Study on optimum operation method when combined with radiant panel and air conditioner by coupling of ES and CFD

Research Project

Project/Area Number	19K23559
Research Category	Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	0304:Architecture, building engineering, and related fields
Research Institution	Kurume Institute of Technology
Principal Investigator	山本竜大久留米工業大学, 工学部, 助教 (30849188)
Project Period (FY)	2019-08-30 – 2021-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help	¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000) Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	建築環境・設備 / 連成シミュレーション / 省エネルギー / 快適性 / ES / CFD / 放射パネル / エアコン / 対流熱伝達率
Outline of Research at the Start	近年住宅は開放的かつ連続した空間で構成されており，エアコンのような指向性の強い冷暖房機器の利用では局所的な温度分布が生じるため快適性の観点から方策が必要である。局所的な温度分布が発生しない冷暖房機器として挙げられるのは放射パネルである。放射パネルは室内を均一に冷暖房することが可能であるため，有効な方策である。しかし，空調機と放射パネルを併用することで省エネかつ快適な環境を達成する可能性についての見当は不十分である。そこで，本研究では放射パネルと空調機を併用した際の最適な運用方式について見当する。
Outline of Annual Research Achievements	近年住宅におけるエアコンによる対流式空調方式の課題として挙げられていた局所的な温度分布に対応し、室空間をムラ無く空調する放射空調の利用が増加傾向にある。しかし、放射空調のみでは吹き抜けなど連続した大空間には対応することが難しい。そこで本研究は、放射と対流の混在する複雑な物理現象を精緻に予測する解析手法の開発し、エアコンと放射パネルの最適な運用方式を提案することを目的として行う。当該年度においては、以下の課題に取り組んだ。①数値流体解析を用いて空間への熱的な寄与率を事前に算出し、エネルギーシミュレーションに組み込むことで連続した複数ゾーンの非定常解析を可能とする熱分配法が開発されている。熱分配法において、寄与率の計算は対流による熱輸送を前提としており、放射が優位な設備を利用する際には数値流体解析で利用する境界条件の取り扱いに留意する必要がある。従って、エネルギーシミュレーション側で放射計算を行い設備機器による対流分の熱輸送を数値流体解析によって行う解析手法を構築した。数値流体解析の境界条件は放射空調のON/OFFで区分けを行い、投入熱量を与えない基準状態とした。対流式空調と放射空調の対流分の熱輸送を数値流体解析によって計算し、基準状態との偏差を対流分の寄与率とした。②実験住宅を対象としてエアコンと放射パネルが同時に稼働する条件において提案手法の精度検証を行い、妥当性を示した。③エアコンと放射パネルの運用方式をパラメータとしたケース検討を行い、快適と省エネを両立する運用方式を決定した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 予定していた熱分配法の拡張による提案手法の理論の確立は完了しており、実大実験住宅を対象として実験データを元に精度検証を行っている。精度検証時の設定条件を元に調整パラメータを決定し、ケース検討を進めている。ケース検討では、快適と省エネを同時に満足する条件を探索している。主な条件としては、①対流式空調機の配置②パネルの枚数③各設備機器の投入熱量を想定している。
Strategy for Future Research Activity	研究計画に従い、研究を実行する。精度検証は若干の疑問が残るパラメータが存在するため、その調整を今後行う。ケース検討に関しては快適の評価指標として予測平均温冷感申告を用いるが、数値流体解析の解析結果をどのようにエネルギーシミュレーションに反映させるかについて検討を行った上で妥当性の高い計算結果を元に快適性の評価を行う予定である。