室内環境としての換気量・気流・温度を可視化できる可搬型モニタリングシステム開発

• Project/Area Number: 22K04442
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 23020:Architectural environment and building equipment-related
• Research Institution: Sendai National College of Technology
• Principal Investigator: 高橋 学 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (00585292)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2026: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 温度計測 / 空調 / レーザー / 室温計測 / 風速計測

Outline of Research at the Start

室内の換気量やエアコンによる室温の制御に必要となる気流の分布と室温の分布を高速に非
接触で観測する技術について、超音波とレーザ計測を組み合わせた可搬型モニタリングシス
テムの新規開発を行い、実験を通してその有効性を検証する。
一般に風速や室温は特定の位置に固定したセンサでの計測値を利用しているが、温度と気
流の分布を高速・高分解能に計測することで室内環境をより快適に改善できる。これまでに、水中の任意位置で超音波を非接触で計測し、物質の音速と温度の関係から温度分布を計測する検討を行った。本課題ではこの手法を室内環境の観測に適用する。

Outline of Annual Research Achievements

この研究では、超音波とレーザー計測を組み合わせたモニタリングシステムを開発し、室内の気流と室温の分布を高速かつ非接触で観測する技術について検討している。
令和４年時点で計測システムの構築は完了し、検証実験を開始した。しかし、実験結果の再現性が低く、同一環境を計測した場合でも計測結果が必ずしも一致しないことがわかった。
また、実験条件と計測結果を比較すると、定性的には傾向を確認できるが、比較用の風速計や熱電対式温度計と必ずしも一致しない。原因はいくつか考えられる。まず、超音波とレーザーの計測精度が低い可能性がある。また、実験室内の気流が複雑で、一貫性がないため、計測結果がばらついている可能性がある。さらに、比較用の風速計の精度が低い可能性もある。原因を特定し、解決策を見つけるために、さらに調査を行う必要がある。また、システムの精度を向上させるために、超音波とレーザーの計測器の構成を変更する可能性がある。なお、令和５年度は風速計センサ形状によって風速の測定結果がばらつく可能性について対策を検討したが、センサ形状やセンサの位置を変更しても、根本的な解決には至らなかった。
今後は、室内の気流の流れ全体を改善し、計測結果のばらつきを減らすようにする。方法として、PIVによる流れ計測を利用し、超音波センサ周りの空気の流れを確認する計画を検討している。これらの問題を解決できれば、本システムは室内の気流と室温の分布を高速かつ非接触で観測するために使用できる。これは、より快適で健康的な室内環境の設計に役立ち、エネルギー効率の高い空調システムの開発にも役立ち、また、コロナウイルスやインフルエンザウイルスなど、空気を媒体とした感染症の予防にも役立てられると期待できる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

システムの構築は完了し、検証実験を開始した。しかし、実験結果の再現性が低く、必ずしも一致しない。また、実験条件と計測結果を比較すると、定性的には
傾向を確認できるが、比較用の風速計と必ずしも一致しない。
原因はいくつか考えられるが、超音波とレーザーの計測精度が低い可能性が高い。また、室内の気流が複雑で、一貫性がないため、計測結果がばらついている可能性がある。さらに、比較用の風速計の精度が低い可能性もある。
令和５年度は風速計センサ形状によって風速の測定結果がばらつく可能性について対策を検討したが、センサ形状やセンサの位置を変更しても、根本的な解決には至らなかった。

Strategy for Future Research Activity

計測結果のばらつきの原因を特定し、解決策を見つけるために、さらに検討を行う。
はじめに室内の気流の流れ全体を改善し、計測結果のばらつきを減らすようにする予定である。超音波センサ周りの空気の流れを改善する計画を検討している。
また、システムの精度を向上させるために、超音波とレーザーの計測器の構成を変更する方法も検討する。