熱量予測方法及び熱量予測システム並びに熱量予測プログラム
【課題】被測定対象に流入する熱量を測定する熱量予測方法及び熱量予測システム並びに熱量予測プログラムに関し、特に、簡単に非定常的な熱量を測定することができる熱量予測方法及び熱量予測システム並びに熱量予測プログラムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、被測定対象に流出入する熱量を予測する熱量予測方法であって、被測定対象に関する熱回路を設定し、熱回路に関するパラメータを取得し、パラメータを熱回路に設定し、熱回路を解くことにより、被測定対象に流出入する熱量を予測することを特徴とする。
【解決手段】本発明は、被測定対象に流出入する熱量を予測する熱量予測方法であって、被測定対象に関する熱回路を設定し、熱回路に関するパラメータを取得し、パラメータを熱回路に設定し、熱回路を解くことにより、被測定対象に流出入する熱量を予測することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱量予測方法及び熱量予測システム並びに熱量予測プログラムに係り、特に、被測定対象に流入する熱量を測定する熱量予測方法及び熱量予測システム並びに熱量予測プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
日射を受ける各種構造物、例えば、船舶、建築物、自動車、家電製品等の外面を被覆する太陽熱反射塗料（遮熱塗料）が開発されている。太陽熱反射塗料は、太陽光などを反射して、構造物の内部温度の上昇を抑えるとともに、構造物表面を保護する作用がある。これにより、構造物の空調などによる不要なエネルギー消費を低減するとともに、構造物の耐久性を向上させる効果を奏する。
【０００３】
このような太陽熱反射塗料を構造物に塗装してその効果を得ようとする場合に、どの程度の遮熱効果が得られるかを検証することが重要となる。
【０００４】
構造物の熱負荷を計算する場合、簡易的には建築環境工学などで用いられる定常計算方法によるものがある。
【０００５】
なお、日射反射率を測定し、測定した日射反射率から日射吸収率を算出し、算出した日射吸収率をもとに相当外気温を算出し、算出された相当外気温から貫流熱量を算出することにより、定常計算方法を用いることにより遮熱塗装の効果を測定する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３９９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかるに、建築環境工学などで用いられる定常計算方法はそのままでは、定常的な熱量を計算することしかできず、熱容量、気象条件の変化を勘案した予測計算を行なうことはできなかった。熱容量、気象条件の変化を勘案した非定常的な熱量を計算する場合には、大型コンピュータを用いた熱負荷計算用シミュレーションプログラムを用いる必要があり、容易に活用することができない。また、コストが高くなるなどの問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、簡単に非定常的な熱量を測定することができる熱量予測方法及び熱量予測システム並びに熱量予測プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の熱量予測方法は、被測定対象に流出入する熱量を予測する熱量予測方法であって、被測定対象に関する熱回路を設定し、熱回路に関するパラメータを取得し、パラメータを前記熱回路に設定し、熱回路を解くことにより、被測定対象に流出入する熱量を予測することを特徴とする。
【０００９】
熱回路は、室内と室外との間の熱流をｉ、日射吸収率をａ、日射強度をＩ、外気温度をＴex、室内温度をＴin、室内と室外との間の構造物の熱抵抗をＲc、室内側の構造物の熱伝達抵抗をｒin、室外側の構造物の熱伝達抵抗をｒexとしたとき、
ｉ＝｛（ａ×Ｉ×rex）＋（Ｔex−Ｔin）｝／（Ｒc＋ｒin＋ｒex）
で表されることを特徴とする。
【００１０】
パラメータを前記被測定対象に流出入する熱量の推移を予測する各時刻毎に取得し、各時刻のパラメータに基づいて熱回路の熱流を算出し、熱回路を解くことにより、次の時刻の熱量を算出し、熱量を順次算出ことにより、熱量の推移を予測することを特徴とする。
【００１１】
時刻ｊの室温をＴin(j)、次に時刻（ｊ＋１）における室温をＴin(j+1)、時刻ｊの外気温をＴex(j)、時刻ｊにおける建物条件及び室内条件を決定するパラメータをまとめたパラメータをＨ(j)’、ＫＳ(j)、建物の容量をＣｔとしたとき
Ｔin(j+1)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)
−（Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)−Ｔin(j))ｅｘｐ（−ＫＳ(j)/Ｃt)
により、時刻ｊにおけるパラメータを用いて時刻（ｊ＋１）における室温Ｔin(j＋1)を算出することを特徴とする。
【００１２】
時刻ｊと時刻（ｊ＋１）の時間間隔は、１０分から１時間の間隔に設定されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の熱量予測システムは、被測定対象に流出入する熱量を予測する熱量予測システムであって、被測定対象の前記熱回路に関するパラメータを取得する取得部と、被測定対象に関する熱回路を設定し、パラメータを前記熱回路に設定し、熱回路を解くことにより、被測定対象に流出入する熱量を予測する処理部とを有することを特徴とする。
【００１４】
熱回路は、室内と室外との間の熱流をｉ、日射吸収率をａ、日射強度をＩ、外気温度をＴex、室内温度をＴin、室内と室外との構造熱抵抗をＲc、室内側の構造物の熱伝達抵抗をｒin、室外側の構造物の熱伝達抵抗をｒexとしたとき、
ｉ＝｛（ａ×Ｉ×rex）＋（Ｔex−Ｔin）｝／（Ｒc＋ｒin＋ｒex）
で表されることを特徴とする。
【００１５】
処理部は、パラメータを被測定対象に流出入する熱量の推移を予測する各時刻毎に取得し、各時刻のパラメータに基づいて熱回路の熱流を算出し、熱回路を解くことにより、次の時刻の熱量を算出し、熱量を順次算出ことにより、熱量の推移を予測することを特徴とする。
【００１６】
処理部は、時刻ｊの室温をＴin(j)、次に時刻（ｊ＋１）における室温をＴin(j+1)、時刻ｊの外気温をＴex(j)、時刻ｊにおける建物条件及び室内条件を決定するパラメータをまとめたパラメータをＨ(j)’、ＫＳ(j)、建物の容量をＣｔとしたとき
Ｔin(j+1)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)
−（Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)−Ｔin(j))ｅｘｐ（−ＫＳ(j)/Ｃt)
により、時刻ｊにおけるパラメータを用いて時刻（ｊ＋１）における室温Ｔin(j＋1)を算出することを特徴とする。
【００１７】
時刻ｊと時刻（ｊ＋１）の時間間隔は、１０分から１時間の間隔に設定されていることを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明の熱量予測プログラムは、コンピュータに、被測定対象に関する熱回路を設定させる第１の手順と、熱回路に関するパラメータを取得させる第２の手順と、パラメータを熱回路に設定させる第３の手順と、熱回路を解くことにより、被測定対象に流出入する熱量を予測させる第４の手順とを実行させることを特徴とする。
【００１９】
熱回路は、室内と室外との間の熱流をｉ、日射吸収率をａ、日射強度をＩ、外気温度をＴex、室内温度をＴin、室内と室外との構造熱抵抗をＲc、室内側の構造物の熱伝達抵抗をｒin、室外側の構造物の熱伝達抵抗をｒexとしたとき、
ｉ＝｛（ａ×Ｉ×rex）＋（Ｔex−Ｔin）｝／（Ｒc＋ｒin＋ｒex）
で表されることを特徴とする。
【００２０】
第４の手順は、パラメータを被測定対象に流出入する熱量の推移を予測する各時刻毎に取得し、各時刻のパラメータに基づいて熱回路の熱流を算出し、熱回路を解くことにより、次の時刻の熱量を算出し、熱量を順次算出ことにより、熱量の推移を予測することを特徴とする。
【００２１】
第４の手順は、時刻ｊの室温をＴin(j)、次に時刻（ｊ＋１）における室温をＴin(j+1)、時刻ｊの外気温をＴex(j)、時刻ｊにおける建物条件及び室内条件を決定するパラメータをまとめたパラメータをＨ(j)’、ＫＳ(j)、建物の容量をＣｔとしたとき下記の式
Ｔin(j+1)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)
−（Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)−Ｔin(j))ｅｘｐ（−ＫＳ(j)/Ｃt)
により、時刻ｊにおけるパラメータを用いて時刻（ｊ＋１）における室温Ｔin(j＋1)を算出することを特徴とする。
【００２２】
時刻ｊと時刻（ｊ＋１）の時間間隔は、１０分から１時間の間隔に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、上記のような計算方法を適用することにより、定常計算による各部位の熱流量の総和を用いて時々刻々と変化する気象条件の変化を勘案した室温などの予測計算を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
〔システム構成〕
図１は本発明の一実施例のシステム構成図を示す。
【００２５】
本実施例の熱量予測システム１００は、入力装置１１１、処理部１１２、記憶装置１１３、メモリ１１４、表示装置１１５、通信装置１１６などから構成されるパーソナルコンピュータシステムから構成されている。
【００２６】
入力装置１１１は、例えば、マウス及びキーボードから構成されており、構造物などの被測定対象の所在地情報や被測定対象のサイズ、内部設定温度などの情報を入力するための装置である。
【００２７】
処理部１１２は、ＣＰＵなどから構成されており、記憶装置１１３に記憶された熱負荷計算プログラムを実行する。
【００２８】
記憶装置１１３は、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブなどディスクドライブから構成されており、熱負荷計算プログラムがインストールされている。また、被測定対象の情報や計算結果などを記憶する。
【００２９】
メモリ１１４は、ＲＡＭなどの揮発性メモリから構成されており、処理部１１２の一時記憶領域として用いられる。
【００３０】
表示装置１１５は、ＣＲＴ、ＬＣＤなどから構成されており、入力情報や計算結果を表示する。
【００３１】
通信装置１１６は、インターネットなどのネットワークと接続されており、気象庁などのデータベースにアクセスして、必要な気象情報を取得する。
【００３２】
〔熱負荷計算プログラム〕
図２は熱負荷計算プログラムの処理フローチャートを示す。
【００３３】
処理部１１２はステップＳ１−１で熱負荷計算プログラムが起動されると、ステップＳ１−２で起動された熱負荷計算プログラムにより被測定対象の所在地を要求する画面を表示する。
【００３４】
次に処理部１１２はステップＳ１−３でユーザにより被測定対象である建築物の所在地情報が入力されると、ステップＳ１−４で被測定対象の気象庁データベースから気象情報を取得する。
【００３５】
次に、処理部１１２は、ステップＳ１−５で被測定対象の方角、および、サイズを要求するサイズ要求画面を表示する。処理部１１２はステップＳ１−６でユーザにより被測定対象の方角、及び、サイズが入力されると、ステップＳ１−７で被測定対象の方角、及び、サイズを取得する。
【００３６】
次に、処理部１１２は、ステップＳ１−８で被測定対象の内部温度などの条件を示す内部情報を要求する内部情報要求画面を表示する。処理部１１２は、ステップＳ１−９で内部情報が入力されると、ステップＳ１−１０で内部情報を取得する。
【００３７】
次に処理部１１２は、ステップＳ１−１０で取得した所在地情報から日射量、被測定対象のサイズ情報から被測定対象の表面積、内部情報から熱容量など、熱負荷計算に必要なパラメータを算出する。パラメータは、建築環境工学などの分野で一般に用いられている日射量などを求めるための式から算出されるものであり、例えば、「環境工学教科書 第二版 環境工学教科書研究会編著 彰国社」に記載されているもので、すべて定常計算により取得できる。よって、計算が容易である。
【００３８】
図３は熱負荷計算に必要なパラメータを示す図である。
【００３９】
気象情報から取得されるパラメータは、外気温Ｔex〔℃〕、屋根面日射強度Ｉｒ〔Ｗ／ｍ＾２〕、壁面日射強度Ｉw〔Ｗ／ｍ＾２〕、風速ｖ〔ｍ／ｓ〕である。外気温Ｔex〔℃〕は、所在地情報から近接する気象庁測候所を抽出し、抽出した気象台あるいは、測候所の気象データを気象庁などのデータベースから取得する。気象データは、通信装置１１６によりインターネットを介して気象庁あるいは気象情報提供会社などにアクセスすることにより取得することができる。
【００４０】
屋根面日射強度Ｉｒ〔Ｗ／ｍ＾２〕、及び、壁面日射強度Ｉw〔Ｗ／ｍ＾２〕は、所在地情報から近接する気象台、あるいは、測候所を抽出し、抽出した気象台、あるいは、測候所のデータから平均大気透過率、及び、抽出された気象庁測候所の緯度、経度、並びに、日照時間データから算出する。
【００４１】
例えば、太陽定数をＪ0＝１．３７〔ｋＷ／ｍ＾２〕、太陽高度をｈ〔度〕、大気透過率をＰとすると、法線面直達日射量ＪDは、ブーガの式より、
ＪD＝０．５×Ｊ0×Ｐ＾cosec(ｈ) ・・・（１）
で求められる。また、水平面天空日射量Ｊsは、
Ｊs＝０．５×Ｊ0×sin(ｈ)・（１−Ｐ＾cosec(ｈ)）／（１−１．４×ｌｎ（Ｐ））
・・・（２）
で求められる。
【００４２】
ここで、被測定対象である建物の屋根や屋上に直達する日射量である水平面直達日射量ＩHは、
ＩH＝ＪD×sin(ｈ) ・・・（３）
で求められる。
【００４３】
さらに、被測定対象である建物の壁面に直達する日射量である鉛直面直達日射量Ｉvは、
Ｉv＝ＪD×cos(ｈ)×cos(α−Ａv) ・・・（４）
で求められる。なお、ここで、Ａvは、壁面方位角であり、単位は、〔度〕である。
【００４４】
水平面直達日射量と日照時間に基づいて水平面実照日射強度が算出され、鉛直面直達日射量と日照時間に基づいて鉛直面実照日射強度が算出される。なお、日照時間は、近接気象台あるいは測候所データより取得できる。
【００４５】
水平面実照日射強度は屋根面日射強度Ｉｒ〔Ｗ／ｍ＾２〕に相当し、鉛直面実照日射強度は壁面日射強度Ｉw〔Ｗ／ｍ＾２〕に相当する。
【００４６】
風速ｖ〔ｍ／ｓ〕は、気象台、あるいは、測候所データより取得できる。
【００４７】
被測定対象を建物とした場合、建物条件から得られるパラメータは、屋根表面日射吸収率ａr〔％〕、屋根面積Ｓr〔ｍ＾２〕、屋根熱伝達抵抗ｒrex〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕、屋根構造熱抵抗Ｒrc〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕、天井熱伝達抵抗ｒrin〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕、及び、壁表面日射吸収率ａw〔％〕、外壁熱伝達抵抗ｒwex〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕、壁構造熱抵抗Ｒwc〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕、内壁熱伝達抵抗ｒwin〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕である。
【００４８】
屋根表面日射吸収率ａr〔％〕は、例えば、「ＪＩＳ Ｒ ３１０６」、又は、「ＪＩＳ Ａ ５７５９」により決定される。屋根面積Ｓr〔ｍ＾２〕は、被測定対象のサイズ情報から求められる。
【００４９】
屋根熱伝達抵抗ｒrex〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕は、風速ｖ〔ｍ／ｓ〕より算出される。
【００５０】
屋根構造熱抵抗Ｒrc〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕は、被測定対象の屋根構造、各部位の熱伝導率、厚さより算出される。
【００５１】
天井熱伝達抵抗ｒrin〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕は、空調工学の常用値が採用される。
【００５２】
壁表面日射吸収率ａw〔％〕は、屋根表面日射吸収率ａr〔％〕と同様に、例えば、「ＪＩＳ Ｒ ３１０６」、又は、「ＪＩＳ Ａ ５７５９」から求められる。
【００５３】
外壁熱伝達抵抗ｒwex〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕は、空調工学の常用値を採用する。
【００５４】
壁構造熱抵抗Ｒwc〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕は、被測定対象の壁構造、各部位の熱伝導率、厚さより算出される。
【００５５】
内壁熱伝達抵抗ｒwin〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕は、空調工学の常用値を採用する。
【００５６】
また、室内条件から取得されるパラメータは、室温Ｔin〔℃〕、室内空気体積Ｖair〔ｍ＾３〕、室内空気容積熱容量Ｃair〔Ｗｈ／ｍ＾３ｋ〕、換気回数Ｎ〔回数／ｈ〕、内部熱源Ｈ〔Ｗ〕などがある。
【００５７】
室温Ｔin〔℃〕は、空調設定温度（目標温度）として固定値に設定する。
【００５８】
室内空気体積Ｖair〔ｍ＾３〕は、建物の内容量から算出する。
【００５９】
室内空気容積熱容量Ｃair〔Ｗｈ／ｍ＾３ｋ〕は、空気の物性値を設定する。
【００６０】
換気回数Ｎ〔回数／ｈ〕は、ユーザが室内使用状況から推定した値を設定する。
【００６１】
内部熱源Ｈ〔Ｗ〕は、ユーザが室内機器の消費電力量、在室人数などから推定した値を設定する。
【００６２】
上記パラメータは、すべて推定値、あるいは、規定値をユーザが入力、あるいは、記憶装置１１３に予めインストールしておくことにより、取得できる。
【００６３】
処理部１１２は、ステップＳ１−１２で上記のパラメータを熱回路に設定し、熱回路を定常計算により解き、熱負荷量を算出し、ステップＳ１−１３で計算結果を表示する。
【００６４】
〔熱負荷計算〕
図４は熱負荷計算の計算方法を説明するための図を示す。
【００６５】
まず、被測定対象は、屋根部分が屋根基材２１１、塗膜２１２、天井構造断熱材２１３から構成され、壁部分が壁基材２２１、塗膜２２２、壁構造断熱材２２３から構成されている。
【００６６】
上記構造の被測定対象において屋根部分は外気温Ｔexと室温Ｔinとの間に屋根熱伝達抵抗ｒrex、屋根構造熱抵抗Ｒrc、天井熱伝達抵抗ｒrinを直列に接続した熱回路が構成されている。ここで、屋根熱伝達抵抗ｒrexと屋根構造熱抵抗Ｒrcとの接続点には、屋根面日射強度Ｉrに屋根表面日射吸収率ａrを掛けた熱流（ａr×Ｉr）が流入する。上記熱回路の定常解は、キルヒホッフの法則を用いて任意の熱流を求めることができる。
【００６７】
ここで、外気温Ｔexと室温Ｔinとの温度差（Ｔex−Ｔin）は、
室内に流れ込む熱流をｉrとすると、室外に流れだす熱流は、
｛（ａr×Ｉr）−ｉr｝ ・・・（８）
で表せる。
【００６８】
よって、
（Ｔex−Ｔin）＝ｉr×（Ｒrc＋ｒin）−｛（ａr×Ｉr）−ｉr｝ｒrex
＝ｉr×（Ｒrc＋ｒin＋ｒrex）−（ａr×Ｉr×ｒrex） ・・・（９）
よって、
（Ｔex−Ｔin）＋（ａr×Ｉr×ｒrex）＝ｉr×（Ｒrc＋ｒin＋ｒrex） ・・・（１０）
となる。したがって、室内に流れ込む熱流ｉrは、
ｉr＝｛（ａr×Ｉr×ｒrex）＋（Ｔex−Ｔin）｝／（Ｒrc＋ｒin＋ｒrex）・・・（１１）
で求めることができる。
【００６９】
また、屋根の表面温度Ｔrsは、上記熱流ｉrを用いることにより、
Ｔrs＝Ｔin＋ｉr×（Ｒrc＋ｒin） ・・・（１２）
で求めることができる。
【００７０】
また、天井温度Ｔrcは、同様に熱流ｉrを用いることにより、
Ｔrc＝Ｔin＋ｉr×ｒrin ・・・（１３）
で求めることができる。
【００７１】
なお、壁面については外気温Ｔexと室温Ｔinとの間に外壁熱伝達抵抗ｒwex、壁構造熱抵抗Ｒwc、内壁熱伝達抵抗ｒwinを直列に接続した熱回路が構成されている。ここで、外壁熱伝達抵抗ｒwexと壁構造熱抵抗Ｒwcとの接続点には、壁面日射強度Ｉwに壁面日射吸収率ａwを掛けた熱流（ａw×Ｉw）が流入する。上記熱回路の定常解を求めることにより、屋根と同様にキルヒホッフの法則を用いて壁面の熱流ｉwを求めることができる。
【００７２】
なお、上記熱流ｉr、ｉwは単位面積当たりの熱流であり、屋根及び東西南北の壁の各々について独立して計算することが可能である。屋根の単面積当りの熱流をｉr、東壁面の単位面積当りの熱流をｉwE、西壁面の単位面積当りの熱流をｉwW、南壁面の単位面積当りの熱流をｉwS、北壁面の単位面積当りの熱流をｉwNとし、屋根面積をＳr、東壁面の面積をＳwE、西壁面の面積をＳwW、南壁面の面積をＳwS、北壁面の面積をＳwNとすると、屋根全体の熱流は
ｉr×Ｓr ・・・（１４）
東壁面の熱流は
ｉwE×ＳwE ・・・（１５）
西壁面の熱流は
ｉwW×ＳwW ・・・（１６）
南壁面の熱流は
ｉwS×ＳwS ・・・（１７）
北壁面の熱流は
ｉwN×ＳwN ・・・（１８）
で求められる。
【００７３】
ここで、換気による熱の流出入量Ｑairは、一般に前出のパラメータを用いて、
Ｑair＝Ｃair・Ｖair・（Ｔex−Ｔin）・Ｎ ・・・（１９）
で求められる。
【００７４】
さらに、内部熱源による発熱量は、Ｈである。
【００７５】
したがって、室内へ流入する熱量Ｉは、式（１４）〜（１８）に換気による熱の流出入量Ｑair及び内部熱源による発熱量Ｈを加算したものとなるので、
Ｉ＝（ｉr×Ｓr）＋（ｉwE×ＳwE）＋（ｉwW×ＳwW）＋（ｉwS×ＳwS）
＋（ｉwN×ＳwN）＋Ｑair＋Ｈ ・・・（２０）
で求められる。
【００７６】
上記式（２０）により室内へ流入する熱量Ｉを求めることができる。このとき、上記パラメータ及び熱回路は、定常計算法により算出できるため、計算が簡単である。
【００７７】
次に、上記の式を用いて、熱流が０となるような室温Ｔinを求める場合について考えてみる。
【００７８】
室温Ｔinは、式（１１）より
Ｔin＝Ｔex＋（ａr×Ｉr×ｒrex）−ｉr・（Ｒrc＋ｒin＋ｒrex）
で表される。
【００７９】
ここで、内部熱源Ｈ、換気による熱流を考慮すると、時刻ｊの室温Ｔin(j)は、
Ｔin(j)＝Ｔex(j)
＋〔Ｈ(j)＋Σ｛Ｓi・ａi・Ｉi(j)・ｒiex／（ｒex＋Ｒic＋ｒiin）｝〕
／〔Ｃair・Ｖair・Ｎ(j)＋Σ｛Ｓi／（ｒiex＋Ｒic＋ｒiin）｝〕
・・・（２１）
で表せる。なお、Σは、屋根、東西南北壁面について各々Σ以降の計算を行なった結果を加算したものである。
【００８０】
なお、式（２１）は被測定対象の熱容量を考慮していない。精度を上げるために、被測定対象の熱容量を考慮する必要がある。
【００８１】
建物の熱容量Ｃtは、屋根構造の熱容量をＣr、壁構造の熱容量をＣw、室内空気の熱容量をＣair、室内什器の熱容量をＣfとすると、一般に
Ｃt＝｛（Ｃr＋Ｃw）／２｝＋Ｃair＋Ｃf ・・・（２２）
で表される。
【００８２】
時刻ｊで室温をＴin(j)、外気温をＴex(j)、屋根面日射強度をＩr(j)とすると、屋根面から室内に流入する熱流ｉr(j)は、式（１１）より
ｉr(j)＝｛（ａr×Ｉr(j)×ｒrex）＋（Ｔex(j)−Ｔin(j)）｝／（Ｒrc＋ｒin＋ｒrex）
・・・（２３）
で表される。
【００８３】
ここで、式を簡略化するために、
ｒrex＋Ｒrc＋ｒrin＝１／ｋr ・・・（２４）
とおくと、式（２３）は、
ｉr(j)＝ｋr×｛（ａr×Ｉr(j)×ｒrex）＋（Ｔex(j)−Ｔin(j)）｝
・・・（２５）
で表される。
【００８４】
なお、時刻ｊにおける東西南北壁面の熱流ｉwE(j)、ｉwW(j)、ｉwS(j)、ｉwN(j)についても同様に独立して算出することができる。
【００８５】
また、時刻ｊにおける換気による熱流出入量Ｑair(j)は、換気回数をＮ(j)とすると、
Ｑair(j)＝Ｃair（Ｔex(j)−Ｔin(j)）・Ｎ(j) ・・・（２６）
で求められる。
【００８６】
時刻ｊに室内に流入する熱流Ｉ(j)は、式（２０）より
Ｉ(j)＝（ｉr(j)×Ｓr）＋（ｉwE(j)×ＳwE）＋（ｉwW(j)×ＳwW）＋（ｉwS(j)×ＳwS）
＋（ｉwN(j)×ＳwN）＋Ｑair(j)＋Ｈ(j)
・・・（２７）
で表される。
【００８７】
式（２７）において、式を簡略化するために、
（ｉr(j)×Ｓr）＋（ｉwE(j)×ＳwE）＋（ｉwW(j)×ＳwW）＋（ｉwS(j)×ＳwS）
＋（ｉwN(j)×ＳwN）＝Σ（ｉi(j)×Ｓi）
とおくと、式（２７）は、
Ｉ(j)＝Σ（ｉi(j)×Ｓi）＋Ｑair(j)＋Ｈ(j) ・・・（２８）
で表される。
【００８８】
式（２８）は式（２５）及び式（２６）より、
Ｉ(j)＝Σ〔ｋi×Ｓi×｛（ａi×Ｉi(j)×ｒiex）＋（Ｔex(j)−Ｔin(j)）｝〕
＋｛Ｃair（Ｔex(j)−Ｔin(j)）・Ｎ(j)｝＋Ｈ(j) ・・・（２９）
で表せる。
【００８９】
ここで、外気温Ｔex、及び、各面への日射強度Ｉiは、時刻ｊから時刻ｊ＋１の間に連続的に変化する気象条件となるが、時刻ｊと、時刻ｊに近似した時刻（ｊ＋１）とでは、外気温Ｔex及び熱流Ｉは近似しており、略等しい、すなわち、
Ｔex(j)＝Ｔex(j+1)
Ｉi(j)＝Ｉi(j+1)
と仮定すると、
時刻ｊから時刻ｊ＋Δｔ(0＜Δｔ＜1)における室温の上昇ΔＴin(j)は、建物の熱容量をＣtとすると、
Ｃt・ΔＴin(j)＝[Σ〔ｋi×Ｓi×｛（ａi×Ｉi(j)×ｒiex）＋（Ｔex(j)−Ｔin(j)）｝〕
＋｛Ｃair（Ｔex(j)−Ｔin(j)）・Ｎ(j)｝＋Ｈ(j)]・Δｔ
・・・（３０）
で表せる。
【００９０】
次に、式（３０）を微分方程式と見て、さらに、（Ｔex(j)−Ｔin(j)）をｘに置き換えると、式（３０）は、
｛Σｋi×Ｓi×ａi×Ｉi(j)×ｒiex＋Ｈ(j)｝−｛Σｋi×Ｓi＋Ｃair×Ｎ(j)｝×ｘ
＝Ｃt・（ｄｘ／ｄｔ） ・・・（３１）
で表せる。
【００９１】
ここで、式を簡略化するために
Σｋi×Ｓi×ａi×Ｉi(j)×ｒiex＋Ｈ(j)＝Ｈ(j)´ ・・・（３２）
Σｋi×Ｓi＋Ｃair×Ｎ(j)＝ＫＳ(j) ・・・（３３）
とすると、式（３１）は、
Ｈ(j)´＋ＫＳ(j)×ｘ＝Ｃt・（ｄｘ／ｄｔ） ・・・（３４）
となる。式（３４）を変形すると、
ｄｘ／｛Ｈ(j)´＋ＫＳ(j)×ｘ｝＝１／Ｃt・ｄｔ ・・・（３４−１）
両辺にＫＳ(j)をかけると、式（３４−１）は、
ｄｘ／｛Ｈ(j)´／ＫＳ(j)＋ｘ｝＝ＫＳ(j)／Ｃｔ・ｄｔ ・・・（３４−２）
さらに、式（３４−２）は、
ｄｘ／｛−（Ｈ(j)´／ＫＳ(j)）−ｘ｝＝−（ＫＳ(j)／Ｃｔ）・ｄｔ
・・・（３４−３）
ここで、積分公式
∫｛ｄｘ／（ａ−ｘ）｝＝−｛ｌｎ（ａ−ｘ）＋ｌｎＣ｝（Ｃは積分定数）
・・・（３４−４）
を用いて式（３４−３）の両辺を積分し、Δｔ＝０のとき、Ｔin(j)＝Ｔin(j+Δt)となるように積分定数Ｃを決めると、
Ｔin(j+Δt)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)
−（Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)−Ｔin(j))ｅｘｐ（−ＫＳ(j)/Ｃt・Δt)
・・・（３５）
が得られる。
【００９２】
ここで、Δｔ＝１とすると、式（３５）は
Ｔin(j+1)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)
−（Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)−Ｔin(j))ｅｘｐ（−ＫＳ(j)/Ｃt)
・・・（３６）
で表される。
【００９３】
上式（３６）により、室温Ｔinの初期値として適当な数値を代入することにより、その後の室温変化をシミュレートすることが可能となる。なお、このとき、時刻ｊと次の時刻（ｊ＋１）との間の時間を例えば、１０分〜１時間に設定すると、良好な結果が得られる。
【００９４】
また、被測定対象の熱容量Ｃtを考慮しない場合には、式（２１）を式（２４）、（３２）、（３３）を用いて書き換えた式、
Ｔin(j)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j) ・・・（３７）
を用いることにより室温Ｔinのシミュレートが行なえる。
【００９５】
また、屋根表面温度Ｔrsの変化については、式（１２）を用いた式、
Ｔrs(j)＝Ｔin(j)＋ｉr(j)×（Ｒrc＋ｒrin） ・・・（３８）
によりシミュレートできる。
【００９６】
天井表面温度Ｔrcの変化については、式（１３）を用いた式、
Ｔrc(j)＝Ｔin(j)＋ｉr(j)×ｒrin ・・・（３９）
によりシミュレートできる。
【００９７】
〔処理手順〕
次に実際の熱負荷計算処理の処理手順について説明する。
【００９８】
図５は熱負荷計算処理の処理フローチャートを示す。
【００９９】
処理部１１２は、ステップＳ２−１で取得したパラメータを用いて熱抵抗を合成した係数（１／ｋi）を合成する。熱抵抗は、式（２４）に取得したパラメータである熱抵抗ｒiex、Ｒic、ｒiinを代入することにより、熱抵抗を合成した係数（１／ｋi）を算出する。なお、ｉは屋根面を示す「ｒ」、東壁面を示す「wE」、西壁面を示す「wW」、南壁面を示す「wS」、北壁面を示す「wN」に相当する。
【０１００】
次に、処理部１１２はステップＳ２−２で取得したパラメータを用いて熱容量Ｃtを合成する。熱容量は、式（２２）に取得されたパラメータである熱容量Ｃr、Ｃw、Ｃfを代入することにより合成熱容量Ｃtを算出する。
【０１０１】
次に、処理部１１２は、ステップＳ２−３で熱抵抗を合成した係数（１／ｋi）及び合成熱容量Ｃtを式（３２）、（３３）に代入することにより、熱抵抗を合成した係数（１／ｋi）及び合成熱容量Ｃtを含むパラメータをまとめる。
【０１０２】
次に処理部１１２は、ステップＳ２−４で時刻ｊを０にリセットする。
【０１０３】
次に、処理部１１２は、ステップＳ２−５で時刻ｊのパラメータを取得し、ステップＳ２−６で式（３６）に取得したパラメータをセットして、時刻ｊにおける室温Ｔin(j)を算出する。
【０１０４】
処理部１１２は、ステップＳ２−７で全計算が終了するまで、ステップＳ２−８でｊを順次に増加させ、室温Ｔin(j)を算出する。処理部１１２は、ステップＳ２−７で室温Ｔin(j)すべての算出が終わると、算出結果を整理し、表示する。
【０１０５】
〔シミュレーション結果〕
ここで、上記の熱容量予測システムにより行なったシミュレーションの具体例について説明する。
【０１０６】
図６はシミュレーション対象の建物条件を示す表、図７はシミュレーション対象の室内条件を示す表、図８はシミュレーション対象が存在する場所の気象条件を示す表、図９はシミュレーションの計算手順を示す表、図１０は室温シミュレーション結果を示すグラフを示す。
【０１０７】
なお、シミュレーション対象建物は郡山の倉庫であり、初期条件として６月１３日２４時の実測室温１８．５℃を用いる。
【０１０８】
まず、図６に示す建物条件を図９（Ａ)に示す式に代入することにより熱抵抗を合成したパラメータ（１／Ｋｊ）を求める。
【０１０９】
また、図７に示す室内条件を図９（Ｂ)に示す式に代入することより熱容量を合成した熱容量Ｃｔを求める。
【０１１０】
次に、時刻ｊ＝０におけるパラメータを図９（Ｃ）に示すように式（３２）、（３３）に代入して、パラメータＨ（j=0）´、及び、ＫＳ(j=0)を求める。
【０１１１】
次に、初期条件である外気温Ｔex(j=0)＝１８．５℃、及び、図９（Ｃ）で求められたパラメータＨ（j=0）´、並びに、ＫＳ(j=0)を図９（Ｄ）に示す式、すなわち、式（３６）に代入することにより時刻ｊ=0からΔｔ時間＝１時間経過した後の室温Ｔin(j=1）を求める。これにより、時刻ｊ＝０である６月１３日２４時におけるパラメータから時刻ｊ＝１である６月１４日１時における室温Ｔin(j=1)を予測することができる。
【０１１２】
同様に、図９（Ｅ）に示す式（３６）に相当する式に時刻ｊ＝１におけるパラメータを代入をすることにより時刻ｊ＝ｊ＋１＝２における室温Ｔin(j=2)を予測することができる。同様にして、時刻ｊにおける室温Ｔin(j)を順次にシミュレートすることが可能となる。
【０１１３】
上記予測結果を１時間毎に順次にプロットすることにより図１０に○で示すようなシミュレーション結果が得られる。
【０１１４】
本実施例の室温シミュレーションの結果は、図６に●で示す実測室温と略同じ変化を示しており、正確な室温シミュレーションを行なうことが可能であることがわかる。また、△は建物の熱容量を勘案しない場合の実測室温の推移を示しており、室温を的確にシミュレートできないことがわかる。シミュレートを行なうには、本実施例の如く、気象条件、建物の熱容量など前述のパラメータを総合的に勘案する必要がある。なお、実線は、外気温Ｔexの遷移を示している。
【０１１５】
室温Ｔinの推移を予測することにより塗膜２１２、２２２の評価を行なうことが可能となる。
【０１１６】
〔効果〕
本実施例によれば、上記のように熱回路を用いて、定常計算方法により計算を行うことにより、屋根面からの熱貫流、東・南・西・北壁面からの熱貫流、換気による熱流出入量、内部発熱による熱流量を各々独立して計算することが可能となり、独立して計算した各熱貫流、熱流出入量の総和を被測定対象全体の熱負荷として算出するので、熱流量計算を定常計算式により容易に求めることができる。
【０１１７】
〔その他〕
なお、本実施例では、室温Ｔinをシミュレーションする場合について説明したが、熱回路により求めることができる天井温度、壁面温度などをシミュレーションすることも可能である。また、熱流シミュレーション結果から空調の電力消費などを算出することも可能である。
【０１１８】
なお、上記実施例では、被測定対象として建築物の熱負荷を簡易計算する方法について説明したが、被測定対象は建築物に限定されるものではなく、道路など他の構造物にも適用可能である。
【０１１９】
図１１は道路の簡易熱負荷計算を行なうときの計算方法を説明するための図を示す。
【０１２０】
道路は、土壤３１１の上に路床・路体３１２が積層され、さらに、路床・路体３１２上に路盤３１３が積層され、路盤３１３上に基層舗装体３１４及び表層舗装体３１５が積層され、さらに、塗膜３１６が形成された構造とされている。
【０１２１】
この場合の熱回路は、図６に示すように土壌３１１の熱抵抗である土壌熱抵抗Ｒr1、路床・路体構造熱抵抗Ｒr2、路盤３１３の熱抵抗である路盤熱抵抗Ｒr3、舗装体構造熱抵抗Ｒr4、表面熱伝達抵抗ｒrexを外気温Ｔexと地中温度Ｔinとの間に直列に接続した構成とされている。これによって、建物と同様に道路の熱流を推測することが可能となる。道路の熱流を推測することにより、塗膜３１６の評価を行なうことが可能となる。
【０１２２】
このように、建物だけでなく、道路など他の被測定対象にも温度、熱流などの予測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の一実施例のシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施例の熱負荷計算プログラムのフローチャートである。
【図３】熱負荷計算に必要なパラメータを示す図である。
【図４】建物の簡易熱負荷計算を行なうときの計算方法を説明するための図である。
【図５】熱負荷計算処理の処理フローチャートである。
【図６】シミュレーション対象の建物条件を示す表である。
【図７】シミュレーション対象の室内条件を示す表である。
【図８】シミュレーション対象が存在する場所の気象条件を示す表である。
【図９】シミュレーションの計算手順を示す表である。
【図１０】室温シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１１】道路の簡易熱負荷計算を行なうときの計算方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１００ 熱量予測システム
１１１ 入力装置、１１２ 処理部、１１３ 記憶装置、１１４ メモリ
１１５ 表示装置、１１６ 通信装置
２１１ 屋根基材、２１２ 塗膜、２１３ 構造断熱材
２２１ 壁基材、２２２ 塗膜、２２３ 壁構造断熱材
３１１ 土壌、３１２ 路床・路体、３１３ 路盤、３１４ 基層舗装体
３１５ 表層舗装体、３１６ 塗膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱量予測方法及び熱量予測システム並びに熱量予測プログラムに係り、特に、被測定対象に流入する熱量を測定する熱量予測方法及び熱量予測システム並びに熱量予測プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
日射を受ける各種構造物、例えば、船舶、建築物、自動車、家電製品等の外面を被覆する太陽熱反射塗料（遮熱塗料）が開発されている。太陽熱反射塗料は、太陽光などを反射して、構造物の内部温度の上昇を抑えるとともに、構造物表面を保護する作用がある。これにより、構造物の空調などによる不要なエネルギー消費を低減するとともに、構造物の耐久性を向上させる効果を奏する。
【０００３】
このような太陽熱反射塗料を構造物に塗装してその効果を得ようとする場合に、どの程度の遮熱効果が得られるかを検証することが重要となる。
【０００４】
構造物の熱負荷を計算する場合、簡易的には建築環境工学などで用いられる定常計算方法によるものがある。
【０００５】
なお、日射反射率を測定し、測定した日射反射率から日射吸収率を算出し、算出した日射吸収率をもとに相当外気温を算出し、算出された相当外気温から貫流熱量を算出することにより、定常計算方法を用いることにより遮熱塗装の効果を測定する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３９９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかるに、建築環境工学などで用いられる定常計算方法はそのままでは、定常的な熱量を計算することしかできず、熱容量、気象条件の変化を勘案した予測計算を行なうことはできなかった。熱容量、気象条件の変化を勘案した非定常的な熱量を計算する場合には、大型コンピュータを用いた熱負荷計算用シミュレーションプログラムを用いる必要があり、容易に活用することができない。また、コストが高くなるなどの問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、簡単に非定常的な熱量を測定することができる熱量予測方法及び熱量予測システム並びに熱量予測プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の熱量予測方法は、被測定対象に流出入する熱量を予測する熱量予測方法であって、被測定対象に関する熱回路を設定し、熱回路に関するパラメータを取得し、パラメータを前記熱回路に設定し、熱回路を解くことにより、被測定対象に流出入する熱量を予測することを特徴とする。
【０００９】
熱回路は、室内と室外との間の熱流をｉ、日射吸収率をａ、日射強度をＩ、外気温度をＴex、室内温度をＴin、室内と室外との間の構造物の熱抵抗をＲc、室内側の構造物の熱伝達抵抗をｒin、室外側の構造物の熱伝達抵抗をｒexとしたとき、
ｉ＝｛（ａ×Ｉ×rex）＋（Ｔex−Ｔin）｝／（Ｒc＋ｒin＋ｒex）
で表されることを特徴とする。
【００１０】
パラメータを前記被測定対象に流出入する熱量の推移を予測する各時刻毎に取得し、各時刻のパラメータに基づいて熱回路の熱流を算出し、熱回路を解くことにより、次の時刻の熱量を算出し、熱量を順次算出ことにより、熱量の推移を予測することを特徴とする。
【００１１】
時刻ｊの室温をＴin(j)、次に時刻（ｊ＋１）における室温をＴin(j+1)、時刻ｊの外気温をＴex(j)、時刻ｊにおける建物条件及び室内条件を決定するパラメータをまとめたパラメータをＨ(j)’、ＫＳ(j)、建物の容量をＣｔとしたとき
Ｔin(j+1)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)
−（Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)−Ｔin(j))ｅｘｐ（−ＫＳ(j)/Ｃt)
により、時刻ｊにおけるパラメータを用いて時刻（ｊ＋１）における室温Ｔin(j＋1)を算出することを特徴とする。
【００１２】
時刻ｊと時刻（ｊ＋１）の時間間隔は、１０分から１時間の間隔に設定されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の熱量予測システムは、被測定対象に流出入する熱量を予測する熱量予測システムであって、被測定対象の前記熱回路に関するパラメータを取得する取得部と、被測定対象に関する熱回路を設定し、パラメータを前記熱回路に設定し、熱回路を解くことにより、被測定対象に流出入する熱量を予測する処理部とを有することを特徴とする。
【００１４】
熱回路は、室内と室外との間の熱流をｉ、日射吸収率をａ、日射強度をＩ、外気温度をＴex、室内温度をＴin、室内と室外との構造熱抵抗をＲc、室内側の構造物の熱伝達抵抗をｒin、室外側の構造物の熱伝達抵抗をｒexとしたとき、
ｉ＝｛（ａ×Ｉ×rex）＋（Ｔex−Ｔin）｝／（Ｒc＋ｒin＋ｒex）
で表されることを特徴とする。
【００１５】
処理部は、パラメータを被測定対象に流出入する熱量の推移を予測する各時刻毎に取得し、各時刻のパラメータに基づいて熱回路の熱流を算出し、熱回路を解くことにより、次の時刻の熱量を算出し、熱量を順次算出ことにより、熱量の推移を予測することを特徴とする。
【００１６】
処理部は、時刻ｊの室温をＴin(j)、次に時刻（ｊ＋１）における室温をＴin(j+1)、時刻ｊの外気温をＴex(j)、時刻ｊにおける建物条件及び室内条件を決定するパラメータをまとめたパラメータをＨ(j)’、ＫＳ(j)、建物の容量をＣｔとしたとき
Ｔin(j+1)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)
−（Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)−Ｔin(j))ｅｘｐ（−ＫＳ(j)/Ｃt)
により、時刻ｊにおけるパラメータを用いて時刻（ｊ＋１）における室温Ｔin(j＋1)を算出することを特徴とする。
【００１７】
時刻ｊと時刻（ｊ＋１）の時間間隔は、１０分から１時間の間隔に設定されていることを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明の熱量予測プログラムは、コンピュータに、被測定対象に関する熱回路を設定させる第１の手順と、熱回路に関するパラメータを取得させる第２の手順と、パラメータを熱回路に設定させる第３の手順と、熱回路を解くことにより、被測定対象に流出入する熱量を予測させる第４の手順とを実行させることを特徴とする。
【００１９】
熱回路は、室内と室外との間の熱流をｉ、日射吸収率をａ、日射強度をＩ、外気温度をＴex、室内温度をＴin、室内と室外との構造熱抵抗をＲc、室内側の構造物の熱伝達抵抗をｒin、室外側の構造物の熱伝達抵抗をｒexとしたとき、
ｉ＝｛（ａ×Ｉ×rex）＋（Ｔex−Ｔin）｝／（Ｒc＋ｒin＋ｒex）
で表されることを特徴とする。
【００２０】
第４の手順は、パラメータを被測定対象に流出入する熱量の推移を予測する各時刻毎に取得し、各時刻のパラメータに基づいて熱回路の熱流を算出し、熱回路を解くことにより、次の時刻の熱量を算出し、熱量を順次算出ことにより、熱量の推移を予測することを特徴とする。
【００２１】
第４の手順は、時刻ｊの室温をＴin(j)、次に時刻（ｊ＋１）における室温をＴin(j+1)、時刻ｊの外気温をＴex(j)、時刻ｊにおける建物条件及び室内条件を決定するパラメータをまとめたパラメータをＨ(j)’、ＫＳ(j)、建物の容量をＣｔとしたとき下記の式
Ｔin(j+1)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)
−（Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)−Ｔin(j))ｅｘｐ（−ＫＳ(j)/Ｃt)
により、時刻ｊにおけるパラメータを用いて時刻（ｊ＋１）における室温Ｔin(j＋1)を算出することを特徴とする。
【００２２】
時刻ｊと時刻（ｊ＋１）の時間間隔は、１０分から１時間の間隔に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、上記のような計算方法を適用することにより、定常計算による各部位の熱流量の総和を用いて時々刻々と変化する気象条件の変化を勘案した室温などの予測計算を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
〔システム構成〕
図１は本発明の一実施例のシステム構成図を示す。
【００２５】
本実施例の熱量予測システム１００は、入力装置１１１、処理部１１２、記憶装置１１３、メモリ１１４、表示装置１１５、通信装置１１６などから構成されるパーソナルコンピュータシステムから構成されている。
【００２６】
入力装置１１１は、例えば、マウス及びキーボードから構成されており、構造物などの被測定対象の所在地情報や被測定対象のサイズ、内部設定温度などの情報を入力するための装置である。
【００２７】
処理部１１２は、ＣＰＵなどから構成されており、記憶装置１１３に記憶された熱負荷計算プログラムを実行する。
【００２８】
記憶装置１１３は、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブなどディスクドライブから構成されており、熱負荷計算プログラムがインストールされている。また、被測定対象の情報や計算結果などを記憶する。
【００２９】
メモリ１１４は、ＲＡＭなどの揮発性メモリから構成されており、処理部１１２の一時記憶領域として用いられる。
【００３０】
表示装置１１５は、ＣＲＴ、ＬＣＤなどから構成されており、入力情報や計算結果を表示する。
【００３１】
通信装置１１６は、インターネットなどのネットワークと接続されており、気象庁などのデータベースにアクセスして、必要な気象情報を取得する。
【００３２】
〔熱負荷計算プログラム〕
図２は熱負荷計算プログラムの処理フローチャートを示す。
【００３３】
処理部１１２はステップＳ１−１で熱負荷計算プログラムが起動されると、ステップＳ１−２で起動された熱負荷計算プログラムにより被測定対象の所在地を要求する画面を表示する。
【００３４】
次に処理部１１２はステップＳ１−３でユーザにより被測定対象である建築物の所在地情報が入力されると、ステップＳ１−４で被測定対象の気象庁データベースから気象情報を取得する。
【００３５】
次に、処理部１１２は、ステップＳ１−５で被測定対象の方角、および、サイズを要求するサイズ要求画面を表示する。処理部１１２はステップＳ１−６でユーザにより被測定対象の方角、及び、サイズが入力されると、ステップＳ１−７で被測定対象の方角、及び、サイズを取得する。
【００３６】
次に、処理部１１２は、ステップＳ１−８で被測定対象の内部温度などの条件を示す内部情報を要求する内部情報要求画面を表示する。処理部１１２は、ステップＳ１−９で内部情報が入力されると、ステップＳ１−１０で内部情報を取得する。
【００３７】
次に処理部１１２は、ステップＳ１−１０で取得した所在地情報から日射量、被測定対象のサイズ情報から被測定対象の表面積、内部情報から熱容量など、熱負荷計算に必要なパラメータを算出する。パラメータは、建築環境工学などの分野で一般に用いられている日射量などを求めるための式から算出されるものであり、例えば、「環境工学教科書 第二版 環境工学教科書研究会編著 彰国社」に記載されているもので、すべて定常計算により取得できる。よって、計算が容易である。
【００３８】
図３は熱負荷計算に必要なパラメータを示す図である。
【００３９】
気象情報から取得されるパラメータは、外気温Ｔex〔℃〕、屋根面日射強度Ｉｒ〔Ｗ／ｍ＾２〕、壁面日射強度Ｉw〔Ｗ／ｍ＾２〕、風速ｖ〔ｍ／ｓ〕である。外気温Ｔex〔℃〕は、所在地情報から近接する気象庁測候所を抽出し、抽出した気象台あるいは、測候所の気象データを気象庁などのデータベースから取得する。気象データは、通信装置１１６によりインターネットを介して気象庁あるいは気象情報提供会社などにアクセスすることにより取得することができる。
【００４０】
屋根面日射強度Ｉｒ〔Ｗ／ｍ＾２〕、及び、壁面日射強度Ｉw〔Ｗ／ｍ＾２〕は、所在地情報から近接する気象台、あるいは、測候所を抽出し、抽出した気象台、あるいは、測候所のデータから平均大気透過率、及び、抽出された気象庁測候所の緯度、経度、並びに、日照時間データから算出する。
【００４１】
例えば、太陽定数をＪ0＝１．３７〔ｋＷ／ｍ＾２〕、太陽高度をｈ〔度〕、大気透過率をＰとすると、法線面直達日射量ＪDは、ブーガの式より、
ＪD＝０．５×Ｊ0×Ｐ＾cosec(ｈ) ・・・（１）
で求められる。また、水平面天空日射量Ｊsは、
Ｊs＝０．５×Ｊ0×sin(ｈ)・（１−Ｐ＾cosec(ｈ)）／（１−１．４×ｌｎ（Ｐ））
・・・（２）
で求められる。
【００４２】
ここで、被測定対象である建物の屋根や屋上に直達する日射量である水平面直達日射量ＩHは、
ＩH＝ＪD×sin(ｈ) ・・・（３）
で求められる。
【００４３】
さらに、被測定対象である建物の壁面に直達する日射量である鉛直面直達日射量Ｉvは、
Ｉv＝ＪD×cos(ｈ)×cos(α−Ａv) ・・・（４）
で求められる。なお、ここで、Ａvは、壁面方位角であり、単位は、〔度〕である。
【００４４】
水平面直達日射量と日照時間に基づいて水平面実照日射強度が算出され、鉛直面直達日射量と日照時間に基づいて鉛直面実照日射強度が算出される。なお、日照時間は、近接気象台あるいは測候所データより取得できる。
【００４５】
水平面実照日射強度は屋根面日射強度Ｉｒ〔Ｗ／ｍ＾２〕に相当し、鉛直面実照日射強度は壁面日射強度Ｉw〔Ｗ／ｍ＾２〕に相当する。
【００４６】
風速ｖ〔ｍ／ｓ〕は、気象台、あるいは、測候所データより取得できる。
【００４７】
被測定対象を建物とした場合、建物条件から得られるパラメータは、屋根表面日射吸収率ａr〔％〕、屋根面積Ｓr〔ｍ＾２〕、屋根熱伝達抵抗ｒrex〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕、屋根構造熱抵抗Ｒrc〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕、天井熱伝達抵抗ｒrin〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕、及び、壁表面日射吸収率ａw〔％〕、外壁熱伝達抵抗ｒwex〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕、壁構造熱抵抗Ｒwc〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕、内壁熱伝達抵抗ｒwin〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕である。
【００４８】
屋根表面日射吸収率ａr〔％〕は、例えば、「ＪＩＳ Ｒ ３１０６」、又は、「ＪＩＳ Ａ ５７５９」により決定される。屋根面積Ｓr〔ｍ＾２〕は、被測定対象のサイズ情報から求められる。
【００４９】
屋根熱伝達抵抗ｒrex〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕は、風速ｖ〔ｍ／ｓ〕より算出される。
【００５０】
屋根構造熱抵抗Ｒrc〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕は、被測定対象の屋根構造、各部位の熱伝導率、厚さより算出される。
【００５１】
天井熱伝達抵抗ｒrin〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕は、空調工学の常用値が採用される。
【００５２】
壁表面日射吸収率ａw〔％〕は、屋根表面日射吸収率ａr〔％〕と同様に、例えば、「ＪＩＳ Ｒ ３１０６」、又は、「ＪＩＳ Ａ ５７５９」から求められる。
【００５３】
外壁熱伝達抵抗ｒwex〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕は、空調工学の常用値を採用する。
【００５４】
壁構造熱抵抗Ｒwc〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕は、被測定対象の壁構造、各部位の熱伝導率、厚さより算出される。
【００５５】
内壁熱伝達抵抗ｒwin〔ｍ＾２ｋ／Ｗ〕は、空調工学の常用値を採用する。
【００５６】
また、室内条件から取得されるパラメータは、室温Ｔin〔℃〕、室内空気体積Ｖair〔ｍ＾３〕、室内空気容積熱容量Ｃair〔Ｗｈ／ｍ＾３ｋ〕、換気回数Ｎ〔回数／ｈ〕、内部熱源Ｈ〔Ｗ〕などがある。
【００５７】
室温Ｔin〔℃〕は、空調設定温度（目標温度）として固定値に設定する。
【００５８】
室内空気体積Ｖair〔ｍ＾３〕は、建物の内容量から算出する。
【００５９】
室内空気容積熱容量Ｃair〔Ｗｈ／ｍ＾３ｋ〕は、空気の物性値を設定する。
【００６０】
換気回数Ｎ〔回数／ｈ〕は、ユーザが室内使用状況から推定した値を設定する。
【００６１】
内部熱源Ｈ〔Ｗ〕は、ユーザが室内機器の消費電力量、在室人数などから推定した値を設定する。
【００６２】
上記パラメータは、すべて推定値、あるいは、規定値をユーザが入力、あるいは、記憶装置１１３に予めインストールしておくことにより、取得できる。
【００６３】
処理部１１２は、ステップＳ１−１２で上記のパラメータを熱回路に設定し、熱回路を定常計算により解き、熱負荷量を算出し、ステップＳ１−１３で計算結果を表示する。
【００６４】
〔熱負荷計算〕
図４は熱負荷計算の計算方法を説明するための図を示す。
【００６５】
まず、被測定対象は、屋根部分が屋根基材２１１、塗膜２１２、天井構造断熱材２１３から構成され、壁部分が壁基材２２１、塗膜２２２、壁構造断熱材２２３から構成されている。
【００６６】
上記構造の被測定対象において屋根部分は外気温Ｔexと室温Ｔinとの間に屋根熱伝達抵抗ｒrex、屋根構造熱抵抗Ｒrc、天井熱伝達抵抗ｒrinを直列に接続した熱回路が構成されている。ここで、屋根熱伝達抵抗ｒrexと屋根構造熱抵抗Ｒrcとの接続点には、屋根面日射強度Ｉrに屋根表面日射吸収率ａrを掛けた熱流（ａr×Ｉr）が流入する。上記熱回路の定常解は、キルヒホッフの法則を用いて任意の熱流を求めることができる。
【００６７】
ここで、外気温Ｔexと室温Ｔinとの温度差（Ｔex−Ｔin）は、
室内に流れ込む熱流をｉrとすると、室外に流れだす熱流は、
｛（ａr×Ｉr）−ｉr｝ ・・・（８）
で表せる。
【００６８】
よって、
（Ｔex−Ｔin）＝ｉr×（Ｒrc＋ｒin）−｛（ａr×Ｉr）−ｉr｝ｒrex
＝ｉr×（Ｒrc＋ｒin＋ｒrex）−（ａr×Ｉr×ｒrex） ・・・（９）
よって、
（Ｔex−Ｔin）＋（ａr×Ｉr×ｒrex）＝ｉr×（Ｒrc＋ｒin＋ｒrex） ・・・（１０）
となる。したがって、室内に流れ込む熱流ｉrは、
ｉr＝｛（ａr×Ｉr×ｒrex）＋（Ｔex−Ｔin）｝／（Ｒrc＋ｒin＋ｒrex）・・・（１１）
で求めることができる。
【００６９】
また、屋根の表面温度Ｔrsは、上記熱流ｉrを用いることにより、
Ｔrs＝Ｔin＋ｉr×（Ｒrc＋ｒin） ・・・（１２）
で求めることができる。
【００７０】
また、天井温度Ｔrcは、同様に熱流ｉrを用いることにより、
Ｔrc＝Ｔin＋ｉr×ｒrin ・・・（１３）
で求めることができる。
【００７１】
なお、壁面については外気温Ｔexと室温Ｔinとの間に外壁熱伝達抵抗ｒwex、壁構造熱抵抗Ｒwc、内壁熱伝達抵抗ｒwinを直列に接続した熱回路が構成されている。ここで、外壁熱伝達抵抗ｒwexと壁構造熱抵抗Ｒwcとの接続点には、壁面日射強度Ｉwに壁面日射吸収率ａwを掛けた熱流（ａw×Ｉw）が流入する。上記熱回路の定常解を求めることにより、屋根と同様にキルヒホッフの法則を用いて壁面の熱流ｉwを求めることができる。
【００７２】
なお、上記熱流ｉr、ｉwは単位面積当たりの熱流であり、屋根及び東西南北の壁の各々について独立して計算することが可能である。屋根の単面積当りの熱流をｉr、東壁面の単位面積当りの熱流をｉwE、西壁面の単位面積当りの熱流をｉwW、南壁面の単位面積当りの熱流をｉwS、北壁面の単位面積当りの熱流をｉwNとし、屋根面積をＳr、東壁面の面積をＳwE、西壁面の面積をＳwW、南壁面の面積をＳwS、北壁面の面積をＳwNとすると、屋根全体の熱流は
ｉr×Ｓr ・・・（１４）
東壁面の熱流は
ｉwE×ＳwE ・・・（１５）
西壁面の熱流は
ｉwW×ＳwW ・・・（１６）
南壁面の熱流は
ｉwS×ＳwS ・・・（１７）
北壁面の熱流は
ｉwN×ＳwN ・・・（１８）
で求められる。
【００７３】
ここで、換気による熱の流出入量Ｑairは、一般に前出のパラメータを用いて、
Ｑair＝Ｃair・Ｖair・（Ｔex−Ｔin）・Ｎ ・・・（１９）
で求められる。
【００７４】
さらに、内部熱源による発熱量は、Ｈである。
【００７５】
したがって、室内へ流入する熱量Ｉは、式（１４）〜（１８）に換気による熱の流出入量Ｑair及び内部熱源による発熱量Ｈを加算したものとなるので、
Ｉ＝（ｉr×Ｓr）＋（ｉwE×ＳwE）＋（ｉwW×ＳwW）＋（ｉwS×ＳwS）
＋（ｉwN×ＳwN）＋Ｑair＋Ｈ ・・・（２０）
で求められる。
【００７６】
上記式（２０）により室内へ流入する熱量Ｉを求めることができる。このとき、上記パラメータ及び熱回路は、定常計算法により算出できるため、計算が簡単である。
【００７７】
次に、上記の式を用いて、熱流が０となるような室温Ｔinを求める場合について考えてみる。
【００７８】
室温Ｔinは、式（１１）より
Ｔin＝Ｔex＋（ａr×Ｉr×ｒrex）−ｉr・（Ｒrc＋ｒin＋ｒrex）
で表される。
【００７９】
ここで、内部熱源Ｈ、換気による熱流を考慮すると、時刻ｊの室温Ｔin(j)は、
Ｔin(j)＝Ｔex(j)
＋〔Ｈ(j)＋Σ｛Ｓi・ａi・Ｉi(j)・ｒiex／（ｒex＋Ｒic＋ｒiin）｝〕
／〔Ｃair・Ｖair・Ｎ(j)＋Σ｛Ｓi／（ｒiex＋Ｒic＋ｒiin）｝〕
・・・（２１）
で表せる。なお、Σは、屋根、東西南北壁面について各々Σ以降の計算を行なった結果を加算したものである。
【００８０】
なお、式（２１）は被測定対象の熱容量を考慮していない。精度を上げるために、被測定対象の熱容量を考慮する必要がある。
【００８１】
建物の熱容量Ｃtは、屋根構造の熱容量をＣr、壁構造の熱容量をＣw、室内空気の熱容量をＣair、室内什器の熱容量をＣfとすると、一般に
Ｃt＝｛（Ｃr＋Ｃw）／２｝＋Ｃair＋Ｃf ・・・（２２）
で表される。
【００８２】
時刻ｊで室温をＴin(j)、外気温をＴex(j)、屋根面日射強度をＩr(j)とすると、屋根面から室内に流入する熱流ｉr(j)は、式（１１）より
ｉr(j)＝｛（ａr×Ｉr(j)×ｒrex）＋（Ｔex(j)−Ｔin(j)）｝／（Ｒrc＋ｒin＋ｒrex）
・・・（２３）
で表される。
【００８３】
ここで、式を簡略化するために、
ｒrex＋Ｒrc＋ｒrin＝１／ｋr ・・・（２４）
とおくと、式（２３）は、
ｉr(j)＝ｋr×｛（ａr×Ｉr(j)×ｒrex）＋（Ｔex(j)−Ｔin(j)）｝
・・・（２５）
で表される。
【００８４】
なお、時刻ｊにおける東西南北壁面の熱流ｉwE(j)、ｉwW(j)、ｉwS(j)、ｉwN(j)についても同様に独立して算出することができる。
【００８５】
また、時刻ｊにおける換気による熱流出入量Ｑair(j)は、換気回数をＮ(j)とすると、
Ｑair(j)＝Ｃair（Ｔex(j)−Ｔin(j)）・Ｎ(j) ・・・（２６）
で求められる。
【００８６】
時刻ｊに室内に流入する熱流Ｉ(j)は、式（２０）より
Ｉ(j)＝（ｉr(j)×Ｓr）＋（ｉwE(j)×ＳwE）＋（ｉwW(j)×ＳwW）＋（ｉwS(j)×ＳwS）
＋（ｉwN(j)×ＳwN）＋Ｑair(j)＋Ｈ(j)
・・・（２７）
で表される。
【００８７】
式（２７）において、式を簡略化するために、
（ｉr(j)×Ｓr）＋（ｉwE(j)×ＳwE）＋（ｉwW(j)×ＳwW）＋（ｉwS(j)×ＳwS）
＋（ｉwN(j)×ＳwN）＝Σ（ｉi(j)×Ｓi）
とおくと、式（２７）は、
Ｉ(j)＝Σ（ｉi(j)×Ｓi）＋Ｑair(j)＋Ｈ(j) ・・・（２８）
で表される。
【００８８】
式（２８）は式（２５）及び式（２６）より、
Ｉ(j)＝Σ〔ｋi×Ｓi×｛（ａi×Ｉi(j)×ｒiex）＋（Ｔex(j)−Ｔin(j)）｝〕
＋｛Ｃair（Ｔex(j)−Ｔin(j)）・Ｎ(j)｝＋Ｈ(j) ・・・（２９）
で表せる。
【００８９】
ここで、外気温Ｔex、及び、各面への日射強度Ｉiは、時刻ｊから時刻ｊ＋１の間に連続的に変化する気象条件となるが、時刻ｊと、時刻ｊに近似した時刻（ｊ＋１）とでは、外気温Ｔex及び熱流Ｉは近似しており、略等しい、すなわち、
Ｔex(j)＝Ｔex(j+1)
Ｉi(j)＝Ｉi(j+1)
と仮定すると、
時刻ｊから時刻ｊ＋Δｔ(0＜Δｔ＜1)における室温の上昇ΔＴin(j)は、建物の熱容量をＣtとすると、
Ｃt・ΔＴin(j)＝[Σ〔ｋi×Ｓi×｛（ａi×Ｉi(j)×ｒiex）＋（Ｔex(j)−Ｔin(j)）｝〕
＋｛Ｃair（Ｔex(j)−Ｔin(j)）・Ｎ(j)｝＋Ｈ(j)]・Δｔ
・・・（３０）
で表せる。
【００９０】
次に、式（３０）を微分方程式と見て、さらに、（Ｔex(j)−Ｔin(j)）をｘに置き換えると、式（３０）は、
｛Σｋi×Ｓi×ａi×Ｉi(j)×ｒiex＋Ｈ(j)｝−｛Σｋi×Ｓi＋Ｃair×Ｎ(j)｝×ｘ
＝Ｃt・（ｄｘ／ｄｔ） ・・・（３１）
で表せる。
【００９１】
ここで、式を簡略化するために
Σｋi×Ｓi×ａi×Ｉi(j)×ｒiex＋Ｈ(j)＝Ｈ(j)´ ・・・（３２）
Σｋi×Ｓi＋Ｃair×Ｎ(j)＝ＫＳ(j) ・・・（３３）
とすると、式（３１）は、
Ｈ(j)´＋ＫＳ(j)×ｘ＝Ｃt・（ｄｘ／ｄｔ） ・・・（３４）
となる。式（３４）を変形すると、
ｄｘ／｛Ｈ(j)´＋ＫＳ(j)×ｘ｝＝１／Ｃt・ｄｔ ・・・（３４−１）
両辺にＫＳ(j)をかけると、式（３４−１）は、
ｄｘ／｛Ｈ(j)´／ＫＳ(j)＋ｘ｝＝ＫＳ(j)／Ｃｔ・ｄｔ ・・・（３４−２）
さらに、式（３４−２）は、
ｄｘ／｛−（Ｈ(j)´／ＫＳ(j)）−ｘ｝＝−（ＫＳ(j)／Ｃｔ）・ｄｔ
・・・（３４−３）
ここで、積分公式
∫｛ｄｘ／（ａ−ｘ）｝＝−｛ｌｎ（ａ−ｘ）＋ｌｎＣ｝（Ｃは積分定数）
・・・（３４−４）
を用いて式（３４−３）の両辺を積分し、Δｔ＝０のとき、Ｔin(j)＝Ｔin(j+Δt)となるように積分定数Ｃを決めると、
Ｔin(j+Δt)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)
−（Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)−Ｔin(j))ｅｘｐ（−ＫＳ(j)/Ｃt・Δt)
・・・（３５）
が得られる。
【００９２】
ここで、Δｔ＝１とすると、式（３５）は
Ｔin(j+1)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)
−（Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)−Ｔin(j))ｅｘｐ（−ＫＳ(j)/Ｃt)
・・・（３６）
で表される。
【００９３】
上式（３６）により、室温Ｔinの初期値として適当な数値を代入することにより、その後の室温変化をシミュレートすることが可能となる。なお、このとき、時刻ｊと次の時刻（ｊ＋１）との間の時間を例えば、１０分〜１時間に設定すると、良好な結果が得られる。
【００９４】
また、被測定対象の熱容量Ｃtを考慮しない場合には、式（２１）を式（２４）、（３２）、（３３）を用いて書き換えた式、
Ｔin(j)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j) ・・・（３７）
を用いることにより室温Ｔinのシミュレートが行なえる。
【００９５】
また、屋根表面温度Ｔrsの変化については、式（１２）を用いた式、
Ｔrs(j)＝Ｔin(j)＋ｉr(j)×（Ｒrc＋ｒrin） ・・・（３８）
によりシミュレートできる。
【００９６】
天井表面温度Ｔrcの変化については、式（１３）を用いた式、
Ｔrc(j)＝Ｔin(j)＋ｉr(j)×ｒrin ・・・（３９）
によりシミュレートできる。
【００９７】
〔処理手順〕
次に実際の熱負荷計算処理の処理手順について説明する。
【００９８】
図５は熱負荷計算処理の処理フローチャートを示す。
【００９９】
処理部１１２は、ステップＳ２−１で取得したパラメータを用いて熱抵抗を合成した係数（１／ｋi）を合成する。熱抵抗は、式（２４）に取得したパラメータである熱抵抗ｒiex、Ｒic、ｒiinを代入することにより、熱抵抗を合成した係数（１／ｋi）を算出する。なお、ｉは屋根面を示す「ｒ」、東壁面を示す「wE」、西壁面を示す「wW」、南壁面を示す「wS」、北壁面を示す「wN」に相当する。
【０１００】
次に、処理部１１２はステップＳ２−２で取得したパラメータを用いて熱容量Ｃtを合成する。熱容量は、式（２２）に取得されたパラメータである熱容量Ｃr、Ｃw、Ｃfを代入することにより合成熱容量Ｃtを算出する。
【０１０１】
次に、処理部１１２は、ステップＳ２−３で熱抵抗を合成した係数（１／ｋi）及び合成熱容量Ｃtを式（３２）、（３３）に代入することにより、熱抵抗を合成した係数（１／ｋi）及び合成熱容量Ｃtを含むパラメータをまとめる。
【０１０２】
次に処理部１１２は、ステップＳ２−４で時刻ｊを０にリセットする。
【０１０３】
次に、処理部１１２は、ステップＳ２−５で時刻ｊのパラメータを取得し、ステップＳ２−６で式（３６）に取得したパラメータをセットして、時刻ｊにおける室温Ｔin(j)を算出する。
【０１０４】
処理部１１２は、ステップＳ２−７で全計算が終了するまで、ステップＳ２−８でｊを順次に増加させ、室温Ｔin(j)を算出する。処理部１１２は、ステップＳ２−７で室温Ｔin(j)すべての算出が終わると、算出結果を整理し、表示する。
【０１０５】
〔シミュレーション結果〕
ここで、上記の熱容量予測システムにより行なったシミュレーションの具体例について説明する。
【０１０６】
図６はシミュレーション対象の建物条件を示す表、図７はシミュレーション対象の室内条件を示す表、図８はシミュレーション対象が存在する場所の気象条件を示す表、図９はシミュレーションの計算手順を示す表、図１０は室温シミュレーション結果を示すグラフを示す。
【０１０７】
なお、シミュレーション対象建物は郡山の倉庫であり、初期条件として６月１３日２４時の実測室温１８．５℃を用いる。
【０１０８】
まず、図６に示す建物条件を図９（Ａ)に示す式に代入することにより熱抵抗を合成したパラメータ（１／Ｋｊ）を求める。
【０１０９】
また、図７に示す室内条件を図９（Ｂ)に示す式に代入することより熱容量を合成した熱容量Ｃｔを求める。
【０１１０】
次に、時刻ｊ＝０におけるパラメータを図９（Ｃ）に示すように式（３２）、（３３）に代入して、パラメータＨ（j=0）´、及び、ＫＳ(j=0)を求める。
【０１１１】
次に、初期条件である外気温Ｔex(j=0)＝１８．５℃、及び、図９（Ｃ）で求められたパラメータＨ（j=0）´、並びに、ＫＳ(j=0)を図９（Ｄ）に示す式、すなわち、式（３６）に代入することにより時刻ｊ=0からΔｔ時間＝１時間経過した後の室温Ｔin(j=1）を求める。これにより、時刻ｊ＝０である６月１３日２４時におけるパラメータから時刻ｊ＝１である６月１４日１時における室温Ｔin(j=1)を予測することができる。
【０１１２】
同様に、図９（Ｅ）に示す式（３６）に相当する式に時刻ｊ＝１におけるパラメータを代入をすることにより時刻ｊ＝ｊ＋１＝２における室温Ｔin(j=2)を予測することができる。同様にして、時刻ｊにおける室温Ｔin(j)を順次にシミュレートすることが可能となる。
【０１１３】
上記予測結果を１時間毎に順次にプロットすることにより図１０に○で示すようなシミュレーション結果が得られる。
【０１１４】
本実施例の室温シミュレーションの結果は、図６に●で示す実測室温と略同じ変化を示しており、正確な室温シミュレーションを行なうことが可能であることがわかる。また、△は建物の熱容量を勘案しない場合の実測室温の推移を示しており、室温を的確にシミュレートできないことがわかる。シミュレートを行なうには、本実施例の如く、気象条件、建物の熱容量など前述のパラメータを総合的に勘案する必要がある。なお、実線は、外気温Ｔexの遷移を示している。
【０１１５】
室温Ｔinの推移を予測することにより塗膜２１２、２２２の評価を行なうことが可能となる。
【０１１６】
〔効果〕
本実施例によれば、上記のように熱回路を用いて、定常計算方法により計算を行うことにより、屋根面からの熱貫流、東・南・西・北壁面からの熱貫流、換気による熱流出入量、内部発熱による熱流量を各々独立して計算することが可能となり、独立して計算した各熱貫流、熱流出入量の総和を被測定対象全体の熱負荷として算出するので、熱流量計算を定常計算式により容易に求めることができる。
【０１１７】
〔その他〕
なお、本実施例では、室温Ｔinをシミュレーションする場合について説明したが、熱回路により求めることができる天井温度、壁面温度などをシミュレーションすることも可能である。また、熱流シミュレーション結果から空調の電力消費などを算出することも可能である。
【０１１８】
なお、上記実施例では、被測定対象として建築物の熱負荷を簡易計算する方法について説明したが、被測定対象は建築物に限定されるものではなく、道路など他の構造物にも適用可能である。
【０１１９】
図１１は道路の簡易熱負荷計算を行なうときの計算方法を説明するための図を示す。
【０１２０】
道路は、土壤３１１の上に路床・路体３１２が積層され、さらに、路床・路体３１２上に路盤３１３が積層され、路盤３１３上に基層舗装体３１４及び表層舗装体３１５が積層され、さらに、塗膜３１６が形成された構造とされている。
【０１２１】
この場合の熱回路は、図６に示すように土壌３１１の熱抵抗である土壌熱抵抗Ｒr1、路床・路体構造熱抵抗Ｒr2、路盤３１３の熱抵抗である路盤熱抵抗Ｒr3、舗装体構造熱抵抗Ｒr4、表面熱伝達抵抗ｒrexを外気温Ｔexと地中温度Ｔinとの間に直列に接続した構成とされている。これによって、建物と同様に道路の熱流を推測することが可能となる。道路の熱流を推測することにより、塗膜３１６の評価を行なうことが可能となる。
【０１２２】
このように、建物だけでなく、道路など他の被測定対象にも温度、熱流などの予測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の一実施例のシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施例の熱負荷計算プログラムのフローチャートである。
【図３】熱負荷計算に必要なパラメータを示す図である。
【図４】建物の簡易熱負荷計算を行なうときの計算方法を説明するための図である。
【図５】熱負荷計算処理の処理フローチャートである。
【図６】シミュレーション対象の建物条件を示す表である。
【図７】シミュレーション対象の室内条件を示す表である。
【図８】シミュレーション対象が存在する場所の気象条件を示す表である。
【図９】シミュレーションの計算手順を示す表である。
【図１０】室温シミュレーション結果を示すグラフである。
【図１１】道路の簡易熱負荷計算を行なうときの計算方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１００ 熱量予測システム
１１１ 入力装置、１１２ 処理部、１１３ 記憶装置、１１４ メモリ
１１５ 表示装置、１１６ 通信装置
２１１ 屋根基材、２１２ 塗膜、２１３ 構造断熱材
２２１ 壁基材、２２２ 塗膜、２２３ 壁構造断熱材
３１１ 土壌、３１２ 路床・路体、３１３ 路盤、３１４ 基層舗装体
３１５ 表層舗装体、３１６ 塗膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象に流出入する熱量を予測する熱量予測方法であって、
前記被測定対象に関する熱回路を設定し、
前記熱回路に関するパラメータを取得し、
前記パラメータを前記熱回路に設定し、
前記熱回路を解くことにより、前記被測定対象に流出入する熱量を予測することを特徴とする熱量予測方法。
【請求項２】
前記熱回路は、室内と室外との間の熱流をｉ、日射吸収率をａ、日射強度をＩ、外気温度をＴex、室内温度をＴin、室内と室外との間の構造物の熱抵抗をＲc、室内側の構造物の熱伝達抵抗をｒin、室外側の構造物の熱伝達抵抗をｒexとしたとき、
ｉ＝｛（ａ×Ｉ×rex）＋（Ｔex−Ｔin）｝／（Ｒc＋ｒin＋ｒex）
で表されることを特徴とする請求項１記載の熱量予測方法。
【請求項３】
前記パラメータを前記被測定対象に流出入する熱量の推移を予測する各時刻毎に取得し、
各時刻のパラメータに基づいて前記熱回路の熱流を算出し、前記熱回路を解くことにより、次の時刻の熱量を算出し、
前記熱量を順次算出することにより、前記熱量の推移を予測することを特徴とする請求項１又は２記載の熱量予測方法。
【請求項４】
時刻ｊの室温をＴin(j)、次に時刻（ｊ＋１）における室温をＴin(j+1)、時刻ｊの外気温をＴex(j)、時刻ｊにおける建物条件及び室内条件を決定するパラメータをまとめたパラメータをＨ(j)’、ＫＳ(j)、建物の容量をＣｔとしたとき
Ｔin(j+1)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)
−（Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)−Ｔin(j))ｅｘｐ（−ＫＳ(j)/Ｃt)
により、時刻ｊにおけるパラメータを用いて時刻（ｊ＋１）における室温Ｔin(j＋1)を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の熱容量予測方法。
【請求項５】
前記時刻ｊと時刻（ｊ＋１）の時間間隔は、１０分から１時間の間隔に設定されていることを特徴とする請求項４記載の熱容量予測方法。
【請求項６】
被測定対象に流出入する熱量を予測する熱量予測システムであって、
前記被測定対象の前記熱回路に関するパラメータを取得する取得部と、
前記被測定対象に関する熱回路を設定し、前記パラメータを前記熱回路に設定し、
前記熱回路を解くことにより、前記被測定対象に流出入する熱量を予測する処理部とを有することを特徴とする熱量予測システム。
【請求項７】
前記熱回路は、室内と室外との間の熱流をｉ、日射吸収率をａ、日射強度をＩ、外気温度をＴex、室内温度をＴin、室内と室外との構造熱抵抗をＲc、室内側の構造物の熱伝達抵抗をｒin、室外側の構造物の熱伝達抵抗をｒexとしたとき、
ｉ＝｛（ａ×Ｉ×rex）＋（Ｔex−Ｔin）｝／（Ｒc＋ｒin＋ｒex）
で表されることを特徴とする請求項６記載の熱量予測システム。
【請求項８】
前記処理部は、前記パラメータを前記被測定対象に流出入する熱量の推移を予測する各時刻毎に取得し、各時刻のパラメータに基づいて前記熱回路の熱流を算出し、前記熱回路を解くことにより、次の時刻の熱量を算出し、前記熱量を順次算出ことにより、前記熱量の推移を予測することを特徴とする請求項６又は７記載の熱量予測システム。
【請求項９】
前記処理部は、時刻ｊの室温をＴin(j)、次に時刻（ｊ＋１）における室温をＴin(j+1)、時刻ｊの外気温をＴex(j)、時刻ｊにおける建物条件及び室内条件を決定するパラメータをまとめたパラメータをＨ(j)’、ＫＳ(j)、建物の容量をＣｔとしたとき
Ｔin(j+1)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)
−（Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)−Ｔin(j))ｅｘｐ（−ＫＳ(j)/Ｃt)
により、時刻ｊにおけるパラメータを用いて時刻（ｊ＋１）における室温Ｔin(j＋1)を算出することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項記載の熱量予測システム。
【請求項１０】
前記時刻ｊと時刻（ｊ＋１）の時間間隔は、１０分から１時間の間隔に設定されていることを特徴とする請求項９記載の熱量予測システム。
【請求項１１】
コンピュータに、
被測定対象に関する熱回路を設定させる第１の手順と、
前記熱回路に関するパラメータを取得させる第２の手順と、
前記パラメータを前記熱回路に設定させる第３の手順と、
前記熱回路を解くことにより、前記被測定対象に流出入する熱量を予測させる第４の手順とを実行させるためのコンピュータ読み取り可能なプログラム。
【請求項１２】
前記熱回路は、室内と室外との間の熱流をｉ、日射吸収率をａ、日射強度をＩ、外気温度をＴex、室内温度をＴin、室内と室外との構造熱抵抗をＲc、室内側の構造物の熱伝達抵抗をｒin、室外側の構造物の熱伝達抵抗をｒexとしたとき、
ｉ＝｛（ａ×Ｉ×rex）＋（Ｔex−Ｔin）｝／（Ｒc＋ｒin＋ｒex）
で表されることを特徴とする請求項１１記載のコンピュータ読み取り可能なプログラム。
【請求項１３】
前記第４の手順は、前記パラメータを前記被測定対象に流出入する熱量の推移を予測する各時刻毎に取得し、
各時刻のパラメータに基づいて前記熱回路の熱流を算出し、前記熱回路を解くことにより、次の時刻の熱量を算出し、
前記熱量を順次算出ことにより、前記熱量の推移を予測することを特徴とする請求項１１又は１２記載のコンピュータ読み取り可能なプログラム。
【請求項１４】
前記第４の手順は、時刻ｊの室温をＴin(j)、次に時刻（ｊ＋１）における室温をＴin(j+1)、時刻ｊの外気温をＴex(j)、時刻ｊにおける建物条件及び室内条件を決定するパラメータをまとめたパラメータをＨ(j)’、ＫＳ(j)、建物の容量をＣｔとしたとき下記の式
Ｔin(j+1)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)
−（Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)−Ｔin(j))ｅｘｐ（−ＫＳ(j)/Ｃt)
により、時刻ｊにおけるパラメータを用いて時刻（ｊ＋１）における室温Ｔin(j＋1)を算出することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか一項記載のコンピュータ読み取り可能なプログラム。
【請求項１５】
前記時刻ｊと時刻（ｊ＋１）の時間間隔は、１０分から１時間の間隔に設定されていることを特徴とする請求項１４記載のコンピュータ読み取り可能なプログラム。
【請求項１】
被測定対象に流出入する熱量を予測する熱量予測方法であって、
前記被測定対象に関する熱回路を設定し、
前記熱回路に関するパラメータを取得し、
前記パラメータを前記熱回路に設定し、
前記熱回路を解くことにより、前記被測定対象に流出入する熱量を予測することを特徴とする熱量予測方法。
【請求項２】
前記熱回路は、室内と室外との間の熱流をｉ、日射吸収率をａ、日射強度をＩ、外気温度をＴex、室内温度をＴin、室内と室外との間の構造物の熱抵抗をＲc、室内側の構造物の熱伝達抵抗をｒin、室外側の構造物の熱伝達抵抗をｒexとしたとき、
ｉ＝｛（ａ×Ｉ×rex）＋（Ｔex−Ｔin）｝／（Ｒc＋ｒin＋ｒex）
で表されることを特徴とする請求項１記載の熱量予測方法。
【請求項３】
前記パラメータを前記被測定対象に流出入する熱量の推移を予測する各時刻毎に取得し、
各時刻のパラメータに基づいて前記熱回路の熱流を算出し、前記熱回路を解くことにより、次の時刻の熱量を算出し、
前記熱量を順次算出することにより、前記熱量の推移を予測することを特徴とする請求項１又は２記載の熱量予測方法。
【請求項４】
時刻ｊの室温をＴin(j)、次に時刻（ｊ＋１）における室温をＴin(j+1)、時刻ｊの外気温をＴex(j)、時刻ｊにおける建物条件及び室内条件を決定するパラメータをまとめたパラメータをＨ(j)’、ＫＳ(j)、建物の容量をＣｔとしたとき
Ｔin(j+1)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)
−（Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)−Ｔin(j))ｅｘｐ（−ＫＳ(j)/Ｃt)
により、時刻ｊにおけるパラメータを用いて時刻（ｊ＋１）における室温Ｔin(j＋1)を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の熱容量予測方法。
【請求項５】
前記時刻ｊと時刻（ｊ＋１）の時間間隔は、１０分から１時間の間隔に設定されていることを特徴とする請求項４記載の熱容量予測方法。
【請求項６】
被測定対象に流出入する熱量を予測する熱量予測システムであって、
前記被測定対象の前記熱回路に関するパラメータを取得する取得部と、
前記被測定対象に関する熱回路を設定し、前記パラメータを前記熱回路に設定し、
前記熱回路を解くことにより、前記被測定対象に流出入する熱量を予測する処理部とを有することを特徴とする熱量予測システム。
【請求項７】
前記熱回路は、室内と室外との間の熱流をｉ、日射吸収率をａ、日射強度をＩ、外気温度をＴex、室内温度をＴin、室内と室外との構造熱抵抗をＲc、室内側の構造物の熱伝達抵抗をｒin、室外側の構造物の熱伝達抵抗をｒexとしたとき、
ｉ＝｛（ａ×Ｉ×rex）＋（Ｔex−Ｔin）｝／（Ｒc＋ｒin＋ｒex）
で表されることを特徴とする請求項６記載の熱量予測システム。
【請求項８】
前記処理部は、前記パラメータを前記被測定対象に流出入する熱量の推移を予測する各時刻毎に取得し、各時刻のパラメータに基づいて前記熱回路の熱流を算出し、前記熱回路を解くことにより、次の時刻の熱量を算出し、前記熱量を順次算出ことにより、前記熱量の推移を予測することを特徴とする請求項６又は７記載の熱量予測システム。
【請求項９】
前記処理部は、時刻ｊの室温をＴin(j)、次に時刻（ｊ＋１）における室温をＴin(j+1)、時刻ｊの外気温をＴex(j)、時刻ｊにおける建物条件及び室内条件を決定するパラメータをまとめたパラメータをＨ(j)’、ＫＳ(j)、建物の容量をＣｔとしたとき
Ｔin(j+1)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)
−（Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)−Ｔin(j))ｅｘｐ（−ＫＳ(j)/Ｃt)
により、時刻ｊにおけるパラメータを用いて時刻（ｊ＋１）における室温Ｔin(j＋1)を算出することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項記載の熱量予測システム。
【請求項１０】
前記時刻ｊと時刻（ｊ＋１）の時間間隔は、１０分から１時間の間隔に設定されていることを特徴とする請求項９記載の熱量予測システム。
【請求項１１】
コンピュータに、
被測定対象に関する熱回路を設定させる第１の手順と、
前記熱回路に関するパラメータを取得させる第２の手順と、
前記パラメータを前記熱回路に設定させる第３の手順と、
前記熱回路を解くことにより、前記被測定対象に流出入する熱量を予測させる第４の手順とを実行させるためのコンピュータ読み取り可能なプログラム。
【請求項１２】
前記熱回路は、室内と室外との間の熱流をｉ、日射吸収率をａ、日射強度をＩ、外気温度をＴex、室内温度をＴin、室内と室外との構造熱抵抗をＲc、室内側の構造物の熱伝達抵抗をｒin、室外側の構造物の熱伝達抵抗をｒexとしたとき、
ｉ＝｛（ａ×Ｉ×rex）＋（Ｔex−Ｔin）｝／（Ｒc＋ｒin＋ｒex）
で表されることを特徴とする請求項１１記載のコンピュータ読み取り可能なプログラム。
【請求項１３】
前記第４の手順は、前記パラメータを前記被測定対象に流出入する熱量の推移を予測する各時刻毎に取得し、
各時刻のパラメータに基づいて前記熱回路の熱流を算出し、前記熱回路を解くことにより、次の時刻の熱量を算出し、
前記熱量を順次算出ことにより、前記熱量の推移を予測することを特徴とする請求項１１又は１２記載のコンピュータ読み取り可能なプログラム。
【請求項１４】
前記第４の手順は、時刻ｊの室温をＴin(j)、次に時刻（ｊ＋１）における室温をＴin(j+1)、時刻ｊの外気温をＴex(j)、時刻ｊにおける建物条件及び室内条件を決定するパラメータをまとめたパラメータをＨ(j)’、ＫＳ(j)、建物の容量をＣｔとしたとき下記の式
Ｔin(j+1)＝Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)
−（Ｔex(j)＋Ｈ(j)’／ＫＳ(j)−Ｔin(j))ｅｘｐ（−ＫＳ(j)/Ｃt)
により、時刻ｊにおけるパラメータを用いて時刻（ｊ＋１）における室温Ｔin(j＋1)を算出することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか一項記載のコンピュータ読み取り可能なプログラム。
【請求項１５】
前記時刻ｊと時刻（ｊ＋１）の時間間隔は、１０分から１時間の間隔に設定されていることを特徴とする請求項１４記載のコンピュータ読み取り可能なプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−１７２６５（Ｐ２００７−１７２６５Ａ）
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９８７６０（Ｐ２００５−１９８７６０）
【出願日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（０００２３００５４）日本ペイント株式会社 (626)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（０００２３００５４）日本ペイント株式会社 (626)
【Ｆターム（参考）】
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