空調機器モデルと室内気流解析システムの開発空調機器の開発におけるCFDの活用 ➢ 要素部品の開発室外機圧縮機 p.2 熱交換器フィン形状による伝熱特性の比較室内機ファン翼端渦発生のメカニズム解析シリンダ部の吐出弁挙動と内圧の変化ルームエアコンの機内流れ解析外気処理機ドーム空間の内圧の変化通過風速分布と吸込気流の解析漏れ流れと圧力損失の解析空調機器の開発におけるCFDの活用 ➢ 空調機器・空調システムの評価室外機室内機室外機室内機 p.3 外気処理機ショートサーキット現象の予測と対策適正容量・台数の検討外気処理機による室内環境の比較温度分布 1台の場合全熱交換器の場合吸込温度２台の場合デシカントの場合外気処理機シミュレーションのシステム化 ➢ 必要性と課題 p.4 ○機器の能力を適切に発揮するために、設備設計段階でのシミュレーションは必須。 ○設備設計に必要なシミュレーションは、営業の最前線で運用したい →運用面・技術面で課題がある ○運用面での課題・専用ソフトの操作習得が必要・作業項目が多く、工数が大きい・専任者だけでは、数をこなせない専用ウィザードの開発 ○技術面での課題・空調機器の特性を考慮した計算が必要・熱負荷などの設定の標準化が必要空調機器モデルの開発シミュレーションのシステム化・室内温熱環境解析・室外機ショートサーキット分析本日の発表内容 ➢ １．室内温熱環境解析システム１−１．専用ウィザード１−２．空調機器モデル１−３．適用事例２．室外機ショートカット分析システム２−１．専用ウィザード２−２．適用事例３．まとめ p.5 室内温熱環境解析システム ➢ 専用ウィザード ○各プロセスでの設定項目と設定方法を標準化 ○対話的に作業を実行可能室内気流解析のプロセス建物構造設定室内形状の作成壁条件の設定窓の設定解析条件設定解析手法の設定計算条件の設定照明の設定解析格子作成室内構造設定計算実行・結果処理什器の配置計算の実行発熱体の配置結果の可視化人の配置改善案の考案レポートの作成機器配置室内機の配置外気処理機の配置 p.6 室内温熱環境解析システム ➢ 専用ウィザードでの実行フロー１建物構造設定室内形状の作成壁条件の設定 p.7 ○室内形状の作成・床面形状を作図して、天井方向に引き伸ばす・図面などを背景にして作図することも可能窓・照明の設定 ○壁条件の設定・作成した室内形状から壁がリストアップされる・各壁に、熱貫流率などを設定 ○窓・照明の設定・作成したい壁をリストから選択・作成後、設定画面が開く室内温熱環境解析システム ➢ 専用ウィザードでの実行フロー２室内構造設定什器・発熱体の配置人の配置 ○什器・発熱体の配置・配置する面を指定・登録済みのものからドラッグ＆ドロップ・CAD機能で作成・プロパティを設定 ○人の配置・配置する面を指定・登録済みのものからドラッグ＆ドロップ・プロパティを設定 p.8 室内温熱環境解析システム ➢ 専用ウィザードでの実行フロー３機器配置室内機の配置外気処理機の配置 ○室内機の配置・配置する面を指定・登録済みのものからドラッグ＆ドロップ・プロパティを設定 ○外気処理機の配置・配置する面を指定・吸込口・吹出口を作成・プロパティを設定 p.9 室内温熱環境解析システム ➢ 専用ウィザードでの実行フロー４解析条件設定・計算実行解析手法の設定メッシュ作成計算実行 ○解析手法の設定・計算対象とする物理量の選択・速度場、温度場、湿度場、輻射連成 ○メッシュ作成・解像度を３段階から選択・ヘキサ格子が自動生成される ○計算の実行・initial/restartの選択・計算の実行 p.10 室内温熱環境解析システム ➢ 空調機器モデルの体系 p.11 ○吸込～熱交換～吹出をモデル化室内機モデルカセット形吸込部分吹出部分外気処理機モデルダクト形温湿度変化部分吸込部分ダクト形吹出部分吸込部分外気処理部分室内温熱環境解析システム ➢ 空調機器モデルの構成 p.12 リモートセンサー・室内環境を検知するリモコン位置の温度 CO2濃度温度センサー湿度センサー吸込温度吸込湿度リモコン吸込部・室内空気を吸い込むコントローラ・検知情報を処理する・動作制御を決定する供給能力吹出温度熱交換器加湿量ファン吹出口吸込口風量吹出角度熱交換器・温度を変化させる・湿度を変化させる加湿器・加湿する吹出部・風量を変更する・吹出角度を変更する・空気を吹き出す室内温熱環境解析システム ➢ 空調機器モデルの計算ロジック p.13 ○室内機での温湿度の変化を計算計算フロー ○プログラムとして実装空気線図でのイメージ冷房 START 入力・吸込温度・吸込湿度 ①吸込空気の温度の計算 W/(1-BF) ②吸込空気の湿度の計算吸込 W ③吸込空気の比エンタルピの計算 ④吸込空気の露点温度の計算設定条件・供給能力・風量機器露点 ⑤吹出空気の比エンタルピの計算 ⑥機器露点の比エンタルピの計算 ⑦機器露点温度の計算暖房機器露点温度＜吸込空気露点温度出力・吹出温度・吹出湿度吹出 W 吹出 ⑧－１　機器露点湿度の計算 ⑨－１　吹出温度の計算 ⑧－２　吹出温度の計算 ⑨－２　吹出湿度の計算 ⑧－３　吹出湿度の計算 END 吸込室内温熱環境解析システム ➢ 空調機器モデルの計算ロジック ○外気処理機での温湿度の変化を計算 ○プログラムとして実装入力・還気温度・還気湿度・外気温度・外気湿度 p.14 空気線図でのイメージ全熱交換器外気外気排気給気還気設定条件（外気処理機により異なる）外気処理機デシカント給気外気還気出力・給気温度・給気湿度空調機器の特性を組み込むことが可能還気給気室内温熱環境解析システム ➢ 空調機器モデルの形状と境界条件 p.15 ○吹出し気流を可視化し、境界条件の設定方法を決定 PIVによる可視化カセット形室内機アネモ型吹出口空調機パーツ（形状＋境界条件）解析例室内温熱環境解析システム ➢ 適用事例１ p.16 ○対象：果実倉庫 ○目的：室内機の台数・容量の検討パレット室内機 10HP×7台のレイアウト吹出 15HP×４台のレイアウト吸込室内機風量設定条件 [m3/min] 設定値 case1 10HP×7台 180 吹出温度固定 -1.7 case2 15HP×4台 240 吹出温度固定 -1.7 室内温熱環境解析システム ➢ 適用事例１ p.17 ○対象：果実倉庫 ○目的：室内機の台数・容量の検討 10HP×７台の場合温度[℃] 室内機の気流が倉庫中央まで届かない。反対面に設置されている室内機の気流と干渉する。パレット位置で０℃を超える。 15HP×4台の場合温度[℃] 室内機の気流が倉庫中央まで届く。パレット上部で０℃以上の領域がみられるが、パレット高さでは０℃を維持出来る。これらの結果から、15HP×4台のレイアウトが採用された室内温熱環境解析システム ➢ 適用事例２ p.18 ○対象：病院の待合室 ○目的：併設する外気処理機の検討 11[m] 3[m] 0.2[m] 室内機吸込口 390CMH アンダーカットＢＬＤ１５００ 390CMH ＲＡ 1m× 0.03m　120CMH×10ヶ 530CMH 柱座席数９０ＢＬＤ１５００ FXYM P71MA ＢＬＤ１５００ 8[m] ＢＬＤ１５００ＢＬＤ１５００ 2.75 [m] 室内機吹出口 1 ×1 m 5.4[m] 530CMH ＢＬＤ１５００ 15[m] 柱 2[m] ＯＡ：２０℃ 2.75 [m] 5[m] ＢＬＤ１５００ＢＬＤ１５００ 540CMH 400CMH ＳＡ 1.2[m] 2[m] ＥＡ外気処理機吹出口ＢＬＤ１５００外気処理機吸込口 1 ×1 m 1.8[m] 2.55 5.25[m] 0.2[m] ○人体負荷条件・人数：45[人] ・設定方法：床面に均一室内温熱環境解析システム ➢ 適用事例２ p.19 ○対象：病院の待合室 ○目的：併設する外気処理機の検討全熱交換器デシカント温度[℃] 温度分布平均温度：25.9[℃] 平均温度：25.9[℃] 湿度[%] 湿度分布平均湿度：58.4[℃] 平均湿度：41.2[℃] 本日の発表内容 ➢ １．室内温熱環境解析システム１−１．専用ウィザード１−２．空調機器モデル１−３．適用事例２．室外機ショートカット分析システム２−１．専用ウィザード２−２．適用事例３．まとめ p.20 室外機ショートサーキット分析システム ➢ ショートサーキットとは p.21 室外機が排気を吸い込むと、熱交換効率が低下することにより性能が低下する（ショートサーキット現象）。空調機の能力を最大限に発揮させるために、室外機の設置基準を明確化して適正な設置方式を推奨している（1990年から運用）。吸込温度上昇による消費電力の増加メーカ・カタログ記載の能力表から作成した特性消費電力消費得電力（KW) 12 10 8 RHXYQ8PY1 RHXYQ10PY1 RHXYQ12PY1 6 4 2 0 15 20 25 30 35 40 45 外気温度吸込温度吸込温度が２[℃]高くなると２～６[％] 電力消費量が増加する（冷媒をより高温で圧縮させるため、コンプレッサー動力が増加）。室外機設置基準書の例室外機ショートサーキット分析システム ➢ 室外機の配置で生じる問題 p.22 ショートサーキット現象は、室外機を適切に設置をすることで回避できる。しかしながら、配置が複雑、室外機の隠蔽（意匠性重視）など、設置基準を満たすことが困難な建築物が増えている。適切な室外機の設置をサポートをするために、ＣＦＤを用いた室外機ショートサーキットシミュレーションツールを開発し運用している。＜シミュレーションによる設置方法の検討＞・分散配置は無理か？　・かさ上げ・ダクト使用は可能か？　・吸込・吹出の分離は可能か？室外機ショートサーキット分析システム ➢ システムの特徴 ○専用ウィザード・モデル作成、計算実行、結果の可視化まで対話的に実行可能 ○室外機モデル作成機能・機器形状、吸込・吹出条件の標準モデル ○基本パターンによる建物形状作成機能・矩形、L字型など標準的な形状からパターン化 ○拡張コピー・フロア積み上げ機能 ○分析結果の出力機能・室外機の吸込温度、特定断面の温度分布の自動出力 p.23 室外機ショートサーキット分析システム ➢ 専用ウィザードによる実行フロー１ p.24 室外機ショートサーキット分析システム ➢ 専用ウィザードによる実行フロー２ p.25 室外機ショートサーキット分析システム ➢ 専用ウィザードによる実行フロー２ p.26 室外機ショートサーキット分析システム ➢ 専用ウィザードによる実行フロー３標準レポート機能による報告書の例 p.27 室外機ショートサーキット分析システム ➢ 適用事例シミュレーションモデル p.28 室外機格子（トリムメッシュ）室外機ショートサーキット分析システム ➢ 適用事例領域全体断面A p.29 断面B 断面A 断面B 断面位置室外機近傍まとめ ➢ ○室内気流解析システム・専用ウィザードを開発した。・マニュアルレスでのモデル作成を可能とした。・空調機器をモデル化し、形状と境界条件が一体となったパーツを作成した。 ○室外機ショートサーキット分析システム・専用ウィザードを開発した。・マニュアルレスでのモデル作成を可能とした。・ショートサーキットの分析を自動で行えるようにした。 p.30