JP7231374B2 - 室内温熱環境解析方法 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 （１）一般社団法人日本建築学会が平成３０年７月２０日に発行した「２０１８年度大会（東北）学術講演梗概集」において発表（予稿発表） （２）一般社団法人日本建築学会が平成３０年９月４日～６日に開催した「２０１８年度日本建築学会大会（東北）」において平成３０年９月６日に発表（学会発表）

本発明は、大規模な室内空間の温熱環境を解析する室内温熱環境解析方法に関する。

従来より、空調システムをコンピュータで解析する空調システム解析方法が提案されている（特許文献１）。特許文献１に記載の手法は、１００ｍ^３程度の小規模な室内空間を対象として、空調システムシミュレーション（例えば、ＨＶＡＣＳＩＭ＋）と数値流体力学（ＣＦＤ：Computational Fluid Dynamics）を連成させたものである。この特許文献１に記載の手法では、室内空間の温熱気流分布を考慮しつつ、空調システムを解析することができる。
なお、数値流体力学とは、ＮＳ（Ｎａｖｉｅｒ Ｓｔｏｋｅｓ）方程式等の流体方程式をコンピュータで解くことで、流体をシミュレーションする手法である。

特許第４３９０１６４号公報

近年、半導体製造工場のクリーンルーム等においても、省エネ化を図るため、空調システムを解析したいという強い要望がある。しかしながら、前記した従来技術は、クリーンルームのような、１０００ｍ^３以上の大規模な室内空間に適用した場合、解析時間が長く、解析精度が低くなるという問題がある。

そこで、本発明は、解析時間が短く、解析精度が高い室内温熱環境解析方法を提供することを課題とする。

前記した課題に鑑みて、本発明に係る室内温熱環境解析方法は、大規模な室内空間を表した室内モデルと、室内空間に空気を循環させる循環空調機を表した空調設備モデルとを用いて、室内空間の温熱環境を解析する室内温熱環境解析方法であって、カスケード制御のシミュレーションにおけるサンプリングタイムを設定する設定ステップと、室内空間の還気温度及び室内温度が収束するまで、室内モデルを用いて、循環空調機の給気温度を境界条件として、所定の解析間隔で室内空間の数値流体力学を行う解析ステップと、解析間隔に解析サイクルを実行した回数を表す解析カウンタを乗じた解析時間がサンプリングタイムの倍数である場合、カスケード制御のシミュレーションを行うと判定する判定ステップと、判定ステップでカスケード制御を行うと判定した場合、空調設備モデルを用いて、スレーブ側ＰＩ制御において循環空調機の給気温度制御値を算出する前記カスケード制御のシミュレーションを行う制御ステップと、制御ステップで給気温度制御値を算出した場合、次回以降の解析ステップで境界条件として用いる給気温度を給気温度制御値で更新する更新ステップと、予め設定された終了条件を満たしているか否かを判定し、終了条件を満たしていない場合、解析ステップの処理に戻り、終了条件を満たしている場合、処理を終了する終了ステップと、を備えることを特徴とする。

かかる室内温熱環境解析方法によれば、数値流体力学とカスケード制御（ＰＩ制御）とを連成解析できると共に、適切なサンプリングタイムでカスケード制御を行うことができる。これにより、従来技術で時間を要していた空調システムシミュレーションを省略できるので、解析時間を短く、解析精度を高くすることができる。

また、本発明に係る室内温熱環境解析方法において、室内モデルは、室内空間と、天井プレナムチャンバと、床下レタンチャンバとを解析対象領域として表し、天井プレナムチャンバ及び床下レタンチャンバを接続するレタンダクトと、室内温度を計測する室内温度計測位置と、循環空調機の給気温度を計測する給気温度計測位置とを有し、空調設備モデルは、レタンダクトから還気された空気を温度制御してレタンダクトに給気する循環空調機を表すことが好ましい。
かかる室内温熱環境解析方法によれば、解析精度をより向上させることができる。

また、本発明に係る室内温熱環境解析方法において、解析ステップでは、カスケード制御のシミュレーションとして、室内温度計測位置の室内温度と予め設定された目標室内温度との関係から第１制御値を算出するマスタ側ＰＩ制御と、第１制御値を目標給気温度として設定し、給気温度計測位置の給気温度と目標給気温度との関係から給気温度制御値を算出するスレーブ側ＰＩ制御と、を実行することが好ましい。

かかる室内温熱環境解析方法によれば、解析ステップにおいて、従来のカスケード制御で制御目標値としていた冷水弁制御値を給気温度制御値に置き換えたので、解析時間をより短く、解析精度をより高くすることができる。

また、本発明に係る室内温熱環境解析方法において、設定ステップでは、マスタ側ＰＩ制御のＩ値とスレーブ側ＰＩ制御のＩ値との最大公約数、かつ、最大公約数が数値流体力学の解析間隔で割り切れる値をサンプリングタイムとして設定することが好ましい。

かかる室内温熱環境解析方法によれば、適切なサンプリングタイムでカスケード制御を行うので、数値流体力学とカスケード制御とを連成する際のオーバーシュートを抑制することができる。

また、本発明に係る室内温熱環境解析方法において、室内空間は、半導体製造工場のクリーンルームであることが好ましい。
かかる室内温熱環境解析方法によれば、大規模な室内空間を有する半導体製造工場のクリーンルームにおいて、温熱環境の解析時間を短く、解析精度を高くすることができる。

本発明によれば、数値流体力学とカスケード制御とを連成解析すると共に、適切なサンプリングタイムでカスケード制御を行うことができる。これにより、従来技術で時間を要していた空調システムシミュレーションを省略できるので、解析時間を短く、解析精度を高くすることができる。

実施形態において、室内モデル及び空調設備モデルを表す概念図である。 実施形態に係る室内温熱環境解析処理を示すフローチャートである。 実施例において、サンプリングタイムを０．５秒と４０秒とした場合において、室内温度と給気温度の時間推移を示すグラフである。 実施例において、室内温熱環境解析処理の解析結果の一例を示す、クリーンルームのパース画像である。 実施例において、室内温熱環境解析処理の解析結果の一例を示す、クリーンルームにおける空調制御箇所の断面画像である。 実施例において、シミュレーションを３時間継続したときの室内温度及び給気温度の変化を示すグラフである。 実施例において、クリーンルームでのエネルギ収支を算出した結果を示すグラフである。

（実施形態）
［室内モデル、空調設備モデル］
以下、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態において、同一の手段には同一の符号を付し、説明を省略した。

図１を参照し、本実施形態で用いる室内モデル１及び空調設備モデル２について説明する。
図１に示すように、室内モデル１及び空調設備モデル２は、コンピュータで室内空間の温熱環境を解析（シミュレーション）するために、室内空間及び空調設備をモデル化したものである。例えば、室内モデル１及び空調設備モデル２は、後記する室内温熱環境解析処理を実行するコンピュータに予め記憶させておく。

室内モデル１は、大規模な室内空間を表したモデルである。本実施形態では、室内モデル１が、半導体製造工場のクリーンルームを表すこととする。この室内モデル１では、解析対象領域として、クリーンルーム１０、天井プレナムチャンバ１１、及び、床下レタンチャンバ１２が設定されている。また、室内モデル１では、室内温度センサ１３、レタンダクト１４、給気温度センサ１５、ファンフィルタユニット（ＦＦＵ：Fan Filter Unit）１６が設定されている。

クリーンルーム１０は、１０００ｍ^３以上の大規模な室内空間を有しており、例えば、清浄度クラスが１０００である。このクリーンルーム１０には、室内温度センサ１３及び半導体製造装置３０が配置されている。また、クリーンルーム１０には、ファンフィルタユニット１６からの給気孔（不図示）が天井に設けられ、床下レタンチャンバ１２への還気孔（不図示）が床下に設けられる。

天井プレナムチャンバ１１は、クリーンルーム１０に給気する空気を溜める空間である。この天井プレナムチャンバ１１は、天井を挟んで、クリーンルーム１０の上側に位置する。天井プレナムチャンバ１１内の空気は、後記するファンフィルタユニット１６により、天井の給気孔を通じてクリーンルーム１０に給気される。

床下レタンチャンバ１２は、クリーンルーム１０から還気された空気を溜める空間である。この床下レタンチャンバ１２は、床下を挟んで、クリーンルーム１０の下側に位置する。クリーンルーム１０内の空気は、床下の還気孔を通じて、床下レタンチャンバ１２に還気される。

室内温度センサ１３は、クリーンルーム１０の室内温度を計測するセンサである。つまり、室内温度センサ１３の位置が、クリーンルーム１０の室内温度を計測する室内温度計測位置となる。例えば、室内温度センサ１３は、クリーンルーム１０の天井であって、半導体製造装置３０に対向するように取り付けられている。この室内温度センサ１３が計測する室内温度は、後記するカスケード制御（マスタ側ＰＩ制御）のフィードバック信号として利用される。

レタンダクト１４は、天井プレナムチャンバ１１及び床下レタンチャンバ１２を接続するダクトである。レタンダクト１４は、天井プレナムチャンバ１１及び床下レタンチャンバ１２の間を接続する胴部１４_１を有する。また、レタンダクト１４には、床下レタンチャンバ１２の側壁から突出するように、胴部１４_１の一端に還気孔１４_ＩＮが設けられる。また、レタンダクト１４には、天井プレナムチャンバ１１の側壁から突出するように、胴部１４_１の他端に給気孔１４_ＯＵＴが設けられる。また、レタンダクト１４は、胴部１４_１からの一部空気を循環空調機２０に分岐させる分岐路１４_２と、循環空調機２０からの空気を胴部１４_１に戻す分岐路１４_３とを有する。さらに、レタンダクト１４は、図示を省略した外気処理空調機からの空気を取り入れる導入路１４_４を有する。なお、外気処理空調機は、外気の湿度を調整してレタンダクト１４に導入するものである。

給気温度センサ１５は、循環空調機２０の給気温度を計測するセンサである。つまり、給気温度センサ１５の位置が、循環空調機２０の給気温度を計測する給気温度計測位置となる。例えば、給気温度センサ１５は、分岐路１４_３の途中であって、分岐路１４_３の内壁面に取り付けられている。この給気温度センサ１５が計測する給気温度は、カスケード制御（スレーブ側ＰＩ制御）のフィードバック信号として利用される。
なお、この給気温度は、循環空調機２０が吹き出した空気の温度であるから、吹き出し温度と呼ばれることもある。

ファンフィルタユニット１６は、図示を省略したファン及びフィルタを備える。このファンフィルタユニット１６は、天井プレナムチャンバ１１内の空気を吸い込み、吸い込んだ空気をフィルタで浄化し、浄化した空気をクリーンルーム１０に供給する。

空調設備モデル２は、クリーンルーム１０に空気を循環させる循環空調機２０を表したモデルである。この循環空調機２０は、冷却水により、クリーンルーム１０に循環させる空気の温度（給気温度）を調整する。つまり、循環空調機２０は、分岐路１４_２から取り入れた空気を冷却水で所定温度まで冷却し、冷却した空気を分岐路１４_３から戻している。
以上の室内モデル１及び空調設備モデル２を用いることで、クリーンルーム１０における温熱環境の解析精度をより向上させることができる。

半導体製造装置３０は、半導体の製造に用いる一般的な電気炉やエッジング装置であり、半導体を製造する際に大量に発熱する。この半導体製造装置３０の発熱量は、予め定義しておくことが好ましい。例えば、半導体製造装置３０の発熱量定義方法は、以下の参考文献に記載されているので、詳細な説明を省略する。
参考文献：２０１８年度日本建築学会大会（東北）学術講演梗概集、第１４１９頁～第１４２２頁、一般社団法人日本建築学会

図１のクリーンルーム１０における空気の流れを説明する（図１では空気の流れを矢印で図示）。外気処理空調機で湿度を調整した空気が導入路１４_４から導入され、胴部１４_１を流れる空気と混合される。給気孔１４_ＯＵＴから吹き出した空気は、天井プレナムチャンバ１１に一時的に溜まり、ファンフィルタユニット１６で清浄された後、クリーンルーム１０に給気される。クリーンルーム１０内の空気は、外気風量と同様の空気が半導体製造装置３０で装置排気され、残りが床下レタンチャンバ１２に還気される。床下レタンチャンバ１２に還気された空気は、還気孔１４_ＩＮから吸い込まれ、その一部が分岐路１４_２に分岐する。分岐路１４_２で分岐した空気は、循環空調機２０で温度調整された後、分岐路１４_３を通過して胴部１４_１に再び戻る。

なお、図１では、説明を簡易にするため、半導体製造装置３０及びファンフィルタユニット１６が１個であることとして説明したが、室内モデル１では、これらの個数は任意である。
また、室内モデル１及び空調設備モデル２が前記したものに限定されないことは言うまでもない。

［室内温熱環境解析処理］
図２を参照し、本実施形態に係る室内温熱環境解析処理について説明する。本実施形態では、一般的なコンピュータが、図２の室内温熱環境解析処理を実行することとする。

ステップＳ１では、室内温熱環境解析処理に必要な初期値をコンピュータに設定する。ここで、数値流体力学により非定常現象を再現するために事前に定常解析を行い、その定常解析の結果を初期値として設定する。例えば、初期値としては、クリーンルーム１０の室内温度初期値、循環空調機２０の給気温度初期値、クリーンルーム１０の気流分布をあげることができる。ここでは、循環空調機２０の給気温度初期値を、後記するステップＳ５Ａで境界条件（循環空調機２０の給気温度）として参照するため、メモリやハードディスク等の記憶装置に書き込む。

ステップＳ２では、コンピュータが、カスケード制御のシミュレーションに必要なパラメータ及びサンプリングタイムを設定する（設定ステップ）。このステップＳ２では、カスケード制御のパラメータとして、マスタ側ＰＩ制御の目標室内温度、Ｐ値及びＩ値と、スレーブ側ＰＩ制御のＰ値及びＩ値とを手動で設定する。

また、ステップＳ２では、カスケード制御のサンプリングタイムとして、マスタ側ＰＩ制御のＩ値とスレーブ側ＰＩ制御のＩ値との最大公約数、かつ、その最大公約数が数値流体力学の解析間隔で割り切れる値を算出し、その値を設定する。

なお、サンプリングタイムとは、シミュレーション内の時間軸で、カスケード制御を実行する間隔のことである。
また、数値流体力学の解析間隔とは、シミュレーション内の時間軸で、ステップＳ４からステップＳ９までの解析サイクルを実行する間隔のことである。例えば、数値流体力学の解析間隔が０．５秒の場合、シミュレーション内で０．５秒が経過する都度、数値流体力学が実行される。

ステップＳ３では、コンピュータが、解析カウンタｔをゼロに初期化する。なお、解析カウンタｔとは、解析サイクルを実行した回数を表すカウンタである。
ステップＳ４では、コンピュータが、解析カウンタｔをインクリメントする。

ステップＳ５Ａでは、コンピュータが、室内モデル１を用いて、循環空調機２０の給気温度を境界条件として、所定の解析間隔で室内空間の数値流体力学を行う。まず、ステップＳ５Ａでは、記憶装置から境界条件（ステップＳ１の給気温度初期値、又は、ステップＳ６の給気温度制御値）を読み出し、循環空調機２０の給気温度とする。そして、ステップＳ５Ａでは、ＮＳ方程式等の流体方程式により数値流体力学を行い、クリーンルーム１０の温熱気流分布を解析する。このステップＳ５Ａの解析結果には、少なくとも、床下レタンチャンバ１２からレタンダクト１４に還気される空気の温度（還気温度）と、給気温度センサ１５が計測する室内温度とが含まれる。

ステップＳ５Ｂでは、コンピュータが、ステップＳ５Ａの解析結果が収束したか否かを判定する。具体的には、ステップＳ５Ｂでは、ステップＳ５Ａで求めた還気温度及び室内温度が、予め設定した一定値に収束したか否かを判定する。
なお、ステップＳ５Ａ及びステップＳ５Ｂが、請求項に記載の解析ステップに相当する。

ここで、解析結果が収束しない場合（ステップＳ５ＢでＮｏ）、コンピュータは、ステップＳ５Ａの処理に戻る。つまり、コンピュータは、還気温度及び室内温度が一定値に収束するまで、ステップＳ５Ａの演算を繰り返す。
一方、解析結果が収束した場合（ステップＳ５ＢでＹｅｓ）、コンピュータは、ステップＳ６の処理に進む。なお、コンピュータは、還気温度及び室内温度が収束せずとも、ステップＳ５Ａの処理を予め設定した時間（例えば、１秒間）継続した場合、ステップＳ６の処理に進んでもよい。

ステップＳ６では、コンピュータが、数値流体力学の解析時間がサンプリングタイムの倍数であるか否かにより、カスケード制御のシミュレーションを行うか否かを判定する（判定ステップ）。この解析時間は、解析間隔（例えば、０．５秒）に解析カウンタｔを乗じた時間で求められる。

ここで、解析時間がサンプリングタイムの倍数である場合（ステップＳ６でＹｅｓ）、コンピュータは、カスケード制御のシミュレーションを行うと判定し、ステップＳ７の処理に進む。
一方、解析時間がサンプリングタイムの倍数でない場合（ステップＳ６でＮｏ）、コンピュータは、カスケード制御のシミュレーションを行わないと判定し、ステップＳ９の処理に進む。

ステップＳ７では、コンピュータが、空調設備モデル２を用いて、スレーブ側ＰＩ制御において循環空調機２０の給気温度制御値を算出するカスケード制御のシミュレーションを行う（制御ステップ）。

＜カスケード制御のシミュレーション＞
ここで、図１を参照し、カスケード制御のシミュレーションについて詳細に説明する。
従来の空調システムでは、以下のように、（１）マスタ側ＰＩ制御と（２）スレーブ側ＰＩ制御の２つを組み合わせたカスケード制御を行っている。なお、図１では、室内温度Ｔ１等を丸数字で図示した。

（１）マスタ側ＰＩ制御
室内温度Ｔ１と目標室内温度ＳＰ１との関係から、第１制御値ＴＣ１をＰＩ制御する。
（２）スレーブ側ＰＩ制御
マスタ側ＰＩ制御で求めた第１制御値ＴＣ１を目標給気温度ＳＰ２として設定する。そして、給気温度Ｔ２と目標給気温度ＳＰ２との関係から、冷水弁制御値ＣＶＣをＰＩ制御する。

ここで、（１）マスタ側ＰＩ制御と（２）スレーブ側ＰＩ制御のアナロジは同一である。また、冷却水による温度制御は、循環空調機２０の性質上、空気温度を直接制御できないことから、空気が冷水に接触する面積をコントロールすることで、目標温度に近づけるものである。この冷却水による温度制御速度が遅く、かつ、大規模な室内空間を有するクリーンルーム１０が解析対象のため、冷水弁制御値ＣＶＣを給気温度制御値ＴＣ２に置き換えても問題ないと考えられる。これにより、クリーンルーム１０における温熱環境の解析時間をより短く、解析精度をより高くすることができる。

つまり、ステップＳ７では、（１´）マスタ側ＰＩ制御と（２´）スレーブ側ＰＩ制御の２つを組み合わせたカスケード制御のシミュレーションを行う。なお、第１制御値ＴＣ１は、特定の制御対象が存在しない、シミュレーションのために定義した仮想的な制御値である。

（１´）マスタ側ＰＩ制御
室内温度Ｔ１と目標室内温度ＳＰ１との関係から、第１制御値ＴＣ１をＰＩ制御のシミュレーションにより求める。
（２´）スレーブ側ＰＩ制御
マスタ側ＰＩ制御で求めた第１制御値ＴＣ１を目標給気温度ＳＰ２として設定する。そして、給気温度Ｔ２と目標給気温度ＳＰ２との関係から、給気温度制御値ＴＣ２をＰＩ制御のシミュレーションにより求める。

図２に戻り、室内温熱環境解析処理の説明を続ける。
ステップＳ８では、コンピュータが、次回以降のステップＳ５Ａで境界条件となる給気温度を、ステップＳ７で算出した給気温度制御値ＴＣ２で更新する（更新ステップ）。ここでは、ステップＳ７で算出した給気温度制御値ＴＣ２を、次回以降の解析サイクルの境界条件（循環空調機２０の給気温度）として参照するため、記憶装置に書き込む。

ステップＳ９では、コンピュータが、予め設定された終了条件を満たしているか否かにより、室内温熱環境解析処理を終了するか否かを判定する（終了ステップ）。具体的には、ステップＳ９では、コンピュータが、解析カウンタｔが所定の終了回数（例えば、１００回）に達したか否かを終了条件として設定する。

ここで、終了条件を満たしていない場合（ステップＳ９でＮｏ）、コンピュータは、ステップＳ４の処理に戻る。
一方、終了条件を満たした場合（ステップＳ９でＹｅｓ）、コンピュータは、室内温熱環境解析処理を終了する。

［作用・効果］
図２の室内温熱環境解析処理によれば、ステップＳ５Ａの数値流体力学とステップＳ７のカスケード制御とを連成解析することができる。さらに、室内温熱環境解析処理によれば、適切なサンプリングタイムでステップＳ７のカスケード制御のシミュレーションを行うことができる。これにより、室内温熱環境解析処理では、従来技術で時間を要していた空調システムシミュレーションを省略できるので、クリーンルーム１０における温熱環境の解析時間を短く、解析精度を高くすることができる。すなわち、室内温熱環境解析処理では、サンプリングタイムの概念を導入し、カスケード制御の安定化と解析時間の大幅な短縮とを実現している。

（変形例）
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、本発明は前記した実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
前記した実施形態では、室内モデルが半導体製造工場のクリーンルームを表すこととして説明したが、これに限定されない。
前記した実施形態では、カスケード制御でＰＩ制御を行うこととして説明したが、ＰＩＤ制御を行ってもよい。つまり、マスタ側ＰＩＤ制御とスレーブ側ＰＩＤ制御とを組み合わせたカスケード制御を行ってもよい。

（実施例）
以下、本発明の実施例について説明する。
この実施例では、以下のパラメータを用いて、図２の室内温熱環境解析処理を実行し、クリーンルームの温熱環境を解析した。

マスタ側ＰＩ制御では、目標室内温度ＳＰ１＝２３．０℃、Ｐ値＝１０．０、Ｉ値＝４００秒、ＳＰ下限：１３．０℃、ＳＰ上限：２３．０℃とした。ＳＰ下限及びＳＰ上限は、それぞれ、循環空調機の性能に応じた最低目標温度、及び、循環空調機が送風の状態である最高目標温度を表す。また、スレーブ側ＰＩ制御では、目標給気温度ＳＰ２＝第１制御値ＴＣ１、Ｐ値＝３０．０℃、Ｉ値＝１２０秒とした。また、数値流体力学の解析間隔を０．５秒とした。

まず、カスケード制御のサンプリングタイムについて説明する。
ここで、マスタ側ＰＩ制御のＩ値＝４００秒とスレーブ側ＰＩ制御のＩ値＝１２０秒との最大公約数が４０秒となる。この最大公約数４０秒は、数値流体力学の解析間隔０．５秒で割り切れる値である。従って、カスケード制御のサンプリングタイムは、４０秒となる。なお、割り切れるとは、除算をしたときに余りが発生しないことをいう。

次に、室内温熱環境解析処理の解析結果について説明する。
図３には、サンプリングタイムが０．５秒及び４０秒の場合における室内温度Ｔ１と給気温度Ｔ２の時間推移を図示した。
サンプリングタイムが０．５秒の場合、室内温度Ｔ１と給気温度Ｔ２が安定せず、オーバーシュートが発生していることがわかる（図３左）。一方、サンプリングタイムが４０．０秒の場合、室内温度Ｔ１と給気温度Ｔ２が安定し、オーバーシュートが発生していないことがわかる（図３右）。このように、室内温熱環境解析処理では、適切なサンプリングタイムでカスケード制御を行うので、数値流体力学とカスケード制御とを連成する際に問題となるオーバーシュートを抑制することができる。さらに、室内温熱環境解析処理では、空調システムシミュレーションのトランザクションタイムを削減できるので、従来技術に比べて、解析時間を１／１００～１／１０程度に短縮することができる。

図４では、室内温熱環境解析処理の解析結果として、クリーンルームのパース表示を示した。また、図５では、クリーンルームにおける空調制御箇所の断面を示した。図４の半導体製造装置（縦型炉）の発熱条件が時間と共に変化し、その変化に呼応して、クリーンルームの室内温度Ｔ１も変化する。その室内温度Ｔ１の変化を室内温度センサ（ＣＲ内センサ）が計測し、給気温度Ｔ２を刻々と変化させる。

図６には、シミュレーションを３時間継続したときの室内温度Ｔ１及び給気温度Ｔ２の変化を示した。図６に示すように、室内温度Ｔ１が目標室内温度ＳＰ１の２３℃に近づいており、給気温度Ｔ２が１８℃から１９℃に徐々に変化しており、実測実験と一致する良好な結果となった。

図７には、室内温熱環境解析処理の解析結果から、クリーンルームでのエネルギ収支を算出した結果を示した。室内温熱環境解析処理は、大規模な室内空間の温度分布が、どのように時間変化するかを求めるだけでなく、その空間内での発熱エネルギとその発熱を除去するために費やしたエネルギとの収支を算出できる。つまり、この室内温熱環境解析処理の活用方法の一つとして、エネルギ収支を求められることから、パラメータを変更した様々なケースでエネルギ収支を評価するＦＳ（Feasibility Study）を行うことができる。

１ 室内モデル
１０ クリーンルーム
１１ 天井プレナムチャンバ
１２ 床下レタンチャンバ
１３ 室内温度センサ（室内温度計測位置）
１４ レタンダクト
１４_１ 胴部
１４_２，１４_３ 分岐路
１４_４ 導入路
１４_ＩＮ 還気孔
１４_ＯＵＴ 給気孔
１５ 給気温度センサ（給気温度計測位置）
１６ ファンフィルタユニット
２ 空調設備モデル
２０ 循環空調機
３０ 半導体製造装置

Claims (5)

1. 大規模な室内空間を表した室内モデルと、前記室内空間に空気を循環させる循環空調機を表した空調設備モデルとを用いて、前記室内空間の温熱環境を解析する室内温熱環境解析方法であって、
   カスケード制御のシミュレーションにおけるサンプリングタイムを設定する設定ステップと、
   前記室内空間の還気温度及び室内温度が収束するまで、前記室内モデルを用いて、前記循環空調機の給気温度を境界条件として、所定の解析間隔で前記室内空間の数値流体力学を行う解析ステップと、
   前記解析間隔に解析サイクルを実行した回数を表す解析カウンタを乗じた解析時間が前記サンプリングタイムの倍数である場合、前記カスケード制御のシミュレーションを行うと判定する判定ステップと、
   前記判定ステップで前記カスケード制御を行うと判定した場合、前記空調設備モデルを用いて、スレーブ側ＰＩ制御において前記循環空調機の給気温度制御値を算出する前記カスケード制御のシミュレーションを行う制御ステップと、
   前記制御ステップで前記給気温度制御値を算出した場合、次回以降の前記解析ステップで前記境界条件として用いる給気温度を当該給気温度制御値で更新する更新ステップと、
   予め設定された終了条件を満たしているか否かを判定し、前記終了条件を満たしていない場合、前記解析ステップの処理に戻り、前記終了条件を満たしている場合、処理を終了する終了ステップと、
   を備えることを特徴とする室内温熱環境解析方法。
2. 前記室内モデルは、前記室内空間と、天井プレナムチャンバと、床下レタンチャンバとを解析対象領域として表し、前記天井プレナムチャンバ及び前記床下レタンチャンバを接続するレタンダクトと、前記室内温度を計測する室内温度計測位置と、前記循環空調機の給気温度を計測する給気温度計測位置とを有し、
   前記空調設備モデルは、前記レタンダクトから還気された空気を温度制御して前記レタンダクトに給気する前記循環空調機を表すことを特徴とする請求項１に記載の室内温熱環境解析方法。
3. 前記解析ステップでは、前記カスケード制御のシミュレーションとして、
   前記室内温度計測位置の室内温度と予め設定された目標室内温度との関係から第１制御値を算出するマスタ側ＰＩ制御と、
   前記第１制御値を目標給気温度として設定し、前記給気温度計測位置の給気温度と前記目標給気温度との関係から前記給気温度制御値を算出する前記スレーブ側ＰＩ制御と、を実行することを特徴とする請求項２に記載の室内温熱環境解析方法。
4. 前記設定ステップでは、
   前記マスタ側ＰＩ制御のＩ値と前記スレーブ側ＰＩ制御のＩ値との最大公約数、かつ、前記最大公約数が前記数値流体力学の解析間隔で割り切れる値を前記サンプリングタイムとして設定することを特徴とする請求項３に記載の室内温熱環境解析方法。
5. 前記室内空間は、半導体製造工場のクリーンルームであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の室内温熱環境解析方法。

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