This study is interested in how the heat rejection from air conditioners affects the outside thermal environment and the electricity consumption of air conditioners themselves. Thermal simulation and building energy analysis are carried out for nighttime and daytime individually. In order to estimate the feedback of the heat rejection to the cooling load, two software, EnergyPlus building energy program and Windperfect CFD software, are used in this study. It starts from EnergyPlus to estimate the heat rejection and energy consumption of buildings hourly. Then, the weather data of initial time point and the amount of heat rejection is input to Windperfect hourly to analyze the temperature distribution outside the buildings. Finally, the additional electric consumption of air conditioners caused by heat rejection from condensers is predicted by EnergyPlus again.

　According to the survey of air conditioning use, the total amount of heat rejection from buildings in DaAn Ward on a summer day was shown on a map by cells with the resolution of 10m by 10m. The total heat rejection on a summer day in DaAn ward was found concentrated in the commercial zones of ChungHsiao, XiYin and HePing E. roads, and high-rise buildings on DunHua S. road. However, in the case of residential buildings, RenAi road and ChengYi, DaAn, and ChengKung public houses contributed large portion of heat rejection. Based on the heat rejection map, the Cheng-Kung public house, which is one of the typical types of public houses in Taiwan, is selected as the focus area to discuss the effect of heat rejection on cooling load in summer. The characteristics of the Cheng-Kung public house are high-rise building with high population density and the buildings there are equipped with lots of window type air conditioners.

　The internal heat generation from lighting, house appliances and inhabitants plays an important role in heat balance of the residential buildings. The heat accumulated inside the buildings is discharged outside when indoor space is cooled by air conditioners. In the nighttime case, three specified temperature were evaluated here to clarify the thermal environment around buildings. They are: (1) T(am), the ambient air temperature, (2) T(ac), the air temperature around air conditioners and (3) T(bu), the air temperature next to building envelope. The air around cooling systems that enters condensers directly affects the temperature of air discharge outside. The temperature next to building envelope has a key role in determining the building energy. The ambient air temperature within the urban canopy is of interest in this study. During daytime, the outside air temperature increased mainly due to two factors, convective heat from the surface of buildings and heat rejection from air conditioners. However, this study discusses the influence from the factor of heat rejection. In addition to the ambient temperature, the temperature increases on four sides of the buildings due to the heat rejection from air conditioners were analyzed.

　The thermal environment became worse after sunset in the residential area since the people turns on the air conditioner after going home in summers. It was found from the simulation results that the average temperature around buildings increased gradually from 0.78℃ (19:01-20:00) to the peak of 1.84℃ (23:01-24:00) and reduced to 0.87℃ (01:01-02:00). The feedback (penalty) of heat rejection to air conditioning load of the window type AC during 19:01-02:00 was 6.70 W/m2, which was 10.7% of the total amount of heat rejection without considering the influence of heat rejection from air conditioners. The maximum increase of electric power for cooling was also found during 23:01-24:00 and the minimum was observed during 19:01-20:00.

　Few people are at home and the percentage of people using air conditioner is much lower during daytime compared to the nighttime situation. However, solar radiation increases the surface temperature as well as the convection heat and then the temperature of air entering air conditioners increases. It was found from the simulation results that the average temperature around buildings increased gradually from 0.31℃ (10:01-11:00) to the peak of 1.01℃ (13:01-14:00) and reduced to 0.46℃ (16:01-17:00). The feedback (penalty) of heat rejection to air conditioning load of the window type AC during 10:01-17:00 was 0.89 W/m2, which was 3.8% of the total amount of heat rejection without considering the influence of heat rejection from air conditioners. The maximum increase of electric power for cooling was also found during 13:01-14:00 and the minimum was observed during 10:01-11:00.

　Mitigation scenarios from the viewpoint of heat rejection management (1-3) and latent heat (4-5) were proposed to improve the thermal environment and alleviate the demand of building energy use. (1) N-S1 scenario: Split type air conditioners on each floor, (2) N-S2 scenario: Split type air conditioners every three floor. The same as a window type air conditioner, a split air conditioner absorbs the air nearby the condenser and exhaust heat outside by fan. The heat rejection of window/split type air conditioner is a process of sensible heating, adding heat from air without changing its humidity ratio. On the other hand, (3) N-CT scenario: Cooling towers on top of the buildings. The heat rejection process of cooling tower includes heating and humidifying. It simultaneously increases both the dry-bulb temperature and humidity ratio of the air. The heat exchange going from the initial to the final condition is broken into sensible and latent heat portions. Finally, (4) D-WF scenario: Water film on south wall and (5) D-MS scenario: Mist spray on south wall. Air can be humidified by injecting water or mist. When water or steam is injected to air, the change in moist air enthalpy and humidity ratio results in the reduction of air temperature.

　In N-S1 scenario, it was found from the simulation results that the average temperature around buildings increased gradually from 0.61℃ (19:01-20:00) to the peak of 1.22℃ (23:01-24:00) and reduced to 0.45℃ (01:01-02:00). The feedback (penalty) of heat rejection to air conditioning load of the window type AC during 19:01-02:00 was 4.26W/m2, which is 6.8% of the total amount of heat rejection without considering the influence of heat rejection from air conditioners.

　In N-S2 scenario, it was found from the simulation results that the average temperature around buildings increased gradually from 0.30℃ (19:01-20:00) to the peak of 0.84℃ (22:01-23:00) and reduced to 0.20℃ (01:01-02:00). The feedback (penalty) of heat rejection to air conditioning load of the window type AC during 19:01-02:00 was 2.73W/m2, which is 4.4% of the total amount of heat rejection without considering the influence of heat rejection from air conditioners.

　In N-CT scenario, it was found from the simulation results that more than 80% of the heat was discharged in the form of latent heat at nighttime and the increase of temperature around buildings ranged 0.13℃-0.30℃. The obvious reduction of air temperature below the urban canopy was observed.

　Water film (D-WF scenario) removed heat on the building wall directly and the wall surface temperature of buildings decreased. The average temperature decrease of south wall surface was 3.67℃-4.21℃. The temperature decrease around buildings was also observed from 0.14℃-0.38℃. Then, less building energy was consumed and heat rejection from air conditioners reduced. The average saving of electric consumption was 5.7% (1.36 W/m2) for D-WF scenario during 10:01-17:00.

　Mist spray (D-MS scenario) removed heat from the air next to the south wall directly. The wall surface temperature of buildings decreased due to the heat balance. The average decrease of south wall surface was 0.43℃-0.67℃. On the other hand, the temperature decrease around buildings was observed from 0.24℃-0.60℃. Then, less building energy use was needed and heat rejection reduced. The average electric consumption saving was 2.8% for D-MS scenario during 10:01-17:00, which was lower than the D-WF scenario.

　都市における夏季の熱環境は、エネルギー消費に伴う人工排熱の排出、地表面の改変などの原因により悪化を続けており、今日わが国で大きな都市問題となっている。この熱環境の問題は、わが国のみならず温帯から亜熱帯に位置する諸国で大きな問題となりつつある。この熱環境悪化の原因となっている人工排熱を制御する方法が対策として考えられているものの、その効果を定量的に把握するに至っていない。また建物におけるエネルギー消費は人間活動に伴う二酸化炭素排出の大きな部分を占めており、その削減が求められている。

　本論文はこのような背景の元に行われた研究の成果をまとめたもので、"Integrated Analysis of Thermal Environment and Building Energy Use by Microclimate Simulation(微気候シミュレーションを用いた熱環境と建物のエネルギー消費の統合的解析)"と題し、英文で9章からなる。

　第1章は序論であり、問題認識と研究の目的を示している。

　第2章は既往の研究のまとめである。熱環境問題の基礎についてまとめる一方で、本研究の対象となる建物の空調機からの排熱についての知見を整理している。

　第3章は対象地域の説明である。本研究では台北市の典型的な集合住宅地区である大安区における高層集合住宅群である「成功住宅」周辺を主たる解析の対象にした。この住宅の選定の根拠となる土地利用の状況、人工排熱の推定結果を示している。

　第4章は方法である。本研究においては、建物からの人工排熱をEnergy Plusのモデルで算出し、その排熱を気流モデルであるWind Perfectに入力し、そこから得られる気温分布をさらにEnergy Plusに入力していくという2つのモデルのカップリングを行っている点に特徴がある。また、台北市の住宅における空調の利用について、実態調査を元にして時間帯ごとの利用者比率を入力データとして用いており、これによって実際の台北の人々の時刻別の空調機利用率を考慮している。本研究においては建物周辺大気の気温、空調機器が取り込む外気の気温、建物の熱収支のモデルに影響する近傍の気温、の3者を区別して求めている。このように空調機の運転状況とその排熱、温度変化の相互関係を統合的に捉えている点が特徴である。

　第5章は現状の夜間の熱環境のシミュレーションである。台北市の住宅の場合、夜間になると空調機の利用率が高くなる。空調機が原因となって生じる周辺の気温上昇は、シミュレーションの結果最大1.84℃であることがわかった。この温度上昇に伴う空調機器の追加的人工排熱は、このフィードバック効果を考えない場合の10.7%に相当することを計算により明らかにしている。このように定量的にフィードバック効果を示すことの意義は大きい。

　第6章は熱排出管理のためのシナリオ分析である。このような排熱を管理する手段として、空調機をマルチ型にして排熱部分を集約したり屋上に設置する方法、クーリングタワーにして潜熱で放出する方法を検討した。これらの対策によって低下する気温をシミュレーションにより明らかにし、クーリングタワー方式は大幅に温度上昇を緩和できることを示している。

　第7章は現状の昼間の熱環境のシミュレーションである。台北市の住宅では昼間は空調器の利用率が低いが、その一方で太陽熱による放射による受熱の影響が大きい。ここでは太陽放射の影響を組み込んだ気流モデルで現状の再現を行っている。

　第8章は潜熱の利用による緩和シナリオ分析である。このような昼間の建物熱環境対策は空調機の排熱を中心とした夜間の対策と異なり、太陽放射による暑熱環境の緩和が重要である。とりわけ蒸発による冷却効果は有効であることが期待される。ここでは、近年技術開発が進みつつある光触媒コーティングをした壁面に水を流し水膜を形成する方法と、微細な霧噴霧による蒸発熱の除去を検討した。これらの方法は、今日都市計画的な対策として実行が検討されており、また一部実施設に導入されている。これらの対策は気温低下効果もあるが、建物を冷却するため省エネルギー効果もあり、本研究ではこれらを定量的に評価している。水膜形成と霧噴霧による建物周辺の気温低下効果については、それぞれ0.14-0.38℃、0.24-0.60℃であった。

　第9章は結論であり、結果を総括すると共に、有効な対策についての見通し、今後の研究の必要性を述べている。本研究は、今日日本でも都市問題になっている熱環境の解析とその対策を、台北市の実際の建物と空調の状況を組み込んだモデルで定量的に評価したものとして価値がある。とりわけ、建物の空調モデルと大気気流モデルを組み合わせて用いている点、可能な対策の効果を定量的に評価している点に特徴があり、従来の研究を発展させたものとして評価される。

　以上、本研究において得られた成果には大きなものがある。本論文は環境工学の発展に大きく寄与するものであり、博士(工学)の学位請求論文として合格と認められる。