2021 Fiscal Year Annual Research Report
ZEBを実現するための現在と近未来の設計用過酷気象データの開発
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19H02299
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
二宮 秀與 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (90189340)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飯塚 悟 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (40356407)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 設計用過酷気象データ / ZEB / 日射直散分離 / 大気放射量 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ZEB（ネットゼロエネルギービルディング）のエネルギーシミュレーションに用いる1分値気象データを整理した。2011～2020年の10年間のデータ整理を目的として、1分値データに含まれる欠測を補充する方法について検討した。今年度はホットデック法の改良とニューラルネットワークによる機械学習について検討した。その結果、機械学習では要素によっては誤差が大きくなる現象がみられたので、1分値の欠測補充にはホットデック法を用いることとした。
2010年の1分値気象データとEA気象データを用いて、札幌，東京，鹿児島のエネルギーシミュレーションを行い、どのような気象条件の時に発電量と消費量の差が大きくなるか考察した。得られた知見を元に、10年間の気象データから月毎に過酷な月を選定し、過酷気象データを作成した。その際に各月毎に最も過酷な年をつなぎ合わせると厳しい条件になりすぎることが明らかになった。
将来の過酷気象データについては、名古屋都市圏を対象として、現状および将来2050年代の過酷気象データの作成を行った。ここでは過酷気温に着目して過酷な年を選定した。現状および将来2050年代の過酷気象データの応用事例として、建物熱負荷計算や空調エネルギー消費量計算を行い、標準年気象データを用いた場合と比較した。
インドネシアで全天日射量と天空日射量，方位別鉛直面日射量と大気放射量を長期観測している。得られたデータを元に、分単位の日射の直散分離，斜面日射量の合成方法について検討した。また大気放射量から夜間放射量を算出し、冷却ポテンシャルがどの程度あるか整理した。このほか、観測したデータを元に、1年間のEPWフォーマットデータを作成した。これによりEnergyPlusなど建物のエネルギーシミュレーションの入力データとして利用できることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究ではZEBのエネルギー収支をより詳細に検討するため、シミュレーションに用いる気象データとして1分値や5分値の利用を条件とした。そのためにまず1分値気象データを整理する必要があり、データに含まれる欠測の補充方法について検討した。ホットデック法とニューラルネットワークによる機械学習を適用した結果、ホットデック法による補間が有効であることを明らかした。
ZEBのモデル建物を対象として、1分値気象データを用いて日ごとのエネルギー収支を考察し、札幌、東京、鹿児島について、エネルギー収支が大きく崩れる条件を整理した。これらの知見を元に、10年間の気象データから月毎に過酷な月を選定し、過酷気象データを作成した。その際に各月毎に最も過酷な年をつなぎ合わせると厳しい条件になりすぎるので、2番目の月を選定する方法を提案した。
将来の過酷気象データについては、2050年代（2050～2059年）を対象とした過酷気象データは、地球スケールから大陸・国スケール、都市スケールに至る気候・気象予測を一気通貫に行う温暖化ダウンスケーリングシミュレーションの結果を用いて作成した。各月に対して対象期間の中で過酷気温が多頻度で含まれる年（過酷年）を抽出し、その月間データをつなぎ合わせて作成した。
日射の直散分離と斜面日射量の合成手法については、インドネシアで日射量を観測しており、２年以上のデータを収集できた。得られたデータを元に、日射の直散分離，斜面日射量の合成方法について、これまでに提案されている手法が適用できるか検討した。その結果、1時間積算値については概ね良く一致したが、瞬時値についてはばらつきが大きく改良が必要であることを明らかにした。またインドネシアで観測した大気放射量から夜間放射量を算出し、冷却ポテンシャルがどの程度あるか整理した。
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| Strategy for Future Research Activity |
1分値気象データの欠測補充については、改良したホットデック法で国内の日射観測地点について2011～2020年の1分値気象データを整備する。
過酷気象に関しては、BestとEnergyPlusによるエネルギーシミュレーションを行い、気象データとの関係性を整理し、過酷気象年の選定方法を提案する。これまで検討した方法では過酷度が強すぎてZEBが成立しない条件になったので、選定方法を改良して適切な条件を提案する。そして過酷気象データを用いたシミュレーション結果が、統計的にどの程度の危険率に相当するか明確にする。
将来の過酷気象データについては、地球スケールから大陸・国スケール、都市スケールに至る気候・気象予測を一気通貫に行う温暖化ダウンスケーリングシミュレーション（直接ダウンスケーリングシミュレーション）の結果を用いて、各月に対して対象期間の中で過酷気温が多頻度で含まれる年（過酷年）を抽出し、その月間データをつなぎ合わせて作成する方法をこれまでに提案した。今後、気温以外の気象要素も加味した過酷気象データの作成方法を検討する。また現状および将来2050年代の過酷気象データの応用事例として、建物熱負荷計算や空調エネルギー消費量計算を行い、標準年気象データを用いた場合と比較し過酷気象データの有用性を明らかにする。
熱帯地域での設計用の気象データ(TMY)については、これまでにインドネシアで観測した日射量と大気放射量のデータを用いて、日射の直散分離と斜面日射量の合成方法，および大気放射量の推定方法を提案する。また気象衛星の画像データを用いた、時別日射量と大気放射量の推定方法を提案し、日射量を観測していない気象観測所のTYMの作成方法を可能にする。また代表都市の過去10年間の気象データを収集し、TMYと過酷気象データを作成する。
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