CFDの逆問題解析に基づく室内温熱・空気環境の最適設計システムの開発
【研究分野】建築環境・設備
【研究キーワード】
CFD / 室内温熱環境 / 最適設計システム / GA / ロバスト設計 / 室内空気環境 / 室内温熱・空気環境の最適設計 / 最適化手法 / GA(Genetic Algorithms) / 温熱快適性 / 空気質 / 省エネルギー / 自動化設計支援システム / GA (Genetic Algorithms) / 逆問題解析 / フィードバックシステム / 最適設計 / 遺伝的アルゴリズム / 温熱環境
【研究成果の概要】
本研究ではCFD(Computer Fluid Dynamics,数値流体力学)による室内(外)温熱・空気環境解析シミュレーションの逆変換法を用いる総合的な温熱・空気環境の設計システムの構築を目的とし、室内(外)の環境性状を設計目標値に最大限近似させるための物理的な境界条件を求める手法、すなわち逆問題解析による環境の自動最適化設計システムの開発を行った。
具体的には:
(1)設計行為のモデル化を行った:
環境設計における設計目標の階層構造の解明や設計プロセスの階層構造の解明、設計過程におけるフィードパックシステムの構築などにより設計者の設計行為のモデル化を行った。
(2)CFDによる室内温熱・空気環境総合解析システムの構築を行った:
室内における不均一な温度場、速度場、放射場、湿度場に対して、対流・放射・湿気輸送のCFD連成解析により各制御要素の室内環境への寄与などを定量的に評価する。
(3)最適化評価システムを開発した:
室内環境最適設計のための数量化評価手法を開発した。また、多目的最適化問題に対してパレート解集合から選好解を選択するための多目的意思決定論理を提示した。
(4)最適設計手法の開発を行った:
逆問題解析を効率的に行うため、遺伝的アルゴリズム(GA)を導入した。CFDの逆解析は、CFD結果を入力の変更にフィードパックさせて繰り返し計算により求めるが、この過程にGAを導入することにより逆解析を効率的に行う。このGAを用いた最適探査における計算負荷を低減するために、更に2段階型最適設計手法を開発した。また設計変数の確率変化を考慮した信頼性設計やロバスト設計手法を導入した。
(5)最適設計システムのプロトタイプを作成した。
上記(1)〜(4)で開発した最適設計システムのプロトタイプは室内・屋外温熱環境最適設計に適用し、その有効性を検討した。
(6)最適設計システムを一応完成させた。
【研究代表者】