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内部発熱のダイレクト処理を目指す空調オフィスにおけるワークスペース周りの熱輸送特性の解析

机译:旨在直接处理内部热量的空调办公室工作空间周围的传热特性分析

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摘要

一般に、人を除く内部発熱源は定位置で、室内設定温度以上の比較的高温で放熱する。この発熱の多くを室内空間に広く拡散させず、その直近で、室内設定温度程度の冷却水で直接吸熱処理できれば、室内空間での温度分布が低減され、室内の温熱環境が改善されるとともに、冷却水温度の上昇により、冷却熱源用ヒートポンプのCOP(成績係数)が増加し、空調の省エネルギー化が促進できる。本報は、このような室内空調設計の基本思想を素直に具現化する「液冷空調システム」の実現を図る研究の一環である。本研究は複数の連続する報告により構成されるが、本報は、一般業務ビル(オフィスビル)を対象とし、代表的な建物内の内部発熱源として、人の温熱環境に大きな影響を与える可能性のある天井設置LED照明とPC(Personal Computer)の室内空間への放熱特性を詳細に分析した結果を示す。この分析は、LED照明やPCからの発熱を直接冷却水に吸熱させ、「液冷空調システム」の重要な室内パーツとなる内部発熟源の「液冷熱回収ユニット」の設計基礎資料、およびオフィスワーカーのワークスぺース周りの温熱環境分析を行う基礎資料となる。検討したPCは、2013年現在で一般的であるノート型およびデスクトップ型の市販品であり、天井付きのLED照明も同時期の市販品である。検討は、対象発熱機器を室内温度25℃前後の恒温チャンバに設置し、発熱体の表面温度分布、機器への投入電力を測定するとともに、測定値に基づく対流放射連成CFD(Computational Fluid Dynamics)解析により行う。対流放射連成CFD解析により、表面からの詳細な対流、放射熱放熱性状、並びに機器の隙間から生じる隙間換気による放熱が、同定される。その結果、これら機器からは、総発熱量(投入電力量)の約35(ノートPC)~75%(LED照明)が表面からの対流•放射伝熱で周囲に放熱され、残りが機器の排気ファンや隙間などで生じる隙間換気で放熱されること、機器表面で生じる放熱のおよそ40%が対流成分で60%が放射成分であることが明らかになった。なお、本報で検討した結果は、これらの発熱機器の発熱温度が、室温設定温度より相当高温のため、室内設定温度の若干の上昇あるいは下降の場合にも準用可能と考えられる。%Generally, indoor heat sources without human thermal load radiate to a relatively nigh temperature compared to indoor temperature in a fixed position. If the heat emitted from heat sources will be absorbed by chilled water having a similar indoor temperature in directly, it is possible to improve a thermal environment due to a decrease in the distribution of indoor temperature distribution. Furthermore, it is also possible to save HVAC energy by improving the COP(coefficient of performance) of a heat pump by using high-temperature chilled water. This study is a part of a research that plans to realize a "liquid-cooled air-conditioning system", which is embodied in the basic idea of indoor air conditioning. This study consists of several papers; however, this paper shows the heat dissipation characteristics from primary heat sources (LED lighting, personal computer) in an office. This analysis will be the basis for evaluating a thermal environment in a task space, and will be the foundation design data for developing a "liquid heat recovery unit" which is a part of a "liquid cooling air-conditioning system". Reviewed PCs included a laptop and a desktop, and LED lighting was evaluated as a type of recessed lighting. All of them are widely used today. The surface temperature distribution of the target equipment was measured, and the input electric power under the thermal condition was approximately 25℃ in the chamber. Then, a coupled simulation of convection and radiation was carried out based on measured data. Analysis results calculated using CFD(computational fluid dynamics) simulation showed that heat dissipation characteristics from target equipment is composed of convection heat and radiation heat from the surface, exhaust heat from an electric fan, and infiltration through surface gaps, such as USB port and keyboard. As a result, the amount of surface heat dissipation emitted to the indoor environment from each target equipment is approximately 35~75% of the total heat transfer, and it is divided into 40% convection and 60% radiation.
机译:通常,除了人以外的内部热源在固定位置且以比室内设定温度高的较高温度散热。如果这些热量中的大部分没有广泛散布到室内空间中,但是如果可以通过紧邻附近的室内设定温度的温度的冷却水直接进行热处理,则室内空间中的温度分布将减少,室内热环境将得到改善。随着冷却水的温度升高,用于冷却热源的热泵的COP(性能系数)增加,并且可以促进空调中的节能。该报告是实现``液体冷却空调系统''的研究的一部分,该系统直接体现了室内空调设计的这种基本思想。尽管此研究由多个连续的报告组成,但该报告是针对一般商业建筑物(办公楼)的,并且会严重影响作为典型建筑物内部热源的人的热环境。显示了对具有高性能的室内LED照明和PC(个人计算机)的散热特性进行详细分析的结果。在此分析中,LED照明灯和PC产生的热量被冷却水直接吸收,并且是“液冷空调系统”室内部件的重要来源。这将是分析工人工作空间周围热环境的基本数据。所检查的PC是2013年以来常见的笔记本型和台式型商用产品,而带顶棚的LED照明也是同期的商用产品。将目标加热设备安装在室内温度约为25°C的恒温室内,测量加热元件的表面温度分布和设备的输入功率,并基于测量值测量对流辐射耦合CFD(计算流体力学)。通过分析执行。对流辐射耦合CFD分析可确定表面的详细对流,辐射散热特性以及由于设备间隙而产生的缝隙通风带来的散热。结果,这些设备通过对流和辐射热从表面向周围环境散发了总热量(输入功率)的约35(笔记本PC)至75%(LED照明),其余热量则从设备中排出。明确了风扇和间隙产生的气隙通风会散发热量,并且设备表面产生的热量中约40%是对流的,而60%是辐射的。应当指出,即使室内设定温度略有升高或降低,本报告中检验的结果也可以作必要的修正,因为这些发热装置的发热温度明显高于室温设定温度。 %通常,没有人为热负荷的室内热源与固定位置的室内温度相比辐射的温度相对较高,如果从热源发出的热量直接被具有相似室内温度的冷水吸收,则有可能通过减少室内温度分布的分布来改善热环境。通过使用高温冷水来提高热泵的COP(性能系数),还可以节省HVAC能源。计划实现“液冷式空调系统”的研究的一部分,体现在室内空调的基本思想中。该研究由多篇论文组成;但是,本文显示了主要的散热特性办公室中的热源(LED照明,个人计算机)。此分析将成为评估工作空间中的热环境的基础,并将被发现用于开发作为“液体冷却空调系统”一部分的“液体热量回收装置”的设计数据,包括PC在内的PC包括笔记本电脑和台式电脑,LED照明被评估为嵌入式照明。测量目标设备的表面温度分布,在热条件下在室内输入功率约为25°C,然后根据测量数据进行对流和辐射的耦合模拟。使用CFD(计算流体动力学)模拟计算得出的分析结果表明,目标设备的散热特性由对流热量和表面辐射热,电风扇的余热以及通过表面间隙(如USB端口和结果,每个目标设备散发到室内环境的表面散热量大约是键盘的35-75%。传热,分为对流40%和辐射60%。

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