Development of assist device of air-purifier relying of LES and motion analysis of airborne allergenic particulate matter

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26350064
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 高橋 俊樹 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (10302457)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 室内環境 / ラージエディシミュレーション / 粒子挙動解析 / アレルゲン / GPGPU / 空気清浄機 / スギ花粉

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、空気清浄機が生成する乱流解析と空中浮遊するスギ花粉などのアレルゲン物質挙動解析とのカップリングシミュレーション結果に依拠したアシストデバイス開発を目的とした。研究代表者等によって開発されたCAMPASソフトウェアを利用し、さらにGPGPU技術を導入し従来の計算速度よりも18倍程度の高速化を実現したことで、設計・計算と装置開発の連携を格段に効率化できたことが背景にある。
空気清浄機の上昇排気主流を取り入れ、空中浮遊アレルゲンを除去することで室内全域への飛散を抑制するため、シロッコファンを用いた天井設置型アシストデバイスを試作し、空気清浄機との連携運転を可能とした。スモークワイヤ法による気流可視化実験を実施し、空気清浄機からの排気主流がアシストデバイスへと導かれ、空中浮遊アレルゲン除去に有効であることを確認した。
剥離流を抑制し浮遊アレルゲン除去効率の向上を図るため、室内全域に旋回上昇気流を生成できる内蔵型の空気清浄システムの提案を行い、浮遊アレルゲン除去への有効性を検証するシミュレーションを行った。建築基準法やビル管理法に規定される0.5[m/s]以下の条件を満足する換気回数15[回/h]で提案の空気清浄システムの運転を想定すると、スギ花粉の除去効率を市販の空気清浄機と比較して約1.65倍の向上を見込むことができる、とする結果が得られた。
アレルゲン物質除去効率への家具配置の影響を調査した結果、排気口位置や排気角の調整により、家具を配置した室内でも上昇旋回気流を生成することができた。スギ花粉の場合、旋回気流中を浮遊しながら壁や家具に衝突するため、一部に天井の吸気口まで導かれないものが存在し、提案手法の除去効率向上は45%程度となった。

Research Products

• [Presentation] 数値シミュレーションによる空気清浄機のスギ花粉除去性能評価 (2016)
  • Author(s): 福田裕也，坂井岳，高橋俊樹
  • Organizer: 平成28年室内環境学会学術大会
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所つくば中央（共用講堂）
  • Year and Date: 2016-12-15 – 2016-12-16
• [Presentation] オゾンによる脱臭効果とその室内空気環境への適用 (2016)
  • Author(s): 坂井岳，福田裕也，高橋俊樹
  • Organizer: 平成28年室内環境学会学術大会
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所つくば中央（共用講堂）
  • Year and Date: 2016-12-15 – 2016-12-16
• [Presentation] Motion of pollen grains in a furnished room (2016)
  • Author(s): Y. Fukuda, S. Nakagawa, T. Takahashi, M. Goto, and A. Hashimoto
  • Organizer: Conference of International Society for Environmental Epidemiology and International Society of Exposure Science - Asia Chapter 2016 (ISEE-ISES AC2016)
  • Place of Presentation: 北海道大学(Conference Hall)
  • Year and Date: 2016-06-26 – 2016-06-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tornado-like indoor airflow generation for allergenic pollen removal (2016)
  • Author(s): T. Takahashi, T. Shimada, S. Nakagawa, Y. Fukuda, M. Goto, and A. Hashimoto
  • Organizer: Conference of International Society for Environmental Epidemiology and International Society of Exposure Science - Asia Chapter 2016 (ISEE-ISES AC2016)
  • Place of Presentation: 北海道大学(Conference Hall)
  • Year and Date: 2016-06-26 – 2016-06-29
  • Int'l Joint Research