| Project/Area Number |
23K04142
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 23020:Architectural environment and building equipment-related
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
小島 昌一 佐賀大学, 理工学部, 教授 (90305029)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中大窪 千晶 佐賀大学, 理工学部, 准教授 (30515143)
林田 行雄 佐賀大学, 理工学部, 客員研究員 (90125162)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 放射冷暖房 / 体育館 / 避難所利用 / 間仕切り素材 / 放射対流併用空調 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、災害時の避難所として体育館の熱的快適性を向上させるため、放射対流併用空調の最適運用方法を3年間で検討する。
1年目は放射冷暖房の効果・快適性を調査し、省エネと快適性が両立する運転方法を探求。2年目は避難所間仕切りの最適素材を実験により検討し、放射冷暖房が効果的に機能する間仕切り材を提案。3年目は間仕切り設置時の放射対流併用空調の最適仕様を実験・計算により調査、対流式冷暖房の併用も検討。
研究の成果は、日本建築学会および空気調和・衛生工学会等で発表する予定である。
本研究の成果は大規模施設の熱環境改善にも応用可能で、省エネルギーや快適性の向上への寄与が期待できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和6年度（2024年4月～2025年3月）の研究実績として、体育館を避難所として利用する際の温熱環境改善や空調システムの最適化に関する複数の成果が得られ、論文として発表されました。
まず、体育館避難所におけるエネルギー自立型空調システムの消費量推定に関する研究では、対流空調・放射空調・放射対流併用空調の3方式について、TRNSYS18を用いたシミュレーションを実施し、運転時間・設定温度・PMV設定の違いによる影響を分析しました。冷房時には、設定温度が高いほど消費量が減少し、就寝時間のみの運転で約35％削減可能であることが示されました。PMV制御では放射対流併用方式が最も快適性に優れ、放射方式が最も省エネ性に優れていました。暖房時には、設定温度が高いほど消費量が増加し、就寝時間のみの運転で約70％削減可能でした。快適性は放射対流併用方式、消費量は対流方式が優れており、暖房時のPMV制御には課題も見られました。
次に、暖房方式が人体へ与える熱的ストレスと皮膚温への影響を、低温から暖房空間へ移動した際の被験者実験により検討しました。心拍変動から求めたストレス指数と皮膚温の関係を分析した結果、放射空調がストレス軽減と皮膚温上昇に有効である傾向が示されましたが、個人差の影響も大きいことが示唆されました。
さらに、放射空調性能の向上に向け、間仕切り材を透過する放射の定量評価を目的とした模型実験も行いました。ペルチェ素子を用いた放射パネルと布・ベニヤ板の仕切りを用い、放射パネルからの距離と吸放熱パネルの温度差を測定した結果、布仕切り越しに顕著な透過放射が観測され、その割合が温度・繊維の空隙率・距離等に依存する可能性が示されました。
これらの成果は、避難所の快適性とエネルギー効率の両立に向けた空調システムの設計・運用に貴重な知見を提供しています。
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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
1.研究目標に向けた着実な進展：本研究が目指している、体育館のような大規模空間における放射冷暖房パネルを用いた省エネルギーと熱的快適性の向上に向けた取り組みが、計画通り順調に進んでいます。特に、冬季の体育館内の垂直方向の温度勾配の最小化や、開口部付近の快適性確保に向けた具体的な方法論の開発が進められています。
2.研究手法の組み合わせによる成果：数値解析と実測調査の両方を組み合わせた研究手法が効果的に用いられており、特にEnergyPlusを使用した詳細なシミュレーションによって、放射冷暖房効果に影響を与える仮設間仕切りの材質が温熱環境に与える影響が評価されました。これにより、災害救助時の毛布や段ボールの断熱性が熱環境に及ぼす影響が明らかにされ、段ボールの間仕切りが放射を遮る効果も検証されています。これらの結果は、快適性と省エネルギーの両立に向けた実用的な知見を提供しています。
3.具体的な成果の獲得と発表：体育館以外の場所ではありますが、大学の講義室において放射空調システムの運用評価が行われ、連続運転が間欠運転よりも快適であることが確認されるなどの成果が得られています。これらの研究成果は、日本建築学会および空気調和・衛生工学会で発表され、研究コミュニティに新たな知見として共有されています2。実際に、仮設間仕切りの影響に関する論文や、連続・間欠運転の比較に関する論文が査読付き論文として発表されています。
これらのことから、当初計画された研究が着実に実施され、一定の成果が得られているため、「おおむね順調に進展している」と判断されています。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、避難所として利用される体育館において、在室者の熱的快適性を維持しつつ、省エネルギー性にも配慮した放射対流併用空調の最適な運用方法（運転制御および間仕切り素材）を提案することを目的としています。現在までの進捗はおおむね順調であり、令和7年度末（2026年3月）の研究完了に向けて、当初計画に基づく以下の内容を中心に研究を推進します。
◎放射冷暖房に適した避難所間仕切りの仕様検討：避難所ではプライバシー確保のために間仕切りが用いられますが、これが放射空調による熱伝達を阻害する可能性があります。そこで、ダンボールや布素材などの間仕切りを対象に、熱放射に対する反射・吸収・放熱特性を実験により評価します。佐賀大学実験準備室にて、放射パネルと仕切り材を用いた実験を行い、最適な材料と配置条件の提案を目指します。また、布など繊維集合体における「見かけの空隙を通る透過放射」も定量的に評価し、波長と空隙サイズ、距離などとの関係から透過熱放射の予測式構築を試みます。併せて、短時間スケールでの数値解析の精度向上も検討します。
◎放射対流併用空調の最適仕様の検討：放射パネルによる吸放熱を主軸としながら、対流式冷暖房との併用により快適性と省エネ性の両立を図ります。放射・対流間の処理熱量の適切な配分、機器配置の最適化について実験とシミュレーション（EnergyPlus、TRNSYS18）を用いて検討します。ビニールダクトホースを用いた送風方式の有効性も併せて評価します。さらに、これまでに得られた知見――空調方式と運転条件によるエネルギー消費量の違いや、暖房方式が人体に与える熱的ストレス・皮膚温変化――を踏まえ、快適性とエネルギー効率を両立する最適解を追求します。
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