(57)【要約】【課題】個別要素の反射を考慮したシミュレーションを行いながらも計算量を抑制する。【解決手段】熱環境シミュレータ１０は、分割部１３と分類部１４と第１計算部１５１と第２計算部１５２と記憶部１２と変更部１６と第３計算部１５３とを備える。分類部１４は、複数の個別要素を、部屋２０に外部から輻射によって入射する熱エネルギーを直接受ける複数の第１要素Ｘ１と、他の個別要素から輻射によって熱エネルギーを受ける複数の第２要素Ｘ２とに分ける。第２計算部１５２は、複数の個別要素と複数の第２要素Ｘ２それぞれとの幾何学的な関係である形態係数を求める。記憶部１２は、複数の第２要素Ｘ２それぞれに、形態係数を対応付けて記憶する。第３計算部１５３は、変更部１６が入射条件を変更したときに、変更前後に共通して第１要素Ｘ１に分けられる個別要素については、記憶部１２が記憶している形態係数とを用いる。【選択図】図１
2017004463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータグラフィックスで表された仮想の３次元空間である対象空間を構成する面を複数の個別要素に分割する分割部と、
前記複数の個別要素を、前記対象空間に外部から輻射によって入射する熱エネルギーを直接受ける複数の第１要素と、他の個別要素から輻射によって熱エネルギーを受ける複数の第２要素とに分ける分類部と、
前記複数の第１要素からの熱エネルギーの強度を計算する第１計算部と、
前記複数の個別要素と前記複数の第２要素それぞれとの幾何学的な関係である形態係数を求め、前記複数の第１要素からの熱エネルギーの強度と前記形態係数とに基づいて前記複数の第２要素それぞれからの熱エネルギーの強度を計算する第２計算部と、
前記複数の第２要素それぞれに、前記複数の第１要素からの熱エネルギーの強度と前記形態係数とを対応付けて記憶する記憶部と、
操作入力を受けて前記対象空間に外部から輻射によって入射する熱エネルギーの入射条件を変更する変更部と、
前記変更部が前記入射条件を変更したときに、変更前後に共通して第１要素に分けられる個別要素については、当該第１要素からの熱エネルギーの強度と前記記憶部が記憶している前記形態係数とを用いることにより、前記複数の第２要素それぞれからの熱エネルギーの強度を計算する第３計算部とを備える
ことを特徴とする熱環境シミュレータ。
【請求項２】
前記第１計算部と前記第２計算部と前記第３計算部とのそれぞれは、前記複数の個別要素それぞれからの熱エネルギーの強度を、前記複数の個別要素それぞれが輻射によって受けた熱エネルギーのうちの反射した熱エネルギーの強度と、前記複数の個別要素それぞれの温度に依存して放射する熱エネルギーの強度とに分けて計算する
請求項１記載の熱環境シミュレータ。
【請求項３】
前記記憶部は、所定の基準状態において前記対象空間に外部から輻射によって熱エネルギーが入射した場合について、前記複数の第２要素それぞれに、前記複数の第１要素それぞれからの熱エネルギーの強度と前記形態係数とを対応付けて記憶し、
前記変更部は、前記対象空間に外部から輻射によって熱エネルギーが入射する状態を前記基準状態とは異なる状態にするように入射条件を変更する
請求項１又は２記載の熱環境シミュレータ。
【請求項４】
前記記憶部は、前記基準状態において前記形態係数を求めた前記複数の第１要素それぞれについて、前記複数の第２要素それぞれからの熱エネルギーの強度の計算に用いるか否かを選択する関数の値を対応付けて記憶しており、
前記第３計算部は、前記基準状態において第１要素であって前記変更部による変更後に第１要素ではなくなった個別要素について、前記記憶部が記憶している関数の値を変更することによって、当該個別要素が反射した熱エネルギーの強度を、前記複数の第２要素それぞれからの熱エネルギーの強度の計算から除外する
請求項３記載の熱環境シミュレータ。
【請求項５】
前記対象空間は部屋であって、前記対象空間の外部から輻射によって入射する熱エネルギーは太陽熱エネルギーに含まれる
請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱環境シミュレータ。
【請求項６】
前記部屋は外部から前記太陽熱エネルギーが入射する窓を備え、
前記変更部は、前記窓を通して入射する前記太陽熱エネルギーの少なくとも一部を遮る部材の配置が変更可能となるように構成されている
請求項５記載の熱環境シミュレータ。
【請求項７】
前記変更部は、太陽の位置が変更可能となるように構成されている
請求項５又は６記載の熱環境シミュレータ。
【請求項８】
コンピュータグラフィックスで表された仮想の３次元空間である対象空間を構成する面を複数の個別要素に分割するステップと、
前記複数の個別要素を、前記対象空間に外部から輻射によって入射する熱エネルギーを直接受ける複数の第１要素と、他の個別要素から輻射によって熱エネルギーを受ける複数の第２要素とに分けるステップと、
所定の基準状態において前記対象空間に外部から輻射によって熱エネルギーが入射した場合について、前記複数の第１要素からの熱エネルギーの強度を計算し、かつ前記複数の第２要素それぞれに熱エネルギーを与える個別要素と前記第２要素との幾何学的な関係である形態係数を計算するステップと、
前記複数の第２要素それぞれに、前記複数の第１要素からの熱エネルギーの強度と前記形態係数とを対応付けて記憶部に記憶するステップと、
操作入力を受けて前記対象空間に外部から輻射によって入射する熱エネルギーの入射条件を変更するステップと、
前記入射条件を変更したときに、変更前後に共通して第１要素に分けられる個別要素については、当該第１要素からの熱エネルギーの強度と前記記憶部が記憶している前記形態係数とを用いることにより、前記複数の第２要素それぞれからの熱エネルギーの強度を計算するステップとを備える
ことを特徴とする熱環境のシミュレーション方法。
【請求項９】
コンピュータを、請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱環境シミュレータとして機能させるためのプログラム。
【請求項１０】
コンピュータに、
コンピュータグラフィックスで表された仮想の３次元空間である対象空間を構成する面を複数の個別要素に分割するステップと、
前記複数の個別要素を、前記対象空間に外部から輻射によって入射する熱エネルギーを直接受ける複数の第１要素と、他の個別要素から輻射によって熱エネルギーを受ける複数の第２要素とに分けるステップと、
所定の基準状態において前記対象空間に外部から輻射によって熱エネルギーが入射した場合について、前記複数の第１要素からの熱エネルギーの強度を計算し、かつ前記複数の第２要素それぞれに熱エネルギーを与える個別要素と前記第２要素との幾何学的な関係である形態係数を計算するステップと、
前記複数の第２要素それぞれに、前記複数の第１要素からの熱エネルギーの強度と前記形態係数とを対応付けて記憶部に記憶するステップと、
操作入力を受けて前記対象空間に外部から輻射によって入射する熱エネルギーの入射条件を変更するステップと、
前記入射条件を変更したときに、変更前後に共通して第１要素に分けられる個別要素については、当該第１要素からの熱エネルギーの強度と前記記憶部が記憶している前記形態係数とを用いることにより、前記複数の第２要素それぞれからの熱エネルギーの強度を計算するステップとを実行させる
ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータグラフィックスで表された仮想の３次元空間を用いた熱環境シミュレータ、熱環境のシミュレーション方法、およびコンピュータを熱環境シミュレータとして機能させるためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンピュータグラフィックスを用いて実空間に対応する仮想の３次元空間を形成し、この仮想の３次元空間を用いて実空間における様々な事象を模擬する技術が提案されている。たとえば、特許文献１には、室内空間への太陽光による入熱量を計算する技術が記載されている。特許文献１に記載の技術では、３次元図形を複数の面要素に分割し、太陽光を直達日射、散乱日射、散乱反射、鏡面反射に分類している。この技術では、面要素ごとに、直達日射、散乱日射、散乱反射、鏡面反射の入熱が積算され、面要素における太陽輻射の影響を評価することが可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６４６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載された技術は、条件を定めて室内空間の熱輻射を計算するから、条件が変更された場合には再計算を行うことになる。したがって、条件の変更に伴う計算量が大きいという問題がある。
【０００５】
本発明は、条件を変更した場合の計算量を抑制することを可能にした熱環境シミュレータ、熱環境のシミュレーション方法、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】
【０００６】
本発明に係る熱環境シミュレータは、コンピュータグラフィックスで表された仮想の３次元空間である対象空間を構成する面を複数の個別要素に分割する分割部と、前記複数の個別要素を、前記対象空間に外部から輻射によって入射する熱エネルギーを直接受ける複数の第１要素と、他の個別要素から輻射により熱エネルギーを受ける複数の第２要素とに分ける分類部と、前記複数の第１要素からの熱エネルギーの強度を計算する第１計算部と、前記複数の個別要素と前記複数の第２要素それぞれとの幾何学的な関係である形態係数を求め、前記複数の第１要素からの熱エネルギーの強度と前記形態係数とに基づいて前記複数の第２要素それぞれからの熱エネルギーの強度を計算する第２計算部と、前記複数の第２要素それぞれに、前記複数の第１要素からの熱エネルギーの強度と前記形態係数とを対応付けて記憶する記憶部と、操作入力を受けて前記対象空間に外部から輻射によって入射する熱エネルギーの入射条件を変更する変更部と、前記変更部が前記入射条件を変更したときに、変更前後に共通して第１要素に分けられる個別要素については、当該第１要素からの熱エネルギーの強度と前記記憶部が記憶している前記形態係数とを用いることにより、前記複数の第２要素それぞれからの熱エネルギーの強度を計算する第３計算部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る熱環境のシミュレーション方法は、コンピュータグラフィックスで表された仮想の３次元空間である対象空間を構成する面を複数の個別要素に分割するステップと、前記複数の個別要素を、前記対象空間に外部から輻射によって入射する熱エネルギーを直接受ける複数の第１要素と、他の個別要素から輻射によって熱エネルギーを受ける複数の第２要素とに分けるステップと、所定の基準状態において前記対象空間に外部から輻射によって熱エネルギーが入射した場合について、前記複数の第１要素からの熱エネルギーの強度を計算し、かつ前記複数の第２要素それぞれに熱エネルギーを与える個別要素と前記第２要素との幾何学的な関係である形態係数を計算するステップと、前記複数の第２要素それぞれに、前記複数の第１要素からの熱エネルギーの強度と前記形態係数とを対応付けて記憶部に記憶するステップと、操作入力を受けて前記対象空間に外部から輻射によって入射する熱エネルギーの入射条件を変更するステップと、前記入射条件を変更したときに、変更前後に共通して第１要素に分けられる個別要素については、当該第１要素からの熱エネルギーの強度と前記記憶部が記憶している前記形態係数とを用いることにより、前記複数の第２要素それぞれからの熱エネルギーの強度を計算するステップとを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上述した熱環境シミュレータとして機能させるためのものである。
【０００９】
また、本発明に係るプログラムは、コンピュータに、コンピュータグラフィックスで表された仮想の３次元空間である対象空間を構成する面を複数の個別要素に分割するステップと、前記複数の個別要素を、前記対象空間に外部から輻射によって入射する熱エネルギーを直接受ける複数の第１要素と、他の個別要素から輻射によって熱エネルギーを受ける複数の第２要素とに分けるステップと、所定の基準状態において前記対象空間に外部から輻射によって熱エネルギーが入射した場合について、前記複数の第１要素からの熱エネルギーの強度を計算し、かつ前記複数の第２要素それぞれに熱エネルギーを与える個別要素と前記第２要素との幾何学的な関係である形態係数を計算するステップと、前記複数の第２要素それぞれに、前記複数の第１要素からの熱エネルギーの強度と前記形態係数とを対応付けて記憶部に記憶するステップと、操作入力を受けて前記対象空間に外部から輻射によって入射する熱エネルギーの入射条件を変更するステップと、前記入射条件を変更したときに、変更前後に共通して第１要素に分けられる個別要素については、当該第１要素からの熱エネルギーの強度と前記記憶部が記憶している前記形態係数とを用いることにより、前記複数の第２要素それぞれからの熱エネルギーの強度を計算するステップとを実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の構成によれば、条件を変更した場合の計算量を抑制することが可能になるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１を示すブロック図である。
【図２】実施形態に共通する３次元空間の例を示す斜視図ある。
【図３】実施形態１において直射熱が入射する個別要素の熱エネルギーの強度の計算を説明する図である。
【図４】実施形態１において形態係数を説明する図である。
【図５】図５Ａは実施形態１において基準状態の例を示す図、図５Ｂは実施形態１において基準状態に対して直射熱が入射する領域が減少した例を示す図、図５Ｃは実施形態１において基準状態に対して直射熱が入射する領域が増加した例を示す図である。
【図６】実施形態２の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施形態１）
本実施形態では、コンピュータグラフィックスにより表現された仮想の３次元空間である対象空間における熱環境のシミュレーションを行う熱環境シミュレータについて説明する。対象空間は、オフィス空間、店舗空間、居住空間などの部屋を想定する。すなわち、熱環境シミュレータは、実空間である部屋をコンピュータグラフィックスで模擬した仮想の３次元空間である対象空間において、熱環境のシミュレーションを行うように構成される。コンピュータグラフィックスによる対象空間は、３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）システムを用いて作成される。また、対象空間は、ＢＩＭ（Building Information Modeling）のような建物のデジタルモデルから所望の空間に関するデータを抽出することにより作成してもよい。さらに、以下に説明する熱環境シミュレータが作成した熱環境のデータは、ＢＩＭのデータに組み入れることも可能である。
【００１３】
本実施形態では、部屋の熱環境を形成する熱源が太陽であり、太陽光が部屋に入射する場合について説明する。すなわち、本実施形態において、対象空間は部屋であって、対象空間の外部から輻射によって入射する熱エネルギーは太陽熱エネルギーに含まれる。また、部屋に入射する熱エネルギーが輻射エネルギーであれば、太陽から直接入射する輻射エネルギーではなく、ビルの窓あるいは太陽光パネルなどで反射した輻射エネルギーでもよい。すなわち、太陽光からの熱エネルギーは、輻射エネルギーのうち物体に吸収されることにより熱に変化するエネルギーであって、主として遠赤外線で伝達される。以下では、熱エネルギーを輻射エネルギーとして伝達する電磁波の総称として「熱線」（heat ray）の用語を用いる。
【００１４】
図１に示す熱環境シミュレータ１０は、プログラムに従って動作するプロセッサを備えるデバイスを主なハードウェア要素として備える。この種のデバイスは、メモリを一体に備えるマイコン（microcontroller）、あるいはメモリを別に設けるマイクロプロセッサなどが用いられる。すなわち、熱環境シミュレータ１０は、コンピュータを用いて構成される。プログラムは、このコンピュータを、熱環境シミュレータ１０として機能させるために用いられる。このプログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）にあらかじめ記憶させておくほか、コンピュータで読取可能な光ディスクのような記録媒体で提供されるか、インターネットのような電気通信網を通して提供される。
【００１５】
コンピュータは、入力装置３１と出力装置３２とを備えるパーソナルコンピュータを想定しているが、入力装置３１および出力装置３２を備える端末装置と通信するサーバでもよい。サーバは、１台のコンピュータに限らず、複数台のコンピュータで構成されていてもよく、また、クラウドコンピューティングシステムであってもよい。入力装置３１は、マウスのようなポインティングデバイスとキーボードとを標準的な構成とする。出力装置３２は、液晶表示器などを備えるディスプレイを標準的な構成とする。
【００１６】
端末装置は、サーバと通信可能であればよく、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット端末、シンクライアントなどから選択される。端末装置が、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット端末などから選択され、実質的にコンピュータである場合には、熱環境シミュレータ１０の機能を、サーバと端末装置とで分担することが可能である。
【００１７】
以下に説明する熱環境シミュレータ１０の処理は、第１処理と第２処理とに分かれている。そのため、第１処理はサーバが行い、第２処理は端末装置が行うように役割を分担させることが可能である。第１処理は、対象空間への熱線の入射条件を所定の条件としてシミュレーションを行う処理であり、第２処理は、対象空間への熱線の入射条件を変更した場合に、第１処理の結果を用いてシミュレーションを行う処理である。したがって、第１処理は、処理負荷が比較的大きく比較的多くのハードウェア資源を必要とするのに対して、第２処理は、処理負荷が比較的小さくスマートフォンあるいはタブレット端末であっても実行可能である。
【００１８】
以下では、シミュレーションを行う対象空間が、図２に示すような部屋２０である場合について説明する。また、部屋２０には窓２１があり、窓２１を通して太陽からの熱線が入射すると仮定する。つまり、熱線を発生させる熱源は太陽であり、熱線が部屋２０に入射すると仮定する。部屋２０は、窓２１を備える壁面２２のほかは、床面２３と天井面２４と３面の壁面２５とで囲まれている。この部屋２０は、直方体状であって、１つの壁面２２に窓２１が形成されている。図２では部屋２０の中に家具を配置していないが、家具が存在する場合でも以下に説明する技術は適用可能である。
【００１９】
上述した部屋２０の構成は、説明を簡単にするために定めており、部屋２０の形状などは適宜に設定することが可能である。すなわち、熱環境シミュレータ１０は、入力装置３１からの操作入力を受けて、対象空間（部屋２０）の構成が変更可能になるように構成されている。
【００２０】
熱環境シミュレータ１０は、部屋２０への太陽からの熱線の入射に影響を与える部材を変更することが可能になるように構成されている。太陽から部屋２０への熱線の入射に影響を与える部材には、ブラインド、カーテン、ひさし、オーニング、遮熱ガラスなどのほか様々な部材が知られている。すなわち、熱環境シミュレータ１０は、この種の部材の種類、配置、性能などの入射条件を変更することが可能であり、部屋２０の熱環境について入射条件に応じたシミュレーションを行うことによって、部材の種類、配置、性能などを適正化するための支援を行うことが可能である。また、太陽から部屋２０への熱線の入射は、窓２１の形状によっても変化する。そのため、熱環境シミュレータ１０は、窓２１の形状についても対象空間に関する入射条件として変更することが可能である。部屋２０の熱環境について窓２１の形状に応じた熱環境のシミュレーションを行うと、窓２１の形状を適正化するための設計支援を行うことが可能になる。
【００２１】
さらに、太陽の位置は日時に応じて変化し、太陽から部屋２０に入射する熱線は、部屋２０の向き、気象あるいは大気の状態（雲、霧、黄砂などの存在）などの外部条件によって変化する。ただし、本実施形態は、気象および大気の状態については考慮せず、部屋２０に対する太陽の高度と方位のみに着目する。
【００２２】
また、太陽の高度と方位とは、日時（年月日および時刻）と、部屋２０の緯度および経度と、部屋２０の向きとの組み合わせによって一意に定めることができる。したがって、コンピュータ上に構築した仮想空間において、対象空間である部屋２０の緯度および経度と、部屋２０の向き（窓２１の向き）とを定めておき、入力装置３１から日時を与えることにより、与えられた日時に応じた太陽の高度および方位でのシミュレーションを行うことが可能である。
【００２３】
熱環境シミュレータ１０のユーザは、対象空間に関する熱線の入射条件を変更する場合に、出力装置３２であるディスプレイ装置を用いて対象空間の形状を目視した状態で、入力装置３１を操作する。つまり、対象空間への熱線の入射条件を変更する操作入力を与え、入射条件を変更した結果をディスプレイ装置で確認することができる。言い換えると、ユーザは入射条件の変更を対話的に行うことが可能である。また、シミュレーションの結果も出力装置３２であるディスプレイ装置に表示される。
【００２４】
以下では、図２のように、窓２１を通して太陽からの熱線が部屋２０に入射し、床面２３の一部に窓２１から入射した熱線が一度も反射されることなく照射されている状態を想定する。以下では、窓２１から入射した熱線であって一度も反射されていない熱線を「直射熱」と呼び、一度でも反射された熱線を「反射熱」と呼ぶ。また、太陽から部屋２０への熱線の入射に影響を与える部材が、仮想空間に配置されていない状態を「基準状態」と呼ぶ。基準状態は、太陽と部屋２０との相対位置が所定の位置関係であり、かつ太陽から部屋２０への熱線の入射に影響を与える部材が配置されていない状態を意味する。
【００２５】
図２では、床面２３において窓２１から入射した直射熱が照射されている領域を符号Ｄ１で表し、床面２３において窓２１から入射した直射熱が照射されていない領域を符号Ｄ２で表している。なお、図２に示す例では、直射熱が床面２３にのみ照射されているが、太陽と部屋２０との相対位置によっては、直射熱が壁面２５に照射される場合もある。
【００２６】
床面２３に照射された直射熱は、床面２３で反射する。床面２３で反射された反射熱は部屋２０を囲む面（壁面２２、床面２３、天井面２４、壁面２５）に照射される。反射熱が照射された面では、再び反射が生じ、部屋２０の様々な場所に反射熱が拡散する。
【００２７】
ところで、面に入射した熱線のうち熱線として反射されなかった輻射エネルギーは、面に吸収される。ここでは、面に入射する熱線のエネルギーのうち面が反射しなかったエネルギーは、すべて面に吸収されると仮定する。
【００２８】
部屋２０を囲む面は、実際には建材の一面であって、熱線の一部は建材に吸収され熱エネルギーに変わって建材の温度を上昇させる。建材において部屋２０に臨んでいる面の温度は、建材の比熱、建材の断熱性能、周囲温度などのさまざまな因子の影響を受ける。ただし、これらの因子のうち建材の比熱、建材の断熱性能などは一定であり、建材において部屋２０に臨んでいる面の温度は、吸収した熱線の量と周囲温度とを主な因子として決まる。そして、建材において部屋２０に臨んでいる面からは、面の温度に応じた輻射が生じる。
【００２９】
熱は建材を通して伝達されるから、建材により仕切られた内側の空間（部屋２０）と外側の空間とのそれぞれの温度の影響を受けるが、定常的には、熱伝達による面の温度は安定しており、面の温度が急激に変化することはない。建材には厚みがあり、建材の熱伝導率は比較的小さいから、ここでは、熱伝達による面の温度について、建材の一面の温度は建材で仕切られた内側の空間の気温に等しく、建材の他面の温度は建材で仕切られた外側の空間の気温に等しいという仮定をおく。この仮定によるモデルは完全ではないが、面における熱エネルギーの収支に関する大略的な傾向を判断するためのモデルとしては、比較的よい結果をもたらし、しかも計算量の増加が抑制されることが予想される。
【００３０】
面からの熱の輻射エネルギーを見積もるには、熱伝達による面の温度に応じた輻射エネルギーと、面が吸収した熱線のエネルギーによる面の温度に応じた輻射エネルギーと、面が反射した熱線の輻射エネルギーとを合計する必要がある。また、部屋２０の気温は、部屋２０の環境により変化する。たとえば、部屋２０の気温は、窓２１が開いているか閉じているかによって異なる。窓２１が閉じていれば、窓２１から入射する熱線のエネルギーが部屋２０に蓄積しやすくなり、部屋２０の気温の上昇速度が大きくなる。一方、窓２１が開いていれば、部屋２０と部屋２０の外部との間で窓２１を通して空気が流通し、熱エネルギーを部屋２０の外部に運ぶから、部屋２０の気温の上昇速度は抑制される。
【００３１】
本実施形態では、部屋２０の気温については定常状態（熱的平衡状態）とする。すなわち、本実施形態では、部屋２０の空気と面との間の熱の交換は考慮せず、部屋２０の気温は一定とし、面から部屋２０への熱エネルギーの強度のみに着目する。面から部屋２０への熱エネルギーの強度は、面に入射する熱線のエネルギーと、面が反射する熱線のエネルギーと、面の温度で決まる熱線の輻射エネルギーとを主な因子として決まる。
【００３２】
部屋２０を囲む面での反射熱の強度は、当該面に照射された輻射エネルギーの強度よりも大幅に小さいから、多くの場合、反射熱については再反射を考慮する必要がない。部屋２０を囲む面の大部分は拡散反射面であり、直射熱を１回反射した反射熱は２回目の反射では大きく減衰するから、２回目以降の反射熱は計算外として扱っても大きな誤差は生じない。つまり、部屋２０の熱環境については、直射熱と１回目の反射熱とに着目するだけで、簡易なシミュレーションが可能である。
【００３３】
反射熱の強度が所定の基準値以上である場合に、反射熱の強度を計算に用いるという処理を行ってもよい。ただし、光が反射するたびに反射熱の強度を評価する処理を行うとすれば計算量が増加する。そこで、反射の回数が設定した回数に達した後に、反射熱の強度を評価することにより計算量の増加を抑制することが望ましい。反射熱の強度を評価するまでの反射回数は、たとえば２回とすればよい。ここでは、直射熱を反射すると１回目の反射になり、１回目の反射熱を反射すると２回目の反射になる。
【００３４】
以下では、直射熱が反射した反射熱を「１次反射熱」と呼び、１次反射熱が反射した反射熱を「２次反射熱」と呼ぶ。また、直射熱が反射してからの反射回数をｎとし、反射回数がｎ回である反射熱をｎ次反射熱と呼ぶ。なお、ｎ＝０，１，２，…であり、ｎ＝０は直射熱を意味する。本実施形態では、ｎ＝０，１の場合、つまり直射熱および１次反射熱のみを計算に用いる場合を例として説明する。
【００３５】
また、面の温度で決まる熱線の輻射エネルギーは、上述のように、部屋２０の気温で決まる輻射エネルギーと、面が吸収した熱線のエネルギーによる面の温度に応じた輻射エネルギーとである。つまり、面が、熱エネルギーを放射する熱源になる。このような熱エネルギーを、以下では「２次放射熱」と呼ぶ。すなわち、本実施形態において、面からの熱エネルギーの強度は、直射熱と１次反射熱と２次放射熱との３種類の熱エネルギーを加算することによって表される。
【００３６】
熱環境シミュレータ１０は、仮想の３次元空間である対象空間に関して熱環境のシミュレーションを行うから、対象空間のデータを取得するためにデータ取得部１１を備える。データ取得部１１は、熱環境シミュレータ１０とは別の装置から対象空間のデータを受け取る。対象空間のデータは、対象空間を構成する物体（オブジェクト）の形状を表すデータと、物体の表面の反射率とを含む。具体的には、対象空間は部屋２０であるから、データ取得部１１は、部屋２０の窓２１の形状、位置、寸法と、部屋２０を囲む面（壁面２２、床面２３、天井面２４、壁面２５）の形状、位置、寸法、反射率とを含むデータを取得する。
【００３７】
データ取得部１１は、受け取ったデータを以後の処理に適する形式に変換する。変換後のデータは、熱環境シミュレータ１０に設けた記憶部１２に保存される。ここに、対象空間のデータを作成する機能は、熱環境シミュレータ１０を構成するコンピュータが備えていてもよい。この場合、入力装置３１および出力装置３２を用いてユーザが対象空間のデータを作成し、データ取得部１１は、このデータを受け取る。
【００３８】
本実施形態では、熱環境のシミュレーションを行うために、対象空間において着目する面（壁面２２、床面２３、天井面２４、壁面２５）を複数個の小面積の領域に分割し、異なる小面積の領域の間で受け渡す熱エネルギーを評価する技術を採用している。以下では、小面積の領域を、個別要素と呼ぶ。個別要素は平面であって、個別要素には、対象空間に設定した座標系での３次元の座標値と、平面の向きとが対応付けられる。個別要素の向きは、たとえば、個別要素の法線ベクトルで表す。また、対象空間に含まれる面が曲面である場合でも、個別要素によって近似される。
【００３９】
熱環境シミュレータ１０は、対象空間を構成する物体（オブジェクト）の面を複数の個別要素に分割する分割部１３を備える。本実施形態において、分割部１３は、データ取得部１１が取得した対象空間のデータを用いて、部屋２０を囲む面（壁面２２、床面２３、天井面２４、壁面２５）をそれぞれ個別要素に分割する。個別要素の面積は小さいほうが望ましいが、面積が小さいほど個別要素の個数が増加し、計算量の増加につながる。したがって、個別要素の面積は、結果として要求される精度と、処理負荷の程度とに応じて定められる。
【００４０】
分割部１３は、たとえば、部屋２０を囲む面（壁面２２、床面２３、天井面２４、壁面２５）を、それぞれ所定サイズである長方形状（正方形を含む）の個別要素に分割する。個別要素のサイズをｐ画素×ｑ画素として、ｐ，ｑは、たとえば１０から５００程度の範囲から選択する。また、分割部１３は、個別要素が、面の一辺に沿った第１方向（たとえば、縦方向）と、第１方向に直交する第２方向（たとえば、横方向）とに並ぶように、面を分割する。なお、ｐ，ｑの値が大きいほど精度は上がるが処理負荷が大きくなる。
【００４１】
分割部１３は、個別要素を生成した後、個別要素を区別する識別子（たとえば、「０００１０１」など）と、個別要素を代表する座標値（たとえば、重心の座標値）と、個別要素の向きを表す法線ベクトルとを含むデータを、記憶部１２に格納する。データ取得部１１が取得するデータは物体の反射率を含んでおり、分割部１３は、個別要素に反射率を対応付けて記憶部１２に格納する。
【００４２】
部屋２０への熱線の入射条件は、基準状態がデフォルトになる。入射条件には、太陽に関する条件も含まれ、太陽に関しても熱環境シミュレータ１０にデフォルトの条件が定められている。太陽に関するデフォルトの条件は、複数種類から選択可能である。たとえば、太陽に関するデフォルトの条件として、春分、夏至、秋分、冬至などの南中時を用いることが可能である。
【００４３】
シミュレーションを行う対象空間が個別要素に分割され、かつ部屋２０への熱線の入射条件が定まると、部屋２０の熱環境に関するシミュレーションが可能になる。熱環境シミュレータ１０は、部屋２０への熱線の入射条件としてデフォルトの入射条件を用いる第１処理と、第１処理の後に入射条件を変更して行う第２処理とが可能になるように構成されている。以下では、まず第１処理を説明し、その後に第２処理を説明する。
【００４４】
熱環境シミュレータ１０は、部屋２０の個別要素について、窓２１から入射した直射熱を受ける個別要素と、直射熱を受けずに反射熱のみを受ける個別要素とに区分する。ここでは、直射熱を受ける個別要素を「第１要素」、反射熱のみを受ける個別要素を「第２要素」と呼ぶ。部屋２０に定めた個別要素が、第１要素になるか第２要素になるかは、部屋２０への熱線の入射条件に応じて定まる。
【００４５】
そのため、熱環境シミュレータ１０は分類部１４を備え、分類部１４は、分割部１３が分割した複数の個別要素について第１要素と第２要素とに分ける機能を有する。つまり、分類部１４は、記憶部１２が記憶している基準状態での部屋２０への熱線の入射条件を用いて、個別要素を第１要素と第２要素とに分類する。たとえば、分類部１４は、個別要素のうちで直射熱を受ける個別要素を第１要素として抽出し、第１要素を除く個別要素を第２要素に分類する。
【００４６】
熱環境シミュレータ１０は、第１計算部１５１と第２計算部１５２と第３計算部１５３とを備える。第１計算部１５１は、分類部１４が分類した第１要素からの熱エネルギーの強度を計算する。第２計算部１５２は、第１処理において第２要素からの熱エネルギーの強度を計算し、第３計算部１５３は、第２処理において第２要素からの熱エネルギーの強度を計算する。
【００４７】
第１処理では、第１計算部１５１と第２計算部１５２とを用いて個別要素それぞれについて熱エネルギーの強度の計算を行い、第２処理では、第１計算部１５１と第３計算部１５３とを用いて個別要素それぞれについて熱エネルギーの強度の計算を行う。なお、第１計算部１５１と第２計算部１５２と第３計算部１５３とは、計算方法の相違で区分している。以下では、個別要素の熱エネルギーの強度を、「エネルギー強度」と呼ぶ。
【００４８】
第１計算部１５１は、第１要素からのエネルギー強度を以下の計算で求める。ここに、第１要素Ｘ１のエネルギー強度は、第１要素Ｘ１に入射し第１要素Ｘ１で反射した熱エネルギーと、第１要素Ｘ１の温度に応じて放射される熱エネルギーとを含む。第１要素Ｘ１が受ける直射熱の強度は、第１要素Ｘ１への直射熱の入射角と、第１要素Ｘ１に入射する直射熱のエネルギーの大きさとによって決まる。また、第１要素Ｘ１のエネルギー強度は、第１要素Ｘ１が受ける直射熱の強度と、第１要素Ｘ１の反射率と、第１要素Ｘ１の温度とによって決まる。さらに、第１要素Ｘ１の温度は、第１要素Ｘ１に入射する直射熱の強度と第１要素Ｘ１の反射率と部屋２０の温度とに依存する。
【００４９】
いま、図３に示すように、第１要素Ｘ１への直射熱の入射角をθ１、第１要素Ｘ１に入射するエネルギーの大きさをＥｓ、第１要素Ｘ１の熱線に対する反射率をα１とすると、直射熱に対する反射熱は、Ｅｓ・（１−α１）・cosθ１と表される。第１要素Ｘ１が受ける直射熱のエネルギーＥｓは、記憶部１２に格納された部屋２０への熱線の入射条件によって決めることができる。
【００５０】
第１要素Ｘ１が受ける直射熱のうち第１要素Ｘ１で反射されなかった熱線は第１要素Ｘ１に吸収され、また第１要素Ｘ１は部屋２０の空気との間で熱を受け渡す。ここで、定常状態と仮定しているから、第１要素Ｘ１に直射熱が定常的に照射され、第１要素Ｘ１と部屋２０の空気との間で定常的に熱エネルギーが受け渡される状態が想定されている。また、定常状態では、第１要素Ｘ１が部屋２０の空気との間で熱エネルギーを受け渡すことによる第１要素Ｘ１の温度は部屋２０の気温に等しいとみなしている。
【００５１】
第１要素Ｘ１の放射熱Ｌ１は、直射熱に対する反射熱と、第１要素Ｘ１の温度によって決まる２次放射熱とを合算して求める。第１要素Ｘ１には他の個別要素からの反射熱も入射する可能性があるが、第１要素Ｘ１に入射する反射熱は直射熱に比べて十分に小さいから、ここでは考慮しない。第１要素Ｘ１での反射熱をＬｒ（１，０）と表す。括弧内は、左側のパラメータが熱線を受ける個別要素を区別する識別子であり、右側のパラメータが個別要素に入射する熱線の反射回数を区別する数値である。反射熱Ｌｒ（１，０）は、熱線が入射する個別要素の識別子が「１」であって、熱線を入射させる個別要素が０回であること、つまり直射熱が入射したことによる反射熱であることを表している。
【００５２】
第１要素Ｘ１の温度Ｔ１は、部屋２０の気温Ｔａに、直射熱のうち第１要素Ｘ１に吸収された熱による温度の上昇分を加算して求められる。ここに、第１要素Ｘ１の温度Ｔ１で決まる２次放射熱は、部屋２０の気温だけではなく直射熱の影響を受けるが、定常状態では一定とみなせる。すなわち、直射熱のエネルギーの変動に対して、温度Ｔ１の変動は緩やかであるから、定常状態を条件として、温度Ｔ１を一定とみなす。また、第１要素Ｘ１の２次放射熱を一定とみなし、第１要素Ｘ１が放射する２種類の２次放射熱を区別せずに、一括してＥ（１，Ｔ１）と表記する。括弧内は、左側のパラメータが個別要素を区別する識別子であり、右側のパラメータが個別要素の温度である。
【００５３】
以上のように、第１要素Ｘ１の放射熱Ｌ１は、直射熱による反射熱Ｌｒ（１，０）と、２次放射熱Ｅ（１，Ｔ１）とを合算して求められる。すなわち、Ｌ１＝Ｌｒ（１，０）＋Ｅ（１，Ｔ１）になる。直射熱は、
第２計算部１５２は、第２要素Ｘ２のエネルギー強度Ｌ２を以下の計算で求める。第２要素Ｘ２が受ける反射熱の強度は、他の個別要素Ｘｉ（ｉは、個別要素を区別する識別子である）から受けるエネルギーの大きさと、２つの面の幾何学的な関係を表す形態係数とによって決まる。形態係数には、２つの面の角度と距離とが含まれている。形態係数は一般的に用いられているから、ここでは詳述しないが、図４に示すように、２つの面Ｓ１、Ｓ２を結ぶ方向の直線が各面の法線方向ｎ１、ｎ２に対してなす角度φ１、φ２、２つの面の距離ｒなどを用いて求められる。着目する第２要素に入射する輻射エネルギーの密度に形態係数を掛け合わせると、第２要素が受ける反射熱の強度が求められる。
【００５４】
ところで、第２要素Ｘ２のエネルギー強度Ｌ２を計算するには、直射熱を受ける第１要素Ｘ１からのエネルギーだけではなく、他の第２要素Ｘ２からのエネルギーも含めることが望ましい。以下の説明では、第２要素Ｘ２のうち着目する第２要素をＸｋで表し、第１要素Ｘ１のうち第２要素Ｘｋに反射熱を入射させる第１要素をＸｊ１で表す（図４参照）。また、第２要素Ｘｋに反射熱を入射させる他の第２要素をＸｊ２で表す。
【００５５】
第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋは、第１要素Ｘ１の放射熱Ｌ１と同様に、第２要素Ｘｋに入射するエネルギーを反射することによる反射熱と、第２要素Ｘｋの温度によって決まる２次放射熱とを合算して求める。
【００５６】
第２要素Ｘｋの２次放射熱は、第２要素Ｘｋに入射するエネルギーを第２要素Ｘｋが吸収することによる２次放射熱と、部屋２０の気温Ｔａに応じた２次放射熱とを含む。ただし、第１要素Ｘｊ１の２次放射熱と同様に、定常状態を条件とすると、第２要素Ｘｋの２次放射熱は一定とみなせる。ここでは、第２要素Ｘｋの温度をＴｋとし、第１要素Ｘｊ１の２次放射熱Ｅ（ｊ１，Ｔｊ１）と同様に、第２要素Ｘｋの２次放射熱をＥ（ｋ，Ｔｋ）と表記する。したがって、第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋは、第２要素Ｘｋでの反射熱をＬｒ（ｋ）で表すことにすれば、Ｌｋ＝Ｌｒ（ｋ）＋Ｅ（ｋ，Ｔｋ）で表される。第２要素Ｘｋでの反射熱Ｌｒ（ｋ）は、第２要素Ｘｋに入射するエネルギー強度に依存する。
【００５７】
第２要素Ｘｋに入射するエネルギーには、第１要素Ｘｊ１からの熱エネルギーと、他の第２要素Ｘｊ２からの熱エネルギーとがある。すなわち、第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋを求めるには、第１要素Ｘｊ１のエネルギー強度Ｌｊ１と、第２要素Ｘｊ２のエネルギー強度Ｌｊ２とが必要である。第１要素Ｘｊ１のエネルギー強度Ｌｊ１は、第１計算部１５１が、第１要素Ｘｊ１で生じた反射熱Ｌｒ（ｊ１，０）と、第１要素Ｘｊ１で生じた２次放射熱Ｅ（ｊ１，Ｔｊ１）とから求める。すなわち、Ｌｊ１＝Ｌｒ（ｊ１，０）＋Ｅ（ｊ１，Ｔｊ１）である。
【００５８】
一方、本実施形態では、直射熱および１次反射熱のみを計算に用いるから、第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋを求める計算において、第２要素Ｘｊ２が放射する熱エネルギーＬｊ２は２次放射熱だけを用いる。第２要素Ｘｊ２の２次放射熱は、第２要素Ｘｋと同様に、定常状態を条件とすれば一定とみなせる。そこで、第２要素Ｘｊ２の温度をＴｊ２として、ここでは、第２要素Ｘｊ２のエネルギー強度Ｌｊ２を、Ｌｊ２＝Ｅ（ｊ２，Ｔｊ２）で表す。
【００５９】
第１要素Ｘｊ１の熱エネルギーによる第２要素Ｘｋの反射熱Ｌｒ（ｋ，ｊ１）は、第１要素Ｘｊ１のエネルギー強度Ｌｊ１と、第２要素Ｘｋの反射率αｋと、第１要素ｘｊ１と第２要素Ｘｋとの間の形態係数ｆ（ｊ１，ｋ）とを用いて表される。すなわち、反射熱Ｌｒ（ｋ，ｊ１）は、Ｌｒ（ｋ，ｊ１）＝Ｌｊ１・（１−αｋ）・ｆ（ｊ１，ｋ）という関係になる。
【００６０】
第２要素Ｘｊ２のエネルギー強度Ｌｊ２による第２要素Ｘｋの反射熱Ｌｒ（ｋ，ｊ２）は、第２要素Ｘｊ２のエネルギー強度Ｌｊ２と、第２要素Ｘｋの反射率αｋと、第２要素Ｘｊ２と第２要素Ｘｋとの間の形態係数ｆ（ｊ２，ｋ）とを用いて表される。すなわち、反射熱Ｌｒ（ｋ，ｊ２）は、Ｌｒ（ｋ，ｊ２）＝Ｌｊ２・（１−αｋ）・ｆ（ｊ２，ｋ）という関係になる。
【００６１】
第２要素Ｘｋの反射熱Ｌ（ｋ）は、第１要素Ｘｊ１に起因する反射熱Ｌｒ（ｋ，ｊ１）と、第２要素Ｘｊ２に起因する反射熱Ｌｒ（ｋ，ｊ２）との総和であって、Ｌｒ（ｋ）＝ΣＬｒ（ｋ，ｊ１）＋ΣＬｒ（ｋ，ｊ２）になる。ΣＬｒ（ｋ，ｊ１）は、第２要素Ｘｋに１次反射熱を入射させるすべての第１要素Ｘｊ１に対応した反射熱の総和であり、ΣＬｒ（ｋ，ｊ２）は、第２要素Ｘｋに２次放射熱を入射させるすべての第２要素Ｘｊ２に対応した反射熱の総和である。第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋは、第２要素Ｘｋからの反射熱Ｌ（ｋ）と、第２要素Ｘｋの２次放射熱Ｅ（ｋ，Ｔｋ）との合計であるから、Ｌｋ＝Ｌｒ（ｋ）＋Ｅ（ｋ，Ｔｋ）＝ΣＬｒ（ｋ，ｊ１）＋ΣＬｒ（ｋ，ｊ２）＋Ｅ（ｋ，Ｔｋ）になる。
【００６２】
第２計算部１５２は、第１計算部１５１が求めた第１要素Ｘｊ１のエネルギー強度Ｌｊ１を用いて、上述のような計算を行うことにより、第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋを算出する。すなわち、第１計算部１５１は、第１要素Ｘ１のそれぞれに関するエネルギー強度Ｌ１を求め、第２計算部１５２は、第２要素Ｘ２のそれぞれに関するエネルギー強度Ｌ２を求める。第１処理では、基準状態における個別要素それぞれのエネルギー強度が求められる。
【００６３】
以上説明したように、第１処理では、第１要素Ｘ１のエネルギー強度Ｌ１および第２要素Ｘ２のエネルギー強度Ｌ２を基準状態で求める。すなわち、第１要素Ｘ１のエネルギー強度Ｌ１は、第１計算部１５１が第１要素Ｘ１に入射する直射熱のエネルギーＥｓに基づいて計算する。また、第２要素Ｘ２のエネルギー強度Ｌ２は、第２計算部１５２が第１要素Ｘ１のエネルギー強度Ｌ１および第２要素Ｘ２のエネルギー強度Ｌ２に基づいて計算する。
【００６４】
第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋは、上述したように、Ｌｋ＝ΣＬｒ（ｋ，ｊ１）＋ΣＬｒ（ｋ，ｊ２）＋Ｅ（ｋ，Ｔｋ）と表される。そして、１つの第１要素Ｘｊ１のエネルギー強度Ｌｊ１に由来する第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｒ（ｋ，ｊ１）は、Ｌｒ（ｋ，ｊ１）＝Ｌｊ１・（１−αｋ）・ｆ（ｊ１，ｋ）で表される。また、１つの第２要素Ｘｊ２のエネルギー強度Ｌｊ２に由来する第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｒ（ｋ，ｊ２）は、Ｌｒ（ｋ，ｊ２）＝Ｌｊ２・（１−αｋ）・ｆ（ｊ２，ｋ）で表される。
【００６５】
ここで、第１要素Ｘｊ１のエネルギー強度Ｌｊ１は直射熱のエネルギーＥｓにより変化するが、第２要素Ｘｊ２のエネルギー強度Ｌｊ２は一定値と仮定する。また、反射率αｋは固定値とみなしてよく、形態係数ｆ（ｊ１，ｋ）は個別要素Ｘｊ１ごとに一つの値に定まり、形態係数ｆ（ｊ２，ｋ）は、第２要素Ｘｊ２ごとに一つの値に定まる。そこで、（１−αｋ）・ｆ（ｊ１，ｋ）＝β（ｊ１，ｋ）とおき、（１−αｋ）・ｆ（ｊ２，ｋ）＝β（ｊ２，ｋ）とおくことにすると、第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋは、Ｌｋ＝ΣＬｊ１・β（ｊ１，ｋ）＋ΣＬｊ２・β（ｊ２，ｋ）＋Ｅ（ｋ，Ｔｋ）になる。なお、前式における右辺の第２項、第３項は直射熱のエネルギーＥｓに依存しない値として扱う。したがって、前式における右辺の第２項、第３項を固定値ＦＸとおき、第１項を展開すると、Ｌｋ＝Ｌ１１・β（１１，ｋ）＋Ｌ２１・β（２１，ｋ）＋…＋ＦＸと表される。
【００６６】
この数式のうち、着目する第２要素Ｘｋが第１要素Ｘｊ１から受け取る熱エネルギーＬｊ１・β（ｊ１，ｋ）は、直射熱のエネルギーＥｓを変数とする関数の形式で一般化することが困難である。一方、第２要素Ｘｋが個別要素Ｘｊ１から受け取るエネルギーは、直接光のエネルギーＥｓに応じて単調増加し、光エネルギーＥｓが決まれば、第２要素Ｘｋが個別要素Ｘｊ１から受け取るエネルギーは一意に決定される。
【００６７】
次に、第２処理について説明する。第２処理は、対象空間において、基準状態とは異なる状態を設定して熱環境を求める処理であって、熱環境シミュレータ１０は、基準状態とは異なる状態を設定することを可能にするために変更部１６を備える。変更部１６は、入力装置３１からの操作入力を受けて、部屋２０への熱線の入射条件を変更可能に構成されている。上述したように、入射条件には、部屋２０に関する条件と、太陽に関する条件とがある。変更部１６は、入射条件を変更する際に、入力装置３１と出力装置３２とを用いた対話的入力を可能にする。つまり、出力装置３２であるディスプレイに部屋２０を表示し、入力装置３１の操作によって、ディスプレイに表示された部屋２０について入射条件を変更可能にする。
【００６８】
本実施形態では、部屋２０に関する条件の変更は、窓２１から入射する太陽からの熱線に影響する条件を変更することを意味している。具体的には、部屋２０に関する条件の変更は、窓２１から部屋２０に入射する太陽からの熱線の少なくとも一部を遮る部材を窓２１の近辺に配置することに相当する。この種の部材には、ブラインド、カーテン、ひさし、オーニング、遮熱ガラスなど種々の部材が知られている。部屋２０に関する条件を変更する場合、出力装置３２であるディスプレイに、コンピュータグラフィックスで表す仮想空間として部屋２０を表示した状態で、入力装置３１の操作によって、この種の部材をコンピュータ上の仮想空間に配置する。部材の種類、位置、大きさなどの条件は、ユーザが入力装置３１を操作することにより適宜に変更することが可能である。
【００６９】
部屋２０に関する条件を変更すれば、部屋２０の熱環境を再計算する必要が生じる。もちろん、個別要素（第１要素Ｘ１および第２要素Ｘ２）について、上述した計算を繰り返せば、変更後の部屋２０の熱環境を求めることが可能である。しかしながら、上述した計算は計算量が非常に大きいから、部屋２０に関する条件を変更するたびに同様の計算を行うとすれば、処理負荷が非常に大きくなる。そのため、熱環境シミュレータ１０は、基準状態とは異なる状態での熱環境を計算する際の処理負荷を軽減するために第１処理とは異なる第２処理を行う。
【００７０】
ところで、第１要素Ｘ１のエネルギー強度Ｌ１および第２要素Ｘ２のエネルギー強度Ｌ２は、直射熱のエネルギーＥｓに依存しているから、エネルギーＥｓの変化に応じて変化する。すなわち、部屋２０への熱線の入射に影響を与える部材が仮想空間に配置され、基準状態とは異なる状態に変化すると、第１要素Ｘ１のエネルギー強度Ｌ１および第２要素Ｘ２のエネルギー強度Ｌ２に変化が生じる。そして、基準状態でない状態では、第１要素Ｘ１となる個別要素が変化する。また、第１要素Ｘ１と第２要素Ｘ２との位置関係によっては、第１要素Ｘ１が放射した熱エネルギーが第２要素Ｘ２に入射しない場合があり、第１要素Ｘ１が放射した熱エネルギーであっても第２要素Ｘ２のエネルギー強度Ｌ２の計算に含まれない可能性がある。
【００７１】
そのため、本実施形態では、個別要素Ｘｉごとに、着目する第２要素Ｘｋに反射熱を入射させるか否かを選択する関数δ（ｊ，ｋ）を用いている。関数δ（ｉ，ｋ）の値は、０と１との２つの値であり、δ（ｉ，ｋ）＝１であれば該当する個別要素Ｘｉからの反射熱を第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋの計算に用い、δ（ｉ，ｋ）＝０であれば該当する個別要素Ｘｉの反射熱を第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋの計算に用いないことを表す。ただし、δ（ｉ，ｋ）＝０であっても、個別要素Ｘｉからの２次放射熱は、第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋの計算に用いられる。
【００７２】
着目する第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋを定めるには、第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋに影響を与える個別要素Ｘｉごとに、基準状態でのエネルギー強度Ｌｉと、係数β（ｉ，ｋ）と、関数δ（ｉ，ｋ）とを用いる。基準状態でのエネルギー強度Ｌｉは、反射熱と２次放射熱とに分けられる。また、係数β（ｉ，ｋ）は、第２要素Ｘｋの反射率αｋ、個別要素Ｘｉと第２要素Ｘｋとの間の形態係数ｆ（ｉ，ｋ）を含む。形態係数ｆ（ｉ，ｋ）は、個別要素Ｘｉと第２要素Ｘｋとの距離、向きの情報を含む。これらの値は、第２計算部１５２が求め、記憶部１２に格納する。
【００７３】
記憶部１２に格納されるデータの例を表１に示す。表１は、着目する１つの第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋを定めるために必要なデータを含んでいる。つまり、記憶部１２に格納されるデータは、基準状態において、第２要素Ｘｋに熱エネルギーを入射させる個別要素Ｘｉの識別子、個別要素Ｘｉが放射する熱エネルギーＬｉ、係数β（ｉ，ｋ）、関数δ（ｉ，ｋ）の値を含む。個別要素Ｘｉが放射する熱エネルギーＬｉは、個別要素Ｘｉが第１要素Ｘ１であれば１次反射熱および２次放射熱であり、個別要素Ｘｉが第２要素Ｘ２であれば２次放射熱のみである。なお、表１では、係数β（ｉ，ｋ）を「β係数」、関数δ（ｉ，ｋ）を「δ関数」と記載している。
【００７４】
【表１】
2017004463.tif 000003
【００７５】
熱環境シミュレータ１０は、記憶部１２に格納された表１のようなデータを用いて熱環境を計算する第３計算部１５３を備えている。上述した第２計算部１５２は、第２要素Ｘ２に反射熱を入射させる個別要素ごとに、第２要素Ｘ２と個別要素との関係を表す形態係数を含めて個別要素Ｘｉからの熱線のエネルギーに基づくエネルギー強度Ｌ２の計算を行っている。そのため、第２計算部１５２の計算量は比較的多くなっている。これに対して第３計算部１５３は、第２計算部１５２が求めた表１のようなデータを使用することにより、第２計算部１５２よりも少ない計算量で第２要素Ｘ２のエネルギー強度Ｌ２を求めることを可能にしている。
【００７６】
表１を用いると、第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋを四則計算だけで求めることができる。すなわち、第３計算部１５３は、記憶部１２に記憶されているデータを用いて、第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋを、Ｌｋ＝Σ（１次反射熱×β係数×δ関数の値）＋Σ（２次放射熱×β係数）という計算により求める。なお、Σ（１次反射熱×β係数×δ関数の値）は、（１次反射熱×β係数×δ関数の値）の総和であり、またΣ（２次放射熱×β係数）は、（２次放射熱×β係数）の総和である。この計算は、第２要素Ｘｋに関して記憶部１２に格納されているすべての個別要素Ｘｉを対象にする。
【００７７】
表１に示すデータは、基準状態という入射条件の下で求めた特定の第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋを決めるためのデータであり、関数δ（ｉ，ｋ）の値、係数β（ｉ，ｋ）、１次反射熱および２次放射熱を含んでいる。関数δ（ｉ，ｋ）の値は、第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋに影響を与える個別要素Ｘｉを選択する情報である。１次反射熱および２次放射熱は個別要素Ｘｉから放射される熱線のエネルギーを表す情報である。これらの情報は、対象空間の入射条件が変われば変化する。係数β（ｉ，ｋ）は、個別要素に関する情報であるから、個別要素が変わらなければ変化することはない。
【００７８】
一方、太陽から部屋２０に入射する熱線に影響を与える部材を仮想空間に配置することによって部屋２０に関する条件を変更した場合、直射熱が入射する第１要素Ｘ１が変化する。すなわち、変更部１６が、入力装置３１からの操作入力によって、部屋２０に太陽から入射する熱線に影響を与える部材に関する条件を変更した場合、第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋに影響を与える個別要素Ｘｉが変わることになる。
【００７９】
この場合の計算例について説明する。基準状態では、図５Ａのように、床面２３に対して直射熱が入射する領域がＤ１１であり、部屋２０への入射条件を変更することにより、図５Ｂのように、床面２３に対して直射熱が入射する領域がＤ１２のように減少した場合を想定する。図５Ｂでは減少した領域をＤ１３で表している。つまり、領域Ｄ１１は、領域Ｄ１２と領域Ｄ１３とを合わせた範囲になる。
【００８０】
ここで、表１のデータを、基準状態での第２要素Ｘｋに関するデータとし、領域Ｄ１３に含まれている個別要素をＸｓとする。図５Ｂの状態では、直射熱が個別要素Ｘｓに照射されないから、個別要素Ｘｓの１次反射熱は、第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋに関与しなくなる。そこで、変更部１６は、表１のデータにおいて、関数δ（ｉ，ｋ）のうち個別要素Ｘｓに対応する関数δ（ｓ，ｋ）の値を０に変更する。個別要素Ｘｓの２次放射熱は、直射熱の変化を反映しないと仮定しているから、２次放射熱には関数δ（ｓ，ｋ）の値は影響しない。なお、説明のために、個別要素Ｘｓのみを対象にして関数δ（ｉ，ｋ）の値を０に変更しているが、変更部１６は、実際には、領域Ｄ１３に含まれるすべての個別要素について、関数δ（ｉ，ｋ）の値を０に変更する。
【００８１】
たとえば、表１に示したデータで、個別要素Ｘｓの１次反射熱に関する数値が「９８」であるとすると、個別要素Ｘｓに直射熱が入射しなくなったとき、第２要素Ｘｋでは、個別要素Ｘｓからの１次反射熱を受け取ることがなくなる。そこで、変更部１６は、第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋを計算する際に、基準状態では直射熱が入射していた個別要素Ｘｉのうち、変更後には直射熱が入射しなくなった個別要素Ｘｓについて、関数δ（ｓ，ｋ）の値を０に修正し、１次反射熱の計算から除外する。ただし、個別要素Ｘｓの２次放射熱については放射熱Ｌｋの計算に含める。
【００８２】
第３計算部１５３は、変更部１６が部屋２０への入射条件の変更に伴って関数δ（ｉ，ｋ）の値を変更した後に、Ｌｋ＝Σ（１次反射熱×β係数×δ関数の値）＋Σ（２次放射熱×β係数）という計算を行うことにより、第２要素Ｘｋのエネルギー強度Ｌｋを求める。第３計算部１５３は、記憶部１２に格納されているデータを用いて上述のような計算を行うだけであるから、第２計算部１５２と比較して計算量が大幅に少なくなる。
【００８３】
上述した動作は、記憶部１２に記憶させるデータを作成したときに、直射熱が入射していた個別要素Ｘｉに対して、変更部１６による変更を行った後に、直射熱が入射する個別要素Ｘｉが減少する場合であれば適用可能である。そのため、太陽の位置が変化し、直射熱が入射する個別要素Ｘｉに変化が生じた場合でも、同様の計算が可能である。
【００８４】
ところで、基準状態は、窓２１の付近に太陽からの熱線を遮る部材が存在しない状態を想定しているから、通常であれば、変更部１６により部屋２０に関する条件を変更しても、基準状態で直射熱が入射しない個別要素に直射熱が入射するようになることはない。ただし、窓２１の形状と窓２１のサイズとの少なくとも一方の変更を変更部１６に許容している場合には、基準状態であれば直射熱が入射していない個別要素に対して、直射熱が入射するようになる可能性が生じる。
【００８５】
ここでは、変更部１６が部屋２０への入射条件を変更することにより、図５Ｃのように、床面２３に対して直射熱が入射する領域がＤ１４のように増加した場合を想定する。図５Ｃでは増加した領域をＤ１５で表している。つまり、領域Ｄ１５は、領域Ｄ１４と領域Ｄ１１との差に相当する。
【００８６】
いま、変更部１６が部屋２０に関する条件を変更することにより、図５Ｃのように、基準状態では直射熱が入射しなかった個別要素Ｘｔに、直射熱が入射するようになったとする。この場合、第１計算部１５１は、個別要素Ｘｔについて、第１処理を行って、エネルギー強度Ｌｔを計算する。個別要素Ｘｔは、記憶部１２に格納された基準状態のデータには含まれていないから、第２要素Ｘ２のエネルギー強度Ｌ２を計算するためのデータに、個別要素Ｘｔに関するデータを追加する。つまり、第１計算部１５１は個別要素Ｘｔのエネルギー強度Ｌｔを計算して記憶部１２に格納する。また、第２計算部１５２は第２要素Ｘｋごとに、係数β（ｔ，ｋ）を計算して記憶部１２に格納する。
【００８７】
上述した計算は、基準状態について行った計算と同様の計算であるが、直射熱が入射するようになった領域Ｄ１５だけの局所的な計算であるから、計算量が大幅に増加することはない。また、変化していない領域Ｄ１１については、第３計算部１５３が記憶部１２のデータを用いた計算を行う。
【００８８】
このように、変更部１６が部屋２０に関する条件を変更し、直射熱が入射する領域が基準状態に比べて増加した場合でも、比較的少ない計算量で、個々の個別要素のエネルギー強度を計算することが可能になる。したがって、変更部１６が変更した入射条件を反映した熱環境を短時間で計算することが可能になる。つまり、本実施形態の熱環境シミュレータ１０を用いると、入力装置３１を用いた入射条件の変更を、出力装置３２であるディスプレイに表示される部屋２０の熱環境に直ちに反映させることが可能になる。言い換えると、入射条件の変更による熱環境の変化を対話的にシミュレーションを行うことが可能になる。
【００８９】
上述した動作例は、反射回数が多いほど反射熱のエネルギーが減衰するから、Ｌ（ｋ，１）＞Ｌ（ｋ，２）＞Ｌ（ｋ，３）であり、一般的な部屋２０では、Ｌ（ｋ，１）≫Ｌ（ｋ，２）であるという知見に基づいている。つまり、一般的な部屋２０であれば、反射熱については、１次反射熱のみを含んでいれば、実用上で問題のない精度が得られる可能性が高いという経験則に従っている。また、計算を簡易に行うために、定常状態という制約条件を定めており、時間経過に伴う変化は、直接熱による反射熱の成分だけを反映させている。
【００９０】
上述した本実施形態の熱環境シミュレータ１０は、分割部１３と分類部１４と第１計算部１５１と第２計算部１５２と記憶部１２と変更部１６と第３計算部１５３とを備える。分割部１３は、コンピュータグラフィックスで表された仮想の３次元空間である対象空間（部屋２０）を構成する面を複数の個別要素に分割する。分類部１４は、複数の個別要素を、対象空間（部屋２０）に外部から輻射によって入射する熱エネルギーを直接受ける複数の第１要素Ｘ１と、他の個別要素から輻射によって熱エネルギーを受ける複数の第２要素Ｘ２とに分ける。第１計算部１５１は、複数の第１要素Ｘ１からの熱エネルギーの強度を計算する。第２計算部１５２は、複数の個別要素と複数の第２要素Ｘ２それぞれとの幾何学的な関係である形態係数を求める。また、第２計算部１５２は、複数の第１要素Ｘ１からの熱エネルギーの強度と形態係数とに基づいて複数の第２要素Ｘ２それぞれからの熱エネルギーの強度を計算する。記憶部１２は、複数の第２要素Ｘ２それぞれに、複数の第１要素Ｘ１からの熱エネルギーの強度と形態係数とを対応付けて記憶する。変更部１６は、操作入力を受けて対象空間（部屋２０）に外部から輻射によって入射する熱エネルギーの入射条件を変更する。第３計算部１５３は、変更部１６が入射条件を変更したときに、複数の第２要素Ｘ２それぞれからの熱エネルギーの強度を計算する。そして、第３計算部１５３は、変更前後に共通して第１要素Ｘ１に分けられる個別要素については、当該第１要素Ｘ１からの熱エネルギーの強度と記憶部１２が記憶している形態係数とを用いる。
【００９１】
この構成によれば、変更部１６が操作入力を受けて入射条件を変更したときに、記憶部１２に格納されている形態係数を用いて計算するから、すべての計算を再計算する場合に比べて計算量が低減される。
【００９２】
また、
第１計算部１５１と第２計算部１５２と第３計算部１５３とのそれぞれは、複数の個別要素それぞれからの熱エネルギーの強度を、複数の個別要素それぞれが輻射によって受けた熱エネルギーのうちの反射した熱エネルギーの強度と、複数の個別要素それぞれの温度に依存して放射する熱エネルギーの強度とに分けて計算することが望ましい。
【００９３】
この構成では、個別要素に輻射により入射し個別要素が反射する熱エネルギーは、部屋２０の熱環境に即時に影響するように扱い、個別要素が温度に依存して放射する熱エネルギーは、部屋２０の熱環境に緩やかに反映させるように扱うことが可能になる。とくに、個別要素の温度に依存して放射する熱エネルギーの強度は、簡易に計算する場合に比較的短い時間では一定値として扱うことが可能であり、このことによって計算量が大幅に低減される。
【００９４】
記憶部１２は、所定の基準状態において対象空間（部屋２０）に外部から輻射によって熱エネルギーが入射した場合について、複数の第２要素Ｘ２それぞれに、複数の第１要素Ｘ１それぞれからの熱エネルギーの強度と形態係数とを対応付けて記憶する。変更部１６は、対象空間（部屋２０）に外部から輻射によって熱エネルギーが入射する状態を基準状態とは異なる状態にするように入射条件を変更する。
【００９５】
この構成によれば、基準状態において第１要素Ｘ１からの熱エネルギーと、第１要素Ｘ１と第２要素Ｘ２との関係である形態係数とを記憶部１２が記憶しているから、変更した入射条件と基準状態との差に基づいて変更後の熱環境を計算することが可能になる。
【００９６】
記憶部１２は、基準状態において形態係数を求めた複数の第１要素Ｘ１それぞれについて、複数の第２要素Ｘ２それぞれからの熱エネルギーの強度の計算に用いるか否かを選択する関数の値（δ関数の値）を対応付けて記憶していることが望ましい。第３計算部１５３は、基準状態において第１要素Ｘ１であって変更部１６による変更後に第１要素Ｘ１ではなくなった個別要素について、記憶部１２が記憶している関数の値を変更することが望ましい。すなわち、第３計算部１５３は、関数の値を変更することにより、当該個別要素が反射した熱エネルギーの強度を、複数の第２要素Ｘ２それぞれの熱エネルギーの強度の計算から除外する。
【００９７】
この構成によれば、変更部１６による入射条件の変更を、第１要素Ｘ１に対応した関数の値の変更のみで、熱環境に反映させることが可能になり、入射条件を変更した後の計算量を大幅に低減させることが可能になる。
【００９８】
部屋２０は外部から太陽熱エネルギーが入射する窓２１を備え、変更部１６は、窓２１を通して入射する太陽熱エネルギーの少なくとも一部を遮る部材の配置が変更可能となるように構成されていることが望ましい。
【００９９】
すなわち、変更部１６は、ブラインド、カーテン、ひさし、オーニング、遮熱ガラスなどの部材を窓２１の近辺に配置することが可能であり、この種の部材による部屋２０の熱環境の変化について、シミュレーションを行うことが可能になる。
【０１００】
また、本実施形態に係る熱環境のシミュレーション方法は、以下のステップを有する。すなわち、コンピュータグラフィックスで表された仮想の３次元空間である対象空間（部屋２０）を構成する面を複数の個別要素に分割するステップを有する。また、複数の個別要素を、対象空間（部屋２０）に外部から輻射によって入射する熱エネルギーを直接受ける複数の第１要素Ｘ１と、他の個別要素から輻射によって熱エネルギーを受ける複数の第２要素Ｘ２とに分けるステップを有する。そして、所定の基準状態において対象空間（部屋２０）に外部から輻射によって熱エネルギーが入射した場合について、複数の第１要素Ｘ１からの熱エネルギーの強度を計算するステップを有する。さらに、このステップにおいて、複数の第２要素Ｘ２それぞれに熱エネルギーを与える個別要素と第２要素Ｘ２との幾何学的な関係である形態係数を計算する。
【０１０１】
次に、複数の第２要素Ｘ２それぞれに、複数の第１要素Ｘ１からの熱エネルギーの強度と形態係数とを対応付けて記憶部１２に記憶するステップを有する。また、操作入力を受けて対象空間（部屋２０）に外部から輻射によって入射する熱エネルギーの入射条件を変更するステップを有する。そして、入射条件が変更されたときに、複数の第２要素Ｘ２からの熱エネルギーの強度を計算するステップを有する。このステップにおいて、変更前後に共通して第１要素Ｘ１に分けられる個別要素については、当該第１要素Ｘ１からの熱エネルギーの強度と記憶部１２が記憶している形態係数とを用いる。
【０１０２】
この構成によれば、入射条件が変更されたときに、記憶部１２に格納されている形態係数を用いて計算するから、すべての計算を再計算する場合に比べて計算量が低減される。しかも、基準状態において第１要素Ｘ１からの熱エネルギーと、第１要素Ｘ１と第２要素Ｘ２との関係である形態係数とを記憶部１２が記憶しているから、変更した入射条件と基準状態との差に基づいて変更後の熱環境を計算することが可能になる。上述した熱環境のシミュレーション方法は、コンピュータに、上記各ステップを実行させるプログラムを用いることにより実現される。
【０１０３】
本実施形態では、計算量を低減するために、第２要素Ｘ２に対して入射する１次反射熱のみを計算の対象とする例を記載したが、第２要素Ｘ２に対して他の第２要素Ｘ２から２次以上のｎ次反射熱が入射することを妨げない。２次以上のｎ次反射熱を含む計算を行うには、第２要素Ｘ２に入射する１次反射熱のうち第２要素Ｘ２で反射する成分を求めた場合と同様の計算を２次以上のそれぞれの次数の反射熱について行い、各次数の反射熱に対応する第２要素Ｘ２での反射熱を合計すればよい。つまり、２次以上のｎ次反射熱を用いる場合に、第２要素Ｘ２での反射熱を次数ごとに分けて計算した後に合算することによって、第２要素Ｘ２のエネルギー強度Ｌ２を求める精度が高まる。ただし、第２要素Ｘ２の放射熱Ｌ２に対する反射熱への寄与度は、反射回数が多くなるほど小さくなるから、反射熱の放射熱Ｌ２への寄与度を評価することによって、反射熱を計算に用いるか否かを判断してもよい。
【０１０４】
ただし、実用上は、４次程度のｎ次反射熱になれば、第２要素Ｘ２の放射熱Ｌ２に有意の差が生じる程度の変化を与えない。したがって、１次反射熱よりも高次の反射熱を含めて計算する場合であっても、２次反射熱あるいは３次反射熱までを含んでいればよい。
【０１０５】
なお、２次以上のｎ次反射熱を用いる場合には、ｎ次反射熱が生じる第２要素Ｘ２とｎ次反射熱を受ける第２要素Ｘ２との関係を表す形態係数を求める必要がある。また、ｎ次反射熱の光エネルギーは、１次反射熱の光エネルギーの関数として表しておくことが望ましい。ｎ次反射熱の光エネルギーを１次反射熱の光エネルギーの関数の形式で表しておけば、変更部１６が入射条件を変更し、１次反射熱の光エネルギーに変化が生じても、１次反射熱の光エネルギーからｎ次反射熱の光エネルギーを簡単に求めることが可能である。すなわち、２次以上のｎ次反射熱を反映させた場合でも計算量の増加を抑制することができる。
【０１０６】
さらに、部屋２０について、内部の気温だけではなく、外部の気温、断熱性能、熱容量などのパラメータを用いることによって、個別要素の温度の時間経過に伴う変化を反映させることが可能になり、放射熱についても時間変化を表すことが可能である。ただし、計算量が大幅に増加するので、本実施形態では採用していない。
【０１０７】
（実施形態２）
実施形態１では、太陽の位置が固定である場合を想定しているが、太陽の位置は日時（年月日および時刻）に応じて変化する。本実施形態では、変更部１６により入射条件として太陽の位置が変更された場合の動作を説明する。太陽の位置については、部屋２０に関する条件を変更する場合と同様に、入力装置３１と出力装置３２とを用いて対話的に変更することが可能である。また、部屋２０および窓２１の向きなどの条件が与えられている場合には、入力装置３１および出力装置３２を用いて、年月日および時刻を指定することにより、変更部１６が太陽の位置を変更してもよい。
【０１０８】
変更部１６が太陽の位置を変更すると、たとえば、図６のように、直射熱が入射する第１要素Ｘ１が変わる。図６に示す例では、図５Ａに示した基準状態で直射熱が入射する領域Ｄ１１に対して、減少した領域Ｄ１６と増加した領域Ｄ１７とが同時に生じる可能性がある。さらに、太陽の位置が変化すると、太陽から第１要素Ｘ１への直射熱の入射角度が変化するから、直射熱が入射する第１要素Ｘ１での１次反射熱が変化する。その結果、記憶部１２が記憶している特定の第２要素Ｘｋに関するデータについて、第２要素Ｘｋに１次反射熱を入射させる個別要素Ｘｊが変わり、第２要素Ｘｋに個別要素Ｘｊでの１次反射熱のエネルギーが変化する。
【０１０９】
第２要素Ｘｋに１次反射熱を入射させる個別要素Ｘｊの変化は、実施形態１と同様の技術によって対応することができる。一方、個別要素Ｘｊでの１次反射熱のエネルギーの変化については、変更部１６による入射条件の変更に伴って、第１計算部１５１が再計算を行う。
【０１１０】
以後の処理は、実施形態１と同様である。すなわち、第１計算部１５１は、直射熱を受ける第１要素Ｘ１の放射熱Ｌ１（１次反射熱および２次放射熱）を計算し、第１要素Ｘ１に対応付けて記憶部１２に格納する。また、第１計算部１５１は、第２要素Ｘ２の２次放射熱を求め、第２要素Ｘ２に対応付けて記憶部１２に格納する。第２計算部１５２は、第１計算部１５１が計算した第１要素Ｘ１の放射熱Ｌ１と、第２要素Ｘ２の放射熱（２次放射熱）とを、特定の第２要素Ｘｋの放射熱Ｌｋを求めるためのデータとして、第２要素Ｘｋに関連付けて記憶部１２に格納する。すなわち、第２計算部１５２は、第２要素Ｘｋに関連付けて、第１要素Ｘ１の放射熱Ｌ１および第２要素Ｘ２の放射熱Ｌ２と、β係数と、δ関数とを記憶部１２に格納する。
【０１１１】
記憶部１２に格納されていない個別要素Ｘｉに直射熱が入射するようになった場合、第２計算部１５２は、この個別要素Ｘｉを記憶部１２に格納し、この個別要素Ｘｉについてβ係数を求めて記憶部１２に格納する。さらに、変更部１６は、記憶部１２に格納されたデータのうち、基準状態に対して減少した領域Ｄ１６の個別要素Ｘｕに対応する関数δ（ｕ，ｋ）の値を０にし、基準状態に対して増加した領域Ｄ１７の個別要素Ｘｖに対応する関数δ（ｖ，ｋ）の値を１にする。
【０１１２】
これらの処理が終了した後、第３計算部１５３は、記憶部１２に格納されたデータを用いて第２要素Ｘｋの放射熱Ｌｋを求める。すなわち、部屋２０の熱環境が求められる。本実施形態でも、基準状態で直射熱が入射している個別要素と、入射条件の変更後に直射熱が入射している個別要素との一部は共通していると考えられる。基準状態と変更後の状態とで共通している個別要素については、記憶部１２に格納した係数β（ｉ，ｋ）を用いることが可能である。したがって、本実施形態でも実施形態１と同様に、計算量の低減を図ることが可能である。
【０１１３】
なお、比較的長期間のシミュレーションを行う場合には、複数の基準状態を定めて記憶部１２に複数の基準状態に関するデータを格納しておくことが望ましい。複数の基準状態に関するデータが記憶部１２に格納されていれば、実際のシミュレーションを行う場合には、もっとも近い基準状態との差分を第３計算部１５３で計算すればよく、計算量の増加が抑制できる。
【０１１４】
本実施形態において、日時を自動的に変化させ、日時に応じて太陽の位置を変化させるようにすれば、１日における部屋２０の熱環境の変化、あるいは季節による部屋２０の熱環境の変化などのシミュレーションも可能になる。
【０１１５】
本実施形態の熱環境シミュレータ１０では、変更部１６は、太陽の位置が変更可能となるように構成されている。この構成では、太陽の位置が変わった場合について、部屋２０の熱環境のシミュレーションが可能になる。本実施形態の他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【０１１６】
なお、上述した実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることはもちろんのことである。
【符号の説明】
【０１１７】
１０  熱環境シミュレータ
１１  データ取得部
１２  記憶部
１３  分割部
１４  分類部
１６  変更部
２０  部屋
２１  窓
２２  壁面
２３  床面
２４  天井面
２５  壁面
３１  入力装置
３２  出力装置
１５１  第１計算部
１５２  第２計算部
１５３  第３計算部
Ｘ１  第１要素（個別要素）
Ｘ２  第２要素（個別要素）
Ｘｊ  第１要素（個別要素）
Ｘｋ  第２要素（個別要素）
Ｘｓ  個別要素
Ｘｔ  個別要素
Ｘｕ  個別要素
Ｘｖ  個別要素
【図１】
2017004463.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2017004463.tif 000008
【図６】
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