多くの AEC アプリケーションでは、外壁にぶつかり、窓を通過する太陽輻射は室内の居住性および構造物または空間の全体的なエネルギー効率に大きく影響します。
Autodesk® CFD の AEC 太陽放射熱解析は、窓と壁を伝わって構築物に達する太陽熱の影響をシミュレートします。これは、窓から入る太陽輻射の光学距離を計算し、占有空間に到達する日光による熱取得率を計算します。外部の太陽熱放射と異なり、内側サーフェス面が流体(通常は大気)に接しているので、構造物の周囲にドームを配置する必要はありません。
次の結果の図は、居住者の反対側の窓を通過する太陽輻射の効果を示します。床の上の高温の領域は、空間に入る太陽輻射によるものです。椅子の背後の低い温度は、机と居住者によって投影された影によって発生します。
この図では、構造物の外側にオーニング窓を追加し、窓からの太陽光を部分的にブロックします。部屋に入る太陽エネルギーの減少によって生じる床の温度フットプリントの差異に注意してください。
対照的に、次のイメージではシミュレーションの太陽輻射を無効にしました。窓が不透明な壁に置き換えられ、すべての壁面サーフェスに対して一定の熱伝達率が適用されました。窓を通過する太陽輻射によるシャドウ エフェクトはありませんが、温度は床全体で一定です。
モデル化ガイドライン
占有空間内で太陽光のエフェクトをシミュレートする場合は、標準モデリング プラクティスに従う必要があります。
- AEC Solar シミュレーションでは、これは空気の体積が必要であることを意味します。
- 通常は内部オブジェクト(居住者、家具など)も存在します。
- 壁を 3D ボリュームとしてモデリングします。
- 窓を 3D ボリュームとしてモデリングします。
太陽光を偏向させるためにオーニング窓を含めるには、構造物の外側にボリュームまたはパーツを追加します。これは流体に接触していませんが、太陽輻射が遮断され、影を落としています。
シミュレーションの設定
材料
外部サーフェスへの太陽輻射を考慮するには、外部パーツにソリッド材料を割り当て、[透過性]プロパティを変更します。
- 不透明の壁、ドア、オーニング窓の場合は、[透過率]変化方法として[太陽の壁]を選択します。
- 窓やその他の不透明なサーフェス(天窓など)の場合は、[透過率]変化方法として[太陽ウィンドウ]を選択します。
SHGC と U-Factor の値を入力します。 これらの数量は次のように定義されます。
- SHGC: これは太陽熱取得係数で、窓、ドアあるいは天窓から入る太陽輻射の分率です。 直接伝達される場合と、占有空間の内部で熱として吸収および解放される場合があります。SHGC の値が低い場合は、伝達される太陽熱が少なく、シェーディングが向上していることを示します。SHGC 定格の低い製品は、太陽からの熱取得を遮断することで夏季の冷却負荷を低減するのにより効果的です。SHGC の定格が高い場合は、冬季の太陽熱収集がより効果的であることを示します。気候、方向、および外部シェーディングは、特定の窓、ドア、天窓に対する最適な SHGC を決定します。
- U-Factor: 窓、ドア、または天窓が非太陽の熱の流れを伝達する速さ。 窓、天窓、およびガラス ドアの場合、U-Factor はガラスまたはグレイジングのみを参照する場合があります。ただし、NFRC U-Factor 定格は、フレームとスペーサの材質を含む窓全体の性能を表します。U-Factor が小さくなると、アイテムのエネルギー効率が高くなります。
ソース: http://energy.gov/energysaver/articles/energy-performance-ratings-windows-doors-and-skylights
太陽の壁の場合は、U-Factor のみが必要です。太陽ウィンドウの場合は、U-factor と SHGC 値の両方を指定する必要があります。
計算中に求められた U-factor と温度の差は、ソリッド部品の有効な熱伝導率を計算し、材料に割り当てられた熱伝導率特性を自動的に上書きするために使用されます。
既定の材料ライブラリには、シミュレーションにおいて、または独自の太陽マテリアルのテンプレートとして使用できる 2 つの太陽のマテリアルがあります。どちらも、透過率のために適切な SHGC および U-Factor 値が規定されています。
- ウィンドウ(太陽): これはガラスのソリッド マテリアルを修正したバージョンです。SHGC = 0.3、および U-Factor = 0.35 BTU/hr-ft2-F。これらは、混合/南部の気候(6-8)に設置された住居の二重窓の一般的な値です。
- 壁(太陽): これは断熱(グラスファイバー)のソリッド材料を修正したバージョンです。SHGC = 0、および U-Factor = 0.1 BTU/hr-ft2-F。これらは、気候帯 6-8 におけるグラスファイバーを断熱材に使用した居住用の壁構造の一般的な値です。
[実行]ダイアログと[太陽熱放射]ダイアログ
[実行]ダイアログで以下を有効にします。
- 熱伝達
- 熱放射(輻射)
- 自然対流効果を期待し、[材料環境]ダイアログで[可変]を有効にしている場合は、[重力方向]を指定します。
[太陽熱放射(日射)]ボタンをクリックします。[太陽熱放射]ダイアログで以下を有効にします。
- シミュレートしている[位置]。 位置が[国]および[都市]フィールドにリストされていない場合は、[マニュアル]をオンにして、[緯度]および[経度]を入力します。
- シミュレートしている[日付と時刻]。
- モデルの方向これらの方向を定義するには、シミュレーション モデル上に表示される軸を使用します。
- [周囲基準]。 この温度は、太陽の壁および太陽ウィンドウのすべての外部サーフェスに適用されます。熱伝達率、温度、熱流束、および太陽の壁および太陽ウィンドウの外部サーフェスに適用される総熱流束などの熱境界条件は指定されたとおりに動作し、周囲参照温度を上書きします。
- 周囲基準の時間変数。[定常解析]を選択する場合は単一の値を指定します。非定常解析を選択する場合、[時間カーブ]を使用して時間-温度の関係を指定します。
AEC 太陽熱解析結果の表示
太陽熱シミュレーションの最も重要な洞察を提供する 2 つの数量は、温度と太陽熱流束です。Autodesk® CFD は太陽熱シミュレーションの太陽熱流束を自動的に有効にします。太陽熱流束はモデルのサーフェスに表示されるので、グローバル数量として扱うのが最適です。次の例では、オーニング窓がある場合とない場合のモデルに太陽熱流束が表示されます。どちらの場合も、シミュレートされた日時は 12 月前半の正午で、位置はアメリカの中部大西洋地域です。
どちらの場合も、地平線上の太陽の位置は低く、床の上に長いフットプリントを投影します。オーニング窓がある場合、太陽光の多くは遮断されて、太陽のフットプリントは、机の前面にのみ表示されます。オーニング窓がないと、フットプリントは部屋の中を通って伸び、居住者の背後には影があります。