットの各々を入力データとして、気象シミュレーションのための気象解析モデルに従う前記気象情報の微分方程式を解いて、前記気象情報の領域より狭い領域に関係づけられる第1狭域気象情報のセットを生成し、
前記第1狭域気象情報のセットのうち、前記配置場所を含む領域を対象とする第2狭域気象情報のセットを選択し、
前記空気利用装置の配置方向を決定するために、前記第2狭域気象情報のセットに含まれる風向データを用いて、最も累積頻度が高くなる風向を算定し、
前記算定した風向に基づいて、風上にある前記空気利用装置の排出部により排出したガスを、風下にある前記空気利用装置の吸込み部が吸い込まないように、前記領域に前記空気利用装置を配置する配置図を生成することを特徴とする気象再現方法。 - 屋外に配置されて、周囲の気象条件により影響を受けるとともに、空気を熱源、動力源、及び反応物の何れかとして利用する空気利用装置を設計するために、気象シミュレーションにより気象を再現する気象再現方法であって、
時刻及び領域に関係付けられ、少なくとも風向データを含む複数の気象情報から、前記空気利用装置が配置される配置場所を含む領域、及び、ある期間を通した複数の時刻に関係づけられる気象情報のセットを選択し、
前記気象情報のセットの各々を入力データとして、気象シミュレーションのための気象解析モデルに従う前記気象情報の微分方程式を解いて、前記気象情報の領域より狭い領域に関係づけられる第1狭域気象情報のセットを生成し、
前記第1狭域気象情報のセットのうち、前記配置場所を含む領域を対象とする第2狭域気象情報のセットを選択し、
前記空気利用装置の配置方向を決定するために、前記第2狭域気象情報のセットに含まれる風向データを用いて、最も累積頻度が高くなる風向を算定し、
前記第2狭域気象情報を、3次元の流体力学式で演算して、前記第2狭域気象情報より狭い領域の気象場情報を算定し、
前記気象場情報を用いて、前記空気利用装置が吐き出して温められた空気が、前記空気利用装置の吸込み部に再循環する流れを算定することを含むことを特徴とする気象再現方法。 - 前記第1狭域気象情報のセット生成ステップは、前記気象情報が対象とする領域の風向、風速、温度の少なくとも1つを含む観測データを用いて、前記第1狭域気象情報のセットを再算定すること、をさらに備える請求項1又は2に記載の気象再現方法。
- 前記空気利用装置が配置される領域が、整地、土地利用、設備設置の何れかにより、前記気象情報の地形と異なる場合、前記整地、土地利用、設備設置の何れかを反映した地形情報に基づいて、前記第1狭域気象情報のセットを再算定することをさらに備える請求項1〜3の何れか1項に記載の気象再現方法。
- 前記第1、及び第2狭域気象情報は、3次元のデータであり、風向、風速、乱流エネルギー、日射、気圧、雨量、湿度、及び温度を少なくとも1つ含む、請求項1〜4の何れか1項に記載の気象再現方法。
- 屋外に配置されて、周囲の気象条件により影響を受けるとともに、空気を熱源、動力源、及び反応物の何れかとして利用する空気利用装置を設計するために、気象シミュレーションにより気象を再現する気象再現装置であって、
時刻及び領域に関係付けられ、少なくとも風向データを含む複数の気象情報から取得した前記空気利用装置が配置される配置場所を含む領域、及び、ある期間を通した複数の時刻に関係づけられる気象情報のセットを格納する記憶部と、
前記気象情報のセットを選択し、
前記気象情報のセットの各々を入力データとして、気象シミュレーションのための気象解析モデルに従う前記気象情報の微分方程式を解いて、前記気象情報の領域より狭い領域に関係づけられる第1狭域気象情報のセットを生成し、
前記第1狭域気象情報のセットのうち、前記配置場所を含む領域を対象とする第2気象情報のセットを選択し、
前記第2気象情報のセットに含まれる風向データを用いて、前記空気利用装置の配置方向を決定するために、最も累積頻度が高くなる風向を算定し、
前記算定した風向に基づいて、風上にある前記空気利用装置の吐出部により排出したガスを、風下にある前記空気利用装置の吸込み部が吸い込まないように、前記領域に前記空気利用装置を配置する配置図を生成する処理部と、
を備える気象再現装置。 - 屋外に配置されて、周囲の気象条件により影響を受けるとともに、空気を熱源、動力源、及び反応物の何れかとして利用する空気利用装置を設計するために、気象シミュレーションにより気象を再現する気象再現装置であって、
時刻及び領域に関係付けられ、少なくとも風向データを含む複数の気象情報から取得した前記空気利用装置が配置される配置場所を含む領域、及び、ある期間を通した複数の時刻に関係づけられる気象情報のセットを格納する記憶部と、
前記気象情報のセットを選択し、
前記気象情報のセットの各々を入力データとして、気象シミュレーションのための気象解析モデルに従う前記気象情報の微分方程式を解いて、前記気象情報の領域より狭い領域に関係づけられる第1狭域気象情報のセットを生成し、
前記第1狭域気象情報のセットのうち、前記配置場所を含む領域を対象とする第2気象情報のセットを選択し、
前記第2気象情報のセットに含まれる風向データを用いて、前記空気利用装置の配置方向を決定するために、最も累積頻度が高くなる風向を算定し、
前記第2狭域気象情報を、3次元の流体力学式で演算して、前記気象データより狭い領域の気象場情報を算定し、
前記気象場情報を用いて、前記空気利用装置が吐き出して温められた空気が、前記空気利用装置の吸込み部に再循環する流れを算定する処理部と、
を備える気象再現装置。 - 前記処理部は、前記第1狭域気象情報のセット生成ステップは、前記気象情報が対象とする領域の風向、風速、温度の少なくとも1つを含む観測データを用いて、前記第1狭域気象情報のセットを再算定する、請求項6又は7に記載の気象再現装置。
- 前記空気利用装置が配置される領域が、整地、土地利用、設備設置の何れかにより、前記気象情報の地形と異なる場合、前記整地、土地利用、設備設置の何れかを反映した地形情報に基づいて、前記第1狭域気象情報のセットを再算定することをさらに備える請求項6〜8の何れか1項に記載の気象再現装置。
- 前記第1、及び第2狭域気象情報は、3次元のデータであり、風向、風速、乱流エネルギー、日射、気圧、雨量、湿度、及び温度を少なくとも1つ含む、請求項6〜9の何れか1項に記載の気象再現装置。
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