室内空調時における測定連動型非定常ＣＦＤ解析
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1. 背景・目的松井龍一

2.2 風量測定

近年、インターネット回線を経由した測定データの取得

図 2(1)に示すカセット形が容易となり、IOT を活用した環境計測が広がりつつある。

空調にはカタログ上の「規リアルタイム計測の結果を直ちに CFD 解析の境界条件に用定風量」があるが、定格運いて近未来の予測を行い、結果を空調制御へフィードバッ転時の値であり、使用時にクすることで、より確実な室内温熱環境の構築が可能となは発停を繰り返す為、平均るであろう。

流量はもっと低い値とな

図 3 風量測定状況

本研究では、新たな空調制御法への適応を目指して、リる。吹き出し部にガイド(図 3)を設置して１方向ずつ風量

アルタイム計測と連動した非定常 CFD 解析を実施する。時測定 1)を実施する。ガイドは 12 分割され各 3 分間風速測間ステップ毎に、壁・窓ガラス表面温度、及び、空調吹き定を行う。空調は中央管理方式(設定温度 23～26℃)のた出し風速に関する境界条件を更新し、常に最新の測定情報

め、タイミングにより風量は異なる。そこで、他の 3 方の下での室温予測を可能とする。本卒業研究においては、向に設置した風速計データで基準化し、補正を行った。

夏期冷房時検証用データの取得を目的とした実測、実測デ

写真撮影で測定した各吹き出し気流の角度、カタログ上ータをフィードバックするリアルタイムの非定常 CFD 解析の規定風量及び、補正した実測風量を表 2 に示す。風量の構築、解析精度の向上に関する検討について実施する。

測定で得られた吹き出し風量を「実測風量」とする。

2. 実測調査

2.1 測定概要

表 2 エアコン性能

大阪工業大学 １号館４階

設定

大学院講義室２(図 1)にて2017 年 8 月 17 日～9 月 28 日

吹出し角度(°)

規定風量(㎥/min)

実測風量(㎥/min)弱北47東40南30西231610.4強

北40東36南25西151911.4

急

北35

東30

南25

西122112.7に実測を行った。測定項目及び測定機器については表 1に、測定点を図 2 に示す。

図 1 大学院講義室 22.3 夏期冷房実測の測定結果

４方向カセット型空調(SANYO 製

SPW-SXJ90U)を急・強・弱エアコン開始 10 分後の測定結果を図 4 に示す。図 4 はで運転し、各吹き出し口に 3 点ずつ熱式風速計(Modern

高さ 1.1m、2.1m における弱運転時の測定結果の平面図とDevice 製 Wind Senser Rev.P)を配置した(図 2 右⑴～⑿)。

する(色は 20℃に近づくと青、30℃に近づくと赤に、寒暖を示す。)。

表 1 測定位置・項目及び測定機器

単位:℃
29.9

クラウドアップロード用データ（主に境界条件取得用）
高さ(m)
測定項目
対象位置
1.10
空気温度（参考）①③⑩
壁面温度⑰⑱⑲⑳㉑㉒㉓
1.10、2.10
窓表面温度㉔1.10、2.11
天井・床表面温度①③⑨⑪
0.00、2.50
吹出温度・風速 ⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿
2.45

測定機器
K型熱電対
K型熱電対
K型熱電対
K型熱電対
熱式風速計

室内環境確認用対象位置
高さ(m)①③④⑨⑪⑫1.10②⑤⑥⑦⑧⑩⑬⑭⑮⑯ 0.05、1.10、2.10、2.30、2.40⒀
2.45

測定機器
T型熱電対
T型熱電対
熱式風速計

測定項目
空気温度
吹出温度・風速

31.8

25.3

30.6
25.7

26.6

26.6

26.7

27.0
30.6

24.1

24.4
24.9
26.1
24.9
26.4

30.0
25.2
25.2

単位:℃
30.5

26.2

23.8
25.8
30.6

30.3

31.330.031.026.730.5

22.3

26.7
20.225.4
22.7
27.1

30.0
19.5

30.3

26.6
29.430.3

図 4 温度測定結果(左:高さ 1.1m,右:高さ 2.1m 測定点は図 2(1))

図 5 空気温度の経時変化(測定ライン⑥)

図 4 から高さ 1.1m は吹き出し口から離れた位置の温度が低く、高さ 2.1m は近傍の方が温度は低くなった。吹き出4 方向カセット形空調

し気流の影響で近傍は高い位置、離れると低い位置で気流窓を受けて低くなっていると考えられる。ただし南側は窓付近のため、1.1m で温度が高くなったと考えられる。
(1)空気温度・表面温度の測定ライン (2)吹き出し温度・風速の測定位置

図 2 測定点

図 5 からライン 6 の温度分布は開始から 10 分間緩やかに低下していることわかる。

3. CFD 解析

3.3.2 計算格子の粗密による比較

3.1 解析モデル

解析モデルを図 6 に示す。

弱運転時(吹き出しは実測風量とする)について格子の実測で使用するセンサーと粗・密の 2 ケースの結果を比較する。
ライン 6 の高さ 1.1m、同じ位置に評価領域を設定

2.1m の測定開始から 10 分間の温度分布を図 8 に示す。

した。エアコン吹き出し部に速度(風量)固定境界、天井、壁、床、窓面に温度固定境界を設定し、これらの境界条件

図 6 室内モデルに非定常解析の各時刻毎の測定結果を取込み解析する。
3.2 解析条件
非定常 CFD 解析とし、刻み時間は 5 秒とする。実測デー
タのうち弱運転:8/31、強運転:8/30、急運転:9/2 のそれぞれ 9:50-10:10 の空調吹き出し口、床、壁、天井、窓面温度を境界条件とする。解析はエアコンの立ち上がりを対象とし 9:50-10:10 について計算する。
空調スイッチは 10:00 にON とする。解析を行うにあたり格子は粗・密の 2 種類を用図 8 格子粗・密の室温変化意した(表 3)。前者は、計測を即時反映したリアルタイム解析が可能である。後者は、実時間の約 8 倍の計算時間がかかる。解析条件を表 3 に示す。
表3乱流モデル
移流項差分スキーム

じることもあるが、格子が密の場合 1℃以内に収まっていCFD 解析条件

標準 k-εモデル
SIMPLEC 法

メッシュアルゴリズム

構造格子
st1 -order

格子：粗183,520(x:80 , y:74 , z:31)

格子：密902,880(x:132 , y:120 , z:57)

3.3 解析結果

高さ 1.1m、高さ 2.1m の位置では共に格子を密とした方が実測値に近くなった。格子が粗いと実測との差が 2℃生

3.3.1 規定風量と実測風量との室温変化る。弱運転時で実測風量の粗・密における吹き出し近傍の測定開始 10 分後についての解析結果(図 2(1)のＸ断面)を図 9 に示す。
粗

4 方向天井カセット形エアコン
密

弱運転時について、吹き出しを規定風量(カタログ値)或いは実測風量とした 2 ケースの解析(格子：密)について、実測との対応をみる。ライン 6 の高さ 1.1m、2.1m における測定開始から 10 分間の室温の経時変化を図 7 に示す。

図 9 南側吹き出し近傍解析結果比較(左:粗右:密)図 9 から、格子が粗いと密な場合と比べて気流が拡散し易い傾向が見られる。結果、格子粗の場合空調から遠い天井近傍の熱だまりが居住域に伝搬して、室温が高くなったと考えられる。格子の密度は解析時間とトレードオフの関係にある分、空調解析時の精度における影響度は大きいと見られる。
4. まとめ
夏期、空調室内で測定を行い、センシングと連動したリアルタイム非定常 CFD 解析を構築した。また、精度向図 7 実測値と CFD 解析(規定風量・実測風量)の比較

高さ 1.1m、高さ 2.1m 共に発停を考慮しないため本来は上のため格子分割に関する検討を行った。
5. 今後の検討

風量が過大なはずの規定風量のケースの方が実測値に近冬季における実測及び、リアルタイム非定常 CFD 解析、くなった。可能性として、空調吹き出し近傍や扉などでよ非定常 CFD 解析の精度向上、サーモカメラとの連動等につり低い表面温度となる箇所があるにも関わらず、CFD の境いて予定する。

界条件に使用していないため、CFD 解析結果が少し高めの温度となっている可能性が考えられる。今後検討を進め、解析精度の向上を図る。

参考文献
1) 赤嶺 嘉彦・坂本 雄三等，「エアコンの COP 評価における吹出し風量の測定方法について」，空気調和衛生工学会大会，P.2141-2144,2007.9(河野研究室)