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いぶきやすもと
4 years ago
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1 ExTLA Core マニュアル東京大学前研究室 1

2 内容気象データ ( 拡張アメダス EPW 実測値 ) 作成方法拡張アメダス気象データ ( 標準年 2000 年 2010 年 ) EPW 作成マクロについて実測値から気象データ作成 ExTLA( 新バージョン ) 気象データ入力建物モデリング方法出力方法 2

3 ExTLA とは ExTLA(Excel based Thermal Load Analysis) は東京大学前研究室で開発した建築設備の両方で構成される建築熱環境制御システムの汎用シミュレーションプログラムの名称である ExTLA は機器の設定などを Microsoft Excel( 以下 Excel) を上で行うことを可能一般ユーザーでも変更を容易にすることを目的として開発された当該計算方法では室内温度室内湿度室内部位の表面温度壁体内温度を未知数とする熱回路網計算を採用する壁体の非定常熱伝導計算には後退差分を適用し室内表面の熱収支では対流と放射を分離した計算を行っている室の計算モデルの特徴をまとめると以下の通りとなる壁体の非定常熱伝導の数値解析には後退差分を使用している室内側表面の熱収支では対流熱伝達と放射熱伝達は分離して扱っている放射熱交換は相互放射を考慮した線形近似計算を行っている室内側対流熱伝達率は固定値スケジュール値表面温度と室温の温度差から計算する方法の 3 種類から選択することができる床暖房天井暖房などの放射パネルは外皮内壁を問わず設定可能でかつ一室に複数設置してもよい使用する気象データは時々刻々の気象データであり専用フォーマットなどは特に設定していない 3

4 気象データ ExTLA>Meteo シート拡張アメダス ( 日本 ) EPW 実測値 ExTLA 入力項目気温と湿度は毎正時の瞬時値であるのに対して, 風は毎正時前 10 分間の平均値, 日射量及び大気放射量は正時の前後 30 分の積算値である外気温度外気湿度法線面直達日射量水平面天空日射量夜間放射量太陽高度太陽方位角風向風速水平面全天日射量 ( 実測値 ) から直散分離可能日射量から推定可能 4

5 気象データ拡張アメダス気象データ (EA 気象データ ) 1981~1995 年の 15 年間のデータから選択された標準年 EA 気象データ (1981~1995) 1991~2000 年の 10 年間のデータから選択された標準年 EA 気象データ (1991~2000) 2001~2010 年の 10 年間のデータから選択された標準年拡張アメダス気象データ 2010 年版 (2001~2010) 5

気象データ EPW(EnergyPlus Weather data files) 2100 地点気象データ ExTLA 入力に使用 ExTLA>Meteo シート B2: 対象 EPW ファイルのフォルダ名 C2: 対象 EPW ファイル名を記入し convert EPW to ExTLA ボタンをクリック温度湿度法線面直達日射量水平面天空日射量夜間放射量太陽高度太陽方位角風向

6 気象データ EPW(EnergyPlus Weather data files) 2100 地点気象データ ExTLA 入力に使用 ExTLA>Meteo シート B2: 対象 EPW ファイルのフォルダ名 C2: 対象 EPW ファイル名を記入し convert EPW to ExTLA ボタンをクリック温度湿度法線面直達日射量水平面天空日射量夜間放射量太陽高度太陽方位角風向風速地中温度 5m % (W/m2) (W/m2) (W/m2) m/s A A A A B C C A A D A:EPW データ使用 B: 夜間放射量 =( 温度 )^4*(5.67/(10^8)) - 大気放射量 (EPW データ ) C: 太陽高度太陽方位角緯度経度日付から計算 D: 地中温度年平均気温気温の年較差年最高気温年最低気温土の熱拡散率 [m 2 /day] 時刻から計算パソコンによる空気調和計算法 5.3 地中温度の推定法 B,C,D は既存の拡張アメダスからの計算方法と同じ 6

7 気象データ宇宙 1 大気からの上向き長波放射量 σt a 4 2 大気放射量 ε a σt a 4 ( 下向き長波放射量 ) 大気 3 地表面からの上向き長波放射量 σt g 4 地表夜間放射 :1-2 実効放射 :3-2 地表面温度と気温が等しいとみなせる場合 1=3 夜間放射実効放射建築環境工学熱環境と空気環境シリーズ建築工学 5 宇田川光弘, 秋元孝之, 長井達夫, 近藤靖史 7

8 気象データ夜間放射量の計算法夜間放射量 =( 外気温 )^4*(5.67/(10^8))- 大気放射量 (EPW データ ) 下向き (EPW 大気放射量 ) R sky Br CC Pw Br 0.62 水蒸気分圧雲量 CC 10 外気温度 Ta 上向き R GRD Ta 夜間放射 RN R GRD R sky 地面の温度を外気温と仮定 8

9 気象データ日射量の構成一部は反射大気圏外日射量 ( 地球と太陽の距離で決定 ) 大気圏一部は吸収散乱天空日射直達日射全天日射量地表面全天日射 = 直達日射 + 天空日射 9

10 気象データ傾斜面日射量名称解説気象データ直達日射地物反射日射天空日射直達日射天空日射地物反射日射角度依存性あり傾斜面直達日射 = 法線面直達日射 cos( 入射角 ) 外表面と天空の形態係数が必要傾斜面天空日射 = 水平面天空日射天空の形態係数地面の反射率外表面と地面の形態係数が必要傾斜面反射日射 = 水平面全天日射反射率地面の形態係数 1 cos 天空の形態係数 2 1 cos 地面の形態係数 1 2 地面の日射反射率鉛直面の場合天空と地面が半々 β 10

11 建物モデリング ( 新バージョン ExTLA) 11

12 気象データ (Meteo シート ) ExTLA 気象データ入力 (EPW 読込 ) 1 フォルダ指定 (B2) 2 ファイル名 (C2) 3 convert EPW to ExTLA クリック EPW ファイルダウンロード : 12

13 ExTLA 気象データ入力 ( 実測値 ) 1 水平面全天日射量気象データ気象データ.xlsx 2 直散分離 (1 時間間隔 ) クリック 13

14 入力データ ( スケジュールなど ) Meteo シート N 列 ~ 内部発熱冷房設定温度冷房設定湿度暖房設定温度など 14

15 入力データ ( スケジュールなど ) 入力データの項目追加 :VBA/core_Iteration_template1 15

16 入力データ ( スケジュールなど ) Template 4 行目に追加項目欄を作る VBA/core_ErrorClear_Template に追加 16

17 1.8m 2.0m 2.4m 建物モデリング建物情報 Floor, Ceiling, Wall 2.0m 室内側 1.8m 仕上げ合板 0.16[W/m K] t12 空気層下地合板 0.16[W/m K] t12 高性能グラスウール 16k 0.038[W/m K] t200 合板 0.16[W/m K] t12 室外側 4.0m 開口部情報ガラス面積 Ag[m2] ガラス熱貫流率 Ug[W/m2K] ガラス熱抵抗 Rg[m2K/W] ガラス日射熱取得率 ηg[-] ガラス日射透過率 τg[-] ガラス外側の長波放射率 [-] ガラス部分幅 WL[m] ガラス部分高さ WH[m] フレーム部分面積 Af[m2] フレーム熱貫流率 Uf[W/m2K] フレーム日射吸収率 af[-] フレーム外側の長波放射率 [-] 開口部面積 Aw(m2) 窓全体熱貫流率 Uw[W/m2K] 窓全体日射熱取得率 ηw[-] 可視光域比率

Meteo シートの気象データ2 行目以後にする ( 直前の時刻と現在の時刻から時間間隔を計算するため ) Tip.

18 Template シート建物モデリング ( 制御地中温度 ) 計算の収束に影響 ( 小さくなると収束しやすいが計算が遅くなる ) 計算開始ボタンをクリックすると計算が始まる土間外周温度土間中心温度の和と数をリンクする土間外周と土間中心の平均温度を計算計算開始行は Meteo シートの気象データ2 行目以後にする ( 直前の時刻と現在の時刻から時間間隔を計算するため ) Tip.ExTLAファイルを最初開いたときや計算セルのエラーが発生したときにエラー修正ボタンをクリックすると初期値を入れてすべての計算式をやり直す 18 地中温度計算についてはパソコンによる空気調和計算法 5.3を参考

19 窓の熱取得窓の全取得熱量 (Q G )= 透過日射 (Q GT ) + 吸収日射 (Q GA ) + 窓両側の温度差による貫流熱 (Q GO ) 透過日射 Q GT =A GS {(1-F SDW )τ TD I D +τ td I d } 吸収日射 Q GA =A GS {(1-F SDW )B D I D +B d I d } 窓ガラスの日陰面積日陰面積率 F SDW = 窓ガラス面積貫流熱 Q GT =A GO K(T a - εf s RN -T α R ) 0 = A SDW A GS (6 2) (6 3) (6 4) (6 9) A GS : ガラスの面積 [ m2 ] A GO : 窓の開口部面積 [ m2 ] F SDW : 日陰面積率 [-] RN: 夜間放射量 [W/ m2 ] I D : 窓面に入射する直達日射 [W/ m2 ] I d : 窓面に入射する拡散日射 [W/ m2 ] ε : 長波長放射率 0.9[-] τ TD : 直達日射による総合透過率 [-] τ td : 拡散日射による総合透過率 [-] B D : 直達日射による吸収日射取得率 [-] B d : 拡散日射による吸収日射取得率 [-] 窓を構成する各部材の日射透過率吸収率部材間の熱抵抗などにより決定 19

20 窓の熱取得窓の全取得熱量 (Q G )= 透過日射 (Q GT ) + 吸収日射 (Q GA ) + 窓両側の温度差による貫流熱 (Q GO ) 透過日射 Q GT =A GS τ TN {(1-F SDW ) CI D I D +C d I d } 吸収日射 Q GA =A GS B N {(1-F SDW ) CI D I D +C d I d } 窓ガラスの日陰面積日陰面積率 F SDW = = A SDW 窓ガラス面積 A GS 貫流熱 Q GT =A GO K(T a - εf s RN -T α R ) 0 (6 5) (6 6) (6 4) (6 9) 標準入射角特性 CI D = τ D τ N =3.4167cos θ cos 2 θ cos 3 θ cos 4 θ C d = 0.91 (6 8a) (6 8b) 日射遮蔽物がある場合に使用 6 5 節 20

21 透過日射計算窓の熱取得ガラス面積 A GS [ m2 ] ガラス日射透過率 τ TN [ m2 ] 窓面直達日射量 I D [W/ m2 ] CI D : ガラス標準入射角特性 C d : ガラス拡散日射特性値 (C d =0.91) 透過日射 Q GT =A GS {(1-F SDW )τ TN CI D I D +τ TN C d I d } (6 5) 吸収日射計算直達日射面積率 1 F SDW ガラス面積 A GS [ m2 ] ガラス日射透過率 τ TN [ m2 ] 窓面直達日射量 I D [W/ m2 ] 直達日射面積率 1 F SDW CI D : ガラス標準入射角特性 C d : ガラス拡散日射特性値 (C d =0.91) 吸収日射 Q GA =A GS B N {(1-F SDW ) CI D I D +C d I d } (6 6) 21

22 建物モデリング ( 外面入射熱量開口部透過日射 ) 1 2 標準入射角特性 CI D =3.4167cos θ cos 2 θ cos 3 θ cos 4 θ (6 8) 3 窓の物性値を入力ガラスとフレーム分離 22

23 建物モデリング ( 内壁日射分配開口部伝熱計算 ) 1 各部位への日射最終分配率を入力 ( 現状床 0.5 他は面積加重 ) 2 開口部の透過日射合計内部発熱 ( 放射 ) を面積加重室外側温度室内側温度 1 現在は室内に入った日射の半分を床に残り半分をその他面の面積比で分配しているが計測シミュレーションなどから日射分配率が分かる場合は直接入力可能 23

24 外側建物モデリング ( 壁体伝熱計算 ) 名前厚み熱伝導率容積比熱直前の温度内側 U 値計算現在の温度 ( 太字 ) 各物性 ( 厚み熱伝導率容積比熱など ) を入力壁面構成を Material シートを参考して入力 ( 厚さ熱伝導率容積比熱 ) Tip. 初期設定は 5 層になっているので 5 層に合わせたほうがエラーが少ない ( 例えばグラスウール合板フローリング 3 層をグラスウール合板合板フローリングフローリングのように 5 層にする ) 熱貫流率計算についてはパソコンによる空気調和計算法 2.1 を参考 24

25 建物モデリング ( 室温計算 ) 換気負荷 : 給気温度換気量熱回収効率から換気負荷を計算家具の熱容量は通常空気の 10 倍程度で容積に応じて与えることが多い熱回収計算可能 ( 熱交換換気など ) PMV SET* 計算内部発熱 ( 入力 ) 貫流負荷 ( 各面の x 列 ) 換気負荷冷暖房処理熱量から ΔT( 前時刻からの温度変動を計算 ) 25

26 PMV PPD PMV PPD デンマーク工科大学のファンガー (P.0. Fanger) 教授が 1967 年に快適方程式の導出を発表しこれを出発点として人体の熱負荷と人間の温冷感を結びつけた温熱環境評価指数 PMV(Predicted Mean Vote, 予測温冷感申告 ) および PPD(Predicted Percentage of Dissatisfied, 予測不快者率 ( その温熱環境に不満足不快さを感じる人の割合 )) の提案をしているこれらには多少議論もあるが ISO7730(1994) ともなっている PMV が -2 から +2 の範囲内の温熱環境評価に用いるのがよい ISO の標準では PMV が ±0.5 以内不快者率 10% 以下となるような温熱環境を推奨している ( 参考文献 : 図解空調給排水の大百科空気調和衛生工学学会編 ) 26

27 標準新有効温度 (SET*) 有効温度 (effective temperature, ET) は温熱 4 要素のうち放射熱を除く気温湿度風速で快適さを表す指標のことである温度感覚実感温度実効温度などとも呼ばれている現在の気温湿度風速における感覚が湿度 100% 風速 0 m/s においてどの気温に相当するかを表したものである修正有効温度 (CET, corrected effective temperature) 気温湿度風速に加え放射の影響も考慮した人が感じる暑さ寒さの感覚を表す指標である放射はグローブ温度計を測定し求める夏期の快適な範囲は 22~23 CET 冬期は 18~20 CET とされている新有効温度 (ET*, new effective temperature) 温熱 4 要素を室内環境の要素としこれに人間側の要素として作業量着衣量を加えたもの有効温度は湿度 100% を基準にしているが新有効温度は湿度 50% を基準にしている風速は 0 m/s を基準としている標準新有効温度 (SET*, standard new effective temperature) 温熱 4 要素に加え作業量着衣量も考慮した指標である新有効温度 :ET* が任意の作業量着衣量で個々に算出され同一の作業量着衣量の時だけしか快適度を比較出来ないこれに対し標準新有効温度 :SET* は相対湿度 50% 椅子に座った状態着衣量 0.6 clo 風速 0 m/sの状態に標準化して異なる作業量着衣量の時にもそれぞれの快適度を比較出来る有効温度 27

28 シミュレーション結果出力 1 出力するセールにコメントを付ける出力 :XXX 例 ) 出力 : 室温 2 Output シートの 4 行目に出力する項目を入力 28

29 参考 ( 日射遮蔽 ) ひさしそで壁日陰部分の面積 A SDW = D WA D HA (D WA + D WB )(D HB D HA ) D HA = W l D P D A H l (W l <D A ) D P H l (W l D A ) D HA D WA D WB D HB D HA = min max 0, D HA, H R D WA = 0 (H l D P )) (W l + W R ) H l W l D A D WA = min max 0, D WA, W R D P (H l <D P ) 断面イメージ庇の深さ *cos θ θ 庇の深さ *sin θ D HB = (W l + W R ) D P D A H l (W l + W R <D A ) D P H l (W l + W R D A ) 庇の幅 Ws D HB = min max 0, D HB, H R (W l + W R ) D A (H l + H R D P ) 窓からの高さ H1 D WB = (W l + W R ) (H l + H R ) D A D WB = min max 0, D WB, W R D P (H l + H R <D P ) 窓からの出 W1 窓の幅 W 窓からの出 W2 29

30 参考 ( 日射遮蔽 ) 〇 Core weave shadow A SDW ひさしの計算方法 1 窓からの出 1 2 窓からの出 2 areaweaveshadow = Dwa * Dha + (Dwa + Dwb) * (Dhb - Dha) / 2 30

31 参考 ( 日射遮蔽 ) 〇 Core weave shadow A SDW ひさしの計算方法 D WA D HA D HB D WB areaweaveshadow = Dwa * Dha + (Dwa + Dwb) * (Dhb - Dha) / 2 31

32 参考 ( 日射遮蔽 ) 〇 Core weave shadow A SDW 袖壁の計算方法左袖壁と右袖壁は負号を変更して求める〇 Core weave shadow A SDW 袖壁計算方法左袖壁日影面積 = Dwa * Dha + (Dha + Dhb) * (Dwb - Dwa) / 2 32

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<4D F736F F F696E74202D2092B788E42D C838B834D815B8C768E5A2E B8CDD8AB B83685D> 放射 ( 輻射 ) 冷暖房の消費エネルギー計算東京理科大学長井達夫はじめに放射冷暖房の位置付け放射建築一体化水式 TABS 天井パネル床下配管 + 床下給気チャンバー給気 + 有孔パネル空気式水空気式チルドビームパッシブアクティブ自立型自立パネル ( 水電気 ) 対流空調機 FCU 放射冷暖房の位置付け建築一体化天井パネル自立型放射水式 TABS 天井パネル