| Project/Area Number |
21J11799
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 23020:Architectural environment and building equipment-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
小司 優陸 北海道大学, 大学院工学院, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 地中熱 / 再生可能エネルギー / データ同化 / 不確実性定量化 / 人工ニューラルネットワーク / シミュレーション / 逆解析 |
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| Outline of Research at the Start |
地中熱利用システムにおいてその熱交換特性を決定する地中熱交換器は重要な設計要素であり，多様な形状・条件の地中熱交換器が提案されている．しかし任意の地中熱交換器形状・条件に対して適用できる解析手法は有限体積法などの離散要素系による数値解析のみであり，高速な地中温度計算モデルは一部形状に限られている．数値解析ではその計算負荷が大きくなることから，複雑な形状・条件に対応する高速なシミュレーションモデルが必要とされている．そこで本研究では，複雑形状に対応する高速な地中温度場モデルを開発し，さらにその高速性を利用した，地中熱利用システムのモデル予測制御手法を開発することを目的とする.
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| Outline of Annual Research Achievements |
地中熱利用における地中熱交換器採放熱による土壌の熱的挙動を再現する数値シミュレーションについて，前年度までに実施した，データ同化手法の一種であるアンサンブルカルマンフィルタを応用した土壌有効熱伝導率などのモデルパラメータおよび予測状態を観測データが得られる毎に修正・推定する手法について，その理論と成果をまとめ国内外の学会において発表し，また学術論文が国際誌に掲載された．また前年度3月に同内容について空気調和衛生工学会北海道支部 第56回学術講演会で発表した講演に対して優秀発表奨励賞を受賞した．
また地中熱交換器数値シミュレーションにおいて，前年度までに開発したANNによる機械学習サロゲートモデルを応用した，卓越した地下水流れを伴う複層地盤地中熱交換器モデルを開発した．本モデルは対応するCFD解析をよく再現する結果を示し，地下水流れを伴う複層地盤に埋設された地中熱交換器の簡便かつ高精度なシミュレーションを実施することが可能となった．
さらにこれまでのデータ同化によるモデルパラメータ推定と地下水流れを伴う複層地盤モデルをそれぞれ応用し，観測データから地中熱交換器埋設地点における地下水流速および土壌熱物性値の深度分布を推定する手法を提案した．地下水流速および土壌熱物性値の深度分布の推定手法はこれまでに確立されておらず，本手法によってより広範な地中熱交換器条件に対して高精度の予測計算を行うことができるものである．
研究開始時の研究概要ではモデル予測制御手法の開発までを計画していたが，研究の進展に伴い地中熱交換器モデルパラメータ推定手法の開発，特に地下水流速推定手法の確立に対してより学術的貢献が期待されたため，制御手法の開発については実施せず上述の内容についての研究を重点的に行うとした．
本研究代表者の学位論文にこれらの研究成果についてまとめ，その理論と検証，議論について記した．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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