AIJ伝熱合同WG
建築環境のシミュレーション・ツールについて
－熱･空気の節点系のツールを主として－
Simulation Tools of Architectural Environment
- Mainly for Nodal Models of Heat and Air ２００５/０９/１７
宮城高専 内海康雄
Miyagi National College of Technology
Yasuo UTSUMI
全体の内容
• 海外のシミュレーションの現状
DOEのHP http://www.eren.doe.gov/buildings/tools_directory/
• 各国の取組み
IEA-ANNEX、EU、中国など
• シミュレーションの研究・技術開発・利用の情報交換
IBPSA本部及び日本支部の活動
• 熱関係資料等をインターネット上にまとめる動き
予備的アンケート調査、欧米等の研究・開発者の考え方
• シミュレーション・ツールの動向
傾向と留意点
• 計算ツールの今後？
DOE(米国エネルギー省)のHP 1/3
２８８
DOE(米国エネルギー省)のHP 2/3
• 登録本数 ２８８本
• 建物全体の解析
エネルギー・シミュレーション
負荷計算
新エネルギー
改修の解析
持続性/グリーン・ビルディング
• 規格･基準
• 材料、要素、機器、システム
外皮システム
照明システム
HVACシステム
DOE(米国エネルギー省)のHP 3/3
• 他のアプリケーション
大気汚染
室内空気質
太陽/気候の解析
ユーティリティの評価
換気/空気流れ
その他
エネルギー経済
複合施設
訓練・講習
検証ツール
節水
ソフトウェアの表記 1/2
•
•
•
•
•
•
•
•
操作画面などの画像
説
明
必要な知識
検
証
現ユーザー数
対象ユーザー
入力データ
出力データ
インターフェース
何ができるか
使い手による
確かさとは何か
機関の数、人数
誰が使うか
入手のしやすさ
表現のレベル
ソフトウェアの表記 2/2
•
•
•
•
•
•
•
•
計算環境
プログラミング言語
キーワード
特
長
短
所
連 絡 先
入手しやすさ
開 発 国
初期経費
コーディングする際
アピールする点
無料ダウンロードもある
日本のものがまだない
負荷計算とエネルギー・シミュレーションが
両方できるプログラム
APACHE-HVAC BLAST
BSim2000
DOE-2
Energy Scheming
EnergyPlus
EnergyPro
ENER-WIN
ESP-r
HAP
HEED
HOT2000
HOUSE
IDA Indoor
Climate and Energy
LESOCOOL
LESOSAI
MarketManager Micropas6
Physibel
REM/Design
REM/Rate
SMILE
SMOG
Solacalc
SOLAR-5
SPARK
e-Quest
System Analyzer
VisualDOE
欧米を中心とした熱計算ツールの状況 1/2
DOEのHPに登録されている国別のシミュレーション･ツール
国 名
アメリカ
イギリス
カナダ
ドイツ
スウェーデン
スイス
フィンランド
オーストラリア
フランス
デンマーク
•
本数
１８３
２１
１５
１１
８
７
４
３
３
２
国 名
ベルギー
インド
アイルランド
オランダ
ニュージーランド
ロシア
南アフリカ
スペイン
ブラジル
総 計
本数
２
１
１
１
１
１
１
１
１
２６７
建物の熱負荷と機器容量の計算ができるソフトウェアは３６本
欧米を中心とした熱計算ツールの状況 2/2
公称ユーザー数
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
1970
•
•
•
1980
1990
作成年
2000
2010
作成年と申告されているユーザー数が分る１７本
第１次オイルショックの1970年代から開発開始、大学・研究所・政府研究機関が多い。
2本を除いて５０～２３００ユーザー数、その２つを除いた平均ユーザー数は７２９。
換気計算のプログラム
国
名
本数
アメリカ
１０
イギリス
４
スウェーデン
１
フィンランド
１
べラルース
１
総
計
○ １７本中３本はCFDコード
○ 換気計算用に作られたもの
○ 熱計算のオプションとして作られたもの
１７
換気計算のプログラム １／２
Tool
Applications
AIRPAK
airflow modeling, contaminant transport, room air distribution,
temperature and humidity distribution, thermal comfort,
computational fluid dynamics (CFD)
APACHE
thermal design, thernal analysis, energy simulation, dynamic
simulation, system simulation
BUS++
energy performance, ventilation, air flow, indoor air quality,
noise level
COMIS
multizone airflow, pollution transport
CONTAM
airflow analysis; building controls; contaminant dispersal;
indoor air quality, multizone analysis, smoke control,
smoke management, ventilation
DesiCalc
desiccant system, air-conditioning, system design, energy
analysis, dehumidification, desiccant-based air treatment
ESP-r
energy simulation, environmental performance, commercial
buildings, residential buildings, visualisation, complex
buildings and systems
FLOVENT airflow, heat transfer, simulation, HVAC, ventilation
換気計算のプログラム ２／２
IAQ-Tools
indoor air quality, 'sick' buildings, ventilation design,
contaminant source control design, tracer gas calculations
IDA Indoor
Climate and
Energy
design, energy performance, thermal comfort, indoor air
quality, commercial buildings
Indoor
Humidity
Tools
indoor air humidity, dryness, condensation
LoopDA
airflow analysis, indoor air quality, multizone analysis,
natural ventilation
Microflo
CFD, airflow, air quality, thermal performance
ModEn
object-oriented simulation, energy simulation, controls,
energy audit, energy-saving, energy performance, dynamic
simulation, research, education, heating, air conditioning
myupgrades.c HVAC updates, HVAC equipment selection, energy savings,
om
up-sell
Thermal
Comfort
thermal comfort calculation, comfort prediction, indoor
environment
VentAir 62
ventilation design, ASHRAE Standard 62
IEA-Task34/Annex43
• IEA国際エネルギー機関
– SHC 太陽エネルギーによる冷暖房プログラム
– ECBCS 都市とコミュニティの省エネルギープログ
ラム
IEA Task34/Annex43
• Testing and Validation of Building Energy
Simulation Tools
建物のエネルギーシミュレーションのためのツールの
試験と検証
建物の熱負荷などについての空調機器を含む動的シミュ
レーションのためのツールの検証方法が検討される。
• SHCのタスク２２の発展で８，１２と関連
BESTTESTを開発した。
Annex40(性能検証)と密接に関係する。ICEBO’04
タスクリーダー Ron JUDKOFF、米国NREL
扱う項目
Ground Coupling 地盤連成(作業中)
Shading/Daylighting/Load Interaction日射遮蔽/昼光/負荷の交互
作用
Double Façade ダブルファサード
Multi-Zone (physical and imaginary partitions)
多数室（計算ゾーンの物理的と“仮想的”な区切り方）
Validation Guide
検証法のガイド
Interzonal Air Movement*
室間の空気流れ
* ここでのプロジェクトは多数
室で行われる。
Chiller/Tower/Plant System Optimization + Controller Strategies
for Efficiency** チラー/タワー/プラントシステム最適化＋効率向
上のための制御戦略
Mechanical Equipment and Plant** 機械設備と“プラント”
OA/Mechanical Ventilation Control Options**
OA/機械換気制御オプション
INFORMATION－CENTRE [EMPA]
– Centre for Building Simulationを提案
– インターネット上に仮想的なセンターを作ってソフ
トウェアの提供、サポートなどを行う。
– 現在AIVCは換気関連のみであり熱についての
センターが必要。
ＥＵにおける建物の消費エネルギーへの
取組みとシミュレーション
• 2002年12月の広報(Official Journal)
「on the energy performance of buildings」
(a)総合的な建物のエネルギー性能の計算手法の一般
的な枠組みの作成
(ｂ)新築建物のエネルギー性能の最低必要条件の適用
(c)大改修を必要とする大規模既存建築のエネルギー
性能の最低必要条件の適用
(d)建物のエネルギー保証
(e)建物のボイラーと空調システムの定期検査に加えて
１５年以上経過したボイラーの暖房性能の評価
ヨーロッパでの計算モデルの統合
STEDI Project
• 様々なソフトウェアとＣＡＤデータなどの統合的
なシミュレーション
• 質点系とCFD連成のASPサービス
• STEDIプロジェクト
– Easy access to thermal behaviour simulation tools in
ASP mode
– EUの第５枠組の中のIST (Information Society
Technologies)プログラムにより２年間
目
標
１．熱挙動のシミュレーション・ツールを統合
– 質点系＋CFD
２．新しいASPモデルを作る
3. ユーザーが直接使うこと、普及させること
により、これらのツールの使い方を示す
4. エンド・ユーザーが本質的な役割を持つ
エネルギー効率の高い設計への連成計算 1/2
2. 多数室熱計算
1. CFD
による計算
エネルギー効率の高い設計への連成計算 2/2
USER TERRITORY
SERVER TERRITORY
Multi-zone
Thermal
computation
FAVENT
CFD
computation
USER TERRITORY
EU EVEプロジェクト
• EVE (Enriched Virtual Environment)
• IFC(Industrial Foundation Classes、世界
標準のCAD等の規格)のデータを基に各
種の環境シミュレーションを統合
• 各シミュレーションで変更されたデータはそ
のまま他のソフトウェアで使える
• VR(人工現実感) を含めて可視化(視覚、
聴覚)
Our vision for VE in B&C
• 人工現実 は、計画されている建物の視覚的(従って直
感的)な３次元表現を通じて意思決定者間のコミュニ
ケーションを改善できる
Consultant
Architect
Architect
PROJECT
MODEL
Consultant
Contractor
Contractor
Facilities Manager
Facilities
Manager
Subcontractor
Sub-contractor
Construction Site
Client
Construction Site
Client
Enriched Virtual Environments (EVE) 1/3
Aging of
facades
Air Pollution
External
Acoustics
External
Comfort
conditions
Urban
scenes
Distrib.
Manager
EVE Platform
Buildings
Viewer
Acoustics
Thermal
comfort
Lighting
Fire safety
Acess to
Regulations
Applications for buildings
Aging of
facades
Air Pollution
External
Acoustics
2/3
External
Comfort
conditions
Urban
scenes
Distrib.
Manager
EVE Platform
Buildings
Viewer
Acoustics
Thermal
comfort
Lighting
Fire safety
Acess to
Regulations
Applications for buildings 3/3
CAD tool
(ArchiCad)
Buildings
Lighting
acoustics
Thermal
comfort
Acoustics
Thermal
comfort
Lighting
Fire safety
Acess to
Regulations
中国 DeSTプロジェクト (清華大学)
• CADとシミュレーションの統合
• BS2007開催
朱先生
Structure of DeST
Medpha
BAS
DNA
PNA
Scheme
ACSel
CPS
CABD
EDB
Designer involved, Process of analysis and determination
Comparison with other software
▲ DEST
IBPSAの活動
◆IBPSA：International Building Performance Simulation Association
(国際建物性能シミュレーション協会）
↓
建築された環境をより良くしようとする
研究者、開発者、実務者からなる非営利団体
使命：建物性能のシミュレーションの発展・促進
◆組織構成
支部： オーストラリア、ブラジル、
カナダ、チェコ、フランス、
アイルランド、日本、
ネザーランド、スコットランド、
スロバキア、アメリカ合衆国
会長： オクラホマ州大学
Jeffrey Spitler氏
理事会メンバー： 京都大学
吉田治典理事
IBPSAの組織図
◆活動の目標と内容
■活動の目標
・ 建築環境における問題の確認
・ 建物性能の特徴の確認
・ 建物性能シミュレーションの研究開発、要求、成果の提供
・ 建物シミュレーションの基準化の促進
・ 最先端の情報提供と啓蒙
■活動内容
・ シミュレーションツール、実務改善研究、
開発プロジェクトの主催･共催
使用者、開発者への提言
・ 実務のための基準の準備
教育プログラム、宣伝による
・ 利用可能なコードの検索、
シミュレーションの促進
特徴の紹介等の出版
科学的な基礎の構築
・ コンピュータコード情報センター
コンピュータプログラム、
の役割
ソフトウェアの枠組みの開発
・ ｺﾝﾋﾟｭｰﾀ開発者による新しいツール・
ツールの適切な適用促進
手法開発シミュレーションの支援
ＣＡＤと性能ソフトウェアの
・ 建物要素の語彙集や他の定義の整備
統合の支援
教育のためのトレーニングコース、 ・ 実務基準の理解・翻訳のための機関に
対する成文化の支援
技術フォーラム、雑誌、ニュースや
・ 電子ﾈｯﾄﾜｰｸ等のｺﾐｭﾆｹｰｼｮﾝ支援
他の材料の準備・認可
・ 国際的に、そして他の学問分野との
情報交換の促進
・ 建物の設計者、所有者、
・
・
・
・
・
・
◆具体的な活動
■ＢＳ国際会議
・ 全体会議：
２年に１回行われる
ＢＳ２００３における発表論文の内訳
テーマ(オーラル・セッション)
論文数
発展：理論と実務におけるモデリ
ングの進展
２５
統合化：建物の諸過程における
シミュレーションの役割／統合
２５
アプリケーション：アプリケーショ
ンとベンチマークテスト
２５
ソフトウェア：ソフトウェアの開発
とシミュレーション言語
２０
関連領域への展開：ユーザーと
の情報交換、可視化、他のソフト
ウェアとの接続などの研究
１５
検証：校正と検証の研究
１０
ポスターセッション
７２
→研究発表
開発ﾂｰﾙのﾃﾞﾓﾝｽﾄﾚｰｼｮﾝ
ツールの展示会
・ ＢＳ２００３（第８回）：
オランダで開催
１９２編の発表
・ 第９回会議
２００５年８月１５～１８日、
カナダのモントリオールで開催
総 計
１９２
◆通常の活動
情報交換のほとんどはインターネット上
１） ニュースレターの配布
・ 年１～３回のニュースレターの配布
・ BS国際会議、ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ関連会議・催事、ｿﾌﾄｳｪｱのニュース等
２） ホームページの運営
・ 各種イベント、ソフトウェア・関連資料のリンク先、その他
３） メーリングリスト（ML)の活動
・ ２００４年１１月からBLDG-SIMを使って、ニュース等の配信、
会員への連絡
◆MLの利用状況
双方向のコミュニケーション
内
('04.11.1～'05.5.9)
容
メール数
ソフトウェアについて：CFD、DOE２、Energy Plus、eQuest、
ESP-r、ソフトウェアの比較など
８１
建物に関するもの：ダブルファサード、 建物外皮、屋上緑化、
照明、太陽光発電、日射遮蔽装置、 蓄熱、換気、その他
６４
HVACに関するもの：冷凍機、空調危機、機器制御、送風機、
ﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟ、冷暖房、蓄熱システム等
６２
気象データについて
２６
管理関連：セミナー・講習会の案内、IBPSAﾆｭｰｽﾚﾀｰ等
２３
設計・計画に関するもの：省エネルギー、ヒートアイランド、
HVAC容量、ゾーニングなど
１５
規格・基準に関するもの：LEEDなど
１１
求人情報
１１
総 数
２９３
◆IBPSA日本支部の活動
■活動内容
・ 日本支部： 京都でのBS９９国際会議を契機に立ち上げられた
・ 情報提供、海外研究者、研究団体との交流促進
↓
ニュースレターの発行、総会、研究会の開催、会員・非会員への情報発信、
国際会議への参加呼びかけ、国際的な学術、技術交流、論文集の発行
■関連する国内学会との協働
・ 日本支部： 平成１６年度から熱ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝの関連学会との共同活動
・ 共同研究会：
空気調和・衛生工学会の熱負荷・ｼｽﾃﾑｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ法小委員会
日本建築学会の伝熱WG
熱シミュレーションの情報センター設立の動き
• 10年以上前からの働きかけがあった
→ ExCOは反対していない
• 換気についてはIEA-ECBCS-Annex5 AIVC
(Air Infiltration and Ventilation Centre)がある
• 熱に関する情報センターがない
• インターネット上に作れば、より容易
Evaluation of Services
提供するサービスの評価
• シミュレーション・センターのレベル
プログラムごとに作るのか
• サポート・レベルの範囲/対象プログラム
プログラムとの関係
• 国際的なサポートセンター
国際的ネットワーク
２００４年、１５名からのアンケートの回答（IEATask34/Annex43の参加者）
シミュレーション・センター
シミュレーション 技術上の実行
品質の重要性 可能性と能力
品質保証の方法
(ラベル)
建物シミュレーション
の一般的なガイドライ
ンとチェックリスト
試験データ一式
(各プログラムに対
応）
ユーザーの能力
検証システム
+
+
+
+
-
経費上の
実行可能性
ソフトウェア センターor開 ユーザー側
市場の受入 発者のタスク からの要求
プログラムのサポート単位 1/2
シミュレーション 技術上の実行
品質の重要性 可能性と能力
文書化されたアプリ
ケーションの計算例
領域/プログラム毎のシ
ミュレーションのガイドラ
インとチェックリスト
アプリケーションごと
の標準的な入力
文書化された試
験ケースと検証
手順
+
+
+
+
-
経費上の
実行可能性
ソフトウェア センターor開 ユーザー側
市場の受入 発者のタスク からの要求
プログラムのサポート単位 2/2
シミュレーション 技術上の実行
品質の重要性 可能性と能力
国際的なユーザー
･グループ
プログラム開発･更新
の情報
文書化されたアルゴ
リズムとルーチン（パ
ブリック・ドメインと
IEAの研究･開発 ）
バグの文書化
+
+
+
+
-
経費上の
実行可能性
ソフトウェア センターor開 ユーザー側
市場の受入 発者のタスク からの要求
各国のユーザー･グループ
シミュレーション 技術上の実行
品質の重要性 可能性と能力
領域/プログラム毎
のサポート単位か
らの支援
国ごとのユーザー･グ
ループ、ワークショッ
プ、初心者講習会
ユーザーの能力検
証
+
+
+
-
経費上の
実行可能性
ソフトウェア センターor開 ユーザー側
市場の受入 発者のタスク からの要求
集計のまとめ
シミュレーション 技術上の実行
品質の重要性 可能性と能力
+ 0.6
0.5
0.4
0.3
全体の平均
0.2
0.1
0
-0.1
--0.2
経費上の
実行可能性
ソフトウェア センターor開 ユーザー側
市場の受入 発者のタスク からの要求
◆ 集計全体のまとめ
・
経費の援助・調達が難しい
・ プログラム開発者の強力な支援が不可欠
・ シミュレーションの仲間は大体は閉鎖的
・ 自身が関係するプログラムに関心を持つ
■関心の高い点
・ 建物シミュレーションの一般的なガイドラインやチェックリスト
・ 試験データ一式
・ 文章化されたユーザー・グループ、ワークショップ、初心者講習コース
■関心の低い点
・ ユーザーの能力検証システム
・ バグの文章化
◆シミュレーション・ツールの現状等について
■現在のツールの傾向
・ 個々の計算モデルやソフトウェアの精緻化
・ 異なる計算モデルの統合化
■今後の留意点
・ ユーザーの参加
・ ユーザーインターフェースの設計
・ シミュレーションに用いるデータ構造の定義
・ プログラムのモジュール化
・ 計算モデルの間の橋渡し
設立への今後の活動
• このアンケートの結論にExCoが関心を持つ
かどうか
– タスクの見直し？
– IBPSAとの協働による活動の展開
ソフトウェアの今後
• どのようなものがあるのか？
• どのようなものが必要なのか？
時間とスケールによる分類
建築環境工学の主に熱･空気が取り扱うテーマ
スケール
地球
COP3京都議定書
LCA, LCCO2
CFD
国・地域
GIS, Remote Sensingの役
割
東京ハーフプロジェクト
豊橋技大COE(都市・建築関連)
都市熱源ネットワーク
都市
モニタリング
地域冷暖房
Environment
Management
System
City EMS(?)
クリマアトラス
街区
東京都：CO2削減
国交省：屋上緑化
新エネルギー
District EMS(?)
3R
建物
GBTool, BREEAM, BEEPAC,
LEED, HKBEAM, CASBEE
BEMS
GBC, Kyoto Buildings
グリーン庁舎
HEMS
室
SHASE Cx
企画
基本計画
基本設計
プロジェクト or コンセプト
実施設計
施工
管理(維持・改修など)
entity：実施方法・成果物
取壊し
時の流れ
東北環境設備研究会のテーマ
スケール
地球
37th地球環境建築憲章と環境建築
30th中国における住宅建築のエネルギー消費と環境問題
SHASE支部地区講演会「グローバル二酸化炭素リサイクル地球温暖化を防ぐクリーンエネルギー」
国・地域
40th空気調和・衛生産業の今日的課題
29th気候･風土を考慮した伝統的建築技術の再評価と現代建築への適用
36th東北地方におけるビルの環境管理システム-室内環境から省エネまで-
都市
33rd 都市環境デザインの実践「環境共生と地域づくり｣
32nd都市環境におけるクリマアトラスの利用
街区
2000.5SHASE支部総会講演会「地球環境時代における空調設計のあり方」
34th「空気調和・衛生設備の環境負荷削減対策」
46th コミッショニング
2002.3市民向け公開講座「水問題と建物の節水」
2003.1市民向け「シックハウスの現状、室内環境の実態と防除対策」
建物
39th建築部材の構成と換気システムの稼動状況が空気質に与える影響について
シンポジウム「建築設備の耐震設計および診断について」
38th工場の換気や空調をめぐる諸問題について 海外の現状、大空間の局所暖房
2001SHASE支部総会講演会「ハイブリッド換気・空調システムの理論と実際」
2004講習会「低温送風空調システム計画と設計」
45th「IAQ室内空気
2004講演会「今いちど給排水衛生設備を考える」
2003.2市民向け「くらしの中の安全と衛生、そして健康」
31st室内環境と人体周辺の微気象－化学物質汚染防止の観点から－
室
企画
基本計画
基本設計
実施設計
施工
管理(維持・改修など)
取壊し
時の流れ
プロジェクト or コンセプト
１）空間のスケールと経過時間に応じて多くの範囲の講演会などが開催されている
２）個別の空調機器や課題などについては建物や室のスケールでの設計･計画が多くなる
３）これまでにあまり行われていない領域(黄色)としては建物から都市などのスケール、管理･取壊しなどの時間スケールがある
４）熱･空気の研究者の数が多いのでそれに関するテーマが多い
環境と計画の関係
スケール
環境デザイン(広義)
tangible bits、affordance
地球
GISの役割
国
地方計画部会 中心市街地の再生
企画の段階にも関連
都市計画
都市
クリマアトラス
街区
環境：建築設備
建物
計画 phase 1
計画 phase 2
用途別の建築計画、動線、造形、etc.
建築設備の役割の変化
計画 phase #
室
計画 phase #
互いの関係・入力と出力・インターフェース
環境としてスケールと時間軸上で行う各作業項目
水・光・空気・音・熱
企画
基本計画
基本設計
実施設計
施工
管理(維持・改修など)
取壊し
時の流れ
熱･空気関連のプログラム/ライブラリの種類
モデル 仮定 入力データ 必要知識 計算資源 出力
単 室
多数室
経験式
図面
平面図
電卓
一様分布
上記
＋設備機器の
仕様
平面図
＋建築物理
パソコン
ゾーナル経験的なパラ
メータ
CFD
DNSでは
仮定不要
(数値流体力学)
上記
+設備機器の詳
細仕様
上記
＋境界条件
平面図
＋建築物理
＋流体力学
ＰＣ
ＵＮＩＸマシン
上記
スーパー
＋プログラミング コンピュータ
建物全体の消
費エネルギー・
換気量
各室の消費エ
ネルギーと各室
の換気量・経路
上記
＋室内の大ま
かな温度･気流
分布
上記
＋室内の詳細
な温度･気流分
布
プログラム/ライブラリの特徴
空気･熱関連
単 室
経験則
地域や人により異なる
簡易式
応用範囲が狭い
多数室
質点系
最も実際的なシミュレーション
経験則と簡易式を検証できる
問題点をチェックできる
ゾーナル
部分的
な分布
CFDへの境界条件を与える
CFD
(数値流体力学)
連続体
精密なシミュレーション
高価、時間がかかる
空気の流れ
のモデル
静圧
静圧＋動圧
静圧＋動圧
＋粘性
現状と今後の傾向
–計算の高度化
–シミュレーションの統合
–開発者とユーザーのつながり
計算の高度化
• 計算モデルの精緻化
–モデルの仮定に応じた適用範囲
• 計算の高速化
–PC性能の向上
–解法・アルゴリズムの開発
シミュレーションの 統合 1/2
• 幾つかの計算モデルの統合化
– 節点系と分布系
– 対象とする時間と空間の拡大
• データの構造化
– プログラムのモジュール化
– データ構造の定義 共通の中間ファイル
– CADデータとの関係 DXF, IFC, XML
シミュレーションの 統合 2/2
• データベース、知識ベース
– すべてを統一的に扱える構造よりは、使
える程度に複雑ではあるが、
できる
だけ簡単な構造
– 維持･管理の重要性
CD-REEF(仏) DBの管理
IBPSA、TRNSYSのML
ユーザーの参加 1/2
• 全体的な取組
–各種学協会
• AIJ, SHASE, ASHRAE, CEN, ASTM,
DOE, etc.
–IEA ANNEX5 AIVC
–IEAのVirtual Center
• ANNEX43での提案
ユーザーの参加 2/2
• ユーザーの理解を支援する
–ユーザー・インターフェースの改良
–人工現実感 VR (Virtual Reality)
–実務への対応
設計、見積り、申請書類
誰が作り誰が何のために使うのか
使
作り手
１ 官公庁等
１ 官公庁等
２ 建設・設備
会社等
３学協会・研究
教育機関等
行政
など
い
手
２ 建設・設備
会社等
３ 学協会･研
究教育機関等
設計
管理
など
研究
教育
など
ツールの作り手と使い手
ソフトの作り手
１ 官公庁の研究機関等
ソフトの使い手
既成
２ 建設・設備会社とその
研究機関、コンサルタ
ント等
３ 研究教育機関等
１ 官公庁の研究機関等
２ 建設・設備会社とその
仕様の
要求
研究機関、コンサルタ
ント等
３ 研究教育機関等
ユーザーと作り手のコミュニケーション
• NMF (Neutral Model Format)という書式
ex. TRNSYSのPROFORMA
– 現象を表す数式モデルがあれば、
ソフトウェア技術者はコーディングをする。
– 研究･開発者はコーディングにかかる大量
のエネルギーを節約できる。
シミュレーション・ツールの使われ方
作業内容
研
究
重視される性能
厳密さ
機器･システム開発
性能評価ができる精度
コンサルタント
課題に対応する柔軟さ
定型的な設計等の業務 入出力のしやすさ
プレゼンテーション
表現力
ex.VR(人工現実)
日本で要望されていること
第33回熱シンポジウム 2003/12/5～6
•
•
•
•
•
設計でのツールの使われ方
ツールに必要とされる性能
設備機器の運用開始後の利用
性能検証における熱負荷シミュレーション
シミュレーションプログラムの開発
1/5 設計でのツールの使われ方
• 余裕率全体を見直すため
ピーク負荷６％、換気負荷５０％など、機器容量が大きいと消費エネル
ギーは増加、 余裕を取ると部分運転が多くなる
• 熱源設計の立場から
熱源機器の稼動状況のデータが得られない
熱源機器の最適分割が必要→便利なソフトウェア
• 非定常数値解析を応用した熱負荷計算法
各種手法が地域と建物種別で有効かどうか判断したい
• 設計の品質をどう考えるか
建築の目標は環境配慮・省エネだけではないので総合的に考えるべき。
2/5 ツールに必要とされる性能
• 環境・設備設計において
最大熱負荷計算と年間熱負荷計算が主
ポイント：負荷を元から断つ、高効率設備の構築、設計品質の向上
• 省エネルギー設計の立場から
省エネ手法の組合せ方、150種類の内6割が室内熱負荷低減に関係
• 熱負荷と空調シミュレーション
建物との相互作用、空調コンポーネントの汎用化、機器の部分負荷特性、
自動制御、熱負荷よりエネルギー消費が必要
• 快適性
姿勢による違い、上下温度分布、人体温熱感
• シミュレーションの新しい機能
自然換気、外部日よけ、窓( AFW等)、外部空間とのリンク、CFDとのリン
ク、空調システム、熱橋、放射の波長特性等、最適化
• ライブラリ、データの整備
3/5 運用開始後の利用
• BEMSとシミュレーションの関係
• ポスト・デザインツールとして用いる
改良、性能検証など
• パッシブ手法・自然エネルギー利用
熱負荷計算法の整備
4/5 性能検証Cxにおける熱負荷シミュレーション
• 実際の建物のエネルギー消費量は設計と実態で異なる
→運用時のシミュレーションが必要
• 熱源システムの設計理論と運転実態の大きな乖離
←リコミッショニング結果に基づいて
機器の行きと還りの温度差などを考慮したシミュレーション
負荷・還り温度・稼働台数の関係の検討
• モデル化している内にモデルが複雑・巨大化している
システム同定が難しい
各方位のSATが微妙に異なる場合
蓄熱特性の現場測定、部位のサンプリングテストなど
5/5 シミュレーションプログラムの開発
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誰が作る？
インターフェース？
CADとの関係？
デファクトスタンダードは必要か？
精度は?
オブジェクト指向？
メンテは誰が？
メーリングリストML？
サポートする人材の確保
今後の開発の留意点
• 現状と今後の傾向
– 計算の高度化
– シミュレーションの統合
– 開発者とユーザーのつながり
• ユーザーの参加
• ユーザーインターフェースの設計
• シミュレーションに用いるソフトウェア構造の検討
ユーザーの参加
– 作り手とユーザーが情報交換できる広いコミュニ
ティが必要
– ヒトの知識・ノウハウをどのように組み込むか
– そのようなサービス形態にするのか
作り手とユーザーのコミュニティ
• どんな枠組みが必要
– 協働するグループの存在
– メーリング･リストMLなど
• IBPSAのML BLDG-SIM
– IBPSAのニュースを始めとして、Building
Simulationについて、気象データや様々な資源の
ニュースや案内を配信
– GARD Analytics, Inc.社の厚意
– 【登録】
何も書かずに下記にメールを送って下さい。
bldg-sim-subscribe@gard.com
知識・ノウハウの組込み
• 既存ツールの例
– KB (Knowledge Base)
– ES (Expert System)など
– EES (Engineering Equation Solver)
• M. Klein氏が開発
人工知能の光と影
単純かつ最低限の利用
サービスの形態
• スタンド・アローンのパッケージ
• インターネット上での提供
– ASP (Application Service Provider)等
計算負荷が小さければ個別、大きければサーバー？
メンテナンスをどのように行うのか
必要となるメンテナンスのレベル
ex.操作法から新しい課題への対応まで
ユーザーインターフェースの設計
• GUIをどのような枠組みで作るか。
Ex.インターネット上
• CADや他のデータベースとの関係
• どこまでチェック機能を持たせるか
Ex.変数値の許容範囲、単位の整合など
複数のコンピュータ言語の混在
ex.日本語以外にも対応する？
複数の分野のソフトウェアの統合
シミュレーションに用いるソフトウェアの構造
• プログラムの構造
– 機能の分類・整理
– モジュール化
– 各スケールをつなげる枠組み
• データの構造と表記
– DXF、IFC、XML
– 熱計算や換気計算に共通なデータ構造
• データ固有のフォーマット
– 日本のデータ(地域性） ex.拡張AMeDAS
大まかな構造？
全体の管理
CADデータ
気象データ
建材DB
・・・・・・・
外部のプログラ
ムとのやり取り
GUI (Graphical User Interface)
データのチェック、単位の整合、
変数の範囲のチェックなど
節点系、CFD
建物モデル
スケジュール
計算エンジン
（その他）
既存ツールとの
関連
計算エンジン
（熱）
計算エンジン
（換気）
後処理システム
建物モデルの
中間ファイル？
モジュール化 １／２
• モジュール、オブジェクト、モジュラー形式
– モジュール（あるいはオブジェクト）とは、
入力と出力が定義されたある計算機能を持つ集まり
使う側が計算の中身を気にしなければブラックボックス
モジュール化 ２／２
• プロジェクトを小さいモジュールの集まりとそれらの
関係の記述に置き換える。
• 既存･新規のモジュールの組合せを変えて様々なプ
ロジェクトを構成・計算する。
• ソフトウェアが多様性を持って共存できる。
• 使い手が目的に応じて必要な仕様を開発者に示し、
開発を促すことができるようになる。
各スケールをつなげる枠組み
• すべてのスケールを扱えるソフトウェアを開発
するのではなく、
スケール
の異なる各モデル間のデータの橋渡しを行う
• GIS (Geographic Information System)
地理情報システム
データの構造と表記
• DXF、IFC、XML
• 熱計算や換気計算に共通なデータ構造
規格化は必要だが、過度の規格化や抽象化は自
由度を小さくする
建物モデルの中間ファイル
計算ツールD
計算ツールA
計算ツールB
建物モデルの
中間ファイル？
計算ツールC
計算ツール・・・
計算ツール・・・
ツールをどうやって開発する？
資源： ヒト、もの、経費、時間
• ヒト：複数の領域からの人たちが必要
– 建築環境工学
理論、実験、シミュレーション
– 計算工学
アルゴリズム
– ソフトウェア CAD、データベース、推論エンジン、
インターフェース、可視化ツール、
GIS(地理情報システム)など
• もの：既存のツール、個別のプログラム
• 経費：公募
• 時間：何年？
作業の手順
• 目標の設定
• 仕様の記述
• 既存ツールの収集と関係の整理
• 全体構成の記述
・・・・・・・
おわりに
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海外のシミュレーションの現状
各国の取組み
シミュレーションの情報交換
シミュレーション・ツールの動向
• 日本の計算ツールは今後どうなるのか？
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