活用事例インタビュー― ソフトウェアクレイドル

名古屋市立大学大学院 様

空調システムの効率化ツールをCFDと連成建築物のライフサイクルを通した省エネへ

限られたエネルギー資源を有効に使うためには、単に消費エネルギーを削減するだけでなく、エネルギー使用方法の効率化も重要になる。
名古屋市立大学の尹奎英准教授は空調エネルギーマネジメントツールに関する研究を行うとともに、STREAMとの連成に取り組んでいる。

名古屋市立大学大学院
芸術工学研究科

http://www.nagoya-cu.ac.jp/sda/1.htm
学部設置

1996年

大学院設置

2000年

学校種別

公立

本部所在地

愛知県名古屋市瑞穂区

エネルギー消費は、運輸、民生、産業の3部門に大きく分けられる。そのうち日本では民生部門が約3分の1を占める。この民生部門のエネルギー消費量は、40年前と比べて約2.5倍と飛躍的に増えた。民生部門はさらに家庭部門と業務部門に分けられるが、とくに業務部門では、エネルギー消費量のうち空調の占める割合が約半分にもなる。したがって建築物における空調の効率化は、消費エネルギーの低減に取り組むうえで重要な分野の一つとなる。
建設業界における環境に関わる取り組みには、CASBEE（建築環境総合性能評価システム）
やBIM（building information modeling）、ZEB（zero energy building）などさまざまなものがある。CASBEEは建築物の環境性能を総合的に評価するものだ。またBIMは、建築物について設計図をはじめ材料やコスト、調達先などあらゆるデータをすべて盛り込んだデータベースと言える。意匠、設備、構造といった今まで分断されがちだった分野を統合することによって建築物の生産性を高めるカギになるとみられている。ZEBという取り組みも世界で進行しつつある。これは建築物が使用したエネルギーを自身で生産してトータルでエネ
名古屋市立大学大学院
芸術工学研究科 准教授
博士（工学）尹 奎 英 氏

ルギー利用をゼロにしようという考え方だ。いずれも消費エネルギーを削減するだけでなくうまくエネルギーの使い方をマネジメントすることが必要だ。その中で、建築物で大きな割合を占める空調の効率化が重要な課題になるのは間違いない。

さまざまな視点から空調の効率化に取り組む
その空調の効率の面から建物の消費エネルギー削減の研究に取り組んでいるのが、名古屋市立大学大学院 芸術工学研究科 准教授の尹奎英氏である。尹氏は一貫して省エネに貢献する空調システムの研究に取り組んできた。その一つがクール／ヒートチューブという、地中熱を利用したシステムである。専用の配管を地下に埋めて、冬は暖かく夏は冷たい地中熱を利用する特殊なシステムである。また愛知万博で設置されたドライミストの研究も行った。またダブルスキンという建物の外装を二重にして間に通気させて空気を循環させることで、エネルギーを削減するシステムも尹氏の研究対象である。尹氏が最近とくに取り組んでいるのが、シミュレーションを使った空調システムの検討手法である。

ライフサイクルを通して消費エネルギーを管理空調の効率化は実際のところあまり進んでいないのが現状だ。そこで空調設備機器

芸術工学棟 中部建築賞・照明学会照明普及賞

およびシステムの年間エネルギー消費量などをシミュレーションする「LCEMツール」 優秀施設賞 受賞（名古屋市千種区）

活用事例インタビュー
が 開 発 さ れ た。LCEMは ラ イ フ サ イ ク

うことであり、この現状を解決するためレイドルのSTREAMと連成して使い、互ル・エネルギー・マネジメントの略で、に作られたツールだといえる。

いの精度を上げることができる。部屋のLCEMツールは約7年前に国土交通省の温度などの状況によって実際の空調の動大臣官房官庁営繕部が開発、公開された。

なお部分負荷運転とは、定格能力（あ作は変わる。だがLCEMツールだけでは、さらに2010年からは、公共建築物を建築らかじめ決められた条件での運転能力）屋内の状況が考慮されずに計算が進んでする際は、LCEMツールを使ってエネルより低い能力で運転することである。こいく。空調機器の性能と部屋内の状況はギーマネジメントを検討することが要求

れにより、年間で必要な最大エネルギーリンクしているので、シミュレーションされている。

をベースに空調システムを設計するのででもリンクした状態で解析しなければリはなく、稼働状態の大半を占めるフル稼アルな状況は再現できない。LCEMツー

LCEMツ ー ル は 空 調 の 機 械 的 な 動 き

働でない状態にあわせて効率化を行うこルとSTREAMの連成では、空調機の吹きを シ ミ ュ レ ー シ ョ ン す る も の で あ る。とが可能になる。例えば冷凍機であれば、出し口から出てくる空気の状態をLCEM

LCEMツールによって、建築物の空調の設備を設計するときには、1年を通してからSTREAMに渡し、STREAMは部屋の環エネルギー消費量や、空調システムをど一番暑い時期に性能を満足する機器を選境を解析する。その結果をまたLCEMのんな状態で稼働させればよいかが分かる。

ぶのが普通だ。だが年間を通した運用状

空調機の吸い込み口に渡すというサイクツールは基本的に1時間刻みで空調シス態を見てみると、負荷が最大となる時期ルを繰り返す。実際の動きを如実に再現テムの時間変化を見ていくことができる。

はほんの数時間しかない。残りの期間はできるのがメリットだ。

それを継続して年間などで検証すること負荷が小さいため、ほとんどの時間はフも可能だ。天候の変化は、天候による熱ルに性能が生かされず、効率の悪い運転

尹 氏 がLCEMツ ー ル とSTREAMと の 連

負荷を別のツールで計算してインプット状態になってしまう。対策としては、温成を始めたきっかけは、それまでは室内することで反映できる。

熱環境を緩和し容量を下げたものを導入すべての場所が瞬時一様に設定温度にする方法や、小さいものを複数台導入しなると仮定していたことだった。だが実LCEMツールは建築物のライフサイクて、必要な個数だけ使うといった方法が際は室内は一瞬で温度は変わらず、場所ルのすべての段階において使えるのが特ある。また部分負荷運転において効率のによって一様でもない。そこでより現実徴だ。設計時にはLCEMツールで空調シよい機械、つまり例えば80%の消費電力に近く、より精度よくシミュレーションステムを検討しながら設計を進める。施のときに1番効率がよいなどといった機を行うために連成の検討を始めたという。

工時には、試運転調整時の性能確認や、器も最近販売されている。蓄熱システム

実際に連成を使って、節電対策で空調機最適な運用方法の事前検討などに使える。

を使って、部分負荷になるところをうまを一部停止した場合の環境の変化につい運用時においては、建築物のエネルギーくシフトさせるシステムもあるので、こて検討した。これは空調システムをイレ性能の評価や、どういった運転をすればれらの方法をうまく組み合わせていく。

ギュラーな使い方をした場合に環境がどより少ないエネルギーで目的の効果を得LCEMツールは、この部分負荷の性能もうなるかということだ。それほど環境がられるかという運用改善の検討に利用す考慮しながら空調システムを評価できる

悪化しないことが予測できればその対策ることができる。というわけだ。

が取れる。昨今の省エネのニーズに応える活用方法だ。

LCEMツ ー ル が と く に 目 指 し た の は、使いやすさと、オフピーク時の性能を評

LCEMとSTREAMを連成でさらに精度よく価できることだという。表計算ソフトをベースとして開発したのは、設備系技術尹氏がSTREAMを使い始めたのは2006年だ。きっかけは、ある設計会社からのさらにLCEMツールは、ソフトウェアク相談だった。設計会社は、室内の温度分者にとってはExcelがデータ処理におい布がどうなっているのかわからないためて日常的なツールだということもあり選検討をしたいと考えていた。また自社のばれた。オフピーク時の性能評価につい顧客にそれを分かりやすく説明したいとては、季節や時間により空調システムはいう。具体的には、今まで屋内の温度をさまざまな条件で動く。これをふまえた全部26℃にするという考え方で空調シスうえで評価できるもの、つまり、部分負テムを設計してきたが、実際には温度分荷運転も考えてマネジメントできるよう布が生じるので顧客もそういったことをに考えて開発したという。逆に言えば、気にするようになってきたことや、PCの今まで部分負荷をふまえた空調システム

性能が上がり3次元でのシミュレーショの設計はほとんどされてこなかったとい

ン予測が可能になってきたという背景も

活用事例インタビュー語る。LCEMツールとSTREAMを連成したシミュレーション手法に関する研究は名古屋大学研究グループ（環境学研究科奥宮政哉教授、飯塚悟准教授）と共同で行っている。「LCEMとSTREAMの連成については、カスタマイズ的なところが多くあるので、今後もより使いやすくしていきたい」（尹氏）ということだ。
建築部門における効果的な空調の設計、運用は省エネのために今後欠かせない取り組みになる。LCEMツールとSTREAMの連携は、ますますそれを後押しすることになるだろう。
LCEMツールとSTREAMの連成解析概念図ある。またビジュアルを見せるとインパ打ち合わせなどでは紙に印刷した結果だ

クトもありSTREAMを使って検討を始めけではうまく伝わらないことがあるからたということだ。再び本格的に取り組だ。ビューワを使う方法もあるが、あらんだのが、3年前に開業した京阪電鉄中かじめ設定した画像しか見せることはで之島線の大江橋駅における『列車が入っきない。詳細な質問を受けた時、説明すてくるときの風の解析』である。その頃

るにはポストで任意の条件で映像を見せSTREAMのバージョンがアップした時期

られるとありがたいので、ポストだけでで、インタフェースががらりと変わり非もライセンスの制約をはずしてもらえれ常に使いやすくなったという。研究室のばとのことだ。

学生も、2週間あれば最低限使えるようになり結果も出せる。「ほかのツールに尹氏は「LCEMツールを作っても世の比べてとても習得時間が短くとても使い中に広く使ってもらわないと意味がないやすい」（尹氏）という。

ので、普及のために、もっとわかりやすいものにしていかなければならない」とポストの使用範囲が広がればソフトウェアクレイドルに対しては、問い合わせる時の対応がとても速いのがありがたいという。対応内容もとてもしっかりしているということである。一方、新しくできた機能を後のバージョンで廃止するのはできれば避けてほしいとのことだ。機能を使っていた場合、その機能だけで完結していればよいが、他の機能と関連させて使っていると、一つの機能が消えるだけで関連用途すべてで使えなくなるので大変だという。
またポストは、PCに入れて持ち運びができるとありがたいという。ネットワー
ク版は現在は持ち運ぶことができないが、個別分散空調システムの節電対策検討シミュレーション例

関連製品のご紹介

STREAMが採用する直交構造格子は計算用格子作成が非常に簡便で、高速に演算ができます。微小な曲面や斜面を忠実に再現しなくても全体の流れを検討できる対象物において、最大のパフォーマンスを発揮します。また、離散化手法として多くの熱流体解析で採用している有限体積法を用い、1000万要素の解析でも約5.5GB程度のメモリで計算が可能です。さらに、VBインターフェースやテーブル入力型の関数登録など、お客様用にカスタマイズできる機能も充実しています。

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