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ドイツ・ベルリンの夏季における空調システムの外気温熱環境への影響
Impact of Air Conditioning Systems on the Outdoor Thermal Environment during Summer in Berlin, Germany.
PMID: 32605212 DOI: 10.3390/ijerph17134645.
抄録
本研究では、空調システムからの人為的な排熱が、ドイツ・ベルリンの気温と空調エネルギー消費量に与える影響を調査した。メソスケール気候モデルCOSMO-CLM(CCLM)と都市型ダブルキャニオン効果パラメータ化スキームと建物エネルギーモデル(DCEP-BEM)の連成モデルシステムCCLM/DCEP-BEMを2018年夏期に適用したシミュレーションを実施している。DCEP-BEMモデルは、都市部の建物からの人為的な熱排出と建物と大気との間の熱流束移動を明示的に計算するように設計されている。AC室外機が設置されている2つの場所、すなわち、建物の壁面に設置されている場合(VerAC)と建物の屋上に設置されている場合(HorAC)について調査を行った。ACの排熱は地表付近の気温を大幅に上昇させる。AC システムのない基準シナリオと比較して、目標室内温度 22 ∘ C の VerAC シナリオでは、0.6 K までの温度上昇が見られる。この上昇は、夜間や都市部ではより顕著である。空気温度に対する HorAC の効果は、VerAC よりも全体的に小さい。目標とする室内温度が 22 ∘ C の場合、都市部では、部屋の床面積あたりの 1 日平均 AC エネルギー消費量は 9 .1 W / m 2 であり、これは郊外のサイトのそれよりも 35%多い。この省エネは、都市部のヒートアイランド効果と、両サイト間での建物パラメータの違いに起因する。AC エネルギー消費量が最大となるのは午後である．目標とする室内温度が上昇すると、室内温度が 2K 変化するごとに交流エネルギー消費量は約 16%減少する。VerAC のシナリオでは、夜間の地表付近温度は、目標室内温度の上昇に伴って低下傾向（2K 変化あたり 0 .06K）を示している。この特徴は HorAC シナリオでは明らかではなく、HorAC の方が地表付近の気温への影響が小さいことをさらに確認している。
This study investigates the effect of anthropogenic heat emissions from air conditioning systems (AC) on air temperature and AC energy consumption in Berlin, Germany. We conduct simulations applying the model system CCLM/DCEP-BEM, a coupled system of the mesoscale climate model COSMO-CLM (CCLM) and the urban Double Canyon Effect Parameterization scheme with a building energy model (DCEP-BEM), for a summer period of 2018. The DCEP-BEM model is designed to explicitly compute the anthropogenic heat emissions from urban buildings and the heat flux transfer between buildings and the atmosphere. We investigate two locations where the AC outdoor units are installed: either on the wall of a building (VerAC) or on the rooftop of a building (HorAC). AC waste heat emissions considerably increase the near-surface air temperature. Compared to a reference scenario without AC systems, the VerAC scenario with a target indoor temperature of 22 ∘ C results in a temperature increase of up to 0 . 6 K . The increase is more pronounced during the night and for urban areas. The effect of HorAC on air temperature is overall smaller than in VerAC. With the target indoor temperature of 22 ∘ C , an urban site's daily average AC energy consumption per floor area of a room is 9 . 1 W / m 2 , which is 35% more than that of a suburban site. This energy-saving results from the urban heat island effect and different building parameters between both sits. The maximum AC energy consumption occurs in the afternoon. When the target indoor temperature rises, the AC energy consumption decreases at a rate of about 16% per 2 K change in indoor temperature. The nighttime near-surface temperature in VerAC scenarios shows a declining trend ( 0 . 06 K per 2 K change) with increasing target indoor temperature. This feature is not obvious in HorAC scenarios which further confirms that HorAC has a smaller impact on near-surface air temperature.