感染症予防のための大換気量を前提とした空調設備の検討とその最適制御手法の開発

基于大通风量预防传染病的空调设备研究及其优化控制方法开发

基本信息

批准号：
21K14303
负责人：
松尾智仁
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

新型コロナウイルスの感染予防を目的として、換気が励行されている。これにより、室内の空気質の向上が見込まれる一方で、外気負荷の増加による温熱環境の悪化が懸念される。そこで本研究では、換気量の増加が室内温熱環境に及ぼす影響を数値シミュレーションを用いて評価するとともに、放射冷房や加湿器の利用など、温熱環境の改善に資すると思われる設備の導入効果についても合わせて検証した。まず、換気量増加の影響について、熱交換型換気設備を利用している場合でも、換気量を増加させることにより室内温熱環境が悪化（夏季は室温が上がる方向に、冬季は室温が下がる方向に変化）することがわかった。しかし、その影響は夏季と冬季で異なり、特に冬季で室内環境悪化の程度が大きかった。この理由は、冬季の換気により室内に導入された低温の外気は、浮力によって居住域まで沈降するためである。外気の沈降により室内の温度成層が強化され、暖房の温かい風は居住域まで届きにくくなる。そのため、冬季に換気量を増加させる場合、空調の風量を増加させる、サーキュレーターを併用するなど、室内の空気をかき混ぜる工夫をすることが温熱環境の改善に有効であることが示唆された。また、放射空調の影響について、放射熱輸送モデルを作成し、同モデルの妥当性を実験との比較により検証した。加えて、同モデルを用いて、放射熱輸送、およびそれによって形成される壁面温度分布が、室内の熱的快適性に大きな影響を持つことを確認した。また、換気による冬季の乾燥に対する対策として加湿能力に優れる超音波方式の加湿器の導入を検討した。空気中での液滴の沈降や蒸発、再凝結を表現するモデルをCFDに導入し、風洞実験との比較によりモデルの再現性を評価した。その結果、発生した液滴が蒸発しながら拡散する様子を表現できた。

正在加强通风以防止新型冠状病毒的传播。虽然这有望改善室内空气质量，但人们担心热环境会因室外空气负荷的增加而恶化。因此，在本研究中，我们利用数值模拟来评估增加通风对室内热环境的影响，并检验引入被认为有助于改善热环境的设备的效果，例如使用辐射冷却和加湿器一起验证。首先，关于增加通风量的影响，即使使用热交换通风设备，增加通风量也会使室内热环境恶化（夏天室温升高，冬天室温降低）。改变）。但夏季和冬季的影响不同，冬季室内环境恶化程度尤其大。其原因是冬季通风时引入室内的低温室外空气因浮力而下沉至居住区。室外空气的沉降加剧了室内温度分层，使供暖产生的暖空气难以到达生活区域。因此，在冬季增加通风量时，有人建议通过增加空调风量、使用循环机等搅拌室内空气等方式来改善热环境。此外，针对辐射空调的影响，建立了辐射热传输模型，并通过与实验对比验证了模型的有效性。此外，使用同一模型，我们证实辐射热传输和由此产生的墙壁温度分布对室内热舒适性有显着影响。我们还考虑安装加湿能力优异的超声波加湿器，作为冬季通风干燥的对策。将表达空气中液滴的沉降、蒸发和再凝结的模型引入CFD中，并通过与风洞实验的比较来评估模型的再现性。因此，我们能够表达生成的液滴在蒸发时如何扩散。