発電所建屋を対象とした 室内温熱環境の実態把握と 数値流体解析に関する研究 T07K712E 山田丈指導教員赤林伸一教授
研究背景 発電所建屋 ( タービン建屋 ) などの施設では 室内に蒸気タービン本体や熱交換器等の巨大な発熱機器が存在するため 作業環境の悪化や制御用の電子機器に対する影響が懸念される 今後の電力需要の変動や突発的な機器の不具合等により特に高温となる夏場に点検が行われることも考えられ 作業環境の改善が必要である
研究目的 タービン建屋の実測調査 温熱環境の実態を把握 建屋全体のモデル化 数値流体解析 熱環境換気状況を把握 建屋内の温熱環境改善方法の検討
研究概要 ( 調査概要 ) 図 実測解析対象の内部
研究概要 ( 調査概要 ) 図蒸気タービンの赤外線熱画像
研究概要 ( 調査概要 ) 実測期間 :2010 年 5 月 13 日 ~2011 年 1 月 17 日 N 吸気フィルタ室 (3-1GTB) 3 4 号系列コンバインドサイクル蒸気タービン建屋 容積 :122,640 [m 3 ] 床面積 :7,300 [m 2 ] 天井高さ :16.8 [m] 35 55 15 (35.92 ) 単位 :[mm] 22,000 窓 1 つの大きさ 1,210 1 2 号機蒸気タービン建屋 940 窓 : 温湿度測定点 連絡通路入口 3 2 図 1 屋上換気モニター 4 8 屋上換気モニター 3 搬入口吹抜け付近 150,000 搬入口吹抜け 10,000 17,500 2 号機蒸気タービン 1 号機蒸気タービン 70,000 1 26,000 屋上換気モニター 2 屋上換気モニター平面 ( 全て同じ大きさ ) 3,000 9 1 5 発電機付近 6,000 4 70,000 搬入口シャッターの大きさ 10,000 11,000 GL 容積 :112,860 [m 3 ] 床面積 :4,950 [m 2 ] 天井高さ :22.8 [m] 最上階蒸気タービンフロアー ( 地上高さ 37.3m 屋上換気屋上換気モニターモニター内部 ) 11 搬入口中央部鉛直断面 12 搬入口シャッター 4 10 対象平面の概要及び温湿度測定点 6 屋上換気モニター 1 12 7 33,000 11,000
45 40 解析結果 ( 温度実測結果 ) 2010 年 5 月 13 日 ~2011 年 1 月 17 日 35 30 15 ~43 日平均室温 [ ] 20 15 10 No.1 搬入口吹抜け No.3 連絡通路入口 5 No.4 屋上換気モニター内部 No.12 No.6 発電機 0 No.12 搬入口シャッター -5-5 0 5 10 15 20 30 35 図 2 日平均外気温 [ ] 代表的な測定点の日平均外気温と日平均室温の関係
45 40 解析結果 ( 温度実測結果 ) 2010 年 5 月 13 日 ~2011 年 1 月 17 日 35 30 18 ~44 日平均室温 [ ] 20 15 10 No.1 搬入口吹抜け No.3 連絡通路入口 5 No.4 屋上換気モニター内部 No.12 No.6 発電機 0 No.12 搬入口シャッター -5-5 0 5 10 15 20 30 35 図 2 日平均外気温 [ ] 代表的な測定点の日平均外気温と日平均室温の関係
45 40 解析結果 ( 温度実測結果 ) 2010 年 5 月 13 日 ~2011 年 1 月 17 日 35 30 10 ~44 日平均室温 [ ] 20 15 10 No.1 搬入口吹抜け No.3 連絡通路入口 5 No.4 屋上換気モニター内部 No.12 No.6 発電機 0 No.12 搬入口シャッター -5-5 0 5 10 15 20 30 35 図 2 日平均外気温 [ ] 代表的な測定点の日平均外気温と日平均室温の関係
45 40 解析結果 ( 温度実測結果 ) 2010 年 5 月 13 日 ~2011 年 1 月 17 日 35 30 20 ~44 日平均室温 [ ] 20 15 10 No.1 搬入口吹抜け No.3 連絡通路入口 5 No.4 屋上換気モニター内部 No.12 No.6 発電機 0 No.12 搬入口シャッター -5-5 0 5 10 15 20 30 35 図 2 日平均外気温 [ ] 代表的な測定点の日平均外気温と日平均室温の関係
45 40 35 30 解析結果 ( 温度実測結果 ) 2010 年 5 月 13 日 ~2011 年 1 月 17 日 10 ~44 建屋内部全体 日平均室温 [ ] 20 15 10 No.1 搬入口吹抜け No.3 連絡通路入口 5 No.4 屋上換気モニター内部 No.12 No.6 発電機 0 No.12 搬入口シャッター -5-5 0 5 10 15 20 30 35 図 2 日平均外気温 [ ] 代表的な測定点の日平均外気温と日平均室温の関係
45 40 解析結果 ( 温度実測結果 ) 2010 年 5 月 13 日 ~2011 年 1 月 17 日 35 30 日平均室温 [ ] 20 15 4 ~32 No.1 搬入口吹抜け 10 No.3 連絡通路入口 5 No.4 屋上換気モニター内部 No.12 No.6 発電機 0 No.12 搬入口シャッター -5-5 0 5 10 15 20 30 35 図 2 日平均外気温 [ ] 代表的な測定点の日平均外気温と日平均室温の関係
45 40 35 解析結果 ( 温度実測結果 ) 2010 年 5 月 13 日 ~2011 年 1 月 17 日 外気温と室温の相関は高い 30 日平均室温 [ ] 20 15 10 No.1 搬入口吹抜け No.3 連絡通路入口 5 No.4 屋上換気モニター内部 No.12 No.6 発電機 0 No.12 搬入口シャッター -5-5 0 5 10 15 20 30 35 図 2 日平均外気温 [ ] 代表的な測定点の日平均外気温と日平均室温の関係
45 40 解析結果 ( 温度実測結果 ) 2010 年 5 月 13 日 ~2011 年 1 月 17 日 35 30 日平均室温 [ ] 20 15 10 No.1 搬入口吹抜け No.3 連絡通路入口 5 No.4 屋上換気モニター内部 No.12 約 6 以上高い No.6 発電機 0 No.12 搬入口シャッター -5-5 0 5 10 15 20 30 35 図 2 日平均外気温 [ ] 代表的な測定点の日平均外気温と日平均室温の関係
50 解析結果 ( 温度実測結果 ) 日最高室温 45.3 日平均室温 43 45 40 35 温度 [ ] 30 20 外気温度 実測期間中 発電機付近 (No.6) では日平均室温が 40 を超える日が 9 日間ある 15 No.1 搬入口吹抜け No.3 連絡通路入口 No.4 屋上換気モニター内部 No.6 発電機 No.12 搬入口シャッター外気温度 10 7/17 7/18 7/19 7/20 7/21 7/22 7/23 図代表的な測定点の室温 (2010 年 7 月 17 日 ~7 月 23 日 )
研究概要 ( 解析概要 ) 解析対象日 :8 月 5 日 15 時 N 吸気フィルタ室 (3-1GTB) 3 4 号系列コンバインドサイクル蒸気タービン建屋 容積 :122,640 [m 3 ] 床面積 :7,300 [m 2 ] 天井高さ :16.8 [m] 35 55 15 (35.92 ) 単位 :[mm] 22,000 1,210 1 2 号機蒸気タービン建屋 3 窓 1 つの大きさ 940 窓 : 温湿度測定点 2 図 1 屋上換気モニター 4 8 屋上換気モニター 3 150,000 10,000 17,500 2 号機蒸気タービン 1 号機蒸気タービン 70,000 1 26,000 屋上換気モニター 2 屋上換気モニター平面 ( 全て同じ大きさ ) 3,000 11 搬入口吹抜け 9 搬入口中央部鉛直断面 1 12 5 4 10 6,000 対象平面の概要及び温湿度測定点 70,000 搬入口シャッターの大きさ 10,000 11,000 GL 容積 :112,860 [m 3 ] 床面積 :4,950 [m 2 ] 天井高さ :22.8 [m] 蒸気タービンフロアー 4 6 屋上換気モニター 1 12 7 33,000 11,000
研究概要 ( 解析概要 ) 表 1 解析 case 北面窓流入量 [m 3 /s] 水ミスト噴霧壁面固定温度 [ ] 解析 case 開口面積 [ m2 ] 北面窓搬入口シャッター ( 搬入口シャッター ) 東面南面西面北面床面天井面 case1-1 0.00 171.49 42.54 40.93 40.50 40.26 45.03 45.03 0 case1-2 0.00 177.07 39.37 37.76 37.26 37.06 40.81 40.81 case2-1 11.68 165.58 42.54 40.93 40.50 40.26 45.03 45.03 6.84 case2-2 11.68 172.32 39.37 37.76 37.26 37.06 40.81 40.81 case3-1 26.43 153.32 42.54 40.93 40.50 40.26 45.03 45.03 case3-2.80 162.69 39.37 37.76 37.26 37.06 40.81 40.81 case4-1 39.49 142.34 42.54 40.93 40.50 40.26 45.03 45.03 50 case4-2 37.36 154.58 39.37 37.76 37.26 37.06 40.81 40.81 case5-1 52.47 131.28 42.54 40.93 40.50 40.26 45.03 45.03 100 case5-2 47.54 147.26 39.37 37.76 37.26 37.06 40.81 40.81 case6-1 56.42 126.65 42.54 40.93 40.50 40.26 45.03 45.03 150 case6-2 52.54 144.63 39.37 37.76 37.26 37.06 40.81 40.81 北面窓及び搬入口シャッターからの外気の流入量及び建屋の壁面固定温度は 熱負荷シミュレーションソフト TRNSYS により算出した値を使用する 水ミストを噴霧した場合には 搬入口シャッターから建屋内に流入する外気が外気温と相対湿度から算出された湿球温度まで低下すると仮定し 解析を行う
3 40.5 実測値と解析値の比較 ( 温度 ) 8 41.9 43.2 2 図 4 蒸気タービン放熱面 700 m2 (659.69W/ m2 ) 38.4 35.0 9 1 搬入口吹抜 17,500 35.4 5 70,000 10,000 70,000 (A) 実測温度 45 [ ] 3 38.7 40.5 8 37.5 40.1 40.0 40.0 38.0 2 北面窓開放 42.9 (8.47m2) 44.0 42.0 9 35.5 37.0 1 35.5 34.0 35.5 36.0 (B)case3-1( 通風時 ) 10 37.6 37.0 38.3 6 38.0 38.5 38.5 36.0 34.0 北面窓開放 (18.15 m2 ) case3-1 及び case3-2 の 3 階床上 1.2m 水平断面の解析結果及び実測値 5 35.9 10 38.6 6 38.8 7 37.3 単位 :[ mm ] 7 38.8
3 47.3% 実測値と解析値の比較 ( 相対湿度 ) 40.1% 8 41.9% 蒸気タービン放熱面 700 m2 (659.69W/ m2 ) 2 図 4 50.2% 搬入口 17,500 61.9% 吹抜 58.0% 9 1 48.5% 70,000 10,000 70,000 (A) 実測湿度 30 100 [%] 3 45% 8 40% 55 35 50 50 55 40 60 2 北面窓開放 40% (8.47m2) 35 9 55 50% 1 55% 5 5 55% (B)case3-1( 通風時 ) 10 10 45% 48.9% case3-1 及び case3-2 の 3 階床上 1.2m 水平断面の解析結果及び実測値 6 6 50% 60 北面窓開放 (18.15 m2 ) 7 52.0% 単位 :[ mm ] 7 50% 50
解析結果 ( 数値流体解析結果 ) 45[ ] 43.5 42.5 43.0 41.5 42.0 37.5 35.0 34.5 33.0 33.0 38.0 タービン建屋下部 ( 解析領域外 ) 単位 :[ mm ] 36.5 35.0 35.5 14,500 22,800 高い位置の測定点ほど高温 45[ ] 38.0 38.5 タービン建屋下部 ( 解析領域外 ) 単位 :[ mm ] 37.5 36.5 37.0 34.5 27.5 35.5 31.5 33.0 30.0 29.0 30.5 27.0 28.5 30.0 14,500 22,800 GL GL 17,500 15,500 17,500 15,500 (A)case3-1( 通風時 ) (B)case3-2( 水ミスト噴霧時 ) 図 3 case3-1 及びcase3-2の搬入口中央部鉛直断面の解析結果
解析結果(数値流体解析結果) 45 [ ] 37.5 40.0 44.0 35.5 42.0 37.0 38.5 35.5 34.0 38.0 36.0 38.0 36.0 40.0 40.5 B case3-1 通風時 北面窓開放 8.47 38.5 34.0 北面窓開放 18.15 搬入口吹抜け付近で最も温度が低い 45 [ ] 31.0 32.5 35.0 29.5 44.0 34.5 33.0 北面窓開放 8.47 図４ 30.5 36.5 34.5 32.0 27.0 29.5 38.0 31.0 C case3-2 水ミスト噴霧時 33.0 34.0 33.5 北面窓開放 18.15 case3-1及びcase3-2の３階床上1.2m水平断面の解析結果及び実測値
解析結果(数値流体解析結果) 45 [ ] 37.5 40.0 44.0 35.5 42.0 37.0 38.5 35.5 34.0 38.0 36.0 38.0 36.0 40.0 40.5 B case3-1 通風時 北面窓開放 8.47 38.5 34.0 北面窓開放 18.15 搬入口から離れた場所ほど温度が高い 搬入口吹抜け付近で最も温度が低い 45 [ ] 31.0 32.5 35.0 29.5 44.0 34.5 33.0 北面窓開放 8.47 図４ 30.5 36.5 34.5 32.0 27.0 29.5 38.0 31.0 C case3-2 水ミスト噴霧時 33.0 34.0 33.5 北面窓開放 18.15 case3-1及びcase3-2の３階床上1.2m水平断面の解析結果及び実測値
解析結果(数値流体解析結果) 45 [ ] ２号機蒸気タービン 37.5 44.0 40.0 35.5 42.0 37.0 約45 40.0 38.0 38.0 36.0 38.5 34.0 B case3-1 通風時 北面窓開放 8.47 36.0 34.0 35.5 38.5 40.5 北面窓開放 18.15 建屋全体の温度が５ 前後低下 45 [ ] 31.0 32.5 35.0 29.5 44.0 約40 34.5 33.0 北面窓開放 8.47 図４ 30.5 34.5 32.0 36.5 27.0 29.5 38.0 31.0 C case3-2 水ミスト噴霧時 33.0 34.0 33.5 北面窓開放 18.15 case3-1及びcase3-2の３階床上1.2m水平断面の解析結果及び実測値
解析結果(数値流体解析結果) 45 [ ] 37.5 40.0 44.0 35.5 42.0 37.0 約37.5 40.0 40.5 約36.0 34.0 36.0 38.0 38.0 B case3-1 通風時 北面窓開放 8.47 36.5 44.0 34.5 33.0 北面窓開放 8.47 図４ 34.0 31.0 32.5 35.0 38.5 北面窓開放 18.15 建屋全体の温度が５ 前後低下 外気温度(33 )よりも低くなる 45 [ ] 36.0 35.5 38.5 29.5 34.5 32.0 約32.5 27.0 29.5 約30.5 38.0 31.0 30.5 C case3-2 水ミスト噴霧時 33.0 34.0 33.5 北面窓開放 18.15 case3-1及びcase3-2の３階床上1.2m水平断面の解析結果及び実測値
解析結果 ( 数値流体解析結果 ) 単位 :[ mm ] 30 100[%] 単位 :[ mm ] 30 100[%] 50 55 60 40 50 60 55 タービン建屋下部 ( 解析領域外 ) 14,500 22,800 60 75 8590 55 55 60 相対湿度は高い位置の測定点ほど低い 95 75 90 85 タービン建屋下部 ( 解析領域外 ) 14,500 22,800 GL 17,500 15,500 17,500 15,500 (A)case3-1( 通風時 ) (B)case3-2( 水ミスト噴霧時 ) 図 3 case3-1 及びcase3-2の搬入口中央部鉛直断面の解析結果 GL
解析結果 ( 数値流体解析結果 ) 30 100 [%] 55 35 50 50 55 40 60 北面窓開放 (8.47 m2 ) 図 4 35 55 30 100 [%] 65 60 70 75 70 80 35 北面窓開放 (8.47 m2 ) (B)case3-1( 通風時 ) 85 85 80 (C)case3-2( 水ミスト噴霧時 ) 60 搬入口吹抜け付近で最も湿度が高い 75 55 北面窓開放 (18.15 m2 ) 75 70 65 北面窓開放 (18.15 m2 ) case3-1 及び case3-2 の 3 階床上 1.2m 水平断面の解析結果及び実測値 50 65 60 55
解析結果 ( 数値流体解析結果 ) 30 100 [%] 55 35 50 50 55 40 60 65 北面窓開放 (8.47 m2 ) 図 4 60 70 2 号機蒸気タービン 35 55 75 70 80 北面窓開放 (8.47 m2 ) (B)case3-1( 通風時 ) 85 85 80 (C)case3-2( 水ミスト噴霧時 ) 60 搬入口から離れた場所ほど湿度が低い搬入口吹抜け付近で最も湿度が高い 30 100 [%] 35 75 55 北面窓開放 (18.15 m2 ) 75 70 65 北面窓開放 (18.15 m2 ) case3-1 及び case3-2 の 3 階床上 1.2m 水平断面の解析結果及び実測値 50 65 60 55
解析結果 ( 数値流体解析結果 ) 30 100 [%] 約 30% 55 35 50 50 55 40 60 65 北面窓開放 (8.47 m2 ) 図 4 60 70 2 号機蒸気タービン 35 55 30 100 [%] 75 70 80 35 75 北面窓開放 (8.47 m2 ) 55 約 50% (B)case3-1( 通風時 ) 建屋全体の湿度が 20% 前後上昇 85 85 80 (C)case3-2( 水ミスト噴霧時 ) 60 北面窓開放 (18.15 m2 ) 75 70 65 北面窓開放 (18.15 m2 ) case3-1 及び case3-2 の 3 階床上 1.2m 水平断面の解析結果及び実測値 50 65 60 55
解析結果 ( 数値流体解析結果 ) 30 100 [%] 55 35 50 50 55 40 約 55% 60 60 北面窓開放 (8.47 m2 ) 図 4 35 55 30 100 [%] 65 60 70 75 70 80 35 75 北面窓開放 (8.47 m2 ) 55 (B)case3-1( 通風時 ) 85 85 80 (C)case3-2( 水ミスト噴霧時 ) 約 50% 電子機器への影響は少ない 約 80% 北面窓開放 (18.15 m2 ) 75 70 65 約 75% 北面窓開放 (18.15 m2 ) case3-1 及び case3-2 の 3 階床上 1.2m 水平断面の解析結果及び実測値 50 65 60 55
まとめ 1 実測の結果 どの測定点においても外気温の上昇に伴い室温も上昇する 2 水ミスト噴霧により 通風時に比較して建屋全体の温度を 5 程度低下させることが可能である 3 水ミスト噴霧により 通風時に比較して建屋全体の湿度が 20% 前後上昇するが 付近での湿度は 80% 前後であり電子機器への影響は少ない