特許・論文
中央研究所報2020年 Vol.27
新菱冷熱工業株式会社中央研究所報,Vol27,2020,pp1-11
建設プロセスにおける熱源システム設計・施工の段階的な最適化
―Building Information Modeling とSystem Simulation の連携による最適化検討の効率化と拡張―
矢島和樹
本研究は、設計から施工に至る建設プロセス全体での熱源システムの最適化を目指しており、設計・施工の段階的な最適化やBIM（Building Information Modeling）とシミュレーションの連携方法の研究成果についてとりまとめたものである。本研究では、設計者やオーナーが継続的に熱源システム構成に必要な環境性と経済性の情報を得られる設計・施工の段階的な最適化の構築するため、エネルギーとコストの詳細なシミュレーションが可能なツール、およびそのツールとBIMとの連携プログラムを開発する。それをシステム化して構築することで、設計から施工に至る建築プロセス全体での最適化を行うことができる方法論と有効性を提示する。
開発したシミュレーションと連携プログラムの一部機能を用いて、既存建物の熱源システムに設計・施工の段階的な最適化を適用し、熱源システム構成ごとにライフサイクルコストとエネルギーのパレート最適解を示した。ライフサイクルコストとエネルギーの削減効果を本研究の最適化と既往の最適化で比較し、評価した。
新菱冷熱工業株式会社中央研究所報,Vol27,2020,pp13-25
BIMを活用した熱源システムの設計・施工プロセスの最適化
―吸収式冷凍機の冷却水系統まわりへの設計プロセスの最適化の適用―
矢島和樹、福井雅英、赤司泰義*1、林鍾衍*2
設計者やオーナーが熱源システムの環境性と経済性の情報を継続的に得られる仕組みの実現を目指し、設計・施工プロセスの最適化の構築を目的とする。それを実現するためにエネルギーとコストの詳細なシミュレーションが可能なツール、およびそのツールとBIM（Building Information Modeling）との連携プログラムを開発した。開発したシミュレーションとの連携プログラムの一部機能を用いて、既存建物の熱源システムに設計プロセスの最適化を適用し、熱源システム構成ごとにライフサイクルコストとエネルギーのパレート最適解を求めた。ライフサイクルコストとエネルギーの削減効果を本研究の最適化と既往の最適化で比較し、評価した。さらに、BIMとシミュレーションとの連携効果について作業実験を行い、連携していない場合と比較して作業時間と精度ともに優れていることを確認した。
*1 東京大学大学院
*2 江原大学校
新菱冷熱工業株式会社中央研究所報,Vol27,2020,pp27-38
Optimization of Design and Construction Process of Heat Source System Utilizing Building Information Modeling
Kazuki YAJIMA、Masahide FUKUI、Yasunori AKASHI*1 、Jongyeon LIM*2
This paper proposes a method for optimizing the design and construction process of heat source systems that enables designers to continuously obtain information on the performance and costs of various heat source system configurations. A case study on the heat source system of an existing building was conducted using a simulation model, and Pareto optimal solutions for energy and life-cycle costs were determined for each heat source system configuration. Subsequently, the optimized design and construction process resulting from the proposed method and the conventional optimization were compared in terms of the life-cycle cost and energy consumption reduction effects. The results of subject tests confirmed that integrating building information modeling and simulation using the proposed method improves both the working time and precision.
*1 The University of Tokyo
*2 Kangwon National University
新菱冷熱工業株式会社中央研究所報,Vol27,2020,pp39-48
The Effects of an Air Conditioning System Using the Coanda Effect on an Indoor Office Environment
Hitomi IGARASHI、Takashi AKIMOTO*1、Daisuke HATORI*2、Shun KATO*2、Hikari SAKAKIBARA*1、Madoka KIMURA*1
In this study, we propose a ductless air conditioning system using the Coanda Effect for a medium size office building to achieve a ZEB (net-zero energy building). The indoor temperature environment and air flow characteristics during cooling and heating conditions created by this system were evaluated. In addition, to validate the CFD (computational fluid dynamics) analysis results when the heating system was activated, the results were compared with the measurement results. The investigation indicated that for cooling, a good thermal environment could be established in the residential area; however, local draught continued to be an issue. For heating, it was confirmed that heating of the residential area could be accomplished using floor suction. In addition, it was shown that the accuracy of the CFD analytical results can be improved by adjusting the input conditions to the actual conditions.
*1 Shibaura Institute of Technology
*2 Mitsubishi Jisho Sekkei Inc.
新菱冷熱工業株式会社中央研究所報,Vol27,2020,pp49-58
Optimal Laser Scan Planning for As-Built Modeling of Plant Renovations Using Mathematical Programming
Eisuke WAKISAKA、Satoshi KANAI*1、Hiroaki DATE*1
In recent years, TLSs (terrestrial laser scanners) have been introduced to enable efficient as-built modeling. Since HVAC (heating, ventilating, and air conditioning) facilities often include many pipes and ducts packed into small spaces, it is difficult to manually determine optimal scanner placements that can capture their surfaces with high accuracy and quality and with few occlusions. To solve this problem, we propose an optimal scan planning method based on mathematical programming that uses a coarse 3D model obtained from SfM (structure-from-motion) as prior knowledge of the objects to be scanned. Mathematical programming enables us to identify optimal scanner locations that maximize scan coverage while satisfying general scan constraints. The proposed method can outperform experienced operators in terms of scan coverage and modeling accuracy. In addition, we extend our original method to address additional objectives and constraints encountered in practice, such as ensuring full scan coverage, minimizing travel time, and guaranteeing point cloud registration. We also confirm our methods’ effectiveness via computer simulations.
*1 Hokkaido University
新菱冷熱工業株式会社中央研究所報,Vol27,2020,pp59-64
密閉回路方式の空調用配管に耐食材料を用いた設備の腐食リスクと対策
中村勇二、有坂宏毅、津波古敦信、松川安樹
空調用設備配管を密閉回路方式とし、大部分を炭素鋼鋼管や亜鉛めっき鋼管で施工した場合、水張り・フラッシングの段階で、溶存酸素濃度は配管材料との腐食反応により急速に低下し、運用時の腐食は抑制される。一方、大部分を樹脂管やステンレス鋼鋼管などの耐食材料とし、一部に鉄系材料を使用した場合、鉄系材料の腐食が問題になることがある。本報では、耐食材料を用いた配管システムで生じた腐食事例を整理し、密閉回路方式の空調用配管に耐食材料を用いた場合の腐食リスクを評価するとともに、対策を検討した。
新菱冷熱工業株式会社中央研究所報,Vol27,2020,pp65-70
空調用冷却水システムに使用する冷凍機銅チューブの腐食事象と酸素低減処理による腐食対策の検討
有坂宏毅、松川安樹
運用開始から数年以内で空調用冷却水システムに使用されている冷凍機銅チューブに腐食が生じる事例がたびたび発生している。腐食原因として、銅チューブ内面の残留カーボン量、流動条件、水中微粒子や水質など複数の因子が挙げられるが、有効な対策は確立されていない。本報では、水張り時補給水に酸素低減処理を行うことで銅チューブの局部腐食を抑制する効果、および同処理に対する残留カーボン量、流動条件、水中微粒子の影響について調査した。調査の結果、本報で検討した試験条件では、酸素低減処理による腐食抑制効果を確認できなかった。また、冷凍機銅チューブの腐食対策を検討するには、スライム防止剤（酸化剤）や銅チューブ点検時の乾湿繰り返しなど、実際の現場の環境を考慮する必要性が示唆された。
新菱冷熱工業株式会社中央研究所報,Vol27,2020,pp71-75
ベイズ最適化を用いた熱源システムの最適設定値探索アルゴリズムの研究
高畠卓也、山本誠、酒本晋太郎*1、日野英逸*2
空調設備の省エネルギー化は、機器単体の省エネルギー技術だけではなく、システム全体での最適運転も取り組まれている。従来の最適運転は、エネルギーシミュレーションを用いて詳細モデルを構築するため時間と手間がかかる問題がある。そこで、本研究では、事前に詳細モデルを作成することなく、運転を通して最適解を求めることが可能なベイズ最適化を活用して、最適な運転点を自動で決定する方法を検討する。本稿では、ベイズ最適化手法と従来のエネルギーシミュレーションを用いた手法に関して、最適な運転点の決定方法とエネルギー消費量を比較した。その結果、ベイズ最適化手法により、少ない観測データでエネルギーシミュレーションと同じ精度を達成した。
*1 技術統括本部
*2 統計数理研究所
新菱冷熱工業株式会社中央研究所報,Vol27,2020,pp77-82
BIM活用に向けた熱源システムの最適化プロセスに関する研究
（第4報）シミュレーション用入力データ作成におけるBIM活用の効果検証
矢島和樹、福井雅英、赤司泰義*1、林鍾衍*2
空調設備用のBIM（Building Information Modeling）情報を活用して、どの程度シミュレーションモデル構築を効率化することができるかは明らかでない。そこで、BIMとシミュレーションの連携プログラムがある場合とない場合で、図面からシミュレーションに必要な入力データを作成する作業実験を行った。入力データの作成に要した時間と作業者が作成した入力データに基づいて計算したエネルギー消費量とコストを比較し評価した。作業実験の結果では、BIMと連携した場合の作業時間は、従来の手作業と比較して3分の1から5分の1であった。さらに、エネルギー消費量とコストの計算結果の再現性も、BIMと連携したほうが個人差の影響が少ないことが確認できた。
*1 東京大学大学院
*2 江原大学校
新菱冷熱工業株式会社中央研究所報,Vol27,2020,pp83-87
ダクト内流体音の基礎現象を対象とした数値解析の精度評価
吉永隼人、土志田卓*1、三國恒文、御法川学*2
空調設備における騒音対策として、流体音の低減は重要な課題である。流体音の中でも、ダクト経路による偏流や共鳴によって発生するものについては、従来の防音設計における予測手法では考慮することができない。本研究では、ダクト内に発生する流体音を予測する新たな手法の確立を目的として、数値解析による予測手法について検討し、流体音の基礎現象を対象として精度評価を行った。数値解析の比較対象とする実験は、十分消音された空気の供給が可能である無響室で実施し、ダクト端部に角柱および仕切り板を設置することで、基礎現象であるエオルス音と気柱共鳴の音響特性を観測した。数値解析の結果、実験で観測した基礎現象による周波数ピークを定性的に再現することを確認できた。
*1 元新菱冷熱工業株式会社
*2 法政大学
新菱冷熱工業株式会社中央研究所報,Vol27,2020,pp89-94
シャフトレス噴流換気システム
三上秀人、佐原亮、照井隼人*1
一般的な非一方向型クリーンルームでは、FFU（ファンフィルターユニット）とDC（ドライコイル）による空調方式が採用されることが多い。DCは還気シャフト内に設置されるため、多くの設置スペースを必要とする。本報で紹介する「シャフトレス噴流換気システム」は、クリーンルーム内にFDC（ファン付のDC）を設置し、FDCから天井プレナムチャンバー内に送風することが特徴で、還気シャフトの設置スペースの削減とクリーンルームの建設期間の短縮が可能である。CFD（数値流体シミュレーション）による検討の結果、FFU風量に対するFDC風量を80 %以下とすることで、FDC吹出気流はクリーンルーム内に拡散せず、良好な環境を実現した。
*1 首都圏事業部
