Quantitative investigation of non-uniform and transient CO2 concentration distribution in breathing zone for advanced indoor environmental design
| Project/Area Number |
21K14306
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 23020:Architectural environment and building equipment-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
劉 城準 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (30783394)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 二酸化炭素 / 呼吸空気質 / 数値人体モデル / CFD / 被検者実験 / 呼吸 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では「人体呼吸域内の不均一・非定常二酸化炭素濃度場の定量的理解と室内環境設計の高度化」と題して，呼気と吸気を繰り返す非定常呼吸に伴い人体呼吸器系に出入りする二酸化炭素に着目し，呼吸域周辺に形成される非定常・不均一な二酸化炭素濃度場を高い精度で定量的に予測・評価可能な数値解析モデルを開発する．その上，在室者が実際に呼吸する，もしくは呼出する二酸化炭素濃度の実態を定量的に検討すると共に，本数値解析モデルを基盤とする空調制御シミュレーションにより呼吸域内の二酸化炭素の挙動や吸入リスクに関する基礎データを構築し，在室者の二酸化炭素吸入リスクの低減に主眼を置いた新たな室内環境設計技術を提案する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，人体呼吸域に形成される不均一・非定常二酸化炭素濃度場の定量的理解と，数値解析手法に基づく空調設計の高度化を目的とし，人体をコンピュータ上に再現した総合的な数値解析モデルの開発に取り組む．本研究の第2年度の研究成果を以下のように纏める．
(1)肺胞での二酸化炭素－酸素のガス交換モデルの開発に向けた被験者実験の実施：非定常呼吸時の二酸化炭素呼出濃度並びに再吸入濃度を高精度に計測するために，小型チャンバー並びに測定系の準備が完了し，二酸化炭素呼出濃度の測定実験を実施した．複数台の二酸化炭素濃度計を同時併用して呼吸域周辺の非定常濃度履歴と不均一濃度分布の高精度計測を実施し，更に環境条件(空気温度と湿度の他，室内二酸化炭素濃度)と被験者の代謝量を変化させた計測を実施した．現在，人体の二酸化炭素呼出濃度との関連性の解明と肺胞内での二酸化炭素－酸素のガス交換モデルを構築することを目標とし，データ分析を進めている．
(2)統合数値人体モデルを使用した室内環境の数値解析手法の構築：第1年度にて開発が完了した統合数値人体モデル(Computer-Simulated Person)を仮想空間内に配置し，室内領域ー居住域ー呼吸域ー気道内の連続領域を対象とした流体解析手法を構築した．更に，熱，水分、物質輸送解析から非定常呼吸サイクル，人体熱生理モデルとの連成解析手法を構築し，室内熱・空気環境の総合評価と室内環境と人体の相互作用，また，呼吸域内二酸化炭素分布の詳細予測を可能とする数値解析モデルを完成した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の第2年度の研究計画に基づき，実験並びに数値解析の両方に設定した細部課題に対し，目標に向いておおむね順調に進展している．現在，被検者による二酸化炭素呼出濃度の測定実験を完了しておりデータ分析を進めている．また，第1年度に作成した統合数値人体モデルを基に，室内環境の総合評価のための連成解析手法の構築も完了している．
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)統合数値人体モデルによる呼吸域内二酸化炭素濃度場の定量評価データをリアルタイムでフィードバック可能な空調制御アルゴリズムを作成し，在室者の呼吸空気質を直接考慮した空調最適制御法を確立する．
(2)室内空間全体を対象とする従来の空調設計法と比較し，本研究で開発した新たな空調制御法による呼吸空気質の改善効果を検討すると共に，室内二酸化炭素濃度の制御において目標濃度を達成するための新たな空調設計指針を提案する．
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
