JPH06147991A

JPH06147991A - 輻射計算演算装置および輻射計算演算方法

Info

Publication number: JPH06147991A
Application number: JP4298736A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Hattori; 宜弘服部; Sachio Nagamitsu; 左千男長光; Hisashi Kodama; 久児玉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-11-09
Filing date: 1992-11-09
Publication date: 1994-05-27

Abstract

(57)【要約】【目的】輻射計算に必要な矩形面間の形態係数を、任意
の室内形状に対応して、高速に求めること。【構成】解析対象空間の分割面間の吸収係数を計算する
吸収係数計算部と、求めた吸収係数と分割面の輻射エネ
ルギーとで分割面毎の輻射受熱量を計算する輻射受熱量
計算部を有し、吸収係数計算部は、吸収係数を求めるた
めに、１つの分割面より強度を持った線を射出する線射
出部１０と、射出した線１本ごとに到達する分割面を探
索する面探索部１１と、その面の吸収率を掛けた値の１
本当りの射出強度を吸収し、その面に加算する強度吸収
部１２と、射出強度に反射率を掛けた値を計算し、規定
値と比較して反射する線を射出する反射強度判定部１３
とを有し、再度反射した線について到達面を探索し、規
定本数まで射出を繰り返し、規定本数を射出した後に、
強度比算出部１５によって射出強度と吸収強度の比を求
め、この比を吸収係数とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、任意の３次元計算領域
において、面間の輻射受熱量を計算する輻射計算演算装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、床暖房、天井冷輻射パネルといっ
た輻射を採り入れた空調が用いられることが多くなって
いる。このような空調における輻射の数値計算は、図７
のように、天井、壁、床、窓ごとの要素毎に輻射による
熱の授受を計算する。この熱の授受である輻射受熱量の
計算は、角関係、位置関係である面間の形態係数を求
め、さらにこの形態係数より吸収係数を求める方法があ
る。吸収係数というのは例えば、窓からの輻射熱が天井
に吸収される場合を考えると、窓から直接天井に到達し
天井の吸収率すなわち放射率を乗じた値を吸収する熱
と、窓から壁や、床に到達し、反射により天井に到達し
吸収される熱を加算し、窓からの出される輻射熱との比
で表される。つまり、到達しさらに反射も考えて熱の授
受を考慮した係数である。

【０００３】例えば、Ｂ_ijがｉ面からｊ面への吸収係
数、Ｆ_ijが形態係数、εを放射率、ρを反射率(１−ε)
とすれば、吸収係数Ｂ_ijは次式（１）で表される。

【０００４】

【数１】Ｂ_ij＝Ｆ_ij＋Ｆ_i1ρ₁Ｂ_1j＋・・・・＋Ｆ_inρ_nＢ_nj なお、この式（１）からわかるように形態係数Ｆ_ijは到
達すればすべて吸収し反射を考えない場合の熱の到達割
合で、すべての面がρ=0の場合には吸収係数と等しくな
る。

【０００５】この吸収係数Ｂ_ijを求める方法として、Ｂ
ijに関して１からｎ面までの式（１）を導出し、ｎ元の
連立方程式を解く。

【０００６】そして、輻射受熱量は次式（２）で求めら
れる。

【０００７】

【数２】Ｑ_j＝Ｗ_jＡ_j−ΣＢ_ijＷ_iＡ_i なお、Ｗは面のもつ単位面積当りの輻射エネルギー、Ａ
は面積である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の輻射解析コンセプトを前提とする、吸収係数方法で
は、その計算が行列計算となってしまい、非常に複雑に
なる。さらに、計算を簡単にするためにはその行列の数
を減らさなければならず、つまり分割面の数を多くする
ことはできず、窓が多い部屋、あるいは室内での面の温
度分布が大きい部屋、さらに複雑な形状の部屋の計算が
不可能であった。従って、実際の室内のように、家具、
什器があるような空間では、家具の存在を認識できず、
正しい形態係数の計算が不可能であるのが通常であっ
た。

【０００９】本発明は、従来の輻射計算演算装置の課題
を考慮し、実際の室内のように、家具、什器があるよう
な空間についても、家具の存在を認識して、正しい形態
係数の計算を可能とする輻射計算演算装置および輻射計
算演算方法の提供を目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、天井、床、
壁、窓などの物体が存在する解析対象空間となる温熱環
境空間について、各面間での輻射による熱の授受を計算
する輻射演算装置において、解析対象空間の各物体の位
置の３次元の座標を入力する座標入力部と、解析対象空
間の各物体の固体面を計算領域毎に面分割を行う面分割
部と、分割面毎のもつ輻射エネルギーを求める輻射エネ
ルギー計算部と、分割面間の吸収係数を計算する吸収係
数計算部と、吸収係数計算部で求めた吸収係数と輻射エ
ネルギー計算部で求めた輻射エネルギーを用いて分割面
毎の輻射受熱量を計算する輻射受熱量計算部とを備え、
吸収係数計算部は、吸収係数を求めるために、１つの分
割面より強度を持った線を射出する線射出部と、射出し
た線１本ごとに到達する分割面を探索する面探索部と、
その面の吸収率を掛けた値の１本当りの射出強度を吸収
し、その面に加算する強度吸収部と、射出強度に反射率
を掛けた値を計算し、規定値と比較して反射する線を射
出する反射強度判定部とを有し、再度反射した線につい
て到達面を探索し、規定本数まで射出を繰り返し、規定
本数を射出した後に、強度比算出部によって射出強度と
吸収強度の比を求め、この比を吸収係数とするものであ
る輻射計算演算装置である。

【００１１】

【作用】本発明においては、解析対象空間の面間の輻射
熱の授受である輻射受熱量の計算を、解析を行う面ごと
に線を射出し到達した面の反射率も考慮をして強度が吸
収されるまで追跡を行うので、正確に吸収係数を高速に
求めることができる。

【００１２】さらに、分割面を細かくしても対応は簡単
であり、複雑な室内形状でも吸収係数を簡単に求めるこ
とが出来る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１４】図１は、本発明にかかる輻射計算演算装置
の解析対象領域である部屋の模式斜視図である。天井１
と床２と壁３と窓４とから構成されている。図２は、そ
の本発明にかかる輻射計算演算装置の一実施例を示すブ
ロック図である。以下その構成を、その輻射計算演算方
法とともに、説明する。図２の座標入力部５において、
図１の解析対象領域の３次元の座標を入力する。そし
て、面分割部６にて、床２、壁３、天井１、窓４など
を、図３のように輻射熱の授受を行う面に分割し、その
ようにして生じた分割面の、座標や、放射率などの物性
値を入力し、ＲＡＭ等の記憶装置に記憶する。

【００１５】次の輻射エネルギー計算部７では各分割面
の温度Ｔ、放射率εとステファンボルツマン定数σを乗
じてεσＴ⁴として、各面の持つ輻射エネルギー量を演
算しＲＡＭ等の記憶装置に記憶する。そして、次の吸収
係数計算部８にて吸収係数の計算を行い、輻射受熱量計
算部９にて従来技術と同じく、式（２）を用いて輻射受
熱量を計算する。

【００１６】ここで、図４に上記実施例のされる吸収係
数計算部８の具体的ブロック図を示す。ここでは、図５
のように、ある面ｉより線を射出してその他の分割面へ
の輻射熱の授受を考えるのであるが、ここでは、ｊ面
（吸収率ε=0.95）とｋ面（吸収率ε=0.50）への影響を
調べる。図４の線射出部１０にて、所定の面ｉよりまず
線を射出する（図６参照）。そのときの射出する線の強
度はランベルトの余弦則に従って天頂角のｃｏｓをとっ
たものに比例する。図６では、７本発射したときの強度
と追跡先を示している。図６のように１本ずつ線を固体
壁に到達するまで探索を面探索部１１にて行う。そし
て、７本の線の内、線２はｋ面に到達する。ｋ面は射出
強度の５割を吸収するので0.15吸収し、残り0.15の強度
で再度射出する。そして次にｊ面に到達しｊ面では0.95
吸収するので0.1425の強度が吸収される。残りは0.0075
であるが規定の強度を0.001として、この強度以下なら
ば追跡しないことにすればここで追跡を終了する。この
判断が反射強度判定部１３で行われる。この操作を他の
線でも繰り返す。そして、７本の線の内、線４はｊ面に
直接到達する。この線４の射出強度は1.0なので吸収強
度は0.95となる。そこで、線２のｋ面を経由した強度と
あわせて、ｊ面では1.0925の吸収強度になる。この操作
をｉ面からの射出本数が規定値になるまで繰り返し、規
定値に達したかどうかを規定本数判定部１４で判定す
る。最後に強度比計算部１５で全射出強度と吸収強度の
比を計算する。例えばｉ面からｊ面への比は0.34とな
る。

【００１７】上記実施例では、射出する線の本数は７本
で示したが、精度の高い計算には射出本数を増やすこと
によって対処できる。従って、その方法は繰り返すのみ
で簡単である。

【００１８】また、面の数を多くすることで面の温度変
化の大きなところでも正確な計算ができる。

【００１９】また、追跡は固体面に到達するまでなので
室内に家具等があっても対応は容易であり、より複雑な
室内空間に対応でき解析対象となる領域は広がる。

【００２０】なお、本発明は、計算された輻射受熱量よ
り領域毎の温度変化を求めることが可能となる温度変化
手段を更に、有していてもよい。

【００２１】なお、本発明の各手段は、コンピュータを
用いてソフトウェア的に実現し、あるいはそれら各機能
を有する専用のハード回路を用いて実現する事が出来
る。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によれば、熱気流解析などの解析対象空間の面間
の輻射熱の授受である輻射受熱量を求める際に必要な吸
収係数を求めるにおいて、複雑な室内形状にも対応可能
となり、しかも、正確にかつ高速に求めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の解析対象室の模式的斜視図
である。

【図２】本発明の一実施例に係る輻射計算演算装置のブ
ロック図である。

【図３】同装置における面分割後の解析対象面を示す斜
視図である。

【図４】同装置における吸収係数計算部のブロック図で
ある。

【図５】同装置における線射出の説明のための斜視図で
ある。

【図６】同装置における線追跡の説明のための斜視図で
ある。

【図７】従来例の輻射計算領域の分解斜視図である。

【図８】従来の輻射計算演算装置のブロック図である。

【符号の説明】

１天井２壁３床４窓５座標入力部６面分割部７輻射エネルギー計算部８吸収係数計算部９輻射受熱量計算部 10 線射出部 11 面探索部 12 強度吸収部 13 反射強度判定部 14 規定本数判定部 15 強度比算出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】天井、床、壁、窓などの物体が存在する
解析対象空間となる温熱環境空間について、各面間での
輻射による熱の授受を計算する輻射演算装置において、
前記解析対象空間の各物体の位置の３次元の座標を入力
する座標入力部と、前記解析対象空間の各物体の固体面
を計算領域毎に面分割を行う面分割部と、前記分割面毎
のもつ輻射エネルギーを求める輻射エネルギー計算部
と、前記分割面間の吸収係数を計算する吸収係数計算部
と、前記吸収係数計算部で求めた吸収係数と前記輻射エ
ネルギー計算部で求めた輻射エネルギーを用いて前記分
割面毎の輻射受熱量を計算する輻射受熱量計算部とを備
え、前記吸収係数計算部は、吸収係数を求めるために、
１つの分割面より強度を持った線を射出する線射出部
と、射出した線１本ごとに到達する分割面を探索する面
探索部と、その面の吸収率を掛けた値の１本当りの射出
強度を吸収し、その面に加算する強度吸収部と、射出強
度に反射率を掛けた値を計算し、規定値と比較して反射
する線を射出する反射強度判定部とを有し、再度反射し
た線について到達面を探索し、規定本数まで射出を繰り
返し、規定本数を射出した後に、強度比算出部によって
射出強度と吸収強度の比を求め、この比を吸収係数とす
るものであることを特徴とする輻射計算演算装置。
【請求項２】解析対象空間内の家具、什器等の物の存
在を認識する手段を備えたことを特徴とする請求項１記
載の輻射計算演算装置。
【請求項３】計算された輻射受熱量より領域毎の温度
変化を求めることが出来る温度変化手段を備えたことを
特徴とする請求項１記載の輻射計算演算装置。
【請求項４】分割された面からの線の射出を天頂方向
と水平方向の長さが一定となるように、半球面を等方的
に射出を行う等方射出手段を備えたことを特徴とする請
求項１記載の輻射計算演算装置。
【請求項５】天井、床、壁、窓などの物体が存在する
解析対象空間となる温熱環境空間について、各面間での
輻射による熱の授受を計算する輻射演算方法において、
前記解析対象空間の各物体の位置の３次元の座標を入力
し、前記解析対象空間の固体面を計算領域毎に面分割を
行い、前記分割面毎にもつ輻射エネルギーを求め、前記
分割面間の吸収係数を計算し、その吸収係数と前記輻射
エネルギーを用いて前記分割面毎の輻射受熱量を計算す
るに際し、前記吸収係数を求めるために、１つの分割面
より強度を持った線を射出し、射出した線１本ごとに到
達する分割面を探索し、その面の吸収率を掛けた値の１
本当りの射出強度を吸収し、その面に加算し、射出強度
に反射率を掛けた値を計算し規定値と比較して反射する
線を射出し、再度反射した線について到達面を探索し、
規定本数まで射出を繰り返して、規定本数を射出した後
に射出強度と吸収強度の比を求め、この比を吸収係数と
することを特徴とする輻射計算演算方法。