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。

正在实施通风以防止新冠状病毒的传播。预计这将提高室内空气质量，但人们担心由于外部空气负荷增加，热环境会恶化。因此，在这项研究中，我们使用数值模拟评估了通风增加对室内热环境的影响，并研究了引入设备的效果，这些设备被认为有助于改善热环境，例如使用辐射冷却和加湿器。首先，关于通气增加的影响，发现即使使用热交换设备，室内热环境也会通过增加通风而恶化（室温在夏季升高，室温在冬季降低）。但是，夏季和冬季的影响有所不同，室内环境显着恶化，尤其是在冬季。原因是由于冬季通风因浮力而导致住宅区引入房间的低温外部空气。外部空气的沉降增强了房间内部的温度分层，使温暖的空气从供暖区难以到达居住区。因此，当冬季的通风增加时，已经提出混合室内空气（例如增加空调的空气体积或与循环器结合使用）有效改善热环境。此外，为辐射空调的影响创建了辐射热传输模型，并通过将其与实验进行比较来验证该模型的有效性。此外，使用相同的型号，我们确认辐射热传输和所得的壁温度分布对房间的热舒适度有重大影响。此外，我们还考虑了引入超声处理的加湿器，该加湿器具有出色的加湿功能，是由于通风而在冬季进行的对策。将模型引入了CFD中，以表示空气中液滴的沉积，蒸发和恢复，并通过将其与风洞实验进行比较来评估模型的可重复性。结果，可以在蒸发时表达生成的液滴扩散的方式。